Download
1 / 46
680 likes | 1.82k Views
TRANZYSTOR BIPOLARNY. Tranzystor. Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję. Tranzystory - rodzaje.
E N D
Tranzystor Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.
Tranzystory - rodzaje • Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, • które różnią się zasadniczo zasadą działania: • Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe). • Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe). Jakub Dawidziuk piątek, 22 sierpnia 2014
Tranzystory (jako elementy dyskretne)
Tranzystory PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk 20 października 2006
Tranzystor bipolarny - zasada działania Tranzystor npn Tranzystor pnp
Stany pracy tranzystora Nie mylić prądu kolektora IC z prądem diody baza-kolektor. UCB zatkane UCE IB UBE przewodzi • Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego: • stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku zaporowym, • stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, • stan aktywny (normalny): złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo, • stan aktywny inwersyjny (inwersyjny): BE zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym). • Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym (kilkadziesiąt-kilkaset). • Stany nasycenia i zaporowy stosowane są w technice impulsowej, jak również w układach cyfrowych. • Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowany, ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem prądowym.
Aby tranzystor znajdował się w stanie normalnej pracy to muszą być spełnione następujące warunki: • dla tranzystora npn potencjał kolektora musi być wyższy od potencjału emitera, • dla tranzystora pnp potencjał kolektora musi być niższy od potencjału emitera, • „dioda” baza-emiter musi być spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a „dioda” kolektor-baza w kierunku zaporowym, • nie mogą zostać przekroczone maksymalne wartości IC, IB, UCE, moc wydzielana na kolektorze IC· UCE, temperatura pracy czy też napięcie UBE. pnp npn Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależność, którą warto zapamiętać: IC=hFE· IB=b·IB gdzie hFE jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywanego również betą. Współczynnik ten może przyjmować wartości od 50 do 300A/A dla tego samego typu tranzystora, a więc nie jest dobrym parametrem na którym można opierać parametry projektowanego układu.
Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria EC), natomiast złącze baza-emiter w kierunku przewodzenia (bateria EB) Elektrony wprowadzane z emitera do bazy stają się tam nośnikami mniejszościowymi i drogą dyfuzji oddalają się od złącza emiterowego (złącze E). Część tych elektronów łączy się z dziurami, których w bazie jest bardzo dużo (obszar p). Wszystkie elektrony, które dotrą w pobliże złącza kolektor-baza (złącze C) są unoszone do obszaru kolektora. Dla niedużej szerokości obszaru p (bazy) praktycznie wszystkie elektrony wstrzykiwane przez emiter do bazy dotrą do kolektora. Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza. Rozpływ prądu w tranzystorze npn. Ponieważ złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia to istnieje przepływ dziur z obszaru p do obszaru n IB1 oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p IB2.
Układ o wspólnej bazie RL-oporność obciążenia
Charakterystyki U-I tranzystora npn w konfiguracji OE • Prąd kolektora IC jest tu funkcją napięcia baza-emiter UBE. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy. • Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależność prądu kolektora IC od napięcia kolektor-emiter UCE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter UBE. Zauważmy, że: • powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia UCE, • do wywołania dużej zmiany prądu kolektora IC wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter UBE. • Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter UCEsat.
Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE) OB OE W ukł. OB prąd Ic płynie nawet przy Ucb=0! Prąd kolektora w niewielkim stopniu zależy od Ucb.
Wybór punktu pracy • Punkt pracy musi znajdować się poniżej hiperboli mocy admisyjnej • Jeżeli tranzystor współpracuje w układzie dzielnika napięcia z rezystorem Rc, przestrzeń punktów pracy ogranicza się do prostej opisanej równaniem : UCE=Ucc-RcIC (tzw. prosta obciążenia). W praktyce należy tak dobrać napięcie zasilania wzmacniacza Ucc oraz opór pracy Rc , by prosta ta była styczna do hiperboli obciążenia (lub przebiegała nieco poniżej). • Prosta obciążenia przecina oś napięć kolektor-emiter w punkcie Ucc, a oś prądów kolektora w punkcie Ucc /Rc. Żaden z tych parametrów nie może przekraczać maksymalnych wielkości tranzystora (ICmax, UCEmax) dopuszczonych przez producenta.
Prosta obciążenia Dla IC=0 mamy 0=-UCE/RC+UCC/RC czyli UCE=UCC , co daje punkt A.Dla UCE=0 mamy IC=UCC/RC, co daje punkt B. Zmiana punktu pracy spowodowana zmianą RC lub UCC nie powoduje zmian prądu IC. UCC=URc+ UCE UCC=IC· RC+ UCE y = - ax + b
Wzmacniacz klasy A IB IC 90 uA 80 uA 70 uA Nasycenie 60 uA 50 uA 40 uA 30 uA 20 uA Punkt pracy 10 uA 0 uA UCE Odcięcie
Wzmacniacz klasy B IB IC 90 uA 80 uA 70 uA Nasycenie 60 uA 50 uA 40 uA 30 uA 20 uA Punkt pracy 10 uA 0 uA UCE Odcięcie
Układy polaryzacji tranzystorów Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy Bardzo małe zmiany UBE wywołane rozrzutem parametrów tranzystora oraz zmianami temperatury powodują duże zmiany prądu kolektora IC, a co za tym idzie zmiany UCE. UCC=URC+ UCE=IC· RC+ UCEUBE=UCC · (R2/(R1 + R2))
Układy polaryzacji tranzystorów • Obliczenie RB • UCC=URC+ UCE=IC· RC+ UCEUCC=URB+ UBE=IB· RB+ UBE Układ z wymuszonym prądem bazy • Stąd RB=(UCC- UBE)/IB • =(UCC- 0.65)/IB • Po wybraniu punktu pracy znamy IBi możemy obliczyć RB. • Wpływ zmiany UBE • IB=(UCC- UBE)/RB • Jeżeli napięcie UBE zmieni się o wartość DUBE to prąd bazy musi się zmienić o wartośćDIB=DUBE/RB • wówczas Dla układu polaryzacji z wymuszonym prądem bazy punkt pracy tranzystora praktycznie nie zależy od zmian napięcia baza-emiter. Pozostaje jednak silna zależność punktu pracy od współczynnika b, który nie tylko ma duży rozrzut ale również dosyć mocno zależy od temperatury, zmienia się bowiem nawet o 1%/°C. ΔIB/IB= ΔUBE/(UCC- UBE)<<1 Ponieważ IC= b · IB to względna zmiana prądu kolektora jest taka sama
Układy polaryzacji tranzystorów Układ ze sprzężeniem kolektorowym Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem emiterowym IRC=IC+ IBUCC=URC+ UCEUCC=IRC· RC+ UCE=(IC+ IB) · RC+ UCEUCE=URB+ UBE=IB· RB+ UBE IC=(UCC- UBE)/(RC + RB/ b) Układ nie dopuszcza aby tranzystor wszedł w stan nasycenia. IC=(UB- UBE)/(RE + RB/ b) Ten układ poprawia stałość punktu pracy
Pasmo wzmocnienia tranzystora • Pasmo wzmocnienia jest określone przez własności tranzystora (jego wielkości pasożytnicze) oraz sposób jego współdziałania z obwodem wzmacniacza. • 1. Pasożytnicze pojemności tranzystora : • Każdy rzeczywisty tranzystor charakteryzuje się różnymi wielkościami pasożytniczymi, z których najważniejsze to: rozproszona rezystancja bazy rbb oraz pojemności baza-emiter Cbe i baza-kolektor Cbk • Pasożytnicza pojemność między bazą a emiterem (Cbe) tworzy wraz z rozproszoną rezystancją bazy (rbb) filtr dolnoprzepustowy, który przy wysokich częstotliwościach bocznikuje złącze baza-emiter, zmniejszając przepływający przezeń prąd sterujący tranzystor. W rezultacie współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora maleje wraz ze wzrostem częstotliwości powyzej fT ; powyżej tej częstotliwości współczynnik wzmocnienia prądowego β jest mniejszy od jedności.
Pasmo wzmocnienia tranzystora • 2. Efekt Millera. W pewnych układach - np. we wzmacniaczu o wspólnym emiterze - pasmo przenoszenia jest znacznie mniejsze niż fT na skutek oddziaływania pasożytniczej pojemności kolektor - baza Ckb. rezystancją źródła sygnału RWYG i rozproszoną rezystancją bazy rbb. W układzie tym napięcie wyjściowe - będące napięciem kolektora - ma fazę przeciwną niż napięcie wejściowe, czyli napięcie bazy. Przy wysokich częstotliwościach prąd z kolektora przenika do bazy przez układ górno przepustowy Cbk(RWYG+rbb), osłabiając sygnał sterujący tranzystor. Jest to tzw. efekt Millera. • Oddziaływanie sygnału wyjściowego na sygnał wejściowy nazywamy sprzężeniem zwrotnym • Pasmo przenoszenia wzmacniacza określa się podobnie jak pasmo przenoszenia filtru : dla częstości granicznych wzmacniacza wzmocnienie jest mniejsze o w stosunku do wzmocnienia maksymalnego.
Pasmo wzmocnienia wzmacniacza Dobór pojemności sprzęgającej C1 powinien uwzględniać pasmo przenoszenia wzmacniacza, gdyż C1 wraz z rezystancją wejściową układu tworzą filtr górno przepustowy. Dla wysokich częstotliwości pasmo przenoszenia wzmacniacza jest ograniczone przez własności tranzystora. Jeżeli budowany jest wzmacniacz o wspólnym emiterze, ze względu na efekt Millera katalogowa częstotliwość graniczna tranzystora fT powinna być przeszło 100 razy większa niż przewidywana górna granica pasma przenoszenia wzmacniacza.
