Wydział: MT Gliwice, dn. 13.05.2001r

Kierunek: AiR

Sem.: VI

Gr. Dziek.: III

Mateja Mateusz

Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Tranzystor bipolarny wzmacniających

Budowa tranzystora bipolarnego i jego charakterstyki

Tranzystor bipolarny jest to trój końcówkowy element półprzewodnikowy zawierający dwa złącza półprzewodnikowe. Tranzystor może być w wersji n-p-n lub p-n-p. Nazwy te pochodzą od rodzajów półprzewodników, z których są zbudowane: typu n z nadmiarem nośników ujemnych (elektronów) oraz typu p z nadmiarem nośników dodatnich (dziur). Materiałem wyjściowym półprzewodnika jest obecnie krzem domieszkowany np. fosforem (typu n) lub galem (typu p). Aby tranzystor mógł pracować z dwoma zaciskami wejściowymi i dwoma zaciskami wyjściowymi, jedna z jego końcówek musi być wykorzystana dwukrotnie i nazywana jest wspólną. Wnikają stąd trzy możliwe układy pracy tranzystora: ze wspólną bazą (B), wspólnym kolektorem (WC) i wspólnym emiterem (WE), przy czym najczęściej stosowany jest trzeci z wymienionych układów. Aby móc przeprowadzić analizę układów zawierających tranzystor, należy znać jego podstawowe parametry, które można wyznaczyć ze znajomości zależności charakterystyk między prądami i napięciami poszczególnych elektrod. W tym celu należy zbudować układ służący do zdejmowania charakterystyk statycznych (dla prądów i napięć) tranzystora w układzie pracy ze wspólnym emiterem (WE). Pozwala on wyznaczyć następujące zależności:

dla

które można przedstawić na jednym wykresie cztero-ćwiartkowym.

Charakterystyki przedstawione w pierwszej ćwiartce, zwane wyjściowymi, podają zależności między napięciem i prądem elektrod wyjściowych tranzystora w układzie wspólnego emitera. Charakteryzują się one przebiegiem prostoliniowym prawie poziomym z wyjątkiem obszaru małych wartości napięcia U_CE , gdzie ich przebieg jest prawie pionowy. Obszar poziomego przebiegu charakterystyk nazywany jest obszarem aktywnym. W tym obszarze powinien leżeć punkt pracy tranzystora pracującego jako wzmacniacz. Charakterystyka wyjściowa dla I_B = 0 leży nieco powyżej osi U_CE , a prąd kolektora I_C nie jest na niej równy zero. Nazywany jest on prądem zerowym kolektora i oznaczany I_CE0. Wartość tego prądu dla tranzystorów krzemowych jest bardzo mała i w zależności od typu i przeznaczenia tranzystora może wynosić od kilku nanoamperów do kilku mikroamperów, można zatem przyjąć, że dla I_B = 0 tranzystor nie przewodzi prądu (stan odcięcia).

W drugiej ćwiartce przedstawiona jest charakterystyka przejściowa, czyli zależność prądu kolektora I_C od prądu bazy I_B przy stałym napięciu U_CE. Cechuje się ona niemal prostoliniowym przebiegiem, zatem można założyć, że między prądem kolektora i bazy zachodzi proporcjonalność typu I_C = βI_B. Współczynnik β jest wielkością charakterystyczną dla danego typu tranzystora i nazywany jest statycznym współczynnikiem wzmocnienia prądowego tranzystora.

W trzeciej ćwiartce przedstawiona jest charakterystyka wejściowa, czyli zależność prądu bazy od napięcia baza-emiter przy stałym napięciu kolektora według relacji
. Kształt tej charakterystyki jest identyczny z kształtem charakterystyki diody krzemowej spolaryzowanej w kierunku przewodzenia, gdyż obwód baza-emiter jest złączem półprzewodnikowym typu p-n. Dla tranzystorów krzemowych przebieg tej charakterystyki ustala się jako zbliżony do poziomego, zatem w uproszczonych obliczeniach przyjmuje się, że napięcie U_BE przy pracy tranzystora w obszarze aktywnym jest stałe i wynosi około (0,6-0,7)V.

Czwarta ćwiartka wykresu przedstawia charakterystyki napięcia bazy od napięcia kolektora przy stałych wartościach prądu bazy (I_B=const). Charakterystyki te ilustrują wewnętrzne napięciowe sprzężenie zwrotne w tranzystorze. W czasie pracy tranzystora w konkretnym układzie wzmacniającym punkt pracy określa nie tylko napięcie zasilania, ale również rezystancję obciążenia w obwodzie kolektora R_C oraz rezystancję polaryzującą bazę R_B. Punkt pracy można wyznaczyć graficznie, kreśląc linię prostą pod kątem α takim, że kctg α=RC (gdzie k jest wsp. skali), przecinającą oś U_CE w punkcie U_Z (napięcie zasilające). Dla danego prądu bazy I_B odpowiadająca mu charakterystyka wyjściowa w przecięciu z wykreśloną linią prostą wyznacza punkt pracy A, który przeniesiony do pozostałych ćwiartek charakterystyki określa wartości wszystkich prądów i napięć tranzystora.

---