Ä   fí& i
F/C 2
la    ia     1$ M /M
I.S.Patent 2.623.105
tranzistor
Bardeen
Brattain
Shocklev
Bipolární tranzistor
ĽUMOR
KOLĽKIOR
N
BAZĽ    B
B
13
W
C É J L
Báze
Bipolární tranzistor
ĽMITOR
KOLĽK'I'OR
EMITOR .emituje" elektrony do báze
Bipolární tranzistor
ĽMIIOR
KOLĽKIOR
ĽM1TOR i     ŘÍZE
ROI.KRTOU
donory
akceptory
K
KOLEKTOR
,.sbírá" elektrony, které prodifunduji bází
Šipka v emitoru ukazuje KLADNÝ směr toku proudu
v normálním aktivním režimu
(proti směru toku elektronu)
Tranzistor se nazývá N PN
Bipolární tranzistor
extrakce —
Bipolární tranzistor
ĽMIľOR
KOLĽKIOR
BAZĽ I B
9 +uc:c
(a)
'■^> i
R
ĽMNOK
KOLĽKIOR
Bipolární tranzistor - režimy činnosti
Polarizace přechodu B-E	Polarizace přechodu B-(ľ	Režim
l  BĽ < l P	UBC < 0	■   Nevodivý   )
l BE > Ô	LBC<()	Normální aktivní
% < 9	i;BC>()	Inverzní aktivní
ÜBE > Up	UBtľ>Lp	Saturace
BO        E O       BO   _,.-•"'
I             substrát typu N+            i
------n-------
diskrétní součástka
Bipolární tranzistor - nevodivý režim
	-   Er	■   B-	i          c         *
II-	0^/	j -~v	
	W	*j-\	\       4
			
5 -4-			
-S-			
\ (llltl)
IMI IDH-   ISUL                      |]|:\
1   Jllll
NEVODIVÝ    9+5V KĽŽ1V1
Vysoká energetická bariéra
brání průchodu elektronů z E do B
a děr z B do E
kix.lki'dk
Elektrony mohou přejít z B do C
a díry z C do B. ale je jich málo (jsou minoritní)
teče jen malý závěrný proud přechodu B-C,
Nazývá se ZBYTKOVÝ proud
Bipolární tranzistor - normální aktivní režim
Propustná polarizace přechodu B-E sníží energetickou bariéru Injekce elektronů z E do B
'd der z B do E
Závěrná polarizace přechodu B-C způsobí extrakci elektronů, které prošly přes bázi k B-C průtok velkého proudu z E do C
Aby prošel dostatek elektronů přes bázi. musí být tenká,    wB« LDn
Tranzistorový jev: Napětím UBE řídíme proud Ic,
X   |llll
NO R MALM
AKTIVNÍ
REŽIM
i
+5 V
Rc

Bipolární tranzistor - normální aktivní režim
Koncentrace do noru v ein i tor u
je mnohem větší než akceptoru v bázi
=> injekce elektronů z E do B
je mnohem větší než děr z B do E
PROl DOVÉ ZESÍLENÍ
N,
100 x N
proudové zesílení mezi bází a em i torem je - 100
PROl DOVE ZESÍLENI vytváří přechod B-Ľ
|í0»
Lůlfl
NO R MALM
AKTIVNÍ
REŽIM
-5Y
*v
=)        R
Bipolární tranzistor - proudový zesilovací činitel
h21E  =   hFE=   lcJlB  ~   10°		
	'■	
	v zapojení se společným Emitorem	
DC Current Gain		hFE				—
[IC= 100mA. VcE"= LOV)	BC33T		100	—	630	
	BC33T-16		l 00	—	250	
	BC33T-25/BC330-25		f 60	—	400	
	BC33T-40		250	—	630	
(f£= 300mA. VcE" 10 V)			í	—	—	
10Ů0
CĽ
íao
o
ííi
\#m		: e:		—		ift	:--:: j
Z Vce = 1 V							i         n
							!
- Tj ^ 55- C							a     j
							
						.ni	j
		=i					's
	p	m				L .	:   ::: j
							n
							j
							i
							_,     í
h21E(hFE) není konstanta, závisí na proudu kolektoru !!!
0,1
1.0                     10                      100
Ifr COLLECTOR CURRENT ^A»1)   *
IHM
logaritmická stupnice
Bipolární tranzistor-výstupní charakteristiky
Cím vetší je UBE, tím více se sníží energ. bariéra a teče vetší proud
h ~ 4 = V
f
exp
eU
BE
\
\
kT
-1
J
Tranzistor se chová jako zdroj proudu v širokém rozsahu napětí UCE (UĽB).
									
