3.1 CIRCUITE DE POLARIZARE

Transcript

1 3. D POLAZA rctele de polarzare asgră fncńonarea tranzstorl în pnctl statc de fncńonare dort. Pnctl statc de fncńonare (psf) reprezntă valoarea ărlor electrce dn tranzstor, ăsrate în crent contn. Fnd n dspoztv c tre ternale, tranzstorl este caracterzat în cc de 3 crenń ş 3 tensn. Defnrea psf se face c o lńe de 4 ăr electrce, do crenń ş doă tensn, zal {,,, }, celelalte doă ăr electrce rezltă dn cele doă teoree ale l Krchhoff aplcate tranzstorl. Adesea se consderă sfcentă preczarea psf c ajtorl perech tensne-crent de eşre, {, }, pereche care reprezntă coordonatele n pnct în planl caracterstclor de eşre ale tranzstorl în conexnea. Pentr polarzarea tranzstorl în AN trebe asgrată polarzarea drectă a joncńn - ş polarzarea nversă a joncńn -. ea a drectă solńe de polarzare este tlzarea a doă crcte de polarzare dstncte pentr bază ş colector, solńe prezentată în fgra 3.6.a. rctl de polarzare pentr tranzstorl pnp este prezentat în fgra 3.6.c. N a) b) c) Fg rcte de polarzare c doă srse de alentare. a) schea de prncp pentr de tp npn, b) schea echvalentă splfcată, c) schea de prncp pt. pnp, (s-a obńnt prn nversarea polartăń srselor). Sensl crenńlor prn tranzstoare s-a ales confor convenńe dn paragrafl Deternarea psf tlzând odell de senal are O etodă a splă de deternare a psf este prn calcl drect c schea echvalentă (splfcată) a tranzstorl dn fgra 3.6.b. Se prespn cnoscń paraetr statc a, N ş. Dacă n se cnosc, se pot consdera valor în ntervalele: = 0,6...0,8V ş N = pentr tranzstoarele zale (slc, că ptere). Se observă dspersa are a valor factorl de aplfcare N, notat a splă c. În lpsa nor nforań a precse despre paraetr, se poate consdera o estare nńală pentr aceşta la o valoare ede a ntervalelor preczate. Se deternă crentl de bază aplcând 2K pe bcla de ntrare: = (3.24). rentl de colector este fxat (confor schee echvalente) de generatorl de crent (coandat) dn colectorl tranzstorl confor relańe:

2 = (3.25). ensnea colector-etor rezltă dn 2K aplcată pe bcla de eşre: = (3.26). La tranzstoarele de tp pnp sensl tensnlor de polarzare se schbă, confor fgr 3.6.c, dec aceste tensn apar în calcle c valor negatve. alclele se fac c relańle de a ss, dar crenń se a c sen schbat ş tensnle pe tranzstor rezltă negatve: < 0, < Polarzarea de la o sngră srsă de alentare Dezavantajl evdent al crctelor de polarzare prezentate în paragrafele precedente este tlzarea a doă srse de alentare. Pentr crctele dn fgra 3.6, în locl celor doă srse se poate tlza o srsă ncă atât pentr polarzarea baze cât ş a colectorl, ca în fgra a) b) c) d) Fg rcte de polarzare c srsă de alentare ncă. rctele de polarzare dn fgra 3.9 pnctele a), c) snt pentr tranzstoare npn, ar cele de la pnctele b), d) pentr tranzstoare pnp. În scheele c) ş d) în locl srse de alentare s-a notat potenńall borne de alentare a crctl (fańă de asă). Acest od de a nota srsele de alentare se va tlza în contnare pentr a splfca scheele VaraŃa psf c teperatra Dpă c s-a arătat în paragrafl 3.3., paraetr tranzstorl varază c teperatra: - Factorl creşte c creşterea teperatr, coefcentl tpc fnd de 0,7%/ o ; - Valoare tpcă a coefcentl de teperatră al tensn este de -2V/ o. Modfcarea acestor paraetr a dce la odfcarea psf. În crctele de polarzare prezentate, tensnea are o portanńă relatv redsă (întrcât << ) ş dec varańa acestea c teperatra n va nflenńa senfcatv crentl. Pentr constant varańa factorl de aplfcare c teperatra va dce la odfcarea în aceeaş ăsră a valor crentl de colector deoarece =. Prn rare coefcentl de varańe al crentl statc c teperatra va f acelaş c coefcentl l. 2

3 3..4 rct de polarzare c ş c dvzor în bază edcerea nflenńe paraetrlor tranzstoarelor aspra psf se realzează prn ntrodcerea rezstorl între etorl tranzstorl ş asă. rctl de prncp pentr tranzstorl npn este prezentat în fgra 3.20.a, ar crctl practc cel a des tlzat este cel dn fgra 3.20.c. 2 A a) b) c) 2 A d) A Fg rcte de polarzare c ; Schea prncpală: a) c doă srse, b) c srsă ncă; c) Schea tlzată practc ş d) echvalarea dvzorl de polarzare a baze (pentr cazl c). Prn înlocrea dvzorl dn bază c srsa hévenn echvalentă (fgra 3.20.d) crctl de polarzare se redce la cel dn fgra 3.20.a. Paraetr srse hévenn se calclează confor fgr 3.20.d: = = 0 2 = 2, = 2 (3.29). Stablzarea psf fańă de varańle factorl de aplfcare în crent al tranzstorl are loc dpă rătorl ecans: - La creşterea l (datorată creşter teperatr sa înlocr tranzstorl c n altl c a are) creşte crentl de colector: - tensnea în etorl tranzstorl creşte: = ( ) = (3.30), = (3.3), - dar crentl de bază al tranzstorl scade: = (3.32) - copensând o parte dn creşterea crentl de colector în relańa (3.30) creşte, scade. rentl de colector rezltă prn înlocrea sccesvă a relańlor (3.3) în (3.32) ş (3.32) în (3.30). ezltă astfel: ( ) ( ) = (3.33) ş pentr << (condńe care se poate realza deoarece este de ordnl stelor), crentl de colector n a depnde senfcatv de : 3

4 ( ) ( ) (3.34). fectl varańe tensn (de exepl varańa c teperatra este de crca 2V/ ) este nesenfcatv dacă nărătorl exprese (3.34) este lt a are decât respectva varańe. În fnal se verfcă dacă tranzstorl este în reg actv noral; tensnea în colector trebe să fe a are decât în bază, sa >. se calclează dn 2K c relańa: ( ) (3.35). Densonarea crctl de polarzare onfor celor arătate anteror, la proectarea crctl de polarzare trebe ca rezstenńa de etor să fe sfcent de are >> / sa (Ńnând seaa că la crctele practce 2 > ) rezltă o condńe între coponentele crctl (a convenablă la proectare): >> 2 (3.36). ondńa (3.34) este echvalentă c negljarea rezstenńe în schea dn fgra 3.20.a sa altfel sps tensnea în baza tranzstorl n depnde de crentl de bază. Dn pnctl de vedere al crenńlor dn crct, aceasta se redce la a alege prn dvzor n crent sfcent de are: Dv > > (3.37), sa o condńe echvalentă, a şor de tlzat practc (valablă deoarece >>0, sa >00) este: > 0 (3.38). Dv ele tre relań anteroare snt aproxatv echvalente; la densonarea crctl de polarzare se va tlza cea a potrvtă dntre ele în fncńe de datele de proectare dsponble. Dn ecańa de contntate a tranzstorl, pentr n sfcent de are: = = =, >> (3.39). Acest crent (aproxatv dentc în colector ş în etor) se spne crent prn tranzstor. AproxaŃa dn relańa precedentă se foloseşte adesea la calcll crctelor c tranzstoare. Pentr a redce dependenńa crentl de polarzare a colectorl de varańle tensn c teperatra, rezstenńa se alege de obce astfel încât tensnea de etor să fe: = = VK 3 (3.40). 4

