Download - TRANZYSTOR BIPOLARNY
![Page 1: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/1.jpg)
TRANZYSTOR BIPOLARNY
![Page 2: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/2.jpg)
Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.
Tranzystor
![Page 3: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/3.jpg)
Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów,które różnią się zasadniczo zasadą działania:
1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe).
2. Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe).
Jakub Dawidziuk sobota 22 kwietnia 2023
Tranzystory - rodzaje
![Page 4: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/4.jpg)
Ideatranzystorabipolarnego
![Page 6: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/6.jpg)
![Page 7: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/7.jpg)
Tranzystory
PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk 20 października 2006
![Page 8: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/9.jpg)
Symbol graficzny tranzystora bipolarnego pnp
![Page 10: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/10.jpg)
Symbol graficzny tranzystora bipolarnego npn
![Page 11: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/11.jpg)
Budowa tranzystora bipolarnego npn
![Page 12: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/12.jpg)
Tranzystor bipolarny - zasada działania
Tranzystor npn
Tranzystor pnp
![Page 13: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/14.jpg)
Zastosowania tranzystorów
![Page 15: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/15.jpg)
Zastosowania tranzystorów: łącznik
![Page 16: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/16.jpg)
Łącznik tranzystorowy (npn)
![Page 17: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/17.jpg)
Łącznik tranzystorowy (pnp)
![Page 18: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/18.jpg)
Obszary pracy tranzystora npn
![Page 19: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/19.jpg)
Polaryzacja normalna
![Page 20: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/20.jpg)
Rozróżnia się cztery stany pracy tranzystora bipolarnego:•stan zatkania (odcięcia): złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku zaporowym, •stan nasycenia: złącza BE i CB spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, •stan aktywny (normalny): złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś złącze CB zaporowo, •stan aktywny inwersyjny (inwersyjny): BE zaporowo, CB w kierunku przewodzenia (odwrotnie niż stanie aktywnym).
Stan aktywny tranzystora jest podstawowym stanem pracy wykorzystywanym we wzmacniaczach; w tym zakresie pracy tranzystor charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym (kilkadziesiąt-kilkaset).
Stany nasycenia i zaporowy stosowane są w technice impulsowej, jak również w układach cyfrowych.
Stan aktywny inwersyjny nie jest powszechnie stosowany, ponieważ ze względów konstrukcyjnych tranzystor charakteryzuje się wówczas gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym (normalnym), m.in. mniejszym wzmocnieniem prądowym.
Stany pracy tranzystora
UCB
UBE
UCE
prze
wod
ziza
tkan
e
Nie mylić prądu kolektora IC z prądem diody baza-kolektor.
IB
![Page 21: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/21.jpg)
Aby tranzystor znajdował się w stanie normalnej pracy to muszą być spełnione następujące warunki:
•dla tranzystora npn potencjał kolektora musi być wyższy od potencjału emitera, •dla tranzystora pnp potencjał kolektora musi być niższy od potencjału emitera, •„dioda” baza-emiter musi być spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a „dioda” kolektor-baza w kierunku zaporowym, •nie mogą zostać przekroczone maksymalne wartości IC, IB, UCE, moc wydzielana na kolektorze IC· UCE, temperatura pracy czy też napięcie UBE.
Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależność, którą warto zapamiętać:
gdzie hFE jest współczynnikiem wzmocnienia prądowego nazywanego również betą. Współczynnik ten może przyjmować wartości od 50 do 300A/A dla tego samego typu tranzystora, a więc nie jest dobrym parametrem na którym można opierać parametry projektowanego układu.
IC=hFE· IB=·IB
npn pnp
![Page 22: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/22.jpg)
Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria EC), natomiast złącze baza-emiter w kierunku przewodzenia (bateria EB)
Elektrony wprowadzane z emitera do bazy stają się tam nośnikami mniejszościowymi i drogą dyfuzji oddalają się od złącza emiterowego (złącze E). Część tych elektronów łączy się z dziurami, których w bazie jest bardzo dużo (obszar p). Wszystkie elektrony, które dotrą w pobliże złącza kolektor-baza (złącze C) są unoszone do obszaru kolektora. Dla niedużej szerokości obszaru p (bazy) praktycznie wszystkie elektrony wstrzykiwane przez emiter do bazy dotrą do kolektora. Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza.
Rozpływ prądu w tranzystorze npn. Ponieważ złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia to istnieje przepływ dziur z obszaru p do obszaru n IB1 oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p IB2.
![Page 23: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/23.jpg)
Tranzystor bipolarny (BJT) npn – układy połączeń
![Page 24: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/24.jpg)
Tranzystor bipolarny (BJT) pnp – układy połączeń
![Page 25: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/25.jpg)
Wzmocnienie napięciowe ku
Wzmocnienie prądowe ki
Wzmocnienie mocy kp
Rezystancja wejściowe RI
Rezystancja wyjściowa RO
Przesunięcie fazy
największe małe α ≤ 1 duże najmniejsza największa 0o
Układ o wspólnej bazie
RL-oporność obciążenia
![Page 26: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/26.jpg)
Układ o wspólnym emiterze
Wzmocnienie napięciowe ku
Wzmocnienie prądowe ki
Wzmocnienie mocy kp
Rezystancja wejściowe RI
Rezystancja wyjściowa RO
Przesunięcie fazy
duże duże - β największe mała duża 180o
![Page 27: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/27.jpg)
Układ o wspólnym kolektorze
Wzmocnienie napięciowe ku
Wzmocnienie prądowe ki
Wzmocnienie mocy kp
Rezystancja wejściowe RI
Rezystancja wyjściowa RO
Przesunięcie fazy
małe ≤1 największe - β + 1 małe największa najmniejsza 0o
![Page 28: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/28.jpg)
Charakterystyki U-I tranzystora npn w konfiguracji OE
Prąd kolektora IC jest tu funkcją napięcia baza-emiter UBE. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy.
Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależność prądu kolektora IC od napięcia kolektor-emiter UCE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter UBE. Zauważmy, że: • powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia UCE,• do wywołania dużej zmiany prądu kolektora IC wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter UBE. Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter UCEsat.
![Page 29: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/29.jpg)
Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE)
OB OE
W ukł. OB prąd Ic płynie nawet przy Ucb=0!Prąd kolektora w niewielkim stopniu zależy od Ucb.
![Page 30: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/32.jpg)
Tranzystor bipolarny w konfiguracji OE – obszary pracy
![Page 33: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/33.jpg)
Wybór punktu pracy•Punkt pracy musi znajdować się poniżej hiperboli mocy admisyjnej
•Jeżeli tranzystor współpracuje w układzie dzielnika napięcia z rezystorem Rc, przestrzeń punktów pracy ogranicza się do prostej opisanej równaniem : UCE=Ucc-RcIC (tzw. prosta obciążenia). W praktyce należy tak dobrać napięcie zasilania wzmacniacza Ucc oraz opór pracy Rc , by prosta ta była styczna do hiperboli obciążenia (lub przebiegała nieco poniżej).
•Prosta obciążenia przecina oś napięć kolektor-emiter w punkcie Ucc, a oś prądów kolektora w punkcie Ucc /Rc. Żaden z tych parametrów nie może przekraczać maksymalnych wielkości tranzystora (ICmax, UCEmax) dopuszczonych przez producenta.
![Page 34: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/34.jpg)
Dla IC=0 mamy
0=-UCE/RC+UCC/RC
czyli UCE=UCC , co daje punkt A.
Dla UCE=0 mamy IC=UCC/RC, co daje punkt B.
Zmiana punktu pracy spowodowana zmianą RC lub UCC nie powoduje zmian prądu IC.
Prosta obciążenia
UCC=URc+ UCE
UCC=IC· RC+ UCE
y = - ax + b
![Page 35: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/35.jpg)
Wzmacniacz klasy A
IC
UCE
IB
0 uA
10 uA
20 uA
30 uA
40 uA
50 uA
60 uA
70 uA80 uA90 uA
Nasycenie
Odcięcie
Punkt pracy
![Page 36: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/36.jpg)
IC
UCE
IB
0 uA
10 uA
20 uA
30 uA
40 uA
50 uA
60 uA
70 uA
80 uA
90 uA
Nasycenie
Odcięcie
Punkt pracy
Wzmacniacz klasy B
![Page 37: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/37.jpg)
Układy polaryzacji tranzystorów
Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy
Bardzo małe zmiany UBE wywołane rozrzutem parametrów tranzystora oraz zmianami temperatury powodują duże zmiany prądu kolektora IC, a co za tym idzie zmiany UCE.
UCC=URC+ UCE=IC· RC+ UCE
UBE=UCC · (R2/(R1 + R2))
![Page 38: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/38.jpg)
Układ z wymuszonym prądem bazy
ΔIB/IB= ΔUBE/(UCC- UBE)<<1
Dla układu polaryzacji z wymuszonym prądem bazy punkt pracy tranzystora praktycznie nie zależy od zmian napięcia baza-emiter.
Pozostaje jednak silna zależność punktu pracy od współczynnika , który nie tylko ma duży rozrzut ale również dosyć mocno zależy od temperatury, zmienia się bowiem nawet o 1%/°C.
