Најважније из лекције
Фотоотпорник: Полупроводнички сензор чији се отпор смањује под дејством светлости захваљујући унутрашњем фотоефекту (фотопроводљивости).
Биполарни транзистор (BJT): Трослојни полупроводнички елемент (\(npn\) или \(pnp\)) са два \(pn\)-споја и три извода: емитор (E), база (B) и колектор (C). Главне функције су појачање сигнала и прекидање струје.
Режими рада:
Биполарни транзистор (BJT): Трослојни полупроводнички елемент (\(npn\) или \(pnp\)) са два \(pn\)-споја и три извода: емитор (E), база (B) и колектор (C). Главне функције су појачање сигнала и прекидање струје.
Режими рада:
- Директан активан: \(BE\) директно, \(BC\) инверзно \(\rightarrow\) појачавачки режим.
- Засићење: оба споја директно \(\rightarrow\) прекидач укључен.
- Закочење: оба споја инверзно \(\rightarrow\) прекидач искључен.
Фотопроводљивост (унутрашњи фотоефекат) је појава значајног повећања електричне проводљивости полупроводника услед осветљавања. Апсорпцијом фотона светлости, валентни електрони прелазе у проводну зону, чиме расте концентрација слободних носилаца наелектрисања.
Фотоотпорник је полупроводничка компонента чија се електрична отпорност смањује (а проводљивост повећава) при излагању светлости.
Фотоотпорници се користе као сензори и детектори светлости у уређајима као што су фото-апарати, улична расвета и алармни системи.
Шта се дешава са отпорношћу фотоотпорника када се соба у којој се налази замрачи?
Смањењем осветљености смањује се број генерисаних слободних носилаца наелектрисања, па електрична проводљивост опада, а отпорност фотоотпорника значајно расте.
Транзистор је активна полупроводничка компонента која има две основне функције у електричним колима: појачавачку (појачање сигнала малих амплитуда) и прекидачку (укључивање и прекидање струјног тока).
Према врсти носилаца наелектрисања, транзистори се деле на:
- Биполарне транзисторе (BJT): струју чине оба типа носилаца - и електрони и шупљине.
- Униполарне транзисторе (FET, MOSFET): струју чини само један тип носилаца (или електрони или шупљине); представљају основу интегрисаних кола.
Структура биполарног транзистора: Састоји се од три полупроводничка слоја и два \(pn\)-споја. Слојеви се називају емитор (E), база (B) и колектор (C). База представља танaк средњи слој. Емитор има знатно већу концентрацију примеса у односу на колектор.
| Тип транзистора | Распоред слојева | Смер струје кроз директно поларисан емиторски спој |
|---|---|---|
| npn | n-тип (емитор) – p-тип (база) – n-тип (колектор) | Од базе ка емитору (стрелица на емитору усмерена од базе) |
| pnp | p-тип (емитор) – n-тип (база) – p-тип (колектор) | Од емитора ка бази (стрелица на емитору усмерена ка бази) |
Режим рада транзистора одређен је смером поларизације његова два \(pn\)-споја: споја база–емитор (\(U_{BE}\)) и споја база–колектор (\(U_{BC}\)).
| Режим рада | Спој база–емитор (\(U_{BE}\)) | Спој база–колектор (\(U_{BC}\)) | Примена |
|---|---|---|---|
| Директан активан режим | Директно поларисан | Инверзно поларисан | Појачавачка кола (појачавачи) |
| Режим засићења (провођења) | Директно поларисан | Директно поларисан | Прекидачка и логичка кола (стање „укључено”) |
| Режим закочења (блокирања) | Инверзно поларисан | Инверзно поларисан | Прекидачка и логичка кола (стање „искључено”) |
| Инверзан активан режим | Инверзно поларисан | Директно поларисан | Ретко се примењује |
У ком режиму ради npn-транзистор у појачавачу аудио-сигнала и како су тада поларисани његови спојеви?
У појачавачким колима транзистор ради у директном активном режиму. Тада је спој база–емитор директно поларисан, а спој база–колектор инверзно поларисан.
Спој са заједничким емитором је најчешћи начин везивања транзистора у електронским колима.
Величине у споју са заједничким емитором:
- Улазне величине: струја базе \(I_B\) (независно променљива) и напон база–емитор \(U_{BE}\) (зависно променљива).
- Излазне величине: напон колектор–емитор \(U_{CE}\) (независно променљива) и струја колектора \(I_C\) (зависно променљива).
Улазна струјно-напонска карактеристика: представља зависност \(I_B = f(U_{BE})\) при константном напону \(U_{CE}\) и има облик карактеристике директно поларисане диоде.
Излазна струјно-напонска карактеристика: представља фамилију кривих \(I_C = f(U_{CE})\) за различите константне вредности струје базе \(I_B\). На њој се разликују:
- Област засићења: део где струја \(I_C\) нагло расте са порастом напона \(U_{CE}\).
- Директна активна област: подручје где је струја \(I_C\) практично независна од напона \(U_{CE}\), већ је одређена улазном струјом базе \(I_B\).
На основу снимљених струјно-напонских карактеристика могу се одредити: струјно појачање транзистора (\(\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}\)), излазна отпорност у активном режиму и снага дисипације ослобођена на транзистору (\(P = U_{CE} \cdot I_C\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Због чега се биполарни транзистор назива „биполарним”, а транзистори са ефектом поља (FET) „униполарним”?
Код биполарних транзистора у провођењу електричне струје истовремено учествују оба типа носилаца наелектрисања (слободни електрони и шупљине). Код униполарних транзистора (FET) струју чини само један тип носилаца (искључиво електрони или искључиво шупљине).
Задатак 2 (средњи): За одређени транзистор у колу измерени су напони на спојевима: спој база–емитор има напон \(U_{BE} = 0{,}7\text{ V}\) (директна поларизација), а спој база–колектор \(U_{BC} = 5\text{ V}\) (директна поларизација). У ком режиму рада се налази транзистор и која је његова практична функција у том стању?
Када су оба споја (\(pn\)-спој база–емитор и \(pn\)-спој база–колектор) директно поларисана, транзистор се налази у режиму засићења (провођења).
У овом режиму транзистор се понаша као затворен (укључен) прекидач и користи се у логичким и прекидачким колима.
У овом режиму транзистор се понаша као затворен (укључен) прекидач и користи се у логичким и прекидачким колима.
Задатак 3 (тежак): Транзистор ради у директном активном режиму у споју са заједничким емитором. Када се струја базе промени за \(\Delta I_B = 10\ \mu\text{A}\), струја колектора се промени за \(\Delta I_C = 1{,}5\text{ mA}\). Ако је радна тачка подешена на \(U_{CE} = 6\text{ V}\) и \(I_C = 3\text{ mA}\), израчунајте:
- Струјно појачање транзистора \(\beta\).
- Снагу која се ослобађа (дисипира) на транзистору.
а) Струјно појачање у активном режиму је однос промене колекторске и базне струје:
\[ \beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} = \frac{1{,}5\text{ mA}}{10\ \mu\text{A}} = \frac{1{,}5 \cdot 10^{-3}\text{ A}}{10 \cdot 10^{-6}\text{ A}} = 150 \]
б) Снага дисипације на транзистору одређена је производом излазног напона и излазне струје:
\[ P = U_{CE} \cdot I_C = 6\text{ V} \cdot 3\text{ mA} = 6\text{ V} \cdot 3 \cdot 10^{-3}\text{ A} = 18 \cdot 10^{-3}\text{ W} = 18\text{ mW} \]
Одговор: Струјно појачање износи \(150\), а ослобођена снага је \(18\text{ mW}\).
