Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Orbis pictus 21. století Tranzistory I. Obor: Elektriář Ročník: 1. Vypracoval: Ing. Jiří Šebesta, Ph.D. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Tranzistor je třívrstvá polovodičová součástka, jejíž hlavní funkcí je zesílení (napětí, proudu, výkonu). Pouzdra tranzistorů

Tranzistory se dělí na bipolární (dva druhy nosičů) a unipolární (jeden druh majoritních nosičů – v kanále) Bipolární tranzistory  Zapojení SE  Zapojení SC  Zapojení SB

Základní katalogové údaje bipolárních tranzisorů  Maximální napětí kolektor – emitor UCEmax Maximální napětí emitor - báze v závěrném směru UEBmax Maximální hodnota kolektorového proudu stejnosměrná IC Maximální hodnota kolektorového proudu špičková ICmax Maximální hodnota bázového proudu špičková IBmax Dovolená celková výkonová ztráta PCmax nebo PTOT Proudový zesilovací činitel v zapojení SE pro stejnosměrný signál h21E Saturační napětí kolektor – emitor UCEsat (pro parametr IB a IC)  Napětí v báze – emitor v propustném směru UBE (pro parametr IC a UCE) Tranzitní kmitočet fT

Příklad katalogových parametrů tranzisoru BC337

Základní vztahy pro bipolární tranzistor Zapojení SE – výstupní charakteristiky

Nastavení pracovního bodu zapojení SE podle vstupní charakteristiky Podle požadavků na kolek-torový proud IC a napětí kolektor – emitor UCE určíme z výstupní charakteristiky potřebný budící bázový proud (např. 40 A). Ze vstupní charakteristiky ur-číme potřebné předpětí báze – emitor (0,67 V). Nejjednodušší metoda s bá-zovým rezistorem (využívá se společného napájení výstupního i bázového obvodu).

Pro napětí URB na rezistoru RB platí: Proud rezistorem RB je v klidovém stavu (na vstupu není zesilovaný signál) stej-ný jako žádaný bázový proud. Pak platí: Např. bude-li napájecí napětí UN = 12 V, pak: Zvolíme rezistor 270 k z řady E12.

Druhá varianta pro nastavení pracovního bodu využívá rezistorového děliče v obvodu báze. Proud děličem zvolíme takový, aby byl řádově ná-sobně vyšší než požadovaný proud do báze, v našem případě například IRB = 0,4 mA (10x větší než IB). Napětí na rezistoru RB2 je shodné s požadovaným UBE, proto musí platit: Zvolíme rezistor 1,8 k z řady E12.  Pro RB1 platí: Zvolíme rezistor 27 k.

Čím větší bude rozdíl proudu děličem oproti bázovému proudu, tím menší bude vliv bázového proudu na určení hodnot odporů děliče. Proud děličem však nelze zvyšovat příliš, jednak by se velký proud děličem projevil vyšší spotřebou celého zesilovače a za druhé by vycházely příliš malé hodnoty rezistorů, což se by se projevilo na snížení vstupního odporu, pro střídavý signál generátoru je vstupní odpor dán paralelní kombinací RPN-BE (odpor přechodu báze – emitor), RB1 a RB2. U bipolárních tranzistorů vzniká problém s ohříváním PN přechodu BE, který má podobné teplotní charakteristiky jako křemíková dioda (s rostoucí teplotou se vstupní charakteristika posouvá doleva, tzn. prahové napětí se posouvá k 0). Při ohřívání přechodu tranzistoru (kolektorovou výkonovou ztrátou) se tedy mění původně nastavený pracovní bod. Tranzis-

tor se tím stále více otvírá (posuv vstupní charakteristiky doleva způsobí větší bázový proud) a kolektorový proud stále roste a vzrůstá i kolektorová ztráta, která ještě více ohřívá tranzistor. Celý proces končí teplotním zničením tranzistoru. Pro teplotní stabilizaci je nutné zavedení zpětné vazby. Princip zpětné vazby spočívá v přičtení (kladná ZV) nebo odečtení (záporná ZV) části výstupní veličiny ke vstupní. V případě záporné zpětné vazby nárůst veličiny na výstupu (napětí či proudu) se projeví na vstupu omezením řídící veličiny (např. bázového proudu) a tím zpětným poklesem (stabilizaci) výstupní veličiny. Záporná ZV rovněž přispívá k omezení zkreslení u zesilovačů.

Typické řešení záporné zpětné vazby – napěťové Bázové děliče pro definici pracovního bodu jsou napájeny z uzlu kolektoru a kolektoro-vého rezistoru RC. Protože je zpětná vazba odvozena od výstupního napětí (kolektorového) jedná se napěťovou zápornou zpětnou vazbu. Pokud se vlivem zvýšené teploty posune pracovní bod a vzroste kolektorový proud, zvětší se i úbytek napětí na rezistoru RC a tím poklesne napětí na kolektoru. Toto snížené napětí je také napájecí napětí bázového děliče, proto se posune i pracovní bod zpět k menšímu buzení – dochází k teplotní stabilizaci.

Pokud je záporná ZV příliš velká, lze ji upravit tím, rozdělíme kolektorový rezistor na dvě části RC1 a RC2 a napájení bázového děliče pro nastavení pracovního bodu posuneme blíže napájecímu napětí. Záporná zpětná vazba působí jak na stejnosměrné bázové předpětí, tak i na zesilovaný střídavý signál, čímž dochází k omezení přebuzení a zkreslení.

Typické řešení záporné zpětné vazby - proudové  Pokud se vlivem zvýšené teploty posune pracovní bod a vzroste kolektorový proud, zvětší se i emitorový proud a vzroste úbytek napětí na rezistoru RE. Tím poklesne napětí báze – emitor UBE a pracovní bod se stabilizuje.  Protože je snímanou výstupní veličinou emitorový proud, hovoří se proudové zpětné vazbě.

Děkuji Vám za pozornost Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Jiří Šebesta Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky