© BogusÅ‚aw Wolszczak aktualizacja 09.03.07
©
©
©
UKA
ADY ELEKTRONICZNE
DEMO 7 (3/3)
Ilustracja wykładu nt.  Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystora
Dowolny układ zasilania i polaryzacji tranzystora bipolarnego można analizować
w sposób ogólny podany poniżej.
Rys.1 Schematy ideowe przykładowych układów zasilania i polaryzacji tranzystora bipolarnego.
Różne kombinacje połączeń rezystorów (np. przedstawione na rys.1) można opisać
w sposób ogólny za pomocą schematów przedstawionych na rys.2.
m = R1 + R2 + R5
R1R2
RB = R6 +
m
R2R5
RE = R4 +
m
R1R5
RC = R3 +
m
R2
EB = E
m
R1 + R2
EC = E
m
Rys.2. Sposób przekształcenia ogólnego układu zasilania (a) na ekwiwalentny układ Thevenina (b).
Podstawiając we wzorach opisujących ekwiwalentny układ Thevenina w miejsce
odpowiednich rezystorów Ri wartości 0 lub " otrzyma się określony układ polaryzacji  np.
układy a, b i c z rys.1.
Do układu ekwiwalentnego sieci rezystancyjnej rys.2 b dołącza się linearyzowany model
tranzystora bipolarnego w obszarze aktywnym  rys. 3 i układa równania sieciowe.
IB IC0
IC
I'
B
h
²I'
²
²
11 ²
B
UBE0
IE
Rys.3. Linearyzowany model stałoprądowy tranzystora.
- 1/3 -
'
IC = IC 0 + ²I = ²I + (² +1)IC 0
B B
IE = IC + IB
'
I = IB + IC0
B
'
EB -U = I RE + I RB + I h11
BE0 E B B
EB -U - IC RE - h11IC 0
BE0
IB =
RE + RB + h11
Po uporządkowaniu zmiennych uzyskuje się wyrażenie na prąd kolektora IC w funkcji
parametrów sieci rezystancyjnej i modelu tranzystora.
² (EB - U ) + IC 0[(² + 1)(RE + RB + h11) - ²h11]
BE 0
IC =
(² + 1)RE + RB + h11
ale jeÅ›li 100 d" ² d" 900 Ò! ²+1 H" ²
² (EB - U ) + IC 0² (RE + RB )
BE0
IC H"
²RE + RB + h11
Następnie oblicza się współczynniki S wrażliwości prądu kolektora na zmiany
poszczególnych parametrów tranzystora zależne od temperatury tzn. IC0 (T), UBE0 (T), ²(T).
"IC ² (RE + RB )
Si = H"
"IC 0 ²RE + RB + h11
"IC ²
Su = H" -
"UBE0 ²RE + RB + h11
"IC [EB -U + IC 0 (RE + RB )](RB + h11)
BE0
S² = H"
"² (²RE + RB + h11)2
ale jeśli IC0 H"1E-12 A (np. w tranzystorze krzemowym małej mocy, to
(EB -U )(RB + h11)
BE0
S² H" .
(²RE + RB + h11)2
Jeżeli zmiany temperatury są niewielkie to do obliczenia przyrostu prądu "IC można
zastosować wzór Taylora ograniczony do pierwszej pochodnej, a więc:
"IC (T ) H" Si"IC 0 + S "U + S² "²
u BE 0
WielkoÅ›ci IC0(T) , UBE0(T) , ²(T) zależą od typu tranzystora, jego technologii i fizyki
zjawisk Są one ustalane empirycznie i określane w literaturze różnymi funkcjami aproksymującymi.
W przypadku tranzystorów krzemowych i niewielkich zmian temperatury dominują składniki
"UBE0 i "² a przyrosty "IC0 sÄ… pomijalnie maÅ‚e.
W celu uzyskania zgodności obliczeń z symulacją komputerową należy przyjąć:
"U = (-0.0017 V/oC) * "T
BE0
"² = ² (T2 ) - ² (T0 )
T2 XTB
² (T2 ) = ² (T0 )( )
T0
gdzie: XTB = 1.5 , T- temperatura w stopniach Kelvina.
- 2/3 -
 Zadaniem projektanta układu zasilania jest uniezależnienie wartości prądu IC od zmian
temperatury, czyli minimalizacja "IC za pośrednictwem minimalizacji współczynników
wrażliwoÅ›ci Su i S² , a wiÄ™c poszukiwanie odpowiedniej topologii ukÅ‚adu i wartoÅ›ci rezystorów.
Uwaga: W trakcie obliczeń mogą wystąpić niewielkie różnice w wartościach, ponieważ model
tranzystora w programie PSpice jest bardziej złożony i dokładny niż idealizowany model Ebersa -
Mola zastosowany w wyprowadzonym wzorze na prÄ…d kolektora IC.
Przykład obliczeniowy
Zbadać właściwości układów polaryzacji tranzystorów przedstawionych na rys.4.
Rys.4. Układy polaryzacji uzyskane ze schematu ogólnego a) R5 = R6 = 0 , b) R3 = R6 = 0 .
Wartość rezystora R1 = 56k&!  rys.4 b dobrano tak, aby układy a) i b) miały w przybliżeniu
ten sam punkt pracy. y
ródło Em o SEM = 0 służy do monitorowania prądu IC tranzystora.
Dane tranzystora w temperaturze 27ÚC :
IB= 6.39µ , IC =1.07mA, UBE = 0.665V , gm = 41.3mS ,
rb e = 4.63k&! H" h11 , rce = 113k&! , ² = h21 = 191 .
Zakres zmian temperatury: od 27ÚC do 47ÚC.
I. Obliczyć przyrost "IC za pomocą wzorów
II. Obliczyć przyrost "IC za pomocą symulacji komputerowej
III. Obliczyć współczynnik wrażliwości "IC/"E *)
IV. Obliczyć przyrosty potencjału kolektora "VC(T)
V. Porównać uzyskane wyniki obliczeń z symulacją komputerową
*) entuzjaści elektroniki liczą pozostałe współczynniki wrażliwości "IC/"Ri
Wybrane wyniki kontrolne:
- rys 4.a Su = - 0.8847mS - rys 4.b S² = 2.375E-4mA .
- 3/3 -