Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































Polarizarea tranzistorului bipolar

tehnica mecanica












ALTE DOCUMENTE

Tranzistoare bipolare
PROTOCOL DE EVALUARE SCAUN/TETIERA RCAR-IIWPG
Traductoarele electroacustice
STABILITATEA INITIALA A NAVEI . CALCULUL COTEI METACENTRULUI TRANSVERSAL KM
Cabina de zbor
Managementul stresului, oboselii si somnului
Analiza asitata de calculator a circuitelor electrice elementare
Descriptorii manageriali aplicati la dezvoltarea durabila a sistemelor energetice in structura cercetarii operationale
Detector de fum optic DF-101-4

Polarizarea tranzistorului bipolar

 

 

Tranzistorul bipolar este un dispozitiv electronic format din trei regiuni semiconductoare de conductibilitate diferita (n sau p), conductia curentului fiind asigurata de cele doua tipuri de purtatori de sarcina si anume electronii, respectiv golurile. Īn functie de dispunerea celor trei regiuni semiconductoare, tranzistoarele bipolare se īmpart īn doua tipuri distincte: npn si pnp. Structura, precum si simbolurile tranzistoarelor, īmpreuna cu sensul de referinta pentru curenti, respectiv tensiuni sunt prezentate īn figura #-1.



Cele trei terminale ale tranzistorului bipolar se numesc emitor (E), baza (B) si colector (C). Se observa ca un tranzistor bipolar se compune din doua jonctiuni pn legate īn opozitie. Jonctiunea dintre emitor si baza se numeste jonctiunea emitoare, iar cea dintre baza si colectorul tranzistorului se numeste jonctiunea colectoare. Pentru ca cele doua jonctiuni sa formeze un tranzistor este necesar ca ele sa se influenteze reciproc. Pentru aceasta trebuie sa fie īndeplinite anumite conditii dintre care cele mai importante sunt:

- latimea bazei sa fie mult mai mica fata de lungimea de difuzie a purtatorilor de sarcina electrica

-  emitorul sa fie mult mai puternic dopat cu impuritati decāt baza

Tensiunile, respectiv curentii tranzistorului bipolar respecta relatiile:

                                                                  (#.1)

Pentru functionarea tranzistoarele bipolare ca amplificatoare trebuie ca jonctiunea emitoare sa fie polarizata direct, iar jonctiunea colectoare sa fie polarizata invers (se spune ca tranzistorul este polarizat īn regiunea activa normala de functionare-RAN). Jonctiunea emitoare fiind polarizata direct, un procent mare din purtatorii de sarcina injectati din emitor īn baza vor strabate regiunea subtire a bazei si vor ajunge īn apropierea regiunii de tranzitie a jonctiunii colectorului, de unde vor fi antrenati spre regiunea de colector de catre cāmpul electric existent īn aceasta zona. Astfel, printr-o jonctiune polarizata invers se asigura circulatia unui curent de valoare egala cu valoarea curentului ce strabate o jonctiune polarizata direct. Controlul curentului printr-o jonctiune polarizata invers de catre curentul unei jonctiuni polarizate direct constituie efectul de tranzistor.

Conform cu cele expuse mai sus se poate scrie relatia matematica:

                                                                 (#.2)

unde aF reprezinta factorul de amplificare īn curent īn conexiunea baza comuna a tranzistorului (valoarea acestuia fiind aproximativ 0,9), iar ICB0 este curentul invers prin jonctiunea colectoare cānd emitorul tranzistorului este lasat īn gol (de ordinul nA pentru tranzistoarele din Si si de ordinul mA pentru tranzistoarele din Ge), valoarea acestuia fiind foarte mica comparativ cu curentii uzuali prin terminalele tranzistorului polarizat īn RAN. Ţinānd cont de relatia (#.1), relatia (#.2) se mai poate scrie sub forma:

                                              (#.3)

unde bF unde reprezinta factorul de amplificare īn curent īn conexiunea emitor comun a tranzistorului (valoarea uzuala a acestuia fiind de ordinul sutelor), iar ICE0 este curentul ce se scurge īntre emitorul si colectorul tranzistorului cānd baza acestuia este lasata īn gol, valoarea acestuia fiind neglijabila īn raport cu curentii prin  terminalele tranzistorului. Din relatiile (#.2) si (#.3), tinānd cont de valorile neglijabile ale curentilor ICB0 si ICE0 rezulta aproximatiile:

                              (#.4)                                      

Dupa cum se observa din relatia de mai sus, tranzistoarelor bipolare le este caracteristic fenomenul de amplificare al curentului din baza, factorul de amplificare īn curent fiind egal cu  bF.

