Koja je funkcija aktivnih elektroničkih komponenata u elektronici? Pojačanje snage i preklapanje (rad u režimu sklopke). 2. Kako se tranzistori dijele prema načelu rada? 1.
Bipolarni (spojni) tranzistor (BJT) Unipolarni tranzistori (FET): - Spojni unipolarni tranzistori (JFET) - Metal-oksid- poluvodič poluvodič unipolarni tranzistori tranzistori (MOSFET). 3.
Što je unos (injekcija) nosilaca naboja, a što njihov prijenos (transport)? Opisati tranzistorski efekt. Unos (injekcija) je unošenje manjinskih manjinskih nosilaca naboja naboja propusno polarizirani m PN-spojem. Prijenos (transport) je prijenost manjinskih nosilaca nosilaca naboja naboja kroz neutralno područje. područje. Sabiranje (kolekcija) je na drugom nepropusno polariziranom PN-spoju.
Tranzistori s efektom polja otposi su u kojima jakost struje u volumenu poluvodiča ili gustoća nosilaca naboja u površinskom sloju poluvodiča poluvodiča ovisi ovisi o vanjskom električnom električnom polju. 4. Nacrtati električni simbol NPN i PNP tranzistora. Označiti sve struje i napone.
Na koje se sve načine može spajati NPN tranzistor? Spoj zajedničke baze (SZB) Spoj zajedničkog emitera (SZE) Spoj zajedničkog kolektora (SZC). 6. Koji sve načini rada tranzistora postoje prema polarizaciji emiterskog i kolektorskog spoja? Normalno aktivno područje (NAP) emiter - propusna, kolektor - nepropusna polarizacija. Zasićenje emiter - propusna, kolektor - propusna polarizcaija. 5.
Zapiranje emiter - nepropusna, kolektor - propusna polarizacija. Inverzno aktivno područje (IAP) emiter - nepropusna, kolektor - propusna polarizacija. 7.
Nacrtati tehnološki presjek NPN tranzistora. Označiti emiter, bazu i kolektor. Na slici presjeka planarnog tranzistora označiti aktivan dio.
8.
Nacrtati energetske pojase tranzistora, označiti osiromašena područja i smjerove električnog polja za normalno aktivno područje rada NPN tranzistora.
9. Koje su komponente emiterske struje? INE - elektronska komponenta struje emitera. IPE - šupljinska komponenta struje emitera. 10. Koje su komponente bazne struje? IR - struja rekombinacije. 11. Koje su komponente kolektorske struje? INC - elektronska komponenta struje kolektora. ICB0 - reverzna struja zasićenja kolektorskog spoja. 12. Što je faktor injekcije ili i li faktor djelotvornosti emitera? Kako se taj
faktor povećava? γ određuje udjel korisne (elektronske) komponente struje u ukupnoj struji emitera. Teži jedinici sa smanjenjem šupljinske komponente struje emitera I PE.
Taj uvjet je zadovoljen: - kad je emiter znatno jače dopiran od baze, pa je njegova provodnost veća od provodnosti baze σE - kada je baza u usporedbi s difuzijskom duljinom šupljina u emiteru LpE vrlo uska. 13. Što je prijenosni ili transportni faktor? Kako se taj faktor povećava?
> σB
β* predstavlja omjer kolektorske struje elektrona, koji su izbjegavši rekombinaciju u bazi stigli do kolektora i uja rekombinacije I R postane elektronske komponente komponente emiterske struje. Prijenosni faktor teži k jedan, kada str uja zanemarivo mala, odnosno kada je baza vrlo uska u usporedbi s difuzijskom duljinom elektrona u bazi LnB. 14. Kako je definiran istosmjerni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze?
Zašto spoj zajedničke baze nema strujno, st rujno, a ima naponsko pojačanje? Spoj zajedničke bazeima napon propusne polarizacije emiterskog spoja manji od napona nepropusne polarizacije tora je uvijek manja od struje kolektorskog spoja pa se taj spoj može koristiti kao naponsko pojačalo, naponsko pojačalo, a struja struja kolek tora emitera za iznos struje baze pa je istosmjerni faktor strujnog po jačanja uvijek manji manji od jedan (α < 1, npr. 0.997), te spoj ZB nema strujnog pojačanja.
15.
Zašto se zamjenom emitera kolektorom (uz iste presjeke PN -spojeva) dobiva manje strujno pojačanje? Struja kolektora uvijek je manja od struje emitera za iznos struje baze istosmjerni faktor strujnog pojačanja uvijek je manji od 1 pa ovaj spoj nema sturjnog pojačanja. 17. Zašto se spajanjem dviju diskretnih dio da ne može dobiti tran zistor? 16.
Kako je definiran istosmjerni faktor strujnog pojačanja za spoj zajedničkog emitera?
18.
β - istosmjerni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničkog emitera. 19. Kakvo je strujno i naponsko pojačanje spoja zajedničkog emitera? β >>1 (npr. 100) struja kolektora je znatno veća od struje paze pa taj spoj ima strujno pojačanje. Napon propusne polarizacije emiterskog spoja je manji od napona kolektor- emiter pa taj spoj ima i naponsko pojačanje. pojačanje. 20. Skicirati raspodjelu manjinskih nosilaca naboja u difuzijskom području baze pri normalnom aktivnom području rada, zasićenju i zapiranju.
Kako prijenosni faktor ovisi o tehnološkim parametrima tranzistora? Prijenosni faktor β*može se dobiti uvrštavanjem raspodje le naboja u bazi u izraze za struju I NC i INE, a njih u izraz:
21.
ovisi o tehnološkim parametrima tranzistora? Ovisi o uvrštavanju elektronske i šupljinsk e struje emitera u izraz za faktor djelotvornosti
22.
Kako faktor djelotvornosti
23.
Nacrtati Ebers - Mollov model tranzistora. Uz kakve pretpostavke je dobiven taj tranzistor? Niska injekcija, zanemareno rekombiniranje i generiranje
nosilaca naboja u osiromašenim područjima, zanemareni zanemareni sekundardni efekti, zanemaren
otpor neutralnog područja emitera, baze i kolektora.
Što je inverzni faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze? αNIES = α1ICS. Ako je αN faktor pojačanja u normalnom području rada veći od α 1 faktora pojačanja u inverznom načinu rada, onda je i površina presjeka kolektora A C veća od površine emitera A E, pa je reverzna struja zasićenja kolektorskog spoja ICS veća od reverzne struje emiterskog spoja I ES.
24.
Napisati jednadžbe emiterske, kolektorske i bazne struje na temelju Ebers - Mollova modela tranzistora.
25.
26. Definirati parametre Ebers - Mollova modela. Kako se oni dobivaju mjerenjem? Str. 163 (tablica 5.3.) 27. Koje su razlike između struja IES i IEB0, te ICS i ICB0? Struje IES i ICS mogu se mjeriti i uz prekinuti kolektorski, odnosno odnosno emiterski strujni krug. Struje I EB0 i ICB0 su revertne struje nepropousno polariziranog emiterskog spoja, odnosno kolektorskog spoja. 28. Što je statička karakteristika, a što porodica statičkih karakteristika?
Statistička karakteristika je ona na kojoj su označena pojedina područja rada (područje zasićenje, zapiranja, NAP). Porodica statičkih karakteristika je krivulja struja (IC, IE, IB). 29. Nacrtati izlazne I-U karakteristike u spoju zajedničke baze. Označiti na karakteristikama područje rada tranzistora. Na kojem je naponu, za zadanu struju I E struja IC = 0?
Područje rada
Polarizacija
normalno ak tivno tivno područje (NAP)
zaporno područje (ZAP)
U EB<0, U CB CB>0 U EB>0, U CB CB>0
područje zasićenja zasićenja (ZAS)
U EB<0, UCB<0
,
ZAS: ZAS - kako kroz tranzistor teče vrlo velika struja,
to se područje rada koristi u radu tranzistora kao sklopke - zatvorena sklopka (niska naponska razina). - ako kroz tranzistor teče vrlo mala struja, ZAP se koristi u radu tranzistora kao sklopke otvorena sklopka (visoka naponska razina).
30.
Nacrtati ulazne I-U karakteristike u spoju zajedničke baze.
31. Nacrtati izlazne I-U karakteristike u spoju zajedničkog emitera. Označiti na karakteristikama područje rada tranzistora. Na kojem je naponu, za zadanu struju I B struja IC = 0? Uz koju struju I C je za zadanu struju IB napon U CE = 0?
Skoro sve karakteristike slijevaju se u jednu prolazeći kroz vrijednost IC = 0 pri naponu U CEzas. Pri naponu U CE = 0
struja kolektora je to negativnija što je struja baze veća. U ZAS kroz tranzistor teče vrlo velika struja, to se područje rada koristi radu tranzistora kao sklopke - zatvorena sklopka (niska naponska razina). U ZAP teče vrlo m ala
struja, to se područje rada koristi u radu tranzistora kao sklopke - otvorena sklopka (visoka naponska razina). 32.
Nacrtati ulazne I-U karakteristike u spoju zajedničkog emitera.
33. Nabrojati najvažnije sekundarne efekte u radu tranzistora. - suženje baze > Earlyjev efekt. - drift u području baze. Tranzistori nehomoge nehomogene ne baze. - ovisnost faktora strujnog pojačanja o razini injekcije - utjecaj omskih otpora R C i RB. - strujna ograničenja u radu tranzistora. - probojni naponi tranzistora. - ograničenje snage. Utjecaj temperature na rad tranzistora. 34. Zbog čega nastaje suženje baze? Opisati Earlyjev efekt i njegov utjecaj na izlazne i ulazne karakteristike
u spoju zajedničkog emitera i zajedničke baze. + + Baza N PN tranzistora slabo je dopirana pa se osiromašeno područje reverzno polariziranog kolektorskog spoja više širi u područje baze zbog čega se njena efektivna širina sužuje. Utjecaj Earlyjeva efekta na izlazne karakteristike povećanjem reverznog napona napona kolektorskog spoja efektivna širina baze smanjuje smanjuje se zbog širenja osiromašenog sloja. C Dolazi do suženja baze, a time i struje I B, struja I se povećava. Utjecaj Earlyeva efekta na zlazne karakteristike - kada se radi u NAP-u, napon nepropusne polarizacije kolektorskog spoja UCB je veći od 0, baza je uska. uska. Smanjenje napona U CB na 0 i kasnije na još niže vrijednosti dovodi tranzistor
prvo na rub, a zatim sve dublje u zasićenje, zbog zbog čega se povećava efektivna efektivna širina baze. baze. 35. Što je posljedica nehomogenosti baze? Posljedica nehomogenosti nehomogenosti baze je pojava ugrađenog električnog polja usmjerenog od kolektora prema emiteru (NPN tranzistor). Drift u područje baze. 36. Kako razina injekcije utječe na prijenosni faktor f aktor tranzistora? Izraz za tehnološku ovisnost prijenosnog faktora β* ne pokazuje ovisnost o struji I E i IC, već samo o naponu UCB preko Earlyjeva efekta. Taj izraz dobiven dobiven je uz uvjet uvjet niske injekcije. Međutim pri vrlo malim naponima naponima baza ulazi ulazi u stanje visoke injekcije. 37. Kako razina injekcije utječe na faktor djelotvornosti tranzistora? U uvjetima vrlo niske razine injekcije pretpostavka zanemarive rekombinacije i generacije unutar osiromašenog o siromašenog
područje više ne vrijedi. Daljnjim porastom porastom razine injekcije smanjuje smanjuje se utjecaj utjecaj rekombinacije i generacije generacije u
osiromašenom području. području. Međutim, na još višoj razini injekcije znatnije raste i neravnotežna koncentracija većinskih nosilaca zbog čega se počinje mijenjati provodnost baze. 38. Nacrtati ovisnost faktora strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze o struji I E.
Kako omski otpori neutralnih područja kolektora i baze utječu na rad tra nzistora? U većini tranzistora (legiranih i difuzijskih) otpor emitera R E se može zanemariti, dok u difuzijskim tranzistorima t ranzistorima otpor kolektora RC nije zanemariv. Tehnološkim postupcima može se djelovati na iznose tih otpora, no utjecaj baze
39.
RB uvijek je prisutan. Kao posljedica protjecanja struje baze kroz otpor R BB', na njemu dolazi do pada napona zbog kojeg se napon U EB
doveden na vanjske kontakte kontakte tranzistora B i E, više ne pojavljuje u cjelosti na aktivnom dijelu baze (B' i E). 40. Proširiti Ebers-Mollov model s otporom baze R BB'.
41. Opisati strujna ograničenja u radu tranzistora. Raspodjela napona U EB', nije uniformna zbog nastajanja pri protjecanju struje baze kroz R B'E - distribuirani omski otpor aktivnog dijela baze. Za velike strue emitera i baze, U EB' je veliki, a emiterski spoj je jače propusno propusno polariziran
bliže baznih priključaka priključaka => zgušnjavanje zgušnjavanje (lokalizacija) (lokalizacija) strujnog toka uz rub emitera. Zgušnjavanje Zgušnjavanje strujnog toka => lokalno zagrijavanje => neispravan rad tranzistora => uništenje. 42. Opisati naponska ograničenja u radu tranzistora. Zašto je U CE0 < UCB0? U spoju ZE napon proboja U CE0 je nižeg iznosa iznosa (UCE0 < UCB0), a prisutan je i vrlo jak utjecaj multiplikacije nosilaca naboja u širokom opsegu napona kolektora. Pri IB=0: Struja IC teži beskonačnoj vrijednosti u dva slučaja: 1.) kada M → ∞ (kao u spoju ZB, pri znatno višim naponima ≈UCB0)
2.) kada umnožak Mα → ∞ 1 (budući da je α≈1, to se događa već kod malih iznosa M, dakle na nižim naponima) prevladava lavinska multiplikacija! 43. Kako temperatura utječe na ulazne karakteristike tran zistora?
Što je hiprebola maksimalnih kolektorskih gubitaka? Proizvođači poluvodičkih komponenata komponenata daju maksimalnu dopuštenu disipaciju P CM = konst. u obliku hiperbola dopuštene disipacije
44.
Tranzistori predviđeni za rad na viso kim snagama ugrađuju se u metalno kućište + hladnjak koji odvodi toplinu sa silicijske pločice. 45.
Opisati toplinski bijeg u bipolarnom tranzistoru.
Toplinski bijeg => disipirana snaga povećava temperaturu tranzistora, ona povećava β pa se za istu struju I B povećava struja IC. Veća struja IC izaziva daljnje povećanje disipacije na kolektoru => samouništenje! 46.
Na nekoj nelinearnoj I-U karakteristici definirati veliki i mali signal. Režim velikog signala i rada u statičkim prilikama opisuju Ebers -Mollove jednadžbe - struje tranzistora linearne kombinacije naponskih funkcija tipa exp(U) => nelinearna ovisnost struje o naponu.
Režim malog signala - promjene izmjeničnog signala oko statičke statičke radne točke točke vrlo male (kao u pojačalu) => nelinearna karakteristika se može linearizirati => tranzistor u linearnom režimu rada (za izmjenični signal postaje linearna elektronička komponenta).
47.
Što je linearni režim rada? U linearnom režimu rada konstante proporcionalnosti između pojedinih izmjeničnih veličina ovise o položaju statičke radne točke (i radnoj frekvenciji!). Nelinearna karakteristika karakteris tika se može linearizirati => tranzistor u linearnom
režimu rada (za izmjenični signal postaje linearna elektronička komponenta).
Linerani režim rada odnosi se samo na izmjenične (AC) kompon ente. Za istosmjerne komponente ne postoji linearan odnos pa je za DC uvjete dioda nelinearna komponenta. 48.
Opisati sve trenutne totalne vrijednosti struja i napona tranzistora u spoju zajedničkog emitera.
Za spoj ZE kod malog signala mogu se struje baze i kolektora, te naponi baza-emiter i kolektor-emiter pisati kao:
49.
Pokazati linearnu vezu između izmjeničnih promjena koncentracija naboja i izmjeničnog napona koji ju je izazvao. Režim malog malog signala! Linearizcaija karakteristika tranzistora u režimu malog signala može se prikazati pr ikazati pomoću malih dinamičkih promjena naboja u bazi. U uvjetima niske injekcije (uz r B≈0), trenutačna ukupna koncentracija injektiranih nosilaca
uz rub emiterskog spoja NPN tranzistora tr anzistora homogene baze, baze, u spoju ZE i NAP-u). NAP -u). 50. Prema definiciji struja i napona četveropola izraziti ovisnost ulaznog napona i struji i izlaznom naponu.
izlazne struje, o ulaznoj
uUL = f (iUL , u IZL) i IZL =f ((iUL , u IZL)
51.
Iz totalnog diferencijala gornjih izraza odrediti h-parametre. Nacrtati nadomjesni sklop bipolarnog tranzistora s h-parametrima.
ulazni dinamički otpor uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ili il i kratko spojen izlaz za izmjenični i zmjenični signal:
faktor povratnog djelovanja uz konstantnu istosmjernu struju na ulazu ili odspojen ulaz za izmjenični signal:
faktor strujnog pojačanja uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ili kratko spojen izlaz na izmjenični signal:
izlazna dinamička vodljivost uz konstantnu istosmjernu struju na izlazu ili odspojen ulaz za izmjenični signal:
52.
53.
Kakva je veza h-parametara i tehnoloških parametara tranzistora? Male su izmjenične struje i naponi tranzistora linerano povezane pomoću h-parametara pa vrijedi:
Nacrtati Earlyjev nadomjesni sklop. Koje fizikalno značenje imaju elementi tog sklopa? Ako se hibridnom nadomjesnom sklopu idealnog tranzistora doda omski otpor baze R BB' (ima ulogu
u režimu malog signala), tada se dobiva hibridni niskofrekvencijski nadomjesni sklop realnog niskofrekvencijski tranzistora tzv. Earlyjev nadomjesni sklop.
54.
Kako glase h-parametri takvog sklopa? Kod svih ' parametara označava označava se da da se radi o idealnom idealnom tranzistoru. Kod ovih ovih h-parametara drugo slovo u indeksu
označava da se radi o spoju sa zajedničkom bazom: hib - ulazni dinamički otpor uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ≈ rE'+rBB' (1+hfb')
hrb - faktor povratnog djelovanja uz konstantnu istosmjernu struju na ulazu ≈ hRB'+rBB'g'C hfb - faktor strujnog pojačanja uz konstantan istosmjerni napon na izlazu ≈ hFB' h0b - izlazna dinamička provodnost uz konstantnu istosmjernu ulaznu struju ≈ g'C 55.
Pomoću nadomjesnog sklopa za spoj zajedničkog emitera i h-parametara za spoj zajedničke baze, naći hparametre za spojzajedničkog emitera. pomoću h- parametara parametara zajedničke zajedničke baze hie= (ube /ib)uce=0 hib /(1+hfb) hre= (ube /uce)ib=0 [h0bhib /(1+hfb)]-hrb~ -hrb hfe= (ic /ib)uce=0
-hfb /(1+hfb)
h0e= (ic/uce)ib=0
h0b /(1+hfb)
Spoj ZE s h-parametrima ZB. 56.
Grafički odrediti h-parametre iz I-U karakteristika za spoj zajedničkog emitera.
Objasniti načelo mjerenja h-parametara. Prema uvjetima iz 51. pitanja, za izmjenične signale, h-parametri se mjere uz kratkom spojeni izlaz ili otvoren ulaz. 58. Što je hibridni π -nadomjesni sklop i gdje se upotrebljava? Hibridni π-nadomjesni se dobiva iz π-nadomjesnog sklopa dodavanjem otpora r bb'. Svi elementi tog t og nadomjesnog sklopa mogu se izračunati iz h-parametara i imaju izravnu vezu s fizikalnim pojavama u tranzistoru. Upotrebljava se 57.
pri visokim frekvencijama. 59.
Pokazati vezu između otpornih elemenata π -nadomjesnog sklopa i h-parametara. h- parametri parametri izraženi preko preko elemenata hibridnog π-sklopa:
Elementi hibridnog π-sklopa izraženi preko h-parametara: lateralni (bočni)otpor baze : otpor aktivnog dijela baze:
strmina tanzistora:
otpor nepropusno polariziranog kolektorskog spoja:
izlazni dinamički otpor kolektora :
60.
Kako je definirana i o čemu ovisi granična frekvencija spoja zajedničke baze?
Porastom radne frekvencije povećavaju se i reaktivni učinci zbog kojih pojačanja struje, napona i snage postaju frekvencijski ovisne veličine i smanjuju se porastom frekvencije. Reaktivni učinci locirani su u bazi zbog akumulacije naboja u njoj, te kapacitivnosti emiterskog i kolektorskog PN-spoja. Granična frekvencija spoja ZB ovisi o : - emiterskoj difuzijskoj kapacitivnosti C de-najviše utječe na frekvencijsku fr ekvencijsku ovisnost pojačanja tranzistora…faktor
strujnog pojačanja se smanjuje s porastom frekvencije - emiterskoj barijernoj kapacitivnosti C be - kolektorskoj difuzijskoj kapacitivnosti C dc-utjecaj na graničnu frekvenciju vrlo mali - kolektorskoj barijernoj kapacitivnosti C bc- kolektorskoj struji Ic - naponu U CB 61.
Kako je definirana granična frekvencija spoja zajedničkog emitera? Spoj ZE - graniče frekvencije f hfe hfe i f T T. Frekvencija f T T na kojoj je |h fe|=1 naziva se frekvencija širine pojasa strujnog pojačanja:
Što je frekvencija f T T? Frekvencija f T se naziva frekvencijom širine pojasa strujnog pojačanja i kod nje vrijedi d a je |h fe|=1. 63. Poredati po veličini frekvencije f hfb , f T T i f hfe. Frekvencije poredane po veličini f hfe hfe
zapiranje.
