4. Τρανζίστορ επαφής. 4.1 Χαρακτηριστικά του τρανζίστορ

1 4. Τρανζίστορ επαφής 4.1 Χαρακτηριστικά του τρανζίστορ Το τρανζίστορ είναι ένας ημιαγωγός με προσμίξεις, που περιέχεται μεταξύ δύο ημιαγωγών από το ίδιο υλικο, αλλά με αντίθετου τύπου προσμίξεις. Έχουμε συνεπώς δύο τύπους τρανζίστορ: npn κα pnp. Τυπική τιμή του πάχους της ενδιάμεσης περιοχής είναι 20-25μm και των άλλων ~1mm. Η ενδιάμεση περιοχή είναι δηλαδή πολύ πιο στενή από τις δύο άλλες. Η επιφάνεια του τρανζίστορ είναι μικρή, τάξης μεγέθους 1mm 2. Στο σχήμα 4.1 εικονίζεται η δομή των δύο τύπων τρανζίστορ και στο σχήμα 4.2 τα διαγράμματα των ζωνών τους με τη διακοπτόμενη γραμμή στη θέση της στάθμης Fermi. Στο σχήμα 4.3 εικονίζονται τα αντίστοιχα ηλεκτρονικά σύμβολα. Το βέλος δείχνει τη φορά του ρεύματος, όταν το τρανζίστορ είναι ενεργό. 4-1 4-2 4-3 Τα σύμβολα C, B και E αντιστοιχούν στις τρεις περιοχές του τρανζίστορ, που ονομάζουμε στα Ελληνικά συλλέκτη, βάση και εκπομπό και προέρχονται από την Αγγλική ορολογία collector, base, emitter. Η βάση είναι η λεπτή ενδιάμεση περιοχή του τρανζίστορ. Στο npn τρανζίστορ το ρεύμα -νοούμενο ως θετικό - κατευθύνεται προς τον εκπομπό, επομένως ο συλλέκτης είναι συλλέκτης ηλεκτρονίων. Στο pnp τρανζίστορ το ρεύμα εκπέμπεται από τον εκπομπό και συλλέγεται από το συλλέκτη και από αυτό προέρχεται η ονοματολογία εκπομπός-συλλέκτης. Η βάση είναι και στις δύο περιπτώσεις σε ρυθμιστικό ρόλο. Τέλος πάντων το npn και το pnp τρανζιστορ είναι ισοδύναμες μορφές της ίδιας διάταξης. Εδώ θα εργαστούμε κατά κανόνα με τρανζίστορ npn.

2 4.2 Η λειτουργία του τρανζίστορ Όπως εικονίζεται στα διαγράμματα του σχήματος 4-1, το τρανζίστορ είναι μια συμμετρική διάταξη, την οποία όπως και να πολώσουμε, θα έχει μια ορθά και μια ανάστροφα πολωμένη επαφή. Έτσι λοιπόν αν πολώσουμε ένα npn τρανζίστορ όπως στο σχήμα 4-4 τότε η επαφή συλλέκτη-βάσης είναι πολωμένη ανάστροφα και η επαφή βάσης-συλλέκτη ορθά. Στην κατάσταση αυτή η διάταξη είναι μπλοκαρισμένη. Ακριβέστερα υπάρχει μόνο το ανάστροφο ρεύμα I CO πόλωσης της επαφής συλλέκτη-βάσης. 4-4 4-5 Στο κύκλωμα του σχήματος 4-5 πολώνουμε ελαφρά θετικά τη βάση ως προς τον εκπομπό με V CE >V BE. Η επαφή βάσης-εκπομπού είναι τώρα ορθά πολωμένη οπότε αρχίζει να τη διαρρέει- πέραν του αναστρόφου ρεύματος Ι CO- και ένα ρεύμα I B με τα χαρακτηριστικά της διόδου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διάχυση ηλεκτρονίων από τον εκπομπό προς τη βάση. Όμως επειδή το πάχος της βάσης είναι πολύ μικρό, μερικά ηλεκτρόνια υπερβαίνουν την ανάστροφη επαφή συλλέκτη-βάσης και φθάνουν στο συλλέκτη. Παράγεται έτσι ένα ρεύμα συλλέκτη Ι C το οποίο αυξάνει πολύ γρήγορα με τη διαφορά δυναμικού συλλέκτηεκπομπού V CΕ και φθάνει σύντομα σε μια περιοχή σχεδόν κόρου, που είναι ανάλογο του συνολικού ρεύματος βάσης. I C β(ι CO + I B ) Ι CEO + βi B 4-1 Όπου β είναι ο συντελεστής ενίσχυσης μικρού σήματος. Τυπική τιμή του β είναι 100. Επειδή η τιμή του ρεύματος ανάστροφης πόλωσης Ι CO της επαφής C-B είναι πρακτικά πολύ μικρότερη από το ρεύμα βάσης I B, μπορούμε να γράψουμε την 4-1 με την απλούστερη μορφή: I C βi B 4-2 Στο σχήμα 4.6 εικονίζεται μια δέσμη χαρακτηριστικών I C -V CE τρανζίστορ Si (Πυριτίου) για διάφορες τιμές ρευμάτων βάσης. Στο σχήμα 4-7 εικονίζεται πάλι το ίδιο αλλά για μικρότερες τάσεις και μεγαλύτερα ρεύματα. Να σημειώσουμε ότι το ρεύμα του συλλέκτη φθάνει στον κόρο για τάσεις V CE περίπου 0,25V. Επιστρέφοντας στο σχήμα 4-5 βρίσκουμε ότι σύμφωνα με τον 1. κανόνα Kirchhoff το ρεύμα του εκπομπού I E είναι: I E Ι B + I C (1+ β)i B 4-3

3 (Σημείωση 1: στη βιβλιογραφία ο 1. Κανόνας Kirchhoff εφαρμόζεται με τη συμβατική μορφή του I C +I B I E 0, οπότε Ι C I B +I E. Εδώ ακολουθούμε την πιο οικεία μορφή της εξίσωσης 4-3, αφού έχουμε προκαθορίσει τη φορά των ρευμάτων) 4-6 4-7 Από τις εξισώσεις 4-2 και 4-3 λαμβάνουμε και τη σχέση μεταξύ του ρεύματος συλλέκτη Ι C και του ρεύματος εκπομπού I E : β 1+ β Ι C ΙE αιe 4-4 Όπου β α είναι ο συντελεστής ενίσχυσης μεγάλου σήματος. 1+ β (Σημείωση 2: ο συντελεστής β συμβολίζεται γενικότερα ως h FE όπου Fforward και Eemitter. Θα επανέλθουμε στο συμβολισμό αυτό σε επόμενο θέμα) 4.3 Οι βασικές συνδεσμολογίες του τρανζίστορ Οι βασικές συνδεσμολογίες είναι τρεις: -Κοινού συλλέκτη -Κοινής βάσης -Κοινού εκπομπού Συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη (common collector, ή emitter follower): Η συνδεσμολογία εικονίζεται στο σχήμα 4-8. Η βάση είναι η είσοδος και ο ακροδέκτης του εκπομπού η έξοδος. Έχει μεγάλη αντίσταση εισόδου και μικρή αντίσταση εξόδου και χρησιμοποιείται ως buffer τάσης με απολαβή τάσης A V 1. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (common emitter): Η συνδεσμολογία εικονίζεται στο σχήμα 4-9. Η βάση είναι η είσοδος και ο ακροδέκτης του συλλέκτη η έξοδος. Ο κοινός εκπομπός είναι ο τυπικός ενισχυτής τάσης

