COLEGIUL „SPIRU HARET” PLOIEŞTI

PROIECT PENTRU CERTIFICAREA COMPETENŢELOR PROFESIONALE

NIVEL 3

TEMA : TRANZISTORUL BIPOLAR

CALIFICAREA : TEHNICIAN ÎN AUTOMATIZĂRI

PROFESOR ÎNDRUMĂTOR ELEVDUŢĂ IRINEL STOIAN MĂDĂLINA CRISTINA

2012

CUPRINS

Argument.................................................................................pag 31. -Noţiunea de tranzistor bipolar. Structura si joncţiunile tranzistorului bipolar..........................................pag 5

2. -Tranzistorul bipolar ca element al circuitului................pag 6

3. -Regimul de lucru şi procesele fizice în tranzistorul bipolar.................................................................pag 73.1 -Regimul de lucru al tranzistoarelor bipolare......................pag 73.2 -Regim de blocare................................................................pag 73.3 -Regim de saturaţie..............................................................pag 83.4 -Regimul activ......................................................................pag 83.5 -Regim activ invers..............................................................pag 11

4. - Dependenţa parametrilor tranzistorului de temperatură.............................................................................pag 124.1 -Influenţa temperaturii asupra parametrilor semiconductorilor..............................................................pag 124.2 -Modificarea parametrilor tranzistoarelor bipolare la variaţia temperaturii.........................................pag 134.3 -Dependenţa caracteristicilor tranzistorului bipolar de temperatură.......................................................pag 164.4 -Regimul limită de funcţionare pentru tranzistoarele bipolare la variaţia temperaturii.........................................pag 18Bibliografie...............................................................................pag 21

2

ARGUMENT

Ştiinţa este un ansamblu de cunoştinţe abstracte şi generale fixate într-un sistem coerent obţinut cu ajutorul unor metode adecvate şi având menirea de a explica, prevedea şi controla un domeniu determinant al realitaţii obiective.

Descoperirea şi studierea legilor şi teoremelor electromagnetismului în urmă cu un secol si jumătate au deschis o eră nouă a civilizaţiei omeneşti.

Mecanizarea proceselor de producţie a constituit o etapa esenţială în dezvoltarea tehnică a proceselor respective şi a condus la uriaşe creşteri ale productivităţii muncii.

Tranzistorul a fost inventat la Bell Telephone Laboratories din New Jersey în decembrie 1947 de John Bardeen, Walter Houser Brattain, şi William Bradford Shockley. Descoperirea tranzistorului a determinat dezvoltarea electronicii fiind considerat una din cele mai mari descoperiri ale erei moderne.

În viaţa de zi cu zi fiecare persoană utilizează aparatura audio-video, aparate electrocasnice şi multe alte tipuri de aparate fară de care viaţa fiecăruia dintre noi nu ar mai avea farmec. Fiecare dintre aceste produse prezintă în componenţa lor elemente de circuit electronice cu un grad de dificultate mai mic sau mai mare.

După etapa mecanizării, omul îndeplineste în principal funcţia de conducere a proceselor tehnologice de producţie.

Se constată astfel că la un anumit stadiu de dezvoltare a proceselor de producţie devine necesar ca o parte din funcţiile de conducere să fie transferate unor echipamente şi aparate destinate special acestui scop reprezentând echipamente şi aparate de automatizare.

Prin automatizarea proceselor de producţie se urmăreşte asigurarea tuturor condiţiilor de desfăşurare a acestora fară intervenţia operatorului uman.

Lucrarea de faţă realizată la sfarşitul perioadei de perfecţionare profesională în cadrul liceului, consider că se încadrează în contextul celor exprimate mai sus. Doresc să fac dovada gradului de pregatire în meseria de “Tehnician Electronist”, cunoştinţe dobândite în cadrul disciplinelor de învăţământ “Bazele Automatizării”, “Electronică Analogică”, şi “Electronică Digitală”.

