Bipolar Junction Transistors

Documenti analoghi
Dispositivi e Tecnologie Elettroniche. Il transistore bipolare

Dispositivi elettronici. Il transistor bipolare a giunzione (bjt( bjt)

Il transistor bipolare a giunzione (bjt(

Dispositivi elettronici. Il transistor bipolare a giunzione (bjt( bjt)

Modello di Ebers-Moll del transistore bipolare a giunzione

slides per cortesia di Prof. B. Bertucci

Regione di svuotamento: effetti polarizzazione

Il transistore bipolare a giunzione (BJT)

Esercizio U2.1 - Giunzione non brusca

ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA (C.I.) Modulo di Elettronica. Lezione 7. a.a

Transistor a giunzione bipolare

Laboratorio II, modulo

Transistore bipolare a giunzione (BJT)

Il TRANSISTOR. Il primo transistor della storia

Polarizzazione Diretta (1)

ESERCIZIO 1. γ = 1 + D EN B W D B N E L E

Transistor bipolare a giunzione (bjt bipolar junction transistor)

Laboratorio II, modulo

3- CENNI SUI PRINCIPALI DISPOSITIVI BASATI SULLE GIUNZIONI p-n

Il diodo come raddrizzatore (1)

ESERCIZIO 1. Soluzione. Per risolvere il problema utilizzo il modello di Ebers-Moll, grazie al quale potrò calcolare L E, W, L C, infatti so che

Transistor a giunzione bipolare

Il BJT Bipolar Junction Transistor: comportamento statico

Elettronica Il transistore bipolare a giunzione

il diodo a giunzione transistori ad effetto di campo (FETs) il transistore bipolare (BJT)

Indice. 1. Fisica dei semiconduttori La giunzione pn...49

Le caratteristiche del BJT

CENNI SU ALCUNI DISPOSITIVI ELETTRONICI A STATO SOLIDO

2 giunzioni pn, 'back to back':

Le caratteristiche del BJT

Elettronica II Modello del transistore bipolare a giunzione p. 2

Elettronica I Il transistore bipolare a giunzione

Fondamenti di Elettronica, Sez.3

2 giunzioni pn, 'back to back':

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 8 Gennaio 2018

DE e DTE: PROVA SCRITTA DEL 4 Giugno 2012

Regolazione della potenza: lineare vs. switching

BJT. Bipolar Junction Transistor

TRANSISTOR BIPOLARE A GIUNZIONE ( BJT ) [ing. R. STORACE]

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 15 Settembre 2017

il diodo a giunzione transistori ad effetto di campo (FETs) il transistore bipolare (BJT)

IL TRANSISTOR BJT. Fisicamente la zona di collettore ha estensione maggiore delle altre due e quella di base è quella che ha minore estensione.

Elettronica digitale

Zona di Breakdown EFFETTO TUNNEL BREAKDOWN A VALANGA

Principi di funzionamento del transistore bipolare (BJT)

TRANSISTOR DI POTENZA

DE e DTE: PROVA SCRITTA DEL 29 Giugno 2015

Formulario di CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI L-A

Nella seguente foto, possiamo vedere l'esterno di alcuni transistor:

Semiconduttori intrinseci

Componenti a Semiconduttore

Il Sistema Metallo Ossido Semiconduttore (MOS)

DE e DTE: PROVA SCRITTA DEL 16 Settembre 2014

Elettronica II La giunzione p-n: calcolo della relazione tensione-corrente p. 2

DISPOSITIVI ELETTRONICI

CAP.4 TRANSISTOR BIPOLARE (BJT): AMPLIFICATORE E INTERRUTTORE

ESERCIZIO 1 Il transistore bipolare in gura è caratterizzato da N Abase = cm 3,

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 24 Luglio 2019

3) Determinare il campo elettrico per x = 50 µm (trascurare l'ampiezza

A.R.I. - Sezione di Parma. Corso di preparazione esame patente radioamatore Semiconduttori. Carlo Vignali, I4VIL

1) Il lato n è lungo (1 mm), mentre quello p è sicuramente corto (3 µm). Calcoliamo la regione di svuotamento per V = 0.5 V: = V.

Dispositivi unipolari Il contatto metallo-semiconduttore Il transistor JFET Il transistor MESFET Il diodo MOS Il transistor MOSFET

Soluzioni di circuiti contenenti diodi. Come si risolve? a) per via grafica b) metodi iterativi

Esperimenti con i semiconduttori: caratteristica corrente-tensione di diodi a semiconduttore. Fondamenti teorici

LAMPEGGIATORE A LED Classico

Elettronica dello Stato Solido Lezione 13: Trasporto elettrico nei semiconduttori. Daniele Ielmini DEI Politecnico di Milano

Circuito Invertitore (1)

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

ESERCIZIO 1 Il transistore in gura è un n + pn +, con W = 3 µm, N Abase = cm 3,

r> 0 p< 0 stabile; r< 0 p> 0 instabile

A.R.I. - Sezione di Parma. Corso di preparazione esame patente radioamatore Semiconduttori. Carlo Vignali, I4VIL

ESERCIZIO 3 Nel circuito in gura, il transistore bipolare è un n + pn +, con N A = cm 3, τ n = 10 6 s, µ n = 0.09 m 2 /Vs, S = 1 mm 2.