	Bipolární tranzistor - mechanismus napěťového zesílení								
	TT 1 Rľ i j «c||	9H	"Uče 100IB 0 1           "■"   T"	o +ťcc					
	_                                m/i	V		^	t-o				
	o     C	I1   i							
									
	iér   ^^				i				
	\. Přivedeme vstupní napětí		2. Proteče proud báze						
	3. Proteče proud kolektoru 100*IB					...-■■'	-100		
				.,.--""					
	m •------------------------- 4. Vzroste úbytek napětí na R( na hodnotu URC = h2]E*IB*R(								
	Poklesne napětí L( E z hodnoty U( E = Lcr na hodnotu l CE = Lcc - URC = Lcc - h2]E/IB*Rc								
									
Bipolainí tranzistor - mechanismus napěťového zesílení
9 +vcc
Poklesne napětí LCE z hodnoty LCE = Lcc na hodnotu
Malý nárůst LBE způsobí velký pokles LCE.
Tranzistor zesiluje a invertuje !!!
Bipolární tranzistor
Normální aktivní režim -     zesilovač
sepnutý stav spínače
+U
..■i
R
B
ľľ
Aktivní režim
Něvo div v režim
Bipolární tranzistor
zesilovač malého signálu
/\
R.
Bipolární tranzistor - zesilovač malého signálu		
1. nastavení ss pracovního bodu		
		
140 120-		
~ 100		
B    SO 60-		
4(1-20 íl-		
0           10          20          30          Ut          50
2. přivedení zesilovaného signálu
Bipolární tranzistor - nastavení ss pracovního bodu
cc
z	»dáno	: zťsi	i lov a č	ve	třídě A
i;„ =	12 V,	Rf =	= 220,	Re	= 1 k£2,
h21E =	= 100,	Rz =	100k		
—H            "L J L       -------y - "z
ÍUrF[k   UCE=U„/2 = 6V
j!       !c = (Ucc - M (Rc + RE) =
(12-     6) / (1000+ 220)« 5 mA
UnF= RF • I, = 220 x 0,005 = 1,1 V
Rß     IC- ft-- '■'BE " '"■RE/'hlel ' 'c
= [(12 - 0,7 - 1,1) • 100] / 0.005 = 204 000 O => M22
Bipolární tranzistor - zesilovač malého signálu
M22
Jak to vidí střídavý signál na vstupu?
SS zdroj napětí sc pro střídavý signál chová jako zkrat.
SS zdroj proudu se pro střídavý signál chová jako
rozpojený obvod.
Bipolární tranzistor - zesilovač malého signálu
M22
Jak to vidí střídavý signál na vstupu?
SS zdroj napčtí se pro střídavý signál chová jako zkrat.    I
SS zdroj proudu sc pro střídavý signál chová jako
rozpojený obvod.
Kapacit or se pro uvažovanou frekvenci střídavého signálu
chová jako zkrat.
«lak to vidí střídavý signál na vstupu?
kapaeitor zatím neuvažujeme
Ná
hradní obvod:
11
VST
Potřebujeme, aby bvl lineární!
VYST
Tranzistor je nutné nahradit lineárním obvodem, tzv. náhradním lineárním obvodem (NLO).
Ilvbriilní charakteristické rovnice
Au, =h][ Al,+hl2 Au2         (1)
Ai,   =
h,, Ail+h22Au2
(2)
■ ■ ■ m
^i2 = h2(i,,u2)
Hybridní (smíšené) parametry ji výhodné pro popis BJT v nf oblasti
* vstup BJT pracuje obvykle naprázdno
* výstup BJT pracuje obvykle nakrátko
* dobře měřitelné na nízkých kmitočtech
Bipolárilí tranzistor - NLO pro zmeny obvodových veličin
Ain
i
&"m
Rovnice{ 11****" AL-             _**            hu,Auc:i:
— — — — -. jlovnicef 2)
/   AiU
' l

