ELEKTROTEHNIKA
10
TRANZISTOR
Bipolarni tranzistor
Ebers-Moll-ov model
Podru č č ja djelovanja BJT
MOSFET
Podru č č ja rada MOSFET-a
Primjena tranzistora
147
Tranzistor Tranzistori su poluvodički elementi koji se široko koriste u elektronici obavljajući uglavnom zadaće pojačala ili sklopke. Razvijeni su u Bellovim laboratorijima 1948., na tržištu su se pojavili 1952. godine, a danas se izrađuju i koriste u mnogo inačica kao pojedinačne komponente ili dijelovi integriranih krugova. Temelj djelovanja tranzistora su pojave na pn spoju. Naziv potječe od nekadašnjeg opisa djelovanja: TRANSfer resISTOR (engl.), mogućeg promatranja njegovog rada kao upravljanog otpora. Osnovne su inačice bipolarni tranzistor i tranzistor upravljan poljem (FET ).
10.1. Bipolarni tranzistor Bipolarni tranzistor (BJT −bipolar junction transistor ) sastoji se od dva pn spoja u redoslijedu npn ili pnp . Dijelovi sastava kao i istoimeni izvodi nazivaju se E−emiter , B−baza , C−kolektor . Rad BJT temelji se na ponašanju i većinskih i manjinskih nositelja u tankoj bazi smještenoj između emitera i kolektora i graničnim područ jima uz nju. Simbole npn i pnp BJT tranzistora s prikazanim definicijama smjerova struja i raspored slojeva prikazuje slika 10.1. Simboli npn i pnp tipa razlikuju se po smjerovima strelica, što vrijedi i za ostale vrste tranzistora. Kako u praksi prevladavaju npn tranzistori, sljedeća razmatranja odnose se na njih.
Slika 10–1 Simboli i načelna građa BJT tranzistora a) npn tip b) pnp tip
Ponašanje BJT opisuje se za različite potrebe različitim modelima. Statičko (DC) ponašanje za veliki signal može se opisati Ebers-Moll -ovim modelom sa slike 10.2.
Slika 10–2 Ebers-Moll-ov model za npn tip
tranzistora
148
ELEKTROTEHNIKA Model čine zavisni strujni izvori te simboli diode koji simboliziraju pn spojeve. I F je struja pn spoja baza-emiter (BE) i ovisi o naponu V BE prema: ⎛ V V BE ⎞ I F = I ES ⎜ e − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
(10.1)
T
gdje je I ES struja zasićenja pn spoja BE. Na pn spoju baza-kolektor (BC) struja I R ovisi o naponu V BC prema: ⎛ V V BC ⎞ I R = I CS ⎜ e − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
(10.2)
T
gdje je I CS struja zasićenja pn spoja BC. Struje priključaka mogu se izraziti prema I. Kirchhoffovom zakonu: ⎛ V V BC ⎞ ⎛ V VBE ⎞ I C = α F I F − I R = α F I ES ⎜ e − 1⎟ − I CS ⎜ e − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(10.3)
⎛ V V BC ⎞ ⎛ V VBE ⎞ I E = −I F + α R I R = −I ES ⎜ e 1⎟ − 1⎟ + α R I CS ⎜ e − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(10.4)
T
T
T
T
I B = −I E − I C = (1 − α F ) I F + (1 − α R ) I R
(10.5)
Parametri α imaju značenja:
α F−strujno pojačanje u spoju zajedničke baze,
α R−reverzno strujno pojačanje u spoju zajedničke baze.
U oznakama R dolazi od reverznog (engl. reverse ), a F od unaprijednog (engl. forward ). Reverzno i unaprijedno strujno pojačanje povezuje relacija: α R I CS = α F I ES = I S
(10.6)
I S = J S A
(10.7)
Pritom je I S struja zasićenja gdje je A površina spoja baza-emiter, a J S gustoća struje zasićenja za koju vrijedi: J S =
qDn n i 2 Q B
(10.8)
s oznakama
D n− srednja efektivna difuzijska konstanta elektrona
10 cm-3 pri n i− initrinsična gustoća nositelja u siliciju (n i= 1,45·10
300 K)
Q B−broj atoma dopiranih u bazu po jediničnoj površini (površinska
gustoća) 149
Tranzistor Parametri α R i α F ovise o gustoći nečistoća i dubini poluvodičkog spoja, a iznosi su im manji od 1. Kod pnp tranzistora, smjer dioda u nacrtanom modelu je obrnut, kao i naponski polariteti u jednadžbama. Kako se svaki od dva pn prijelaza može nalaziti u svakoj od dvije moguće polarizacije, postoje četiri područ ja djelovanja BJT tranzistora: aktivnounaprijedno (engl. forward-active ), aktivno-reverzno (engl. reverse-active ), zasićenje (engl. saturation ) i zapiranje (engl. cut-off ). Za npn tranzistor ovisnost područ ja djelovanja o polarizaciji pn prijelaza mogu se prikazati u koordinatnom sustavu V BC, V BE i tablično (slika 10.3). -VBC područ je zapiranja
unaprijedno aktivno
o n r o p a z
propusno
zaporno
VBE
reverzno aktivno
o n s u p o r p
VBE
područ je zasićenja VBC pn prijelaz
npn bipolarni tranzistor
pn prijelaz
baza-kolektor
baza-emiter zaporno polariziran
propusno polariziran
zaporno polariziran
podru č je zapiranja
unaprijedno aktivno
propusno polariziran
reverzno aktivno
podru č je zasi će nja
Slika 10–3 Područ ja djelovanja npn bipolarnog tranzistora
10.1.1.
Unaprijedno aktivno podru č je
Ostvaruje se pri propusnoj polarizaciji spoja EB i zapornoj polarizaciji spoja BC. To je često radno područ je tranzistora i koristi se za pojačavanje signala, osobito u spoju zajedničkog emitera. Kod npn tranzistora većinski nositelji elektroni koji čine glavninu emiterske struje, pri prijelazu propusno polariziranog pn -spoja između emitera i baze nađu se kao manjinski u bazi. Velika većina tih elektrona ne stiže se rekombinirati u tankoj bazi, već privučeni poljem na zaporno polariziranoj baznokolektorskoj barijeri (manjinskim nositeljima iz baze ta polarizacija nije zaporna) prolaze u kolektor čineći kolektorsku struju. Razlika emiterske i 150
ELEKTROTEHNIKA kolektorske struje jest mala struja baze kojom se nadoknađuju u bazi rekombinirani nositelji. Uz V BE>0,5 V i V BC<0,3 V jednadžbe (10.3) i (10.4) mogu se pojednostavniti te izlazi V BE
I C = I S e V T I E = −
I S α F
(10.9)
V BE V T
e
(10.10)
Iz KZ1 vrijedi I B = − ( I C + I E )
(10.11)
te se nakon sređivanja dobije: I B = I S
1 − α F αF
VBE
e
VT
=
I S β F
V BE
e V
T
(10.12)
gdje je β F – strujno poja č anje velikog signala u spoju zajedničkog emitera β F =
α F
1 − α F
(10.13)
Očevidno je da vrijedi: I C = β F I B
(10.14)
Izraz (10.14) često se koristi za najjednostavniji matematički model BJT. U unaprijedno-aktivnom područ ju kolektorska struja praktično ne ovisi o naponu V BC dok je god bazno-kolektorski spoj zaporno polariziran, već samo o prilikama na bazno-emiterskom spoju. Po uzoru na izraz (10.13) može se također definirati i reverzno strujno pojačanje velikog signala u spoju zajedničkog emitera: β R =
α R
1 − α R
(10.15)
Iako prema izrazu (10.9) glavnu ulogu u upravljanju kolektorske struje I C ima napon V BE, u primjenama BJT za pojačanje redovito se koristi linearna ovisnost I C o baznoj struji I B prema izrazu (10.14). Jedan od razloga je jaka nelinearnost u izrazu (10.9) i time razmjernost raspoloživog raspona kolektorskih struja vrlo zbijenom rasponu napona V BE oko 0.7 V (za silicij).