4 Συνδεσμολογία κοινής βάσης (common base): Η συνδεσμολογία εικονίζεται στο σχήμα 4-10. Η βάση είναι γειωμένη και ο εκπομπός είναι η είσοδος. Έχει μικρή αντίσταση εισόδου και χρησιμοποιείται σε ειδικές εφαρμογές. 4-8 4-9 4-10 4.4 Περιοχές λειτουργίας του τρανζίστορ Θα μελετήσουμε τις περιοχές λειτουργίας του τρανζίστορ μέσω της διάταξης του κοινού εκπομπού και θα αγνοήσουμε το ρεύμα ανάστροφης πόλωσης Ι CEO ως πολύ μικρό σε σύγκριση με τα συνηθισμένα ρεύματα του τρανζίστορ. Στο σχήμα 4-11 εικονίζεται ένα τρανζιστορ npn σε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Εδώ η ρύθμιση του τρανζίστορ γίνεται από την τάση εισόδου V in μέσω του ρεύματος βάσης Ι Β. 4-11 Στο σχήμα 4-12, εικονίζεται μια δέσμη χαρακτηρισικών Ι C -V CE, που αντιστοιχούν σε ρεύματα βάσης Ι Β, 2Ι Β, 3Ι Β κλπ. Να σημειώσουμε ότι οι εικονιζόμενες χαρακτηριστικές έχουν γραμμικοποιηθεί. Η διακοπτόμενη υπερβολική γραμμή ορίζει τη μέγιστη επιτρεπόμενη κατανάλωση ισχύος στο τρανζίστορ. Θα αναζητήσουμε τη σχέση μεταξύ του ρεύματος συλλέκτη Ι C και της τάσης συλλέκτηεκπομπού V CE. Η τάση τροφοδοσίας V CC είναι ίση προς το άθροισμα της τάσης συλλέκτηεκπομπού V CE και της πτώσης τάσης κατά μήκος της αντίστασης R C :

5 4-12 V CC V CE + I C R C 4-4 Επομένως: V CC VCE C RC Ι 4-5 Είναι η ζητούμενη σχέση, η οποία εκφράζεται από την ευθεία φόρτου όπως εικονίζεται στο σχήμα 4-12 και έχει σημεία τομής V CC και V CC /R C με τους δύο άξονες, όταν I C 0 και V CE 0 αντίστοιχα. Το σημείο τομής Α της ευθείας φόρτου με τη χαρακτηριστική λειτουργίας του τρανζίστορ είναι το σημείο λειτουργίας. Αν αυξήσουμε την τάση εισόδου V in, τότε αυξάνουμε το Ι Β, κατά συνέπεια και το Ι C, με αποτέλεσμα να αυξάνουμε και την πτώση τάσης στην αντίσταση R C. Τότε όμως μειώνεται η τάση συλλέκτη-βάσης V CE. Αυτό εκφράζεται με κίνηση του σημείου λειτουργίας Α προς τα αριστερά. Όσο παραμένει το σημείο λειτουργίας Α δεξιά της παράλληλης προς τον άξονα του ρεύματος συλλέκτη Ι C διακοπτόμενης γραμμής του σχήματος 4-12, τότε για ίσες αυξήσεις του ρεύματος Ι C, έχουμε ίσες μειώσεις της τάσης συλλέκτη-εκπομπού V CE. Η περιοχή αυτή, όπου το τρανζίστορ λειτουργεί γραμμικά, είναι η ενεργός περιοχή (active region). Όταν περάσει το σημείο λειτουργίας αριστερά της διακοπτόμενης γραμμής, τότε η 4-13

6 γραμμικότητα παύει και το ρεύμα τείνει προς την τιμή κόρου V CC /R C Εκεί η τάση τροφοδοσίας V CC εμφανίζεται κατά μήκος της R C ενώ η τάση V CE μηδενίζεται. Αυτή η περιοχή μεταξύ του άξονα του ρεύματος συλλέκτη Ι C και της διακοπτόμενης γραμμής είναι η περιοχή κόρου (saturation). Στο σχήμα 4-13 εικονίζεται η μεταβολή του ρεύματος συλλέκτη Ι C συναρτήσει του ρεύματος βάσης Ι Β. Τα αναφερθέντα ισχύουν υπό την προϋπόθεση ότι η επαφή βάσης-εκπομπού είναι ορθά πολωμένη. Αν πολωθεί ανάστροφα, τότε το ρεύμα του εκπομπού Ι Ε μηδενίζεται, οπότε το τρανζίστορ έρχεται στην αποκοπή (cutoff). Εκεί η τάση τροφοδοσίας V CC εμφανίζεται μεταξύ συλλέκτη-βάσης του τρανζίστορ ως V CE. Στον επόμενο πίνακα περιέχονται οι τιμές τάσεων πόλωσης, που οριοθετούν τις τρεις περιοχές λειτουργίας του τρανζίστορ. Σημειώνουμε για τους δείκτες act, sat, cut ότι: act (active) ενεργό sat (saturation) κόρος cut (cutoff) αποκοπή ΠΙΝΑΚΑΣ 1 V CE,sat V BE,sat V BE,act V BE,cut Si 0,2-0,3 0,8 0,7 0,0 Ge 0,1 0,3 0,2-0,1 4.5 Πόλωση τρανζίστορ και εφαρμογές Εφαρμογή 1: α) Να βρεθούν τα ρεύματα στο κύκλωμα τρανζίστορ Si με β100 του σχήματος 4-14. Το ρεύμα Ι CO να θεωρηθεί αμελητέο. β) Να επαναληφθεί η εργασία για το κύκλωμα του σχήματος 4-15, όπου έχει προστεθεί αντίσταση και στον εκπομπό. 4-14 4-15 α) Η επαφή βάσης-εκπομπού είναι ορθά πολωμένη, το τρανζίστορ δεν είναι στην αποκοπή, επομένως βρίσκεται είτε στην ενεργό περιοχή, είτε σε κόρο. Θα θεωρήσουμε ότι βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Αν αποδειχτεί λάθος η υπόθεση μας, θα επανέλθουμε.

7 Στην ενεργό περιοχή λειτουργίας του Si-τρανζίστορ είναι V BE 0,7V. Για το κύκλωμα εισόδου έχουμε: V BB I B R B +V BE 5200I B +0,7 Έχουμε εκφράσει τις τάσεις σε Volt και την αντίσταση σε kω, επομένως το ρεύμα θα προκύψει σε ma. Βρίσκουμε έτσι: I B 5 0,7 0,0215mA 200 Το ρεύμα του συλλέκτη είναι τότε: IC βιb 100 0,0215mA 2,15mA Ελέγχουμε τώρα κατά πόσο ισχύει η υπόθεση ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Για να είναι αληθές, πρέπει V CE >0,3. Έχουμε λοιπόν: V V CE CC ICRC 10 2,15 3 3,55V > 0,3V Επομένως το τρανζίστορ βρίσκεται πράγματι στην ενεργό περιοχή. β) Θα υποθέσουμε όπως προηγουμένως ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Για τον υπολογισμό του ρεύματος βάσης θα λάβουμε υπ όψη και την αντίσταση του εκπομπού R E, οπότε: 5 0,7 V BB IBRB + VBE +(β +1)Ι BRE 10 200I B +0,7+(100 +1) IB IB 200 +101 2 I B 0,0107mA I C 1,07mA 1,08mA Ελέγχουμε τον αρχικό ισχυρισμό μας περί λειτουργίας του τρανζίστορ στην ενεργό περιοχή. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ συλλέκτη-εκπομπού είναι: I E VCE 10 1,07 3 1,08 2 4,63V > 0,3V Επομένως το τρανζίστορ βρίσκεται πράγματι στην ενεργό περιοχή. Εφαρμογή 2: α) Στα κυκλώματα των σχημάτων 4-14 και 4-15 αντικαθιστούμε τις αντιστάσεις εισόδου R B 200kΩ με 50kΩ, όπως στα σχήματα 4-16. και 4-17. Να υπολογιστούν τα ρεύματα Ι Β και Ι C β) Να επαναληφθεί η εργασία για το κύκλωμα του σχήματος 4-17, όπου έχει προστεθεί σε σειρά με τον εκπομπό η αντίσταση R E 2kΩ. (β100). α) Υποθέτουμε ότι το τρανζίστορ λειτουργεί στην ενεργό περιοχή. Αν όχι, θα επανέλθουμε διορθωτικά. Από το κύκλωμα εισόδου λαμβάνουμε το ρεύμα βασης: 5 50ΙB +0,7 5 0,7 IB I B 0,086mA 50

8 Εφ όσον υποθέσαμε ότι το τρανζίστορ λειτουργεί στην ενεργό περιοχή, το ρεύμα του συλλέκτη είναι: ΙC βιb 100 0,086mA I C 8,6mA Η V CE είναι τότε: V CE V CC -I C R C V 10 8,6 3 4-16. 4-17. CE VCE 15,8V < 0,3 V Το αποτέλεσμα αντιφάσκει με την υπόθεση ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Βρίσκεται επομένως είτε στην περιοχή κόρου, είτε στην περιοχή αποκοπής, όμως επειδή η επαφή βάσης-εκπομπού είναι πολωμένη ορθά, το τρανζίστορ βρίσκεται στην περιοχή κόρου με 0<V CE <0,3V. Το ρεύμα συλλέκτη Ι C θα το υπολογίσουμε από την εξίσωση της ευθείας φόρτου 4-5 Ι C V CC VCE RC Όμως γι αυτό θα χρειαστούμε μια τιμή τάσης V CE. Επιστρέφοντας στο σχήμα 4-7, βλέπουμε ότι η τιμή V CE 0,2V είναι ρεαλιστική, επομένως: 10 0,2 ΙC ma Ι 3,27mA 3 C Σημείωση: με τις τιμές που υπολογίσαμε βρίσκουμε ότι το δυναμικό στον ακροδέκτη του συλλέκτη είναι 0,2V, ενώ το δυναμικό στον ακροδέκτη της βάσης είναι σύμφωνα με τον πίνακα 1 V BE,sat 0,8V. Η επαφή βάσης-συλλέκτη είναι εδώ ορθά πολωμένη και αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό της περιοχής κόρου. β) Εδώ θα υποθέσουμε ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στον κόρο, επομένως V BE V BE,sat 0,8V, οπότε από τον 1. Κανόνα του Kirchhoff για τον κλάδο βάσης-εκπομπού θα έχουμε: 5 50IB + 0,8 + 2IE 50IB + 0,8 + 2(IB +IC ) 4,2 52IB + 2IC 4-6

9 Και για τον κλάδο συλλέκτη-εκπομπού 10 3IC + 0,2 + 2IE 3IC + 0,2 + 2(IB +IC ) 9,8 2IB + 5IC 4-7 Από το ζευγάρι των εξισώσεων (4-6) και (4-7) λαμβάνουμε: Ι B 0,00546mA I C 1,958mA Ελέγχουμε την ορθότητα του ισχυρισμού ότι το τρανζίστορ βρίσκεται σε κόρο. Πρέπει γι αυτό η επαφή συλλέκτη βάσης να είναι ορθά πολωμένη. Με τις τιμές ρευμάτων που βρήκαμε το δυναμικό στον ακροδέκτη του συλλέκτη είναι: V V C CC ICRC 10 1,958 3 V C 4,126 V Το δυναμικό στον ακροδέκτη της βάσης είναι V B 0,8 V. Έχουμε λοιπόν V CB V C -V B >0. Η επαφή συλλέκτη βάσης είναι δηλαδή ανάστροφα πολωμένη, γεγονός που χαρακτηρίζει την ενεργό περιοχή. Επομένως ο ισχυρισμός ότι το τρανζίστορ βρίσκεται σε κόρο δεν ευσταθεί. (Εναλλακτικά θα μπορούσαμε να καταλήξουμε στο ίδιο συμπέρασμα με τον εξής συλλογισμό: στον κόρο ο λόγος Ι C /I B <β, αφού αυξάνει το I B, χωρίς να αυξάνει ουσιαστικά το I C, ομως βάσει των τιμών που βρήκαμε εδώ είναι Ι C /I B 359>β, β100). Το τρανζίστορ βρίσκεται επομένως στην ενεργό περιοχή, για την οποία ισχύει Ι C βi Β. Έχουμε λοιπόν: Για τον κλάδο βάσης-εκπομπού: 5 50ΙB + 0,7 + 2IE 50ΙB + 0,7 + 2(IB +IC ) 50ΙB + 0,7 + 2(IB +βib ) 50ΙB + 0,7 + 2IB (1+β) (Εδώ αντικαταστήσαμε την τιμή 0,8V για την τάση V BE σε λειτουργία κόρου με την 0,7V σε λειτουργία στην ενεργό περιοχή. Όρα και πίνακα 1) Λαμβάνουμε έτσι για το ρεύμα βάσης: 5 0,7 ΙB ma I 0,0171mA 50 + 2 101 B Και Ι C 100 0,0171mA I C 1,71mA Επαλήθευση: Θα υπολογίσουμε τη V CE, η οποία πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 0,3V. V CE VCC ICRC (IB +IC ) R E VCE 10 1,71 3 (0,0171+1,71)2 ma V CE 1,42V > 0,3V

10 Εφαρμογή 3: Στο κύκλωμα του σχήματος 4-18 επιδεικνύεται ένας τρόπος πόλωσης της βάσης, που δεν απαιτεί ξεχωριστή πηγή, όπως στις εφαρμογές 1 και 2. Θα προσδιορίσουμε για β100 την περιοχή λειτουργίας και τις τιμές των ρευμάτων I C, I B και την τάση V CE για R B α) ίσο προς 300kΩ β) ίσο προς 150kΩ. Το τρανζίστορ είναι Si. 4-18 α) Υποθέτουμε ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Για τον κλάδο της R B έχουμε: 10 0,7 V CC I B R B +V BE 10 300I B +0, 7 IB ma I 0,031 ma 300 B Υποθέσαμε ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή, επομένως: Ι C βι Β Ι C 100 0,031 ma I C 3,1 ma Η τάση V CE είναι: V V CE CC ICRC 10 3,1 2 V CE 3,80V Η υπόθεση μας ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή ευσταθεί γιατί V CE >0,3V. β) Ακολουθώντας τα ίδια με το βήμα α) αλλά για R B 150kΩ βρίσκουμε: Ι Β 0,062mA Ι C 6,20mA V CE -2,4V Επειδή V CE <0,3V η αρχική υπόθεση ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή δεν ευσταθεί. To τρανζίστορ είναι επομένως στον κόρο οπότε: V BE 0,8V 10 0,8 IB ma I 0,0613 ma 150 B Όπως και στο βήμα β) της εφαρμογής 2, έτσι κι εδώ λαμβάνουμε σύμφωνα με το σχήμα 4-7 V CE 0,2V, οπότε:

11 10 0,2 ΙC ma I 4,9 ma 159 C Επαληθεύουμε το συμπέρασμα περί λειτουργίας του τρανζίστορ στον κόρο υπολογίζοντας τη διαφορά δυναμικού V CB. Η επαφή συλλέκτη-βάσης πρέπει να προκύψει ορθά πολωμένη. Το δυναμικό στον ακροδέκτη της βάσης είναι V B 0,8V. Το δυναμικό στον συλλέκτη είναι V C 0,2V, επομένως η επαφή συλλέκτη βάσης είναι ορθά πολωμένη γιατί V B > V C. Εφαρμογή 4: Να υπολογίσετε τις αντιστάσεις R B και R C του σχήματος 4-19 ώστε να φέρουμε το τρανζίστορ Si στο σημείο λειτουργίας 4V, 10mA. Να λάβετε β100 4-19 Από τον κλάδο του συλλέκτη βρίσκουμε ότι για να είναι I C 10mA και V CE 4V, πρέπει: 10R C +412 R C 0,8kΩ Επομένως το ρεύμα βάσης πρέπει να είναι: Ι Β Ι C /β10/100 Ι Β 0,1mA Από τον κλάδο της βάσης λαμβάνουμε για V BE 0,7V: 0,1R B +0,712 R B 113kΩ Εφαρμογή 5 (Ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin): Να υπολογιστούν τα ρεύματα και η V CE για το τρανζίστορ Si στο κύκλωμα του σχήματος 4-20. Να ληφθεί β100. Θα λύσουμε το πρόβλημα με δύο τρόπους. 1 Με εφαρμογή των κανόνων Kirchhoff: Για το βρόχο VCC R1 BE RE Γη: V CC I1R 1 + VBE +IERE

12 4-20. Για το βρόχο Γη R 2 BE R E Γη: I2R2 + VBE +IERE 0 Για τον κόμβο Κ: Ι 1 I2 + IB Υποθέτουμε ότι το τρανζίστορ λειτουργεί στην ενεργό περιοχή οπότε έχουμε και Ι E (β+1) I B Λαμβάνουμε έτσι το σύστημα με αγνώστους τα I 1, I 2, I B : 12 35I1 + 0,7 +101 1,2 I B 60I2 + 0,7 +101 1,2I B 0 Ι 1 I2 + IB Που δίνει τις λύσεις: Ι Β 0,048mA I 2 0,109mA I 1 0,157mA Και V CE V CC -I E R E V CC -101I B R E V CE 6,18V Η υπόθεση ότι το τρανζίστορ λειτουργεί στην ενεργό περιοχή είναι επομένως αληθής.

13 Επαλήθευση: (ελέγχουμε τις εξισώσεις για τους δύο βρόχους) 35 0,157 +0,7 +121 0,048 12,03 (αντί 12) 60 0,109 + 0,7 +121 0,048 0,0224 (αντί 0) 2 Με εφαρμογή του θεωρήματος Thevenin Παραθέτουμε κατ αρχήν το θεώρημα. Θεώρημα Thevenin Ένα γραμμικό κύκλωμα -οσοδήποτε σύνθετο- απλουστεύεται σε ένα κύκλωμα με μια ισοδύναμη πηγή τάσης, που τροφοδοτεί μια μοναδική αντίσταση σε σειρά με την πηγή και το φορτίο. Παράδειγμα: στο παράδειγμα του σχήματος 4-21 φορτίο είναι η αντίσταση των 2Ω. Επιλύοντας το κύκλωμα με τους κανόνες Kirchhoff λαμβάνουμε τα ρεύματα που σημειώνονται στο σχήμα 4-22. 4-21 4-22. Θα δούμε τώρα πώς επιλύεται το κύκλωμα με το θεώρημα Thevenin. Τάση Thevenin: αφαιρούμε το φορτίο όπως στο κύκλωμα του σχήματος 4-23 και βρίσκουμε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των Α και Β. Αυτή είναι η τάση Thevenin. Την υπολογίζουμε: Η ολική τάση στο κύκλωμα είναι: Ε28-721V Η ολική αντίσταση είναι: R 4+15Ω Ρεύμα: Ι 21 4,2 A 5 4-23

