1Ap_31.03.2020_UA_Drobinski
Strona 1 z 4
Nauczyciel: Krzysztof Drobinski
Przedmiot: Układy analogowe.
Klasa: 1Ap
Temat lekcji: Tranzystor - charakterystyki i działanie. Cz.1.
Data lekcji: 31.03.2020
Wprowadzenie do tematu: Materiały do wprowadzenia teoretycznego został dołączony na kolejnych stronach tej karty. Jest to notatka zbiorcza, ujmująca w pewnym sensie również wcześniejsze zagadnienia.
Instrukcje do pracy własnej:
Przeczytać ze zrozumieniem.
Na razie nie spodziewam się od Was znajomości działania tranzystora – to byłoby zbyt trudne.
Przyswoić, tak aby w kolejnych tematach można swobodnie korzystać z tych pojęć ;-)
Praca własna: Przeczytać poniższą notatkę. Starać się zrozumieć. Jeżeli jeden raz nie wystarczy, to można więcej ;-)
Pomocne mogą być książki:
1. „Podstawy elektroniki” cz. 1 i 2 - Pióro.
2. „Sztuka elektroniki” – Horowitz, Hill, … lub inne…
Tę notatkę również wydrukować i wkleić do zeszytu.
Informacja zwrotna: Proszę o wykonanie zadania (jako dowód przesłać fotkę wklejonej do zeszytu notatki), najlepiej w dniu wynikającym z planu lekcji, najpóźniej jednak do kolejnej planowanej lekcji, czyli w terminie do 07.04.2020.
W razie innych problemów proszę o kontakt z podanym numerem telefonicznym.
1Ap_31.03.2020_UA_Drobinski
Strona 2 z 4 Temat:
1. Tranzystor jest dwuzłączowym, trójelektrodowym półprzewodnikowym elementem czynnym zdolnym do wzmacniania sygnałów prądu stałego i zmiennego. Inaczej o tranzystorze można powiedzieć, że jest to
element transformujący rezystancję. Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między innymi elektrodami (kolektorem i emiterem).
W zależności od konstrukcji wyróżnia się tranzystory bipolarne (bazujące na złączach pn): NPN i PNP oraz tranzystory polowe (unipolarne).
2. Tranzystor bipolarny posiada wyprowadzenia elektrod w postaci końcówek: baza (B, ang. base), kolektor (C, ang. collector) i emiter (E, ang. emiter).
Podstawowe struktury tranzystora bipolarnego:
Rys. 1. Symbole graficzne tranzystorów bipolarnych
3. Punkt pracy tranzystora.
Przez punkt pracy tranzystora rozumie się zbiór wartości prądów i napięć (IB, IC, UCE), które występują na tranzystorze przy braku zewnętrznego sygnału sterującego – jest to tzw. praca w stanie ustalonym. Konkretne wartości tych wielkości jednoznacznie określają miejsce na charakterystykach tranzystora.
Zewnętrzny sygnał moduluje prąd i napięcie kolektora wokół punktu pracy. Przy analizie tranzystora należy odróżnić analizę punktu pracy (stałe wartości IC, UCE) od analizy zmiennoprądowej (zmiany sygnału IC,UCE).
4. Stany pracy tranzystora.
Tranzystor może znajdować się w jednym z trzech stanów: w odcięciu, w nasyceniu i w stanie aktywnym.
W stanie odcięcia (zatkania) przez tranzystor (od kolektora do emitera) nie płynie prąd.
W stanie nasycenia prąd kolektora jest stały i nie zależy od prądu bazy.
