3. TRANZYSTORY BIPOLARNE
3.1. Przy stałym prądzie kolektora
IC = 10 mA współczynnik wzmocnienia
prÄ…dowego tranzystora wynosi ² = 120,
zaś napięcie na złączu baza-emiter
UBE = 670 mV. Dobrać wartości
rezystancji RB oraz RK w układzie
polaryzacji pokazanym na rys.3.1,
Rys.3.1
zapewniajÄ…ce punkt pracy tranzystora:
IC = 10 mA, UCE = 5 V. Pominąć prądy
zerowe tranzystora. Przyjąć E = 10 V.
3.2. Dla tranzystora o danych z
zadania 3.1 obliczyć wartości rezystancji:
R1, R2, RK w układzie pokazanym na
rys.3.2, zapewniajÄ…ce punkt pracy:
IC = 10 mA, UCE = 5 V. Przyjąć: E = 10 V,
R1 + R2 = R = 100 k&!.
Rys.3.2
3.3. Obliczyć prądy bazy i kolektora
oraz napięcie między kolektorem i
emiterem w układach podanych na rys.3.2
oraz na rys.3.3. Przyjąć, że napięcie na
złączu emiterowym spolaryzowanym prze-
wodząco wynosi UBE = 0,7 V, współczyn-
nik ² = 80; napiÄ™cie zasilania E = 6 V;
RK = 500 &!, R1 = 100 k&!, R2 = 30 k&!; dla
Rys.3.3
układu z rys.3.3 RE = 200 &!.
3.4. Dla idealnego tranzystora npn, pracujÄ…cego w konfiguracji o
wspólnym emiterze oraz o wspólnej bazie, wyznaczyć elementy macierzy [y] i
[h] w zakresie małych częstotliwości dla wartości stałych prądów bazy i emitera
równych odpowiednio: IB = 200 µA, IE = -10,2 mA; T = 300 K.
39
3.5. Podać wskazania idealnego
woltomierza (RV = ") i amperomierza
(RA = 0) w układzie, który dla składowej
zmiennej jest przedstawiony na rys.3.4.
Punkt pracy tranzystora wynosi:
IC = 3 mA, UCE = 10 V. Dane: Um = 1 V
oraz:
îÅ‚1 k&! 10-5 Å‚Å‚
Rys.3.4
h =
[ ]
ïÅ‚ śł
e
102 10-5SûÅ‚
ðÅ‚
3.6. W układzie przedstawionym
na rys.3.5 wyznaczyć amplitudę napię-
cia Uce oraz wzmocnienie napięciowe
dla małych sygnałów m.cz. Dane:
E = 5,6 V, RK = 50 &!, RB = 10 k&!,
ug(t) =UgÅ"sinÉt, Ug = 1 mV. Dla tranzy-
stora zaÅ‚ożyć: ² = 100 oraz napiÄ™cie
UBE = 0,6 V; T = 300 K.
Rys.3.5
3.7. W układzie z rys.3.6
obliczyć składową stałą i zmienną
napięcia uCE(t) oraz wzmocnienie
napięciowe dla sygnałów m.cz. dla
trzech wartości prądu polaryzującego
IB: a) IB1 = 5 µA, b) IB2 = 40 µA,
c) IB3 = 100 µA. Dane: E= 15 V,
ug(t) = 10 mVÅ"sin Ét, Rg = 600 &!,
RK = 1 k&!, ² = 200; T = 300 K.
Rys.3.6
3.8. W układzie przedstawionym
na rys.3.7 wyznaczyć wartości
chwilowe napięć uE(t), uWE(t) oraz
wzmocnienie napięciowe. Dane:
iB(t) = 10 + 1Å"sinÉt [µA],
RE = 1 k&!, E =10 V, dla tranzystora
przyjmujemy ² = 99 oraz zakÅ‚adamy,
Rys.3.7
że napięcie UBE = 0,7 V; T = 300 K.
40
3.9. W układzie jak na rys.3.8
wyznaczyć składową stałą i zmienną
prądu diody oraz napięcia na diodzie.
Dane: iB(t) = IB + 1 µAÅ"sin Ét, UC = 8 V,
R = 1 k&!, E = 10 V, ² = 20; parametry
diody Zenera: |UZo| = 5 V, rZ = 0.
Rys.3.8
3.10. Obliczyć napięcie uWY(t) w
układzie pokazanym na rys.3.9
zakładając, że dioda stabilizacyjna o napięciu |UZo| = 4,3 V ma w zakresie
stabilizacji rezystancję różniczkową rZ = 10 &!, oraz wykorzystując
dwuelementowy model małosygnałowy tranzystora. Dane: R1 = 200 &!,
Ro= 1 k&!, R2 = 100 &!, Ug = 100 mV, E = 10 V, ² = 80; T = 300 K.
Rys.3.9
3.11. Dla tranzystora zmierzono przy częstotliwości f = 1 MHz admi-
tancję wejściową w konfiguracjach WB oraz WE, otrzymując w wyniku:
y11b = 5Å"10-2 + jÅ"10-3 [S],
y11e = 5Å"10-4 + jÅ"1,1Å"10-3 [S].
Wyznaczyć pojemności Ce i Cc tego tranzystora oraz współczynnik wzmocnienia
h21e dla częstotliwości f = 2 MHz. Przyjąć rbb = 0; T = 300 K.
3.12. Parametr h11e tranzystora bipolarnego przy prądzie stałym IC = 1 mA
i częstotliwości f = 1 MHz wynosi h11e = (1-j) k&!. Wiedząc, że pojemność
złącza kolektor-baza oraz rezystancja rozproszona bazy są pomijalne, obliczyć
parametr h11b tego tranzystora w podanych warunkach. Przyjąć UT = 25 mV.
41
3.13. Obliczyć moduł amplitudy prądu bazy w układzie jak na rys.3.10.
Dane: u(t) = 0,7 V + 1 mVÅ"sin Ét, É =107 rd/s, Ce = 90 pF, Cc = 10 pF,
rbe = 1 k&!, rbb = 0, E = 10 V.
Rys.3.10
Rys.3.11
3.14. Obliczyć wartość pojemności wejściowej dla układu jak na rys.3.11
dla dwóch wartości rezystancji rezystora: RK = 0 oraz RK = 1 k&!. Przyjąć, że
zÅ‚Ä…cze kolektor-baza jest skokowe, a napiÄ™cie bariery UB = 0,7 V. Dane: ² = 100,
Cc(UCB = 0 V) = 10 pF, Ce(IC = 1 mA) = 100 pF, RB = 1 M&!, E = 10,7 V,
T = 300 K. Przyjąć napięcie na złączu emiterowym UBE = 0,7 V.
3.15. Obliczyć amplitudę napięcia
wyjściowego Uwy dla dwóch pulsacji
sygnaÅ‚u zmiennego É1 oraz É2 dla ukÅ‚adu
z rys.3.12, jeśli pobudzenie bazy:
iB(t) = 50 + 1Å"sin Ét [µA].
Dane: C = 100 µF, É1 = 104 rd/s,
É2 = 5Å"107 rd/s, E = 10 V, R1 = 1 k&!,
R2 = 100 &!, ² = 100, f² = 5 MHz.
Założyć, że Ce >> Cc; T = 300 K.
Rys.3.12
3.16. Dla układu jak na rys.3.13
określić przedział wartości rezystancji RB, dla którego tranzystor pozostaje w
zakresie aktywnym. Dane: RK = 1 k&!, E = 6 V, ² = 100.
Rys.3.13
Rys.3.14
3.17. Dla układu jak na rys.3.14 wyznaczyć i naszkicować zależność
uCE = f(RK). Dane: E = 6 V, RB = 1 M&!, ² = 100.
42
3.18. Dla układu z rys.3.15
wyznaczyć i naszkicować zależność
uCE = f(E). Rozpatrzyć dwa przypadki:
a) RB = 50 k&!, RK = 500 &!,
b) RB = 50 k&!, RK = 50 &!.
Dane: ² = 100, 0 d" E d" 10 V.
Rys.3.15
3.19. Dla układu z rys.3.16
wyznaczyć i wykreślić zależność
uCE = f1(R2) oraz iC = f2(R2). Dane:
E = 10 V, R1 = 50 k&!, RK = 1 k&!,
² = 100.
3.20. Narysować przebieg
zależności uCE(t) w układzie jak na
rys.3.17a, jeżeli przebieg uWE(t) podano
Rys.3.16
na rys.3.17b. Przyjąć: UBE = 0,6 V,
RB = 40 k&!, RK = 1 k&!, E = 10 V, ² = 50; na granicy zakresów odciÄ™cia i
aktywnego wartość prądu iC wynosi 1% prądu maksymalnego ICM, równego w
tym układzie 10 mA.
Rys.3.17
43
ROZWI
ZANIA
3.1. Na podstawie zależności wynikających z drugiego prawa Kirchhoffa:
E - UBE
IB = , (3.1)
RB
ICÅ"RK + UCE = E (3.2)
oraz dla zakresu aktywnego normalnego:
IC = ²Å"IB (3.3)
obliczamy: RB = 112 k&!, RK = 0,5 k&!.
3.2. Wartość rezystancji RK wynosi:
E - UCE
RK = = 500 &!.
IC
Spadki napięć na rezystancjach R1 oraz R2 wynoszą odpowiednio:
I1 Å" R1 = E - UBE,
I1
( - IB Å" R - R1 = UBE ,
) ( )
gdzie I1 oznacza prąd płynący przez rezystor R1.
Po wyeliminowaniu prądu I1 i wstawieniu wartości liczbowych (w mA, V,
oraz k&!) otrzymujemy równanie:
2
0,0833Å"R1 - 18,3Å"R1 + 933 = 0.
Rozwiązanie równania daje w wyniku: R1 = 80 k&!, a stąd R2 = 20 k&!.
44
3.3. Obwód zasilania bazy można zastąpić dla
układu z rys.3.2 z
ródłem wynikającym z zastosowania
zasady Thevenina (rys.3.1R), gdzie:
R1 Å" R2
RZ = ,
R1 + R2
R2
UZ = Å" E.
R1 + R2
Rys.3.1R
PrÄ…d bazy wynosi
UZ - UBE
IB = .
RZ
Dalsze obliczenia przeprowadzamy na podstawie wzorów (3.2) oraz (3.3).
Wyniki liczbowe są następujące: RZ = 23,1 k&!, UZ = 1,39 V, IB = 0,0296 mA,
IC = 2,37 mA, UCE = 4,81 V.
Dla układu z rys.3.3 elementy zastępczego obwodu Thevenina zasilającego
bazę mają wartości identyczne jak wyżej.
Obwód zasilania bazy dla układu z
rys.3.3 jest pokazany na rys.3.2.R. Dla
tego obwodu obowiązuje równanie:
UZ = IB Å" RZ + UBE + IB Å" ² + 1 Å" R ,
( )
E
z którego możemy obliczyć prąd bazy.
Napięcie UCE określamy ze wzoru:
Rys.3.2R
ëÅ‚ R Å" ² + 1 öÅ‚
( )÷Å‚ ,
ìÅ‚
UCE = E - IC Å" R +E
K
ìÅ‚ ÷Å‚
²
íÅ‚ Å‚Å‚
zaś napięcie na rezystorze RE ze wzoru
UE = IE Å" RE.
Wyniki liczbowe sÄ… nastÄ™pujÄ…ce: IB = 17,4 µA, IC = 1,39 mA, UCE = 5,02 V,
UE = 0,282 V.
45
3.4. W celu wyznaczenia wartości elementów macierzy [h] oraz [y]
skorzystamy z małosygnałowych układów zastępczych tranzystora pokazanych
na rys.3.3R.
Rys.3.3R
Najpierw obliczamy wartości elementów występujących w tych układach.
Wartości te wynoszą odpowiednio:
-IE IB -IE - IB
geb = = 0,395 S, gbe = = 7,75 mS, gm = = 0,388 S
UT UT UT
gm gm
Ä…= = 0,982, ²= = 50.
geb gbe
Na podstawie przedstawionych małosygnałowych modeli tranzystora oraz
definicji parametrów macierzy [h] oraz [y] otrzymujemy:
" dla konfiguracji WE
1
h11e = = 129 &!, h12e = 0, h21e = ² = 50, h22e = 0
gbe
y11e = gbe = 7,75 mS, y12e = 0, y21e = gm = 0,388 S, y22e = 0
" dla konfiguracji WB
1
h11b = = 2,53 &!, h12b = 0, h21b = -Ä… = -0,982, h22b = 0
geb
y11b = geb = 0,395 mS, y12b = 0, y21b = -gm = -0,388 S, y22b = 0
3.5. Jeżeli dla rozważanego układu zapiszemy równania:
46
Ube = h11eÅ"Ib + h12eÅ"Uce ,
Ic = h21eÅ"Ib + h22eÅ"Uce ,
to ponieważ RV = ", więc Ib = 0. Stąd ostatecznie:
Ube = h12eÅ"Uce = 10 µV, Ic = h22eÅ"Uce = 10 µA.
3.6. Składowa stała prądu bazy wynosi:
E - UBE
IB = = 5Å"10-4A.
RB
Należy sprawdzić, czy tranzystor pracuje w zakresie aktywnym. Obliczając
wartość prądu bazy IBN na progu nasycenia ze wzoru:
E
IBN = = 1,12 mA (3.4)
²Å" R
K
stwierdzamy, że IBN > IB, więc tranzystor pracuje w zakresie aktywnym.
Rys.3.4R
Wykorzystując schemat małosygnałowy przedstawiony na rys.3.4R,
możemy zapisać:
Uce = -gmÅ"UgÅ"RK = -0,096 V,
gdzie wartość transkonduktancji gm wynosi:
² Å" IB
gm = = 192 S .
,
UT
Wzmocnienie napięciowe układu jest równe:
47
Uce
Ku = = -gm Å" R = -96 .
K
Ug
3.7. Wartość prądu bazy IBN na progu nasycenia, liczona wg (3.4), wynosi
75 µA, czyli w przypadku a) oraz b) tranzystor jest aktywny, zaÅ› w przypadku
c) - nasycony.
a) Składowa stała napięcia UCE wynosi:
UCE = E - ²Å"RKÅ"IB1 = 14 V.
Amplitudę składowej zmiennej obliczamy na podstawie schematu małosyg-
nałowego z rys.3.5R:
² Å" R Å" Ug
K
Uce =- ² Å" Ib Å" R =- ,
K
R +rbe
g
gdzie:
UT
rbe = = 5,16 k&!.
IB1
Wartość amplitudy napięcia Uce wynosi
Rys.3.5R
Uce = -347 mV. Ostatecznie:
uCE(t) = 14 - 0,347 Å" sin Ét [V].
Uce
Wzmocnienie napięciowe: Ku = = -34,7 V/V.
Ug
b) Obliczenia wykonujemy analogicznie jak w punkcie a) i dostajemy wyniki:
uCE(t) = 7 - 1,61Å"sin Ét [V],
Ku = -161 V/V.
c) Jeżeli w uproszczeniu założymy, że wyjściowe charakterystyki statyczne
tranzystora dla zakresu nasycenia redukujÄ… siÄ™ do prostej UCE = 0, to dla
wartości chwilowej napięcia uCE otrzymamy natychmiast:
uCE(t) = 0.
