1

Lucrarea Nr. 3 Tranzistorul bipolar n regim de comutaie. Aplicaii.

Scopul lucrrii

- Studiul condiiilor de saturaie pentru TB; - Studiul aplicaiilor cu TB n regim de comutaie; 1. Condiia de saturaie Se consider circuitul urmtor:

Figura 1. Circuitul pentru studiul regimului de saturaie.

C

CECCC

B

BEBB R

VVIR

VEI == ;

Dac PSF-ul se gsete n S (la limita dintre RAN i saturaie), rezult c:

C

CEsatCCCsat

B

BEsBincBsat R

VVIR

VEI == ;_

2

ntre IBsat_inc i ICsat, datorit faptului c suntem la limita n RAN, avem:

( ) mcataimincBsat

Csat

II

= log_min_

Dac VCC i RC sunt fixate (impuse de un curent maxim permis prin TB, notat ICM), obinem relaia necesar ntre RB i EB pentru saturarea TB ( punctul de funcionare trebuie s se regaseasc la stnga punctului S din Fig. 1):

Cm

CEsatCC

m

CsatincBsat

B

BEBB R

VVIIR

VEI

==

= _

sau Cm

CEsatCC

B

BEB

RVV

RVE

.

Aceast relaie, dac CCB VE = i CEsatCC VV >> ( ][7.06.0];[5.0 VVVV BECEsat < ), conduce la una mult mai simpl ntre rezistoare:

CmB RR

NOTA Pentru tranzistoatele bipolare tip BC107/171/177/251, ICM=100[mA] iar m50. n apropierea saturaiei (dinspre RAN) scade. 2. Formator de semnal dreptunghiular din semnal sinusoidal

Figura 2.

Generatorul furnizeaz ( ) tVtv gmg sin= , cu ][6 VVgm . n acest aplicaie RB trebuie proiectat astfel ncat s limiteze curentul IB n alternana pozitiv a lui vg(t). Tranzistoarele bipolare BC107 au IBmax6[mA] i VBEinv=5[V]. Rolul diodei de comutaie 1N4148 este acela de a se deschide n alterana negativ, limitnd astfel tensiunea invers baza-emitor a TB (la doar 0.6[V]).

3

][9.0][6

][6.0][6

max

=

KmA

VVI

VVR

B

BEgmB

Rezistorul RC fixeaz valoarea dorita pentru ICsat la VCC fixat la 5[V]. Alegnd ICsat20[mA], rezult:

][220][20

][5.0][5

=

mAVV

IVVR

Csat

CEsatCCC

Studiu experimental - Se realizeaz circuitul cu valorile proiectate; - Se oscilografiaz simultan vI i vO. Se rein graficele acestor forme de und la

valori ale frecvenei generatorului de 1[KHz], 1[MHz] i 10[MHz]. 3. Accelerarea comutaiei tranzistorului bipolar Se utilizeaz schema:

Figura 3.

Formatorul din figura de mai sus are RC2=10K pentru tranzistorul Q2, deci un curent de saturaie relativ mic. Se va observa influena condensatorului de accelerare Ca. Tensiunea (dreptunghiular) de la iesirea primului etaj formator, asigur saturarea puternic a lui Q2 deoarece:

][1050

][500

][5.0][10

][5

22_

2

22

uAuAII

mAKV

RVVI

m

CsatincBsat

C

CEsatCCCsat

==

=

=

,

iar atunci cnd Q1 este blocat, curentul de baz al lui Q2 va fi:

2_21

22 ][10][400 incBsat

BC

BECCB IuAuARR

VVI =>>+

=

4

Studiu experimental - Se pstreaz, ca i la aplicaia anterioar, Vgm=6[V]; - Se determin frecvena maxim de funcionare corect ( vo(t) nc de form

dreptunghiular) (a) far Ca; (b) cu Ca=10pF; (c) cu Ca=20pF; (d) cu Ca=100pF; 4. Astabil cu tranzistoare bipolare (generator de semnal dreptunghiular) Se va utiliza schema urmtoare:

Figura 4. CBA cu TB

Fr C1,C2 n circuit, proiectarea trebuie s asigure n cele mai dezavantajoase

cazuri (variaie cu temperatura, mpratierea ) Q1 i Q2 saturate, condiie satisfcut atunci cnd CmB RR . Presupunnd K nchis un timp suficient de lung astfel nct vC1, vC2 s se stabilizeze:

==

==saturatQblocatQ

VONK B1

22 )1(0

n aceasta situaie C1 se ncarc, cu polaritatea (+) armatura dreapta / (-) armatura

stnga, la valoarea CCBEsatCCC VVVV =1 iar C2 se descarc 012 = CEsatC VV . Presupunem c la t=0 K se deschide => Q2 se satureaz ntr-un timp tON. n

virtutea teoremei comutaiei, vC1 nu se modific brusc ( ( ) ( ) CCCC Vvv += 00 11 ) i, deoarece C1 are pe armatura dreapt VCEsat2 0, va aplica -VCC n baza lui Q1,

blocndu-l.

==

saturatQblocatQ

2

1)2( . Cu Q1 blocat, C2 se ncarc la VCC. Cnd C1 se va fi

terminat de descrcat, Q1 se satureaz => C2 l va bloca pe Q2. De aici strile i vor succede n timp una alteia.

Perioada semnalelor generate va fi: ( )122121 2ln BB RCRCttT +=+=

5

Studiu experimental - Se vor urmri formele de und ale tensiunilor de colector i baz pentru

C=1[nF]/10[nF]/100[nF] ; se vor face corelaii cu procesele descrise mai sus; - Explicai de ce frontul pozitiv al tensiunilor de colector nu este abrupt; - Explicai de ce un scurtcircuit colector-emitor blocheaz oscilaiile pe cnd un

scurtcircuit baz-emitor le amorseaz; Tema 3 1. Pentru circuitul din Figura 2, n care TB este de tipul BC107 iar D 1N4148,

proiectai valorile RB, RC, VCC astfel nct circuitul s realizeze conversia de la semnalul vI(t)=0+12sin2103t la un semnal de ieire de form dreptunghiular, cu VH=9[V] i VL0[V], n condiiile unei puteri medii absorbite de la sursa de alimentare de 135[mW] i fr a pune n pericol integritatea jonciunii emitoare.

2. Pentru circuitul din Figura 4, n care TB sunt de tipul BC107 iar C1=C2=10[pF],

proiectai valorile RBi, RCi, VCC astfel nct circuitul sa genereze un semnal dreptunghiular, de frecven 7[KHz] i avnd VH=5[V] i VL0[V], n condiiile unei puteri medii absorbite de la sursa de alimentare de 60[mW].