10.1.2.
Reverzno aktivno područ je
Reverzno aktivno područ je postoji pri reverznom prednaponu na BE spoju i propusnom prednaponu BC spoja. Ebers-Moll -ov model u reverznoaktivnom područ ju (V BC>0.5 V i V BE<0.3 V) pojednostavljuje se na:
151
Tranzistor V BC
I E = I S ⋅ e V T I B =
I S
(10.16)
V BC
e V
(10.17)
I E = β R I B
(10.18)
β R
T
što daje Ovo područ je vrlo se rijetko koristi.
10.1.3.
Područ ja zasićenja i zapiranja
U područ ju zasićenja obje barijere propusno su polarizirane, baza je zasićena nosiocima i tranzistor se ponaša kao uključena sklopka u strujnom krugu (stanje "ON"). Zasićenje se ostvaruje pri malim naponima V CE, a kolektorska struja I C razmjerna je gotovo linearno (po Ohmovom zakonu) naponu V CE. U područ ju zapiranja BJT obje barijere polarizirane su reverzno i propuštaju vrlo male reverzne struje, pa se u jednostavnim modelima uzima da vrijedi I C=I B=I E=0. Tranzistor se u strujnom krugu tada ponaša kao isključena sklopka (stanje "OFF"). Ic (mA)
područ je zasićenja
linearno aktivno područ je
područ je proboja
i B
= 150 μ A 120 μ A
15
100 μ A
1 0
75 μ A 50 μ A
5
25 μ A
i B
područ je zapiranja
10
20
=0
V CE (V)
Slika 10–4 Područ ja djelovanja BJT na izlaznoj karakteristici I C= f(V CE)
Kad zaporni napon na BC prijelazu nadmaši dopuštenu vrijednost tranzistor ulazi u područ je proboja (breakdown ) s porastom kolektorske struje I C i termičkim uništenjem.
152
ELEKTROTEHNIKA Primjer 10.1
Za neki BJT vrijede sljedeći podaci: površina emitera A =5,0 mm2, β F=120, β R=0,3, gustoća struje zasićenja J S=2⋅10-10 μA/mm2 i T =300 K. Treba nacrtati ulaznu karakteristiku I B= f(V BE) pri konstantnom V BC=−1 V u područ ju 0,3
Slika 10–5 Slika uz primjer 10.1
153
Tranzistor Primjer 10.2
Tranzistor npn tipa ima emitersko područ je od 5,0 mm2, α F=0,98, α R=0,35 i gustoću struje J S=2·10-9 μA/mm2. Za temperaturu T =300 K treba primjenom Matlab programa nacrtati izlaznu karakteristiku I C= f (V CE) uz V BE=0,65 V. Rješenje %i zl azna kar akteri st i ka BJ T k=1. 381e- 23; t emp=300; q=1. 602e- 19; cur _den=2. 0e- 15; ar ea=5. 5; al pha_f =0. 98; al pha_r =0. 35; vt =k*t emp/ q; i s=cur _den*ar ea; i es =i s / al pha_ f ; i c s=i s / al pha_ r ; vbe= [ 0. 65] ; vce=[ 0 0. 07 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 1 2 4 6] ; n=l engt h( vbe) ; m=l engt h( vce) ; f or i =1: n f or j =1: m i f r ( i , j ) = i es *exp( ( vbe( i ) / vt ) - 1) ; vbc ( j ) = vbe( i ) - vc e( j ) ; i r ( i , j ) = i cs *exp( ( vbc( j ) / vt ) - 1) ; i c( i , j ) = al pha_f * i f r ( i , j ) - i r ( i , j ) ; end end i c1 = i c( 1, : ) ; pl ot ( v ce, i c1, ' b' ) t i t l e( ' I z l az na kar akt er i s t i ka BJ T' ) xl abel ( ' napon kol ektor- emi t er {\ i t V}_C_E V' ) yl abel ( ' kol ekt or s ka s t r uj a {\ i t I }_ C A' ) t ext ( 3, 3. 1e- 4, ' {\ i t V}_B_E = 0, 65 V' ) axi s ( [ 0, 6, 0, 4e- 4] )
Slika 10–6 Slika uz primjer 10.2
154
ELEKTROTEHNIKA
h-parametri četveropola
10.1.4.
