9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor (Kapitel 5.1, 5.2) Übungsaufgaben Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de 03.06.2003

Wiederholung Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung Größe der Verarmungs- kapazität in Abhängigkeit der äußeren Spannung 03.06.2003

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

4.6 Die Diffusionskapazität überwiegt in Flussrichtung ist nur in Flussrichtung relevant 03.06.2003

Weiter 4.6 Ausdruck für die Diffusionskapazität: 03.06.2003

4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert: 03.06.2003

Weiter 4.7 Was bedeutet Kleinsignal? dV < kT/q Graphische Verdeutlichung von rd und gd 03.06.2003

Weiter 4.7 Die beiden Kapazitäten Es fließen zwei Ströme durch die Diode: Die beiden Kapazitäten entsprechen einer komplexen Impedanz: 03.06.2003

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. 03.06.2003

Weiter 4.8 03.06.2003

Weiter 4.8 Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung: 03.06.2003

Weiter 4.8 2. Der Zener-Durchbruch: tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf Es kommt zum „Tunneln“ Durchbruch entsteht früher als beim Lawinendurchbruch. 03.06.2003

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 03.06.2003

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 03.06.2003

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!! 03.06.2003

Weiter 5.1 Warum funktioniert ein Bipolartransistor? (Bild entnommen aus: Pierret, „Semiconductor Device Fundamentals“) Die Basis ist feldfrei, Minoritäten bewegen sich durch Diffusion! Verarmungszone 03.06.2003

Weiter 5.1 Wann funktioniert ein BJT und wann nicht? pn0 funktioniert x Ladungsträger- Konzentration pn0 funktioniert funktioniert nicht Funktioniert nicht als BJT!!!!! 03.06.2003

Weiter 5.1 Basisschaltung im Normalbetrieb: 03.06.2003

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

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“) 03.06.2003

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: 03.06.2003

Weiter 5.1 Transistorwirkung: großer Kollektorstrom wird durch kleine Eingangsspannung gesteuert. Es kommt zu einer Leistungsverstärkung. 03.06.2003

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 - ) ; (100-1000) in Emitterschaltung: 03.06.2003

Weiter 5.1 Beschreibung der Ströme: 03.06.2003

Weiter 5.1 Ausgangskennlinienfeld: - 03.06.2003

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 03.06.2003

5.2 Verstärkung in Basisschaltung Rc - Verstärkungsfaktor: Av = Rc/re Leistungsverstärkung und Spannungsverstärkung Keine Stromverstärkung!! 03.06.2003

Weiter 5.2 Kennlinienfeld mit Lastgerade: - Arbeitspunkte 03.06.2003

Übungen 03.06.2003