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Transistore bipolare 1) Densità di corrente di elettroni Jn che scorre in un npn : In un BJT npn c´è un flusso di lacune trascurabile nella base e quindi dall´equazione di continuità si può dedurre il campo elettrico lungo la asse x che sostituito nell´equazione di continuità per le lacune e semplificando dà lasciando al secondo membro solo la derivata si ottiene un differenziale perfetto quindi integrando lungo la regione di base si ha , sostituendo i valori si ottiene dove avendo supposto Dn pressochè costante nella base e quindi lo abbiamo sostituito con il suo valore medio mentre
2) BJT prototipo : Si tratta del transistor più vicino alla formulazione di Schottky, in esso infatti la concentrazione dei droganti è costante nelle diverse regioni e ci sono brusche variazioni di drogaggio alle giunzioni.
3) Polarizzazione attiva di un BJT : La giunzione BE è polarizzata direttamente, ciò riduce la barriera di potenziale e quindi gli elettroni vengono inettati nella base, mentre la giunzione BC è polarizzata inversamente quindi gli elettroni vengono sospinti verso il collettore, la base inoltre è molto stretta quindi si può utilizzare la teoria del diodo a base corta per dire che la distribuzione dei portatori minoritari in eccesso non sarà esponenziale bensì lineare. Essendo VBE negativa , l´esponenziale ad esso associato vale 1 pertanto la corrente che scorre nel BJT è quindi dipende in maniera esponenziale dalla tensione applicata, graficando questa relazione su di una carta semilogaritmica si ottiene una retta la cui pendenza è quindi inversamente proporzionale alla temperatura il che consente di realizzare sensori di questa grandezza, inoltre l´intersezione con la asse VBE = 0 ci dà il valore di JS e da questa ci può ricavare il valore della carica di Built_In presente in base , dividendola per la carica q si ottiene il numero di atomi dopanti presenti in base, altrimenti detto Numero di Gummel esso è importante perché tanto più è piccolo tanto più grande è la corrente trasportata dal BJT.
4) Guadagni di corrente in un BJT : La corrente che scorre tra emettitore e base è sostanzialmente dovuta ai tre seguenti contributi : a) Ricombinazione degli elettroni iniettati dall´emettitore con le lacune presenti nella base IrB b) Ricombinazione degli elettroni iniettati dall´emettitore nella regione di carica spaziale compresa tra emettitore e base c) Flusso di lacune dalla base all´emettitore IpE Essendo InE la corrente che viene iniettata dall´emettitore e che si scompone nelle componenti precedentemente indicate e nella componente che raggiunge il collettore, vengono definiti i seguenti coefficienti : è il fattore di ricombinazione in base è l´efficienza d´emettitore in loro funzione si definisce il parametro aF che relaziona IC ad IE cioè IC = -aF IE con aF = gaT sostituendo nell´equazione delle correnti nel BJT si ottiene IC = bFIB dove bF è il guadagno di corrente in continua.
5) Modello di Ebers-Moll : Questo modello sostanzialmente tiene conto della corrente IBE che si ricombina nella giunzione BE sottraendola alla corrente presente Jn che va dall´emettitore al collettore, in particolare sostituendo l´espressione precedentemente trovata per Jn si ha ed in maniera analoga si può esprimere , per entrambe scomponendo la 1ª quadra e sommando e sottraendo IS si ottiene ed anche . In queste grandezze vi sono 4 incognite tuttavia soltanto 3 sono indipendenti in quanto tra esse vige la relazione di reciprocità , Il circuito corrispondente vede due diodi disposti come in un npn costituito da diodi, ciascuno di essi ha poi in parallelo un generatore di corrente.
6) Effetto Early : Per un BJT polarizzato in regione attiva la giunzione BC è polarizzata inversamente, ne segue che la corrispondente ampiezza della regione di carica spaziale è funzione della tensione inversa applicata e ciò implica una variazione della corrente infatti si ha dove è la tensione di Hearly, si può in particolare osservare che quando VCB aumenta, anche IC aumenta. Da un punto di vista grafico, VA è il punto d´intersezione sulla asse delle ascisse delle tangenti alle curve parametriche di IC in funzione di VCE (… e quindi anche di VCB dato che in regione attiva si ha VCE = VCB + 0,7V) tali tangenti vanno prese nel punto d´uscita dalla saturazione, considerando invece le tangenti alle rette della regione attiva, si ottiene un valore VA´ più utile per la progettazione in quanto relativo alla regione attiva di funzionamento.
7) Effetto Kirk : Siamo in condizioni di High_Level Injection quando la popolazione dei portatori maggioritari all´equilibrio viene pesantemente alterata dalla polarizzazione, quando questa condizione è presente al collettore si ha la ampiezza della regione di carica spaziale tende a diminuire, e corrispondentemente si espande la regione quasi-neutra di base, ne risulta che diminuisce il guadagno in corrente del BJT e peggiora la risposta in frequenza dello stesso.
8) Tempo di transito in base :
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