Četveropol se može također opisati h-parametrima: V1 = h11I1 + h12V2
(10.19)
I 2 = h 21I1 + h22V2
gdje su I 1 i V 2 nezavisne varijable, a V 1 i I 2 zavisne varijable. U matričnom obliku to izgleda ovako: ⎡V1 ⎤ ⎡h11 h 12 ⎤ ⎡ I 1 ⎤ ⎢ I ⎥ = ⎢h h ⎥ ⎢V ⎥ ⎣ 2 ⎦ ⎣ 21 22 ⎦ ⎣ 2 ⎦
(10.20)
h-parametri mogu se pronaći na ovaj način: h11 =
V1
h 21 =
I2
I1 I1
h 12 =
V2 = 0
h 22 =
V2 = 0
V 1 V 2 I 2 V 2
I 1 = 0
(10.21) I 1 =0
h-parametri se također zovu hibridni parametri, jer sadrže parametre za otvoreni (I 1=0) i zatvoreni (V 2= 0) krug. Primjer 6.6
Mreža na slici prikazuje pojednostavljeni model bipolarnog tranzistora (bipolar junction transistor). Treba naći njegove h-parametre:
I 1
Z 1
I 2
+
+ β ⋅ I 1
V 1
Y 2
−
− Slika 10–7 BJT - bipolarni tranzistor
Koristeći KZ1 za ulaz dobije se: V1 = I1Z 1
a koristeći KZ2 za izlaz dobije se: I 2 = β I 1 + Y2 V2
što daje h-parametre u matričnom obliku: ⎡ Z 1 0 ⎤ ⎥ ⎣ β Y 2 ⎦
[h ] = ⎢ 155
V 2
Tranzistor
10.2. FET Tranzistori s efektom polja FET (f ield e ffect t ransistor ) su vrsta tranzistora za čije se upravljanje ne koristi ulazna struja kao kod BJT, već napon, te se pomoću električnog polja utječe na struju kroz vodljivi kanal. Pokretni nosioci naboja nisu većinski i manjinski kao kod BJT, već samo jednog polariteta: elektroni kod n- kanalnog FET-a i šupljine kod p- kanalnog FET-a. Danas prevladavaju n- kanalne izvedbe zbog boljih svojstava, pa se razmatranja odnose na njih. Postoje dvije osnovne inačice: JFET (stariji, danas manje korišten) i MOSFET.
10.2.1.
MOSFET
ffect t ransistor (MOSFET) je element M etal- o xide- se miconductor f ield e sastavljen od četiri područ ja: vrata (engl. gate ), izvor (engl. source ), odvod (engl. drain ) i podloga (engl. substrate ), te izvodima za vrata (G), izvor (S) i
odvod (D). Visokovodljiva (npr metalna) vrata odvojena su vrlo tankim i visoko kvalitetnim izolatorom (npr. SiO2) prema modelu strukture na slici 10.8.
osiromašeni tip
obogaćeni tip
Slika 10–8 Model strukture i simboli n-kanalnog MOSFETa
Razlikuju se dva tipa: oboga ć eni (enhancement ) i osiromašeni (depeletion ). U obogaćenom tipu MOSFET-a vodljivi kanal između izvora i odvoda nastaje tek primjenom napona na vratima G. Primjerice, kod n-kanalnog obogaćenog tipa MOSFETa vodljivi kanal između jako dopiranih n -područ ja izvora S i odvoda D nastaje tek kad dostatno pozitivni napon na vratima V GS influencijskim djelovanjem potisne većinske šupljine dublje u podlogu, a privuče elektrone i učini ih u kanalu ispod vratiju većinskim nositeljima ("obogaćivanje kanala").
a)
b)
c)
Slika 10–9 Nastajanje n-kanala porastom V GS pri V DS = 0 u obogaćenom tipu
MOSFETa a) V GS ≤ 0 , šupljine u podlozi ispod vratiju G; osiromašena područ ja samo uz S i D b) V GS
>
0 , šupljine se odmiču od G, ispod vratiju nastaje osiromašeno područ je
c) V GS
0 , vrata privlače elektrone i nastaje vodljivi kanal između S i D
156
ELEKTROTEHNIKA Napon V GS=V T pri kojem se formira kanal naziva se okidni (engl. threshold ). U osiromašenom tipu MOSFET-a postoji vodljivi kanal između izvora i odvoda i pri nultom naponu na vratima ( V GS=0), a okidni je napon negativan. U oba slučaja promjenom napona na vratima kapacitivnim (influencijskim) djelovanjem utječe se na vodljivost kanala, a time i na iznos struje između odvoda i izvora. I D
I D
0
V T
V GS
0
V T
a)
V GS
b)
Slika 10–10 Prijenosna karakteristika MOSFETa a) obogaćeni tip b) osiromašeni tip
U statičkim uvjetima struja vratiju praktično ne teče (I G=0) zbog izolacijskog sloja između vrata i kanala, što znači da MOSFET ima veliku ulaznu impedanciju i da se upravljanje struje kanala I D=I S ostvaruje bez utroška snage. MOSFET može raditi u tri područ ja: zapiranju, triodnom i zasićenju. 10.2.1.1.
Područ je zapiranja
Zapiranje (engl. cut-off ) se ostvaruje kad je napon V GS niži od okidnog V T : VGS < V T
(10.22)
Struja odvoda I D jednaka je nuli za sve vrijednosti napona odvod-izvor V DS jer nema uvjeta za vodljivi kanal. Obogaćeni n -kanalni MOSFET ima pozitivan okidni napon V T , a osiromašeni negativan. 10.2.1.2.
Triodno (omsko) područ je
Kad je V GS>V T (kanal postoji) i V DS (V GS−V T ), dakle vrijednosti V DS su male, MOSFET radi u triodnom područ ju i ponaša se kao nelinearni, naponom kontrolirani otpor. Struja I D raste pri porastu napona V DS sa sve manjim gradijentom, koji na granici triodnog područ ja postaje jednak nuli (slika 10.9 b). U triodnom područ ju kanal se sužuje prema odvodu D jer je tamo influencijsko djelovanje slabije zbog manjeg polja. Porastom napona V DS kanal se uz odvod još više sužuje prema iščezavanju ( pinch off ). Granica triodnog područ ja nalazi se pri VDS = VGS − V T , tj. za niže vrijednosti V GS pri manjim iznosima V DS . 157
Tranzistor
Slika 10–11 Presjek obogaćenog n-kanalnog MOSFETa a) u triodnom područ ju pri V DS (V GS −V T ) kanal postoji i uži je pri D; struja I D ovisi i o V GS i o V DS b) povišenjem V DS na V DS =V GS −V T kanal pri D iščezava; dostiže se granica
triodnog područ ja, osiromašeno područ je u blizini D se proširuje c) Pri V DS >(V GS −V T ) točka iščezavanja kanala (pinch off) pomiče se prema izvoru S; osiromašeno se područ je još više proširuje; napon V DS ne utječe na struju, već samo V GS
158
ELEKTROTEHNIKA 10.2.1.3.
