Elektronikawzad07

W. Ciąży lulu - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Casić 1. ObbczAiiic punktów pnący prcyradó*. pólpcMwodnlkowycli

Zadanie 1.2

W układzie pokazanym na rysunku 1.2.1, przy założeniach jak w poprzednim zadaniu należy:

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

2.    określić w jakim zakresie przy niezmienionych wartościach Ecc, Rb i Re mogłaby zmieniać się wartość Rc, aby tranzystor pozostawał w stanie aktywnym;

3.    wyznaczyć prądy i napięcia w układzie, w przypadku gdy wartość rezystancji Rc wiośnie do 500 £2. zakładając dla nasyconego tranzystora Uce* = 50 mV.

Rozwiązanie:

Podobnie jak w poprzednim zadaniu przedstawione na tematowym rysunku obwody wejściowy i wyjściowy dla napięcia zmiennego mogą być całkowicie pominięte w naszych rozważaniach dotyczących napięć i prądów stałych w układzie. Zauważmy jeszcze tylko, że zmienne napięcia wejściowe i wyjściowe są rozpatrywane względem potencjału masy i że tym razem do tego wspólnego (dla obwodu wejściowego i wyjściowego) potencjału masy nie jest podłączone żadne z trzech wyprowadzeń tranzystora, co oznacza że mamy tutaj do czynienia z przypadkiem ogólnym włączenia tranzystora (nie jest to żaden z układów szczególnych WE, WB, ani WC).

Ad 1. Złącze baza-emiter (B-E) tranzystora npn przy dodatnim potencjale na bazie (która jest obszarem typu p) jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia (czyli znamy f/_w = 0,6V). Dla oznaczeń jak na rysunku na podstawie Ii-go prawa Kirchhofla możemy napisać:

Rb-Ib+Ube+Ie-R^Ecc    (1.2.1)

Uwzględniając

/£= Ic + /«= P-Ib + Ib=(P+1)Ib    (1-2.2)

mamy:

Rit 1b+ IIbe + (P+l) Ib • Re— Ecc    (1.2.3)

Skąd jest już możliwe wyznaczenie wartości l_B, a następnie Ic i Ie ' wywołanych przez te prądy spadków' napięć:

j _ F._cc U_BE

* R„+(p+\)R_E

10-0,6 V 9,4+51 0,1 kń

9,4 V 14,5 kil

= 0.648 mA

(1.2.4)

l_c = p ■ l_B = 50 • 0,648 = 32,4 mA; l_c ■ Rc = 32,4 mA • 0.1 kil = 3,24 V I_E= (P+l)l_B= 51 • 0.648 mA = 33,1 mA; l_E ■ R_F= 33,1 mA • 0,1 kil = 3,31 V Poszukiwana wartość napięcia Uce wynosi więc:

Uce = Ecc -If. Re-Ic-Rc=( 10 - 3,31 - 3.24) V = 3,45 V Złącze baza kolektor (B-C) jest spolaryzowane napięciem Ucn = 2,85 V w kierunku zaporowym (wyższy potencjał na kolektorze, który jest obszarem typu n). Tranzystor T w warunkach zadania znajduje się zatem w stanie aktywnym, czyli wykorzystanie

W. CiijTyński El FKTR0N1K A W ZADANIACH C«tó 1: Obliczanie punkt i w pracy przyrządów półprzewodnikowych

powyżej do obliczenia wartości Ic zależności Ic = P ■ Ib + Iceo było uzasadnione. Należy zwrócić uwagę na to, że dopiero ten ostatni wniosek weryfikuje wykonane obliczenia.

Ad 2. Przy zmianach wartości Rc potencjały emitera i/£=3.31V i bazy Ub= Ue + Ube = 3,31 V + 0.60 V = 3,91 V nie zmieniają swoich wartości, dopóki tranzystor pozostaje w stanie aktywnym. Na granicy stanu nasycenia (Ucb = 0) mamy jednakowe potencjały bazy i kolektora Uc = Ub = 3,91 V, a zatem maksymalny możliwy spadek napięcia na rezystancji Rc wynosi l_c ■ Rc= 10 V - 3.91 V = 6,09 V. Przy stałej wartości prądu /_c=32,4mA odpowiada to maksymalnej dopuszczalnej wartości rezystancji Rcmu = 6,09 V / 32.4 mA = 178 £2.

Ad 3. R<;= 500 £2 jest większe od wyznaczonej powyżej wartości Rcmax> a zatem tranzystor znajduje się w' stanie nasycenia i nic można w ogóle myśleć o wykorzystaniu omawianego układu w charakterze wzmacniacza. Przy przyłożeniu sygnału sinusoidalnego tranzystor wychodziłby ze stanu nasycenia tylko w pobliżu ujemnej wartości maksymalnej sygnału i to tylko wtedy, gdy jego amplituda byłaby dostatecznie duża, a więc sygnał wyjściowy zupełnie nie oddawałby kształtu sygnału wejściowego. Do obliczenia wartości napięć i prądów w układzie nic można wykorzystać zależności Ic= P ■ Ib + leto obowiązującej tylko w stanie aktywnym. Obydwa złącza pn tranzystora są spolaryzowane w kierunku przewodzenia odpowiednio napięciem U be i Ucb, a Uce* jest różnicą tych napięć, co tłumaczy fakt, że napięcie Uce, może przyjmować bardzo małe wartości. W zakresie nasycenia charakterystyki lę - i(Uce) tranzystora są nieliniowe (patrz rysunek W 1.4) i szansę wyznaczenia wartości napięć i prądów w układzie daje nam tylko założenie pewnej wartości Uce* (podanemu w temacie założeniu Uce, = 50mV odpowiadałyby napięcia polaryzujące złącze B-E tranzystora U be = 600 mV, a złącze B-C tranzystora U_CB= 550 mV).

Dla oznaczeń jak na rysunku na podstawie 1-go i Ii-go prawa Kirchhoffa możemy napisać 3 równania o niewiadomych /$, Ic i h-

(1.2.5)

(1.2.6) (1.2.7)

Ie= Ib + Ic

Rb - Ib + U be + Ie Re = Ecc Rc - lc+Ucb + Ie Re = Ecc

Odejmując dwa ostatnie równania stronami mamy:

(1.2.8)

Podstawiając powyższy wynik do równania (1.2.6) oraz uwzględniając równanie (1.2.5) przekształcamy równanie (1-2.6) do postaci pozwalającej już na obliczenie prądu bazy:

(1.2.9)

= 0,816 mA

_l _ 10,000 -0,600 (l + 0,2)+0.050 0,2 "    9,4 (1+0,2)+ 0,1

Potencjał na bazie można wyliczyć jako:

U_B= Ecc - h Rb = 10V - 0,816 mA • 9,4 k£2 = 2,330 V