14 Δυναμικό στο Α: VA VB + 28V 4,2A 4Ω Τάση Thevenin: V Th V A V B 11,2 V Αντίσταση Thevenin: αντικαθιστούμε τις πηγές του κυκλώματος στο σχήμα 4-23 με βραχυκυκλώματα όπως στο σχήμα 4-24 και μετράμε την αντίσταση που βλέπουν τα σημεία Α και Β. Αυτή είναι η αντίσταση Thevenin. Εδώ είναι ο παράλληλος συνδυασμός των 4Ω και 1Ω Αντίσταση Thevenin: 4 1 R th 0,8 Ω 4 +1 Ισοδύναμο Thevenin: Το ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin εικονίζεται στο κύκλωμα του σχήματος 4-25. 4-24 4-25 Επαλήθευση: η αντίσταση είναι R0,8+22,8Ω. Το ρεύμα στο φορτίο είναι πτώση τάσης στο φορτίο είναι 4 2 8V 11,2 4A 2,8. Η Επιστρέφουμε τώρα στο κύκλωμα του σχήματος 4-20, το οποίο ξανασχεδιάζουμε όπως στο σχήμα 4-26.

15 Εδώ φορτίο είναι ο κλάδος που περιέχει την επαφή βάσης-εκπομπού και την αντίσταση του εκπομπού R E. Την αφαιρούμε, οπότε ερχόμαστε στο κύκλωμα του σχήματος 4-27. Η τάση Thevenin είναι αυτή μεταξύ του Β και του αρνητικού πόλου της πηγής και προκύπτει από το διαιρέτη που συνιστούν οι R 1 /R 2 : 4-26 4-27 4-28 R2 60 VTh VCC 12 V 7,58V R +R 35 + 60 Th 1 2 Για να βρούμε την αντίσταση Thevenin αντικαθιστούμε με βραχυκύκλωμα την πηγή όπως στο κύκλωμα 4-28 και μετράμε την αντίσταση μεταξύ των σημείων Α και Β. Αυτή είναι ο παράλληλος συνδυασμός των R 1 //R 2 : R R R R +R 35 60 kω 35 + 60 1 2 Th R Th 22,1k Ω 1 2 Συνθέτουμε έτσι το ισοδύναμο Thevenin, που εικονίζεται στο σχήμα 4-29, ή σε πιο συνεπτυγμένη μορφή στο σχήμα 4-30. Έχουμε λοιπόν: 7,58 22,1 Ι I B B 0,048mA +0,7+(100 +1)I B R E

16 4-29 4-30 Που είναι αυτό που υπολογίσαμε με χρήση των κανόνων Kirchhoff, αλλά πολύ πιο εύκολα. Εφαρμογή 6: Να βρεθεί η τιμή της αντίστασης R για τις τιμές, που σημειώνονται στο κύκλωμα του σχήματος 4-31. 4-31 IC αιe 0,98 2 1,96mA IC α 0,98 IB β 49 β 1 α 1 0,98 1,96 I B 49 0,04mA Για το βρόχο R 2 BE R E έχουμε: Ι 2R2 0,7+I ERE 0,7 +IERE 0,7 + 2 0,1 I2 I 0,045mA R 20 2 E Για τον κόμβο Κ έχουμε: Ι I 1 0,04mA +0.045mA 0,085 ma 1 IB + I2 I 1

17 Το ρεύμα Ι είναι επομένως: Ι ΙC +I1 1,96 + 0,085 I 2,045 ma Για το βρόχο V CC R1 R2 έχουμε: V CC IR+I1R 1 +I2R2 R 1 51,2kΩ V CC IR I2R2 R1 I1 12 2,045 3,3 0,045 20 0,085 Στη διαδικασία που ακολουθήσαμε υποθέσαμε σιωπηρά ότι το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή λειτουργίας. Αυτό θέλει επιβεβαίωση. Η πτώση τάσης στη αντίσταση R είναι: V R IR 2,045 3,3 6,75V Η πτώση τάσης στην αντίσταση του εκπομπού είναι: V E I E R E 2 0,1 0,2V Η τάση μεταξύ συλλέκτη-εκπομπού είναι: VCE 12 6,75 0,2 5,05V > 0,3V Επομένως το τρανζίστορ βρίσκεται πράγματι στην ενεργό περιοχή. Εφαρμογή 7 (Inverter): Να επιλεγούν οι αντιστάσεις R 1 και R 2 ώστε να λειτουργεί το κύκλωμα του σχήματος 4-32 ως Inverter (λογική NOT), δηλαδή όταν η είσοδος V in 0V, να λαμβάνει η έξοδος υψηλή τιμή και όταν η είσοδος V in 12V, να λαμβάνει η έξοδος χαμηλή τιμή. 4-32

18 Όταν είναι η είσοδος V in 0V, τότε το δυναμικό στο σημείο Β είναι αρνητικό, επομένως η επαφή ΒΕ είναι ανάστροφα πολωμένη και το τρανζίστορ βρίσκεται στην αποκοπή με I C 0 και V out V CC 12V. Αυτό συμβαίνει για οποιονδήποτε συνδυασμό αντιστάσεων R 1 και R 2. Η πρώτη απαίτηση επετεύχθη. Ερχόμαστε τώρα στη δεύτερη. Το χαμηλότερο δυνατό σήμα στην έξοδο θα το λαμβάνουμε όταν έρθει το τρανζίστορ σε κόρο με V CE 0,2V και V BE,sat 0,8V. Τώρα η τάση εισόδου είναι V in 12V. Από το 2. κανόνα του Kirchhoff για το βρόχο της εισόδου η ένταση του ρεύματος στην R 1 είναι τότε: V in VBE,sat I 1 R1 12 0,8 11,2 R1 R1 Αντίστοιχα το ρεύμα στην αντίσταση R 2 είναι: I 2 V BE,sat VBB R2 0,8 ( 12) 12,8 R2 R2 Από τον 1. κανόνα Kirchhoff στον κόμβο Β το ρεύμα βάσης είναι: 11,2 12,8 Ι I B 1 I2 R1 R2 Το μέγιστο ρεύμα στο συλλέκτη με το τρανζίστορ στην ενεργό περιοχή είναι: Ι C 12 0,3 11,7mA 1 Αυτό αντιστοιχεί σε ρεύμα βάσης: Ι B IC β 11,7 100 0,117mA Επομένως για να έρθει το τρανζίστορ στον κόρο πρέπει να είναι: 11,2 R 1 12,8 > 0,117mA R 2 Επιλέγουμε R 1 5,1kΩ, R 2 6,8kΩ οπότε: 11,2 12,8 0,31mA > 0,117 5,1 6,8 Έτσι έχουμε: V in V out 0 12 12 0,2

19 Εφαρμογή 8 (αξιοποίηση χαρακτηριστικών): Για να διασφαλίσουμε τη γραμμική λειτουργία του τρανζίστορ στο μέγιστο δυνατό, είναι σκόπιμο να επιλέγουμε το σημείο λειτουργίας στο μέσον της ευθείας φόρτου. Να υπολογιστεί η τάση V BB στο κύκλωμα του σχήματος 4-33 ώστε να είναι η τάση λειτουργίας του τρανζίστορ V CE 5V. Στο σχήμα 4-34 εικονίζονται οι χαρακτηριστικές I C -V CE τρανζίστορ. Να λάβετε υπ όψη τα δεδομένα του πίνακα 1 για τρανζίστορ Ge. 4-33 4-34 Στο σχήμα 4-34 έχει χαραχθεί η ευθεία φόρτου, που διέρχεται από τα σημεία V CE V CC 9V και I C V CC /R C 0,9/0,330mA. Για V CE 5V το ρεύμα λειτουργίας είναι Ι C 13,5mA και το ρεύμα βάσης Ι Β 0,075mA. Το τρανζίστορ βρίσκεται στην ενεργό περιοχή. Από τον πίνακα 1 βρίσκουμε ότι για τρανζίστορ Ge είναι V BE,act 0,2V. Επομένως: V 0,075 10 +0, 2 BB IBR B + VBE,act V BB V BB 0,95V Επαλήθευση: V CC 13,5 0,3 + 5 4,05 + 5 9,05V αντί 9V Η μικρή διαφορά οφείλεται σε σφάλμα ανάγνωσης στο διάγραμμα των χαρακτηριστικών. Εφαρμογή 9 (Ακολουθητής εκπομπός): Στο κύκλωμα του σχήματος 4-35 τα Q 1, Q 2 είναι τρανζίστορ Si με συντελεστή ενίσχυσης μικρού σήματος β 1 100 και β 2 50 αντίστοιχα. Αντικείμενο είναι να υπολογίσουμε τα δυναμικά στα σημεία (1) και (2). Θα θεωρήσουμε κατ αρχήν ότι τα δύο τρανζίστορ βρίσκονται στην ενεργό περιοχή και θα αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα με δύο τρόπους, πρώτα επιλύοντας το κύκλωμα με τους κανόνες Kirchhoff και μετά με εφαρμογή του θεωρήματος Thevenin. 1. Επίλυση κυκλώματος με τους κανόνες Kirchhoff: αν γνωρίζουμε το ρεύμα Ι Β2 της βάσης του Q 2, τότε όπως βρίσκουμε με τη βοήθεια του σχήματος 4-35, ισχύει:

20 4-35 I C2 β2ib2 I C2 50IB2 I E2 (β2 +1) IB2 I E2 51IB 2 I B1 IE2 (β2 +1) ΙB2 I B1 51IB 2 I C1 β1i B1 β1(β2 +1) IB2 I C1 5100 IB2 I E1 (β1 +1)I B1 (β1 +1)(β2 +1) IB2 I E1 5151 IB2 Το πρόβλημα έχει τρεις αγνώστους: τα ρεύματα Ι 1, Ι 2 και Ι Β2, όπως εικονίζονται στο σχήμα 4-35. Χρειαζόμαστε επομένως τρεις εξισώσεις, τις οποίες λαμβάνουμε από τον πρώτο κανόνα για τον κόμβο Α και το δεύτερο για τους βρόχους V CC R 1 R 2 Γη και V CC R 1 A Q 2 Q 1 R E Γη: Αυτές είναι οι: Ι 1 Ι 2 +Ι Β2 2482Ι 1 +100Ι Β2 +0,7+0,7+5151 0,1Ι Β2 (0,7V έχει ληφθεί η V BE κάθε τρανζίστορ) 2482Ι 1 +10Ι 2 Οι οποίες δίνουν: Ι Β2 0,00194mA Και:

21 Ι C2 0,097mA I E2 0,0989mA I B1 0,0989mA I C1 9,894mA I E1 9,993 Βρίσκουμε τώρα τα δυναμικά. Σημείο (1): V 1 V CC -I C1 R C 24-9,894 V 1 14,11V Σημείο (2): V 2 I E1 R E 9,993 0,1 V 2 0,999V 1V Ελέγχουμε την αρχική μας υπόθεση ότι τα δύο τρανζίστορ βρίσκονται στην ενεργό περιοχή: Τρανζίστορ Q 1 : V CE1 V 1 -V 2 14,11-113,11V>0,3V Τρανζίστορ Q 2 : V CE2 V CC -V BE1 -V 2 24-0,7-122,3V>0,3V Επομένως τα δύο τρανζίστορ βρίσκονται στην ενεργό περιοχή. Σημείωση: ο ενιαίος συντελεστής ενίσχυσης μικρού σήματος του ακολουθητή εκπομπού είναι: IC1 β β1(β2 +1) I B2 2. Λύση του προβλήματος με εφαρμογή του θεωρήματος Thevenin: θα ακολουθήσουμε τα βήματα της εφαρμογής 5. Στο πρώτο βήμα βρίσκουμε την τάση Thevenin. Αφαιρούμε γι αυτό το φορτίο, δηλαδή το κύκλωμα δεξιά του σημείου Α στο σχήμα 4-35, και λαμβάνουμε το κύκλωμα του σχήματος 4-36 οπότε η τάση Thevenin είναι αυτή που διαβάζει το V- μετρο, δηλαδή είναι το δυναμικό στο σημείο Α: R2 10 VTh VA VCC 24 V V 2,609V R +R 82 +10 Th A 1 2 Στο δεύτερο βήμα βρίσκουμε την αντίσταση Thevenin. Βραχυκυκλώνουμε γι αυτό την πηγή και λαμβάνουμε το κύκλωμα του σχήματος 4-37, οπότε η αντίσταση Thevenin είναι αυτή που μετράει το Ω-μετρο, δηλαδή ο παράλληλος συνδυασμός των αντιστάσεων R 1, R 2 :

R R1R 2 R +R 82 10 82 +10 22 Th R Th 8,91k Ω 1 2 4-36 4-37, Στο τρίτο βήμα συνθέτουμε το ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin όπως στο σχήμα 4-38. Βρίσκουμε έτσι το ρεύμα της βάσης Ι Β2 : V I (R +R )+0,7+0,7+(β +1)(β +1)I R A B2 Th B 2 2,609 (8,91+100)I +0,7+0,7+(50 +1) (100 +1) 0,1 I B2 1 B2 E B2 4-38

23 I B 2 0,00194mA Που είναι αυτό που προέκυψε και με την επίλυση του κυκλώματος με τους κανόνες Kirchhoff, όμως διαπιστώνουμε πάλι ότι η χρήση του θεωρήματος Thevenin είναι πολύ ευκολότερη μέθοδος. Τώρα με το ρεύμα Ι Β2 γνωστό, βρίσκουμε και τα υπόλοιπα ζητούμενα όπως προηγουμένως. 4.6 Θερμική σταθεροποίηση του τρανζίστορ Μία από τις βασικές μέριμνες κατά το σχεδιασμό του κυκλώματος πόλωσης του τρανζίστορ είναι η σταθεροποίηση του σημείου λειτουργίας λόγω της εξάρτησης του συντελεστή ενίσχυσης μικρού σήματος β από τη θερμοκρασία του τρανζίστορ, όπως εικονίζεται ενδεικτικά στο διάγραμμα του σχήματος 4-39 για ένα Si-τρανζίστορ. Η θέρμανση του τρανζίστορ, που οφείλεται κατά κύριο λόγο στην κατανάλωση ηλεκτρικής ισχύος στην ανάστροφα πολωμένη επαφή συλλέκτη-βάσης, αναδρά έτσι θετικά στην περαιτέρω αύξηση του ρεύματος I C του συλλέκτη με αποτέλεσμα την ολίσθηση του σημείου λειτουργίας επί της ευθείας φόρτου προς την περιοχή κόρου, όπως εικονίζεται στα δύο σμήνη χαρακτηριστικών του σχήματος 4-40 σε θερμοκρασίες 25 ο C και 100 ο C ενός Si-τρανζίστορ. 4-39 4-40

24 4.6.1 Θερμική σταθεροποίηση με αυτοπόλωση Στις προηγούμενες εφαρμογές γνωρίσαμε μερικούς τρόπους πόλωσης του τρανζίστορ. Το κύκλωμα πόλωσης του σχήματος 4-41 που γνωρίσαμε στις εφαρμογές 3 και 4 δεν είναι κατάλληλο για τη θερμική σταθεροποίηση, δεδομένου ότι το ρεύμα βάσης Ι Β εξαρτάται μόνον από την τάση τροφοδοσίας V CC και την αντίσταση R B και δε βλέπει τις μεταβολές του ρεύματος του συλλέκτη I C λόγω αύξησης του β. 4-41 4-42 Στο σχήμα 4-42 εικονίζεται ένα κύκλωμα ελέγχου του ρεύματος βάσης μέσω της αντίστασης R. Όταν αυξηθεί το ρεύμα του συλλέκτη Ι C, αυξάνει και η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης R, με αποτέλεσμα την ισόποση μείωση της πτώσης τάσης κατά μήκος της R B και την ανάλογη μείωση του ρεύματος βάσης Ι Β, που τείνει να επαναφέρει το σημείο λειτουργίας στην προηγούμενη θέση. Εφαρμογή 10: Το Si-τρανζίστορ στο κύκλωμα 4-42 έχει β100. Η τάση τροφοδοσίας είναι V CC 12V. Θα επιλέξουμε τις αντιστάσεις R B, R για τη γραμμική λειτουργία του τρανζίστορ με ρεύμα ηρεμίας I C 10mA. Με ρεύμα ηρεμίας I C 10mA το ρεύμα βάσης είναι: IC 10 ΙB I 0,1 ma β 100 B Και το ρεύμα που διαρρέει την R είναι: ΙΙ C +I B 10+0,1 I10,1mA Για να διασφαλίσουμε τη γραμμικότητα του τρανζίστορ στο μέγιστο επιλέγουμε τάση ηρεμίας συλλέκτη-εκπομπού ίση προς το μισό της τάσης τροφοδοσίας V CE V CC /2 V CE 6V

25 Υπολογίζουμε την R από το βρόχο V CC -συλλέκτης-εκπομπός-γη: 1210,1R+6 R0,594kΩ (πλησιέστερη τιμή εμπορίου 0,62kΩ) Και την R B : VCE IBRB + VBE RB V CE VBE IB 6 0,7 0,1 R B 53kΩ (πλησιέστερη τιμή εμπορίου 51kΩ) 4-43 Στο σχήμα 4-43 εικονίζεται γραφικά η μεταβολή της τάσης συλλεκτη-εκπομπού V CE συναρτήσει του συντελεστή ενίσχυσης μικρού σήματος β. 4.6.2 Θερμική σταθεροποίηση με πόλωση μέσω διαιρέτη τάσης Το κύκλωμα του σχήματος 4-44 είναι το δημοφιλέστερο κύκλωμα θερμικής σταθεροποίησης. Η λειτουργία του βασίζεται στη σταθερή πόλωση της βάσης μέσω του διαιρέτη τάσης των R 1 II R 2 και την πόλωση του εκπομπού μέσω της αντίστασης R E, που αναδρά αρνητικά στην αύξηση του ρεύματος του συλλέκτη λόγω θερμικού φαινομένου. Στο σχήμα 4-45 εικονίζεται το ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin. Όταν αυξηθεί ο συντελεστής β, αυξάνει το ρεύμα του συλλέκτη Ι C και κατά συνέπεια και το ρεύμα εκπομού Ι Ε και η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης του εκπομπού R E. Επειδή η τάση V BB είναι σταθερή αφού καθορίζεται μόνον από το λόγο των αντιστάσεων R 1 και R 2 και την τάση τροφοδοσίας V CC, θα μειώνεται η πραγματική τιμή τάσης βάσης-εκπομπού V BE σύμφωνα με την εξίσωση: V BB B BE +I E R E Με αποτέλεσμα να μειώνεται το ρεύμα βάσης I B.

26 4-44 4-45 Εφαρμογή 11: θα σχεδιάσουμε ένα κύκλωμα θερμικής σταθεροποίησης μέσω διαιρέτη τάσης όπως αυτό του σχήματος 4-44. Αντικείμενο είναι ο υπολογισμός των αντιστάσεων με τις απαιτήσεις: Τάση V CΕ 6V Ρεύμα ηρεμίας: I C 11mA Το τρανζίστορ είναι Πυριτίου με β100. Η τάση τροφοδοσίας είναι V CC 12V. Σε ένα τέτοιο κύκλωμα επιλέγουμε συνήθως την αντίσταση του εκπομπού R E τέτοια, ώστε το δυναμικό του εκπομπού να είναι ίσο προς το 10% της τάσης τροφοδοσίας V CC και την αντίσταση R 1 τέτοια ώστε το ρεύμα Ι 1 που τη διαρρέει να είναι δεκαπλάσιο του ρεύματος της βάσης I B. Για τους λόγους που αναφέραμε ήδη, θα επιλέξουμε πάλι τάση λειτουργίας V CE ίση προς το μισό της τάσης τροφοδοσίας V CC. Με αυτά έχουμε: V V 10 12 10 CC E V E 1,2 V Το ρεύμα της βάσης είναι IC 11 ΙB I 0,11mA β 100 B Το ρεύμα μέσω της R 1 επιλέγεται όπως αναφέραμε προηγουμένως δεκαπλάσιο του ρεύματος βάσης Ι Β :: Ι1 10IB 11 0,1 I 1 1,1 ma Ο 2. κανόνας Kirchhoff για το βρόχο V CC -R 1 -BE-R E -Γη δίνει: V CC I1R 1 + VBE + VE 12 1,1R 1 +0,7+1, 2 12 0,7 1,2 10,1 R1 R 9,18kΩ 1,1 1,1 1 Πλησιέστερη εμπορική τιμή 9,1kΩ