5 3.2 ANZSOL ÎN GM DNAM ranzstoarele snt foloste în reg lnar a ales ca aplfcatoare. Pentr a fncńona ca aplfcator, tranzstorl trebe polarzat în AN c ajtorl n crct de polarzare care are roll de a fxa n crent contn prn tranzstor. Prn analza regl dnac al tranzstorl se înńelege analza fncńonăr acesta dn pnctl de vedere al varańlor ărlor electrce prn tranzstor. Analza coportăr tranzstorl la varań se poate face c ajtorl caracterstclor statce ale acesta sa c ajtorl odelelor de reg dnac ale tranzstorl, odele tle pentr analza fncńonăr tranzstorl în ca. La cel a spl crct în care tranzstorl fncńonează ca aplfcator (de tensne) de ca, cel dn fgra 3.2.a, senall de eşre poate f analzat tlzând caracterstca de transfer a tranzstorl ca în fgra 3.2.b. P c t a) 0 b) Fg FncŃonarea în reg dnac a) Schea prncpală, b) Analza fncńonăr pe caracterstca de transfer. n senal c de ntrare spraps peste o tensne de polarzare prodce o varańe a crentl de colector c aceaş foră de ndă. t aracterstca de transfer a tranzstorl dn fgra 3.2.b este o caracterstcă de tp exponenńal, confor ecańe tranzstorl (3.2). Pentr a obńne o fncńonare cât a lnară trebesc îndeplnte doă condń: - tensnea varablă de ntrare (ntă senal de ntrare) trebe sprapsă peste o tensne contnă (ntă tensne de polarzare a ntrăr) ş - nvell senall de ntrare trebe să fe sfcent de c pentr a ptea aproxa crba exponenńală c o dreaptă. ensnea de polarzare a ntrăr deternă pozńa pnctl statc de fncńonare (psf ) P, valoarea crentl contn prn tranzstor ş plct valoarea tensn statce la eşre. La aplcarea senall varabl la ntrare, tensnea nstantanee de ntrare se odfcă ş pnctl de fncńonare al tranzstorl se deplasează în jrl psf. Dpă c se vede în fgra 3.2.b, crentl prn tranzstor se odfcă ş plct se va odfca ş tensne de colector a tranzstorl: 5

6 =. ensnea de colector scade atnc când crentl de colector creşte (creştere cazată de creşterea tensn senall de ntrare) ş dec senall de eşre (varańa tensn de colector) este în antfază c senall de ntrare. ensnea de polarzare a ntrăr trebe aleasă astfel încât senall de eşre să n fe ltat. StaŃa cea a convenablă apare atnc când tensnea de alentare este îpărńtă în od egal între tranzstor ş rezstenńa de colector: = /2. În acest caz apltdnea senall la eşre poate atnge valoarea axă (teoretc /2). Pe de altă parte, c cât senall de ntrare este a are c atât senall de eşre va avea abater de foră a senfcatve (fańă de fora de la ntrare) ş se spne că este dstorsonat. Metoda de analză grafo-analtcă prezentată se tlzează neor la analza de senal are a aplfcatoarelor c tranzstoare. Dacă nvell senall de ntrare este sfcent de c, se folosesc etode de analză analtce lnare. Lnarzarea apare prn aproxarea exponenńale c o dreaptă (tangenta în psf ) astfel încât la analza crctelor dn pnctl de vedere al senall, tranzstoarele pot f înlocte c odele (sa schee echvalente) de reg dnac lnare egl dnac la senal c Se consderă crctl dn fgra 3.22, cel a spl crct c tranzstor în reg dnac. Fg rct splfcat pentr deternarea paraetrlor de reg dnac a tranzstorl. ensnea de colector este fxată de srsa. ensnea în bază are o coponentă de cc ş o coponentă de ca : =. ranzstorl este polarzat în AN, >. Se va analza dependenńa crenńlor prn tranzstor de tensnea varablă, c scopl de a dentfca n crct echvalent de reg dnac pentr tranzstorl bpolar. renń în psf se deternă fără senal la ntrare, =0. onfor (3.2) ş (3.): = S exp, = (3.4). ranscondctanńa Pentr o tensne de senal nenlă, confor ecańe tranzstorl (3.2): = S exp = S exp exp = exp (3.42). 6

7 Dacă se dezvoltă exponenńala în sere de pter ş se reńn pr teren: 2 3 = K (3.43). 2! 3! AproxaŃa dn relańa precedentă este valablă doar dacă: ( practc se adte : < 0V) (3.44). << necańa de a ss este dentă condńe de senal c. Dacă se consderă condńa a concretă <0V (obńntă pentr 25V), atnc eroarea ntrodsă de aproxańa dn relańa (3.43) este a că de 0%. rentl de colector al tranzstorl este: = (3.45). Dn relańa (3.43) rescrsă: = (3.46), rezltă coponenta de senal a crentl: c = = g (3.47), c nde g =, g = (3.48), reprezntă transcondctanńa sa panta tranzstorl. ranscondctanńa este varańa crentl de colector raportată la varańa tensn. Dn pnct de vedere grafc, transcondctanńa poate f nterpretată ca fnd panta caracterstc de transfer a tranzstorl în pnctl statc de fncńonare P (dn fgra 3.2.b): g d = d onfor relańe (3.47), în ca la senal c, tranzstorl se coportă ca o srsă de crent controlată în tensne. ezstenńa de ntrare în bază Pentr a deterna rezstenńa văztă de srsa de senal, se va deterna crentl de bază dn (3. a doa relańe, c N înloct c ) ş folosnd (3.46): c = =, = b b = (3.49). łnând seaa de relańa (3.48) se obńne: g b = (3.50). ezstenńa de senal c dntre bază ş etor, prvnd dnspre bază, este prn defnńe: d r = π = sa rπ d b (3.5). 7

8 Dn (3.50) rezltă că rezstenńa de ntrare în bază: rπ = (3.52), g este drect proporńonală c ş nvers proporńonală c (crentl contn de polarzare al tranzstorl). Dn (3.49) ş Ńnând seaa de (3.4) rezltă ş o altă exprese pentr r π : r π = (3.53) Modele de senal c ale tranzstorl bpolar onfor analze dn paragrafele anteroare, se constată că fecare tensne ş crent prn aplfcatorl c tranzstor are o coponentă de cc ş o coponentă de ca. oponentele de cc se deternă c ajtorl crctl echvalent de cc. rctl echvalent de cc se obńne prn înlocrea srse de ca c n scrtcrct (deoarece are valoarea ede nlă) ş eventalele condensatoare dn crct se înlocesc c întrerper de crct. Analza de cc a crctelor s-a făct la stdl crctelor de polarzare a tranzstoarelor. Pe de altă parte, analza fncńonăr crctl dn pnctl de vedere al senall, sa analza de reg dnac (analza varańlor ărlor electrce) se poate face pe baza schee echvalente de ca. Schea echvalentă de ca se obńne prn elnarea srselor de cc, care se înlocesc c scrtcrcte. Se observă că tensnea ne srse de tensne contnă deală este constantă, varańa de tensne este nlă ş de aceea tensnea senall dntre ternalele srse este nlă. Dn acest otv srsele de tensne contnă:, respectv se înlocesc c scrtcrcte. Dacă crctl ar conńne srse deale de crent, acestea s-ar înloc c întrerper de crct. rctl dn fgra 3.23 este tl pentr deternarea tensnlor ş a crenńlor de senal, n este crctl real al aplfcatorl (deoarece n conńne crctele de polarzare). Dacă este îndeplntă condńa de senal c, adcă tensnea de senal este conforă c relańa (3.44), atnc relańle între crenń ş tensnle dn crct snt lnare. elańle lnare dntre ărle electrce specfce tranzstorl pot f reprezentate prn crctele echvalente ale tranzstorl. chvalenńa se păstrează cât tp senall aplcat este c ş aceste crcte se nesc crcte echvalente de senal c ale tranzstorl. b e Fg rct pentr analza de reg dnac. Srsele de cc snt înlocte c scrtcrcte (pasvzate). În scheă apar doar ărle de senal. Acest crct este o reprezentare a fncńonăr dnace, n este crctl real. 8 Modell în π n astfel de crct echvalent este prezentat în fgra 3.24.a; tranzstorl este reprezentat ca o srsă de crent controlată în tensne (Sc) care nclde

9 rezstenńa de ntrare în bază r π. renń prn crctl echvalent snt confor c relańle (3.47) ş (3.5): c = g, b =. n odel şor dfert se poate obńne prn exprarea crentl de colector fncńe de crentl de bază confor relańlor: g r π ( b rπ ) = ( g rπ ) b = b = g ; tranzstorl este o srsă de crent controlată în crent (Sc) ca în fgra 3.24.b. b a) r π e c c g g = b b rπ b) e Fg rcte echvalente de senal c pentr tranzstorl bpolar; tranzstorl ca srsă de crent controlată: a) în tensne, b) în crent. Aceste odele snt versn splfcate ale odell în π al tranzstorl, (odell coplet nclde coponente splentare ce odelează efectele de ordnl do dn tranzstor). Paraetr odelelor de senal c depnd de crentl statc de colector, confor relańlor dn fgră. oate odelele de senal c se pot tlza ş pentr tranzstoarele de tp pnp, fără a f necesară schbarea polartăń srselor ş a tensnlor dn schea echvalentă (aceste schbăr snt posble, dar n snt necesare; rezltatl obńnt va f acelaş, deoarece se schbă atât polartatea srse coandate, cât ş cea a ăr de coandă). rπ = g b c 9