68386 Image146 (3)

■ Pod lupą

Rys. 13

Rys. 14

O)

Nawet gdyby tranzystor był zwarty, to zgodnie z prawem Ohma prąd osiągnie co najwyżej wartość Icniax=tlzas/R. Wygląda na to, że jeśli prąd bazy wzrasta i wzrasta też prąd kolektora, to osiągnięcie maksymalnej wartości prądu i zerowego napięcie między kolektorem a emiterem nastąpi przy prądzie bazy wynoszącym Ir =lcna*/P

Okazuje się, iż tak dobrze nic jest Najpierw jednak odpowiedzmy na pytanie: czy prąd bazy może być większy od tak obliczonej wartości? Oczywiście! Ale dalsze zwiększanie prądu bazy nie zwiększy już prądu kolektora. Gdy w obwodzie bazy płynie prąd o na tyle dużej wartości, że z uwagi na wartość R prąd kolektora nie może być P razy większy od prądu bazy, wtedy mówimy, że tranzystor jest nasycony - w pełni otwarty.

Ten stan pracy tranzystora trzeba jednak omówić szerzej. Otóż początkujący uważają, iż przepływ dużego prądu bazy powoduje, że elektrody kolektor i emiter są praktycznie zwarte i napięcie między kolektorem i emiterem spada do zera. W rzeczywistości nawet przy dużym prądzie bazy, gdy tranzystor jest w pełni otwarty, między kolektorem a emiterem występuje niewielkie napięcie, zwane napięciem nasycenia, oznaczane Uce»i. o wartości 0,01...0,4V, zależnie od wielkości prądu i typu tranzystora. Napięcie na obciążeniu R w stanie nasycenia jest prawie równe napięciu zasilania, a dokładniej, mniejsze od Uzas o to niewielkie napięcie nasycenia. Analogicznie, maksymalny prąd w stanie nasycenia nie jest dokładnie równy Uzas/R, tylko . (Uzas - UcK«t)

■Cmai ”    £

juk pokazuje rysunek lOc.

Często w literaturze spotyka się określenie punkt pracy. Nie ma tu nic tajemniczego: punkt pracy to po prostu wartości prądów bazy i kolektura oraz napięć na elektrodach tranzystora. Punkt pracy jest ustalony przez konstruktora za pomocą obliczeń albo dobrany eksperymentalnie. W każdym razie nie trzeba bać się określenia „dobór punktu pracy'”. Więcej informacji na ten temat będzie podanych w dalszej części cyklu.

Podsumowując: można i warto sobie wyobrażać, że w układzie wspólnego emitera (OE) o stanie tranzystora decyduje wartość prądu bazy. Napięcie na bazie odgry wa rolę niejako drugorzędną. W zakresie pracy liniowej, czyli w sytuacji według rysunku lOb, napięcie baza-emiter wynosi około 0,55... 0,8V, jak pokazuje rysunek 11. Choć w katalogach można znaleźć charakterystyki takie jak na rysunku 12 (dotycząca tranzystorów rodziny BC548), jed-Ky_S n    nak zapamiętaj raz na

zawsze, iż nie ntoina •c-Mb podać dokładnej wartości napięcia Ubf. podczas pracy linio-- wej. Problem w tym,

że charakterystyka z rysunku 12 pokazuje typowe, czyli przeciętne wartości i to tylko w temperaturze 25°C. Tymczasem po pierwsze, występuje rozrzut parametrów między egzemplarzami, a po drugie, ważniejsze, napięcie baza-emiter, jak napięcie na każdej diodzie, zmniejsza się ze wzrostem temperatury o około 2...2,25mV na każdy stopień. Jeśli więc w czasie pracy tranzystor nagrzeje się pod wpływem prądu kolektora na przykład o 60 stopni, to napięcie baza-emiter zmniejszy się aż o ponad l20mV!

To jest bardzo ważna informacja: zapamiętaj, że napięcie baza-emiter tranzystora znacznie zmienia się z temperaturą. W efekcie nie tylko nie można podać dokładnej wartości tego napięcia, które będzie zależne od temperatury otoczenia i od ciepła wydzielającego się w tranzystorze, ale też trzeba uwzględnić ten problem, projektując układy pracy tranzystora. Otóż tranzystor pracujący w zakresie pracy liniowej musi mieć obwód polaryzacji bazy. I właśnie z powodu zmian cieplnych napięcia Ube nic stosuje się na pozór dobrego sposobu polaryzacji z dzielnikiem według rysunku I3a. Dzielnik Rl, R2 wyznacza jakieś napięcie polaryzacji bazy, ale napięcie to zależy od Uzas, a co goreza, zmiany temperatury tranzystora spowodują, że przy nie zmiennym napięciu Ube silnie będzie się zmieniał prąd bazy i prąd kolektora, czyli punkt pracy tranzystora. Prostszy sposób według rysunku 13b okazuje się pod tym względem lepszy, jednak w tym wypadku problemem jest rozrzut wielkości wzmocnienia poszczególnych egzemplarzy tranzystorów. W praktyce, aby zredukować problem

b)

zmian temperatury i rozrzutu parametrów egzemplarzy, dodaje się w obwodzie emitera rezystor - patrz rysunek I3c. Na razie w szczegół)' nie będziemy się wgłębiać, w każdym razie czym większa oporność R4 tym lepszą stabilność cieplną i mniejszą wrażliwość na rozrzut elementów ma taki układ wzmacniający.

Jeśli napięcie między bazą a emiterem jest mniejsze od 0,55V, to tranzystor jest zatkany - prąd kolektora praktycznie nie płynie, jak pokazuje rysunek 14 (w rzeczywistości przy napięciach 0,45...

0,55 zaczyna już płynąć znikomy prąd bazy i kolektora, ale są tak małe, że w praktyce je pomijamy).

Natomiast próba zwiększenia napięcia na bazie powyżej 0,7...0,8V zwiększy prąd bazy, kolektora i spowoduje wejście tranzystora w stan nasycenia. Jeśli w jakimś zwykłym, bipolarnym tranzystorze zmierzone woltomierzem napięcie baza-emiter byłoby większe niż 0,9V, to... tranzystor ten na pewno jest uszkodzony (inaczej jest w tranzystorach polowych MOSFET i tzw. „darlingtonach). Nie można dowolnie zwiększyć napięcia baza-cmiler „zwykłego” tranzystora, ponieważ złącze baza-emiter zachowuje się jak zwykła dioda, a więc nawet bardzo duże zwiększenie prądu bazy i tak nie zwiększy napięcia U» powyżej 0,8..0,9V, a wcześniej spowoduje przepalenie i uszkodzenie tranzystora (i dopiero wtedy, w takim uszkodzonym tranzystorze napięcie Ubf może być większe niż 0,9V).

Warto jeszcze wspomnieć, co się dzieje, jeśli na bazę podane jest napięcie o „niewłaściwej” biegunowości. Otóż jeśli tylko napięcie o „niewłaściwej” biegunowości nic jest zbyt duże i mieści się w zakresie 0...5V, wtedy prąd bazy me płynie, a tranzystorowi mc nie grozi -jest po prostu zatkany, jak pokazuje przykład z rysunku 15 Na bazę nic powinno się podawać napięć o „niewłaściwej” biegunowości większych niż 5V, bo wtedy w nieprzcwodzącym tranzystorze może pojawić się „odwrotny” prąd bazy. co może zaburzyć działanie układu.

Piotr Górecki

Ciąż dalszy nastąpi

Lipiec 2006

Elektronika dla Wszystkich