Područ je zasićenja
MOSFET je u zasićenju pri: VDS ≥ VGS − V T
(10.23)
U tom se područ ju pri povećanju napona V DS točka zatvaranja kanala (vrh trokuta na slici 10.8 b)) pomiče od odvoda D prema izvoru S. Iz kanala injektirani elektroni s te točke stižu kroz osiromašeno područ je na odvod. Na iznos struje I D ne utječe napon V DS već samo V GS.
Slika 10–12 Karakteristike MOSFETa a) prijenosna, b) izlazne
Područ je zasićenja slično je po ovisnosti struje i napona unaprijednoaktivnom područ ju BJT i slično se upotrebljava. Primjer 6.5
Mreža na slici prikazuje pojednostavljeni model FET-a (Field Effect Transistor-a). Treba naći njegove y-parametre. I 1
I 2
+
+ C 3 V 1
C 1
gm ⋅ V 1
−
159
V 2
−
Slika 10–13 FET
Koristeći KZ2 dobije se:
Y 2
Tranzistor I1 = V1sC1 + (V1 − V2 ) sC3 = V1 (sC1 + sC3 ) + V2 ( −sC3 ) I 2 = V2Y2 + gmV1 + (V2 − V1 ) sC3 = V1 ( g m − sC3 ) + V2 (Y2 + sC3 )
Prema tomu, y-parametri pojednostavljenog FET-a su: ⎡sC1 + sC 3 −sC3 ⎤ ⎥ ⎣gm − sC 3 Y2 + sC 3 ⎦
[Y ] = ⎢
10.2.2.
JFET
Spojni tranzistor ili JFET (j unction f ield e ffect t ransistor ) čiju načelnu građu i simbole prikazuje slika 10.10 ima izvode i pripadna područ ja s nazivima i oznakama: vrata G (engl. gate ), izvor ili uvod S (engl. source ) i odvod D (engl. drain ). U simboličkom prikazu n -kanalne izvedbe osnova n -tipa izvedena je na izvor S i odvod D, dok je bočno ubačeno područ je p -tipa izvedeno na vrata G (kod p -kanalne izvedbe tipovi su obrnuti). D G
D G
S
D
S
D
D
D n
n
G p
G
G
p
p V DS
p V GS
S a)
n
G
p
n
G
n
D
S
S b)
V GS
c)
S
d)
S
e)
Slika 10–14 JFET a) simbol i načelna građa n-kanalnog, b) simbol i načelna građa p-kanalnog, c) osiromašeno pn područ je bez vanjske polarizacije, d) osiromašeno područ je širi se pretežno u kanal pri naponima V GS <0 , V DS =0 , e) pri naponima V GS <0 , V DS > 0
osiromašeno pn područ je promjenljive je širine
Na pn prijelazu stvara se osiromašeno područ je koje uglavnom zahvaća u slabije dopirani kanal. Za V GS=0 i V DS=0 osiromašeno je područ je razmjerno usko i jednolike širine na pn granici, te je kanal širok. Uz V DS=0 i V GS<0 (porast zaporne polarizacije) osiromašeno se područ je s karakteristikama izolatora širi u kanal, a kanal sužuje. Pri nekom naponu V GS=V T (npr. −3 V) kanal iščezava. Širina kanala, a time i mogućnost prolaza struje kroz kanal mogu se dakle upravljati naponom V GS . Negativniji V GS znači uži kanal i manju struju. Povišenjem V DS od nule u blizini odvoda D osiromašeno područ je se širi, a kanal sužuje (triodno 160
ELEKTROTEHNIKA područ je). Ako se V DS još poveća, dolazi do iščeznuća kanala i pri V DS > (V GS−V T ) JFET ulazi u područ je zasićenja. JFET ima karakter osiromašenog FETa, a obogaćeni ne postoji.
