D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.TRANZYSTOR BIPOLARNY - szkic do wykładu

7.1. Efekt tranzystorowy

Rozpływ prądów w strukturze n-p-n, przy polaryzacji złącza E-B w kierunku przewodzenia a złącza B-C w kierunku zaporowym:

-

z emitera do bazy są wstrzykiwane elektrony

-

w obszarze bazy elektrony dyfundują w kierunku złącza B-C

-

po przejściu przez bazę, elektrony zostają uniesione przez przez pole

elektroczne złącza (wymiecione z obszaru złącza) B-C do obszaru kolektora.

Strumień elektronów wstrzykniętych z emitera do bazy tworzy prąd emitera w obwodzie wejściowym. Strumień elektronów odbieranych przez kolektor tworzy prąd kolektora i jednocześnie jest prądem wyjściowym

Rys.7.1.

Przy przyjętych uproszczeniach prąd kolektora jest równy prądowi emitera. Zależy on wyłącznie od napięcia polaryzującego złącze B-E. Można zapisać:

IC = IE

Zatem współczynnik wzmocnienia prądowego dla prądu stałego wynosi:

I

α = C = 1

(7.1)

N

IE

podobnie wzmocnienie dla małych przyrostów wynosi

Δ I

α =

C = 1

(7.2)

N

Δ IE

Skoro prąd wejściowy jest taki sam jak prąd wyjściowy, to jak to się ma do wzmacniania mocy?

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

1

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.2. Tranzystor jako wzmacniacz mocy.

Rys.7.2.

Obydwa złącza tranzystora są spolaryzowane napięciem stałym: emiterowe -

dodatnim a kolektorowe ujemnym; w obwodzie wejściowym jest źródło małego sygnału sinusoidalnego eg

Wartość chwilowa mocy dostarczanej na wejściu tranzystora:

P

i 2

= r

(7.3)

we

em we

Moc odbierana przez odbiornik RL

P

i 2

= R

(7.4)

wy

cm

L

Spełnienie warunku dopasowania (równości) rezystancji wyjściowej rwy z

rezystancją odbiornika RL daje maksymalną moc oddaną do odbiornika

rwy = RL

Współczynnik wzmocnienia mocy wynosi:

2

2

i R

i r

r

cm

L

cm wy

wy

k

2

=

=

= α

(7.5)

P

i 2 r

i 2 r

r

em we

em we

we

Gdy α=1, kP = rwy / rwe

Rezystancja wejściowa rwe jest mała i równa rezystancji diody (patrz: ):

ϕ

ϕ

r

a r

,

wy → ∞

we =

m

r

T

d

+ R ≈ T

s

≈ 26 mV = Ω

25

I

I

1 mA

Rezystancja wyjściowa rwy, którą stanowi wstecznie spolaryzowane złącze jest bardzo duża i wynosi od kilkuset do kilku tysięcy omów. Stosunek rwy / rwe we wzorze (7.5) wynosi kilka tysięcy, zatem wzmocnienie mocy tranzystora a tym samym także wzmocnienie napięciowe, przy α ≈

N

1 jest duże. Tranzystor jest

rzeczywiście transformatorem rezystancji trans-re-sistorem i wzmacniaczem mocy. Tranzystor spełnia funkcje elementu czynnego i może służyć do liniowego

wzmacniania sygnałów elektrycznych. Rys.7.2.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

2

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.3. Dokładny model zjawisk w tranzystorze bipolarnym.

Rys.7.3.

Rzeczywisty prąd kolektora zawiera składową generowaną w złączu C-B.

Generowane termicznie pary elektron-dziura, w wyniku silnego pola są wymiatane: elektrony w kierunku kolektora, tworząc prąd zerowy, natomiast dziury w kierunku bazy. (Na zacisku kolektora prąd jest większy o składową termiczną ICB0

generowaną w złączu.)

I = α I + I

(7.6)

C

N E

CB 0

Prąd w obwodzie bazy wynosi:

I = I

+ I

+ I − I

(7.7)

B

rB

rEB

pE

CB 0

IrB -

prąd rekombinacyjny w bazie,

IrEB -

prąd rekombinacyjny w warstwie zaporowej złacza E-B,

IpE -

prąd dyfuzyjny dziur z bazy do emitera.