Radna točka pobliže određuje dinamičke karakteristike sklopa, a uz njezin položaj na izlaznoj i zlaznoj karakteristici aktivnog elementa povezan povezan je i pojam klase u kojoj koj oj djeluje elektronički sklop. Statički radni pravac - dopuštene statičke I C radne točke Q( I C , U CE CE ) u zadanom sklopu. U tranzistorskoj
sklopci struja baze upravlja strujom kolektora u većem dijelu izlaznih karakteristika.
65.
Što je duboko zasićenje? Duboko zasićenje je ono kod kojeg se kolektorska struja gotovo ne mijenja, iako je struja baze povećana, a napon UCE se i dalje smanjuje sve do U CEzas. Duboki ulazak u zasićenje važan je jer on utječe na vrijeme koje je potrebno da tranzistor izađe iz stanja zasićenja. Što je tranzistor manje u zasićenju to je i njegovo vrijeme isključivanja (prelazak iz zasićenja u zapiranje) kraće.
66.
Koja je svrha spajanja Schottkyjeve diode paralelno spoju baza-kolektor tranzistora? Schottkyjevu diodu spajamo paralelno spoju baza- kolektor zbog ubrzanja rada prekidačkih tranzistora, preklapaju
i
do 10 puta brže od običnog tranzistora. 67.
Koje su bitne karakteristike tranzistora kao sklopke? Vrijeme uključivanja tuklj.= td + tr, gdje je td vrijeme kašnjenja definira no kao vrijeme potrebno da pri baznoj struji, struja kolektora dosegne 10% njene konačne vrijednosti, a t r vrijeme porasta definirano kao vrijeme u kojem struja kolektora poraste sa 10% na 90% vrijednosti. vrij ednosti. Vrijeme isključivanja tisklj.= tst + tf , gdje je tst vrijeme zadržavanja o bično definirano kao vrijeme potrebno potrebno da struja IC padne na 90% pune vrijednosti, a tf vrijeme pada definirano kao vrijem u kojem struja kolektora padne s 90% na 10% vrijednosti. 68. Zašto se tranzistori s efektom polja nazivaju i unip olarnim tranzistorima?
Tranzistori s efektom polja se nazivaju i unipolarnim zato što struju čine samo većinski nosioci naboja. 69. Koje su dvije osnovne vrste FET- ova? Po čemu se oni bitno razlikuju? Dvije osnovne vrste FET-a su N-kanalni FET i P-kanalni FET. Najčešće se koriste N-kanalni jer je kod njih veća pokretljivost elektrona nego šupljina. 70. Skicirati presjek spojnog FET-a. Označiti područje uvoda S, odvoda D, upravljačke elektrode G i kanala.
71.
Objasniti načelo rada FET -a. Spojni FET radi tako što upravljački napon U GS stvara električno polje koje će ovisno o svojoj jakosti i smjeru inducirati tj. povećati ili smanjiti količinu naboja u poluvodiču . Na taj način se povećava ili smanjuje vodljivost poluvodiča . Upravljački napon UGS osigurava nepropusnu polarizaciju između p + i N područja. Širina PN barijere je veće s povećanjem napona U GS. Kroz preostali električki neutralni dio poluvodiča N-tipa zvanog kanal teći će struja koja će ovisiti kako o naponu U DS tako i o naponu U GS. Ta struja se zove struja
odvoda I D. 72. Na kojem je naponu U GS najširi kanal N -kanalnog spojnog FET-a? Kanal N-kanalnog FET- a najširi je kada je napon UGS=0. 73. Na kojem se naponu U GS prekida kanal N-kanalnog spojnog FET-a? Kanal N-kanalnog FET-a se prekida kada je napon U GS= -Up. 74. Što je napon dodira? Zbog kojih još razloga dolazi do prekida kanala? Napon dodira Up je napon pri kojem se prekida kanal i dolazi do zasićenja. - zbog porasta napona U DS i struje ID dolazi do prodiranja osiromašenog područja u kanal i do kanala. 75. Izvesti izraz za struju spojnog FET-a. Nacrtati I-U karakteristiku. Izraz za struju spojnog FET-a je:
prekida samog
- gdje je G0 vodljivost potpuno otvorenog kanala (dobivenu uz U GS=0), tj. vodljivost od zanemarive debljine osiromašenog sloja (xn<
76.
Na I-U karakteristikama označiti triodno područje, područje zasićenja i područje linearnog naponski promjenjivog otpora.
Područje linearnog naponski promjenjivog otpora se nalazi na spoju kod ishodišta.
77.
78.
Nacrtati prijenosnu karakteristiku N-kanalnog i P-kanalnog spojnog FET-a.
Što je modulacija duljine kanala i gdje se na I -U karakteristikama vidi njezin utjecaj? U realnim tranzistorima efektivna duljina kanala se skraćuje čime se smanjuje i njegov otpor, pa se povećanjem napona UDS struja odvoda ipak malo poveća (predstavlja onu iscrtkanu liniju na izlaznoj karakteristici). Taj efekt se naziva modulacijom duljine kanala. U biti to je povećanje struje odvoda u zasićenju (odstupanje od idealne karakteristike).
79.
Definirati dinamičke parametre i nacrtati nadomjesni spoj FET -a. Dinamički parametri:
Strmina (prijenosna vodljivost):
Izlazna dinamička provodnost:
Faktor naponskog pojačanja:
80.
Kako je definirana izlazna dinamička vodljivost? Izlazna dinamička vodljivost gd predstavljena je nagibom izlaznih karakteristika.
81.