3

Tranzistorul înlocuieste cu succes clasica lampă electronica de radio, cu rol de amplificator de semnal, trioda. Iată de ce nu este de mirare că inventarea noului dispozitiv a speriat marile firme producătoare de piese de radio, care au vazut în tranzistor mai curand o gravă ameninţare, decât un avantaj economic.De aceea, la început, doar firma Bell Telephone, în laboratoarele căreia a fost realizată descoperirea, a dezvoltat şi perfecţionat tranzistorul, făcându-l apt pentru aplicaţii pe scară largă. Prima aplicaţie a fost fabricarea de proteze acustice tranzistorizate şi a fost realizată de către firma Raytheon, în 1953. În acest domeniu se simţea nevoia unor aparate sensibile cu dimensiuni mici.

În lucrarea prezentată încerc a arata dependenţa de ceea ce noi numim tranzistor şi de a explica rolul său funcţional în zilele noastre.

Consider că tema aleasă în vederea obţinerii diplomei de atestare în specialitate de “Electronist” dovedeşte capacitatea mea de a sistematiza si sintetiza cunoştinţele, de a rezolva problemele teoretice dar şi practice, folosind procese tehnologice din specializarea în care lucrez.

4

TRANZISTORUL BIPOLAR

1. Noţiunea de tranzistor bipolar. Structura şi joncţiunile tranzistorului bipolar

Tranzistor bipolar este numit dispozitivul electronic cu trei pini şi două sau mai multe joncţiuni p-n ce interacţionează între ele. În tranzistor se rânduiesc trei regiuni semiconductoare, pentru care pe placheta de izolator din Si-i, prin metoda epitaxial - planară se formează regiunile colectorului (C), bazei (B) şi emitorului (E) (fig.1.1). Pentru aceasta, în regiunea Si-n, ce serveşte drept colector, prin metoda difuziei este formată regiunea bazei Si-p. În această regiune, prin metoda difuziei locale, este format emitorul Si-n cu concentraţie majoră a impurităţilor donoare.

Fig.1.1. Structura tranzistorului bipolar tip n-p-n

La frontiera regiunii emitorului cu cea a bazei şi de asemenea la frontiera regiunii bazei cu cea a colectorului se formează două joncţiuni p-n – emitor şi colector (după denumirea regiunilor laterale ale structurii). Joncţiunile interacţionează dacă distanţa între ele , numită lăţimea bazei, este cu mult mai mică decât lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină mobili ( ). Lungimea de difuzie este distanţa pe care o parcurge electronul sau golul din momentul apariţiei în semiconductor până la recombinare. De regulă, suprafaţa joncţiunii colectorului este mai mare ca suprafaţa joncţiunii emitorului. Regiunea emitorului trebuie să posede o electroconductibilitate mai înaltă ca cea a bazei şi a colectorului. Concentraţia impurtăţilor în regiunile tranzistorului bipolar trebuie să respecte inegalitatea.

. (1.1)

5

C

Si-i

np

C E1B1

n Joncţiunea colectorului

Joncţiuneaemitorului

2. Tranzistorul bipolar ca element al circuitului În dependenţă de alternarea regiunilor, după tipul de electroconductibilitate, se deosebesc structuri tip p-n-p şi n-p-n. În fig.1.2 sunt prezentate structurile p-n-p şi n-p-n ale tranzistorului bipolar şi reprezentarea lor în circuitele electrice.

Fig.1.2. Reprezentarea tranzistoarelor bipolare

Ca element al circuitului electric, tranzistorul bipolar este utilizat în aşa mod, ca unul din pini să fie conectat la intrare, iar altul – la ieşire. Al treilea pin este comun. În dependenţă care din pini este comun, se deosebesc trei circuite de conectare ale tranzistoarelor bipolare:

- bază comună (BC);- emitor comun (EC);- colector comun (CC).

În fig.1.3. sunt prezentate aceste trei modificări de cuplare a tranzistorului bipolar în circuitul electric.

Fig.1.3. Schemele de conectare ale tranzistoarelor bipolare

6

n npE C

B

p pnE C

BE C

B B

CE

p-n-p n-p-n

JCJE JCJE

IB

BC IC

Iieş.Iintr.

IEIC

Iieş.

IE

IB

Iintr.

ECIE

Iieş.

IC

IB

Iintr.

CC

3. Regimul de lucru şi procesele fizice în tranzistorul bipolar

3.1. Regimul de lucru al tranzistoarelor bipolare

În timpul funcţionării tranzistorului la bornele sale este aplicată tensiune de la sursa de alimentare în curent contionuu. În dependenţă de polaritatea tensiunii aplicate, fiecare din joncţiunile p-n ale tranzistorului bipolar poate fi polarizată direct sau indirect, adică sunt posibile patru modalităţi de funcţionare a tranzistorului (tab.1.1).

Tabelul 1.1

Modalităţile de funcţionare a tranzistorului bipolar

Denumirea joncţiuniiConectarea joncţiunii

Denumirea regimului de funcţionare a

tranzistoruluiJoncţiunea emitorului

Joncţiunea colectoruluiInversăInversă

Regim de tăiere (blocare)

Joncţiunea emitoruluiJoncţiunea colectorului

IdirectăIdirectă

Regim de saturaţie

Joncţiunea emitoruluiJoncţiunea colectorului

Directă Dnversă

Regim activ normal

Joncţiunea emitoruluiJoncţiunea colectorului

Inversă Directă

Regim activ invers

3.2. Regim de blocare

În regim de blocaj ambele joncţiuni p-n sunt polarizate indirect. Prin bornele tranzistorului circulă curenţii de scurgere a joncţiunilor polarizate indirect, care reprezintă parametrii statici ai regimului dat. În fiecare din cele trei scheme de conectare a tranzistorului aceşti parametri posedă valori determinate. Ele sunt prezentate sub forma următoare:

pentru circuitul cu BC - ; pentru circuitul cu EC - ; pentru circuitul cu CC - .

Primul indice în reprezentare determină pinul prin care circulă curentul, al doilea – schema de conectare, al treilea, condiţiile în regiunea rămasă a schemei („0” – lipsa curentului, adică mers în gol; „S” – scurtcircuit).

7

3.3. Regim de saturaţie

În regimul de saturaţie ambele joncţiuni p-n sunt polarizate direct, joncţiunile sunt saturate cu purtători de sarcină mobili, rezistenţele lor sunt reduse. Regiunea E-C posedă o conductibilitate înaltă şi poate fi considerată ca scurtcircuitată. Parametrii statici reprezintă curenţii de saturaţie , , şi tensiunile de rest ( , ).

Raportând mărimile tensiunilor şi curenţilor, obţinem rezistenţa de saturaţie:

; .

3.4. Regimul activ normal

În fig.1.4 este reprezentat modelul plan unidimensional al tranzistorului bipolar, joncţiunea emitor a căreia este polarizată direct, iar cea a colectorului indirect. Această conectare corespunde regimului activ.

Fig.1.4. Mişcarea purtătorilor de sarcină şi curenţii în tranzistorul bipolar (regim activ)

Principiul de funcţionare a tranzistorului bipolar în regim activ se bazează pe utilizarea următoarelor fenomene:

- injecţia purtătorilor de sarcină prin joncţiunea emitorului;- purtătorii injectaţi prin bază care circulă drept rezultat al fenomenelor de

difuzie şi drift;- recombinarea purtătorilor de sarcină în regiunea bazei;- extragerea purtătorilor minoritari din bază în regiunea colectorului prin

intermediul câmpului electric, format de joncţiunea colectorului.

8

p n p

ICB0IB recIEn

IB

IEp=IE IEpJCJE

ICIE

UEB UCB

Injecţia purtătorilor de sarcină duce la trecerea prin joncţiunea emitorului a curenţilor de difuzie (a golurilor şi electronilor ). În circuitul extern al emitorului circulă curentul de injecţie:

. (1.2)

Pentru structura tranzistorului tip p-n-p relaţia între concentraţiile impurităţilor din regiunile emitorului şi bazei se determină ca:

.Din aceste considerente se obţine .Injecţia purtătorilor de sarcină din emitor în bază măreşte concentraţia purtătorilor minoritari în regiunea bazei. Concentraţia lor la frontiera joncţiunii emitorului pentru structura tip p-n-p se determină din relaţia:

(1.3)

Sarcina golurilor, apărute momentan în apropierea joncţiunii emitorului (~ 10-

17 s), se compensează cu sarcina electronilor, ce pătrund în bază de la sursa de alimentare UEB. Circuitul emitor – bază devine blocat şi asigură circulaţia curentului emitorului.Sub acţiunea gradientului concentraţiei purtătorilor de sarcină se produce mişcarea de difuzie a golurilor şi electronilor prin regiunea bazei de la emitor spre colector. Concomitent cu difuzia golurilor în bază, are loc şi recombinarea lor cu electronii. În locul electronilor care se recombină în regiunea bazei din circuitul extern al sursei de alimentare UEB sunt injectaţi alţi electroni, formând curentul de recombinare al bazei , alături de curentul electronilor injectaţi . Deoarece lăţimea bazei este considerabil mai mică ca lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină , micşorarea concentraţiei purtătorilor de sarcină în regiunea bazei din cauza recombinării este nesemnificativă, iar curentul de recombinare

este mai mic decât curentul emitorului cu un ordin-două. Golurile injectate de emitor în regiunea bazei se apropie de joncţiunea colectorului polarizată indirect, nimerind în câmpul de accelerare a acestei joncţiuni şi sunt transferate în colector. În aşa mod se formează componenta dirijată a curentului colectorului:

.Procesul de tranziţie a purtătorilor de sarcină minoritari prin bază este caracterizat de coeficientul de transfer .Coeficientul de transfer depinde de lărgimea bazei

BW şi lungimea de difuzie a golurilor

. (1.4)

Cu cât mai multe goluri sunt injectate din emitor în bază, cu atât mai major este curentul colectorului. Din aceste considerente curentul este proporţional cu

9

curentul emitorului şi se numeşte curentul dirijat al colectorului. Utilizând relaţia (1.4), se obţine

(1.5) Coeficientul este numit coeficient integral de transfer al curentului emitorului în circuitul colectorului. Dacă apelăm la relaţia (1.4), primim:

E

pE

pE

pC

E

pCE I

I

I

I

I

I. (1.6)

Posibilitatea de dirijare cu curentul de ieşire al tranzistorului, modificând valoarea curentul de intrare, este o proprietate importantă a tranzistorului bipolar, ceea ce oferă posibilitatea de a-l utiliza în calitate de element activ în circuitele electronice. În afară de componenta dirijată a curentului colectorului prin electrodul colectorului circulă şi componenta nedirijată a curentului, numită curentul de scurgere a joncţiunii p-n polarizate indirect. El este analogic curentului diodei semiconductoare cuplate indirect şi de aceea a primit denumirea de curentul de scurgere al colectorului . Aici indicii „C” indică curentul joncţiunii colectorului cuplate indirect; „B” – măsurările au loc în schema de cuplare BC; 0 – măsurările au loc pentru , adică pentru regim mers în gol la intrare. Direcţia curentului de scurgere a colectorului corespunde cu componenta dirijată a curentului colectorului şi de aceea

. (1.7) Curentul în circuitul bazei este orientat invers curentului de recombinare în bază şi curentului de injecţie

. (1.8) În circuitul emitorului curentul de injecţie se determină ca suma curentului colectorului şi curentul bazei :

. (1.9) Relaţiile (1.8) şi (1.10) determină legătura dintre curenţii tranzistorului şi sunt adecvate pentru oricare din circuitele de conectare. Procese analogice au loc şi în tranzistorul tip n-p-n, cu unică deosebire că în loc de goluri trebuie să vorbim despre electroni şi invers. Direcţiile curenţilor continui şi polarizarea tensiunilor de alimentare ce corespund regimului activ sunt prezentate în fig.1.3. În circuitele EC şi CC (fig.1.3) curentul de dirijare este curentul bazei, iar relaţia pentru curentul colectorului (1.8) poate fi scrisă în felul următor: ; ;

, (1.10)

unde:

10

este coeficientul de amplificare după curent în schema de cuplare EC;

- componenta nedirijată a curentului colectorului în

schema EC, sau curentul de scurgere a tranzistorului bipolar.

Pentru schema CC curentul de ieşire este curentul emitorului. Din aceste considerente

;

,

sau , unde

. (1.11)

3.5. Regim activ invers

În regim activ invers joncţiunea emitorului este cuplată invers, iar joncţiunea colectorului direct. De aceea, în comparaţie cu regimul activ, în regim de inversie injecţia purtătorilor de sarcină este înfăptuită de joncţiunea colectorului, iar extracţia purtătorilor de joncţiunea emitorului. Practic, emitorul şi colectorul îşi schimbă funcţia şi poziţia în circuit. Pentru schema de cuplare BC:

, (1.12) unde este coeficientul de transfer invers. Deoarece suprafaţa joncţiunii emitorului este cu mult mai mică decât cea a joncţiunii colectorului şi , atunci . Pentru schema CC

. (1.13)

Pentru schema EC

. (1.14)

11

4. Dependenţa parametrilor tranzistorului de temperatură 4.1. Influenţa temperaturii asupra parametrilor semiconductorilor

Dependenţa parametrilor şi caracteristicilor dispozitivelor semiconductoare de temperatură este condiţionată de faptul că proprietăţile fizice ale materialului semiconductor într-o măsură mare se modifică sub influenţa temperaturii. De exemplu, conductibilitatea specifică a semiconductorului este determinată de relaţia , (1.15)unde: , prezintă mobilitatea purtătorilor de sarcină ce sunt funcţie de temperatură; , - concentraţia purtătorilor de sarcină. Dependenţa tipică a conductibilităţii specifice a semiconduc-torului de temperatură este prezentată în fig.1.5.

Fig.1.5. Dependenţa electroconductibilităţii specifice a semiconductorului cu impurităţii de temperatură

La temperatură foarte joasă în semiconductor electronii ce se află pe ultimul nivel energetic interacţionează între ei foarte puternic. Cu majorarea temperaturii la are loc ionizarea atomilor de impurităţi şi majorarea concentraţiei purtătorilor de sarcină mobili. Majorarea valorii conductibilităţii specifice are loc după legea

, unde este un număr întreg sau fracţionar. Cu mărirea de mai departe a temperaturii toţi atomii de impurităţi sunt ionizaţi, concentraţia purtătorilor de sarcină intrinseci rămâne să fie nesemnificativă şi, ca urmare, conductibilitatea specifică scade din cauza micşorării mobilităţii purtătorilor de sarcină . Majorarea de mai departe a conductibilităţii specifice cu creşterea temperaturii are loc din cauza apariţiei perechilor electron – gol în semiconductorul intrinsec.

4.2. Modificarea parametrilor tranzistoarelor

12

0

1cm,

10 20 30 40

10

102

K,T

10001

103

50

123 NNN

3N

1N 2N

bipolare la variaţia temperaturii

Rezistenţa joncţiunii emitorului depinde de temperatură în modul următor

, (1.16)

unde: este constanta lui Boltzman; - temperatura; - sarcina electronului; - curentul emitorului. Se observă că odată cu majorarea temperaturii pentru curentul emitorului constant rezistenţa creşte. Rezistenţa bazei este determinată de relaţia

, (1.17)

unde este coeficientul de transfer după curent în cuplarea tranzistorului EC. Rezistenţa colectorului tranzistorului (fără drift) în cazul joncţiunii abrupte

, (1.18)

unde: este tensiunea între bază şi colector; - grosimea bazei; - grosimea joncţiunii colectorului. Pentru tranzistorul cu drift

. (1.19)

Pentru a determina influenţa temperaturii asupra rezistenţei joncţiunii colectorului este necesar de a analiza caracteristicile în funcţie de temperatură a parametrilor ce intră în componenţa relaţiei (1.19). Se cunoaşte că

. (1.20)

Coeficientul de transfer al curentului în cuplaj BC este determinat de relaţia , (1.21)unde: este coeficientul de injecţie; - coeficientul de transfer; - eficacitatea colectorului. Cu majorartea temperaturii creşte puţin şi valoarea coeficientului de transfer

, deoarece se măreşte neesenţial şi lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină . Aceasta provoacă majorarea coeficientului de transfer după curent . Majorarea valorii lui provoacă creşterea lui . Modificarea valorii constituie . Curentul emitorului depinde de temperatură

, (1.22)

unde este curentul termic al joncţiunii emitorului.

13

Cu majorarea temperaturii, curentul emitorului creşte din cauza modificării valorii , după legea exponenţială, şi este mai evidenţiat la temperaturi înalte (se măreşte de două ori la fiecare 10 grade în variaţia temperaturii). Joncţiunea colectorului este asimetrică şi grosimea poate fi exprimă prin relaţia

, (1.23)

unde: este concentraţia impurităţilor în regiunea joncţiunii colectorului; - bariera de potenţial. Fiindcă asupra grosimii joncţiunii influenţează nivelul concentraţiei purtătorilor de sarcină cu modificarea temperaturii. Deoarece concentraţia purtătorilor de sarcină se măreşte odată cu creşterea temperaturii, grosimea joncţiunii scade. În aşa mod, la o temperatură nu prea înaltă cea mai mare influenţă o va avea majorarea coeficientului de transfer , ceea ce va provoca mărirea rezistenţei joncţiunii colectorului. La temperatură mai înaltă va avea loc micşorarea din cauza influenţei tot mai mari a curentului emitorului

, (1.24)unde

; .

La , pentru germaniu şi pentru siliciu. Dacă vom trece de la logaritmul natural la cel in baza 2, obţinem

, (1.25)

unde este temperatura de dublare a curentului termic.

Pentru joncţiunea fabricată din germaniu, , din siliciu - . Dependenţa de temperatură a parametrilor din schema echivalentă analizaţă este prezentată în fig.1.6.

14

.. relun

0

1

0CBI

Br

80 40 0 40 CT o,

5,0

0,1

5,1

0,2

0CBI

1Br

Cr

Er

Cr Er

Fig.1.6. Dependenţa parametrilor fizici de temperaturăpentru tranzistorul bipolar

După cum se cunoaşte, tranzistorul bipolar poate fi prezentat ca cuadripol liniar. Parametrii h ai tranzistorului sunt legaţi de parametrii schemei echivalente prin relaţiile următoare

; ; ; ;

; ; (1.26)

; .

În practică, de obicei, apare problema inversă – după parametrii h cunoscuţi se determină parametrii fizici

; ; . (1.27)

Dependenţa de temperatură a parametrilor h pentru tranzistorul bipolar este prezentată în fig.1.7.

Fig.1.7. Dependenţa parametrilor h de temperatură pentru tranzistorul bipolar

4.3. Dependenţa caracteristicilor tranzistorului

bipolar de temperatură Cu majorarea temperaturii, curentul emitorului se măreşte esenţial şi caracteristica de intrare pentru schema de conectare BC are forma indicată în fig.1.8. Deplasarea caracteristicilor are loc aproximativ cu . Curentul de ieşire (curentul colectorului) se determină conform relaţiei

15

.. relun

040 20 0 40 CT o,

0,1

0,2

0,3

0,4eh12

20

eh11

eh21

eh22

. (1.28)Rezultă că pentru curent constant al emitorului modificarea absolută a curentului colectorului va fi următoarea:

. (1.29)Modificarea relativă pentru curentul colectorului este

. (1.30)

Din cauza că modificarea coeficientului nu este majoră, iar este de ordinul , atunci devierea caracteristicilor de ieşire cu temperatura pentru schema BC este nesemnificativă (fig.1.8). Pentru schema de conectare EC curentul de intrare este curentul bazei care aproximativ este determinat din formulele Ebers – Moll în modul următor:

, (1.31)

unde: prezintă coeficientul de transfer în regim activ; - coeficientul de transfer în regim de inversie; - potenţialul termic; , - curenţii inverşi ai joncţiunii emitorului şi colectorului. Caracteristicile de intrare, măsurate pentru diferite temperaturi, se intersectează, deoarece unele componente din relaţia (1.32) depind în mod diferit de temperatură (fig.1.9).

16

Co60Co50

mAI E ,

4

mVU EB ,

3

2

1

0 100 200

Co80

Co50

Co20

mAIC ,

12

mVUCB ,

9

6

3

0 5

Co20

10 15

mAI E 10

mAI E 6

mAI E 2

Fig.1.8. Dependenţa de temperatură a parametrilor h

Fig. 1.9. Dependenţa de temperatură a caracteristicilor de intrare în schema de cuplare EC

Curentul colectorului pentru schema de conectare EC se scrie în forma următoare:

. (1.32)

17

AIB ,

40

mVUBE ,

20

0

100

Co45 Co20100

80

60

mAIC ,

4

VUCE ,

2

0 10

10

8

6

12

5

Co60

AIB 40A30

A20 A10

Co20

AIB 40A30A20A10

Fig.1.10. Dependenţa de temperatură a caracteristicilor de ieşire în schema cu EC

Instabilitatea relativă a curentului colectorului pentru

, (1.33)

adică se măreşte în comparaţie cu conectarea BC de ori. Din relaţia (1.33) se observă că modificarea caracteristicilor de ieşire a tranzistorului conectat în schema EC este semnificativă. De exemplu, dacă în diapazonul dat de temperaturi în schema BC modificarea formei caracteristicilor de ieşire va fi de câteva procente, atunci pentru conectarea EC ea va constitui sute de procente. În fig.1.10. sunt prezentate caracteristicile de ieşire ale tranzistorului bipolar conectat în schema EC, obţinute pentru câteva valori ale temperaturii.