W stanie aktywnym można przyjąć, że pracę tranzystora opisują równania:
IE = IC + IB,
IC = β · IB, IE = α · IC,
1Ap_31.03.2020_UA_Drobinski
Strona 3 z 4
5. Konfiguracje wzmacniacza tranzystorowego.
Tranzystor BJT jako element o trzech elektrodach (E, B, C) może pracować w trzech podstawowych konfiguracjach wzmacniacza tranzystorowego. Zależnie od tego, na której z elektrod utrzymuje się stały potencjał (zasilania lub masy) lub inaczej w zależności od tego, która elektroda jest elektrodą wspólną dla wejścia i wyjścia sygnału – rozróżniamy:
1.Układ ze wspólnym emiterem OE (WE) – najczęściej stosowany, 2.Układ ze wspólną bazą OB (WB) – stosowany w układach b.w.cz.
3.Układ ze wspólnym kolektorem OC (WC) – stosowany w układach wejściowych, nazywany bardzo często wtórnikiem emiterowym.
Tranzystor jako element trójkońcówkowy, musi mieć jedną z końcówek wspólną dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Aby uzyskać wzmocnienie mocy (jedna z zasadniczych zalet tranzystora) jest konieczne by baza była jedną z końcówek wejściowych a kolektor jedną z wyjściowych. Ogranicza to ilość użytecznych kombinacji do trzech.
Rys. 2. Schematy podstawowych układów pracy tranzystora bipolarnego npn
W układach wzmacniaczy efektywne wzmocnienie nie zależy od wzmocnienia tranzystora a jedynie od polaryzujących go elementów biernych.
6. Najważniejsze parametry tranzystora bipolarnego:
• współczynnik wzmocnienia prądowego (w układzie OE przy określonym prądzie kolektora i napięciu kolektor-emiter);
• napięcie nasycenia (przy określonym prądzie bazy i kolektora);
• częstotliwość graniczna fg, przy której wartość współczynnika α zmniejszy się o 3dB w stosunku do wartości α0;
• PC lub Ptot – maksymalna moc strat w kolektorze lub tranzystorze;
• UCEmax – maksymalne napięcie kolektor–emiter (wartość zależy od sposobu wysterowania tranzystora);
• ICmax – maksymalny prąd kolektora;
• UBEmax – maksymalne napięcie wsteczne baza-emiter;
• IBmax – maksymalny prąd przewodzenia złącza baza-emiter;
• pojemność złącza kolektorowego;
• prąd zerowy (przy określonym napięciu kolektor-baza lub kolektor-emiter;
• stała czasowa związana z rezystancją rozproszoną bazy.
Współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywamy stosunek prądu kolektora (prądu sterowanego) do prądu bazy (prądu sterującego). Połączenie dwóch tranzystorów w tzw. Układzie Darlingtona (Super Alfa) zapewnia, że współczynnik wzmocnienia takiego układu jest iloczynem współczynników wzmocnienia obu tranzystorów.
1Ap_31.03.2020_UA_Drobinski
Strona 4 z 4
7. Charakterystyki statyczne.
Właściwości tranzystora opisują rodziny jego charakterystyk statycznych. Charakterystyki statyczne są to krzywe przedstawiające zależności między prądami i napięciami stałymi lub wolnozmiennymi występującymi na wejściu i wyjściu tranzystora. Tranzystor bipolarny pracujący w dowolnym układzie OE, OB., lub OC charakteryzują prądy przez niego płynące i napięcia na jego elektrodach.
Można określić cztery rodziny charakterystyk statycznych tranzystora:
• wejściową Iwe = f (Uwe), Uwy = parametr)
• przejściową Iwy = f (Iwe), Uwy = parametr)
• wyjściową Iwy = f (Uwy), Iwe = parametr)
• zwrotną Uwe = f (Uwy), Iwe = parametr)
Charakterystyki te podaje się najczęściej dla tranzystora w układzie wspólnego emitera WE (OE) rzadziej w układzie wspólnej bazy (OB). W przypadku układu OE otrzymamy charakterystyki:
• wejściową IB = f (UBE), UCE = const)
• przejściową IC = f (IB), UCE = const)
• wyjściową IC = f (UCE), IB = const)
• zwrotną UBE = f (UCE), IB = const)