Pentru masurarea factorului de amplificare īn curent bF al tranzistorului, se utilizeaza schema din figura #-2, tināndu-se cont de relatia (#.4) daca tranzistorul este din Si si de relatia (#.3) daca tranzistorul este din Ge, īn acest ultim caz fiind necesara si masurarea curentului ICE0 pe acelasi circuit dar cu baza tranzistorului lasata īn gol.

Īn functie de modul īn care sunt polarizate cele doua jontiuni pn ale tranzistorului bipolar se disting patru regiuni īn care acesta poate functiona:

- regiunea activa normala (RAN), īn care jonctiunea emitorului este polarizata direct, iar jonctiunea colectorului este polarizata invers.

- regiunea activa inversa (RAI), īn care jonctiunea emitorului este polarizata invers, iar jonctiunea colectorului este polarizata direct, sensul curentilor prin tranzistor fiind invers fata de cazul īn care tranzistorul este polarizat īn RAN.

- regiunea de saturatie (RS), īn care ambele jonctiuni sunt polarizate direct, iar curentii prin tranzistor au valori mai mari decāt īn RAN, īn timp ce tensiunea VCE a tranzistorului are o valoare mica (uzual se considera egala cu 0,1V),.

- regiunea de blocare (RB) īn care care ambele jonctiuni sunt polarizate invers, iar curentii prin tranzistor sunt nuli īn timp ce tensiunea VCE are valoare maxima.

Modul īn care sunt polarizate cele doua jonctiuni ale tranzistorului, deci implicit si modul īn care functioneaza acesta depinde de circuitul utilizat pentru polarizarea tranzistorului (circuitul de polarizare). De regula, īn circuitele analogice, polarizarea tranzistoarelor se face īn RAN, regim īn care tranzistorul manifesta functia de amplificare liniara a semnalelor. Īn urma polarizarii, prin, respectiv pe tranzistor se stabilesc anumiti curenti, respectiv tensiuni continue (polarizarea se face de la o sursa de tensiune continua). Functionarea tranzistorului īn regim static poate fi caracterizata numai printr-o pereche de marimi curent-tensiune, restul marimilor electrice ale tranzistorului putānd fi determinate din relatiile (#.1) si (#.4) īn care se tine cont ca tensiunea VBE este egala cu tensiunea de deschidere a jonctiunii pn. Pentru caracterizarea functionarii tranzistorului īn regim de curent continu se considera perechea de marimi IC-VCE daca tranzistorul este conectat īn conexiunea EC sau CC si perechea de marimi IC-VCB daca tranzistorul este conectat īn conexiunea BC. Cele doua marimi considerate (de exemplu IC-VCE) definesc punctul static de functionare al tranzistorului (prescurtat PSF).

Īn figura #-3.a. se prezinta cel mai simplu circuit de polarizare, curentul īn baza tranzistorului bipolar fiind asigurat de catre rezistenta de polarizare RB.

Pentru determinarea acestuia se aplica teorema lui Kirkhoff 2 pe ochiul care contine numai jonctiunea emitoare a tranzistorului:

                                                                  (#.5)

relatie din care, apelānd la aproximatia (#.4), rezulta curentul IC:

                                                                 (#.6)

Pentru a determina tensiunea VCE se aplica teorema lui Kirkhoff 2 pe ochiul care contine acesta tensiune:

                                                                 (#.7)


Īn planul caracteristicilor de iesire iC=iC(vCE) ale unui tranzistor bipolar, ecuatia (#.7) reprezinta ecuatia unei drepte care se numeste dreapta de sarcina statica si este locul geometric al tuturor PSF-urilor posibile, īn functie de valorile componentelor circuitului de polarizare.