4.4. Regimul limită de funcţionare pentru tranzistoarele bipolare la variaţia temperaturii

Se cunoaşte că odată cu majorarea temperaturii considerabil se măreşte concentraţia purtătorilor de sarcină minoritari în funcţie de lărgimea benzii interzise a semiconductorului. Când concentraţia purtătorilor de sarcină minoritari se apropie de concentraţia purtătorilor de sarcină majoritari, funcţionarea dispozitivului semiconductor se dereglează. Temperatura maximă de lucru este determinată de energia de ionizare a semiconductorului şi concentraţia impurităţilor. Pentru tranzistoarele fabricate din germaniu temperatura maximă de funcţionare variază în limitele , iar pentru cele din siliciu în limitele

. Aceasta se datorează diferenţei dintre lărgimea benzii interzise (pentru germaniu , siliciu ). Limita de jos a temperaturilor de lucru este determinată de energia de ionizare a impurităţilor ( ), şi reprezintă aproximativ . Practic diapazonul minim al temperaturilor de lucru este limitat de diferiţi factori tehnologici şi de particularităţile constructive şi se plasează în limitele . Dintre toate regiunile din structura tranzistorului cea mai mare putere este disipată pe joncţiunea colectorului, deoarece ea posedă rezistenţă electrică mai majoră. Pentru funcţionarea normală tranzistoarele de putere sunt utilate cu radiatoare iar puterea disipată de joncţiunea colectorului poate fi determinată conform relaţiei

, (1.34)

18

unde: este temperatura joncţiunii colectorului; - temperatura mediului; -

rezistenţa termică a joncţiunii colector - carcasă ; - rezistenţa termică radiator – mediu. Rezistenţa termică este un parametru important al tranzistorului şi este indicată în îndrumarele respective. De obicei ea se exprimă în grade celsius pe miliwat sau grad celsius pe wat şi pentru majoritatea tranzistoarelor se plasează în limitele . Temperatura maxim admisibilă determină regimurile de limită după curent, tensiune şi putere. Cu creşterea temperaturii, curba puterilor admisibile se deplasează în jos (fig.1.11). Suprafaţa radiatorului este determinată de relaţia

, (1.35)unde B este coeficientul termic .

Fig. 1.11. Dependenţa de temperatură a regimurilor de funcţionare a tranzistorului

Dependenţa experimentală care leagă variaţia de temperatură şi coeficientul termic B este prezentată în fig.1.12. Curba 1 corespunde convecţiei libere a aerului, iar curba 2 – răcirii forţate (viteza fluxului de aer aproximativ

).

19

maxCI

maxCEU0

1

2

3

4

105 VUCE ,

AIC , maxCP

1T

2T

mAI B 200

mA150

mA100

mA50

mA25

0

WcmB 2,

20 40 60 80

20

40

60

80

Ct op ,

2 1

Fig.1.12. Dependenţa de temperatură a coeficientului termic

În aşa mod la proiectarea aparatajului radioelectronic cu tranzistoare ce lucrează într-un diapazon larg de temperaturi şi este important de a cunoaşte ce influenţă are temperatura asupra parametrilor şi caracteristicilor elementului activ şi care sunt limitele în funcţionarea acestui dispozitiv electronic.

BIBLIOGRAFIE:

1. Valenoks, Dispozitive semiconductoare, Fundaţia Design de Aparate Electronice - M. Dodeka 2001. 2. Sandu D. Electronică şi Fizică Aplicată . – V.1. – Iaşi; Editura A.I.Cuza -1994.3. D.Dascălu, A.Rusu, M.Profirescu, I.Costea Dispozitive şi Circuite Electronice. – Bucureşti; Editura Didactică şi Pedagogică - 1982.

20

4. Zamfir V. Bazele Radioelectronicii. – Timişoara; Facla - 1987.

21