Kako je definirana strmina FET-a? Strmina je predstavljena nagibom prijenosnih karakteristika. Strmina je maksimalna za U GS=0, osim toga strmina se
može povećavati povećavanjem povećavanjem omjera W/L (širim, a kraćim kanalom). 82.
Objasniti princip rada MESFET-a.
Konstantna otpornost ρn u članu G0 implicitno pretpostavlja konstantu pokretljivost elektrona! Pri većim jakostima električnih polja može doći do zasićenja pokretljivosti, pa gornja pretpostavka više ne vrije di. To posebno vrijedi za FET-ove vrlo kratkih kanala - na primjer MESFET-ove.
Suženje kanala se ostvaruje širenjem osiromašenog sloja nepropusno polarizirane strukture metal - poluvodič poluvodičSchottkyjeva barijera. MESFET-ovi se koriste u vrlo brzim digitalnim ili mikrovalnim sklopovima (jednostavnost (jednostavnost
Schottkyjeve barijere omogućava i vrlo male dimenzije komponenata!). 83. Opisati načelo rada tranzistora s efektom polja s izoliranom upravljačkom elektrodom (MOSFET). Strujom kroz površinski kanal upravlja napon upravljačke elektrode G -odvojena od kanala izolatorom. Za P-kanalni MOSFET napon U GS mora biti negativniji od napona praga -U tp da bi došlo do indukcije pozitivnog naboja tik uz površinu ispod upravljačke elektrode i stvaranja vodljivog P -kanala u N-podlozi. MOSFET kod kojeg se kanal stvara indukcijom, tj. tek dovođenjem napona U GS većeg od napona praga naziva se MOSFET obogaćenog tipa. MOSFET kod kojege kanal postoji i za U GS=0 V naziva se MOSFET osiromašenog tipa ( engl. depletion). Kod njih se za razgradnju kan ala na površini poluvodiča mora privesti negativan napon U GS koji se koristi za osiromašenje kanala koji u uvjetima ravnoteže već postoji. 84.
Koje vrste MOSFET-ova postoje? Nacrtati njihove prijenosne karakteristike. Obogaćeni N-MOSFET:
Obogaćeni P-MOSFET:
Osiromašeni N-MOSFET:
Osiromašeni P-MOSFET:
Što je osiromašeni, a što obogaćeni tip MOSFET -a? MOSFET obogaćenog tipa : MOSFET kod kojeg se kanal stvara indukcijom, tj. tek dovođenjem napona UGS većeg od napona praga . MOSFET osiromašenog tip a: MOSFET kod kojeg kanal postoji i za U GS = 0 V. Kod njih se za razgradnju r azgradnju kanala na površini poluvodiča mora privesti negativan napon UGS - koristi se za osiromašenje kanala koji u uvjetima ravnoteže već postoji!! 86. Kako uz razne iznose vanjskog napona dolazi do akumulacije, osiromašenja i inverzije idealnog MOS 85.
kondenzatora?
MOS struktura u neravnoteži (U < 0) – akumulacija – osiromašenje osiromašenje MOS struktura u neravnoteži (U > 0) – MOS struktura u neravnoteži (U >> 0) – inverzija 87. Kako dolazi do induc iranja površinskog N -kanala u P-podlozi? Inverzijom originalnog P-tipa pod djelovanjem vanjskog napona (uz površinu P -tipa poluvodiča povećava se koncentracija elektrona)(širina inverzijskog sloja uža od 1m). 88.
89.
Kako kapacitet idealne MOS strukture ovisi o naponu? Koje se kapacitivnosti ovdje pojavljuju? CTS i CTD - kapaciteti osiromašenih slojeva CRS i CRD - kapaciteti zbog preklapanja metalizacije upravljačke e lektrode G i difuzijskog područja uvoda D.
90.
91.
92.
Kako je definiran napon praga?
Kako razlika radova izlaza utječe na napon praga? Što je napon ravnih pojasa? Kako naboj na spoju oksid- poluvodič utječe na napon praga?
Izvesti izraz za struju MOSFET-a. Nacrati I-U karakteristiku.
93. 94.
95.
96.
Kako je definiran napon zasićenja?
Što je to modulacija duljine kanala? Kako se iz izlaznih karakteristika može odrediti napon U A? Povećanjem napona U DS smanjuje se duljina kanala i povećava struja ID tako da se spoje produžetci napona U GS.
Kako se mjerenjem može odrediti napon praga U t i koeficijent K?
Koji je točniji način određivanja koefijenta K?
Određivanje koeficijenta K iz nagiba pravca ne daje točne t očne iznose tog koeficijenta, jer je K/2 dobiven krajnjim pojednostavljenjem pojednostavljenje m u izvođenju izraza: izraza:
Taj se koeficijent mnogo linearni otpor. 97.
točnije mjeri u triodnom području i to u okolici nule gdje se MOS tranzistor ponaša kao
Kako podloga utječe na napon praga? Povećanje apsolutnog iznosa napona podloge => povećanje rezultantnog napona praga U tn.
98.
Nacrtati nadomjesni sklop za MOSFET i ucrtati parazitne kapacitete.
Nadomjesni spoj na visokim frekvencijama.
C TS TS i C TD TD - kapaciteti osiromašenih slojeva C RS i C RD - kapaciteti zbog preklapanja
metalizacije upravljačke elektrode G i difuzijskog područja uvoda D
Koji je najčešći način tehnološkog utjecanja na napon praga? Danas je najčešći način podešavanje napona praga ionska implantacija. Budući da se tom metodom mogu unijeti vrlo precizne koncentracije prim jesa, moguće je i vrlo precizno kontrolirati kontrolirati napon Utnρ. Tom se metodom uz primjenu jačih iznosa implantacije može napon praga ne samo smanjiti smanjiti na nulu, nego po po potrebi i povećavati. povećavati. 100. Koji su efekti osvjetljavanja poluvodiča? Fotoefekt - osvjetljavanjem poluvodiča povećava se generiranje parova nosilaca naboja. 99.
Posljedice fotoefekta: - povećanje provodnosti provodnosti poluvodiča poluvodiča, - povećanje inverzne inverzne struje PN-spoja (ako se fotoefekt javlja dovoljno blizu PN-spoja), - promjena širine osiromašenog osiromašenog sloja PN-spoja zbog difuzijskog gibanja nosilaca naboja (izravna pretvorba sv jetlosne u električnu električnu energiju), - emitiranje svjetlosti (posljedica ( posljedica rekombinacije rekombinacije nosilaca naboja zbog protoka struje kroz PN-spoj). 101. Što je fotootpornik? Koji su njegovi karakteristični parametri? Fotootpornici - poluvodička zamjena zamjena za vakuumske vakuumske fotoćelije fotoćelije Osnovni parametri fotootpornika: - vodljivost u tami, - osjetljivost na svjetlosnu pobudu, - spektralna osjetljivost, - prag osjetljivosti, - brzina odziva na svjetlosnu pobudu. 102. Objasniti fotonaponsku pretvorbu u PN- spoju. Koje uvjete je potrebno zadovoljiti da bi do nje došlo? Neosvjetljena nepropusno polarizirana PN-dioda => teče samo reverzna struja zasićenja I S, posljedica drifta manjinskih nosilaca kroz PN-spoj I S je generacijs ka struja => termički generirani manjinski nosioci naboja prenose se na drugu stranu PN- spoja pod djelovanjem električnog polja osiromašenog sloja. Osvjetljena nepropusno polarizirana PN-dioda => učestalosti termičke generacije para elektron-šupljina Gterm dodaje se učestalost optičke generacije para elektron-šupljina Gopt.
Nužan uvjet za pojavu optičke generacije para nosilaca naboja naboja je:
103. Na koja se dva načina može koristiti fotodioda? - fotodioda, - sunčeva ćelija. 104. Što je sunčeva ćelija? Sunčeva ćelija - izravna pretvorba optičke (svjetlosne) energije sunca u električnu energiju.
105. Što je faktor popunjenja kod sunčeve ćelije? Faktor popunjena - mjera za uspoređivanje sunčevih sunčevih ćelija.
106.
O čemu ovisi djelotvornost sunčeve ćelije? - o površinska gustoća protoka fotona u poluvodiču kod monokromatske svjetlosti valne duljine - A površina sunčeve sunčeve ćelije - W h srednja vrijednost energije fotona iz sunčevog spektra
107. Koje su uobičajene izvedbe sunčevih ćelija? - ćelije od polikristaličnog silicija, - ćelije od amorfnog silicija. 108. Što su fotodetektori? To su fotodiode koje mijenjaju vremenski promjenjive optičke u vremenski promjenjive električne signale. 109. Objasniti razliku fotodetektora s osiromašenim slojem i PIN fotodetektora. Fotodiode s osiromašenim slojem - generiranje para elektron- šupljina uglavnom u osiromašenom području Širina db - kompromis (velika osjetljivost i kratko vrijeme odziva): - veća osjetljivost osjetljivost - širi d b (slabi je je dopiranje). Većinu Većinu nosilaca apsorbira apsorbira osiromašeni osiromašeni sloj, manji barijerni kapacitet kapacitet (manja vremenska konstanta detektorskog kruga) - kraće vrijeme odziva - uži db PIN fotodetektor - osjetljiv na fotone energije EG fotoni nisu apsorbirani:
fotoni apsorbirani, ali u blizini površine gdje je učestalost rekombinacije vrlo vel ika: 110. Što su lavinske fotodio de i kada se koriste? Lavinske fotodiode- rade u području lavinskog proboja. proboja. Koristi se za intenziteta 111. Koji je princip rada fototranzistora?
detekciju optičkog signala vrlo niskog
Princip rada: pod djelovanjem upadne svijetlosti kroz emiterski spoj poteče struja bez obzira koji je od spojeva (E,B,C)
osvijetljen. Optički generirani nosioci naboja stvaraju struju koja
je ekvivalentna ekvivalentna struji baze. Struja emitera emitera jednaka je:
112. Zašto je fototranzistor osjetljiviji od fotodiode? Prema izrazu fototranzistor je
puta osjetljiviji od fotodiode.
113. Nabrojati i obisati vrste luminiscencije. Luminiscencija - svojstvo nekog materijala da emitira svjetlost - proces "hladne" emisije (za razliku od "v rućih" procesa - sijalica sa žarnom niti). Podjela luminiscencija prema najčešćim mehanizmima pobude nosilaca naboja: - fotoluminiscencija - pobuda apsorcijom fotona - brzi R proces - fluoroscencija f luoroscencija - spori R proces - fosforoscencija - katodoluminiscencija - pobuda bombardiranjem materijala elektronima visoke energije - injekcijska luminiscencija - pobuda uvođenjem uvođenjem struje u uzorak uzorak materijala.
114. Objasniti injekcijsku luminiscenciju kod svjetleće diode (LED). Simbol LED-ice:
115.
Objasniti princip rada optoizolatora.
Simbol i način polarizcaije optoizolatora: - razdvajaju se ulazne i izlazne komponente (izvor i detektor
svijetlosti) i povezuju optočkom vezom preko prozirnog izolacijskog spoja.
116. Što je stimulirana emisija svjetlosti? Stimulirana emisija - elektron na višoj ili pobuđenoj razini energije može biti i stimuliran na rekombinaciju pomoću polja fotona fotona odgovarajuće valne duljine (i energ energije):
117.
Usporedba LED-laser? Objasniti odnose spontane emisije, apsorpcije i stimulirane emisije.
U radijacijskom polju fotona energije
istodobno su prisutna tri procesa:
- stimulirana emisija - proporcionalna trenutnom broju elektrona n 2 na gornjoj energetskoj razini E 2 i gustoći
energije stimulirajućeg polja , - apsorpcija fotona - proporcionalna populaciji elektrona donje razine n 1 i gustoći energije stimulirajućeg polja , - spontana emisija - učestalost proporcionalna sam o populaciji gornje razine n 2. Stacionarno stanje: populacije n2 i n1 su konstantne 118. Što je populacijska inverzija kod PN -lasera?
apsorpcija = spontana + stimulirana emisija.
Za stimulirana>>spontane (stimulirana emisija fotona veća apsorpcija fotona) => osiromašeno područje više nije osiromašeno jer je velika koncentracija elektrona u vodljivom i šupljina u valentnom pojasu - uski pojas u PN-spoju i oko njega nastaje područje populacijske inverzije koje najlakše opisujemo kvazi-Fermijevim razinama. Koncentracija elektrona injektiranih u području populacijske inverzije u P -tip poluvodiča i šupljina injektiranih u N-
tip poluvodiča, mnogo je viša od ravnotežne koncentracije. 119. Što je tristor? Najvažnija i najčešće najčešće upotrebljavana upotrebljavana poluvodička energetska sklopka sklopka . Ta komponenta komponenta je četveroslojna četveroslojna PNPN struktura koja djelotvorno blokira struju kroz dva izvoda sve dok malom strujom na trećem izvodu nije prebačena u stanje vođenja. 120. Što je jednospojni tranzistor? Opisati njegov rad. Jednospojni tranzistor ( ili UJT ) je poluvodička sklopka čiji se rad temelji na modulaciji modulaciji provodnosti baze. Ona ima jedan PN spoj, ali jedan od slojeva slojeva tog spoja ima dva priključka. UJT UJT ili dvobazna dioda prelazi iz stanja blokiranja u sta nje vođenja kada napon na njezinim izvodima dosegn e neki kritičan iznos U pr0 , koji je moguće mjenjati pomoću vanjskog prednapona. prednapona.
121.
Kako u njegovoj I- U karakteristici nastaje područje negativnog otpora? Smanjenjem napona UR1 dodatno se povećava propusna polarizacija diode koja radi toga u bazu injektira j oš više šupljina. Rezultat je da povećanje struje kroz + P N spoj dovodi do smanjenja ukupnog napona U E=UD+UR1. To u I-U karakteristici UJT-a na prijelazu iz stanja blokiranja u stanje vođenja stvara područje negativnog negativnog otpora.
122. Kako izgleda struktura diodnog tristora? Osnovna struktura i koncentracija primjesa diodnog tristora:
123. Objasniti njegovu I-U karakteristiku. Zašto je takva komponenta prikladna za izvedbu elektroničke sklopke? Simbol i I-U karakteristika diodnog tristora
propusna polarizacija simbol:
vođenje područje negativnog otpora
Prelazak iz stanja blokiranja u stanje vođenja dešava se pri naponu U PM0, a odvija se brzim prolaskom kroz područje negativnog negativnog otpora. Kada kod tiristora u vođenju napon U AK padne ispod vrijednosti U h kroz
proboj nepropusna polarizacija
tiristor prestaje teći struja i on se ponovo vraća u stanje blokiranja. Struja u 3.kvadrantu je ograničena na malu struju termički generiranih parova elektronšupljina u blizini područja db1 i db3 . Ostaje mala sve do pojave lavinskog proboja U pr
I h - (engl. holding current ) struja držanja U h - (engl. holding voltage) napon držanja
124.
Zašto se tristor sa svoja 3 PN spoja ne ponaša kao 3 serijski spojene diode?
125.
Što je dvotranzistorska analogija diodnog tristora?
tristor PNPN se prikaže kao spoj PNP i NPN tranzistora.
Koje osiromašeno područje određuje napon prelaska tristora u vođenje? Zašto? naponski proboj - nastaje kod U AK UPM0. Posljedica je proboj ili znatno propuštanje srednjeg nepropusno nepropusno polariziranog osiromašenog osiromašenog područja područja db2. Mehanizam proboja obično nastaje kombinacijom:
126.
- lavinske multiplikacije, - efekta suženja baze. Uvjet prelaska u vodljivo stanje je
127.
pri čemu je M - koeficijent lavinske multiplikacije:
Koje osiromašeno područje određuje napon proboja tristora t ristora u nepropusnoj polarizaciji? db1 i db3 su neproposuno polarizirani, a d b2 propusno. Povećanjem napona reverzne polarizacije prvo dolazi do proboja osiromašenog osiromašenog područja područja db3. Naime, kako su N 2- i P2-
područja jače dopirana od N1- područja, db3 je uže od osiromašenog područja db1 pa do njegova proboja dolazi pri naponu od sveka nekoliko volta. Budući da kod nepropusne polarizacije nema tranzistorskog efekta, proboj d b3 ne utječe na struju kroz cijelu k omponentu omponentu jer osiromašeno područje db1 još nije probijeno. Proboj diodnog tristora kod propusne polarizacije ovisi stoga o proboju osiromašenog područja db1. Nakon proboja tog širokog osiromašenog područja d b1 je po iznosu približno jednak naponu naponu UPM0.
