View
106
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
9. Vorlesung
Inhalt:• Rückblick 8. Vorlesung• Der Bipolartransistor (Kapitel 5.1, 5.2)• Übungsaufgaben
Dipl.-Phys. S. PaprottaTel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Wiederholung
Reaktion der RLZauf eine kleine Erhöhung der Spannung
Größe der Verarmungs-kapazität in Abhängigkeitder äußeren Spannung
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.5
Berechnung der Verarmungskapazität Plattenkondensator-Näherung:
Divergiert, wenn V gegen V0 strebt.(Niedriginjektion V kleiner als V0)
Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
4.6 Die Diffusionskapazität• überwiegt in Flussrichtung• ist nur in Flussrichtung relevant
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.6
Ausdruck für die Diffusionskapazität:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode
Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.7
Graphische Verdeutlichung von rd und gd
Was bedeutet Kleinsignal?
V < kT/q
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.7
Es fließen zwei Ströme durchdie Diode:
Die beiden Kapazitätenentsprechen einer komplexen Impedanz:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
4.8 Der LawinendurchbruchEine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!!
Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch:
Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermischeBelastung begrenzt wird.
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.8
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.8
Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.82. Der Zener-Durchbruch:
• tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf• Es kommt zum „Tunneln“
Durchbruch entstehtfrüher als beim Lawinendurchbruch.
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
5.1 Der BioplartransistorDen Bipolartransistor gibt zwei in Ausführungen:
Definition der Spannungen:VEB > 0VEB = -VBE
P+ N P
N+ P N
Emitter Basis Kollektor
Emitter Basis Kollektor
E
B
C
+
-VEB
IEIC
Nützliche Gleichungen:
IE = IB + IC
VEB +VBC + VCE = 0
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1Der Transistor wir anhand eines p+np-Transistors erklärt,n+pn funktioniert aber analog.
Eingangssignal: 2 Anschlüsse des BJTAusgangssignal: 2 Anschlüsse des BJT
Transistor hat nur 3 Anschlüsse: Ein Anschluss wird gemeinsam vom
Ausgangskreis und Eingangskreis benutzt
Basisschaltung
P+ N PC
B
E
BEingangsgrößen: VEB, IE
Ausgangsgrößen: VCB, IC
in out
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1
SättigungAktiv
InvertiertSperrbetrieb
Betriebs-art
Spannungspolarität
EB-Übergang CB-Übergang
Fluss
Sperr
Fluss
Fluss
FlussSperr
SperrSperr
Aktiv oder Normalbetrieb – wird meistens benutzt beiLinearen Signalverstärkern, OperationsverstärkernGrößte Signalverstärkung wird so erreicht!!
Betriebsmodi:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1Warum funktioniert ein Bipolartransistor?
(Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“)
Die Basis ist feldfrei, Minoritäten bewegen sich durch Diffusion!
Verarmungszone Verarmungszone
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Wann funktioniert ein BJT und wann nicht?
x x
Ladungsträger-Konzentration
Ladungsträger-Konzentration
pn0pn0
funktioniert funktioniert nichtx
pj
pp
Funktioniert nicht als BJT!!!!!
Weiter 5.1
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1Basisschaltung im Normalbetrieb:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1
• p+n-Diode: Hauptstromtransport Löcher• Normalbetrieb: EB-Übergang in Flussrichtung• Transportmechanismus in der Basis – Diffusion (feldfrei)• Löcher werden am BC-Übergang abgesaugt und landen nicht in der Basis
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik IBanddiagramm im Normalbetrieb
Übung1: Zeichnen Sie das Banddiagramm eines p+np-Transistors im thermischen Gleichgewicht und im Sättigungsbetrieb. Zeichnen Sie zusätzlich die Konzentration der Minoritäten in der Basis ein.Vorbereitung für die Klausur (zu Hause): Zeichnen Sie diese Fälle auch für einen n+pn-Transistor
N
P
P+
(Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“)
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1
Menge der injizierten Ladungen wird durch das Gesetz desÜbergangs bestimmt:
Unter der Annahme, dass es kaum zu Rekombinatin in der Basiskommt, entsteht eine Linearer Löchergradient und der Emitter-strom bestimmt sich zu:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1
• Transistorwirkung: großer Kollektorstrom wird durch kleine Eingangsspannung gesteuert.
• Es kommt zu einer Leistungsverstärkung.
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1
Kenngrößen und Mathematische Beschreibung:
Emitterwirkungsgrad: = IEp/IE = IEp/(IEp+IEn)
Basistransportfaktor: T = ICp /IEp =1-t/ p
Stromverstärkungsfaktorin Basisschaltung: = • T ; (0,99 –0,999)
Stromverstärkungsfaktor = / (1 - ) ; (100-1000)in Emitterschaltung:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1Beschreibung der Ströme:
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.1Ausgangskennlinienfeld:
-
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Übung II:
Zeichnen Sie für einen p+np-Transistor im thermischenGleichgewicht das Banddiagramm, das Potenzial, das elektrische Feld, die Nettoladungen.
Gegeben ist ein BJT mit IEp = 1 mA, IEn = 0,01 mA, ICp = 0,98 mA, ICn = 1 µA.
Berechnen Sie: , T , , , IE, IB, IC, ICB0, IEC0
Sie halten alle Größen bis auf ICp fest. ICp = 0,995 mA welche Auswirkung
hat das auf ?Sie halten alle Größen bis auf IEn fest. IEn wird erhöht, welche Auswirkung
hat das auf ?
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
5.2 Verstärkung in Basisschaltung
Verstärkungsfaktor:
Av = Rc/re
Leistungsverstärkung und SpannungsverstärkungKeine Stromverstärkung!!
Rc
-
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 5.2Kennlinienfeld mit Lastgerade:
Arbeitspunkte
-
03.06.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Übungen
Recommended