Din punct de vedere grafic, PSF-ul tranzistorului (caracterizat de perechea IC-VCE) se determina prin intersectia dreptei de sarcina statica determinata prin ecuatia (#.7) cu caracteristica statica de iesire, corespunzatoare curentului din baza, impus de circuitul de polarizare.

Īn circuitele de amplificare realizate cu tranzistoare bipolare, īn baza tranzistoarelor se aplica un semnal care determina o variatie a curentului de baza īn jurul valorii stabilite (prin polarizare) īn regim stationar. Drept urmare, curentul de colector si tensiunea colector-emitor vor varia īn jurul valorilor din PSF. Daca semnalul din baza tranzistorului este sinusoidal, atunci aceste marimi se vor deplasa de-a lungul dreptei de sarcina dinamica (determinata ca īn regim static, dar pe circuitul valabil īn regim dinamic) īn stānga si īn dreapta valorii din PSF. Pentru ca variatia acestor marimi sa fie cāt mai mare fara a se intra īn regiunile de saturatie sau de blocare a tranzistorului (caz īn care forma de unda a semnalului de la iesirea amplificatorului ar rezulta distorsionata), PSF-ul se alege de regula cāt mai aproape de mijlocul dreptei de sarcina (VCE=VCC/2).

Pe lānga rolul de a asigura polarizarea tranzistorului īn regiunea de functionare dorita, circuitul de polarizare mai are rolul de a mentine PSF-ul constant (īn special a curentului IC) la variatiile conditiilor de functionare (variatii ale temperaturii de lucru, ale tensiunii de alimentare sau ale parametrilor dispozitivelor electronice). Deoarece factorul de amplificare īn curent al tranzistorului bF prezinta o mare dispesie de valori īn cadrul aceleiasi serii de fabricatie si o puternica dependenta de temperatura, circuitele de polarizare trebuie sa fie astfel concepute īncāt curentul IC sa fie cāt mai putin dependent de bF. Īn circuitele de polarizare se mai are īn vedere anularea efectelor determinate de variatia tensiunii VBE cu temperatura (scade cu 2mV/0C), iar pentru tranzistoarele de Ge si a efectului variatiei curentului ICB0 (care creste puternic cu temperatura).

Revenind la anularea efectului lui bF, se observa ca ciruitul din figura #-3.a nu ofera o suficienta stabilizare a valorii PSF-ului datorita relatiei direct proportionale dintre curentul IC si bF (#.6).

O stabilizare mai buna a PSF-ului se obtine pentru circuitul de polarizare din figura #-3.b. Rezistenta RE din circuit introduce o reactie negativa īn curent continuu, care determina stabilizarea PSF-ului la variatiile conditiilor de lucru. Astfel, daca la un moment dat curentul IC creste, tensiunea pe rezistenta RE creste, ceea ce determina micsorarea tensiunii VBE si implicit a curentului IC, obtināndu-se īn final o stabilizare a lui IC. Expresia acestui curent se obtine aplicānd teorema lui Kirkhoff 2 pe ochiul care contine numai jonctiunea emitoare:

                                                                (#.8)

Daca īn relatia de mai sus termenul dominant al numitorului ar fi produsul bFRE atunci IC nu ar mai depinde de bF si ar rezulta mai stabil la variatiile conditiilor de lucru sau a dispersiei parametrilor dispozitivelor electronice. Pentru aceasta trebuie īndeplinita conditia:



                                                                       (#.9)

Īn realizarile practice ale circuitului din figura #-3.b, pentru valori uzuale ale curentilor prin tranzistor (de ordinul miliamperilor pentru un tranzistor polarizat īn RAN), rezistenta RB rezulta de valori foarte mari, (ordinul sutelor de kWøMW), Asadar conditia (#.9) este dificil de īndeplinit. Din acest motiv se apeleaza la circuitul de polarizare prezentat īn figura #-3.c, īn care polarizarea tranzistorului se realizeaza prin intermediul unui divizor rezistiv RB1-RB2 conectat īn baza acestuia.

