2. Comutarea Tranzistorului Bipolar

8/18/2019 2. Comutarea Tranzistorului Bipolar

1/6

LUCRAREA NR. 19 - COMUTAREA TRANZISTORULUI BIPOLAR

Scopul lucrării: se studiază regimul de comutare al tranzistorului bipolar, se măsoarătimpii de comutare directă şi inversă, precum şi influenţa diferitelor elemente ale schemei asupraacestora; se studiază eficienţa unor scheme de accelerare a comutării şi de evitare a intrării însaturaţie a tranzistorului.

1. Regimurile de funci!n"re "le r"n#i$!ruluiRegimul de comutare al unui tranzistor bipolar constă din trecerea lui din starea de

blocare în starea de conducţie în regiunea activă normală sau în saturaţie şi invers. !n starea de blocare, ambele "oncţiuni ale tranzistoarelor sunt polarizate invers; prin tranzistor circulă curenţii I cb0 şi I c00 #în cone$iunea %&', de obicei, negli"abili pentru tranzistoarele din siliciu, astfel înc(ttensiunile la bornele tranzistoarelor blocate sunt determinate numai de elementele circuituluie$terior acestora.

!n starea de conducţie, tranzistorul are "oncţiunea bazăemitor polarizată direct iar "oncţiunea colectorbază este fie blocată #în cazul funcţionării în regiunea activă normală' fie polarizată direct #în cazul în care tranzistorul funcţionează la saturaţie'. )uncţionareatranzistorului în saturaţie, în circuitele de comutaţie, prezintă avanta"e, precum realizarea unuicoeficient bun de utilizare a tensiunii de alimentare, putere disipată mică pe tranzistor, stabilitatea tensiunii de ieşire, dar are şi dezavanta"ul unui timp de comutare inversă mai mare, datorităsarcinilor stocate suplimentar în bază.

&ondiţia de funcţionare în saturaţie a unui tranzistor bipolar este ca şi "oncţiuneacolectorbază a tranzistorului să fie polarizată direct, ceea ce, pentru circuitul din fig..*

devine:β Csat

BS B

I I I =>* #*' unde I BS este curentul de bază la saturaţie incipientă iar I B1 este

curentul direct prin baza tranzistorului.!n saturaţie, tranzistorul este caracterizat prin tensiunea bazăemitor, V BE , de circa +,

+,- #în funcţie de curentul de emitor' şi prin tensiunea de colector de saturaţie, V CE sat , de circa+,* +,/ #în funcţie de curentul de colector', negli"abilă.

0ensiunile pe "oncţiuni fiind foarte mici sau, oricum, cunoscute, pentru un tranzistor bipolar saturat, curenţii prin el sunt determinaţi de elementele circuitului e$terior. Se adaugă şirelaţia:

I E 1 I B 2 I C .


2/6


3/6

). C!mu"re" direc*&omutarea directă este caracterizată, pe de o parte, printrun timp de înt(rziere, t î , determinat deîncărcarea capacităţii parazite de intrare a tranzistorului bipolar şi prin timpul de difuzie al purtătorilor minoritari de la emitor la colector #foarte mic', nereprezentat în fig..3 şi, pe de altă parte, prin timpul de creştere care, dedus din ecuaţiile metodei sarcinii pentru regim tranzitoriu, se

calculează cu relaţiile: pentru comutarea în regiunea activă normală: 4 1 3,/ 4n #8' pentru comutarea în regiunea de saturaţie:

*

-,+*

*ln

B

BS

ncr

I

I t

−

= τ #'.

Se remarcă dependenţa timpului de comutare directă # t cd 1 t î 2 t cr t cr ' de gradul desaturaţie al tranzistorului.

+. C!mu"re" in,er$*&omutarea inversă a tranzistorului din regiunea de saturaţie este caracterizată prin timpul

de stocare, ce se poate calcula cu relaţia:

3

3*

s ln

B BS

B B

s

I I

I I t

++

= τ #n >s , atunci se obţine:

+=+=

3

n *ln

B

BS

c sci

I

I t t t τ #*+'

relaţie care, fiind independentă de I BS , arată că timpul de comutare inversă depinde de cantitateade sarcină totală stocată în baza tranzistorului #proporţională cu I BS ' şi de curentul de bază invers# I B2 ' care elimină sarcina din bază.

.5entru micşorarea timpilor de comutare ai unui tranzistor bipolar, se poate folosi o

schemă de accelerare a comutării ca în fig./.


4/6

?a aplicarea saltului pozitiv al tensiunii de intrare, se obţine un curent de bază de valoare mare#capacitatea se comportă ca un scurt circuit pe frontul impulsului':

3*

+

* '+# R

V V

R

V V V I BB BE

C BE g

B

+−

′−−= #**', cu

P R R

V P V BE C

++

⋅=′

3*

+

care asigură un timp de creştere foarte mic, dar care scade în timp, astfel că, valoarea de regim

staţionar:

3*

* '# R

V V

P R

V V I BB BE

BE g

B

+−

+

−=∞ #*3'

să asigure saturarea tranzistorului cu un grad de saturaţie c(t mai mic #* @ 3', aproape desaturaţie incipientă.

?a aplicarea saltului negativ al tensiunii de intrare, se obţine un curent, I B2 #+', de valoarefoarte mare:

3*

+

3 '+# R

V V

R

V V I BB BE C BE B

++

′′+= #*/' cu:

P R

V V P V

BE g

C +

−=′′

*

+

'#

care asigură timpi de stocare şi de cădere de valori mici.Aupă aplicarea saltului de tensiune la intrare, capacitatea de accelerare începe să se

încarce #descarce', ceea ce duce la micşorarea curenţilor de bază #în valoare absolută' aşa cum sevede şi în fig.9.

.%liminarea timpului de stocare, care reprezintă o înt(rziere netă între impulsul de

comandă şi răspunsul circuitului, se face prin utilizarea unor circuite de evitare a intrării însaturaţie, care au şi proprietatea de a menţine la ieşire o tensiune mică, fi$ă, independentă de parametrii tranzistorului.

!n fig..7 sunt reprezentate circuite care folosesc metoda sarcinii neliniare # fig..7.a',ineficientă, din cauza curentului mare ce circulă prin tranzistor şi diodă, respectiv metoda reacţiei

negative neliniare prin care, prin diodă, se deviază surplusul de curent de intrare de comandă# fig.7.b'.

Bdealiz(nd caracteristicile diodelor în conducţie directă, caracteristica dinamică în planul I C , U CE al caracteristicilor statice ale tranzistorului va fi ca în fig..7.c. 5resupun(nd că V D 1 V BE , pentru cazul în care dispozitivele respective sunt deschise, se obţin valorile: V 0 C 1 V D 2 E pentru fig.7.a; V 0 CC 1 E D V D 2 V BE 1 E pentru fig..7.b.


5/6

A%S)EFGRHR%H ?G&RERBB

Se identifică monta"ul din fig..8.

Se alimentează cu V CC 1 *+ #la borna 3' şi cu V B 1 / #la borna /' şi se aplică la intrare#borna 9' impulsuri pozitive de amplitudine V g 1 7 şi cu durata şi perioada suficient de mari

#Isec'. &urentul de colector se vizualizează la bornele rezistenţei r c #borna 7, faţă de masă, peintrarea de alternativ a osciloscopului'. &urentul de bază se vizualizează pe rezistenţa r b #între bornele şi


6/6

crescator' şi se calculează constanta de timp de viaţă a purtătorilor minoritari în e$ces din bază:

/,3

cr n

t =τ .

Se măsoară valoarea finală a curentului de colector şi valorile curenţilor de bază; semăsoară timpul de cădere #similar cu cel de cre tere #pe front descrescator'' şi se verifică cuș

valoarea calculată cu relaţia #-' în care I BS se înlocuieşte cu I B1 .%. Se reglează potenţiometrul P astfel înc(t să se realizeze o comutare directă la limita de

intrare în saturaţie a tranzistorului #c(nd 4 s 1+' ; măsur(nd I C sat şi I B1 1 I BS , rezultă factorul decurent al tranzistorului β + #dacă nu se poate măsura curentul de bază, se va lua pentru β +valoarea dată în ane$ă pentru tranzistorul folosit'.

(. Se trece potenţiometrul P pe poziţia minimă #scurt circuitat'. Se calculează curenţii prin tranzistor cu relaţiile #/', #9' şi #7'. Se studiază influenţa amplitudinii impulsului decomandă, V g şi a tensiunii de blocare, V BB , asupra timpilor de comutare ai tranzistorului,complet(nd un tabel. 0impii de comutare se calculează cu relaţiile #8', #', #

2. Comutarea Tranzistorului Bipolar

Documents

Transcript of 2. Comutarea Tranzistorului Bipolar