10.3. Primjena tranzistora Tranzistori se izrađuju različitim tehnologijama kojima se postižu različita svojstva. Među parametrima tranzistora ističu se granično dopuštene vrijednosti napona i struja te oni kojima se opisuju dinamičke mogućnosti. Tranzistori se pojavljuju kao pojedinačni elementi, a nalaze se i integrirani u složenije komponente ostvarujući zajedno s drugim elektroničkim elementima sklopove s definiranim funkcijama. U strujnom krugu djelovanje tranzistora svodi se najčešće na upravljanje strujom nekog trošila. Promjene te struje služe u informacijske svrhe ili su u funkciji upravljanja energijom trošila. Tranzistori namijenjeni upravljanju energijom pripadaju tranzistorima snage. Energija potrebna za upravljanje tranzistora obično je znatno manja od upravljane. Zbog prolaska struje tranzistor se zagrijava i potreban je primjeren odvod topline kako bi temperatura na pn -spojevima ostala u dopuštenim granicama. Ponašanje tranzistora u strujnom krugu ovisi i o načinu spajanja izvoda u strujni krug. Ako se elementarni strujni krug s tranzistorom promatra kao četveropol, postoji ulazni (upravljački) i izlazni (upravljani) krug. Ovisno o tome koji je izvod zajednički za ulazni i izlazni krug, moguć je spoj tranzistora sa zajedničkim emiterom, kolektorom ili bazom (kod BJT), te sa zajedničkim izvorom, odvodom ili vratima (kod MOSFET-a i JFET-a). Svaka konfiguracija ima različita svojstva koja se mogu opisivati različitim vrstama parametara kao i svi četveropoli. Najčešće se koriste spojevi sa zajedničkim emiterom i zajedničkim izvorom. Tranzistori se praktično nalaze u dvije osnovne primjene: u funkciji uklapanja i isklapanja te u funkciji poja č avanja . Funkcija sklopke koristi se pri upravljanju energijom trošila i u digitalnoj tehnici, a funkcija pojačanja u različitim pojačalima. Stanje uključene sklopke tranzistor približno postiže ako se radna točka nalazi u područ ju zasićenja (BJT) ili triodnom područ ju (FET). Stanje isključene sklopke tranzistor postiže kad se radna točka nalazi u područ ju zapiranja. Za dovođenje u željeno stanje potrebno je da upravljačka veličina (struja baze kod BJTa, napon V GS kod FETa) poprimi potrebnu vrijednost. Glavne nesavršenosti tranzistorskih sklopki jesu
napon različit od nule u stanju uključene sklopke,
struja različita od nule u stanju isključene sklopke,
161
ograničena brzina uklapanja i isklapanja, što ima za posljedicu ograničenje frekvencije uklapanja-isklapanja i intenzivnije zagrijavanje.
Tranzistor BJT su prirodno pojačala struje: malena bazna struja upravlja veću kolektorsku. Struju izvora kod FETa upravlja ulazni napon V GS . Za postizavanje naponskih promjena razmjernih promjenama struja u izlaznom krugu treba u taj krug priključivati radni otpor (impedanciju). Radna točka mirovanja za tranzistor u funkciji pojačala nalazi se u unaprijedno-aktivnom (BJT) ili područ ju zasićenja (FET). Ostvarivanje uvjeta za pozicioniranje radne točke mirovanja naziva se polarizacija baze (ili vratiju). Za različite potrebe pojačanja koriste se različiti nadomjesni modeli tranzistora. Osim BJT i FET tranzistora postoje i druge vrste tranzistora te mnogo podvrsta. Pri upravljanju većim snagama uz spomenute vrste tranzistora od osobitog je značaja komponenta s nazivom IGBT ( i nsulated g ate b ipolar t ransistor ). IGBT sjedinjuje povoljna svojstva FETa (naponsko upravljanje) i BJT (brzina i mali napon u stanju uključene sklopke). U upravljačkom dijelu sadrži MOSFET, a u izlazu BJT prema nadomjesnoj shemi na slici.
Slika 10–15 Simboli i nadomjesna shema n-kanalnog IGBT
162
