Tranzistorul bipolar,caracteristici statice.

63

LUCRAREA NR. 6

TRANZISTORUL BIPOLAR

1. Structură şi procese fizice în TB convenţional

Tranzistorul bipolar (TB) convenţional reprezintă un dis-

pozitiv semiconductor cu trei terminale, a cărui funcţie principală

este cea de amplificare liniară a semnalelor electrice. Constructiv

acest tip de tranzistor constă din două joncţiuni pn "cuplate" între

ele prin intermediul purtătorilor minoritari. După modalitatea de

realizare şi cuplare a joncţiunilor se formează fie o structură npn

fie una pnp.

Fig.1 Structura fizică şi profilurile de dopare la un

tranzistor npn

++ --

IE IC

IB

n n

np

VEB VCB

N ,NA DNDE

NAB

x

a

b

E B C

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

64

Se consideră o structură npn (fig.1) la care se disting trei

regiuni: emitorul E, baza B şi colectorul C. Indiferent de natura

purtătorilor mobili de sarcină (electroni sau goluri) emitorul este

"sursa" de purtători iar colectorul "colectează" aceşti purtători. În

regim normal de funcţionare joncţiunea emitor-bază este

polarizată direct iar joncţiunea colector-bază este polarizată

invers. Modelul benzilor de energie pentru această situaţie este

arătat în fig.2.b.; modelul benzilor TB la echilibru termodinamic

este reprezentat în fig.2.a. În esenţă "efectul tranzistor" constă în

comanda curentului invers de colector de către curentul direct al

joncţiunii emitor-bază; această comandă este eficientă numai când

lărgimea bazei este foarte mică în comparaţie cu lungimea de

difuzie a purtătorilor minoritari prin bază.

Tranzistorul bipolar poate fi montat în circuit în trei

conexiuni fundamentale: bază comună (BC), emitor comun (EC)

şi colector comun (CC); denumirea conexiunii este dată de

terminalul comun circuitului de intrare şi celui de ieşire.

Pentru a discuta funcţionarea TB convenţional pe baza

structurii npn din fig.1.a în conexiune BC se observă modul de

distribuţie a concentraţiilor de impurităţi în cele trei regiuni : NDE

în emitor, NAB în bază şi NDC în colector. La tranzistoarele actuale

cu bune performanţe concentraţiile impurităţilor se află în raportul

NDE>>NAB>NDC (fig.1.b); în acelaşi raport se află şi concentraţiile

purtătorilor majoritari: n0E>>p0B>n0C; concentraţiile purtătorilor

minoritari se află într-un raport invers: p0E<<n0B<p0C. Ca urmare a

profilului de dopare cu impurităţi specificat mai sus, aceste

tranzistoare sunt marcate: n++

p+n pentru o structură npn şi p

++n

+p

pentru o structură pnp.

Pe scurt, procesele de conducţie din TB decurg după cum

urmează. Joncţiunea emitor-bază este polarizată direct şi o

cantitate mare de electroni este injectată din emitor în bază. Aceşti

electroni se deplasează spre colector prin procese de difuzie (la

tranzistoarele"drift" cu concentraţie neuniformă a impurităţilor în

bază intervin şi procese de drift) şi marea majoritate, peste 99%,

LUCRAREA NR.6 Tranzistorul bipolar, caracteristici

statice, circuite de polarizare

65

ajung la joncţiunea colector-bază; o mică cantitate de electroni se

recombină cu golurile existente în bază. Electronii care ajung la

Fig. 2 Modelul benzilor energetice la tranzistorul bipolar npn

colector participă la trecerea curentului invers prin joncţiunea

colector-bază. Curentul total de emitor are două componente IE =

InE + IpE, unde componenta electronică InE este dată de electronii

injectaţi în bază, iar componenta de goluri IpE este dată de golurile

care se deplasează din bază în emitor ; având în vedere raportul

concentraţiilor de dopare avem InE >> IpE.

Curentul total de colector are, de asemenea, două compo-

nente IC = InC + IpC; componenta InC este dată în principal de elec-


LUCRĂRI PRACTICE

66

tronii proveniţi din emitor şi care au traversat baza; componenta

IpC este dată de golurile care trec din colector în bază. Aşa cum

rezultă din procesele descrise mai sus, cantitatea de electroni ce

traversează joncţiunea colector-bază este mult mai mare decât

cantitatea de goluri care trece din colector în bază, prin urmare are

loc inegalitatea InC >> IpC. Curentul de bază IB are mai multe

componente: electronii care se recombină în bază, golurile care se

deplasează înspre emitor, curentul rezidual de colector IC0, obţinut

în condiţa IE = 0.

2 Expresiile curenţilor din TB.

Expresiile curenţilor prin TB sunt date de ecuaţiile genera-

lizate Shockley:

1) - e(a + 1) - e(a = I V

V

12V

V

11E T

CB

T

EB

(1) (1)

1) - e(a + 1) - e(a = I V

V

22V

V

21C T

CB

T

EB

(2) (2)

unde coeficienţii aij sunt definiţi de relaţiile:

] L

pD +

L

wcth

L

nD [ qA = a

E

0EE

BB

0BBE11 (3)

(3)

L

wshL

pDqA - = a

B

B

0BB

E12 (4) (4)

L

wshL

pDqA = a

B

B

0BB

C21 (5) (5)

] L

pD -

L

wcth

L

nD [ qA = a

C

0CC

BB

0BBC22 (6)

(6)



67

Mărimile utilizate în aceste relaţii au următoarele semnificaţii:

VEB şi VCB sunt tensiunile aplicate pe joncţiunea emitor-bază,

respectiv colector-bază; VT=KBT/q este potenţialul termic (la

temperatura camerei T ≃300K, VT ≃0,025 V; AE, AC sunt ariile

joncţiunilor; DE, DB, DC sunt constantele de difuzie pentru

purtătorii minoritari în emitor, respectiv bază şi colector ; LE, LB,

LC ,sunt lungimile de difuzie ale purtătorilor minoritari în regiuni-

le specificate de indici; p0E, n0B, p0C sunt concentraţiile purtătorilor

minoritari în emitor, respectiv bază şi colector; w este lărgimea

efectivă a bazei.

Curentul din bază rezultă din relaţia:

I + I = I BCE (7) (7)

3. Caracteristici statice în conexiunea BC

Fiind un dispozitiv cu trei terminale, la TB există trei

tensiuni şi trei curenţi, unde ca urmare a legilor lui Kirchhoff,

numai două tensiuni şi doi curenţi sunt independenţi; a treia

mărime (tensiune sau curent) este univoc determinată de primele

două. Din cele patru mărimi rămase, două se consideră variabile

independente iar celelalte două sunt considerate funcţii; rezultă

astfel patru familii de caracteristici statice. În conexiunea BC

aceste caracteristici sunt definite prin relaţiile (în ordinea

importanţei):

ctI| )V(f = V ,ct V| )I(f = V

ctV| )I(f = I , ct. I| )V(f = I

ECB4EBCBE3EB

CBE2CECB1C

(8)

(8)

În practica curentă se utilizează primele trei familii; a patra familie

se utilizează pentru tranzistoarele speciale de înaltă frecvenţă.


LUCRĂRI PRACTICE

68

a. Caracteristici de ieşire, IC = f(VCB), cu IE parametru este

reprezentată în fig.3.a. Pe această familie se disting trei regiuni de

funcţionare a tranzistorului:

-(I) Regiunea activă în care joncţiunea emitor-bază este polarizată

direct iar joncţiunea colector-bază este polarizată invers; este

regiunea de funcţionare normală a TB ca amplificator şi oscilator.

Întrucât IC este un curent invers, el prezintă o slabă dependenţă de

tensiunea VCB; creşterea uşoară a curentului IC în funcţie de VCB

este datorată micşorării lărgimii efective a bazei w (prin efect

Early) când VCB creşte.

Fig.3. Caracteristici statice ale tranzistorului bipolar în montaj

bază comună:a.-caracteristici de ieşire,b.-caracteristici de transfer,

c.-caracteristici de intrare d.-caracteristici de reacţie inversă



69

-(II) Regiunea de saturaţie, caracterizată prin polarizarea directă a

ambelor joncţiuni; este situată în cadranul al doilea unde VCB

devine negativ.

-(III) Regiunea de blocare, caracterizată prin faptul că ambele

joncţiuni sunt polarizate invers.

Regiunile (II) şi (III) sunt utilizate în procesele de comutare ale

TB. Drept expresie analitică aproximativă pentru descrierea

acestei familii de caracteristici poate servi relaţia (2) în care se

neglijează exp(VCB/VT) în raport cu unitatea; neglijarea este

posibilă întrucât VCB este o tensiune de polarizare inversă şi

VCB>>VT.

b. Caracteristici de transfer, IC = f(IE), cu VCB parametru sunt reprezentate în fig.3.b şi arată că între IC şi IE există o

dependenţă liniară. Această dependenţă poate fi descrisă analitic

printr-o relaţie simplificată. Cel mai important parametru care se

utilizează pentru caracterizarea globală a TB în conexiunea BC

este câştigul (factorul) de curent h21b = 0, definit prin relaţia:

.ct=V| dI

dI =

I

I = α CB

E

C

E

C0

(9)

(9)

ţinând cont de această relaţie şi de curentul rezidual IC0, se poate

scrie:

I + Iα = I C0E0C (10) (10)

Influenţa slabă a tensiunii VCB asupra familiei caracteristicilor de

transfer se explică tot prin efect Early; micşorarea lărgimii

efective a bazei duce la creşterea câştigului de curent.


LUCRĂRI PRACTICE

70

c. Caracteristici de intrare, reprezentate sub forma IE = f(VEB)

cu VCB parametru, sunt date în fig.3.c. Forma unei caracteristici

este asemănătoare cu cea a unei diode polarizate direct. Acest fapt

decurge şi din relaţia (2) în care se neglijează exp (VCB/VT) în

raport cu unitatea. Se constată o anumită influenţă a tensiunii VCB,

care poate fi explicată prin creşterea gradientului de concentraţie a

purtătorilor minoritari în bază odată cu creşterea tensiunii VCB.

4. Caracteristici statice în conexiune EC

a. Caracteristici de ieşire, IC=f(VCE), cu IB parametru

prezentate în fig.4.a. Se disting trei regiuni de funcţionare:

-(I) Regiunea activă în care joncţiunea bază-emitor este polarizată

direct iar joncţiunea colector-bază este polarizată invers. Trebuie

observat că în această regiune atât pe bază cât şi pe colector sunt

aplicate tensiuni pozitive în raport cu emitorul şi VCE>VBE . Panta

caracteristicilor este mai mare decât la conexiunea BC; această

particularitate se explică prin faptul că în cazul conexiunii EC

efectul Early influenţează curentul IC prin intermediul factorului

0 = 0/(1-0) (în conexiunea BC efectul Early influenţează

curentul IC prin intermediul factorului 0). În acest sens este utilă

stabilirea unei dependenţe convenabile între IC şi IB. Dacă în (10)

se înlocuieşte IE cu valoarea scoasă din (7) se obţine:

I + Iβ = I CE0B0C (11) (11)

unde

α - 1

I = I ,

α - 1

α = β

0

C0CE0

0

0

0 (12)

(12)

mărimea 0 reprezintă câştigul de curent în conexiune EC.



71

Fig. 4 Caracteristici statice ale tranzistorului în montaj emitor

comun.a.- caracteristici de ieşire, b.-caracteristici de transfer, c.-

caracteristici de intrare, d-caracteristici de reacţie inversă .

-(II) Regiunea de saturaţie în care ambele joncţiuni sunt polarizate

direct; această regiune este situată în primul cadran, între ordonată

şi dreapta VCE=VBE ; pentru VCE<VBE, ambele tensiuni fiind

pozitive, cele două joncţiuni sunt polarizate direct .

-(III) Regiunea de blocare în care ambele joncţiuni sunt polarizate

invers; aşa cum rezultă din (12) curentul ICE0, care se obţine pentru

IB=0, este mult mai mare decât IC0.

b. Caracteristici de transfer, IC = f(IB), cu VCE parametru prezentate în fig.4.b. Forma lor diferă mult de caracteristicile

similare din conexiunea BC; atât timp cât VCE>VBE


LUCRĂRI PRACTICE

72

(regiunea activă), caracteristicile reprezintă drepte descrise de

relaţia (11), având panta egală cu 0; pentru tensiuni VCE<VBE

coeficientul 0 scade rapid la zero, putând lua valori negative

întrucât IC îşi poate schimba sensul.

c. Caracteristici de intrare, IB=f(VBE) cu VCE parametru,

ca în fig.4.c. Sunt de semnalat câteva particularităţi: numai

caracteristicile corespunzătoare valorii VCE = 0 trec prin origine;

pentru restul caracteristicilor avem IB(VBE=0) = - IC0; influenţa

tensiunii VCE este mai puternică în domeniul de valori VCE<VBE şi

devine neglijabilă pentru VCE>VBE.