ICB0-

prąd złącza kolektorowego zależny silnie od temperatury; powstaje w

wyniku termicznej generacji nośników w pobliżu złącza i jest rzędu 10-15 –

10-14;

większy w tranzystorach germanowych.

Skorygowane współczynniki wzmocnienia wynoszą odpowiednio:

I − I

C

CB 0

α =

,

(7.8)

N

IE

I − I

C

CB 0

β =

(7.9)

N

I + I

B

CB 0

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

3

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Współczynnik wzmocnienia prądowego αN

I

I

I

C

C

nE

α =

=

⋅

= α ⋅ α

(7.10)

N

e

b

I

I

I

E

nE

E

I

I

nE

nE

α =

=

(7.11)

e

I

I

+ I

+ I

E

nE

pE

rEB

I

I

τ

C

C

r

α =

=

=

(7.12)

b

I

I + I

τ + t

nE

C

rB

r

b

αe -

współczynnik sprawności wstrzykiwania emitera określający jaka część

całkowitego prądu emitera stanowi strumień nośników wstrzykniętych do

bazy; po przejściu przez złącze wstrzykujące, prąd IE zostaje zmniejszony αe razy.

αb -

współczynnik transportu (współczynnik rekombinacji w bazie)

określający, jaka część strumienia elektronów wstrzykniętych do bazy

dochodzi do kolektora (jest zbierana przez kolektor); po przejściu przez obszar bazy, prąd InE jest mniejszy αb razy.

τr -

parametr materiałowy,

tb -

czas przelotu

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

4

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.4. Elementarny model tranzystora jako wzmacniacza dużych sygnałów

Model ma odzwierciedlić poznaną dotychczas, podstawową właściwość

tranzystora jaką jest wzmacnianie. Wspólną końcówką dla schematu typu T (rys.) dla wejścia i wyjścia jest końcówka bazy.

I

= α ⋅ I

(7.13a)

C

E

I

= I + I

(7.13b)

E

B

C

Rys.7.4.

Podstawiając I = β ⋅ I we wzorach ( 7.13a) i (7.13b), otrzymamy: C

B

β ⋅ I = α ⋅ I

(7.14a)

α ⋅ I = β ⋅ I

(7.15a)

B

E

E

B

I = I + β ⋅ I

(7.14b)

I = 1 + β ⋅ I

(7.15b)

E

(

)

E

B

B

B

a stąd związek między współczynnikami wzmocnienia prądowego α i β

β

α =

α

(7.16)

β =

(7.17)

1 + β

1 − α

Podstawiając (7.16) do wzoru (7.13a) otrzymamy po uporządkowaniu równania opisujące tranzystor w układzie w którym wspólna końcówką jest emiter.

I

= β ⋅ I

(7.18a)

C

B

I

= I + I

(7.18b)

E

B

C

(7.19)

Rys.7.5. Schemat zastępczy modelu tranzystora bipolarnego dla dużych sygnałów

(Wprowadzić przykład z ALLEY’a str 71)

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

5

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.5. Modele nieliniowe tranzystora dla dużych sygnałów (wg podstawowych równań)

Model EBERSA – MOLLA – wariant injekcyjny

Zakres zatkania charakteryzuje brakiem oddziaływania wzajemnego złączy

spolaryzowanych napięciem ujemnym. Przez złącza płyną tylko prądy upływu

I

= − I

(7.20b)

I

= I

(7.20a)

C

DC

E

DE

Rys. 7.6.

Prądy złączy wynoszą odpowiednio:

U

 EB

ϕT



I

I

e

(7.21a)

DE =

ES 

− 1





U

 CB

ϕT



I

I

e

(7.21b)

DC =

CS 

− 1





gdzie: I

, I

- prądy nasycenia złączy,

ES

CS

U

, U

- napięcia na złączach.

