capitolul 3 tranzistoare bipolare şi cu efect de câmpftufescu/cp3.tranzistoare bipolare si...
TRANSCRIPT
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
37
Capitolul 3
Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
26. Pentru circuitul de polarizare din fig. 26 se cunosc: VEE = 5V,
VCC = 15V, RE = 2KΩ, RC = 5KΩ, iar pentru tranzistor se cunosc
următorii parametrii: β = 200, ICB0 = 0,1 μA, VBE = 0,6V.
a) Să se determine punctul static de funcţionare al tranzistorului.
b) Până la ce tensiune VEE tranzistorul este polarizat în regiunea activă
normală?
Fig. 26
Rezolvare
a) Se scrie legea a doua a lui Kirchhoff pe ochiul din dreapta :
BEEEEE VRIV
De unde se poate determina curentul de emitor:
mA2,2R)VV(I EBEEEE
iar 0CBEC III
unde mA19,2I)1( C
Tensiunea colector emitor se poate determina din ochiul de circuit din
stânga
V05,4RIVV CCCCCB
b) Tranzistorul lucrează pe regiunea activă normală deoarece prima
joncţiune este polarizată direct, iar a doua invers. Saturaţia incipientă are
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
38
loc pentru VCB = 0, caz în care tranzistorul este complet deschis, toată
tensiunea VCC cade pe RC, iar curentul de colector la saturaţie este:
mA3RVI CCCCS
Având IC la care începe saturaţia tranzistorului se poate calcula curentul
de emitor care produce saturaţia şi tensiunea VEE la care se obţine acest
curent:
V63,6V/IRV BECSCEE
27. În fig. 27 este prezentat un montaj de polarizare a unui
tranzistor bipolar cu stabilizare parţială a punctului static de funcţionare.
Se cunosc: VCC = 12V, RC = 2KΩ, RB = 1MΩ, RE = 1KΩ, iar în punctul
static de funcţionare pentru tranzistor se cunosc: β=200, ICB0 = 0, VBE =
0,65V. Să se determine:
a) Punctul static de funcţionare.
b) Ştiind că viteza de variaţie a tensiunii bază emitor cu temperatura este
C/mV8,1T
VBE
, iar pentru coeficientul β avem C/%2
1
T
, să
se determine variaţia curentului de colector când temperatura creşte cu 1˚C.
c) Variaţia tensiunii VCE în condiţiile de la punctul b.
Fig. 27
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
39
Rezolvare
a) Se pot scrie următoarele relaţii pentru cele două ochiuri de circuit:
CEECBCC V)RR(I)1(V
EEBEBBCECC RIVRIRIV
BEBBECBCC VRI)RR(I)1(V
Din ultima relaţie obţinem:
A08,7)RR)(1(R
VVI
CEB
BECC
B
mA416,1II BC
Folosind curentul de bază obţinut mai sus din prima relaţie vom obţine:
V72,7)RR(I)1(VV ECBCCCE
b) Curentul de colector este dat de relaţia:
)RR)(1(R
)VV(I
CEB
BECC
C
Dacă temperatura creşte cu 1˚C vom avea:
V6482,0TT
VVV BE
BE2BE
, iar β = 204.
Cu aceste noi valori se poate calcula noua valoare a lui IC obţinându-se:
A98.17IC
c) În montajul din fig. 27 curentul de emitor este:
)RR)(1(R
VV)1(I
CEB
BECC
E
,
şi se calculează A9.17IE ,
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
40
iar mVIRRV EECCE 9,35)(
28. Se dă montajul din fig. 28 pentru care se cunosc: VCC =15V,
RC = 4KΩ, RB2 = 120KΩ, RB1 = 30KΩ, RE = 2,3KΩ, β=200, ICB0 = 0,
VBE = 0,6V.
a) Să se determine punctul static de funcţionare;
b)Sî se afle valoarea rezistenţei RB2 pentru care tranzistorul intră în
saturaţie, ştiind că 2B1B RR este constant.
Fig. 28
Rezolvare
a) Aplicând teorema Thevenin între punctele A şi B vom obţine circuitul
echivalent din fig. 28R, unde:
K24RR
RRR
2B1B
2B1BBB
V3RR
VRV
2B1B
CC1B
BB
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
41
Fig. 28R
Scriind ecuaţiile Kirchhoff pentru cele două ochiuri de circuit se obţine:
EEBEBBBBB RIVRIV
EECECCCC RIVRIV
În plus avem relaţiile:
BC II şi BEE III
Înlocuind IE funcţie de IB în prima relaţie se gaseşte:
mA987,0IA93,4R)1(R
VVI C
EBB
BEBBB
iar V77,8RI)1(RIVV EBCBCCCE
b) Tranzistorul intră în saturaţie dacă tensiunea VCB = 0. Se scrie ecuaţia a
doua a lui Kirchhoff care să includă joncţiunea bază colector:
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
42
BBBCBCCBBCC RIVRIVV
relaţie care la saturaţie devine:
BBBCBBBCC RIRIVV
Înlocuind IB cu relaţia obţinută la punctul a pentru acest curent se
determină VBB :
V14,6
)1(RR
RR1
)1(RR
RRVV
V
EBB
BBC
EBB
BBCBECC
BB
Cum RBB are acceaşi valoare ca la punctul precedent se obţine:
K5,58V
VRR
BB
CC
B2B
K6,40RR
RRR
BB2B
2BBB1B
29. Se consideră montajul din fig. 28 şi se doreşte obţinerea
următorului punct static de funcţionare: VCE = 10V, VBE = 0,6V, IC =
10mA. În plus se cunosc VCC = 20V, β = 100, tensiunea pe rezistorul RE,
VRE= VCC /10, iar curentul prin RB2 este 10IB. Să se calculeze rezistenţele
din circuit.
Rezolvare
Din legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiul din dreapta se obţine:
RECECCCC VVRIV
800I
VVVR
C
RECECC
C
Ştiind VRE se poate afla RE :
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
43
198
I)1(
VR
C
REE
Din prima lege a lui Kirchhoff în punctul A avem:
/III c12
de unde rezultă:
/I10I c2 , iar /I9I c1
Din legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiul ce cuprinde joncţiunea
bază emitor se poate scrie:
REBE1B1 VVRI
K88,2I9
)VV(R
C
REBE1B
Iar din ochiul pentru joncţiunea bază colector se obţine:
RECECC2B2 VVVRI
K8I10
)VVV(R
C
RECECC2B
30. Pentru circuitul din fig. 30 se cunosc: VCC = 20V, RC = 4,7KΩ,
RB2 = 12KΩ, RB1 = 12KΩ, RE = 2KΩ, β=100, ICB0 = 0, VBE = 0,6V, RB3 =
200KΩ. Să se determine punctul static de funcţionare.
Fig. 30
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
44
Rezolvare
Aplicând teorema Thevenin între bază şi minusul sursei vom obţine o
schemă echivalentă similară cu cea din fig. 28R, dar de această dată:
K206RR
RRRR
2B1B
2B1B3BBB ,
iar V10RR
VRV
2B1B
CC1B
BB
În rest problema se rezolvă similar cu problema 28, punctul static de
funcţionare fiind dat de relaţiile:
mA3,2IA23R)1(R
VVI C
EBB
BEBBB
iar V6,4RI)1(RIVV EBCBCCCE
31. Să se calculeze punctul static de funcţionare al tranzistorului
din fig. 31. Se cunosc: VCC = 12V, RC = 5KΩ, RB = 160KΩ, Rf = 270KΩ,
RE = 1KΩ, β=100, ICB0 = 0, VBE = 0,6V.
Fig. 31
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
45
Rezolvare
Din legile lui Kirchhoff în cele trei ochiuri independente şi din cele două
noduri se obţine:
BfBCBCCC IRR)II(R)III(V
EECECBCCC RIVR)III(V
EEBEB RIVIR
În continuare se scriu toţi curenţii prin tranzistor funcţie de IB :
BfBCBBCC IRR)II(R)III(V
EBCECBBCC RI)1(VR)III(V
EBBEB RI)1(VIR
Se obţin trei ecuaţii cu trei necunoscute: I, IB, şi VCE. Rezolvând sistemul
se gasesc:
A86,10R)1(RR/R)1)(RR(R)1(
R/)RR(VVVI
EfBEfCC
BfCBEBECC
B
mA086,1II BC
CBEBCCCE RI)1(RI)1(VV
V37.5R
RRI)1(
R
RV
B
CEB
B
CBE
32. Pentru tranzistoarele din fig. 32 se cunosc: β1= 20, β2 = 50,
VBE1 = 0,6V, VBE2 = - 0,6V. În plus sunt cunoscute VCC = 18V, RB = 2
MΩ, RC1 = 3KΩ, RC2 = 0,5KΩ, RE = 1KΩ. Să se determine punctul static
de funcţionare.
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
46
Fig. 32
Rezolvare
Avem patru ochiuri independente pentru care scriem legile lui Kirchhoff:
)II(RV 2B1C1C2EB
)II(RVIRV 2C1EE1BE1BBCC
)II(RVVV 1E2CE1CE2EBCC
)II(RRIVV 1E2CE2C2C2CECC
Folosind în plus relaţiile:
BC II şi BE I)1(I
observăm că din primele două relaţii obţinem un sistem cu două
necunoscute IB1 şi IB2 :
)II(RV 2B1B11C2EB
2B211BE1BE1BBCC I)1(IRVIRV
Rezolvând sistemul se obţine:
mA1478.0IA39,7R)1(RR
R/VRVVI 1C
21E1EB
1C2EB2E1BECC
1B
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
47
mA61,2IA2,52R
IRVI 2C
1C
1B11C2EB
2B
În ceea ce priveşte tensiunile pe tranzistoare ele se determină din ultimele
două relaţii ale sistemului de patru ecuaţii scris mai inainte:
V64,14)II(RVVV 1E2CE2EBCC1CE
V94,13)II(RRIVV 1E2CE2C2CCC2CE
Valoarea negativă a lui VCE2 este normală deoarece tranzistorul Q2 este
PNP şi pentru a avea polarizată invers a doua joncţiune trebuie să avem
un potenţial negativ pe colector faţă de bază şi emitor.
33. În montajul din fig. 33 parametrii β ai celor doi tranzistori sunt
300, VBE1 = 0,4V, VBE1 = 0,65V, VCC = 9V, RC1 = 15KΩ, RC2 = 2,2KΩ,
R = 50KΩ, RE1 = 0,6KΩ, RE2 = 0,3KΩ.
Fig. 33
Rezolvare
Se scriu legile lui Kirchhoff pentru ochiurile ce cuprind joncţiunile bază-
emitor :
)II(RV)II(RV 1B2E2E2BE2B1C1CCC
1E1E1BE1B1B2E2E IRVRI)II(R
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
48
Înlocuind toţi curenţii din relaţiile de mai sus funcţie de curenţii IB1 şi IB2
se obţine un sistem de ecuaţii cu aceste două necunoscute. Rezolvând
sistemul rezultă:
mA5,0IA66,1I 1C1B
mA,2IA66,8I 1C2B
Scriind legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiurile colector-emitor vom
obţine:
V2,1IR)II(RVV 1E1E2B1C1CCC1CE
V5,2)II(RIRVV 1B2E2E2C2CCC2CE
34. În montajul din fig. 34 avem doi tranzistori identici cu
paramtrii: β = 100, VBE = 0,6V, ICE0 = 0. În plus sunt cunoscute VCC =
20V, RB1 = 20 KΩ, RB2 = 80 KΩ, RB3 = 40 KΩ, RB4 =40 KΩ, RC = 2KΩ,
RE = 1KΩ. Să se afle punctul static de funcţionare.
Rezolvare
Aplicând teorema Thevenin între punctele AC şi respectiv BC vom obţine
schema echivalentă din fig. 34R, unde
K20RR
RRR
4B3B
4B3B
1BB ,
V10RR
VRV
4B3B
CC3B
1B
K16RR
RRR
2B1B
2B1B2BB ,
V4RR
VRV
2B1B
CC1B
2B
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
49
Fig. 34
Fig. 34R
Se scriu legile lui Kirchhoff pentru cele trei ochiuri:
E2E2CE1CEC1CCC RIVVRIV
E2E2BE2BB2B2B RIVRIV
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
50
E2E2CE1BE1BB1B1B RIVVRIV
Din relaţia scrisă pentru al doilea ochi se observă că se poate determina IB2.
mA9,2IA29)1(RR
VVI 2C
E2BB
2BE2B2B
În plus se observă că 1E2C II de unde rezultă că :
mA87,2IA7,281
II 1C2B1B
.
Din relaţia pentru ultimul ochi se află 2CEV :
V897.5RI)1(VRIVV E2B1BE1BB1B1B2CE
Din relaţia pentru primul ochi se obţine:
V43,5RI)1(RIVVV E2BC1C2CECC1CE
35. Cei doi tranzistori din fig. 35 sunt identici şi au parametrii: β =
200, VBE = 0,6V, ICE0 = 0. În plus se cunosc VCC = 20V, RB = 1,8MΩ, RC1
= 2 KΩ, RC2 =0,5 KΩ, RE1 = 1 KΩ, RE2 = 1KΩ. Să se afle punctul static
de funcţionare.
Fig. 35
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
51
Rezolvare
Circuitul din fig.35 este unul din circuitele de polarizare ale unui
amplificator cu două etaje de amplificare, primul cu un tranzistor NPN şi
al doilea cu un tranzistor PNP polarizate de aceeaşi sursă.
Se scriu ecuaţiile lui Kirchhoff pentru urmatoarele ochiuri: ochiul
care cuprinde sursa VCC şi joncţiunea B-E a lui Q1, ochiul format din
rezistenţele RC1, RE2 şi joncţiunea B-E a lui Q2 şi ochiurile ce cuprind
sursa VCC şi tensiunile VCE a celor doi tranzistori.
1E2C1E1BEB1BCC R)II(VRIV
1C2B1C2BE2E2E R)II(VRI
1E2C1E2C2C2EC2E2ECC R)II(RIVRIV
1E2C1E1CE1C2B1CCC R)II(VR)II(V
Se observă că în primele două relaţii toţi curenţii pot fi exprimaţi funcţie
de IB1 şi IB2 obţinându-se astfel un sistem de două ecuaţii :
1E2B1B1BEB1BCC R)II)1((VRIV
1C2B1B2BE2E2B R)II(VRI)1(
Rezolvând sistemul se obtine:
mA67,1IA35,8I 1C1B
mA7,2IA5,13I 1C1B
Din ultimele două relaţii se vor determina tensiunile colector-emitor
pentru cei doi tranzistori:
V56,11V,V3,12V 2EC1CE
36. Montajul din fig.36 este realizat cu tranzistoare
complementare având parametrii: β = 100, VBE = 0,6V, ICE0 = 0.
Tensiunea de alimentare VCC este de 20V, iar rezistenţele au următoarele
valori: RB1 = 400KΩ, RB2 = 300KΩ, RE1 = 1 KΩ, RE2 = 1 KΩ.
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
52
Să se determine punctele statice de funcţionare ale celor două
tranzistoare.
Fig. 36
Rezolvare
Se observă că tensiunea colector-emitor a primului tranzistor este egală cu
tensiunea emitor colector a celui de-al doilea. Din legile lui Kirchhoff
pentru cele trei ochiuri independente se obţine:
1E2C1EBE1B1BCC R)II(VRIV
2B2BEB2E1C2ECC RIVR)II(V
1E2C1E1CE2E1C2ECC R)II(VR)II(V
Întrucât parametrii β pentru cei doi tranzistori sunt identici se pot rescrie
primele două ralaţii sub forma:
1E2B1BBE1B1BCC R)I)1(I(VRIV
2B2BBE2E1B2BCC RIVR)II)1((V
Rezolvând sistemul se obţine:
mA22,3II 2C1C
iar: V7I)12(RRI)12(VV B1E2EBCCCE
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
53
37. În montajul din fig. 37 tranzistorul TECJ are următorii
parametrii: IDSS = 6mA, VP = – 6V. În plus se cunosc: VDD = 24V, –Vss =
–12V , RS = 8KΩ, RD = 6KΩ. Să se determine:
a) Tensiunea Vo dacă V1 = 0
b) Tensiunea Vo dacă V1 = 5V
c) Tensiunea V1 dacă Vo = 0
Fig. 37
Rezolvare
Pentru circuitul de mai sus se pot scrie relaţiile:
OGS1 VVV
SSSDO VRIV
În plus se ştie că : 2
PGSDSSD )V/V1(II
Din primele două relaţii se obţine:
SDSS1GS RIVVV
Se introduce GSV astfel obţinut în a treia relaţie obţinându-se o ecuaţie de
gradul doi cu o simgură necunoscută:
2
PSDSS1DSSD )V/RIVV1(II
a) Punând condiţia V1 = 0 în ultima relaţie se găsesc două soluţii, din
care doar prima este corectă, a doua ar da o tensiune totală pe rezistenţe
de peste 36V cât dau cele două surse. Prin urmare soluţia corectă este :
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
54
V7,2V,V7,2V,mA84,1I 0GSD
b) Dacă V1 = 5V rezultă:
mA44,3I,mA4,2I 2D1D
dintre care doar prima este posibilă şi prin urmare vom avea:
V2,7V,V2,2V,mA4,2I 0GSD
c) Dacă V0 = 0 rezultă că:
mA5,1R/VI SSSD , iar V3VV GS1 .
38. Se consideră montajul de polarizare, din fig.38, a unui
tranzistor TECJ având următorii parametrii: IDSS = 6mA, VP = – 4V.
Tensiunea de alimentare este VDD = 30V, RG = 1MΩ şi se doreşte
obţinerea unui punct de funcţionare cu ID = 3mA şi VDS = 10V. Să se
calculeze rezistenţele RS şi RD care permit obţinerea acestui punct de
funcţionare.
Fig. 38
Rezolvare
Pentru acest montaj de polarizare se pot scrie relaţiile:
SSGSGG RIVRI
SSDSDDDD RIVRIV
Întrucât la TECJ joncţiunea grilă-canal este polarizată invers:
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
55
SDG II0I
Iar relaţiile de mai sus devin:
SDGS RIV
SDDSDDDD RIVRIV
În plus există relaţia: 2
PGSDSSD )V/V1(II
Se obţine: V17,1)I/I1(VV DSSDPGS
Din prima relaţie se poate scrie: 390I/VR DGSS , iar din cea de a
doua :
K28,6I
RIVVR
D
SDDSDD
D
39. Pentru montajul din fig. 39 se cunosc: IDSS = 9mA, VP =
–3V, VDD = 12V, RS = 1KΩ, RD = 3KΩ, RG = 1MΩ.
Să se determine punctul static de funcţionare.
Fig. 39
Rezolvare
Pentru montajul din fig.39 se pot scrie relaţiile:
SDDSDDDD RIVRIV
Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme
56
2
PGSDSSD )V/V1(II
SSGS RIV
Introducând VGS din ultima relaţie în cea de-a doua se obţine o ecuaţie de
gradul doi cu o singură necunoscută:
2
PSSDSSD )V/RI1(II
Rezolvând ultima relaţie se găsesc două soluţii pentru curentul de drenă:
mA7,1I 1D şi mA3,5I 2D
Dintre acestea doar prima este corectă deoarece a doua soluţie ar da pe
rezistenţele RS şi RD o tensiune de 21,2V ceea ce este imposibil deoarece
tensiunea dată de sursă e de 12V.
În ceea ce priveşte tensiunile de pe tranzistor acestea se determină
din primele două relaţii:
V7,1VGS , V2,5RIRIVV SDDDDDDS
40. Se dă schema de polarizare din fig. 40. Se cunosc: IDSS =
9mA, VP = – 3V, VDD = 12V, RS = 1KΩ, RD = 1KΩ, RG1 = 1MΩ, RG2 =
3MΩ . Să se determine punctul static de funcţionare al tranzistorului.
Fig. 40
Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp
57
Rezolvare
Pentru circuitul de mai sus se pot scrie următoarele legi ale lui Kirchhoff:
)RR(IV 2G1GDD
SDGS1G RIVIR
SDDSDDDD RIVRIV
În plus se poate scrie relaţia:
2
PGSDSSD )V/V1(II
Din primele două expresii se obţine:
SD1G
2G1G
DD
GS RIRRR
VV
2
P
SD1G
P2G1G
DDDSSD
V
RIR
V)RR(
V1II
Rezolvând ecuaţia de gradul doi de mai sus se găsesc soluţiile:
mA4I 1D şi mA9I 2D
Doar prima soluţie este corectă, şi se găsesc:
V2VGS , V4RIRIVV SDDDDDDS