5. Parametrii h. Scheme echivalente de cuadripol Pentru calculul circuitelor de amplificare, oscilaţie,

comutare, filtrare ş.a. realizate cu TB, se utilizează schemele de

cuadripol. În funcţie de tipul circuitului electronic şi de regimul de

funcţionare al TB schemele echivalente pot fi liniare (de semnal

mic) sau neliniare. În continuare se prezintă scheme echivalente

(modele) de semnal mic cu parametrii h.

Indiferent de conexiune TB poate fi privit ca un

cuadripol (reţea electrică) la care se disting patru borne

accesibile, două la intrare şi două la ieşire. Cele trei tipuri de

conexiuni fundamentale ale TB sunt indicate în fig.5.

Fig. 5 Modurile fundamentale de conectare în circuit a

tranzistorului bipolar :a.- Bază comună (BC) , b.- Emitor comun

(EC) , c.- Colector comun (CC)



73

Sub formă generală, mărimile de intrare şi de ieşire au o

componentă continuă şi una variabilă (de semnal)

iΔ + I = i , iΔ + I = i

vΔ + V = v , vΔ + V = v

IIIIQIIIIQI

IIIIQIIIIQI (13)

(13)

unde VIQ, I IQ, VIIQ, I IIQ reprezintă valorile continue ce definesc

punctele statice de funcţionare; vI, i I, vII, i II sunt variaţii

ale mărimilor respective în jurul valorilor continue. Condiţia de

semnal mic presupune: vI << VIQ, i I << I IQ, vII << VIIQ, i II

<< I IIQ. Parametrii h se obţin dacă mărimile i I şi v II sunt

considerate variabile independente, iar v I şi i II funcţii; se poate

scrie:

)v,i(f = i

)v,i(f = v

III2II

III1I (14)

Dacă i I şi v II prezintă variaţii în jurul valorilor IIQ şi VIIQ, atunci şi

v I, i II vor prezenta variaţii în jurul valorilor VIQ şi IIIQ. Pentru a

stabili legătura între variaţiile tensiunilor şi curenţilor se

efectuează o dezvoltare în serie Taylor a expresiilor (14), în care

se neglijează apoi termenii de ordin superior; rezultă:

vΔh + iΔh + |i = i

vΔhiΔh + |vv

II22I21QIIII

II12I11QII (15)

(15)

unde mărimile:

I = |i , V = |v IIQQIIIQQI (16) (16)

Q

QQ

|v

i = h , |

i

i = h

|v

v = h ,

i

v = h

II

II22Q

I

II21

II

I12

1

I11

(17)

(17)


LUCRĂRI PRACTICE

74

reprezintă parametrii h ai TB. Presupunând că variaţiile iI, vI.

vII, iII reprezintă componente de semnal, ele pot fi notate prin

valorile instantanee alternative

v = vΔ , v = vΔ

i = iΔ , i = iΔ

2II1I

2II1I (18)

(18)

Ţinând cont de (13), din (15) se scoate:

vh + ih = i

vh + ih = v

2221212

2121111 (19)

(19)

parametrii h au un caracter diferenţial.

Relaţiile (19) pot fi particularizate pentru cele trei tipuri de

conexiuni:

-conexiunea EC, h b:

vh + ih = i

vh + ih = v

cb22be21bc

cb12be11beb (20)

(20)

-conexiunea EC, h e:

vh + ih = i

vh + ih = v

ce22eb21ec

ce12eb11ebe (21)

(21)

-conexiunea CC, h c:

vh + ih = i

vh + ih = v

ec22cb21ce

ec12cb11cbc (22)

(22)

Schemele echivalente corespunzătoare sunt reprezentate în fig.6.

Sursele de tensiune şi de curent din aceste scheme sunt controlate

(dependente) astfel încât valorile lor depind de curenţii şi

tensiunile la terminalele tranzistorului. Trebuie observat că

schemele echivalente prezentate se referă numai la componentele

alternative de semnal ; parametrii h11 şi h21 se determină în



75

condiţii de scurtcircuit la ieşire iar h21 şi h22 în condiţii de gol la

intrare.La TB se pot defini, de asemenea, parametrii y şi z care se

utilizează mai rar.

Fig.6 Scheme echivalente cu parametri h pentru TB

6. Studiul experimental al TB. Trasarea caracteristicilor

statice la TB

Trasarea caracteristicilor statice poate fi realizată pe

caracteriscop, pe înregistrator grafic X-Y şi prin metoda punct cu

punct. Cea mai performantă modalitate este prima deoarece per-

mite o analiză rapidă pentru diferite polarizări, o comparaţie

directă a mai multor dispozitive de acelaşi tip şi asigură iden-

tificarea regimurilor maxime de funcţionare fără distrugerea com-

ponentelor. În continuare se prezintă metoda trasării punct cu

punct.

iie ch11b

veb

h12bvcb h i21b e

vh22b

b c

vbe

vbc

h11e

11c

h12evce

h12cvec

h21ei

h21ci

h

h

22e

22c

v

v

ce

ec

i ib e


LUCRĂRI PRACTICE

76

Pentru comanda circuitului de intrare al TB este necesară o

sursă de curent constant. Aceasta se realizează cu un circuit

electronic activ sub forma unui modul SC, fixat pe planşeta de

lucru care este alimentat de la o sursă stabilizată de tensiune S1 şi

prezintă o rezistenţă internă ridicată. După montarea pe planşetă a

modulului de curent constant sursa de tensiune care îl alimentează

este reglată la 30V după care nu se mai acţionează asupra ei,

curentul constant fiind modificat din potenţiometrul modulului SC

şi măsurat cu instrumentul M1. Atenţie la polarităţile sursei de

alimentare şi a modulului de curent constant.

I. Conexiunea BC Va fi utilizat montajul din fig.7 (pentru

tranzistor npn).

Fig.7 Montaj pentru trasarea caracteristicilor statice în

conexiune BC la un tranzistor npn

Sursa de curent SC pentru montaj BC asigură o modificare

continuă a curentului de emitor în limitele 110 mA. Urmărind

înregistrarea dependenţelor (8) se ridică valori pentru cel puţin 5

caracteristici din fiecare familie, iar apoi se reprezintă grafic. Din

caracteristicile statice obţinute se determină parametrii h b în acord

cu definiţiile din 1.3.

mA

M1

mA

M2E

B

C

+

-

S1+

-

SC

+

-S2

VE

M3

VE

M430V 0-20V



77

ct.=I| VΔ

IΔ = h , ct.=V|

IΔ

IΔ = h

ct.=I| VΔ

VΔ = h , ct.=V|

IΔ

VΔ = h

E

CB

C22bcb

E

C21b

E

CB

EB12bCE

E

EB11b

(23)

(23)

II. Conexiunea EC

Se realizează montajul din fig.8 (tranzistor npn).

Fig.8 Montaj pentru trasarea caracteristicilor statice în

conexiune EC la un tranzistor npn

Sursa de curent SC pentru monaj EC furnizează un curent

constant reglabil între 10100 A. Se ridică valori pentru trasarea

următoarelor familii de caracteristici:

-caracteristicile de ieşire IC = f1(VCE), IB parametru;

-caracteristicile de intrare IB = f2(VBE), VCE parametru;

-caracteristicile de transfer IC=f3(IB), VCE parametru;

-caracteristicile de reacţie VBE=f4(VCE), IB parametru. .

M1

mA

M2

E

B

C+

-S1

+

-SC

+

-S2

VE

M3

VE

M430V 0-20V


LUCRĂRI PRACTICE

78

Se vor reprezenta minimum cinci caracteristici din fiecare

familie. Vor fi calculaţi parametrii h e conform relaţiilor:

ct.=I| VΔ

IΔ = h , ct.=V|

IΔ

IΔ = h

ct.=I| VΔ

VΔ = h , ct.=V|

IΔ

VΔ = h

B

CE

C22eCE

B

C21e

B

CE

BE12eCB

B

BE11e

(24)

(24)

În cadrul lucrării practice sunt analizate tranzistoarele

de mică putere cu siliciu din seria BC 413-414

1. Tranzistoarele planar-epitaxiale prezintă o dependenţă de

curent a amplificării. La curenţi mici de 0,11 mA amplificarea

este mai redusă şi creşte de 2...3 ori la creşterea curentului,

atingând un maxim la 1020 mA. Tranzistoarele sunt marcate cu

indici suplimentari în funcţie de amplificarea în curent astfel:

2. Familia BC413-BC414 în capsulă din plastic TO-92 se

produce pe plan mondial din 1965 de către Philips, Siemens,

AEG-Telefunken, SESCOSEM, Texas Instruments, Motorola

Fairchild, SGS Thomson , IPRS Băneasa.

3. Puterea disipată la 45C este pentru toate tipurile de cel

puţin 300 mW. Nu se recomandă ca la funcţionarea de lungă



79

durată puterea să depăşească 150 mW, astfel încât joncţiunea să

aibă o temperatură sub 125C, asigurându-se fiabilitatea.

În continuare sunt prezentate caracteristicile tranzistoarelor din

seria BC413-BC414.

Valori maxime absolute

Mărimea simbol min tip max UM Observaţii

Tensiunea colector-baza UCB0 45 50 V

Tensiunea colector-emitor UCE0 30 45 V

Tensiunea emitor-baza UEB0 5 V

Curent de vârf la colector ICM 100 mA

Curent de bază IBM 20 mA

Puterea totală disipată Ptot 300 mW Tamb;< 25 0C

Temperatura jonc;iunii tj 150 0C

Temperatura de stocare tstg -55 … +150 0C

Rezistenţa termică Rthja 420 K/W

Caracteristici de curent continuu


Curent rezidual de colector

La UCB=30V

ICB0 15 nA Tamb=250C

5 Tamb=1250C

Curent rezidual de emitor IEB0 15 nA

Tensiune de străpungere

colector bază (IC= 10

U(BR)CB0 45 V BC413

50 BC414

Tensiune de străpungere

colector emitor (IC= 10mA)

U(BR)C0 30 V BC413

45 BC414

Tensiune de străpungere emitor

baza (IE= 10

U(BR)EBO 5 V

Tensiune de saturaţie colector emitor

UCEsat

90 250 mV IC= 10mA, IB= 0,5mA

200 600 mV IC= 100mA,

IB= 5mA

Tensiunea de satura;ie bază emitor

UBEsat 700 mV IC= 10mA, IB= 0,5mA

Tensiunea baza emitor UCE 620 mV UCE=5V

IC= 2mA

Amplificarea în curent hFE B: C:

180 290 460 380 500 800

UCE=5V IC= 2mA


LUCRĂRI PRACTICE

80

Caracteristici dinamice (la t =25

0C)


Produsul bandă x amplificare

La f = 100MHz

fT 250 MHz UCE=5V

IC=10mA

Capacitatea bază colector CCB0 2,5 pF

Factorul de zgomot f= 30Hz- 15KHz

F 3 dB UCE= 5V

Ic= 200

Parametrii h în montaj EC

Parametrul grupa min tip max UM

hie B

C

3,2 4,5 8,5

6 8,7 15 K

hre B

C

2x10 - 4

3x10 - 4

hfe B C

330 600

hoe B

C

30 60

60 110 S

Fig.9 Caracteristicile statice de ieşire la tranzistorul BC413 în

montaj EC



81

Fig.10 a.-tensiunea de saturaţie colector-emitor în funcţie de

curentul de colector (hfe= 20, tamb= 250C) b.- tensiunea bază-

emitor în funcţie de curentul de colector (UCE= 5V, tamb= 250C)

7.Tranzistorul bipolar ca element de circuit

( Studiu suplimentar)

Pentru a putea realiza cu ajutorul TB diferite funcţii trebuie

ca acesta să fie polarizat într-un anumit mod specific. Alegerea

punctui static caracterizat printr-un curent de bază IBQ , o tensiune

de colector VCQ şi un curent de colector ICQ , se face pe baza unor

criterii impuse de funcţia dorită.

Punctul de funcţionare trebuie plasat într-o regiune bine

definită, delimitată pe familia caracteristicilor de ieşire de: puterea


LUCRĂRI PRACTICE

82

Fig.11 Parametrii h in montaj EC pentru tranzistorul BC413

disipată maximă, tensiunea maximă admisă şi curentul maxim

admis.



83

Condiţia ca puterea disipată de tranzistor să nu crească peste

limita admisă dictează o graniţă sub formă de hiperbolă în planul

caracteristicilor de ieşire:

Limitarea tensiunii colector-emitor la o valoare VCmax, este

impusă de multiplicarea în avalanşă a purtătorilor în regiunile de

trecere , fapt care conduce la străpungerea electrică a joncţiunii

bază-colector. Curentul de colector trebuie să fie sub o valoare

ICmax pentru a preveni distrugerea tranzistorului sau scăderea

pronunţată a factorului 0. La tensiuni mici domeniul de

funcţionare este limitat de graniţa dintre regiunea activă şi cea de

saturaţie,iar la curenţi mici de cea între regiunea activă şi regiunea

de blocare.

P = vi DmaxCC (25)

Fig.12 Domeniul de funcţionare admis pentru TB


LUCRĂRI PRACTICE

84

Schema unui amplificator de semnal mic cu TB npn în montaj

EC este prezentată în fig.13

IC

I CQ

Q

Fig.13 Schema unui amplificator de semnal mic cu tranzistor

bipolar

TB fiind un dispozitiv cu comandă în curent în circuitul de intrare

se conectează în serie cu tensiunea de polarizare VBB şi cu sursa

de semnal un rezistor Rb de valoare ridicată. Mărimile care

intervin în analiză sunt vB, iB, vC, iC, iniţial necunoscute şi care au

expresiile:

v + V = v

i + I = i

i + I = i

v + V = v

cCQC

cCQC

bBQB

bBQB

(26)

(14)



85

Se presupun cunoscute vb (vbvs).

Pentru circuitul de colector se poate scrie legea a II-a a lui

Kirchhoff (în regim lent variabil)

Această relaţie reprezintă ecuaţia dreptei de sarcină pentru

circuitul de ieşire trasată în familia caracteristicilor de colector

(fig.13b). Dreapta intersectează axele de coordonate în punctele

(0,VCC), (VCC/RC,0) şi are panta -1/RC. Punctul static este

determinat de IBQ, ICQ şi VCQ.

Pentru circuitul de bază se poate scrie:

relaţie care reprezintă ecuaţia dreptei de sarcină pentru circuitul de

intrare (fig.13c). Ea intersectează axele de coordonate în punctele

(0,VBB), (VBB/Rb). Rb are valori mari, panta dreptei are valori mici

şi se poate aproxima ca fiind paralelă cu axa VB. Se admite astfel

că iB este slab influenţat de tipul tranzistorului şi regimul său de

funcţionare.

În montajele practice se utilizează o singură sursă de ten-

siune pentru polarizarea tranzistorului, iar circuitul se realizează

astfel încât să asigure stabilizarea punctului de funcţionare.

Variaţia temperaturii influenţează regimul de curent continuu al

tranzistorului. Dacă temperatura creşte, punctul de funcţionare se

deplasează spre curenţi mari în regiunea de saturaţie, iar la

scăderea temperaturii spre regiunea de blocare.

Punctul static de funcţionare trebuie menţinut constant la

modificarea temperaturii. Circuitul simplu din fig.13a nu poate

asigura protecţia la fenomenul de ambalare termică. Dacă

temperatura creşte, curentul de colector creşte datorită creşterii

valorii lui 0 cu temperatura. Un astfel de circuit poate fi utilizat

doar la puteri disipate reduse şi la temperaturi ambiante apropiate

Ri + V = v CCCCC (27)

Ri - V = v BBBBB (28)


LUCRĂRI PRACTICE

86

de 20C. În fig.14 se prezintă o variantă de polarizare cu o singură

sursă de tensiune care asigură totodată şi stabilizarea termică a

punctului de funcţionare.

Fig.14 Schema unui amplificator de semnal mic cu TB

Tensiunea continuă VBQ şi curentul IBQ se fixează prin ale-

gerea elementelor divizorului rezistiv R1 şi R2 şi a valorii

rezistorului din emitor RE. Condensatorul CE constituie drumul de

închidere la masă a componentei alternative de semnal. Tensiunea

vBE în absenţa semnalului, va fi dată de diferenţa dintre tensiunea

în punctul B asigurată prin divizorul R1, R2 şi căderea de tensiune

pe rezistorul RE. O creştere a curentului de colector provocată de

ridicarea temperaturii produce o cădere mai mare de tensiune la

bornele rezistorului RE, ducând la micşorarea tensiunii vBE şi deci

a curentului iB; curentul de colector este menţinut astfel la o

valoare constantă. Punctul static de funcţionare este stabilizat.

Tranzistorul bipolar,caracteristici statice.

Documents

Transcript of Tranzistorul bipolar,caracteristici statice.