Ministerul Învăţămîntului,Tineretului şi Sportuluial Republicii Moldova

Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea RadioelectronicaCatedra Telecomunicaţii

Lucrare de curs

la obiectul: “Radioelectronica”pe tema:

“Tranzistorul bipolar KT – 608”

a efectuat:

a vereficat: profesorul Bejan N.

Chişinău 2002

Cuprins

0. Generalităţi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Tehnologia de fabricare a tranzistorului bipolar KT – 608. . . .. . . . . . . . 4

2. Procedee fizice în tranzistorul bipolar cu structura n-p-n. . . . . . . . . . . . . 5

3. Caracteristici statice ale tranzistorului bipolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1 Cuplaj în schema bază comună. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2 Cuplaj în schema emitor comun. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.3 Cuplaj în schema colector comun. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4. Schema echivalentă în T a tranzistorului bipolar .. . . . . . . . . . . . . . . . . .13

5. Parametrii hibrizi (H) ai tranzistorului bipolar. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

6.Trasarea dreptei de sarcină. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

7. Funcţionarea tranzistoarelor bipolare la frecvenţe înalte. . . . . . . . . . . . .19

8. Funcţionarea tranzistoarelor bipolare în regim de cheie electronică. . . . 21

9. Parametrii de bază a tranzistorului bipolar KT – 608. . . . . . . . . . . . . . . 25

10.Utilizarea tranzistorului bipolar KT – 608 în sisteme electronice. . . . . .26

11. Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Mod Coala N document Semnat Data

A elaborat . Litera Coala Coli

A verificat Bejan N. Tranzistorul KT - 608 Î 2 27

2

U.T.M. Facultatea de

radioelectronică, gr.TLC

0.GeneralităţiTranzistor este numit dispozitivul electric semiconductor cu unul sau mai

multe joncţiuni şi care este folosit pentru amplificarea semnalelor, avînd unul sau mai multe contacte electrice. Cea mai largă răspîndire şi utilizare o au tranzistoarele cu două joncţiuni şi trei contacte electrice, ele fiind numite tranzistoare bipolare. Joncţiunile împart cristalul în trei regiuni. În dependenţă de tipul şi ordinea regiunilor se deosebesc două tipuri de tranzistoare p-n-p şi n-p-n. Principiul lor de funcţionare fiind acelaşi.

Una dintre regiuni este dopată cu impurităţi mai mult decît celelalte două şi aceasta este numită – emitor. Regiunea din mijloc este numită bază, iar a treia regiune – colector. Destinaţia principală a colectorului este extragerea purtătorilor de sarcină din bază, de aceea dimensiunile lui sunt mai mari ca cale ale bazei. Joncţiunea dintre emitor şi bază este numită joncţiunea emitorului, iar dintre colector şi bază – joncţiunea colectorului.

Structura simplificată al unui tranzistor bipolar este arătată în fig.0.1, a, b, iar simbolurile grafice în fig.0.1, c şi d.

a) c)

b) d)

Fig.0.1Structura simplificată a tranzistorului n-p-n şi p-n-p

şi reprezentarea lor graficăÎn tranzistoarele p-n-p purtătorii de sarcină de lucru sunt golurile, iar în

tranzistoarele n-p-n – electronii. În dependenţă de mecanismul de deplasării purtătorilor de sarcină prin regiunea bazei se deosebesc două tipuri de tranzistoare: cu drift şi fără drift. În tranzistoarele fără drift trecerea purtătorilor

3

n nE C

B

CE

B

p

p pE C

B

nCE

B

de sarcină prin bază se face prin difuzie. Iar în tranzistoarele cu drift trecerea purtătorilor se face pe baza mişcării de drift a lor.

1.Tehnologia de fabricare atranzistorului KT – 608

La etapa actuală există diferite metode de fabricare ale tranzistoarelor. În dependenţă de tipul tranzistorului, destinaţia lui se deosebesc următoarele metode de fabricare:

Metoda de aliere Metoda difuziei Metoda de conversie Metoda planară Metoda mesa – planară Metoda epitaxial – planară

Tranzistorul KT – 608 reprezintă un tranzistor de tip n-p-n. Metoda de fabricare a acestui tranzistor este metoda planară.

În continuare vom analiza această metodă.Din punct de vedere constructiv dispozitivele planare sunt caracterizate cu

aceea că toate straturile sunt realizate pe una şi aceeaşi parte a plachetei, de aceea şi electrozii sunt plasaţi pe aceeaşi parte. Masca în formă de oxid de siliciu SiO2 , o primim prin metoda oxidării termice a suprafeţelor de siliciu, care posedă următoarele proprietăţi:

1) Masca de oxid este legată organic cu suprafaţa plachetei, având un contact trainic cu ea, ceea ce exclude pătrunderea difuzorului în locul dintre mască şi suprafaţă.

2) Grosimea măştii de oxid (aproximativ un micron) este destul pentru apărarea părţilor respective a plachetei împotriva atomilor ce difuzează.

3) Stratul d oxid în acelaşi timp cu funcţia de mascare îndeplineşte şi funcţia de apărare (înseamnă şi a p-n joncţiunii, care iese la suprafaţă) de la influienţa diferitor factori externi. În cazul, tehnologiilor de aliere şi mesa pentru asta este nevoie de a folosi metode speciale de protecţie.În continuare vom prezenta ciclul de fabricare a tranzistorului prin metoda

planară. Se ea o plachetă din Si tip-n, care în structura rezultantă joacă rolul de colector. Pe această plachetă peste prima mască de oxid se efectuiază difuzia acceptorului (de obicei bor) şi se primeşte stratul p al bazei. Apoi peste a doua mască se face difuzia donorilor (de obicei fosfor) astfel primim stratul emitorului. În sfârşit cu ajutorul celei de-a treia măşti de oxid se conectează contactele omice din aluminiu la toate cele trei straturi şi în continuar esunt lipite la aceste contacte sârmuliţe subţiri care joacă rolul de picioruşe ale tranzistorului.

4

În varianta considerată placheta este aleasă cu o rezistenţă destul de mare, pentru a asigura o tensiune de străpungerea a joncţiunii colectorului necesară.

Structura unui tranzistor obţinut prin metoda planară este arătată în fig.1.1.

Fig.1.1Structura tranzistorului bipolar obţinut prin metoda planară

Principala caracteristică a metodei planare este universalitatea, ce permite pe unele şi aceleaşi dispozitive de fabricat tranzistoare cu diferiţi parametri.

5

n+

n

p

E B C

2.Procedee fizice întranzistorul n –p –n

În fig.2.1 este prezentată structura tipică a unui tranzistor bipolar n-p-n cu diagramele n(x), Q(x), E(x) şi W(x). În continuare vom analiza această structură.

În structura n-p-n analizată concentraţia golurilor în regiunea p este mai mare decît concentraţia lor în regiunile n, pp > pn, iar concentraţia electronilor din regiunile n este mai mare decît concentraţia electronilor din regiunea p(fig.2.1, b).

a)

b)

c)

d)

e)

Fig.2.1

6

nn p

++++

----

----

++++

pp

np

nn

pn

+ +--

x

x

x

x

Q

n,p

E

W

EF

EC

EV

nn

pn

În regim normal de funcţionare tranzistorul trebuie să fi conectat astfel încît joncţiunea emitorului să fie polarizată direct, iar cea a colectorului – indirect.

În regim activ curentul total al emitorului IE = IEn + IEp + IErec este alcătuit din curentul IEn de electroni, injectaţi din emitor în bază, curentul IEp a golurilor, injectaţi din bază în emitor, şi curentul IErec de recombinare a purtătorilor de sarcină în joncţiunea emitorului. În această sumă numai primul curent este folositor, deoarece anume el influenţează asupra curentului colectorului, celelalte componente sunt dăunătoare, şi se tinde de obţinut valorile lor cît mai mici. Mişcarea electronilor, injectaţi în bază este condusă de recombinarea unei părţi e electronilor, de aceea curentul electronilor ICn ce se apropie de joncţiunea colectorului, este mai mic ca curentul IEn cu mărimea IBrec, ce se numeşte curentul de recombinare în bază, care se tinde de a fi micşorat. Dacă tensiunea ce cade pe joncţiunea colectorului este mai mică, atunci curentul complet al colectorului va fi dat de ecuaţia:

IC = ICn + ICB0

Unde ICB0 – curentul invers al joncţiunii colectorulu, ce nu depinde de curentul emitorului. Curentul ICB0 poate fi măsurat dacă la joncţiunea colectorului aplicăm o tensiunea inversă şi IE = 0.

Curentul ICn este dirijabil, adică depinde de curentul emitorului şi poate fi prezentat ca:

unde - coeficientul static de transfer al curentului emitorului în conexiunea BC. Deoarece ICn < IEn < IE, atunci <1. În aşa fel, în regim activ avem:

(2.1)de aunde avem relaţi pentru :

(2.2)

De obicei curenţii de lucru ai colectorului IC depăşesc considerabil valoare ICB0, atunci se poate scrie:

(2.3)

unde:

, (2.4)

este coeficientului de injecţie al emitorului.

(2.5)

este coeficientul de transfer.Coeficientul de injecţie arată, a cîta parte reprezintă curentul util de

injecţie a electronilor din emitor în bază la curentul deplin al emitorului. Coeficientul de transfer arată a cîta parte din electroni injectaţi din emitor în bază, ajung pînă la joncţiunea colectorului; valoarea este cu atît mai aproape

7

de unu, cu cît mai puţini electroni recombină în bază la deplasarea lor spre colector.

Din relaţia IB = IE – IC şi relaţia (2.1) obţinem:.

La un curent foarte mic al emitorului, egal cu , curentul bazei este

egal cu zero. Însă, curenţii de lucru al emitorului depăşesc considerabil valoarea

, şi atunci:

(2.6)Pentru schema EC în regim activ din (2.1) şi condiţia IE = IC + IB avem:

, (2.7)unde:

(2.8)

este coeficientul static de transfer al curentului bazei.În timpul cînd <1, valorile lui pot fi destul de mari, de exemplu lui

=0,99 îi corespunde valoarea = 100.

3.Caracteristici statice aletranzistorului bipolar

Tranzistorului este un dispozitiv cu trei borne şi în schema electrică el poate fi conectat în trei diferite moduri: conectare cu baza comună (BC)

8

(fig.3.1,a), conectare cu emitorul comun (EC) (fig.3.1,b) şi cu colectorul comun (CC) (fig.3.1,c).

a)

Fig.3.1 Montajele fundamentale pentru tranzistorul n-p-n.

aconexiunea bază comună(BC); bconexiunea emitor comun(EC); cconexiunea colector comun(CC).

În oricare dintre conexiunile fundamentale se disting două circuite: un

circuit de intrare, în care se aplică semnalul pentru prelucrare şi un circuit de de ieşire, în care se obţine semnalul prelucrat. Una din bornele tranzistorului face parte din ambele circuite şi se ia ca electrod de referinţă; acest electrod (terminal) este denumit şi electrod comun. Luînd în consideraţie care dintre cele trei borne ale tranzistorului este considerată electrod comun se disting trei conexiuni fundamentale şi anume: conexiunea bază comună (BC); conexiunea emitor comun (EC); conexiunea colector comun (CC). Cele mai folosite sînt primele două caracteristici statice.

3.1 Caracteristicile statice în conexiune BC.Modul de conectare al tranzistorului în conexiunea bază comună (BC),

adică electrodul comun este baza, este prezentată în fig.6, a. În această conexiune caracteristicile statice de intrare reprezintă dependenţa dintre curentul de intrare care prezintă curentul emitorului IE, de tensiunea colectorului cînd tensiunea aplicată la joncţiunea emitorului este menţinută constantă.

9

IE IC

IB

UEB UCB

+

+

IB

UBE

++

UCE

IC

IE

IB

UBC

UEC

+

+

Caracteristicile de intrare. Caracteristicile de intrare ale tranzistorului în conexiunea BC care arată dependenţa tensiunii dintre emitor şi bază de curentul emitorului la tensiunea dintre colector şi bază fixată. Ele sunt arătate în fig.3.2. Pentru comoditate variabila IE se depune pe axa coordonatelor, iar valoarile tensiunii UEB – pe axa abscisei. Caracteristica de intrare la UEB = 0 este analogică caracteristicii volt – amperice a diodei: curentul IE creşte exponenţial cu creşterea UEB. În cazul valorilor mari ale curenţilor IE caracteristicile de intrare sunt aproape liniare. Creşterea temperaturii deplasează caracteristicile de intrare spre axa curenţilor.

Fig.3.2Caracteristicile de intrare ale tranzistorului în conexiunea BC

Caracteristica de ieşire. Familia caracteristicilor de ieşire al tranzistorului în schema BC, care reprezintă dependenţa curentului colectorului de tensiunea dintre colector şi bază la valoarea curentului emitorului constantă, este arătată pe fig.3,3. Vom analiza principalele particularităţi ale acestor caracteristici.

În cazul cînd curentul IE=0 (UEB<0) şi tensiunea UCB<0 în circuitul colectorului trece curentul ICBo care slab depinde de UCB. Regiunea caracteristicilor de ieşire, care corespunde polarizării inverse ale ambelor joncţiuni, este numită regiunea de tăiere.

În cazul cînd curentul IE>0 (UEB>0) şi tensiunea UCB<0 curentul colectorului poate fi calculat conform relaţiei:

IC = IE + ICbo (3.1)Chiar la valorile UCB=0 curentul colectorului IC poate atinge valori

considerabile. Regiunea caracteristicilor de ieşire la conectarea inversă a joncţiunii colectorului şi la conectarea directă a joncţiunii emitorului este numită regiune activă.

La valori pozitive nu prea mari ale tensiunii UCB caracteristicile de ieşire se curbează brusc, iar regiunea valorilor UCB>0 şi UEB>0 poartă denumirea de regiune de saturaţie.

Particularitatea principală a regiunii active a caracteristicilor de ieşire în schema BC este dependenţa slabă a IC de tensiunea UCB.

10

IE

UCB=-5VUCB=0

UEB

Caracteristicile reale de ieşire ale tranzistoarelor în BC pot fi descrise de formula:

IC =IE + ICBo + UCB/rC (3.2)Unde rC este rezistenţa colectorului.

Fig.3.3Caracteristicile statice de ieşire în conexiune BC

3.2 Caracteristicile statice în conexiune EC.Caracteristicile de intrare. Familia caracteristicilor de intrare în conexiunea

EC arată dependenţa tensiunii dintre bază şi emitor de curentul bazei la tensiunea dintre colector şi emitor fixată UBE = f (IB) la UCE = const. Această familie este prezentată în fig.3.4. Parametrul familiei de caracteristici reprezintă tensiunea dintre colector şi emitor.

11

IC

IE=3mA

IE=2mA

IE=1mA

IE=0UCB

13

2

IB

UCE=0UCE=-5V

Fig.3.4.Caracteristicile de intrare ale tranzistorului în conexiunea EC

Caracteristicile de ieşire. Familia de caracteristici de ieşire a tranzistorului în conexiunea EC, care arată dependenţa curentului colectorului de tensiunea dintre colector şi emitor la curentul bazei fixat IC = f (UCE) la IB = const, este arătată în fig.3.5 parametrul familiei caracteristicilor este curentul bazei (curentul de intrare). Regiunile de început ale caracteristicilor se întîlnesc în originea coordonatelor, deoarece la tensiunea UCE = 0 diferenţa de potenţial la joncţiunea colectorului este practic egală cu zero, deci respectiv şi curentul colectorului este egal cu zero. În comparaţie cu caracteristicile de ieşire ale tranzistorului în conectarea BC, cele în conectare EC au un unghi de înclinaţiei mai mare. Aceasta se datorează unei dependenţi mai mari a coeficientului de transfer a curentului bazei de tensiunea UCE.

În schema conexiunii EC curentul de intrare este curentul IB. Deci avem relaţia:

(3.3)Coeficientul de lîngă IB se numeşte coeficient static de transfer a curentului

bazei şi se notează cu :

(3.4)

Luînd în consideraţie expresia de mai sus (3.4) vom avea: (3.5)

unde . (3.6)Curentul ICE0 trece prin circuitul colectorului la circuitul bazei deschis

(IB = 0) şi reprezintă curentul invers al colectorului în schema EC. Valoarea curentului ICE0 poate să atingă dimensiuni destul de considerabile.

Dacă curentul IB = - ICB0, atunci valoarea curentului IC este minim şi este egală cu valoarea curentului ICB0.

Din ecuaţia (3.14) se poate de determinat:

(3.6)

Coeficientul reprezintă un parametru de semnal mare. El se determină din raportul curentul colectorului către curentul bazei la aplicarea unei tensiuni inverse la joncţiunea colectorului. În practică mai des se întîlneşte noţiunea de coeficientul diferenţial de transfer a curentului bazei, care este egal cu raportul dintre creşterii curentului colectorului către creşterea curentului bazei la aplicarea tensiunii inverse la joncţiunea colectorului:

, la UC = const (3.7)

12

-UBE

IC

Fig.3.5Caracteristicile statice de ieşire în conexiune EC

3.3 Cuplarea tranzistorului bipolar n-p-n în CC.În fig.3.1,c este prezentată schema de cuplare a tranzistorului în colector

comun. Tensiunea pe emitor în această cuplare are aceiaşi polaritate ca şi cea de la intrare, avînd valori apropiate de ea.

Coeficientul de transfer după curent reprezintă raportul dintre curentul emitorului şi curentul bazei:

Proprietatea cea mai de preţ a conexiunii în colector comun este rezistenţa de intrare foarte joasă. Datorită rezistenţei de intrare reduse tranzistorul în conexiunea colector comun este echivalent unui generator de tensiune care se schimbă neesenţial la variarea rezistenţei de sarcină (bineînţeles până când rezistenţa de sarcină nu depăşeşte cu mult rezistenţa de ieşire a generatorului).

4.Schema echivalentă în T a tranzistorului bipolar

Schemele echivalente ale tranzistoarelor uşurează şi minimizează metodele de analiză şi calcul ale tranzistoarelor. Parametrii schemei trebuie să reflecte la maximum procesele fizice din structura tranzistorului, să fie uşor măsurabile şi date în îndrumare.

Tranzistorul este caracterizat de următorii parametri fizici care caracterizează funcţionarea lui în curent alternativ: , rC,ECUCB ,CC. Aceşti parametri pot fi calculaţi şi destul de exact controlaţi în procesul da fabricare al tranzistorului. Folosind aceşti parametri se poate de alcătuit schema echivalentă în T a tranzistorului (fig.4.1).

13

CC

C

-UCE

IB>0

IB=ICBo

IB=0

Fig.4.1

În schema echivalentă reprezentată joncţiunile emitorului şi colectorului sunt reprezentate prin rezistenţele diferenţiale rE şi rC. Efectul de transfer al curentului emitorului în circuitul colectorului este arătat prin generatorul de curent echivalent IE, unde = f(). Acest efect se poate arăta cu ajutorul unui generator echivalent de tensiune, conectat în circuitul colectorului. Însă, la calcule ultima metodă se utilizează mai rar. Reacţia internă negativă după tensiune, este reflectată de generatorul EC UCB în circuitul emitorului. Rezistenţa bazei este conectată între punctul intern al bazei B’ şi contactul extern al bazei. Capacitatea colectorului CC şuntează rezistenţa rC. Capacitatea emitorului de regulă nu se consideră. Influenţa capacităţii de difuzie a joncţiunii emitorului se consideră automat prin dependenţa coeficientului de transfer al curentului de frecvenţă. Capacitatea de barieră şuntează o rezistenţă foarte mică, şi influenţa ei asupra lucrului în game de frecvenţă se manifestă slab.

Schema echivalentă prezentată în fig.4.1, nu este comodă pentru calcule practice, deoarece conţine două generatoare. În multe cazuri influenţa generatorului ECUCB este neglijată. Însă o astfel de neglijare nu este întotdeauna bună. Generatorul ECUCB se recomandă de a fi înlocuit cu un alt element al schemei, care reflectă, ca şi acesta, reacţia inversă negativă internă a tranzistorului. După cum deja se cunoaşte, reacţia inversă în tranzistor apare pe rezistenţa de volum . Dacă conectăm această rezistenţă în serie cu aşa numita rezistenţă de difuzie a bazei , se poate de determinat influenţa tensiunii colectorului asupra celei a emitorului ca rezultat al modulaţie grosimii bazei şi fără generatorul ECUCB. Atunci rezistenţa totală a bazei tranzistorului rB va fi compusă din două componente:

(4.1)unde - rezistenţa de volum a bazei, iar - rezistenţa de difuzie a bazei.

Rezistenţa bazei este determinată de geometria tranzistorului (configuraţia bazei în regiunile sale active şi pasive), de rezistivitatea materialului bazei şi rezistenţa contactului bazei.

Rezistenţa de difuzie a bazei nu depinde de rezistivitatea materialului şi ea poate fi determinată după formula de mai jos:

(4.2)

14

IE

IB

IC

UEB UCB

rE

rC

IEECUCB

E

B

+

+

+

-

--

r/B

Componenta de difuzie a rezistenţei bazei poate fi destul de mare. De aceea la frecvenţe mici rezistenţa totală a bazei rB , ca regulă, depăşeşte considerabil valoarea adusă în cataloage a rezistenţei de volum a bazei .

Cu consideraţia rezistenţei de difuzie a bazei schema echivalentă în T a tranzistorului bipolar arată ca în fig.4.2. Rezistenţele de intrare ale ambelor scheme echivalente trebuie să fie egale între ele. Deoarece rezistenţa rB este mai mare decît , atunci rezistenţa din schema 4.2 trebuie să fie mai mică decît rezistenţa rE din schema 4.1. Calculele arată că:

(4.3)

Fig.4.2

Schema echivalentă a tranzistorului în T pentru conectarea EC se poate de primit din schema echivalentă în conexiune BC, schimbînd ordinea de conectare a contactelor emitorului şi bazei: contactul emitorului se conectează la terminalul comun, iar contactul bazei – la intrare. Însă, o astfel de schemă nu este comodă, deoarece parametrii generatorului în ea se determină nu din curentul electrodului de intrare a bazei, ci de curentului emitorului. De aceea pentru schema echivalentă în T pentru conexiunea EC se construieşte o schemă echivalentă specială arătată în fig.4.3.

15

rC

CC

r//B

r/B

E C

B

IE ICIEr//

E

rCE

CCE

r//E

B IBICIB

rB

E

C

Fig.4.3

5. Parametrii H ai tranzistoarelor bipolare

În oricare circuit de utilizare tranzistorul poate fi prezentat ca un cuadripol activ la intrarea căruia avem tensiunea U1 şi curge curentul I1 , iar la ieşire tensiunea U2 şi curentul I2 (fig.5.1).

Fig.5.1Legătura dintre curenţii şi tensiunile de intrare şi respectiv de ieşire a unui

astfel de cuadripol este determinată de două ecuaţii. Pentru tranzistoare cel mai des se folosesc parametrii h, deoarece ei sunt mai comozi pentru măsurări. Sistemul de ecuaţii care arată legătura dentre tensiune şi curent cu parametrii h are forma:

dU1=h11dI1 h12dU2

dI2= h21dI1 h22dU2

Parametrii h din acest sistem de ecuaţii au următorul sens fizic:

Rezistenţa de intrare când la ieşire avem scurtcircuit

Coeficientul de transfer după tensiune când la intrare avem mers în gol

Coeficientul de transfer după curent când la ieşire asigurăm regim de

scurtcircuit

Conductibilitatea de ieşire când la intrare avem mers în gol .

Parametrii h se măsoară în: h11 – [] h12 – [adimensional h21 – [adimensional h22 – [S

Schema cu parametrii h este hibridă: unii parametri se măsoară în regimul mers în gol la bornele de intrare, iar alţii – în regimul de scurtcircuit la bornele de ieşire.

16

I1 I2

U1 U2

Parametrul tranzistorului ca cuadripol depinde de alegerea punctului static de funcţionare (după curent continuu), de temperatură, frecvenţă şi schema conectării.

6. Trasarea dreptei de sarcină

Dacă în circuitul colectorului al tranzistorului de conectat un rezistor RC, atunci schimbările curentului colectorului se vor determina nu numai de schimbările curentului bazei, dar şi de modificarea tensiunii dintre colector şi emitor UCE. În timpul lucrului tranzistorului cu sarcina tensiunea UCE nu rămîne constantă şi totdeauna este mai mică decît FEM a sursei de alimentare a colectorului EC:

UCE = EC – IC RC (6.1)Cu creşterea curentului colectorului se măreşte căderea de tensiune pe

rezistenţa sarcinii , iar tensiunea de pe colector se micşorează. Şi invers, micşorarea valorii curentului colectorului duce la creşterea tensiunii colectorului. Modificările valorilor tensiunii colectorului influenţează asupra curentului colectorului în mod opus decît asupra curentului bazei: dacă sub influenţa curentului bazei curentul colectorului creşte, atunci micşorarea tensiunii colectorului în acest timp duce la micşorarea puţină a valorii curentului colectorului. Relaţia (6.1) poate fi adusă la forma:

(6.2)

Relaţia (6.2) reprezintă ecuaţia unei linii drepte. Linia dreaptă descrisă de ecuaţia (6.2) de obicei se numeşte dreaptă de sarcină. Pe familia de caracteristici de ieşire dreapta de sarcină poate fi construită după două puncte (fig.6.1). Dacă curentul colectorului IC = 0, atunci UCE = EC. Depunînd pe axa absciselor EC, primim punctul A a dreptei de sarcină. În acest punct tranzistorul este închis de tensiunea pozitivă ce cade pe bază în raport cu emitorul. Al doilea punct al dreptei de sarcină îl găsim în dependenţă de UCE.

Depunînd UCE = 0, primim IC = EC / RC (vezi punctul B de pe caracteristică). Dreapta dusă prin punctele A şi B reprezintă dreapta de sarcină necesară.

17

IC

-UCE

IB>0

IB=ICBo

IB=0ICRC

B

Fig.6.1

Clasificarea amplificatoarelor. Un amplificator este dispozitivul, în care puterea semnalului la ieşire e mai mare decît la intrare. Se deosebesc amplificatoare de semnal mare şi de semnal mic. Amplificatoarele de semnal mic – sunt amplificatoarele, în care amplitudinea curentului sau tensiunii este într-atît de mic, încît partea caracteristicii utilizată pentru amplificare poate fi considerată liniară. În amplificatoare de semnal mare se poate de folosit atît partea liniară a caracteristicii cît şi cea neliniară.

Cînd amplificatorul este pus în aşa regim, că la ieşire avem amplitudini mari de curent şi tensiune, el este numit amplificator de putere. Oricare amplificator pe tranzistoare amplifică puterea, dar amplificator de putere este numit doar acela, la care puterea semnalului de ieşire este comparabilă cu puterea consumată de la sursa de alimentare.

Clasificarea regimurilor de lucru. În amplificatoare se folosesc regimul A şi B.

Pe fig.6.2, a este arătată dependenţa curentului colectorului tranzistorului, care lucrează în regimul A, de timp. Pe fig.6.2, b, este arătat curentul colectorului în regimul de lucru B, cînd se folosesc două tranzistoare ce lucrează pe rînd. Semiperioadele imre sunt amplificate de un tranzistor, iar cele pare de altul.

Fig.6.2Modificarea curentului colectorului a – în regim A, b – în regim B.

7. Funcţionarea tranzistoarelor bipolare la frecvenţe înalte

18

iC iC

ICmed

ICmed

EC A

Comportarea la frecvenţe înalte a tranzistorului bipolar s-ar putea studia folosind parametrii y, dar aceasta prezintă dezavantajul că este o descriere pur matematică ce leagă curenţii de tensiunile de la borne.

De aceea este foarte util de a dispune de o schemă echivalentă care să pună în evidenţă fenomenele fizice ce au loc în tranzistor, atît pentru frecvenţe joase cît şi pentru cele înalte.

În fig.7.1. este prezentată schema circuitului echivalent Giacoletto, pentru un tranzistor montat în cuplajul BC.

Fig.7.1 Circuitul echivalent Giacoletto (conexiune bază comună).

Analizînd figura putem observa că se pot distinge trei regiuni: regiunea 1 corespunde joncţiunii emitor-bază, care fiind direct polarizată poate fi echivelentă cu o rezistenţă rBE, de câteva sute de în paralel cu o capacitate CBE, de ordinul a sute de pF(capacitate de difuzie). A doua regiune modelează fenomenul de transport al purtătorilor prin bază, cu ajutorul generatorului de curent gmUEB şi al rezistenţei rCE (de ordinul a zeci de k), ce corespunde difuziei purtătorilor de la emitor spre colector. Totodată, rezistenţa rBB este rezistenţa extrinsecă a bazei (baza inactivă) şi este în jur de 100 . Regiunea 3 reprezintă joncţiunea colector-bază (invers polarizată), care se înlocuieşte cu o rezistenţă rBC de valoare mare (de ordinul 1M) şi cu capacitatea CBC de ordinul a câţiva pF (capacitatea debarieră). Punctul B corespunde regiunii active a bazei şi este logic ca generatorul de curent să depindă doar de căderea de tensiune dintre emitor şi baza activă (UEB). Coeficientul de proporţionalitate gm se numeşte panta tranzistorului şi se defineşte ca raportul dintre creşterea infinitezimală a curentului de colector şi creşterea infinitezimală a tensiunii bază-emitor care o generează, celelalte mărimi fiind constante. Aşadar:

19

şi se poate demonstra că:

În fine, pentru ca circuitul să fie complet s-au mai figurat şi capacităţile parazite dintre terminale (care sunt exerioare capsulei), şi anume CEC, CBC şi CEB. Acestea sunt de ordinul a 1-4 pF, deci intervin în calcul doar la frecvenţe foarte înalte şi din acest motiv de cele mai multe ori se pot neglija. De menţionat că exceptând rCB şi rEB care o variaţie mică, ceilalţi parametri ai circuitului Giacoletto propriu-zis depind puternic de punctul de funcţionare static(de exemplu rCB scade cu IC, iar CBE creşte cu IC).

8. Funcţionarea tranzistorului bipolar în regim de impuls

Tranzistoarele bipolare pe larg sunt utilizate în diferite dispozitive

electrice în calitate de cheie – element al aparaturii radioelectronice, funcţia căruia este comutarea şi decomutarea circuitului electric. Deoarece are o rezistenţă mică în starea deschisă şi o rezistenţă mare în starea închisă, tranzistorul bipolar satisface pe deplin cerinţele înaintate elementelor de cheie. Tranzistoarele care sunt destinate pentru lucrul în regim de cheie electronică (sau regim de impuls) se numesc tranzistoare cheie.

O schemă simplă a unui circuit de comutare este prezentată în fig.8.1. În continuare vom analiza această schemă, care conţine: un tranzistor (este conectat în schema emitor comun), rezistenţele RB, RC în circuitele bază şi emitor respectiv. În circuitul emitorului este conectată sursa de tensiune EC.

20

Ieşire

Fig.8.1Schemă a unui circuit de comutare

Dacă la intrare nu este impuls, atunci tranzistorul este închis, iar la joncţiunea emitorului este aplicată tensiunea inversă UBE = EBE (punctul A de pe fig. 8.2,a), prin circuitul colectorului trece curentul invers:

iar prin circuitul bazei – curentul invers.,

atunci, la ieşirea cheii vom avea tensiunea:.

Acest regim al tranzistorului este numit regim de tăiere. Pe familia caracteristicilor de ieşire a tranzistorului acestui regim îi corespunde punctul A (vezi fig.8.2, b).

Dacă la circuitul de intrare aplicăm nişte impulsuri de curent direct , de exemplu , atunci tranzistorul se va deschide, iar

punctul de lucru se deplasează în poziţia B, şi deci în circuitul colectorului apare curentul , iar tensiunea colectorului devine egală cu:

.După cum se vede din fig.8.2, b, tensiunea colectorului rămîne negativă,

dar tensiunea joncţiunii colectorului este directă, deoarece tensiunea negativă a bazei are o valoare mai mare decît valoarea tensiunii negative a colectorului. De aceea joncţiunea colectorului se deschide şi se începe injecţia electronilor din colector în bază. În aşa fel, în acest caz electronii se injectează în bază din ambele joncţiuni – al emitorului şi al colectorului. Acest regim al tranzistorului este numit regim de saturaţie.

În regimul de saturaţie la creşterea curentului de intrare iB curentul colectorului aproape nu creşte (vezi fig.8.2), se măreşte numai injectarea purtătorilor de sarcină din colector în bază. Tensiunea de ieşire a tranzistorului cheie va fi:

.Regimul activ în cazul dat reprezintă doar un interval mic de timp, atunci

cînd tranzistorul trece din regim de tăiere în cel de saturaţie şi invers. În acest interval de timp punctul static de funcţionare de pe caracteristica de sarcină se deplasează de la punctul A la B (vezi fig.8.2).

21

+EC

RB

RC

IB

Intrare

IC, IB IC

B B

Regim de saturaţie

a) b)Fig.8.2

a)

b)

c)

22

IC

IC

IB

UBEICBU

IBEU

Regim de tăiere

Regim activ

Regim de saturaţie

A A

Regim de tăiere

t

t

t

UBE Uin – EBE

EBE

iB

IBdir

IBEU

IBinv

EBE / RB

(Uin – EBE ) / RB

iC

ICsat

ICBU

ECE / RC

d)

Fig.8.3

Graficeletensiunilor şi curenţilor tranzistorului în regim de comutare. Aceste grafice sunt prezentate în fig.8.3. Notarea curenţilor corespunde fig.8.2. La intrare se aplică un impuls de tensiune directă Uin, în acelaşi timp tensiunea bazei este egală cu U in – EBE , ea este depusă pe fig.8.3, a în sus. Tensiunea inversă, egală cu EBE la fel este prezentată în această figură, dar cu sensul invers.

Graficul curentului de intrare este arătat pe fig.8.3, b. Mărimea impulsului curentului direct al bazei IBdir se determină de rezistenţa rezistorul RB care se alege de o valoare puţin mai mare decît rezistenţa joncţiunii emitorului:

.

După comutarea joncţiunii emitorului în direcţia inversă curentul joncţiunii, ca şi în diodă, are la început o valoare mare, limitată doar de rezistenţa RB.

.

Pe parcursul împrăştierii sarcinii, rezistenţa inversă a joncţiunii emitorului creşte şi curentul bazei tinde la valoarea IBEU.

La forma dreptunghiulară a impulsului curentului de intrare iB impulsul curentului de ieşire iC (vezi fig.8.3, c) apare cu o reţinere în timp treţ, care se determină în mare parte de viteza de creştere tensiunii joncţiunii emitorului, care depinde de capacitatea joncţiunii şi de curentul direct al bazei.

După ce tranzistorul va trece din regimul de tăiere în regim activ, curentul colectorului începe permanent să crească, atingînd valoarea determinată în timpul tcreştere. Acest timp este determinat de viteza de acumulare a sarcinii în bază şi viteza descărcării capacităţii colectorului. În aşa fel, timpul total de comutare al tranzistorului constă din timpul de reţinere şi timpul de creştere:

tcom = treţ + tcreş.

23

t

qB

Qsat

treţ

tcreştîmpr

Practic acest timp poate avea valori de la cîteva nanosecunde pînă la cîteva microsecunde.

Procesul de acumulare şi împrăştiere a sarcinii bazei qB la comutarea tranzistorului este arătat în fig.8.3, d. Acumularea sarcinii în bază se începe după timpul de reţinere treţ, şi sarcina în timpul tcreştere atinge valoarea qB = Qactiv. În continuare ca rezulta al scăderii tensiunii colectorului, joncţiunea colectorului se deschide şi se începe injectarea sarcinilor în bază. Sarcina bazei din nou creşte, atingînd valoarea impulsului de intrare qB = Qsat.

9. Parametrii de bază ai tranzistorului KT – 608 B

Tranzistor bipolar, KT – 608 fabricat prin metoda planară, de tip n-p-n, este un tranzistor universal de putere medie. Se foloseşte în schemele de generare şi amplificare ale semnalelor.

Parametrii electrici ai tranzistorului KT – 608B: Coeficientul static de transfer al curentului în schema EC la UC =50 V,

IE = 200 A: 40 –160. Tensiunea, V, în regim de saturaţie la IB = 80 mA şi IC = 400 mA Capacitatea joncţiunii colectorului la UCB = 10 V , f = 2 MHz, nu mai mare

de 15 pF. Capacitatea joncţiunii emitorului la UEB = 0 V , f = 2 MHz, nu mai mare de 50 pF. Curentul invers al colectorului la UCB = 120 V, T = 298K nu mai mare de 10

A.

Parametrii electrici maxim admisibili ai tranzistorului KT - 602A:

Tensiunea permanentă dintre colector – bază60 V Tensiunea permanentă dintre colector – emitor60 V Tensiunea permanentă dintre emitor – bază4 V Tensiunea de impuls dintre colector şi bază şi colector şi emitor: 80V Intensitatea curentului colectorului: 400 mA Puterea disipată de colector:

la T = 20 0C. . . . . . . . . . . . . 500W Temperatura joncţiunii de 120 0C. Temperatura mediului înconjurător de 85 0C.

24

10.Utilizarea tranzistorului bipolar KT - 602

în scheme electronice.

Voi prezenta mai jos un circuit al unui indicator de nivelul înscrierii în care se utilizează tranzistorul bipolar KT – 608. În acest circuit el este utilizat ca tranzistor de clasa B :

25

11. Bibliografie1. «Электронные приборы» под редакцией Г.Г. Шишкина2. Е.И. Манаев «Основы радиоэлектроники» 3. Vasilescu G. „Electronica” 1993.4. Cтепаненко И.П. „Основы теории транзисторов” – М.:Энергия, 1977.5. Ю.В. Виноградов «Электронные приборы».6. Дулин В.Н. „Электронные приборы” – М.:Энергия, 1977.

26