tahák

povrch se ještě "pasivuje" pomocí vrstvy s velmi malou vodivostí (např. amorfní křemík), čímž se dosáhne rovnoměrného rozložení potenciálu na povrchu polovodiče a zamezí se tak nerovnoměrnému rozložení svodových proudů.
8. a) Stručně(!) vysvětlete princip fotodiody. b) V jakých režimech může fotodioda pracovat? Vyznačte příslušný pracovní bod do AV charakteristiky fotodiody. Liší se v obou režimech vlastnosti fotodiody? Jak?
a) Pokud nárazem fotonu dojde ke generaci páru elektron díra uvnitř přechodu PN způsobí vnitřní elektrické pole na přechodu (difúzní napětí) pohyb děr do oblasti P a pohyb elektronů do oblasti N. Naprázdno tak na fotodiodě vzniká napětí, úměrné osvětlení, nakrátko protéká proud daný počtem vygenerovaných nosičů. Pokud foton dopadne do oblasti mimo přechod dojde pouze k lokálnímu zvýšení vodivosti příslušné oblasti.
b) Dioda může být zapojena v hradlovém režimu (zdroj elektrické energie) nebo v odporovém režimu (rychlý fotodetektor), charak.
9. V zapojení 5.1 je stabilizátor s diodou 2NZ70, která má následující parametry: UZ = 7V, IZmax = 200mA (bez chlazení), IZmin = 0,1 IZmax. Pro jednoduchost uvažujte rZ = 0. Vstupní napětí je U0 = 50V, deltaU0 = +/- 5V a odpor RS = 200ohmů.
a) Určete maximální a minimální hodnotu zátěže (RZM, RZL) a maximální a minimální hodnotu proudu (IZM, IZL), při kterých bude napětí na zátěži stabilizováno na hodnotu 7V.
b)Určete maximální ztrátový výkon diody
a)Proud IRS  protékající přes odpor RS se rozdělí mezi zátěž a stabilizační diodu.
Malá hodnota zatěžovacího odporu: Převážná část proudu IRS protéká do zátěže.  Aby ještě byla zaručena stabilizační schopnost diody  nesmí proud diody poklesnout pod IZmin. .
Proud IRS  je v tomto případě nutné určit při minimálním vstupním napětí: IRS = (U0 - deltaU0 - UZ) / RS = (50  - 5 - 7) / 200 = 190 mA. Diodou musí protékat  minimálně IZmin.= 20 mA. Maximální proud  zátěží je proto: IRMAX = 190 – 20 = 170 mA. Na zátěži je přitom stejné napětí jako diodě , tj            UZ = URZ = 7V.  Nejmenší možná hodnota zatěžovacího odporu je potom  RZM  =  URZ / IRMAX = 7 V  /  170 mA =    41,2 ohmů.
Velká  hodnota zatěžovacího odporu: Převážná část proudu IRS protéká do diody.  Povolený ztrátový výkon diody je určen  maximálním povoleným  proudem  diody  IZmax a  nesmí být překročen.
Proud IRS  je v tomto případě nutné určit při maximálním vstupním napětí: IRS = (U0 + deltaU0 - UZ) / RS = (50  + 5 - 7) / 200 = 240 mA. Diodou musí protékat  maximálně  IZmax = 200mA . Minimální  proud  zátěží je proto: IRMIN = 240  – 200 = 40 mA. Na zátěži je přitom stejné napětí jako diodě , tj       UZ = URZ = 7V.  Největší  možná hodnota zatěžovacího odporu je proto  RZM =  URZ / IRMIN = 7 V  /  40  mA =    175 ohmů.
b) Z proudu diodou při U0 = (50 + 5)V při minimální zátěži RZL :   IZmax = 200mA UZ = 7V ;  PZ  =  UZ . IZmax = 7 V . 200 mA =  1,4 W.
5. Bipolární tranzistor
1. Uveďte nejdůležitější podmínky pro optimální činnost struktury bipolárního tranzistoru.
Šířka báze - mnohem menší než střední difúzní délka nosičů (podmínka tranzistorového jevu). Nosiče injektované z emitoru jsou pak zachyceny přechodem BC. Koncentrace příměsí v emitoru - mnohem větší než v bázi (emitorový proud je tvořen převážně nosiči z emitoru). Kontakt báze - co nejdále od přechodu (zachycení co nejmenšího množství nosičů z emitoru). Plocha kolektoru - co největší (účinné odsávání nosičů přechodem BC v závěrném směru).
2. Dva zcela shodné tranzistory se liší pouze šířkou báze – T1 má šířku báze dvakrát větší. Který z nich bude mít větší proudový zesilovací činitel beta? Stručně vysvětlete proč.
Velmi tenká báze je základní podmínkou správné funkce tranzistorové struktury, tranzistor s větší šířkou báze (T1) bude mít podstatně menší proudový zesilovací činitel beta, popř. alfa.
3. a) Stručně vysvětlete Earlyho jev. b) Jak je definováno Earlyho napětí? c) Jak pomocí Earlyho napětí určíme výstupní odpor tranzistoru?
a) Při zvýšení napětí UCE dojde k rozšíření přechodu BC a tím i ke zmenšení efektivní šířky báze. Důsledkem je zvětšení proudového zesilovacího činitele tranzistoru (vějířové rozevření výstupních charakteristik) při zvýšení UCE. Earlyho jev je výrazný především u tranzistorů s malým závěrným napětím (viz př.4). b) Se zvyšujícím se napětím uCE (zároveň zvyšujícím se závěrným napětím uCB) vzrůstá proud iC. Proložíme-li charakteristikami přímky, protnou se při napětí UE, které nazýváme Earlyho napětím.
4. Dva jinak shodné tranzistory se liší koncentrací příměsí v kolektoru - T2 má menší koncentraci příměsí než T1. Jak se budou lišit jejich výstupní VA charakteristiky?
Tranzistor s menší koncentraci příměsí v kolektoru (T2) bude mít větší závěrné napětí, přechod BC bude rozšířen směrem do kolektoru - bude zde větší efektivní šířka báze a menší proudový zesilovací činitel beta. Při zvýšení napětí UCE se přechod BC bude rozšiřovat více do kolektoru, vliv Earlyho jevu bude nevýrazný a beta se bude měnit velmi málo. V případě T1 bude přechod více rozšířen do báze, bude zde menší efektivní šířka báze, větší hodnota beta i vliv Earlyho jevu – vzrůst hodnoty beta při zvýšení UCE (vějířové rozevření charakteristik).
5. Jak určíme dynamický odpor emitoru bipolárního tranzistoru? Jaká je jeho souvislost se vstupním odporem tranzistoru v zapojení SE?
Závislost proudu přechodem BE na napětí UEB je exponenciální, dynamický odpor určíme obdobně jako u polovodičové diody rE = UT / IE. Vstupní odpor tranzistoru v zapojení SE je v oblasti nízkých kmitočtů roven diferenciálnímu odporu báze rB = UT / IB, tedy rB = beta rE.
6. Bipolární tranzistor
1. Zesilovač s křemíkovým bipolárním tranzistorem je zapojen podle schématu, kde Ucc= 10V, RB=560k, RC= 4k, RE1=330, RE2=1k, h21E= 100. V uvažovaném kmitočtovém rozsahu je impedance kondenzátoru zanedbatelná, výstupní vodivost tranzistoru neuvažujte.
Určete:
a) pracovní bod tranzistoru.b) vstupní odpor zesilovače c) výstupní odpor zesilovače naprázdno d) napěťové zesílení naprázdno
Nakreslete náhradní linearizovaný obvod zesilovače pro malý signál.
a) UCC = RB . IB + UBE + (RE1 + RE2) . IB . h21E, neboť IE ~ IC = IB . h21E. Z rovnice pro Ucc určíme I B ~ 13uA, dále IC atd.
UBE =0,6V; 10=560k* I B+0,6+1,33k I B*100; 9,4=693000 IB; IB=1,3564*10-5=13,564 uA
IC=ß* IB=1,356mA
UCE= UCC -UC -UE
UCE =UCC -RCIC -IC*(RE1+ RE2)=10-5,424-1,80348=2,77252 Vb) Vstupní odpor je v podstatě určen dynamickým odporem (proudem) báze, velikostí RE1 a proudovým zesilovacím činitelem h21E: RVST = UT / IB + RE1 . h21E ~ 35 k. Vliv odporu RB můžeme tedy zanedbat.c) RVÝST ~ RC. d) Au ~ RC / (rE + RE1), kde rE = UT / IE ~ 20 ohmů, potom Au ~ 11.
Poznámka: V bodech b) c) d) předpokládáme že se neuplatní vliv odporu RE2. V oblasti velmi nízkých kmitočtů je nutné uvážit i vliv článku (impedance!) RE2C.
2. Pro zapojení z příkladu 1. odpovězte na následující otázky a své odpovědi stručně zdůvodněte. Jak se změní: a) UCE - zmenšíme–li odpor RB. b) IC a UCE - při změně hodnoty proudového zesilovacího činitele beta ~ h21E. c) IC - zmenšíme–li UCC
a) Zvětší se IB a tedy i proud IC, úbytek napětí na RC se zvětší a napětí UCE klesne. b) Pro menší hodnotu beta - IC se zmenší - zmenší se i úbytek napětí na RC a ( RE1 + RE2 ) a UCE vzroste. Napětí UE se zmenší a odporem RB bude protékat větší proud. Pro větší hodnotu beta je vše opačně. c) Zmenší se úbytek napětí na RB a proto i velikost IB, IC se zmenší.
3. Stručně vysvětlete rozdíl volby prac. bodu zesilovače a spínače s bipolárním tranzistorem (obojí v zapojení SE). Nakreslete příklad zapojení.
U zesilovače musí být pracovní bod nastaven s ohledem na maximální rozkmit signálu. Nastavení pracovní bodu ovlivňuje parametry NLO, zesílení, šum zesilovače, atd. U spínače jsou pouze dva stavy: Sepnuto tranzistor je obvykle v saturaci, obvodem prochází proud, který je určen odporem (popř.impedancí) zátěže. Rozepnuto - tranzistor je v závěrném režimu, obvodem prochází pouze zbytkový proud, jehož velikost je závislá na teplotě, zapojení obvodu báze, polaritě řídícího napětí v obvodu báze a na napětí UCE ve stavu rozepnuto. Zesilovač viz 6.4, spínač viz 9.1
4. Jaký je význam parametru h21 u bipolárního tranzistoru? Naznačte jak se určí jeho hodnota ze soustavy výstupních charakteristik.
Je to proudový zesilovací činitel v zapojení se společným emitorem. Jeho velikost je závislá na typu tranzistoru, teplotě, proudu kolektorem, příp. na kmitočtu. V daném pracovním bodě určíme ze závislosti IC = f(IB) ve druhém kvadrantu soustavy charakteristik.
5. Tranzistor je zapojen podle schématu.  Vypočtěte a) pracovní bod tranzistoru, b) napěťové zesílení, c) vstupní a výstupní odpor. Předpokládejte, že v dané pracovní oblasti je proudový zesilovací činitel tranzistoru h21E = 220 a velikost impedance kapacitorů velmi malá. Earlyho napětí UE = 55 V.
a) IB = ( Un – UBE ) / R1 , IC = beta IB , UR2 = R2 . IC , UC = Un – R2 . IC
b) Au = – ( R2 / rE ) , rE = UT / IE , IE ~ IC
c) RVST ~ h11E = rB = UT / IB , RVÝST ~ rC || R2 , kde  rC = ( UC + UE ) / IB
6. a) Nakreslete úplné schéma jednostupňového zesilovače s bipolárním tranzistorem v zapojení SE. b) Stručně popište postup při volbě pracovního bodu. c) Jaký je vstupní odpor zesilovače?. d) Jaké je jeho proudové a napěťové zesílení?
a) OBR VIZ 4
b) 1. UCE volíme asi 1/2Ucc to umožňuje největší rozkmit signálu – symetrické omezení.
