Elektronikawzad05

w. CUiyAłki - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Cięłć 1: Obliczanie punktów ptacy pnynądAw p^prcrwodiiikowych

Przy polaryzacji zaporowej diody lub złącza baza-emiter zakładamy, że prąd wsteczny nie zależy od wartości napięcia polaryzującego złącze pn w kierunku zaporowym (jcśl* tylko jest wio co do wartości bezwzględnej większe od około

0.3 V).

Rys. W 1.5. Proste obciążenia na uproszczonych charakterystykach wyjściowych tranzystora bipolarnego npn w połączeniu WE

Powyższym założeniom upraszczającym odpowiadają w obszarze aktywnym pracy tranzy stora charakterystyki wyjściowe jak na rysunku W 1.5. Zwróćmy uwagę na fakt. że teraz zmiany (w pewnym zakresie) wartości rezystancji obciążenia kolektora lub napięcia zasilającego (przy stałym Ig) nie wywołują zmian wartości prądu kolektora lc■ Można to podsumować w taki sposób, że przy tych założeniach tranzystor bipolarny uważamy za sterowane prądem bazy idealne źródło prądowe, tzn. źródło prądu lc o nieskończenie dużej rezystancji wyjściowej.

Wymienione założenia są usprawiedliwione rzeczywistym kształtem charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystorów i prowadzą w prosty sposób do wyników mających wartość przy wstępnej analizie układów tranzystorowych. Znajomość takich uproszczonych zależności pozwala uniknąć wielu błędów czyhających na początkujących użytkowników zaawansowanych programów analizy układów elektronicznych (takich jak np. SPICE i programy od niego pochodne), wykorzystujących znacznie dokładniejsze, ale także znacznie bardziej złożone nieliniowe modele przyrządów półprzewodnikowych. Doświadczenia wynikające z takiej uproszczonej analizy pozwalają także na głębszą interpretację wyników uzyskanych przy użyciu takich zaawansowanych narzędzi programowych.

Zadanie 1.1

I i l

Na rysunku 1.1.1 pokazano wzmacniacz prądu zmiennego z Iranzyslorcm npn w układzie wspólnego emitera (WE). Dla tranzystora T w stanie aktywnym można przyjąć, żc:

-    napięcie U be nie zależy od wartości prądu bazy Ib > wynosi 600 mV;

-    prąd zerowy Iceo jest bardzo mały i może być pominięty;

-    współczynnik wzmocnienia prądowego

= 50. a prąd lc w obszarze aktywnym nic zależy od wartości napięcia Uqe\

-    granicą pomiędzy' stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora jest sytuacja, gdy Ucb = 0.

Przy' podanych na rysunku danych liczbowych należy:

1.    wyznaczyć punkt pracy tranzystora określony przez wartości stałego prądu kolektora lę i stałego napięcia kolektor-emiter Uce\

2.    określić maksymalną amplitudę niezniekształconego napięcia wyjściowego U*_y m;

3.    określić jakie wartości może przybierać Rc, aby przy nie zmienionych wartościach Ecc i Rb tranzystor pozostawał w stanie aktywnym.

Rozwiązanie:

Zwróćmy najpierw uwagę na fakt, żc przedstawione na rysunku obwody wejściowy i wyjściowy dla napięcia zmiennego mogą być w naszych rozważaniach dotyczących napięć i prądów stałych w układzie całkowicie pominięte. Zauważmy tylko na razie, że zmienne napięcia wejściowe i wyjściowe są rozpatrywane względem potencjału masy i do tego wspólnego (dla obwodu wejściowego i wyjściowego) potencjału jest także podłączony emiter tranzystora, co uzasadnia nazwanie pokazanego sposobu włączenia tranzystora „układem ze wspólnym emiterem (WE)”.

Ad 1. Złącze baza-emiter (B-E) tranzystora npn przy dodatnim potencjale na bazie (która jest obszarem typu p) jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia (a zatem przy danych założeniach znamy napięcie Ube= 0.6 V). Dla oznaczeń jak na rysunku możemy napisać:

Ib = (E_cc - Vbe)/Rb = (10 - 0.6) / 9.4 [V / kfl] = I mA    (U.l)

lc = P ■!„ + Iceo = P(Ecc - U_BE)/Rb = 50 (10-0.6)/9,4 [V/kD] = 50mA (1.1.2)

Uce = E_cc-lc- Rc= 10 V-50mA ■ !00D = 5 V    (1.1.3)

Złącze kolektor-baza (C-B) jest spolaryzowane napięciem Ucb = 4,4 V w kierunku zaporowym (wyższy potencjał na kolektorze, który jest obszarem typu n). Tranzystor T w warunkach zadania znajduje się zatem w stanic aktywnym, czyli wykorzystanie powyżej do obliczenia wartości lc zależności Ic = P ■ Ib + Iceo było uzasadnione, i