טרנזיסטור הצומת הדו-נושאי Bipolar Junction Transistor

חזרה - דיודה הדיודה תוליך באופן מעשי כאשר כאשר V1 יהיה גדול מ V2 לפחות ב- ( מתח הפריצה הקדמי ) V2 V1 אחרת - הדיודה לא תוליך , תהיה נתק כמעט מושלם : ID אופיין הדיודה נראה כך : VD

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT הגדרה - התקן בעל 3 הדקים הנקראים : פולט (Emitter) , קולט (Collector) ובסיס (Base) . קיימים שני סוגים של טרנזיסטורים : * BJT מסוג npn המורכב משתי שכבות חומר סוג n ובניהן שכבה דקה של חומר סוג p . * BJT מסוג pnp המורכב משתי שכבות חומר סוג p ובניהן שכבה דקה של חומר סוג n . C E C E n p n p n p B B

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT הטרנזיסטור הוא אחת ההמצאות החשובות (1948) בהתפתחות האנושות , ועל עקרון הטרנזיסטור מבוססים כל מכשירי החשמל בעולמנו לטרנזיסטור שני שימושים עיקריים : א. הגברה - עבודה במצב הפעיל ב. מיתוג - עבודה במצב רוויה וקיטעון סימולי הטרנזיסטורים וכיווני זרמים: C C B B E pnp npn E אנו נתייחס בהסברנו לטרנזיסטור מסוג npn אולם הסבר זה זהה באופן עקרוני גם לטרנזיסטור pnp רק בממתחים וזרמים הפוכים .

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT עקרון הפעולה של טרנזיסטור מסוג npn : אופן העבודה של הטרנזיסטור נקבע על פי הזרם שמגיע לבסיס - IB , ועל פי המתח הנופל על צומת קולט-פולט - VCE . שני פרמטרים אלו קובעים ( מבקרים ) למעשה את הזרם שיזרום בין קולט לפולט ניתן לדמות זאת לברז בצינור המווסת את כמות המים היוצאת . חייב להיות לחץ מים מסופק בצינור כדי שתהיה זרימה , כמו כן הברז חייב להיות פתוח כדי שתהיה זרימה. VCE C E n p n IC IE B IB VBE

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT קיימים שלוש צורות חיבור לטרנזיסטור : Common Base , Common Collector , Common Emiter . CE CB CC out C C E C B B in out in in B E E out בשעור זה נעסוק בחיבור CE בלבד

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT תחומי העבודה בטרנזיסטור צומת דו-נושאי : VCC 1. זרם הבסיס אפס IB = 0 C מצב זה ניתן להקביל למצב בו הברז סגור . מצב הצמתים הוא על פי הציור . במצב זה אין זרימה מקולט לפולט ללא קשר למתח VCE , או ליתר דיוק זורם זרם אחורי ICEO ( סדר גודל של nA ) B IB = 0 E C E B עבור מצב זה אומרים שהטרנזיסטור בקטעון

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT תחומי העבודה בטרנזיסטור צומת דו-נושאי : VCE זרם הבסיס אינו אפס IB > 0 כאשר מתח VBE יהיה גדול מ - צומת BE תאפשר זרימה דרך הבסיס. מתח VCE מאפשר את המעבר של האלקטרונים מהבסיס לקולט וכך נוצרת הזרימה מקולט לפולט. C E n p n IC IE B IB VBE 2. עבור IB > 0 כאשר מתח VCE נמוכים : עבור ערך קבוע של IB ומתחי VCE נמוכים ( עד כ- 0.3 וולט ) , הגדלת VCE תגרום להגדלת הזרם IC . עבור מצב זה אומרים שהטרנזיסטור ברוויה

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT תחומי העבודה בטרנזיסטור צומת דו-נושאי : 3. עבור IB > 0 כאשר מתחי VCE גבוהים : עבור ערך קבוע של IB ומתחי VCE גבוהים ( מעל כ- 0.3 וולט ), הגדלת VCE לא תגרום כמעט להגדלת הזרם IC , עבור ערך קבוע של IB עבור מצב זה אומרים שהטרנזיסטור פעיל הסבר: ההבדלים בין תחום הרוויה לתחום הפעיל נובעים מכך שעבור IB מסוים יש כמות מוגבלת של אלקטרונים שיכולה להגיע לשכבת המגע בין הבסיס לקולט , לכן עבור ערכים נמוכים של VCE כמות האלקטרונים אינה הגיע עדין לערכה המכסימלי והגדלת מתח זה תגרום להגדלת IC , ולעומת זאת, עבור ערכים גבוהים של VCE כמות האלקטרונים הגיע לערכה המכסימלי והגדלת מתח זה לא תגרום לשינוי IC

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT מה למדנו ? תחומי העבודה בטרנזיסטור צומת דו-נושאי : 1. קטעון זרם הבסיס אפס IB = 0 2. רוויה עבור IB > 0 כאשר מתח VCE נמוכים 3. פעיל עבור IB > 0 כאשר מתחי VCE גבוהים

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT אופיין טרנזיסטור בחיבור CE זהו גרף המתאר את הזרם IC כפונקציה של VCE עבור ערכים קבועים של IB iC עבור טרנזיסטור מסוג npn : vCE עבור טרנזיסטור מסוג pnp : vCE iC

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT מאפייני תחומי העבודה 1.תחום הקטעון: על מנת שיתקיים צריך שמתח VBE יהיה קטן ממתח ההולכה של הצומת בסיס-פולט, משמע : זרם הקולט IC שווה לזרם זליגה ICEON , ובקירוב אפס. IB = 0 VBE < VBEON 2. התחום הפעיל : בתחום זה IB > 0 , ולכן צריך שצומת בסיס-פולט תוליך -זרם הקולט קבוע לשינויי VCE והוא שווה : VBE = VBEON הוא הגבר הזרם , והוא קבוע עבור כל טרנזיסטור. ניתן להזניח את זרם הזליגה ואז :

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT מאפייני תחומי העבודה 3. תחום הרוויה : בתחום זה IB > 0 , ולכן צריך שצומת בסיס-פולט תוליך - עבור זרם הקולט מתקיים : מתוך הגרף רואים ש VCE ברוויה נמוך מזה שבתחום הפעיל ובקירוב : VBE = VBEON הוא המתח בין קולט ופולט כאשר הטרנזיסטור ברוויה, וערכו 0.2-0.3 וולט .

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT נקודת העבודה של טרנזיסטור על גבי קו העבודה שלו : קו העבודה - זהו הקו המתאר את המשוואה הליניארית עבור המעגל בסרטוט : vCE = VCC - icRC - iERE נקודת עבודה - הנקודה שבה נמצאים IC ו- VCE של הטרנזיסטור על גרף האופיינים שלו , היא מפגישה למעשה את קו העבודה עם עקומת ה IB המתאימה. כפי שנראה בהמשך, למיקום נקודת העבודה ישנה חשיבות עצומה בהבנת אופן תפקוד מעגל טרנזיסטורי. iC רוויה פעיל Q ICQ קטעון vCE VCEQ

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT נקודת העבודה של טרנזיסטור על גבי קו העבודה שלו : א. הטרנזיסטור כמגבר - עבודה במצב הפעיל כאשר אנו רוצים להגביר אות חילופין , למשל, קול המגיע ממיקרופון , נמקם את נקודת העבודה של המעגל בתחום הפעיל . בתחום הזה מוגבר מתח המבוא למוצא. כדי שנקודת העבודה תהיה יציבה עלינו למקם אותה במרכז התחום הפעיל, כך היא לא תהיה מושפעת משינויי טמפרטורה , ותנודות של אות הכניסה ב. הטרנזיסטור כמתג - עבודה במצב רוויה וקיטעון באלקטרוניקה ספרתית, כאשר רוצים לבטא “0” לוגי - Off ו “1” לוגי - On משתמשים בטרנזיסטור כרכיב ממתג . אז נעה נקודת העבודה מקטעון ( “0” - Off ) לרוויה ( “1” - On ) . גם כאן יש לדאוג ליציבות נקודת העבודה בתחום - רוויה עמוקה , וקטעון עמוק.

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT מציאת נקודת עבודה D.C של טרנזיסטור ( npn , CE ) : VBE = VBEON 1. הנך שהטרנזיסטור נמצא בתחום הפעיל, זאת אומרת : 2. נסמן את המתחים והזרמים במעגל. 3. נפתור את המעגל באחת השיטות שלמדנו - תבנין, חוגים, צמתים וכו’ . 4. אם קבלנו אז הטרנזיסטור אינו בתחום הפעיל אלא ברוויה, וכדי למצוא את נקודת העבודה עליך להניח שהטרנזיסטור נמצא ברוויה ולפתור את המעגל שוב. 5. אם קבלת זרמי בסיס או קולט שליליים, אזי הטרנזיסטור נמצא בקטעון, ועל מנת למצוא את נקודת העבודה, עליך להניח שהטרנזיסטור נמצא בקטעון ולפתור את המעגל שוב.

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT תרגיל נתון המעגל בעל הנתונים הבאים: א. מצא את נקודת העבודה DC של הטרנזיסטור , סרטט את אופיין הטרנזיסטור ב. תכנן את ערכי הנגדים ומתח המקור כדי שנקודת העבודה תהיה במרכז התחום הפעיל. EWB

טרנזיסטור צומת דו-נושאי - BJT תרגיל - מחלק מתח בבסיס זוהי צורת ממתח בסיס מקובלת מאוד. רק חלק ממתח VCC מתורגם ל VB , וגם התנגדות הבסיס היא שקולה של שני הנגדים . על פי תבנין : הנגדים במקביל: המתח בבסיס הוא מחלק מתח: EWB תכנן את Q במרכז קו העבודה וקבע את ערכי הנגדים R1 , R2

לסיכום , מה למדנו ? 1. מבנה הטרנזיסטור , וכיצד הוא עובד 2. תחומי העבודה : רוויה, קטעון פעיל. המאפיינים שלהם ולמה כל תחום משמש. 3. סרטוט אופיין של טרנזיסטור וקו עבודה. 4. חישוב נקודת עבודה DC .

תודה ולהתראות בשיעור הבא !