Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Anul : 2015 - 2016 Veterinara " Regele Mihai l a Banatului " din Timisoara

Tranzistorului bipolar in regim dinamic de semnal mic. Scheme echivalente

Coordonator : Mircov Vlad

Studentele : Grigore Lenuta - Iasmina Timis Andreea

Anul - IV Grupa : 1641

Specializarea : Masuratori Terestre si Cadastru

TimisoaraTranzistorul bipolar

Structură, simbol, notaţii; Tranzistorul este un dispozitiv electronic activ, cu trei terminale, care realizează o amplificare a semnalelor electrice. Denumirea lui provine din contracţia cuvintelor transfer rezistor. Există o mare diversitate de tranzistoare care diferă prin principiul de funcţionare, construcţie, caracteristici şi parametri.Definitie : În mod uzual, tranzistorul bipolar este definit ca fiind o structură de tip “npn”sau “pnp” care respectă două condiţii:- baza foarte îngustă;

- emitorul puternic dopat.

Tranzistor npn Tranzistor pnp

E = emitor; are rolul de a “emite” (genera) purtători;C = colector; are rolul de “colecta” purtătorii emişi de emitor;B = are rolul de a controla fluxul de purtători dintre emitor şi colector iC = curent de colector;iE = curent de emitor;iB = curent de bază; vCE = tensiune colector-emitor;

vCB = tensiune colector-bază;vBE = tensiune bază-emitor.

Principiul de funcţionare Observatie: După cum s-a amintit deja, tranzitorul bipolar are în structură două joncţiuni: - joncţiunea bazǎ– emitor (sau joncţiunea emitorului) ;

- joncţiunea bazǎ –colector (sau joncţiunea colectorului).Funcţionarea tranzistorului depinde în mod evident de starea acestor joncţiuni. Din acest punct de vedere pot exista patru situaţii dupǎ cum urmeazǎ:

1 . Ambele joncţiuni sunt blocate. Tranzistorul se comportǎ ca un circuit întrerupt. Curenţii prin tranzistor au valori neglijabile ceea ce matematic înseamnă :

Model matematic

Explicaţia constǎ în faptul cǎ fiecare joncţiune în parte se comportǎ ca un circuit întrerupt. Despre tranzistor se spune cǎ lucreazǎ în regim de blocare 2 . Ambele joncţiuni sunt în conducţie. Tranzistorul se comportǎ ca un scurcircuit. Tensiunile pe joncţiunile tranzistorului sunt foarte mici ceea ce matematic înseamnă:

iC≃0⇒iB≃0

Model matematic

Explicaţia constǎ în faptul cǎ fiecare joncţiune în parte se comportǎ ca un scurtcircuit. Despre tranzistor se spune cǎ lucreazǎ în regim saturat. 3. Joncţiunea emitorului este în polarizata direct (conducţie) iar joncţiunea colectorului este polarizată invers (blocata). În această situaţie apare efectul de tranzistor (printr-o joncţiune polarizată invers trece un curent de valoare relativ mare).

α este un factor de transport cu valori cuprins se intre 0.9 şi 0.99

vBC≃0

vBE≃0⇒

⇓iC≃αiE

iC≃αiE

Model matematic

Tranzistorul se comportǎ între colector şi emitor ca un generator de curentcomandat.Despre tranzistor se spune cǎ lucreazǎ în regim activ normal.4 . Joncţiunea colectorului este în conducţie, iar joncţiunea emitorului este blocatǎ. În practică această stare nu este utilizată. Despre tranzistor se spune cǎ lucreazǎ în regim activ inversat.

Conexiunile tranzistoruluia.) Conexiunea emitor comun.

Semnalele de intrare (sau de comandǎ) sunt:tensiunea vBE – tensiunea bazǎ emitorcurentul iB – curentul de bazǎ

Semnalele de ieşire (sau comandate) sunt:tensiunea vCE – tensiunea colector emitorcurentul iC – curentul de colector

b.) Conexiunea colector comun

iC≃βiB⇒iE=iC+iB

β= α1−α

iC≃βiB⇒vBE≃V γ

Semnalele de intrare (sau de comandǎ) sunt:tensiunea vBC – tensiunea bazǎ colectorcurentul iB – curentul de bazǎ

Semnalele de ieşire (sau comandate) sunt:tensiunea vEC – tensiunea emitor colectorcurentul iE – curentul de emitor

c.) Conexiunea bazǎ comuna

Semnalele de intrare (sau de comandǎ) sunt:tensiunea vEB – tensiunea emitor bazǎcurentul iE – curentul de emitor

Semnalele de ieşire (sau comandate)tensiunea vCB– tensiunea colector bazǎcurentul iC – curentul de colector.

Polarizarea tranzistorului bipolar1 . Punct static de funcţionare Definitie :Termenul de polarizare desemnează procedeul de aplicarea a tensiunilor de curent continuu pe dispozitiv, în vederea funcţionării corespunzătoare a lui. Totalitatea tensiunilor şi curenţilor de curent continu “formează” punctul static de funcţionare (PSF)

Comentariu : Pentru un tranzistor bipolar PSF cuprinde: VBE, VCE, VCB, IC, IB şi IE Observaţia 1. Pentru specificarea PSF sunt necesare numai două din cele şase mărimi menţionate. Observaţia 2. În calculul PSF este suficient să fie determinată o singură mărime. Uzual aceasta este IC. Observatia 3. Pentru a considera stabilizat PSF funcţie de variaţiile de temperatură şi dispersia parametrilor este suficient să se asigure stabilizarea IC.Criterii de alegere a PSF

1.Menţinerea unei funcţionări liniare. 2.Controlul parametrilor de semnal mic. 3.Controlul disipaţiei puterii.

2 . Circuit elementar de polarizare a.) schema b.) rol elemente, notaţii folosite RB - rezistenţă pentru polarizarea bazei. RC- rezistenţă de sarcină; are importanţă în analiza de curent alternativ

c.) analiza de semnal mar I=IB+bIB EC=bIB RC+VCE VBE=-IBRB+bIBRC+VCE

3 . Circuit practic de polarizare a.) schema

IC=βI B=βEC−V BE

RB

b.) rol elemente, notaţii folosite RB1, RB2 -divizor de polarizare; asigură în bază potenţialul necesar PSFRC - rezistenţă de sarcinăRE - asigură stabilizarea termică a etajului;

T IC VRE VE VBE IC

c.) analiza de curent continuu

I=I1+bIB I1=I2+IB IB+bIB=IE

EC=bIBRC+VCE+IERE

-VBE=-VCE-bIBRC+I1RB1

VBE=I2RB2-IERE

Sistemul conţine şase necunoscute deci problema este rezolvată. IC se calculează prin înmulţirea cu b a lui IB. Acest tip de abordare nu se întâlneşte în literatura de specialitate. Motivaţia stă în numărul mare de ecuaţii care oricum conţin necunoscute neinteresante din punctul de vedere al PSF.

⇒

⇒

Echivalare Thevenin

IE=IB+bIB

EC=bIBIC+VCE+IE EB-VBE=REIE+RBIB

Modele de semnal mic ale tranzistoarelor

o funcţionareala semnalmic ( variatii )o parametri de semnal mic

⇒

EB=EC

RB 2

RB 1+RB 2

RB=RB 1 RB 2

RB 1+RB 2

I C=β (EB−V BE )

RB+( β+1 ) RE

o modele de semnal mic ( hibridπ )

Necesitatea polarizării tranzistorului în cc-utilizarea tranzistorului ca amplificator (SC, EC)-în regiunea activă (a F),tranzistorul lucrează in jurul PSF

VAl - alimentare in cc VI–stabilirea PSF: (VO, IO) vi–tensiune de amplificat (de intrare) vo–tensiune amplificata (de iesire) •Suprapunerea semnalului variabil peste regimul de curent continuu

Modelul de semnal mic(modelliniar)necesar pentru a deducevo in functie de vi

Funcţionareala semnal micTranzistorul pentru regimul de semnal mic:

parametrii de semnal mic (diferenţiali, dinamici) valorile parametrilor de semnal mic depindde PSF modelul de semnal mic al tranzistorului.

Modelul tranzistorului la frecventejoasesi medii: rezistenta de intrare rezistentade iesire sursa comandata care arata transferul intrare-iesire

T –modelul de semnal mic

diport-rezistența de intrare-transfer -sursa de curent comandată (în tensiune)-SCCT-rezistența de ieșire

TECMOS la semnal mic -model liniar -

Schema completa a amplificatorului cu 1 TMOS (polarizare + semnal variabil)Schema echivalenta pentru semnal mic:-pasiviza reasurselor de tensiune continua sau curent continuu

Parametrii de semnal mic

Transconductanţa diferenţială (arata transferul de la tensiunea variabila de intrare la curentul variabil de iesire) .

Rezistenta diferentiala de intrare: grila este izolată electric de restul structurii: rezistenţa diferenţială

de intrare este infinit (intrerupere).

Rezistenta diferentiala de iesire : caracteristicile de iesire nu sunt perfect orizontale, curentul de

drenă creşte uşor cu tensiunea drenă-sursă laVGS= cst.

r0=1g0

=ϑv DS

ϑi D|V GS=cst=

V ds

id|vGS=cst

V A - tensiunea Early

iD=β (V GS−V P)2(1+V DS

V A)

r0=V A

ID

TMOS:

regim static regim de semnal mic

Modelul de semnal mic al TECMOS( hibridπ )

la frecvente joase si medii :

gm=2β (V GS−V P )=

2 I D

V GS−V P=2√β √I D

r0=V A

I D

la frecvente inalte: apar capacitătile parazite interne între terminale; tipic de ordinul pF sau fractiuni de pF

Modele liniare

Parametrii de semnal mic ai TB

Transconductanţa diferentiala

Modele de semnal mic ale TB la joasa frecventa

Modele π hibrid

Modelele π hibrid simplificat

gm=40 IC

rbe=βgm

r0=V A

I C

Modele de semnal mic ale TB la inalta frecventa

Modelul π hibrid

apar capacitatile paraziteintre terminalele tranzistorului ;efectul acestor capacitati: reducerea amplificariila frecvente inalte;se poate folosi si modelul cu sursa de curent comandata in curent .

Circuite statice echivalente liniarizate

Daca tensiunile si curentii prin tranzistor sunt constanti sau foarte lent variabili (asa-numitul regim static de functionare), studiul fenomenelor se poate simplifica prin utilizarea unor modele statice, liniarizând caracteristicile statice.Astfel, în cazul conexiunii B-C, putem scrie:

Circuitul echivalent ce se obtine pe baza tiei: Valabil numai pentru regiunea activa, este prezentat în figura de mai jos. El cuprinde în circuitul de intrare rezistenta Re si o dioda ideala înseriata cu un generator de tensiune UD, iar în circuitul de iesire un generator de curent comandat de IE.

Pentru configuratia cu emitor comun, se procedeaza de asemenea la liniarizarea caracteristicilor de intrare dar aici intervine o alta rezistenta.Pentru ca:

aceasta rezistenta are valoarea:

Circuitul echivalent este valabil în regiunea activa si în cea de taiere: