1

Elekt/TB/ Pod_char,6s,180

PODSTAWOWE CHARAKTERYSTYKI ORAZ PARAMETRY

statyczne i małosygnałowy TB w układzie WE

Rys.1.Cztery rodziny charakterystyk statycznych TB typu NPN w układzie

wspólnego emitera

* Do opisu stanu tranzystora na ogół jest wystarczające podanie pary
charakterystyk. Rozróżnia się charakterystyki: wyjściowe, wejściowe, przejściowe

(prądowe) i sprzężenia zwrotnego. Charakterystyki te zostaną rozpatrzone dla
tranzystora n-p-n w układzie połączeń WE.

Rys.2. Schemat połączeń

TB w układzie WE

*Zewnętrzne

źródła

napięcia E

B

i E

C

służą

do polaryzacji dwóch
złączy

tranzystora:

złącza kolektorowego i

złącza emitera.

Słuszne są zależności:

U

CE

= U

BE

+ U

CB

; U

BE

= E

B

- R

B

I

B

;

I

E

= I

B

+ I

C

;

ΔI

E

= ΔI

B

+ ΔI

C

;

(1)

2

Rys.3. Charakterystyki wyjściowe przedstawiają związek między prądem

kolektora I

C

i napięciem U

CE

przy ustalonej wartości prądu bazyI

B

(ze sterowaniem prądowym)

Na charakterystykach wyjściowych można wyróżnić kilka zakresów:

- zakres aktywny jest ograniczony „od dołu” tzw. zakresem odcięcia, czyli stanem

nieprzewodzenia, a z „lewej strony” –stanem nasycenia. Te dwa stany tranzystora
wykorzystuje się przy pracy przełącznikowej, gdy pracuje on jako klucz elektroniczny.

* W zakresie aktywnym, w którym złącze emiter-baza jest spolaryzowane w
kierunku przewodzenia, zaś złącze kolektor-emiter w kierunku wstecznym,

tranzystor posiada właściwości wzmacniające.

* Wartości napięcia nasycenia U

CEsat

wynoszą od ok. 0,2V do pojedynczych

woltów. Stan nasycenia odpowiada „zwarciu” na zaciskach kolektor-emiter.
Rezystancja wejściowa tranzystora w nasyceniu r

CEsat

= U

C E sat

/I

C

wynosi od

ułamka oma do kilkuset omów.

* Stan nieprzewodzenia – tzw. odcięcia odpowiada „rozwarciu” na zaciskach
kolektor-emiter. Płynący prąd jest mały. Granicę między zakresami aktywnym i
zakresem odcięcia stanowi prąd zerowy I

CE0

.

* Praktyczne wykorzystanie pola charakterystyk wyjściowych TB jest
ograniczone: dopuszczalnym napięciem U

CE max

, dopuszczalnym prądem kolektora I

C

max

, oraz dopuszczalnymi stratami mocy P

C max

.

3

Z powodu tego, że prąd kolektora w pierwszym przybliżeniu jest

proporcjonalny do prądu bazy, stosunek I

C

do I

B

nazywa się statycznym

współczynnikiem wzmocnienia prądowego. Dla małych przyrostów odpowiednich
prądów stosuje się małosygnałowy współczynnik wzmocnienia prądowego TB w

układzie WE:

B

C

st

I

I

;

const

B

C

dI

dI

CE

U

(2)

*Na ogół współczynniki β i β

st

nie różnią się zbytnio od siebie. Wartości β wynoszą

od kilkunastu (tranzystory dużej mocy) do kilkuset (tranzystory małej mocy). Są

one funkcją prądu I

C

(Rys.4 i 5) i temperatury.

Rys. 4. Wykres zależności prądu Rys. 5. Wykres zależności współczynnika
kolektora I

C

od prądu bazy I

B

wzmocnienia prądowego β i βst

(statycznego i małosygnałowego) od prądu I

C

U. Tietze, Ch. Schenk: Układy półprzewodnikowe..

** Z powodu, że prąd I

C

jest proporcjonalny do prądu I

B

, a od napięcia

bramkowego U

BE

ten prąd zależy nie bezpośrednio, w większości podręczników z

„Elektroniki” charakterystyki wyjściowe I

C

= f( U

CE

) podawane przy ustalonej

wartości prądu bazy I

B

, a nie napięcia bramkowego U

BE

.

Zależności podobne do wzoru (2) obowiązują również w stosunku do prądu I

C

i

prądu I

E

w układzie WB, jako wielko i mało sygnałowy współczynniki

wzmocnienia prądowego w układzie WB (zawierają się w przedziale 0.900÷0.995):

E

C

st

I

I

;

const

U

E

C

BE

dI

dI

(3)

Współczynniki α i β są ze sobą powiązane zależnościami:

1

;

1

. (4)

4

Charakterystyka przejściowa TB, tzn. zależność prądu kolektora I

C

od

napięcia bramkowego U

BE

ma przebieg wykładniczy i zgodnie z [U. Tietze…,] ma

postać:

T

BE

U

U

CS

C

e

I

I

(5)

gdzie I

CS

– prąd zerowy, U

T

– tzw. potencjał termodynamiczny (zakres pracy

liniowej TB) i wynosi około 25mV.

Równanie (5) jest słuszne przy założeniu, że prąd I

C

jest dużo większy od prądu

zerowego, który w ogóle jest funkcją I

CS

=f(U

CE

, T).

Zmianę prądu kolektora I

C

wynikające ze zmiany U

BE

charakteryzuje

transkonduktancja :

T

C

U

U

T

CS

const

U

BE

C

m

U

I

e

U

I

dU

dI

g

T

BE

CE

(6)

Charakterystyki wejściowe przedstawiają zależność U

BE

= f(I

B

) przy napięciu U

C E

= const, jako parametrze rodziny krzywych. Ponieważ złącze baza-emiter jest
faktycznie diodą, więc charakterystyka wejściowa tranzystora jest identyczna z
charakterystyką diody z niewielka zależnością od U

CE

. Na charakterystyce

wyróżnia się napięcie progowe U

T0

(wynosi ok. 0,5-0,8V), poniżej którego prąd

bazy jest bardzo mały.

Rys. 6. Charakterystyka wejściowa TB w układzie WE

(Rys.2.46 – A.Chwaleba)

5

Charakterystyka wejściowa podobnie, jak charakterystyka przejściowa, ma

przebieg wykładniczy i może być podobnie opisana:

T

BE

mU

U

BS

B

e

I

I

,

gdzie m – współczynnik korekcyjny, który nie jest równy jedności.

Różniczkowa rezystancja wejściowa charakteryzuje, jak tranzystor obciążą źródło

sygnału:

B

T

const

B

BE

be

I

mU

dI

dU

r

CE

U

.

(7)

*Ze znajomości β i na podstawie transkonduktancji g

m

można obliczyć rezystancje

wejściową:

m

BE

B

BE

be

g

dU

dI

dU

r

C

dI

(8)

Zależność prądu I

C

od napięcia U

CE

charakteryzuje, jak to widać z charakterystyk

wyjściowych, różniczkowa rezystancja wyjściowa:

C

Y

const

C

CE

ce

I

U

dI

dU

r

BE

U

(9)

* Rezystancja wyjściowa jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do I

C

.

Współczynnik proporcjonalności U

Y

nosi nazwę napięcia Early’ego [U.Tietre..],

typowe wartości którego wynoszą 80…200 V dla tranzystorów npn oraz 40…160 V dla

tranzystorów pnp.

SCHEMAT ZASTĘPCZY MAŁOSYGNAŁOWY

Wprowadzone parametry małosygnałowy umożliwiają obliczenie każdej zmiany

prądu bazy lub kolektora w sposób ogólny. Załóżmy w tym celu, że

CE

BE

C

C

CE

BE

B

B

U

U

I

I

U

U

I

I

,

,

.

*Prąd bazy I

B

jest funkcją praktycznie tylko napięcia baza – emiter U

BE

, a prąd

kolektora I

C

jest funkcją napięcia baza-emiter U

BE

i napięcia kolektor -emiter U

CE

.

6

*Zatem po uwzględnieniu wprowadzonych wyżej współczynników i pominięciem

oddziaływania zwrotnego dI

B

/dU

CE

≈ 0 otrzymamy równania opisujące TB (model

matematyczną) :

;

1

BE

be

B

dU

r

dI

CE

ce

BE

m

C

dU

r

dU

g

dI

1

.

(10)

Rys.7. Schemat zastępczy małosygnałowy TB w konfiguracji WE

Niektóry autorzy używają małych liter dla zapisu powyższych równań:

;

u

r

i

be

be

B

1

ce

ce

be

m

C

u

r

u

g

i

1

.

(10a)

Rys..8. Schemat zastępczy małosygnałowy TB w konfiguracji WE w przypadku

bardziej dokładnego opisu TB w zakresie większych częstotliwości

Liniami kreskowymi zaznaczono pojemności C

be

i C

bc