3.8. Stały prąd emitera jest równy:
IE = -(² + 1)Å"IB = -1 mA,
więc
48
UE = 1 V, zaÅ› UWE = 1,7 V.
Składowe zmienne napięć ue oraz uwe
można wyznaczyć ze schematu pokaza-
nego na rys.3.6R. Ponieważ rbe =
2,58 k&!, więc amplitudy składowych
zmiennych wynoszÄ…:
Ue = (² + 1)Å"IbÅ"RE = 100 mV,
Uwe = Ue + rbeÅ"Ib = 102,6 mV.
Rys.3.6R
Ostatecznie:
uE(t) = 1 + 0,1Å"sin Ét [V],
uWE(t) = 1,7 + 0,1026Å"sin Ét [V].
Wzmocnienie napięciowe wynosi:
Ue
Ku = = 0,975 V/V.
Uwe
3.9. Składowe stałe prądów są równe:
E - UC IC
IC =
= 2 mA, IB = = 0,1 mA,
R ²
zaś prąd emitera, równy prądowi diody, wynosi: IE = -2,1 mA.
Amplituda składowej zmiennej prądu diody jest równa:
Ie = (² + 1)Å"Ib = 21 µA
Stałe napięcie na diodzie wynosi: UE = 5 V, zaś składowa zmienna napięcia
jest równa zeru, gdyż rezystancja różniczkowa diody rZ = 0.
3.10. Składowa stała napięcia uWY wynosi w przybliżeniu:
UWY H" UBE + |UZo| = 5,0 V.
Składowa stała prądu bazy jest więc równa:
49
ëÅ‚ E
1 - UWY UWY UBE öÅ‚
IB = Å" - - ÷Å‚
= 160 µA.
ìÅ‚
² + 1 R1 Ro R2
íÅ‚ Å‚Å‚
Rys.3.7R
Schemat zastępczy układu dla składowej zmiennej pokazano na rys.3.7R, gdzie
oznaczono:
R2
Re = .
R2 Å"gbe + 1
Na podstawie tego schematu otrzymujemy:
Ug - Uwy Uwy U
= + gm Å" U + .
R1 Ro Re
Po przekształceniach otrzymujemy wzór:
Ug
Uwy = = 1,12 mV,
ëÅ‚ 1 + gm Å" Re 1
öÅ‚
1 + R1 Å" +
ìÅ‚ ÷Å‚
rZ + Re Ro
íÅ‚ Å‚Å‚
czyli uWY(t) = 5 + 1,12Å"10-3Å"sin Ét [V]
Analizowany układ może spełniać funkcję stabilizatora napięcia, gdyż wa-
hania napięcia wejściowego są na wyjściu prawie stukrotnie zmniejszone.
3.11. Dla konfiguracji WB mamy:
y11b = geb + jÉ Å" Ce , (3.5)
zaÅ› dla konfiguracji WE:
y11e = gbe + jÉ Å" Ce + Cc , (3.6)
( )
50
więc wartości pojemności są odpowiednio równe:
Imy11b
Ce = = 159 pF,
É
Imy11e
Cc =- Ce = 16,1 pF.
É
Wartość współczynnika ² dla m.cz. wynosi:
geb Re y11b
²H" = = 100 .
gbe Re y11e
CzÄ™stotliwość charakterystycznÄ… f² można wyznaczyć na podstawie wzoru:
gbe
f² = = 455 kHz . (3.7)
2Ä„ Å" Ce + Cc
( )
Ponieważ:
²
h21e(f) =
, (3.8)
f
1 + jÅ"
f²
więc ostatecznie:
100
h21e(2 MHz) = .
1 + jÅ" 4,4
3.12. Dla rozważanego tranzystora w konfiguracji WE możemy napisać:
1
h11e = 1 - j = .
gbe + jÉCe
Tak więc:
1 1 + j
gbe + jÉCe = = .
1 - j 2
StÄ…d:
gbe = 0,5 mS, ÉCe = 0,5 mS.
Dla konfiguracji WB słuszna jest zależność:
1
h11b = ,
geb + jÉCe
gdzie:
51
IC
gebE" = 40 mS.
UT
StÄ…d:
1
h11b = [k&!].
40 + jÅ" 0,5
Ostatecznie otrzymujemy: h11b = 25 - jÅ"0,313 [&!].
3.13. Z rys.3.10 widać, że zaciski
wyjściowe są zwarte dla składowej
zmiennej. Do obliczeń można więc
wykorzystać schemat zastępczy tranzystora
przedstawiony dla tego przypadku na
rys.3.8R. Widać, że w tych warunkach Rys.3.8R
zwarciowa admitancja wejściowa
tranzystora wynosi:
y11e = gbe + jÉÅ"(Ce + Cc).
Podstawiając wartości elementów otrzymujemy y11e = 1 + j [mS].
StÄ…d moduÅ‚ amplitudy prÄ…du bazy jest równy |Ib| = 1,41 µA.
3.14. PrÄ…dy staÅ‚e sÄ… równe odpowiednio: IB = 10 µA, IC = 1 mA. Przy
wartości RK = 0 mamy UCB = 10 V, zaś dla RK = 1 k&! otrzymujemy UCB = 9 V.
Rys.3.9R
Na podstawie schematu zastępczego z rys.3.9R wyznaczamy ywe:
ywe H" gbe + jÉÅ" + Cc Å" 1 + gm Å" R
( )
[C ],
e K
stÄ…d:
Cwe = Ce + CcÅ"(1 + gmÅ"RK) .
Obliczamy wartość pojemności Cc w punkcie pracy. W przypadku RK = 0:
52
Cc uCB = 0
( )
Cc(10 V) = = 2,56 pF.
1/2
ëÅ‚ uCB öÅ‚
1 +
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚ UB Å‚Å‚
Więc ostatecznie przy zwartym wyjściu dla składowej zmiennej:
Cwe = Ce + Cc = 102,56 pF.
Dla RK = 1 k&! mamy: gm = 38,8 mS oraz Cc(9 V) = 2,69 pF, więc
Cwe = 207 pF.
Jak widać z rozwiązania tego zadania, w przypadku dołączenia do wyjścia
tranzystora rezystora RK pojemność wejściowa jest większa od pojemności w
sytuacji zwarcia zacisków wyjściowych (dla składowej zmiennej). Ze wzoru
(3.10) widać, że wzrost ten jest zależny od modułu wzmocnienia napięciowego
układu (patrz rozwiązanie zadania 3.6). Jest to tzw. efekt Millera.
3.15. Małosygnałowy schemat zastępczy analizowanego układu jest po-
kazany na rys.3.10R.
Rys.3.10R
W celu wyznaczenia wartości elementów układu zastępczego należy
wyznaczyć punkt pracy tranzystora. Ponieważ IB = 50 µA, wiÄ™c IC = 5 mA i stÄ…d
konduktancja wejściowa gbe = 1,94 mS, zaś transkonduktancja gm = 0,194 S. Na
podstawie wartoÅ›ci czÄ™stotliwoÅ›ci f² wyznaczamy wg wzoru (3.7) wartość
pojemności Ce. Jest ona równa: Ce = 61,8 pF.
Dla obu podanych pulsacji dwójnik R2C stanowi praktycznie zwarcie dla
skÅ‚adowej zmiennej, ponieważ dla mniejszej pulsacji É1
2
|y| = G2 + É1C H" 1S .
( )
2
Moduł napięcia wyjściowego Uwy jest dany następującym wzorem:
53
gm Å" R1 Å" Ib
Uwy = .
2
g2 + É Å" Ce
( )
be
2
Dla pulsacji É1 = 104 rd/s g2 >> É1 Å"Ce , stÄ…d |Uwy| = 0,1 V, zaÅ› dla pulsacji
( )
be
É2 = 5Å"107 rd/s otrzymujemy: |Uwy| = 53,2 mV.
3.16. Jeżeli trzymać się formalnie definicji zakresu odcięcia, w którym oba
złącza tranzystora są spolaryzowane zaporowo, to sytuacja taka nie może mieć
miejsca w analizowanym układzie ze wzgledu na sposób jego zasilania. Dlatego
należy w tym przypadku granicę zakresów odcięcia i aktywnego definiować
jako sytuację, w której prądy tranzystora, przede wszystkim prąd kolektora, są
znacznie mniejsze niż w typowych warunkach. Szczególnie łatwo określić te
typowe warunki dla tranzystora pracującego w układzie łącznika - wtedy
przełączanie następuje z zakresu odcięcia (przytkania) do nasycenia, w którym
prąd kolektora ograniczony przez rezystor RK wynosi w przybliżeniu:
E
ICM H" . (3.11)
R
K
W układzie z rysunku 3.13 dla RB = " w obwodzie płynie prąd
kolektora ICEO o znikomej wartości (uwaga - prąd ICEO silnie rośnie w
funkcji temperatury i dlatego można go pomijać wobec prądu IC w
ograniczonym zakresie temperatur), a więc można tę sytuację określić
ewentualnie jako odpowiadającą granicy między zakresem odcięcia i
aktywnym. Można też przyjąć, że dla punktu granicznego między tymi
zakresami prąd kolektora wynosi 1% wartości określonej wzorem (3.11).
Wtedy można zapisać:
E Å" RB1
E = 0,01 Å" + 0,7 V.
² Å" RK
StÄ…d:
100 Å" E - 0,7 V Å" ² Å" RK
( )
RB1 = = 8,83 M&!.
E
Na granicy zakresu aktywnego i nasycenia
E Å" RB2
E = + 07 V .
,
² Å" R
K
StÄ…d:
54
E ,
( - 07 V Å" ² Å" R
)
K
RB2 = = 88,3 k&!.
E
Dla mniejszych wartości rezystancji RB, niż podana RB2, tranzystor pracuje w
zakresie nasycenia. Przy rozwiązywaniu założono, że napięcie UBE = 0,7 V, zaś
w zakresie nasycenia UCE = 0. Założenia te są aktualne także w następnych
zadaniach, chyba że zaznaczono inaczej.
3.17. W zakresie aktywnym normalnym napięcie uCE zmienia się według
zależności:
uCE(RK) = E - RKÅ"iC.
Ponieważ prÄ…d bazy jest staÅ‚y i równy iB = 5,3 µA, wiÄ™c i prÄ…d kolektora jest
stały, stąd napięcie uCE maleje liniowo ze wzrostem RK według zależności:
uCE(RK) = 6 - 5,3Å"10-4Å"RK [V], gdy RK w [&!].
Zakładamy, że tranzystor wejdzie w
zakres nasycenia przy uCE = 0.
Odpowiada temu RKN = 11,3 k&!.
Zależność uCE(RK) ilustruje rysunek
3.11R.
Jak widać, w analizowanym
układzie można zmniejszyć wartość RK
do zera, w odróżnieniu od poprzedniej
Rys.3.11R
sytuacji z zadania 3.16, w którym
warunek RB = 0 prowadziłby w praktyce do zniszczenia elementu.
3.18. Zakładamy, jak poprzednio, że w zakresie napięć uBE < 0,7 V
tranzystor jast odcięty (przytkany), dla uBE > 0,7 V pracuje w zakresie
aktywnym lub nasycenia. Dla zakresu aktywnego można wyprowadzić
następujący wzór (na podstawie zależności (3.1), (3.2)):
ëÅ‚ R öÅ‚ R
K K
uCE (E) = E Å" 1 - Å" ² + 0,7 Å" ² Å" .
ìÅ‚ ÷Å‚
R R
íÅ‚ Å‚Å‚
B B
55
a) Dla tranzystora w zakresie odcięcia
(E < 0,7 V) napięcie uCE = uBE = E.
Natomiast dla E > 0,7 V z powyż-
szego równania otrzymujemy:
uCE = const = 0,7 V.
Zależność uCE(E) dla punktu a) przed-
Rys.3.12R
stawiono na rys.3.12R.
b) Jak poprzednio, tranzystor pozostaje
w zakresie odcięcia dla E d" 0,7 V.
W zakresie aktywnym zależność uCE(E)
dana jest wzorem:
uCE(E) = 0,9Å"E + 0,07 [V],
co przedstawiono na rysunku 3.13R.
Rys.3.13R
Dla danych z punktu a) oraz dla
napięć E > 0,7 V, tranzystor pozostaje praktycznie na granicy zakresu
aktywnego i nasycenia, niezależnie od wartości E. Dla danych z punktu b) w
miarę wzrostu napięcia E ponad 0,7 V tranzystor pozostaje w zakresie
aktywnym.
3.19. Dla analizowanego układu dla zakresu aktywnego normalnego
można zapisać:
E - UBE UBE
iB = - , (3.12)
R1 R2
z kolei:
uCE = E - ²Å"iBÅ"RK.
Przyjmując w powyższych równaniach kolejno warunek progu odcięcia
iB =0 oraz warunek progu nasycenia uCE = 0, otrzymuje się progowe wartości
R2Z i R2N rezystancji R2:
R1 Å" UBE
R2Z = ,
E - UBE
² Å" R Å" R1 Å" UBE
K
R2N = .
E Å" ² Å" R - R1 - UBE Å" ² Å" R
( )
K K
W dalszych obliczeniach założono, że UBE = 0,7 V = const. W wyniku obliczeń
uzyskujemy: R2Z = 3,76 k&! oraz R2N = 8,14 k&!.
56
Szukany przebieg uCE(R2) ma postać:
zakres
Å„Å‚
E =10 V dla R < R zatkania
2 2Z
ôÅ‚
70
ôÅ‚
zakres
uCE(R2) = - 8,6 [V] dla R d" R < R (3.13)
òÅ‚
2Z 2 2N aktywny
2
ôÅ‚R [k&!]
zakres
ôÅ‚ 0 dla R e" R
ół 2 2N
nasycenia
Z równania (3.12) - po uwzglÄ™dnieniu, że iC = ²Å"iB - otrzymujemy przebieg
zależności iC(R2) w zakresie aktywnym:
ëÅ‚ - UBE UBE öÅ‚
E 70
iC = ² Å" - ÷Å‚
=- + 18,6 [mA]. (3.14)
ìÅ‚
R1 R2 R2
íÅ‚ Å‚Å‚
Wykres zależności uCE(R2) - wzór (3.13) oraz iC(R) - wzór (3.14) przedstawiono
na rys.3.14R.
Rys.3.14R
3.20. Punkt pracy tranzystora znajduje siÄ™ na granicy zakresu zatkania i
aktywnego, jeśli napięcie uWE spełnia warunek:
E Å" RB
UWEZ = UBE + 0,01Å"
² Å" RK
Stąd UWEZ = 0,68 V. Z rysunku 3.17b widać, że tranzystor pozostaje w zatkaniu
dla t d" 0,68 s oraz t e" 14,32 s i wtedy całe napięcie E odkłada się na zaciskach
kolektor-emiter. Warunek nasycenia tranzystora w postaci:
E Å" RB
UWEN = UBE +
² Å" RK
57
daje wartość UWEN = 8,6 V, która, jak wynika z rysunku 3.17b, nie zostaje
osiągnięta. W przedziale czasu t"(5 s, 10 s) napięcie uCE jest stałe i wynosi
uCE = 4,5 V. Przebieg uCE(t) pokazano na rysunku 3.15R.
Rys.3.15R