2. Urc~0,5Ucc
3. Při znalosti Rc Ic určíme IB = Ic/h21
4. Známe-li IB RB =(Ucc - UBE)/IB=(Ucc – 0,6)/IB
UBE obvykle volíme 0,6V, i kdyby bylo odlišné neuplatní se vůči velikosti UCC
c) Rvst = RB||rb ~ rB=h11 = UBE/IB ~1KOhm
d)Proudové zesílení je h21E = IC/IB. Napěťové zesílení h12E =UCE/UBE.
7. Tranzistor řízený elektrickým polem:
1. Tranzistor JFET s kanálem typu N má IDSO = 12mA, Up = - 4V. Hradlo je uzemněno přes odpor RG = 180k, emitor je uzemněn přes odpor RS = 150 ohmů. Předpokládejte, že tranzistor pracuje v oblasti saturace. a) Vypočtěte pracovní bod tranzistoru a strmost tranzistoru v tomto pracovním bodě. b) Navrhněte RD takové, aby tranzistor pracoval v saturaci při napájecím napětí UN = 7V.
Odporem RG je zajištěno, že UG = 0. Na odporu RS vzniká úbytek napětí URS = RS. ID = - UGS. a) UGS určíme z rovnice RS ID = RS.IDSS(1 - UGS / Up)2 = - UGS. Řešíme analyticky nebo graficky (- UGS ~ 1V), proud kolektoru ID = IDSS (1 - UGS / Up)2 ~ 6,8 mA a strmost, gm = (2IDSS / UP) . (1 - UGS / Up) ~ 4,5 mS .
b) Pro saturační režim musí být splněno UDS = UDSSAT > UGS – UP = 3 V. Maximální hodnota RD je proto RDMAX = (UDD - UDSSAT - IDRS) / ID = 430ohmů, z řady 420ohmů.
Poznámka: Při přemostění odporu RS kapacitou dosáhneme AU = - gm. RDMAX = - 1,88 !!! Zvolíme-li větší odpor RDMAX přejde tranzistor při daném proudu ID do aktivního režimu a strmost se zmenší. Zvolíme-li menší proud, abychom zajistili saturační režim, strmost se rovněž zmenší. Pro velké zesílení je nutné podstatně zvýšit napájecí napětí.
2. Zesilovač s tranzistorem n-JFET je zapojen podle schématu. pracovní bod tranzistoru je nastaven do oblasti saturace. Jak se změní napětí |UGS|, strmost tranzistoru gm, napětí UDS a proud ID, jestliže: a) RS(=R3) se zmenší b) RD se zmenší c) Napájecí napětí Un se zvětší. Odpovědi stručně zdůvodněte.
Pokud je pracovní bod tranzistoru nastaven do oblasti saturace chová se tranzistor jako proudový zdroj. Velikostí napětí UGS je určena i hodnota proudu ID a strmost gm (derivace převodní charakteristiky v pracovním bodě).
a) UGS se zmenší, neboť se zmenší úbytek napětí na RS(=R3): gm se zvětší, ID se zvětší a UDS se zmenší protože se zvětší úbytek na RD.
b) UGS se nezmění, neboť se nezmění úbytek napětí na RS (=R3): gm se nezmění, ID se nezmění, pouze UDS se zvětší, protože na odporu RD bude menší úbytek napětí.
c) UGS se nezmění, neboť se nezmění úbytek napětí na RS (=R3): gm se nezmění, ID se nezmění, pouze UDS se zvětší, protože úbytek napětí na RD se nezmění a napájecí napětí vzroste.
3.a) Vysvětlete pojem "tranzistor s indukovaným kanálem". b) Nakreslete zapojení pro nastavení pracovního bodu zesilovače s tímto tranzistorem.
Pro vytvoření kanálu je zapotřebí obohatit oblast pod hradlem minoritními nosiči tak, aby vznikla inverzní vrstva propojující oblast S a D. Při zvyšování UGS dojde nejprve k odpuzení majoritních nosičů – náboj na hradle bude v rovnováze s ionizovanými atomy příměsí v blízkosti hradla. Při překročení určitého napětí je náboj na hradle takový, že pro jeho kompenzaci musí být k izolaci hradla přitaženy i minoritní nosiče ze substr