EB

CB

W zakresie aktywnym normalnym, przez złącze baza-kolektor płynie dodatkowo prąd nośników wstrzykiwanych przez złącze emiterowe, reprezentowany przez źródło prądowe, który wynosi: α ⋅ I ,

N

DE

Rys. 7.7.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

6

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

I

= I

(7.22a),

I

= α ⋅ I − I

(7.22b)

E

DE

C

N

DE

DC

W zakresie aktywnym nasycenia obydwa złącza mają charakter wstrzykujący.

Oprócz składowych unoszenia, w każdym złączu płynie prąd wstrzykniętych nośników przez przeciwne złącze. W schemacie zastępczym prądy są

reprezentowane jako źródła prądowe. Ze względu na niesymetrię budowy

tranzystora, rozróżnia się dwa współczynniki wzmocnienia prądowego: w kierunku

normalnym – α , oraz w kierunku inwersyjnym α (znacznie mniejsza wartość).

N

I

Schemat modelu przedstawiono na rys. 7.8. a opisujące go równania są następujące Rys.7.8.

I

= I − α ⋅ I (7.23a),

I

= α ⋅ I − I (7.23b)

E

DE

I

DC

C

N

DE

DC

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

7

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.6. Budowa tranzystora

Tranzystor bipolarny (działanie oparte na przewodnictwie obu rodzajów nośników: elektronów i dziur) jest zbudowany z dwóch złączy PN tworzących strukturę PNP

lub NPN (rys.)

Rys.7.9.

7.7. Zakresy pracy

UBC

Zakres aktywny

Zakres aktywny

inwersyjny

nasycenia

UBE

UBE

polaryzacja zaporowa

polaryzacja przewodzenia

Zakres

Zakres aktywny

zatkania

normalny

UBC

Rys.7.10.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

8

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.8. Charakterystyki statyczne tranzystora

Charakterystyka wyjściowa. Napięcie Earley’a.

Charakterystyki statyczne wejściowa i wyjściowa opisują powiązania

odpowiednich wielkości na wejściu i wyjściu tranzystora.

Prześledźmy drogę punktu pracy Q po charakterystyce wyjściowej.

Zwiększając od zera napięcie UCC zasilania tranzystora w układzie przedstawionym na rys. , przy stałej, dodatniej wartości prądu bazy Q przemieszcza się od A do B.

Obydwa złącza są w stanie przewodzenia (przy potencjale wynoszącym ok. 0,7V i

większym prądzie złącza emiterowego) co oznacza stanie nasycenia tranzystora.

Nasycenie może mieć miejsce przy różnych wartościach prądu I ,

C

regulowanych wartością prądu bazy zgodnie z poniższą przyczynowością:

I

, I

, R I

, u

U

R I

gdy u

< U

( 7.24 )

CE = (

CC −

)

C C

↓

C C ↑

C ↑

B ↑

CE

CEsat

Powyżej wartości napięcia u

≈

V

7

,

0

, złącze kolektorowe zostaje

CE

spolaryzowanym wstecznie i następuje przejście tranzystora do pracy aktywnej.

Punkt pracy przemieszcza się od B do C. Jest to zakres pracy aktywnej-normalnej lub inaczej zakres liniowy. Odcinek B-C powinien leżeć poziomo nad osią napięcia, opisując stałą wartość prądu kolektora zgodnie z wzorem modelu idealnego I = β

⋅ I . W rzeczywistości ta część charakterystyki jest nachylona

C

DC

B

pod kątem, którego wierzchołek wyznacza napięcie Earley’a VA. (rys. ).

Dalsze zwiększanie napięcia zasilania obwodu kolektora (punkt Q

przemieszcza się poza odcinkiem B-C) prowadzi do gwałtownego wzrostu prądu i

w konsekwencji przebicia złącza.

Rys.7.11.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

9

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Rys.7.12.

Charakterystyki prądowo- napięciowe odpowiadające typowym charakterystykom teoretycznym tranzystora:

-

prąd IC zasadniczo nie zależy od napięcia uCB, dla ustalonej wartości iE, (OB),

-

prąd IC zasadniczo nie zależy od napięcia uCE, dla ustalonej wartości IB. (OE).

Odstępy między krzywymi teoretycznymi na w/w rysunkach są jednakowe dla jednakowych przyrostów wielkości będącej parametrem ( β ma wartość stałą) co nie zachodzi w rzeczywistości. W rzeczywistych ch-kach tranzystora obserwujemy

niejednakowe odstępy między charakterystykami; β - nie jest stałe, prąd iC nie jest stały dla ustalonej wartości iB lecz wzrasta ze wzrostem napięcia uCE .

Charakterystyka wejściowa

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

10

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.9. Parametry katalogowe tranzystora bipolarnego

7.10. Podstawowe konfiguracje pracy tranzystora jako wzmacniacza

Tranzystor jest elementem trójkońcówkowym. Traktowany jako czwórnik musi mieć jedną z końcówek wspólną dla wejścia i wyjścia. Dla uzyskania wzmocnienia

mocy jest wymagane by końcówka bazy była jedną z wejściowych a końcówka kolektora jedną z wyjściowych. Mamy stąd 3 racjonalne konfiguracje o

odmiennych właściwościach i różnych zastosowaniach.

WB

WE

WC

OB

OE

OC

Rys.7.13. Konfiguracje tranzystora jako wzmacniacza

We wszystkich jednak tranzystor na czas trwania sygnału znajduje się w normalnych warunkach polaryzacji, tj. złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia a złącze kolektor-baza – w kierunku wstecznym (Linv.21)

Podobnie jak dla złącza p-n, rozróżnia się pracę tranzystora:

-

nieliniową: statyczną i dynamiczną,

-

liniową: dla małych sygnałów, małej i dużej częstotliwości

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

11

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Analiza tranzystora układzie OE

Układ o wspólnym emiterze WE (OE)

Źródła UCC , UBB polaryzują złącza

tranzystora aby znajdował się on w

RC

stanie aktywnym.

r

r

we

be

IC

Na wejściu jest podany sygnał

IB

uCE

napięciowy (sygnał wzbudzenia) uwe

uBE

u

R

o małej w wartości w stosunku do

u

wy

L

we

RB

napięcia UBE polaryzacji bazy. Sygnał

ten powoduje zmianę prądu bazy.

Zmiana tego prądu (bazy) sprawi

zmianę prądu kolektora a w konsekwencji zmianę sygnału wyjściowego jakim jest

napięcie na zaciskach kolektor-emiter.

Wszystkie te zmiany dzieją się w określonych warunkach pracy tranzystora

zdeterminowanych przez napięcia polaryzacji (zasilania) obwodu wejściowego i

obwodu wyjściowego, tj. w punkcie pracy tranzystora.

∆ u

u

BE

we

I

∆ =

=

B

r

r

be

be

uwe

I

∆ = β ∆ I = β

C

0

B

0 rbe

Równanie obwodu wyjściowego, na podstawie II prawa Kirchhoffa, ma postać:

u

= E − I R

CE

C

C

C

RC

u

= ∆ u = − I

∆ R = − u β

wy

CE

C

C

we

0 rbe

uwy

R

R || r

C

C

CE

k =

= − β

= − β

u

u

0 r

0

r

we

be

be

Rezystancja wejściowa

r

= r || R

we

be

B

Rezystancja wyjściowa

r

= r || R

wy

ce

C

Wzmocnienie prądowe

r

k

wy

= − β

i

0 r + R

wy

0

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

12

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Właściwości:

- układ odwraca fazę sygnału wejściowego

- dość duże wzmocnienie: napięciowe, prądowe i mocy

- rezystancja wejściowa umiarkowanie mała

- rezystancja wyjściowa umiarkowanie duża

Układ o wspólnej bazie WB (OB)

Prądy i napięcia zawierają składowe

stałe związane z polaryzacją i

nałożone na nie – dużo mniejsze –

składowe

zmienne:

sygnały

użyteczne przenoszone za pomocą

kondensatorów

sprzęgających

(jednocześnie

separujących

składowe stałe od zmiennych). Na

wejściu

jest

podany

sygnał

napięciowy uwe o małej w wartości w stosunku do napięcia UEB polaryzacji bazy Właściwości:

- układ nie odwraca fazy sygnału wejściowego

- wzmocnienie prądowe nieco mniejsze od 1

- wzmocnienie napięciowe dość duże (podobne jak OE)

- rezystancja wejściowa b. mała; rwe(WE)/(β+1)

- rezystancja wyjściowa b. duża; (β+1) rwy(WE)

Stabilność pracy, korzystne właściwości w zakresie w.cz., wada- mała

wartość rezystancji wejściowej

Zastosowanie:

wzmacniacze w.cz.

Układ o wspólnym kolektorze WC (OC) – wtórnik emiterowy

Na wejściu jest podany sygnał

napięciowy uwe o małej w wartości

w stosunku do napięcia UBE

polaryzacji bazy Napięcie UBE

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

13

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

baza-emiter zmienia się nieznacznie przy zmianach prądu kolektora i

stąd u

≈ ∆ U = u

WE

BE

WY

Właściwości:

- nie odwraca fazy sygnału wejściowego,

- wzmocnienie napięciowe =1 (potencjał emitera nadąża , „wtóruje” za

potencjałem bazy i stąd wtórnik emiterowy)

- wzmocnienie prądowe podobne jak dla OE

- rezystancje wejściowa – duża

- rezystancja wyjściowa - mała

- układ transformuje (przenosi) rezystancję z obwodu emitera do obwodu bazy

jako (β+1) razy większą, natomiast rezystancję z obwodu bazy przenosi do

obwodu emitera jako rezystancję (β+1) razy mniejszą – transformator

rezystancji.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

14

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.11. Modele liniowe tranzystora dla małych sygnałów

Model opisujący właściwości tranzystora przy niewielkich zmianach punktu pracy, oznaczających małe sygnały wymuszające - jest liniowy. Spośród parametrów zaciskowych czwórnika reprezentującego taki model tranzystora, wybiera się dwie wielkości wyjściowe jako funkcje pozostałych dwóch wielkości tj. wejściowych.

Modele o parametrach mieszanych

Czwórnik o parametrach mieszanych będzie opisany układem równań stosownym

do układu pracy tranzystora jak podano w tablicy.

OB

OE

OC

u

= f ( i , u ) u = f ( i , u ) u

= f ( i , u )

EB

E

CB

BE

B

CE

BC

B

EC

i = f ( i , u )

i = f ( i , u )

i = f ( i , u )

C

E

CB

C

B

CE

E

B

EC

Rozpatrując niewielkie (przyrostowe) zmiany wielkości wyjściowych w wyniku określonych zmian wielkości wejściowych, dla układu OE otrzymuje się

następujący układ równań:

 u

∂



 u

∂



BE

BE

u

∆

=

⋅ i

∆

+

⋅ u

∆

BE

B

CE









i

∂

u





∂

B

 CE 

u

i

CE

B

 i

∂ 

 i

∂ 

(7.25)

C

C

i

∆

=

⋅ i

∆

+

⋅ u

∆

C

B

CE









i

∂

u





∂

B

 CE 

u

i

CE

B

Zastępując przyrosty niewielkimi sygnałami

u

∆

= u ,

u

∆

= u ,

i

∆ = i ,

i

∆ = i ,

BE

be

CE

ce

B

b

C

c

Otrzymuje się następujący układ równań opisujący czwórnik o parametrach mieszanych:

u

= h 11 ⋅ i + h 12 ⋅ u

be

e

b

e

ce

(7.26)

i

= h 21 ⋅ i + h 22 ⋅ u

c

e

b

e

ce

którego parametry oznaczają odpowiednio:

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

15

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

 u

∂



 u

∂



 i

∂ 

 i

∂ 

BE

h

,

BE

h

,

C

h

,

C

h

.

22

=

21

=

12

=

11

=

e

















i

 ∂

e

u

∂

e

∂ i

e

∂ u

B















u

CE

B

CE

CE

iB

uCE

iB

Opis czwórnikowy tranzystora dla pozostałych układów pracy OB i OC

wyprowadza się w sposób analogiczny jak przedstawiony wyżej dla OE.

7.12. Wyznaczanie parametrów czwórnikowych, mieszanych, na podstawie

charakterystyk statycznych

IC

I

h =

C

21

I

U

I

B

CE

C

h =

22

U

I

CE

B

I

U

B

CE

UBE

h =

11

U

I

U

BE

B

CE

h =

12

U

I

CE

B

UBE

Rys. 7.14.

Schemat modelu

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

16

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Parametry mieszane w różnych konfiguracjach

Parametr

OE

OB

OC

h

e

11

h

h

h

11

11 e

1 +

h

+ ∆ h − h

11 e

e

21

e

12 e

h

∆ − h

e

12 e

h

h

1 − h

12

12 e

1 + h

+ ∆ h − h

12 e

e

21

e

12 e

− (∆ h + h

e

e

21 )

h

h

− 1

( + h )

21

21 e

1 + h

+ h

∆ − h

21 e

e

21

e

12 e

h

22 e

h

h

h

22

22 e

1 +

h

+ h

∆ − h

22 e

e

21

e

12 e

h

∆

h h

− h h

e

11 e

22 e

12 e

e

21

h

1 + h

+ ∆ h − h

ez

e

21

e

12 e

h

∆

h h

− h h

b

b

11

22 b

12 b

b

21

h - rezystancja wejściowa, h - wsp. sprzężenia napięciowego

11

12

h - wsp. wzmocnienia prądowego, h - konduktancja wyjściowa

21

22

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

17

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

7.13.Modele o parametrach admitancyjnych

OB

OE

OC

i = f ( u , u )

i = f ( u , u )

i = f ( u , u )

B

BE

CB

B

BE

CE

B

BC

EC

i = f ( u , u ) i = f ( u , u ) i = f ( u , u

)

C

BE

CB

C

BE

CE

C

BC

EC

Rozpatrując niewielkie (przyrostowe) zmiany wielkości wyjściowych w wyniku określonych zmian wielkości wejściowych, dla układu OE otrzymuje się

następujący układ równań:

 i

∂ 

 ∂ i 

B

B

∆ i

=

⋅ ∆ u

+

⋅ u

∆

B

BE

CE









u

∂

u





∂

BE

=

 CE 

u

const

u

= const

CE

BE

 i

∂ 

 i

∂ 

C

C

i

∆

=

⋅ ∆ u

+

⋅ u

∆

C

BE

CE









u

∂

u





∂

BE

=

 CE 

u

const

u

= const

CE

BE

Zastępując przyrosty niewielkimi sygnałami

i

∆ = i ,

i

∆ = i ,

u

∆

= u ,

u

∆

= u ,

B

b

C

c

BE

be

CE

ce

Otrzymuje się następujący układ równań opisujący czwórnik o parametrach mieszanych:

i

= y 11 ⋅ u

+ y 12 ⋅ u

b

e

be

e

ce

( )

i

= y 21 ⋅ u

+ y 22 ⋅ u

c

e

be

e

ce

którego parametry oznaczają odpowiednio:

 i

∂ 

 i

∂ 

 i

∂ 

 ∂ i 

B

y

,

B

y

,

C

y

,

C

y

.

22

=

21

=

12

=

11

=

e

















u

 ∂

e

u

∂

e

u

∂

e

u

∂

BE 













u

CE

BE

CE

CE

uBE

uCE

uBE

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

18

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

1

i

=

⋅ u

+ g ⋅ u

b

be

w

ce

rbe

( )

1

i

= g ⋅ u

+

⋅ u

c

m

be

ce

rce

1

1

= y =

11 e

r

h

be

e

11

h 12

g

y

(oddziaływanie zwrotne często pomijane w obliczeniach)

w =

= − e

e

≈ 0

12

h 11 e

h 21

β

e

g = y

- transkonduktancja lub konduktancja wprzód,

21

=

=

m

e

h

r

11 e

be

1

1

= y =

( h h

− h h ) ≈ h

22 e

e

11

22 e

21 e 12 e

22 e

r

h

ce

e

11

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

19

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Pomiary parametrów modelu liniowego

• gm – transkonduktancja - najważniejszy parametr modelu - można wyznaczyć na podstawie ch-ki przejściowej; parametr w zasadzie nie zależy od indywidualnych właściwości tranzystora

 u 

i

I

exp

C ≈

 BE

CS



 ϕT 

∂ i

1

 u  i

i

g

C

=

|

=

⋅ I

BE

C

C

exp

=

≈

m





∂ u u

CS

CE

ϕ

ϕ

ϕ

25 mV

BE

T

 T 

T

• rezystancja wyjściowa na schemacie zastępczym reprezentuje rezystancję zastępczą dla małych sygnałów, którą można wyznaczyć na podstawie

charakterystyk statycznych wyjściowych; jest odwrotnościa przewodności

wyjściowej

1

u

∂

U

∆

U + u

CE

C

Y

CE

r =

=

|

=

=

ce

u

g

i

BE

∂

I

∆

I

ce

C

C

C

gdzie UY – jest tzw. napięciem Early’ego.

Wyznaczane z pomiarów rce typowe wartości UY ≈ 80....200V (dla NPN) i 40....150V (dla PNP)

• Rezystancja wejściowa dla małych sygnałów widziana z zacisków

wejściowych. Praktycznie wyznacza się na podstawie znanej transkonduktancji gm.

∂ u

u

∂

β

ϕ

BE

BE

T

r =

|

=

=

= β ⋅

be

U

i

CE = const

∂

 i  g

I

B

C

m

C

∂ β 

• transkonduktancja zwrotna (oddziaływanie zwrotne )

∂ iB

g =

|

w

uBE

u

∂ CE

g

- przy małych prądach;

w > 0

g

- przy dużych prądach;

4

g

10−

w <

w < 0

Przy małych częstotliwościach oddziaływanie wsteczne jest do pominięcia.

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

20

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Ze zwiększaniem się częstotliwości natomiast – rośnie.

Dokładne (słuszne dla w.cz.)

Przybliżone (słuszne dla m.cz.

oraz gdy g

<<

)

'

g

cb

b' e

h

1

1

11 e

r

+

r

+

bb'

'

Y

bb

g

w

b' e

h

g

g

' + j

C

ω

12 e

jc

cb

'

cb

≈ 0

Y

g

w

'

b e

h

g − g

g

' − jωC

21 e

m

jc

cb

m

= β

Y

g '

w

b e

h

g

+ j C

ω

g

22 e

jc

cb

g +

'

g ⋅

m

g +

⋅ g '

ce

m

ce

cb

Y

g '

w

b e

Y = g

+ g + jω C + C + C

'

'

(

)

w

de

je

jc

b e

cb

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

21

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

Małosygnałowe właściwości podstawowych układów pracy tranzystora

Sposób wyznaczania parametrów h tranzystora w punkcie pracy Q

h = tg 11

α

11

h = tg 12

α

12

h = tg α21

21

h

= tg α22

22

U

∆

U

- U

BE

BE 4

BE 6

h

=

=

11e( 4 6

, )

I

∆

I

- I

B

B4

B6

∆U = 0

CE

∆U

U

− U

BE

BE 4

BE 5

h

=

=

12e( 4 5

, )

∆U

U

− U

CE

CE 4

CE 5

∆I = 0

B

I

∆

I

− I

C

C 2

C 1

h

=

=

21e( 2 1

, )

∆I

I

− I

B

B 2

B1

U

∆

= 0

CE

I

∆

I

− I

C

C 3

C 1

h

=

=

22e( 3 1

, )

∆U

U

− U

CE

CE 3

CE 1

∆I = 0

B

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

22

D:\DYD\2012 - 2013\materialy dla stud Niest 1_st_sem 3\TRANZYSTORY

BIPOLARNE szkic.docTRANZYSTORY BIPOLARNE szkic

J.Piłaciński: Elektronika – materiały pomocnicze do wykładu

23