Ponieważ IC= · IB to względna zmiana prądu kolektora jest taka sama
Stąd RB=(UCC- UBE)/IB
=(UCC- 0.65)/IB
Po wybraniu punktu pracy znamy IB
i możemy obliczyć RB.
•Wpływ zmiany UBE
IB=(UCC- UBE)/RB
Jeżeli napięcie UBE zmieni się o wartość UBE to prąd bazy musi się zmienić o wartość
IB=UBE/RB
wówczas
• Obliczenie RB
UCC=URC+ UCE=IC· RC+ UCE
UCC=URB+ UBE=IB· RB+ UBE
Układy polaryzacji tranzystorów
![Page 39: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/39.jpg)
Układ ze sprzężeniem kolektorowym
IRC=IC+ IB
UCC=URC+ UCE
UCC=IRC· RC+ UCE=(IC+ IB) · RC+ UCE
UCE=URB+ UBE=IB· RB+ UBE
IC=(UCC- UBE)/(RC + RB/ )
Układ nie dopuszcza aby tranzystor wszedł w stan nasycenia.
Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem emiterowym
IC=(UB- UBE)/(RE + RB/ )
Układy polaryzacji tranzystorów
Ten układ poprawia stałość punktu pracy
![Page 40: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/40.jpg)
Pasmo wzmocnienia tranzystora• Pasmo wzmocnienia jest określone przez
własności tranzystora (jego wielkości pasożytnicze) oraz sposób jego współdziałania z obwodem wzmacniacza.
• 1. Pasożytnicze pojemności tranzystora : • Każdy rzeczywisty tranzystor charakteryzuje
się różnymi wielkościami pasożytniczymi, z których najważniejsze to: rozproszona rezystancja bazy rbb oraz pojemności baza-emiter Cbe i baza-kolektor Cbk
• Pasożytnicza pojemność między bazą a emiterem (Cbe) tworzy wraz z rozproszoną rezystancją bazy (rbb) filtr dolnoprzepustowy, który przy wysokich częstotliwościach bocznikuje złącze baza-emiter, zmniejszając przepływający przezeń prąd sterujący tranzystor. W rezultacie współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora maleje wraz ze wzrostem częstotliwości powyzej fT ; powyżej tej częstotliwości współczynnik wzmocnienia prądowego β jest mniejszy od jedności.
![Page 41: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/41.jpg)
Pasmo wzmocnienia tranzystora• 2. Efekt Millera. W pewnych układach - np. we wzmacniaczu o
wspólnym emiterze - pasmo przenoszenia jest znacznie mniejsze niż fT na skutek oddziaływania pasożytniczej pojemności kolektor - baza Ckb. rezystancją źródła sygnału RWYG i rozproszoną rezystancją bazy rbb. W układzie tym napięcie wyjściowe - będące napięciem kolektora - ma fazę przeciwną niż napięcie wejściowe, czyli napięcie bazy. Przy wysokich częstotliwościach prąd z kolektora przenika do bazy przez układ górno przepustowy Cbk(RWYG+rbb), osłabiając sygnał sterujący tranzystor. Jest to tzw. efekt Millera.
• Oddziaływanie sygnału wyjściowego na sygnał wejściowy nazywamy sprzężeniem zwrotnym
1/ 2
•Pasmo przenoszenia wzmacniacza określa się podobnie jak pasmo przenoszenia filtru : dla częstości granicznych wzmacniacza wzmocnienie jest mniejsze o w stosunku do wzmocnienia maksymalnego.
![Page 42: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/42.jpg)
Pasmo wzmocnienia wzmacniaczaDobór pojemności sprzęgającej C1 powinien uwzględniać pasmo przenoszenia wzmacniacza, gdyż C1 wraz z rezystancją wejściową układu tworzą filtr górno przepustowy. Dla wysokich częstotliwości pasmo przenoszenia wzmacniacza jest ograniczone przez własności tranzystora. Jeżeli budowany jest wzmacniacz o wspólnym emiterze, ze względu na efekt Millera katalogowa częstotliwość graniczna tranzystora fT powinna być przeszło 100 razy większa niż przewidywana górna granica pasma przenoszenia wzmacniacza.
![Page 43: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/43.jpg)
Przykład wzmacniacza tranzystorowego
![Page 44: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/44.jpg)
Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza
![Page 45: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/45.jpg)
Tranzystor jako klucz elektroniczny
![Page 46: TRANZYSTOR BIPOLARNY](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062222/568157c3550346895dc547fd/html5/thumbnails/46.jpg)
Tranzystor jako klucz elektroniczny