27 Το ρεύμα Ι 2 που διαρρέει την R 2 είναι: Ι 2 Ι 1 -Ι Β 1,1-0,11 Ι 2 0,99mA Ο 2. κανόνας Kirchhoff για το βρόχο Γη-R 2 -BE-R E -Γη δίνει: Ι 2R2 VBE + VE R V + V I 0,7 +1,2 0,99 BE E 2 R 2 1,92kΩ Πλησιέστερη εμπορική τιμή 2kΩ 2 Η R E υπολογίζεται από την: VE VE 1,2 RE R 0,108 kω I I +I 11+ 0,11 E Πλησιέστερη εμπορική τιμή 0,11kΩ E C B Για τον υπολογισμό της R C λαμβάνουμε τον 2. κανόνα Kirchhoff για το βρόχο V CC -CE-R E - Γη : V CC ICRC + VCE + VE 12 11R C + 6 +1, 2 R C R C 0,436k Ω Πλησιέστερη εμπορική τιμή 0,43kΩ 12 6 1,2 4,8 11 11 Στο κύκλωμα του σχήματος 4-46 εικονίζεται το κύκλωμα με τις εμπορικές τιμές των αντιστάσεων και στο σχήμα 4-47 εικονίζεται το αντίστοιχο ίσοδύναμο κύκλωμα Thevenin. 4-46 4-47 Επιλύουμε το τελευταίο. Για το βρόχο της εισόδου έχουμε: 2,162 1,64I I B B 0,115mA +0,7+110I E 1,64I B +0,7+110 (100 +1) I B

28 Και από αυτό: Ι C 11,5mA I E 11,62mA Η τάση λειτουργίας συλλέκτη-εκπομπού είναι: VCE V CE V I R CC C C IERE 12 11,5 0,43 11,62 0,11 5,78V Έναντι της αιτούμενης 6V, δηλαδή 3,7% μικρότερη. Άσκηση 1: α) Να υπολογιστούν τα ρεύματα Ι Β, Ι C στο κύκλωμα του σχήματος Α1. β) Να επιλεγεί η κατάλληλη R B ώστε να γίνει η τάση συλλέκτη-εκπομπού V CE 1V. γ) Να επιλεγούν οι κατάλληλες R B και R C ώστε να έρθει το σημείο λειτουργίας στο 2V-1,5mA. (α) I B 0,115mA I C 3,93mA (β) R Β 62,7kΩ (γ) R B 286kΩ R C 6,67kΩ. Ασκηση 2: Να υπολογίσετε το ρεύμα του συλλέκτη για το Si-τρανζίστορ στο κύκλωμα του σχήματος Α2 με β100 (Ι C 2,77mA) Άσκηση 3: Να υπολογιστεί η ελάχιστη αντίσταση του συλλέκτη R στο κύκλωμα του σχήματος Α3, ώστε να λειτουργεί το τρανζίστορ στον κόρο. Δίνεται β100. (R25,3kΩ) Άσκηση 4: Για το Si-τρανζίστορ στο κύκλωμα του σχήματος Α4 δίνεται β100. α) Να εξεταστεί η περιοχή λειτουργίας του τρανζίστορ. β) Να βρεθεί η V o. γ) Να βρεθεί η ελάχιστη R E προκειμένου να λειτουργεί το τρανζίστορ στην ενεργό περιοχή (α) ενεργός περιοχή β) 6,62V γ) 0,25kΩ) Άσκηση 5: Για το Si-τρανζίστορ στο κύκλωμα του σχήματος Α5 δίνεται β100. Να υπολογιστεί η V o. (V o 7,35V) Άσκηση 6: Να υπολογιστεί η V CE στο τρανζίστορ του σχήματος Α6 για β100. (V CE 5,25V). Άσκηση 7: Να υπολογιστούν τα ρεύματα Ι C, I B, I E και η τάση V CE στο κύκλωμα του σχήματος Α7 (Ι C 0,786mA I B 0,00786mA I E 0,794mA V CE 8,443V). Ασκηση 8: Στο σχήμα Α8 εικονίζεται ένα κύκλωμα τροφοδοσίας LED με σταθερό ρεύμα. α) Να βρεθεί η R ώστε να λειτουργεί το LED με 10mA β) Να βρεθεί η V CE για το ρεύμα αυτό. Για το LED να ληφθούν: V γ 1,7V και R f 0 (α) R228Ω (β) V CE 8,0V Άσκηση 9: Να προσδιοριστεί η R C στο κύκλωμα Α9 ώστε V CE 3,5V. (R C 225Ω) Άσκηση 10: Το ίδιο με την άσκηση 9, αλλά για την R E του κυκλώματος Α10. (R E 0,9kΩ) Ασκηση 11: Να βρεθεί το ρεύμα I C στο κύκλωμα του σχήματος Α11. (Ι C 11,3mA)

29 Άσκηση 12: Να υπολογιστούν οι R C και V BB στο κύκλωμα του σχήματος Α12. Οι χαρακτηριστικές του τρανζίστορ είναι αυτές του σχήματος 4-34. Να ληφθούν υπ όψη οι τιμές του πίνακα 1 για τρανζίστορ Ge. Υπόδειξη: να σχεδιάσετε κατ αρχήν την ευθεία φόρτου. (R C 0,3kΩ, V BB 1,4V Η τιμή για τη V BE περιέχει και το σφάλμα εκτίμησης της τιμής του ρεύματος βάσης I B από το διάγραμμα των χαρακτηριστικών) A1 A2 A3 A4 A5

30 A6 Α7 Α8 Α9 Α10 Α11

Α12 31

32 Τιμές Αντιστάσεων Αγοράς (+/-5%) X10 n (n0 6) 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 Τιμές Χωρητικοτήτων Αγοράς (+/-10%) x10 -n (n3 11) 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2