A/
'O^___^

Air\
Bipolární tranzistor - parametry NLO
Proudový diferenciální přenos při výstupu nakrátko (konst wst. napětí). Obvykle se nazývá proudový zesilovací činitel Bezrozměrný,
h
A/,
tu
c
V AÍB J
l\-^ kon$t.=2.5V      \u i{lx)
_/g-^2_(8;5-2,6)-10-3_
P,
1        - I
IBÍ        1B2
(45 -15)10
-3
-T
197
Bipolární tranzistor - zesilovač malého signálu
M22 M        y "V O)1^l>^_   IIM1
h    -R
A-------i---------->2\e-K
h
c
lie
X J.       I RysT = Auysf/ AiB = h) le//RB |
+ 12V lk
Mnu    y'v
Dmi
220
-1- | RVST = A»VST/ AiB = |h,„+RE (l+h21, )|//RB
Bipolární tranzistor- nastavení pracovního bodu
11xIb9+l",
Příklad: zesilovač malého signálu ve třídě A i:cc=l2V, Rc= lk, RE = 220, h2]e = 100	
	
1.(1 = l.fY- / 2 = 6 V	
	
Ir = (Lrr - IJCE) / (Rr + RE) = 6/1220 » 5 m A IB= Ic / h2le = 0.005 /100 = SOjlA UBE = 0.7 V	
Napěťový delič RB]-RB2 musí být tvrdý => stabilní pracovní bod: Podmínka: IRB2 » IB <=> IRB2 > 10 IB, volíme IRB2 = SOOjiA
RB2 = I'rib/W = (1'Be+Re-IE)/Irb2 = (0.7+220x0.005)/5.10-5=36kíl
RBi=l'RBi/(ll"IBHi:ixrUBE-RE"IE)/ll"IB=(,2-0-7-1-1V550.10-itel9kß
SE
SC
SB
Vstup do báze, výstup z kolcktrou => zapojení se společným emitorem
Vstup do báze, výstup z emitoru          Vstup do emitoru, vystup z kolektoru
=> zapojení se společným kolektorem  ^ zapojení se společnou bází
Bipolární tranzistor
Ě
nvcrtor
Velké A
U
Velké A:
v4
Střední RVST
Střední RVVST
Sledovat
Velké A:
^&
Velkv Rv«
VST
Malý RVTST
Zesilovač
"4*	Velké Au	
		
		
		
4	Malý RVST	
$>   Velký Rv
VST
JFET      Junction Field Effect Transistor
1952 - návrh: W. Shockley
p-TYFEWTE
SMotkle/S model of the JFET
,On»C
/duh
ÍOUtŕCT
p.rrPtfiflTE
1953 - realizace:
G. C. Dacey, I. M. Ross
Mnm ítfiľflilpfl n^tir« rA a tifpiral ,!-FFT
MOSFET
1962: RCA, Faire hihi - první MOSFET
tranzistorový MOSFET 10
Sttve Holstein, ľ red J Leim h n (H*,.„ Na*)

«flftfK«IW<1Híiŕ
Gftltim&blft

1964; CMOS-RCA
Tranzistory unipolární
Tranzistoru na c i pu
10M
100k
Pentium
486
386
286
8088
lí*ftsí	] Lihnou i
xl	tí§£č-Tj~;'
8080
4004
EE_
Frekvence MHz
10,0««
1980
1990
2000
100«
IDO
in
ÍL1
2010
p-TYPE Ö"I
Síiockley's model of the JFET
2x p-n prechod
OHMtC SOURCE
cowiacT
p-TYPEŮATE
Elektrické pole O PN
Původně
jľ.
norma"   zvyk
hradlo        hradlo
Source	zdroj	emitor
Drain	nora	kolektor
Body	substrát	substrát
ľ-
íkankl N
*
si BSrAÁr
v
Hraaä) P
í
SI BSlK.Vľ
ľ
Ovládání záporným napětím U^g znamená závěrnou polarizaci p-n přechodu G-S => DO VS TľľU NETEČE PRÖUDÜ!
= TYPICKÁ VÝHODA IN I POLÁRNÍCH TRANZISTORU
JFET - výstupní charakteristika
D->S
HKDS
Uds=0.5V
Elektrony přitahovány + potenciálem drain u, odpor kanálu je malý => teče proud.
Působící el. pole je podélné a nepředstavuje energetickou bariéru.
OP!N nepředstavuje energetickou bariéru, ale jen oblast velkého odporu a velké intenzity elektrického pole, proto protéká proud.
*
Proud je tvořen pouze elektrony => tranzistor je ILMIPOLAR.MI,
MESFFET (Metal Semiconductor FET)
JFET & MESFET - aplikace
Zesilovač malého signálu
(malý šum, zejména n h ni)

• vf zesilovač malého signálu
{velký mezní kmitočet)
•vf spínač        j
(velký mezní kmitočet)
• +9 WH
■* tXÄpiA
GtQum
JFET Guitar Preamplifier
ATM su i ich
'[L O
Operační zesilovače (zejména vstupní tranzistory)
(velký vstupní odpor)

\PLIKAČE CMOS
Číslicové obvody
■B^H»
*Y = AtB
Číslicové obvody + matice fotodiód (kamera)
VÝKONOVÝ MOSFET
Operační zesilovače
Bub Widlar
1943
koncept OZ s elektronkami
1952
Phil brick Research
1QQV-
10QW PMOS AUDIO AMPLIFIER
Wideband Video Op Amp
2005
+
neiiivertujici vstup o
invertuj íci vstup o
■Vít
->   OO
->   0
-o výstup
Napájení operačního zesilovače
R
R-výsť
AOI—> OO BW—> co SR  —> co
		
		
Parametr	Ideální ÜZ	Reální OZ h
Aol        (")	OO	5-104- MO6
Rvst        (")	OO	MO5- 1-10*
ÄV)to       (£1)	0	1 - 100
ffJF        (Hz)	OO	5-104- 1 -10y
SR          (V/ps)	OO	0,1 -5000
-L"
I»
a)
— o
vystup
o+U
CC
výstup
b)
"■D   I   O*    D
LT|7
I 100
,5okD       .,
\ *-------é------é------m--------o—UpE
h r. H. 2   a) Bio ko vé s c h éma klas ickéh o OZ. b) Z j edn o duš ené sc h é m a z ap oj en í OZ typ u 74 L
Operační zesilovač a zpětná vazba
a)
Au=	
A
OL
\ľl_
u,
u,
i-OL
b)
1 + ß-A0L
Obr. 8.4 a) Zesile)v zesilovače bez zpětné vazby a se zpětnou vazbou (bj.
Ri
©i"
£2 9+Utc
R,
0íu
1 ?+u0
a)
b)
Oůr. Ä.5 Invertujici zesilovač s 02 (a). Neinvertujici zesilovač s 02 (b). Pozor na polohu společného vodiče (země) a fázi vstupního střídavého napětí us vyznačenou šipkou.
Invertující zesilovač s OZ
1. OZ se pokouší na svém výstupu nastavit takové napětí, aby přes zápornou zpětnou vazbu došlo k nastavení nulového vstupního rozdílového napětí.
2.  Do vstupů OZ neteěe proud.    1=0
= U
R2
► I-
o
o
= u
R2
u2
Ik R,
A  o*! *      «■

R,
(Si,)
Protože je vstupní napětí přivedeno na neinvertující (+) vstup, je fáze vstupního a výstupního napětí shodná a zesilovač "neinvertuje". Vstupní odpor (impedance) je dán vstupním odporem OZ mezi neinvertujícím (+) a invertujícím (-) vstupem (obr 8.1), a je proto v případě ideálního OZ nekonečný (Plavidlo 2.).
Výstupní odpor zesilovače je i v tomto případě velmi malý, typicky v řádu jednotek až desítek Ú.
9+U,
Obr. S. 7 Neinvertující zesilovač s ideálním OZ má na neinvertujícím i invertujícím vstupu vstupní napěti Uj.
Astabilní klopný obvod -AKO (= multivibrator)
i--
R,
U,
vyst
Nabíjení kapaeitoru ze zdroje ĽSAT^:
"ľ   t*ň
UcU) = b\+[USA^-Uj- 1-exp
V
i
K    TJJ
= U,
%
SAT-
R+R-
i vyši 0 -	^					Sj
	T,	1				J*
x = R3C
■exp
k     ľ'J
í
+ U
SAT-
l-exp
\
^
JJ
Vybíjení kapaeitom ze zdroje U
5AT-'
/
í;r(/) = ^ + (C^7.-6V)-  l-exp -4