REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR ELECTRONICA

1

Lucrarea nr. 1

REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR

1. Scopurile lucrrii -efectuarea msurtorilor necesare determinrii parametrilor principali ai circuitului echivalent al tranzistorului bipolar (TB) la semnal mic i joas frecven;

-verificarea dependenei parametrilor determinai de punctul static de funcionare (psf) al tranzistorului.

2. Consideraii teoretice Mrimile electrice din tranzistor sunt combinaii ntre mrimile de polarizare (de curent continuu, c.c.) aplicate pentru a fixa un anumit psf, i semnalele utile (variabile, de curent alternativ, c.a.).Tranzistoarele opereaz adesea cu semnale al cror nivel este mic n comparaie cu tensiunile i curenii de polarizare. n aceste condiii se pot utiliza modelele de semnal mic ale tranzistoarelor care permit calcularea ctigului circuitului i a impedanelor vzute la terminale, fr a mai fi necesar includerea curenilor i tensiunilor din psf. Studiul regimului dinamic al TB se refer la determinarea parametrilor modelului de semnal mic.

BiT

UCE+iu

Ci

UBE+

Fig. 1

Se consider TB din figura 1 cu sursele de polarizare UCE i UBE. Prin tranzistor circul un curent static (c.c.) de colector IC ,i un curent static (c.c.) de baz IB. Tranzistorul se afl n regiunea activ direct (sau normal, RAN). Tensiunea de intrare de "semnal mic", ui, care se aplic n serie cu sursa UBE, produce variaii mici ale curentului de baz ib, i ale curentului de colector ic. Valoarea total a curenilor de baz i de colector se noteaz cu iB i respectiv iC, astfel c: i I iB B b= + i i I iC C c= + .

Se remarc convenia de notaii utilizat:

mrime de curent continuu (static, de polarizare), liter mare cu indice liter mare;

mrime de curent alternativ (dinamic, de semnal), liter mic cu indice liter mic;

mrime total (c.c. + c.a.), liter mic cu indice liter mare;

REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR ELECTRONICA

2

liter mare cu indice liter mic reprezint valoarea efectiv a mrimii de curent alternativ.

Cei mai importani parametri de semnal mic ai tranzistorului bipolar sunt

- transconductana (panta) este variaia curentului de ieire raportat la variaia tensiunii de intrare;

- rezistena de intrare este variaia tensiunii de intrare raportat la variaia curentului de intrare;

- rezistena de ieire este variaia tensiunii de ieire raportat la variaia curentului de ieire. Analitic:

gdidu

rdudi

rdudim

C

BEbe

BE

Bce

CE

C= = =

= = =du du duCE CE BE; ; 0 0 0 (1)

Funcionarea tranzistorului bipolar (TB) este liniar numai la semnale mici, adic pentru:

U be U T mV K = ( la 300o26 ) (2)

cerber

CBmg Ube

E

beU

bI

Fig. 2

n aceste condiii, pentru un psf fixat, mrimile din relaiile 1 sunt constante. Circuitul prezentat n figura 2, rezult din relaiile 1 i se numete circuit natural simplificat. Acest circuit este un circuit echivalent valabil numai n regim dinamic, pentru calcularea variaiilor mrimilor n jurul psf. Parametrii tranzistorului depind de psf prin intermediul curentului static de colector, IC , conform relaiilor urmtoare:

gI

UI r

gr

U U

ImC

TC be

mce

A CE

C= =

+40 0 ; ;

(3)

UT =25mV=1/40V (la 270K) este tensiunea termic, 0 factorul dinamic de amplificare n curent n conexiunea emitor comun i UA reprezint tensiunea Early (cu valori uzuale de zeci de voli).

Curentul sursei ideale de curent dintre colector (C) i emitor (E) este:

g Ur

U Im bebe

b b = = 0 0 , deci n schema de semnal mic la joas frecven se pot

utiliza ambele variante: g U Im be b sau 0 .

REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR ELECTRONICA

3

3. Desfurarea lucrrii Aparatura necesar :

surs de tensiune reglabil 4 - 20 V;

surs de semnal sinusoidal reglabil;

multimetru electronic;

montaj de laborator.

3.1 Determinarea parametrilor: F, 0, gm, rbe (notat i cu r)

1. Se realizeaz configuraia de circuit din figura 3 i se fixeaz punctul static de funcionare (psf) al tranzistorului la primul set de valori indicate n tabelul 1 (UCC=8V, UCE=4V i deci IC=1mA). Rezistorul RL (load - eng.) ncarc n regim dinamic ieirea tranzistorului. Reglarea psf se face astfel:

Us

Rs Ci

P2

RB100k

UCC+

BBUUi

BEUUb

CEU oU

CiR12k2 T

P1LR

100CR

4k

CC+U

Cc

Fig. 3.

se regleaz sursa de tensiune continu la valoarea UCC necesar;

se rotesc poteniometrii P1 i P2 pn cnd se obine valoarea dorit UCE.

Apoi se msoar tensiunile continue UBB i UBE i se trec n tabelul 1.

2. La intrarea circuitului se aplic un semnal sinusoidal cu frecvena de circa 10 kHz de la generatorul de semnal Us (a crui rezisten intern este Rs). Nivelul semnalului la generator se va regla astfel nct Ub=2mV pentru fiecare msurtoare. Se msoar tensiunile alternative Ui i Uo i se trec n tabelul 1. Pentru ultima linie din tabel RL se va cupla direct n colectorul tranzistorului (fr Cc ). Tabelul 1.

UCC (V)

UCE (V)

IC (mA)

UBB (V)

UBE (V)

Ui (mV) Uo (mV)

F 0 gm (mA/V)

rbe (k)

8 4 1 12 4 2 20 4 4 4,8 4 8

3. Se determin factorul static de amplificare (n c.c):

REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR ELECTRONICA

4

F CB

B C

BB BE

I

I

R I

U U= =

. (4)

Parametrii tranzistorului se determin utiliznd schema echivalent de regim dinamic (de c.a.) din figura 4. Se consider R R R r Rl L C ce L= , deoarece RL este mult mai mic dect rezistenele cu care apare n paralel. Factorul de amplificare dinamic (0) se determin cu relaia:

0 = =

I

I

U

R

R

U U

U

U U

R

Rc

b

o

l

B

i b

o

i b

B

L . (5)

cerI0 b

berCR LR

Us

Rs

R1

B CbI

oUbUiU

iI RB

Fig. 4

Panta de semnal mic (gm) i rezistena de intrare (rbe sau r) se determin cu relaiile de mai jos:

gI

U

U

R U R

U

Ur

U

I

U

U URm

c

b

o

l b L

o

bbe

b

b

b

i bB= = = =

1 1 ; (6)

Valorile obinute se trec n tabelul 1.

Se reiau msurtorile i calculele anterioare pentru celelalte psf din tabelul 1.

3.2 Determinarea rezistenei de ieire a tranzistorului, rce

Ci

Us

Rs

oU

Ci

CC+U

R1

CcP1 Ri12k

P2 Cb

T

U i

+RB

CR4k

Fig. 5.

4. Se realizeaz circuitul din figura 5. Se fixeaz UCC=8V i UCE=4V, astfel nct rezult IC=1mA. Se aplic un semnal sinusoidal de 10 kHz cu amplitudinea reglat astfel nct s rezulte Uo=0,5V. Se msoar Ui i se trece n tabelul 2.

5. Se determin rezistena rce: RU

I

U

U UR r

R R

R Rco

o

o

i oi ce

C c

C c= =

=

, i se

trece n tabelul 2.

REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR ELECTRONICA

5

C

CRber

I bcer o

U

bI =0B oI

cR

Ri Rs

UsiU

Fig. 6.

Tabelul 2

UCC (V) 8 12 20 IC (mA) 1 2 4 UCE (V) 4 4 4 Ui (V) rce (k)

Calculele de regim dinamic s-au fcut utiliznd schema echivalent de regim dinamic prezentat n figura 6.

6. Msurtorile i determinrile de la punctele 5 i 6 se repet i pentru celelalte dou valori ale psf indicate n tabelul 2.

4. Prelucrarea datelor experimentale 1. Se vor reprezenta pe baza datelor din tabelul 1 variaiile mrimilor F, 0 (pe

un grafic), rbe i gm (pe alte dou grafice), funcie de curentul IC, pentru UCE=4V.

2. Se vor compara panta si rezistena de intrare determinate prin msurtori (din tabelul 1) cu valorile calculate teoretic (cu relaiile 3, innd seama de IC i 0 din punctele considerate). Pentru comparaie se va completa tabelul 3, utilizat pentru centralizarea rezultatelor.

3. Se va reprezenta grafic (pe baza datelor din tabelul 2) variaia rezistenei rce funcie de IC (pentru UCE=4V).

4. Se vor completa ultimele dou coloane ale tabelului 3 (rce se va copia din tab.2 i UA se va calcula n funcie de rce utiliznd ultima formul din relaiile 3). Se apreciaz n ce msur tensiunea UA rezultat pentru diveri cureni este o constant pentru tranzistor.

Tabelul 3

IC gm (mA/V) rbe (k) rce UA (mA) ms. calc. ms. calc. (k) (V) 1 2 4 8

Scopurile lucrariiConsideratii teoreticeDesfasurarea lucrariiDeterminarea parametrilor: F, 0, gm, rbe (notat si cu rp)Determinarea rezistentei de iesire a tranzistorului, rce

Prelucrarea datelor experimentale