Dispozitive și Circuite Electronice - Tranzistoarele

LUCREAREA NR.2

CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR

1. Scopul lucrarii : Ridicarea caracteristicilor statice ale tranzistorului bipolar în conexiunile emitor-comun (EC) si baza-comuna (BC), determinarea unor parametrii de curent continuu si de regim dinamic al tranzistorului bipolar.

2. În fig.2.1 este reprezentat simbolul unui tranzistor NPN cu precizarea sensului curentilor si tensiunilor asa cum vor fi folosite în aceasta lucrare. Între aceste marimi se pot scrie relatiile (2.1) si (2.2).

3. Comportarea tranzistorului bipolar în regim continuu este definita de relatiile ce descriu dependenta curentilor si de tensiunile aplicate la bornele celor doua jonctiuni si . În regiunea activa normala, jonctiunea emitor-baza polarizata direct si jonctiunea colector-baza polarizata invers, relatiile de baza pentru curenti pentru un tranzistor NPN sunt: (2.3) si (2.4). În aceste relatii este suprafata jonctiunii baza-emitor, este constanta de difuzie a purtatorilor minoritari din baza (electronii) a caror concentratie este , = 26 mV la temperatura camerei, este grosimea efectiva a bazei data de relatia (2.5) ( este grosimea fizica a bazei, este bariera de potential a jonctiunii colector-baza dependenta de concentratiile de purtatori majoritari din baza si din colector , iar este permeativitatea electrica a materialului din care este confectionat tranzistorul) ; se constata ca, la cresterea tensiunii de polarizare inversa a jonctiunii baza-colactor, grosimea efectiva a bazei scade. Parametrul este factorul de curent al tranzistorului în conexiunea baza comuna si are expresia aproximativa : (2.6), unde si sunt lungimile de difuzie ale electronilor (în baza) respectiv ale golurilor (în emitor) iar si sunt conductivitatile electrice ale bazei, respectiv emitorului. Se remarca dependenta lui de tensiunea colector baza prin intermediul lui .

4. Din punct de vedere practic, pentru determinarea regimului de functionare in curent continuu, este necesara cunoasterea carcateristicilor statice de intrare, de transfer direct si de iesire (numai doua dintr ele sunt independente), cu particularitati specifice fiecarui mod de conexiune. În conexiunea baza comuna, electrodul de referinta este baza iar în conexiunea emitor comun electrodul de referinta va fi emitorul.

Din punct de vedere dinamic, la semnale mici (când caracteristicile statice pot fi liniarizate in jurul; punctului static de functionare), lent variabile, tranzistorului poate fi caracterizat prin parametrii de cuadripol definiti prin ecuatiile (2.7) unde , , si sunt marimile variabile sinusoidale, cu sensurile obisnuite acceptate pentru cuadripoli (fig.2.1). Parametrii vor fi indexati sau dupa cum tranzistorul este utilizat în conexiunea BC sau EC; de multe ori se noateaza .

5. Caracteristica de intrare a tranzistorului în conexiunea BC adica , se deduce din relatia 2.3, în care se înlocuieste . Reprezentarea grafica este data în fig.2.2, unde s-a considerat ca parametru, tensiunea . Se constata caracterul exponential al caracteristicii de intrare si influenta mica a tensiunii de colector asupra caracteristicii de intrare. Exponentul poate fi afectat de coeficientul , ca la dioda semiconductoare, determinarea lui experimentala facându-se în acelasi mod.

6. Caracteristica de transfer este descrisa de ecuatia (2.4) si este reprezentata grafic în fig.2.3; factorul de curent , care da panta acestei drepte, variaza foarte putin cu tensiunea (prin intermediul lui ) si cu curentul de colector (scadere atât la curenti mici cât si la curenti mari, dependenta care nu rezulta din traiectoria elementara a tranzistorului). Factorul de curent al tranzistorului în conexiunea baza comuna, , se calculeaza cu relatia (2.8) dar precizia acestei relatii este puternic afectata de imprecizia masurarilor curentilor si , de valori foarte apropiate. Pentru masurarea factorului de curent se prefera relatia (2.15), dupa masurarea factorului de curent în conexiunea EC, .

este curentul jonctiunii colector-baza polarizate invers cu emitorul în gol, de valoare foarte mica pentru tranzistoarele realizate din siliciu si dependent de tensiunea .

7. Caracteristicile de iesire , sunt determinate de relatiile (2.4) si (2.6) si sunt reprezentate grafic în fig.2.4. Se constata dependenât foarte mica a curentului de colector de tensiunea în regiunea activa normala, caracteristicile fiind practic orizontale si echidistante, pentru trepte constante ale curentului de emitor (ceea ce confera tranzistorului în conexiunea BC caracterul de generator de curent). Pentru tensiuni < 0, curentul de colector scade datorita polarizarii in conductie directa si a jonctiunii colector-baza, ceea ce duce la functionarea tranzistorului în regiunea de saturatie.

8. În circuitul elementar din fig.2.5, punctul static de functionare se determina prin rezolvarea grafo-analitica a sistemului de ecuatii (2.9) unde valoarea curentului de emitor este fixata de circuitul de intrare (în lucrare, de catre generatorul de curent). În fig.2.4 în planul caracteristicilor statice, se traseaza drepte de sarcina si, pentru , se obtine punctul static de