Comutarea Tranzistorului Bipolar

Comutarea tranzistorului bipolar

Scopul lucrarii

Scopul lucrarii: se studiaza regimul de comutare al tranzistorului bipolar, se masoara timpii de comutare directa si inversa, precum si influenta diferitelor elemente ale schemei asupra acestora; se studiaza eficienta unor scheme de accelerare a comutarii si de evitare a intrarii in saturatie a tranzistorului.

Elemente teoretice

Regimul de comutare al unui tranzistor bipolar consta din trecerea lui din starea de blocare in starea de conductie - in regiunea activa normala sau in saturatie - si invers.

In starea de blocare, ambele jonctiuni ale tranzistoarelor sunt polarizate invers; prin tranzistor circula curentii Icbo si Icoo (in conexiunea EC), de obicei, neglijabili pentru tranzistoarele din siliciu, astfel incat tensiunile la bornele tranzistoarelor blocate sunt determinate numai de elementele circuitului exterior acestora.

In starea de conductie, tranzistorul are jonctiunea baza-emitor polarizata direct iar jonctiunea colector-baza este fie blocata (in cazul functionarii in regiunea activa normala) fie polarizata direct (in cazul in care tranzistorul functioneaza la saturatie). Functionarea tranzistorului in saturatie, in circuitele de comutatie, prezinta avantaje, precum realizarea unui coeficient bun de utilizare a tensiunii de alimentare, putere disipata mica pe tranzistor, stabilitate a tensiunii de iesire, dar are si dezavantajul unui timp de comutare inversa mai mare, datorita sarcinilor stocate suplimentar in baza.

Conditia de functionare in saturatie a unui tranzistor bipolar este ca si jonctiunea colector-baza a tranzistorului sa fie polarizata direct, ceea ce, pentru circuitul din fig. 19.1 devine:

(19.1)

unde IBS este curentul de baza la saturatie incipienta iar IB1 este curentul direct prin baza tranzistorului.

In saturatie, tranzistorul este caracterizat prin tensiunea

baza-emitor, VBE, de circa 0,7 - 0,9 V (in functie de curentul de emitor) si prin tensiunea de colector de saturatie, Vcesat, de circa

0,1 - 0,3 V (in functie de curentul de colector), neglijabila.

Tensiunile pe jonctiuni fiind foarte mici sau, oricum, cunoscute, pentru un tranzistor bipolar saturat, curentii prin el sunt determinati de elementele circuitului exterior. Se adauga si relatia: IE = IB + IC.

In regiunea de saturatie, tranzistorul este caracterizat si prin gradul de saturatie:

(19.2)

Intarzierea, la comutarea dintr-o stare in alta, a tranzistorului, este determinata atat de fenomenele de acumulare a sarcinii de purtatori in baza tranzistorului, caracterizate prin constantele de timp tn (constanta de timp de viata a electronilor minoritari in exces in baza) si ts (constanta de timp de stocare) cat si de capacitatile de bariera ale jonctiunilor tranzistorului, Cbe, ce conteaza cand tranzistorul este blocat, respectiv Cbc ce conteaza si cand tranzistorul este deschis, in regiunea activa normala (in special, la rezistente de colector de valoare mare).

Pentru tranzistoarele de comutatie, se iau masuri tehnologice pentru micsorarea constantelor de timp tn si ts (crearea unor centri de recombinare suplimentari prin dopare cu atomi de aur, concentratii mari de impuritati) si a capacitatilor de bariera (suprafete mici ale jonctiunilor). Rezulta curenti reziduali ai jonctiunilor de valoare mica si, deci, tensiuni directe pe jonctiuni deschise de valori mai mari (circa 0,7 - 0,9 V); de asemeni, factorul de curent al tranzistorului, b0, va avea valori relativ mici, de circa 30-50, avand in vedere recombinarea favorizata a purtatorilor minoritari in baza.