Bipolární tranzistory

Režimy činnosti bipolárního tranzistoru

režim činnosti přechod EB přechod CB
aktivní normální propustný směr závěrný směr
aktivní inverzní závěrný směr propustný směr
saturační propustný směr propustný směr
závěrný závěrný směr závěrný směr
průraz propustný směr průraz

Struktura bipolárního tranzistoru
E
B
C
emitor báze kolektor
ochuzená vrstva
přechodu
emitor-báze
ochuzená vrstva
přechodu
kolektor-báze






























































Tranzistory npn, pnp
zapojení se společným
(uzemněným) emitorem,
aktivní normální režim
IE = IC + IB
UCE = UCB + UBE
tranzistor npn -
+
IC
n
emitor
p
báze
n
kolektor
+ -
IB
IE
UCC
UBB
UBE
UCB
UCE
IC
IE
IB
+ UCC
UBB +
zapojení se společným
(uzemněným) emitorem,
aktivní normální režim
IE = IC + IB
UEC = UEB + UBC
tranzistor pnp
UBC
IC
p
emitor
n
báze
p
kolektor
+ -
- +
IB
IE
UCC
UBB
UEB
UEC
IC
IE
IB
- UCC
UBB -






























































Charakteristiky bipolárního tranzistoru
tranzistor npn, zapojení SE
výstupní
konstICEC BUfI == )(
proudová převodní
konstUBC CEIfI == )(
vstupní
konstUBEB CEUfI == )(
UCE = 0
UCE > 5 V
UCE > 0,5 V
IB [µA]
UCE [V]
IC [mA]
IB [µA]
napěťová převodní
konstICEBE BUfU == )(
IB
UBE [mV]






























































REŽIMY ČINNOSTI TRANZISTORU
a jim odpovídající oblasti
ve výstupních charakteristikách SE
UCE
IC
IB = 0
IB
režim závěrný
přechod BE i BC
v závěrném směru
UBE = 0
hranice závěrného
režimu
režim saturace
přechod BE i BC
v propustném směru
režim aktivní normální
přechod BE v propustném směru
přechod BC v závěrném směru
UBC = 0
hranice režimu
saturace

Proudové zesílení bipolárního tranzistoru

Proudový zesilovací činitel
pro zapojení se společným emitorem:

● stejnosměrný:

BdcCEBdcC
PB
C
PB
CEC
dc IIIII
I
I
II β≈+β=⇒



≈



 −=β
0
0

● střídavý (dynamický, pro malý signál):

B
dc
Bdc
konstUB
C
konstUB
C
ac III
I
I
I
CECE
∂
β∂+β=




∂
∂→




∆
∆=β
== ..








Kolektorový a emitorový proud:


BBCE
BC
IIII
II
)1( +β=+=
β=




● rozdíl mezi zesilovacími činiteli βdc a βac
vzniká v důsledku závislosti βdc na proudu
● rozdíl mezi βdc a βac je malý, obvykle do 5 %,
často se zanedbává







Příklad

a) Určete pracovní bod bipolárního
tranzistoru zapojeného podle obr.
Ω=Ω== k 2,2,k 470 V,12 CBCC RRU
,
proudový zesilovací činitel 120=β .

b) Zakreslete pracovní bod ve
výstupních charakteristikách.

c) Do výstupních charakteristik
zakreslete, jak se změní poloha
zatěžovací přímky a pracovního bodu v těchto případech:
(i) změní se odpor RC, (ii) změní se napájecí napětí UN, (iii)
změní se odpor RB.

Řešení:

Předpokládáme, že tranzistor pracuje v aktivním normálním
režimu ⇒ V7,0=BEU

V95,4 V7,0 V65,5
V65,5mA 89,2 k 2,2 V12

mA 91,2)1(
mA 89,2A 24120
A 24k 470 V)7,012(
=−=−=
=×Ω−=
−=⇒+=
=+β=+=
=µ×=β=
µ=Ω−=−=⇒+=
BECECB
CCCCCECECCCC
BBCE
BC
B
BECCBBEBBCC
UUU
IRUUUIRU
IIII
II
R
UUIUIRU




Obvody pro nastavení pracovního bodu
bipolárního tranzistoru
+ UCC
RC R
B IC
IE
IB
UBE
UCB
UCE






























































UCE
IC
IB = 0
UCC
UCC/RC
IB = konst. P
UCE(P)
IC(P)
UCC = RCIC + UCE
zatěžovací přímka
+ UCC
RC R
B IC
IE
IB
UBE
UCB
UCE
Poloha pracovního bodu ve
výstupních charakteristikách






























































UCC = RBIB + UBE
UCC = RCIC + UCE

► změna kolektorového odporu RC
UCE
IC
UCC
UCC/RC
UCC/(RC - ∆RC)
UCC/(RC + ∆RC)
IB
IB = konst.
► změna bázového odporu RB
UCC = RBIB + UBE
UCC = RCIC + UCE

UCE
IC
UCC
UCC/RC
IB
IB +DIB … (RB -DRB)
IB -DIB … (RB +DRB)






























































► změna napájecího napětí UCC
UCE
IC
UCC
UCC/RC
(UCC +DUCC)/RC
IB
(UCC -DUCC)/RC
UCC -DUCC UCC +DUCC
IB +DIB … UCC +DUCC
IB - DIB … UCC -DUCC
UCC = RBIB + UBE
UCC = RCIC + UCE

Příklad

Určete pracovní bod bipolárního
tranzistoru zapojeného podle obr.

120
k 8,0
k 2,2
k 560
V15
=β
Ω=
Ω=
Ω=
=
E
C
B
CC
R
R
R
U





V44.6
V14.7
mA 63.2)1(
mA 61.2
A 8.21)1(
)1(
V7.0
=−=
=−−=
++=
=+β=+=
=β=
µ=+β+ −=
+β++=
++=
=
BECECB
EECCCCCE
EECECCCC
BBCE
BC
EB
BECC
B
BEBEBBCC
EEBEBBCC
BE
UUU
IRIRUU
IRUIRU
IIII
II
RR
UUI
IRUIRU
IRUIRU
U








+ UCC
RC
RB
RE
IC
IE
IB U
BE
UCE
UCB
+ UCC
RC
RB
UBE
UC
UCB
IC
IE
IB
IB
IB + IC
Příklad

Určete pracovní bod bipolárního
tranzistoru zapojeného podle obr.

100
k 6,5
k 560
V16
=β
Ω=
Ω=
=
C
B
CC
R
R
U










V61.7
V31.8)(
)(
mA 37.1)1(
mA 36.1
A 6.13)1(
)1(
)(
V7.0
=−=
=+−=
++=
=+β=+=
=β=
µ=+β+ −=
+++β=
+++=
=
BECECB
BCCCCCE
CECBCCC
BBCE
BC
CB
BECC
B
BEBBBCCC
BEBBCBCCC
BE
UUU
IIRUU
UIIRU
IIII
II
RR
UUI
UIRIRU
UIRIIRU
U






Příklad

Určete pra