Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

TRANZYSTOR BIPOLARNY. Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "TRANZYSTOR BIPOLARNY. Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor."— Zapis prezentacji:

1 TRANZYSTOR BIPOLARNY

2 Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję. Tranzystor

3 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 środa, 8 stycznia 2014 Tranzystory - rodzaje

4 Idea tranzystora bipolarnego

5 Tranzystory (jako elementy dyskretne)

6

7 Tranzystory PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk 20 października 2006

8

9 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego pnp

10 Symbol graficzny tranzystora bipolarnego npn

11 Budowa tranzystora bipolarnego npn

12 Tranzystor bipolarny - zasada działania Tranzystor npn Tranzystor pnp

13

14 Zastosowania tranzystorów

15 Zastosowania tranzystorów: łącznik

16 Łącznik tranzystorowy (npn)

17 Łącznik tranzystorowy (pnp)

18 Obszary pracy tranzystora npn

19 Polaryzacja normalna

20 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 U CB U BE U CE przewodzi zatkane Nie mylić prądu kolektora I C z prądem diody baza- kolektor. IBIB

21 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 I C, I B, U CE, moc wydzielana na kolektorze I C · U CE, temperatura pracy czy też napięcie U BE. Jeżeli tranzystor jest w stanie normalnej pracy czyli spełnia powyższe warunki to z dobrym przybliżeniem prawdziwą jest zależność, którą warto zapamiętać: gdzie h FE 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. I C =h FE · I B =·I B npn pnp

22 Tranzystor pracujący w układzie wzmacniacza. Złącze kolektor-baza jest spolaryzowane zaporowo (bateria E C ), natomiast złącze baza-emiter w kierunku przewodzenia (bateria E B ) 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 I B1 oraz przepływ elektronów z obszaru n do obszaru p I B2.

23 Tranzystor bipolarny (BJT) npn – układy połączeń

24 Tranzystor bipolarny (BJT) pnp – układy połączeń

25 Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy największemałe α 1dużenajmniejszanajwiększa0o0o Układ o wspólnej bazie R L -oporność obciążenia

26 Układ o wspólnym emiterze Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy dużeduże - βnajwiększemaładuża180 o

27 Układ o wspólnym kolektorze Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy małe 1największe - β + 1małenajwiększanajmniejsza0o0o

28 Charakterystyki U-I tranzystora npn w konfiguracji OE Prąd kolektora I C jest tu funkcją napięcia baza-emiter U BE. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy. Charakterystyka wyjściowa tranzystora, która przedstawia zależność prądu kolektora I C od napięcia kolektor-emiter U CE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter U BE. Zauważmy, że: powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia U CE, do wywołania dużej zmiany prądu kolektora I C wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter U BE. Punkt, w którym następuje zagięcie charakterystyki wyjściowej nazywany jest napięciem nasycenia kolektor-emiter U CEsat.

29 Charakterystyki wyjściowe tranzystora npn (przykłady OB i OE) OB OE W ukł. OB prąd I c płynie nawet przy U cb =0! Prąd kolektora w niewielkim stopniu zależy od U cb.

30

31

32 Tranzystor bipolarny w konfiguracji OE – obszary pracy

33 Wybór punktu pracy Punkt pracy musi znajdować się poniżej hiperboli mocy admisyjnej Jeżeli tranzystor współpracuje w układzie dzielnika napięcia z rezystorem R c, przestrzeń punktów pracy ogranicza się do prostej opisanej równaniem : U CE =U cc -R c I C (tzw. prosta obciążenia). W praktyce należy tak dobrać napięcie zasilania wzmacniacza U cc oraz opór pracy R c, by prosta ta była styczna do hiperboli obciążenia (lub przebiegała nieco poniżej). Prosta obciążenia przecina oś napięć kolektor-emiter w punkcie U cc, a oś prądów kolektora w punkcie U cc /R c. Żaden z tych parametrów nie może przekraczać maksymalnych wielkości tranzystora (I Cmax, U CEmax ) dopuszczonych przez producenta.

34 Dla I C =0 mamy 0=-U CE /R C +U CC /R C czyli U CE =U CC, co daje punkt A. Dla U CE =0 mamy I C =U CC /R C, co daje punkt B. Zmiana punktu pracy spowodowana zmianą R C lub U CC nie powoduje zmian prądu I C. Prosta obciążenia U CC =U Rc + U CE U CC =I C · R C + U CE y = - ax + b

35 Wzmacniacz klasy A ICIC U CE IBIB 0 uA 10 uA 20 uA 30 uA 40 uA 50 uA 60 uA 70 uA 80 uA 90 uA Nasycenie Odcięcie Punkt pracy

36 ICIC U CE IBIB 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

37 Układy polaryzacji tranzystorów Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy Bardzo małe zmiany U BE wywołane rozrzutem parametrów tranzystora oraz zmianami temperatury powodują duże zmiany prądu kolektora I C, a co za tym idzie zmiany U CE. U CC =U RC + U CE =I C · R C + U CE U BE =U CC · (R2/(R1 + R2))

38 Układ z wymuszonym prądem bazy ΔI B /I B = ΔU BE /(U CC - U BE )<<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 I C = · I B to względna zmiana prądu kolektora jest taka sama Stąd R B =(U CC - U BE )/I B =(U CC )/I B Po wybraniu punktu pracy znamy I B i możemy obliczyć R B. Wpływ zmiany U BE I B =(U CC - U BE )/R B Jeżeli napięcie U BE zmieni się o wartość U BE to prąd bazy musi się zmienić o wartość I B = U BE /R B wówczas Obliczenie R B U CC =U RC + U CE =I C · R C + U CE U CC =U RB + U BE =I B · R B + U BE Układy polaryzacji tranzystorów

39 Układ ze sprzężeniem kolektorowym I RC =I C + I B U CC =U RC + U CE U CC =I RC · R C + U CE =(I C + I B ) · R C + U CE U CE =U RB + U BE =I B · R B + U BE I C =(U CC - U BE )/(R C + R B / ) Układ nie dopuszcza aby tranzystor wszedł w stan nasycenia. Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem emiterowym I C =(U B - U BE )/(R E + R B / ) Układy polaryzacji tranzystorów Ten układ poprawia stałość punktu pracy

40 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 r bb oraz pojemności baza- emiter C be i baza-kolektor C bk Pasożytnicza pojemność między bazą a emiterem (C be ) tworzy wraz z rozproszoną rezystancją bazy (r bb ) 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 f T ; powyżej tej częstotliwości współczynnik wzmocnienia prądowego β jest mniejszy od jedności.

41 Pasmo wzmocnienia tranzystora 2. Efekt Millera. W pewnych układach - np. we wzmacniaczu o wspólnym emiterze - pasmo przenoszenia jest znacznie mniejsze niż f T na skutek oddziaływania pasożytniczej pojemności kolektor - baza C kb. rezystancją źródła sygnału R WYG i rozproszoną rezystancją bazy r bb. 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 C bk (R WYG +r bb ), osłabiając sygnał sterujący tranzystor. Jest to tzw. efekt Millera. Oddziaływanie sygnału wyjściowego na sygnał wejściowy nazywamy sprzężeniem zwrotnym Pasmo przenoszenia wzmacniacza określa się podobnie jak pasmo przenoszenia filtru : dla częstości granicznych wzmacniacza wzmocnienie jest mniejsze o w stosunku do wzmocnienia maksymalnego.

42 Pasmo wzmocnienia wzmacniacza Dobór 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 f T powinna być przeszło 100 razy większa niż przewidywana górna granica pasma przenoszenia wzmacniacza.

43 Przykład wzmacniacza tranzystorowego

44 Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza

45 Tranzystor jako klucz elektroniczny

46


Pobierz ppt "TRANZYSTOR BIPOLARNY. Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor."

Podobne prezentacje


Reklamy Google