1. A bipoláris tranzisztor statikus jelleggörbéi és paraméterei 1.1. Az ábrán megadott kimeneti jelleggörbékkel jellemzett tranzisztornál rögzítettük a bázisáramot I B 150[ìA] értékre. Mekkora lehet U CE maximális értéke, ha a tranzisztor vesztesége nem haladhatja meg a P Dmax 300[mW] értéket. A tranzisztoron veszõ összes teljesítmény a következõ módon írható fel: ܫ ܫ. A második tag elhanyagolható, tekintettel arra, hogy aktív üzemben U BE <<U CE, I B <<I C. A statikus jelleggörbékrõl leolvasható, hogy az adott I B értéknél és néhány voltos U CE feszültség mellett a kollektor áram I C 38mA. A teljesítményképletbõl: ܫ. Ezért: ௫ ವ ଷ ଵషయ ଷ ଵ షయ 7,9ሾ ሿ 1
2. A bipoláris tranzisztor munka-pontjának és munka-egyenesének meghatározása 2.1. Az (a) ábrán megadott kapcsolásban határozzuk meg a bipoláris tranzisztor kollektor áramát, bázis áramát és kollektor-emitter feszültségét R B1 két értékére: R B11 120 [kù], R B12 80 [kù]. Adott: U BE 0,6[V], â100, U CES 0,2V. 12V RB1 RT RB2 10 kohm UT IB UBE 0,6V IC UCE UCC 12V (a) (b) A bemenõ áramkört Thèvenin forrással helyettesítjük. R B1 R B11 esetére érvényes: ଵ ଶ ଶ ଵଵ 12 10 10 ଷ 10 10 ଷ 12 923ሾ ሿ 120 10ଷ ଵ ಳభభ ಳమ ଵ ଵయ ଵଶ ଵ య 9,23ሾ Ùሿ. ಳభభ ಳమ ଵ ଵ య ଵଶ ଵ య A bázisáram értéke: ଵ ଵ ܫ ଵ 0,923 0,6 9,23 10 ଷ. ሿܣߤ 35ሾ Aktív üzemet feltételezve: ሾ ܣሿ. ଵ 100 35 10 3,5 ܫ ߚ ଵ ܫ A kollektor-emitter feszültséget a kimenõ körbõl számítjuk. Erre a Kirchhoff második törvénye szerint felírható egyenlet: ଵ ܫ ଵ 12 0 ଵ 12 ܫ ଵ 12 2 10 ଷ 3,5 10 ଷ 5 ሾ ሿ. R B1 R B12 esetére érvényes: ଶ ଶ ଶ ଵଶ 12 10 10 ଷ 10 10 ଷ 12 1,33ሾ ሿ 80 10ଷ ଶ ಳమ ಳభమ ଵ ଵయ ଵ య 8,89ሾ Ùሿ. ಳమ ಳభమ ଵ ଵ య ଵ య A bázisáram értéke: ଶ ଶ ܫ ଶ 1,33 0,6 8,89 10 ଷ. ሿܣߤ 82,5ሾ Aktív üzemet feltételezve: 8,25ሾ ܣሿ. ଶ 100 84 10 ܫ ߚ ଶ ܫ A kollektor-emitter feszültséget a kimenõ körbõl számítjuk. Erre a Kirchhoff második törvénye szerint felírható egyenlet: ଶ ܫ ଶ 12 0 ଶ 12 ܫ ଶ 12 2 10 ଷ 8,25 10 ଷ 4,5 ሾ ሿ. 2
A kapott eredmény nem lehetséges, a kollektor-emitter feszültség nem lehet negatív, mert érvényes: U CE U CES. Ilyen esetben a tényleges kollektor feszültség: U CE U CES 0,2V, A kollektor áram pedig: 12 12 0,2 ܫ 5,9 ሾ ܣሿ 2 10ଷ Ez esetben (telítési tartomány) érvényes: I C2 5,9 [ma]<â I B2 8,25 [ma]. 2.2. Határozzuk meg a rajzon látható bipoláris tranzisztor munkapontját és munka-egyenesét R E1 0 és R E2 100[Ù] esetére! Adott: U BE 0,6[V], â100. RB1 120 kohm 12V Az elsõ esetben (R E R E1 ) érvényes a 11. gyakorlat 2.2.-es feladatában alkalmazott helyettesítõ ábra: RB2 10 kohm RE RT UT IB UBE 0,6V IC UCE UCC 12V Ott megkaptuk: I C1 3,5[mA], U CE1 5[V], ami egyértelmûen meghatározza a munka-pontot erre az esetre. A munka-egyenes képletét már szintén levezettük erre az esetre: ଵ ܫ ଵ 12 0 ܫ ଵ ଵଶ ಶభ 6 10 ଷ ಶభ ଶ ଵ య. A munka-egyenest és a munka-pontot erre az esetre a következõ ábrán szemléltetjük: 6 5 IC[mA] 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 UCE[V] 3
A második esetben, ha R E R E2 100[Ù], a helyettesítõ ábra a következõképpen módosul: RT IB UBE E IC UT 0,6V IE RE 100 ohm UCE UCC 12V A munka-pont számításához felírjuk Kirchhoff második törvényét a bemenõ áramkörre (bal oldali hurok): 0. ଶ ܫ ଶ ଶ ܫ Mivel I E2 I C2 I B2 â I B2 I B2 (â1) I B2, következik: ଶ ܫ 0. ଶ ܫ 1ሻ ߚሺ ଶ ଶ ܫ. ߚሺ 1ሻ ଶ Felhasználva a korábban kiszámított értékeket, a következõ paramétereket kapjuk: U T U T1 923[mV] és R T R T1 9,23[kÙ], 0,923 0,6 ଶ ܫ 9,23 10 ଷ ሺ100 1ሻ 400 ሿܣߤ 16,7ሾ Innen következik: 1,67ሾ ܣሿ, ଶ ܫ ߚ ଶ ܫ A kollektor-emitter feszültséget a kimenõ körre, Kirchhoff második törvénye alapján, felírt egyenletbõl kapjuk: ܫ ଶ ଶ ଶ ܫ ଶ 0 ଶ ܫ ଶ ଶ ܫ. Illetve: ଶ ܫ ଶ ଶ ܫሺ ଶ ܫ ଶ ሻ ܫ ଶ ଶ ܫቀ ଶ మ ఉ ቁ. ଶ ܫ ଶ ଶ ܫ൬ ଶ ܫ ଶ ൰ ߚ ଶ ൬1 1 ܫ ଶ ଶ ܫ ൰ ߚ ଶ ܫ ଶ ቂ ଶ ቀ1 ଵ ቁቃ (a munkaegyenes egyenlete) ఉ Behelyettesítve I C2 korábban kapott értékét megkapjuk a kollektor-emitter feszültség munkaponti értékét: ଶ 12 1,67 10 ଷ 2 10 ଷ 100 ൬1 1 ൰൨ 8,49 100 A munka-egyenes az U CE tengelyt U CE0 12[V]-ban metszi, az I C tengelyt a következõ pontban metszi: ଶ 0 ܫ ଶ ቂ ଶ ቀ1 ଵ ఉ ቁቃ ܫ ଶ 5,7ሾ ܣሿ 6 5 4 3 IC[mA] ଵଶ ಶమ ቀଵ భ ቁ ଶ ଵ య ଵቀଵ భ భబబ ቁ 2 1 0 4 UCE[V] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
3. A bipoláris tranzisztort helyettesítõ kisjelû modell paramétereinek meghatározása 3.1. Az ábrán egy bipoláris tranzisztor kimeneti jelleggörbéit láthatjuk. Számítsuk ki az I B 100 [ìa] és U CE 5 [V] értékekkel megadott munka-pontban a tranzisztor kisjelû modelljének paramétereit (g m, r ð )! Adott U T kt/e25[mv]. A tranzisztor nyugalmi kollektor árama a megfelelõ diagramról leolvasva: I C 26 [ma]. Mivel aktív üzemrõl van szó, érvényes: ܫ ߚ ܫ ߚ ܫ ݎ గ ߚ ଶ ଵషయ ಳ ଵ ଵ 26 10 ଷ 1,04ሾ ሿ 25 10 ଷ 260 1,04 250ሾÙሿ. షల 260. 5
4. Egytranzisztoros erõsítõk paramétereinek számítása 4.1. Határozzuk meg az ábrán látható egytranzisztoros erõsítõ feszültségerõsítését (az 1.1. feladatban használatos kapcsolási rajz lett kiegészítve) A u u o /u g és bemeneti ellenállását R i i g /u g. Ismert â100, I C 3,5[mA], kt/eu T 25[mV]. Ug Rg 200 ohm CS1 RB1 120 kohm RB2 10 kohm 12V CS2 RL 5 kohm Uo Kis jelekre a megfelelõ helyettesítõ ábra (modell) a következõ: Rg Ug 200 ohm RB 9,23 kohm Rpi U1 gmu1 RL 5 kohm Uo A tranzisztor kisjelû modelljének paraméterei: ܫ 3,5 10 ଷ 0,14ሾ ሿ, 25 10 ଷ ݎ గ ఉ ଵ 714ሾÙሿ.,ଵସ Az u 1 feszültség számítása: గ ݎ ଵ ݑ 9230 714 ݑ ݎ గ 200 9230 714 ݑ 0,768 ݑ A kimeneti feszültség számítása:. ଵ ݑ 200 ଵ ݑ ሺ2000 5000ሻ ଵ ሺ ሻ 0,14 ݑ ݑ Ezek az eredmények alapján a feszültségerõsítés: ݑ ௨ ܣ ݑ ଵ ݑ 153,6 ݑ ଵ ݑ ݑ A bemeneti ellenállás: ݑ ݎหȁ గ 200 9230ȁห714 863ሾÙሿ. 6