DE e DTE: PROVA SCRITTA DEL 7 Gennaio 2013

I semiconduttori. Il drogaggio è un operazione che avviene con diffusione di vapori a temperature intorno ai 1000 C.

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 12 Giugno 2019

Microelettronica Indice generale

Esperienza n 7: CARATTERISTICHE del TRANSISTOR BJT

Indice. I Dispositivi a semiconduttore 1. Prefazione. Prologo. Breve storia dell elettronica

Il transistore bipolare

Retta di carico (1) La retta dipende solo da entità esterne al diodo. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici 1

Indice generale. Prefazione. Capitolo 1. Richiami di analisi dei circuiti 1. Capitolo 2. Analisi in frequenza e reti STC 39

Giunzione P N. ni2 / NA. Una giunzione P N e' formata dal contatto tra una regione drogata di tipo P ed una drogata di tipo N.

Componentistica elettronica: cenni

DE e DTE: PROVA SCRITTA DEL 22 Gennaio 2012

Dispositivi elettronici

Curva caratteristica del transistor

T08: Dispositivi elettronici (3.3.1)

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 15 Febbraio ESERCIZIO 1 Una giunzione pn è caratterizzata da N A = cm 3, N D = cm 3,

Giunzione P N. ni2 / NA. Una giunzione P N e' formata dal contatto tra una regione drogata di tipo P ed una drogata di tipo N.

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 10 Giugno 2016

Transistore bipolare a giunzione (BJT)

Appunti DIODO prof. Divari

Appunti di Elettronica per Fisici

AMPLIFICATORI INVERTENTI A SINGOLO TRANSISTORE

Informazioni logistiche e organizzative Applicazione di riferimento. caratteristiche e tipologie di moduli. Circuiti con operazionali reazionati

TRANSISTOR DI POTENZA

PROVA SCRITTA di DISPOSITIVI ELETTRONICI del 30 Giugno 2016

Indice generale. Elettronica dello stato solido e dispositivi. Capitolo 1 Introduzione all elettronica 1

Transcript:

Bipolar Junction Transistors

Struttura di un BJT ideale I C I E Collector (N) Base (P) Emitter (N) I B V BE V CE I E Emitter (P) Base (N) Collector (P) I B V EB V EC I C sandwich NPN o PNP la Base è molto sottile un buon BJT soddisfa le relazioni: I C I C B E I I I C I e S qv BE kt

BJT Struttura Planare Struttura planare sviluppata da Fairchild verso la fine degli anni 50 Lo spessore di base è fissato dalla profondità diffusione di p ed n

Sezione di un BJT moderno sandwich npn verticale lo strato sepolto n+ è un collegamento a bassa resistenza verso il contatto di collettore

Layout del BJT L area di emettitore è un parametro fondamentale Si possono realizzare strutture interdigitate (multi-finger) per ridurre la resistenza di base

Principio di funzionamento Diagramma a bande in assenza di polarizzazione BJT NPN Nelle tre regioni c è disponibilità di portatori, ma la presenza delle giunzioni impedisce il loro passaggio da regione a regione

Applicazione di una modesta ddp fra B e C, tale da aumentare il campo elettrico nella giunzione B- C (pol. inversa) Allargamento della regione di carica spaziale B-C

Aggiunta di una polarizzazione diretta fra B ed E Iniezione di elettroni da E verso B Diffusione verso la giunzione B-C La corrente di collettore è regolata dalla tensione di polarizzazione E-B

Alcuni elettroni liberi in base si ricombinano con lacune libere Dunque la regione di base perde lacune, che devono essere reintegrate da una corrente di lacune entrante dal contatto di base

Correntididiffusione metallo regione svuotata In prima approssimazione, le distribuzioni dei portatori minoritari nella base e nell emettitore sostengono correnti di diffusione costanti lungo x

Correnti nel BJT La corrente di collettore coincide (quasi) con quella di emettitore Kirchhoff: I I C F E I I I E C B F.999 Guadagno di corrente DC: I I ( I I ) C F E F B C F I I I 1 C B F B F F F.999 1.001 F 999

Origine del parametro α F Alla giunzione base-emettitore c è un iniezione di lacune verso l emettitore, dunque la corrente di base non è nulla. Inoltre una parte di elettroni si ricombina in base E B C

Corrente di Collettore E circa pari alla corrente di diffusione di elettroni (provenienti dall Emettitore) attraverso la base: dn diff p qdnn pb0 Jn qdn e dx WB qv BE kt I S qd n n pb0 E W B A I C I e S qv BE kt

CorrentediBase E circa pari alla diffusione di lacune attraverso l emitter: J qd dp qd p e qv BE diff ne p ne0 kt p p dx WE I B qd p qv BE p ne0 E kt W E A e

Guadagno di Corrente F qdnn pboae I W C B D n n pb0 W E I qd B ppneoae D p pne0 WB WE 2 ni n N N p N pb0 A, B D, E 2 ne0 ni NA, B DE, Minimizzare lo spessore di base Massimizzare il drogaggio di emitter Ma attenzione al BANDGAP NARROWING

Corrente di Base: componente di ricombinazione I I Bric, Bric, 1 2 Q b n b (Modello a controllo di carica) qa W n 2 E B i N A Q e n v BE V 1 2 T qa W n 2 E B i N A e v BE V T I B 2

Controllo di I C attraverso I B Saturation Region (Low Output Resistance) Breakdown Linear Increase Reverse Active Forward Active Region (Very High Output Resistance)

Controllo di I C attraverso la tensione di base-emettitore Saturation Region (Low Output Resistance) ~0.3V Breakdown Exponential Increase Reverse Active Forward Active Region (High Output Resistance)

Modello avanzato della Ic dp Jp qdp q ppe dx La corrente di lacune in base è quasi nulla: 0 dunque: 1 dp E VT pdx Se il drogaggio di base è costante, allora E=0, ma in genere non è così perché il drogaggio diminuisce muovendosi verso il collettore Con E0, la corrente di elettroni in base è sostenuta sia dalla diffusione che dal trascinamento: dn D dp dn dx p dx dx n Jn qdn q nne q n p Dn d( pn) Jn q p dx

Integrando fra due generiche ascisse x e x si ha: ed integrando attraverso la base: ovvero (legge della giunzione): J n J n q J n x' x pdx qd n x' x d pn pw nw p n (0) (0) B W o B B p dx D VBC VBE VBC VBE 2 VT VT 2 VT VT qni e e qni e e WB WB p 1 dx pdx D D o n n o n J C

Modello di Ebers-Moll Modello circuitale (utilizzato nei simulatori SPICE): diodi + generatori di corrente controllati in corrente IF IES e IR ICS e V V V V BE T BC T 1 1 I I I E F R R I I I C R F F

Equazioni di Ebers-Moll V / / 1 1 BE Vth VBC Vth I I e I e E ES R CS V / / 1 1 BE Vth VBC Vth I I e I e C F ES CS I I F ES R CS

Es: regione attiva diretta Valori tipici: VBE 0.7 V CE 0.2 V 0.5 BC

Fenomeni parassiti nel BJT

Effetto Early Saturation region Active region V BE3 V BE2 V BE1 -V A V CE Early Effect La corrente in regione attiva dipende leggermente da v CE V A è un parametro del BJT (normalmente da 50 a 100 V) chiamato tensione di Early Una pendenza non nulla implica che la resistenza di uscita non è infinita

Effetto Early E dovuto al progressivo svuotamento della base a cavallo della giunzione C-B all aumentare di V CB (modulazione dello spessore di base) Una base più corta implica un aumento della corrente di diffusione EBJ CBJ dn/dx V CB > V CB W base

Resistenza di collettore, r C Riduce la pendenza della caratteristica in regione di saturazione In regione attiva il dispositivo è un generatore di corrente e dunque la rc in serie ha un effetto trascurabile Peggiora il funzionamento in applicazioni switching e ad alte frequenze

Resistenza di base, r B Ha effetti principalmente sul funzionamento a piccoli segnali (fequenza max) Riduce della quantità I B r B la tensione effettivamente applicata alla giunzione B-E

Resistenza di emettitore, r E Riduce di una quantità I E r E la V be effettivamente applicata alla giunzione BE

GUMMEL PLOT Alle medie polarizzazioni il βè abbastanza indipendente da V BE (o da Ic) Alle polarizzazioni elevate il βdiminuisce

Uno dei motivi della riduzione del βalle elevate correnti è l aumento della concentrazione dei portatori maggioritari (h) conseguente al raggiungimento di elevati livelli di iniezione di elettroni J n VBC 2 VT qni e e WB 1 pdx D n o V V BE T

Il βsi riduce anche alle basse polarizzazioni, perchè la I B è sostenuta principalmente dalla ricombinazione nella rcs (non utile ai fini dell iniezione in base)

Breakdown I limiti fisici sono riconducibili a quelli delle giunzioni pn C è però una dipendenza dal circuito esterno di polarizzazione Nella configurazione a base comune, la tensione massima fra base e collettore con emettitore aperto, BV CBO, è determinata dalla moltiplicazione a valanga attraverso la regione svuotata della giunzione CB Nella configurazione ad emettitore comune, la massima tensione fra E e C con base aperta, BV CEO, può essere molto più piccola della BV CBO n BV BV BV 1 CBO CEO CBO n con 2 < n < 4