Īn acest caz curentul de colector IC rezula:

                                     (#.10)

unde VBB si RB sunt tensiunea echivalenta, respectiv rezistenta echivalenta deteminate prin teorema lui Thevenin aplicata pentru divizorul rezistiv. Se observa ca relatia (#.10) are aceeasi forma ca relatia (#.8), deci pentru ca IC sa nu depinda de bF este necesar a fi īndeplinita conditia (#.9). Spre deosebire de dificultatile īntālnite īn cazul circuitului de polarizare din figura #-3.b, acum este usor de īndeplinit aceasta conditie datorita faptului ca pentru rezistenta RB1 se pot alege valori suficient de mici fara a afecta polarizarea īn RAN a tranzistorului. Īn afara de circuitele elementare de polarizare prezentate īn figura #-3, exista si alte metode de stabilizare a PSF-ului la variatiile conditiilor de lucru, cum ar fi introducerea īn circuit a unor diode de compensare termica sau a termistoarelor.

Evaluarea practica a circuitelor de polarizare elementare

 

L.1. Se realizeaza montajul din figura #-2 (īn care tranzistorul este din Si). Se stabileste valoarea tensiunii VBB astfel īncāt curentul IC sa fie egal cu 5mA (valoare citita pe ampermetrul pozitionat pe gama de 25mA) si se citeste valoarea lui IB (ampermetrul va fi pozitionat pe gama de 50mA) dupa care se calculeaza factorul de amplificare īn curent al tranzistorului bF.

L.2. Se determina dreapta de sarcina statica a tranzistorului. Īn acest scop se realizeaza montajul din figura #-5.a si se citesc valorile lui VCE  completāndu-se tabelul Nr.1. Valoarea curentului IC se regleaza cu ajutorul potentiometrului P din baza tranzistorului. Masuratorile se fac pentru VCC1=10V si VCC2=12V cu voltmetrul pozitionat pe gama de 10V si ampermetrul pozitionat pe gama de 5mA.

Tabel  1

RC=2,2kW

RC=1kW

IC(mA)

1

2

3

4

1

3

5

7

9

VCE(V)

VCC=10V

VCC=12V




L.3. Īn figura #-5.a, se īnlocuieste rezistenta de 2,2kW din colector cu o rezistenta de 1kW si se repeta masuratorile efectuate la punctul L.2, conform tabelului nr.1, pentru ambele valori ale tensiunilor de alimentare. Ampermetrul va fi pozitionat pe gama de 25mA.

L.4. Īn montajul din figura #-5.a, pentru RC=2,2kW si VCC=10V se fixeaza VCE=5V (variind P) si se citeste valoarea lui IC. Se apropie la circa 10mm de tranzistor un bec aprins de 40W si se mentine timp de un minut. Se citesc valorile finale pentru VCE si IC si se trec īn tabelul.2. Se observa variatia PSF-ului la variatia temperaturii de lucru.

Tabel.2

Cu RB īn serie cu P īn baza tranzistorului

Cu divizor īn baza si RE īn emitor

Fara RE īn emitor

Cu RE īn emitor

Rece

Cald

Rece

Cald

Rece

Cald

IC(mA)

VCE(V)

D IC(mA)

D IC / IC

L.5. Se introduce īn emitorul tranzistorului o rezistenta RE=510W (figura #-5.b) si se readuce VCE la valoarea de 5V (VCC=10V). Se citeste noua valoare a lui IC si se efectueaza proba de īncalzire descrisa la punctul L.4, completāndu-se tabelul 2. 


L.6. Se realizeaza montajul din figura #-5.c si se masoara tensiunile VCE si VRE si se calculeaza curentul IC=VRE/RE (VCC=10V). Se efectueaza proba de īncalzire ca la punctul L.4 si se completeaza tabelul 2.












Document Info


Accesari: 12739
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )