1.5.3 bipolarni tranzistor č imo pnp in npn tip ... ?· smatramo transistor kot ojačevalnik toka...

Download 1.5.3 BIPOLARNI TRANZISTOR č imo PNP in NPN tip ... ?· smatramo transistor kot ojačevalnik toka in…

Post on 26-Jun-2019

216 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • VS Velenje - Elektronska vezja in naprave Bipolarni tranzistor

    31 VS-avtor

    1.5.3 BIPOLARNI TRANZISTOR Bipolarni tranzistor predstavlja najbolj znailno aktivno komponento med polprevodniki. Glede na

    strukturo loimo PNP in NPN tip bipolarnega tranzistorja, glede na izvedbo pa poznamo e modificirane izpeljanke. Najznailneji primeri so: darlington tranzistor, stikalni tranzistor, VN tranzistor, VF tranzistor, tranzistor z vgrajeno antiparalelno diodo,Za vse bipolarne tranzistorje so znailni prikljuki (E,B,C), krmiljenje z baznim tokom in tokovni ojaevalni faktor .

    Fizikalno ozadje delovanja tranzistorja Bipolarni tranzistor sestavljata dva PN spoja, katerih delovanje je

    zaradi izjemne bliine zapornih plasti medsebojno odvisno. Ne glede na tip (NPN ali PNP) je potrebno prikljuiti zunanje napetosti na tranzistor tako, da bo

    zaporna plast E-B orientirana v prevodni smeri, druga B-C pa orientirana v zaporni. V vsakem primeru predstavlja emiter vir nosilcev elektrine (NPN-elektroni; PNP-vrzeli), ki odvisno od velikosti baznega toka in velikosti napetosti UCE v vejem ali manjem tevilu preidejo preko baze v podroje kolektorja. V bazi se zaradi ozkega podroja rekombinira le manji del emitorskega toka, veji del (preko 95%) pa preide v podroje kolektorja. Velikost baznega toka bistveno vpliva na velikost emitorskega oz. kolektorskega toka.

    Glede na razlino velikost emitorskega in kolektorskega toka, definiramo tokovni ojaevalni faktor , ki je definiran kot razmerje:

    = IC / IE Vendar pa se v praksi pogosteje uporablja tokovni ojaevalni faktor , ki predstavlja razmerje med

    kolektorskim in baznim tokom: = IC / IB = / 1- = hFE

    Lahko si zapomnimo, da ima tranzistor z = 0,99, tokovni ojaevalni faktor =99. Zaradi diodne vhodne karakteristike, predstavlja relativno mala sprememba napetosti UBE, sorazmerno veliko spremembo baznega toka in posledino tudi kolektorskega oz. emitorskega. Glede na to dejstvo smatramo transistor kot ojaevalnik toka in ga veini primerov tudi krmilimo tokovno.

    Orientacija tranzistorja Bipolarni ali spojni tranzistor lahko veemo v tokokrog na tri naine. Glede na to, kateri prikljuek

    je skupen med vhodnim in izhodnim signalom, loimo orientacije CE (common emiter), CB in CC. Vsaka od vezav ima specifine znailnosti, ki definirajo znaaj ojaevalnika.

    Slika 1.50: PNP tranzistor:

    smer toka vrzeli; smer toka elektronov

    Slika 1.51: NPN tranzistor:

    smer toka vrzeli; smer toka elektronov

    Slika 1.52a: Skupni emitor Slika 1.52b: Skupna baza Slika 1.52c: Skupni kolektor

    CE CB CC

  • VS Velenje-Elektronska vezja in naprave Bipolarni tranzistor

    32 VS-avtor

    Znailneje lastnosti posameznih orientacij so podane v tabeli, tevilne vrednosti pa zavisijo od posameznega tipa tranzistorja. Podatki ustrezajo tranzistorju 2N3904 z upori RL=5k in RS=500 .

    Parameter tranzistorja CB CE CC Monostno ojaanje AP >1? Da Da da Napetostno ojaanje AU > 1? Da Da ne Tokovno ojaanje AI > 1? Ne Da Da Vhodna upornost (tipina) 30 3,5k 580k Izhodna upornost (tipina) 3M 200k 35 Fazni premik? ne da Da

    Karakteristike bipolarnega tranzistorja Karakteristike so za vsako orientacijo specifine, vendar sta najznailneji le v orientaciji CE in

    CB, ker je z njihovo pomojo enostavna nastavitev optimalne delovne toke. V primeru zahtevnejih vezij (npr. visoke frekvence, nizek um, ohranitev faznih razmer, impulzni reim delovanja) je potrebno upotevati e ostale parametre. Glede na tip (NPN, PNP) so karakteristike podobne, razlika je le v predznaku napetosti oz tokov. Zato bomo v nadaljevanju obravnavali osnovna vezja izvedena veinoma le z NPN tranzistorji, ki so tudi bolj v uporabi zaradi pozitivnih napajalnih napetosti.

    Karakteristinih veliine in mejne vrednosti parametrov tranzistorja

    Najznailnee karakteristine veliine, ki poleg tipa, vrste in

    ohija definirajo lastnosti tranzistorja, ter ga uvrajo v specifino podroje uporabe so:

    Maksimalna napetost med kolektotrjem in emitorjem ..UCEmax. Maksimalni kolektorski tokICmax. Maksimalna izgubna mo na tranzistorju..PTOT Dinamino tokovno ojaanje (ojaevalni faktor). Tranzitna frekvenca (=1)..fT umno tevilo (umna mera)...F Toplotna upornost ohija.RTh

    Poleg teh podatkov so veinoma na voljo e podatki o dinaminem obnaanju tranzistorja (rBE, rCE ), o parazitnih kapacitivnostih (CCB, CBE, CCE ) in temperaturnih odvisnosti, na podlagi katerih je mono narediti ustrezno nadomestno vezje oz. model za potrebe raunalnikih simulacij.

    Diferencialna vhodna upornost (dinamina)rBE Diferencialna izhodna upornost (dinamina)..rCE Dinamini tokovni ojaevalni faktor Statini tokovni ojaevalni faktorB Tokovno ojaanje v normirani oblikin

    Slika 1.53: Primer izhodne karakteristike NPN transistorja v orientaciji CE

    Slika 1.54: Primer izhodne karakteristike NPN transistorja v orientaciji CB

    rBE =B

    BEI

    U

    UCE=konst.

    rCE =C

    CEI

    U

    IB=konst.

    = B

    CI

    I

    UCE=konst.

    B = B

    CI

    I UCE=konst.

    Bn = (2mA) )(

    CI

    Slika 1.55: Odvisnost tokovnega ojaanja od IC

  • VS Velenje-Elektronska vezja in naprave Bipolarni tranzistor

    33 VS-avtor

    Tudi zaporni tokovi lahko pri poveanih temperaturah vplivajo na delovne razmere in jih je v nekaterih primerih potrebno upotevati. Slika 1.56 pojasnjuje pogoje meritev zapornih tokov.

    umne razmere Vsako neeljeno motnjo, ki obdaja ali interferira s signalom lahko veinoma smatramo za um v

    signalu. um v signalu lahko nastane iz razlinih vzrokov, najpogosteje pa se pojavlja termini um. Termino nihanje atomov in molekul povzroa v vsakem elektrinem uporu neurejeno (kaotino) gibanje prostih elektronov. Na ta nain povzroene elektrine napetosti, ki so nakljunega znaaja vendar z neko konstantno povpreno vrednostjo se pri dovolj velikem ojaanju in elektroakustini pretvorbi odraajo kot um. Tako povzroena napetost je umna napetost in mo, ki se pri tem troi na uporu imenujemo umna mo in jo lahko izraunamo po enabi: Pr = 4 k T f. (k-Boltzmanova konstanta, T-absolutna temperatura, f - pasovna irina)

    Iz enabe je razvidno, da je umna mo neodvisna od velikosti upornosti in zato lahko po Ohmovem zakonu izraunamo, velikost umne napetosti Uro.

    Pod vplivom zunanje napetosti, se um e povea in pri monostni prilagoditvi ( RG = Ri ), etrtina umne moi preide na prikljueno breme.

    Pri poenostavljeni analizi umnih razmer pri tranzistorju predpostavimo, da je tranzistor brez uma, izvor uma pa miselno prestavimo k notranji upornosti izvora signala RG, tako da na izhodu njegova umna mo naraste za doloen faktor. Ta faktor nam poda kolikokrat veja je dejanska umna mo na izhodu tranzistorja (idealni) od umne moi, ki nastaja na notranji upornosti generatorja PrRg in ga imenujemo umno tevilo F.

    Optimalna vhodna upornost (glede uma) ni odvisna od pogoja prilagoditve RG = Ri, kajti takrat dobimo na vhodu ojaevalnika tudi najvejo umno mo. umno tevilo je funkcija kolektorskega toka ter notranje upornosti generatorja. Pogoj prilagoditve je potreben za maksimalni prenos moi, za ohranitev frekvennega razpona, ali za prepreitev odbojev pri VF signalih. Pogosto je med podatki navedena umna mera F`=10 logF, ki je podana v dB. Seveda pri kompleksnih upornostih umna mera zavisi le od ohmskega dela impedance.

    Odvisnost umne mere od kolektorskega toka in frekvence signala, je veinoma podana z diagrami.

    Uro = RrP

    Slika 1.58: Odvisnost umne mere F` od frekvence

    Slika 1.59: Odvisnost umne mere F` od velikosti

    kolektorskega toka in notranje upornosti generatorja RG

    Slika 1.57: Nadomestna shema za pojasnitev umnega tevila

    Slika 1.56: Pojasnitev pogojev za meritev zapornih tokov

  • VS Velenje - Elektronska vezja in naprave Delovna toka tranzistorja

    34 VS-avtor

    1.5.3.1 Izbira in nastavitev delovne toke Delovna toka doloa nastavitev enosmernih razmer in predstavlja izhodie krmiljenja tranzistorja s

    signalom. V polju karakteristik tranzistorja lahko postavitev delovne toke razvrstimo v razrede delovanja (A,B,C), ki imajo razlina znailnosti in kar omogoa razlina podroja uporabe (npr. A-za ojaevalnike malih signalov; AB-za monostne ojaevalnike; C- za mnoilnike frekvence). Seveda lahko razred delovanja opredelimo v vseh ori