9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung

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1 9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung
Der Bipolartransistor (Kapitel 5.1, 5.2) Übungsaufgaben Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: ,

2 Wiederholung Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung
Größe der Verarmungs- kapazität in Abhängigkeit der äußeren Spannung

3 Weiter 4.5 Berechnung der Verarmungskapazität
Plattenkondensator-Näherung: Divergiert, wenn V gegen V0 strebt. (Niedriginjektion V kleiner als V0) Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor

4 4.6 Die Diffusionskapazität
überwiegt in Flussrichtung ist nur in Flussrichtung relevant

5 Weiter 4.6 Ausdruck für die Diffusionskapazität:

6 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode
Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert:

7 Weiter 4.7 Was bedeutet Kleinsignal? dV < kT/q
Graphische Verdeutlichung von rd und gd

8 Weiter 4.7 Die beiden Kapazitäten Es fließen zwei Ströme durch
die Diode: Die beiden Kapazitäten entsprechen einer komplexen Impedanz:

9 4.8 Der Lawinendurchbruch
Eine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!! Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch: Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermische Belastung begrenzt wird.

10 Weiter 4.8

11 Weiter 4.8 Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:

12 Weiter 4.8 2. Der Zener-Durchbruch:
tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf Es kommt zum „Tunneln“ Durchbruch entsteht früher als beim Lawinendurchbruch.

13 5.1 Der Bioplartransistor
Den Bipolartransistor gibt zwei in Ausführungen: VEB - IE P+ N P IC + Emitter Basis Kollektor Definition der Spannungen: VEB > 0 VEB = -VBE B N+ P N E C Nützliche Gleichungen: IE = IB + IC VEB +VBC + VCE = 0 Emitter Basis Kollektor

14 Weiter 5.1 Der Transistor wir anhand eines p+np-Transistors erklärt,
n+pn funktioniert aber analog. Eingangssignal: 2 Anschlüsse des BJT Ausgangssignal: 2 Anschlüsse des BJT Transistor hat nur 3 Anschlüsse: Ein Anschluss wird gemeinsam vom Ausgangskreis und Eingangskreis benutzt Basisschaltung E C P+ N P in out B B Eingangsgrößen: VEB, IE Ausgangsgrößen: VCB, IC

15 Weiter 5.1 Betriebsmodi: Spannungspolarität Betriebs- art
EB-Übergang CB-Übergang Sättigung Fluss Fluss Sperr Aktiv Fluss Invertiert Sperr Fluss Sperr Sperrbetrieb Sperr Aktiv oder Normalbetrieb – wird meistens benutzt bei Linearen Signalverstärkern, Operationsverstärkern Größte Signalverstärkung wird so erreicht!!

16 Weiter 5.1 Warum funktioniert ein Bipolartransistor?
(Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“) Die Basis ist feldfrei, Minoritäten bewegen sich durch Diffusion! Verarmungszone

17 Weiter 5.1 Wann funktioniert ein BJT und wann nicht? pn0 funktioniert
x Ladungsträger- Konzentration pn0 funktioniert funktioniert nicht Funktioniert nicht als BJT!!!!!

18 Weiter 5.1 Basisschaltung im Normalbetrieb:

19 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

20 Banddiagramm 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“)

21 Weiter 5.1 Menge der injizierten Ladungen wird durch das Gesetz des
Übergangs bestimmt: Unter der Annahme, dass es kaum zu Rekombinatin in der Basis kommt, entsteht eine Linearer Löchergradient und der Emitter- strom bestimmt sich zu:

22 Weiter 5.1 Transistorwirkung: großer Kollektorstrom wird durch kleine
Eingangsspannung gesteuert. Es kommt zu einer Leistungsverstärkung.

23 Weiter 5.1 Kenngrößen und Mathematische Beschreibung:
Emitterwirkungsgrad:  = IEp/IE = IEp/(IEp+IEn) Basistransportfaktor: T = ICp /IEp =1-t/  p Stromverstärkungsfaktor in Basisschaltung:  =  • T ; (0,99 –0,999) Stromverstärkungsfaktor  =  / (1 - ) ; ( ) in Emitterschaltung:

24 Weiter 5.1 Beschreibung der Ströme:

25 Weiter 5.1 Ausgangskennlinienfeld: -

26 Übung II: Zeichnen Sie für einen p+np-Transistor im thermischen
Gleichgewicht 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

27 5.2 Verstärkung in Basisschaltung
Rc - Verstärkungsfaktor: Av = Rc/re Leistungsverstärkung und Spannungsverstärkung Keine Stromverstärkung!!

28 Weiter 5.2 Kennlinienfeld mit Lastgerade: - Arbeitspunkte

29 Übungen