Föreläsning 9 – Bipolära Transistorer II

Slides:



Advertisements
Liknande presentationer
Rör vi oss? Det beror på vad vi jämför oss med.
Advertisements

Uppgifter/Läxa Lös uppgifterna: 120, 121, 123, 125, 126, 128, 130, 133, 142, 144, 145.
Hud & hudsjukdomar Fredrik Hieronymus.
Behandlas under 4 kursträffar i mineralmuseet
Administration Distribution Metabolism Exkretion
Kap. 3 Derivator och Integraler
Kapitel 3 Sannolikhet och statistik
Kap. 3 Derivator och Integraler
Sol i Syd Projektdagen 2017 Region Blekinge
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
KONJUNKTURINSTITUTET
KPP053, HT2016 MATLAB, Föreläsning 2
Praktiska grejer Lärare: Erik Ramm-Schmidt Läxorna finns på Wilma
Kapitel 1 Algebra och linjära modeller manada.se.
Kursintroduktion Brukarorienterad design
Kapitel 2 Förändringshastigheter och derivator manada.se.
Behandlas under 4 kursträffar i mineralmuseet mars-april 2017
Sällsynta jordartsmetaller
GEOGRAFI.
Så tycker de äldre om äldreomsorgen 2016
Men kolla bildspelet vecka 18 först
Nordiska Lärarorganisationers Samråd
Arbetsgrupp ”Hat och hot mot förtroendevalda”
Är en radikal omställning till hållbar konsumtion möjlig och hur påverkar det våra möjligheter till välbefinnande? Jörgen Larsson Assistant professor in.
X Avrundning och överslagsräkning
Välkommen till.
ULA Kompetenscenter - en del av TPY
VISBY IBKs FÖRENINGSTRÄD
Styrelsen i stallet vecka 20
Framgångsfaktorer för en global projektverksamhet
Gotlands energieffektiviseringsnätverk
Medelhavsbuffé 11/ Bildkavalkad.
Nya regler om energi i BBR
Sannolikhet och statistik
Lagen om Energikartläggning i stora företag
Växtekologisk orienteringskurs
Tularemi.
Information till primärvården Herman Nilsson-Ehle Catharina Lewerin
Inför avtalsrörelsen 2016 Lars Calmfors
Lagen om Energikartläggning i stora företag
KPP053, HT2016 MATLAB, Föreläsning 3
Lars Calmfors Föreläsning 2 för Riksrevisionen 25/2-2016
Fosfor från Östersjöns djupbottnar är problemet
Täthet hos flänsförband mellan stora polyetenrör och ventiler
Arbetsbeskrivning Sportkommittén
Dagens ämnen Matriser Räkneoperationer och räknelagar
Mellankrigstiden
Ledarutveckling över gränserna
Regiongemensam enkät i förskola och familjedaghem 2016
Hur får vi fler att söka till Teknikcollege ?
det är den här processen
Uppföljning av år 2016 HFS-nätverket
BILDSPEL ABISKO, ev. YOUTUBE KLIPP
Visit Karlskoga Degerfors
Vårdprevention - en introduktion för medarbetare på sjukhus
Trygg, säker och samordnad vård- och omsorgsprocess
Föräldraenkät 2017 Förskola
BYGDSAM Anundsjö Grundsunda BLT Nätra.
Nyheter i tredje upplagan av Handbok Riskanalys och Händelseanalys
Så här säljer du med SMS.
Finansiell samordning
Arbetsmarknadsutsikterna hösten 2016
Dagläger MTB i Högbobruk
Sportlovsläger 9-12 feb Årshjulet med läger på skolloven börjar med ett dagläger för våra tävlingsgymnaster Vi hälsar alla gymnasterna i S- och R-ben samt.
Medlemsinfo Tenhults IF
Välkommen till vårt Öppet Hus, SeniorNet Huddinge
Fortum: Lars Modigh Agneta Molinder Synovate Temo: Gun Pettersson
Attraktiv Hemtjänst Introduktion i att utvärdera hemtjänst
Presentation av verksamhetsplan
20% rabatt (På ordinarie priser)
Presentationens avskrift:

Föreläsning 9 – Bipolära Transistorer II Funktion bipolär transistor Småsignal-modell Hybrid-p 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Komponentfysik - Kursöversikt Bipolära Transistorer pn-övergång: kapacitanser Minnen: Flash, DRAM Optokomponenter MOSFET: strömmar pn-övergång: strömmar MOSFET: laddningar pn-övergång: Inbyggd spänning och rymdladdningsområde Dopning: n-och p-typ material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandgap Ellära: elektriska fält, potentialer och strömmar 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Bipolär Transistor : DC Operationsmoder Rekombination / Högnivåinjektion Genombrott 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolär transistor – Aktiv mod E B C IE=IC+IB IC N P N N P N IC IB IB +VBE +VBC +0.7V -1.0V n,p x VBE > 0.7 V för ”stor” ström VBC < 0 V : backspänd övergång 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Bipolär transistor – Bottnad mod E B C IE=IC+IB1 IC N P N N P N IC=Icn-IB2 IB +VBE +VBC Framspänd bas-kollektorövergång - ökad basström, lägre elektronström b minskar Transistorn får lägre förstärkning! +0.7V +0.5V n,p VBE > 0.7 V för ”stor” ström VBC < 0.5 V : ”stor” hål-läckström till kollektorn x 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolär transistor – strypt mod E B C IE=IC+IB IC N P N N P N I~ 0 I~ 0 IB I~ 0 +VBE +VBC Backspänd bas-kollektorövergång och bas-emitterövergång Ingen injecerad laddning – IC ≈ IE ≈ IB ≈ I0 ≈ 0 -0.1V -0.3V n,p VBE > 0.0 V VBC < 0.0 V x 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolär transistor - operationsområden Aktiv VBE=0.740 V IB=50 µA Aktiv Mod (Si): VBE ~ 0.7V VCE > 0.2V IC=b×IB VBE=0.734 V IB=40 µA VBE=0.727 V IB=30 µA Bottnad VBE=0.717 V IB=20 µA VBE=0.699 V IB=10 µA IB=0 A VBE=0.0 V Strypt 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Maximal Spänning - Lavingenombrott IC Sätter den maximala spänningen över transistorn: UCE<BUCEO Minsta spänningen ges av mättnadsspänningen. UCE>UCE,min VCE BVCEO UCE, min UCE, max 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Resistanser - emitter / kollektor På samma sätt som pn-dioden: Driftström genom de neutrala områderna! b >> 1, så: In>>Ip Elektrontransport fram till basen ger spänningsfall! bIB RB RC IB RE WE WC B 𝑅 𝐶 = 𝑊 𝐶 𝐵𝐿 1 𝑒 𝜇 𝑛 𝑁 𝐷𝐶 L 𝑅 𝐸 = 𝑊 𝐸 𝐵𝐿 1 𝑒 𝜇 𝑛 𝑁 𝐷𝐸 RE RC Emitter NDE Bas NAB Kollektor NDC 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Föreläsning 9, Komponentfysik 2014 Basresistans: RB IB bIB RB RC B IE IC IB RE L Resistivitet: WB IB Tunn bas, låg NAB  Hög basresistans! Väldesignad BJT har en låg bas-resistans. L RB 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Föreläsning 9, Komponentfysik 2014 Parasiteffekter UBE hög – Ic stor Högnivåinjektion i basen n(0) > NAB. Långsam ökning av IC – lägre b Kvasi-bottning IC skapar spänningsfall över den neutrala delen av kollektorn. Bas-kollektor övergången blir framspännd – lägre b. Log (I) Kollektorström Basström UBE liten – Ic liten Rekombination av elektroner/hål i bas-emitter rymdladdningsområdet. Få elektroner tar till till basen – låg IC och b. Högnivå Kvasi-bottning Rek. RLO Normal UBE  UBE 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolär Transistor : DC Operationsmoder Rekombination / Högnivåinjektion Genombrott 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolär Transistor : AC Småsignal DC Småsignal AC 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Småsignal bipolär transistor: hybrid-p Cµ RB Kollektor Bas + + uin ube rπ r0 Cπ gmube - - Emittor Emittor Varifrån kommer de olika passiva och aktiva elementen? Vad sätter storlekarna på de olika elementen? 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Utarmningskapacitanser: CjBC, CjBE Emittor Bas Kollektor Cπ CjBE CjBC NAB > NDC UBE ~ 0.7V UBC ~ -1 V CjBE > CjBC 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Diffusionskapacitans: Cdiff,BE Emittor Bas Kollektor Cπ Cdiff,BE WB Enbart mellan bas-emittor Dominerande vid stora strömmar dVBE  Ändrar mängden laddning i basen: diffusionskapacitans 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Kapacitanser: Cp och Cµ Cp: Summa av diffusionskapacitans och utarmningskapacitans Cµ: Utarmningskapacitans 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Föreläsning 9, Komponentfysik 2013 Ingångsresistans: rp ib IB + bFIB ube rp - Storsignal – ger arbetspunkt IB Småsignal– linearisering kring IB 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Föreläsning 9, Komponentfysik 2013 Transkonduktans: gm iC IB + bFIB ube rp - 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Utgångskonduktans: go + ube rp - Högre UCE – WB minskar (basviddsmodulation) UA – Earlyspänningen (50-100V) -UA 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Föreläsning 9, Komponentfysik 2014 2 minuters övning Hur ser hybrid-p modellen ut för en bipolär transistor i ’strypt’ mod? (UBE < 0, UCE > 0) Kollektor Bas + uin uut - Emittor Emittor 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Högfrekvensegenskaper - strömförstärkning Små-signal schema: VCE VBE ib Cµ ic Lbias Lbias + ic Cπ ib ube rp vBE gm × ube - Cbias Cbias Signal vid höga frekvenser: Cbias = kortslutning Lbias= avbrott Maximal strömförstärkning: 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Högfrekvensegenskaper - strömförstärkning -3dB hfe  1 /√2 1 f3dB fT log (f) 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Högfrekvensegenskaper - strömförstärkning 1  /√2 hfe -3dB f3dB fT log (f) 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2013

Bipolär Transistor : AC Småsignal DC Småsignal AC 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Bipolära Transistorer – mikroelektronik & nanoelektronik Diskreta komponenter Modern, integrerad SiGe-HBT B E C 500nm ft ~ 300 MHz b ~ 100-800 UBR ~ 80V ft ~ 400-800 GHz b ~ 20-800 UBR ~ 2 V 2018-11-20 Föreläsning 8, Komponentfysik 2014

InP/InGaAs Heterobipolar Transistor Thickness (nm) Material Doping cm-3 Description 30 In0.53Ga0.47As 51019 : Si Emitter cap 10 41019 : Si Emitter 60 InP 31019 : Si 1.21019 : Si 20 1.01018 : Si 22 InGaAs 5-91019 : C Base 5.0 In0.53Ga0.47 As 21017 : Si Setback 11 InGaAs / InAlAs B-C Grade 3 6.2 1018 : Si Pulse doping 51 Collector 5 11019 : Si Sub Collector 21019 : Si 300 Substrate SI : InP Emitter Base Collector Sub collector (n++) S.I. InP µn InGaAs >> µn Si NAB = 50×NDE (!!) 2018-11-20 Lecture 9, High Speed Devices 2014

Nanoelektronik – ft > 500 GHz Mitt världsrekord från 2007 – idag har de bästa transistorerna ft > 700 GHz, och fmax (effektförstärkning) > 1 THz. Ni kan lära er detaljerna i fortsättningskursen Höghastighetselektronik. 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Föreläsning 9, Komponentfysik 2014 Nanoelektronik – THz Tunn bas (~ 10-20 nm) Hög mobilitet – andra material än Si (InGaAs) Låg RB – mycket hög basdopning 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014

Föreläsning 9, Komponentfysik 2014 Sammanfattning CjBE: Bas-emittor utarmningskapacitans (F) CjBC: bas-kollektor utarmningskapacitans (F) Cdiff,BE: Diffusionskapacitans (F) Cp: CjBE+Cdiff,BE (F) Cµ: CjBC rp: ingångsresistans (W) gm: transkonduktans (1/ W) RB: Basresistans (W) r0: utgångsresistans (W) hFe: ac-strömförstärkning ft: övergångsfrekvens (Hz) f3dB: 3dB frekvens (Hz) 2018-11-20 Föreläsning 9, Komponentfysik 2014