Struktura

Základní zapojení bipolárních tranzistorů

Základní zapojení bipolárních tranzistorů

Aby tranzistor mohl pracovat jako dvojbran, musí být jeden z jeho tří vývodů společný pro vstupní i výstupní bránu. Způsob zapojení nemá vliv na vnitřní činnost tranzistoru, ale projevuje se různými vlastnostmi z hlediska vstupu a výstupu, jako je vstupní a výstupní impedance, fázový posuv výstupního signálu vůči vstupnímu, velikosti zesílení vstupního signálu atd.

Základní zapojení tranzistoru mají názvy podle toho, která elektroda je společná:

  • zapojení se společnou bázi (SB);

  • zapojení se společným emitorem (SE);

  • zapojení se společným kolektorem (SC, SK).

Z uvedených zapojení je nejčastěji používáno zapojení SE. Zapojení SB je používáno zřídka, zpravidla na vysokých kmitočtech. Zapojení SC slouží hlavně pro impedanční oddělení obvodů.

Základní zapojení tranzistorů

Se společnou bází - SB

Toto zapojení je charakteristické malým vstupním odporem, velkou výstupní impedancí, velkou stabilitou.

Obr. 1: Zapojení tranzistoru SB

Se společným emitorem - SE

Pro toto zapojení je typická velká vstupní impedance, proudové a napěťové zesílení, výstupní fáze je otočena o 180o.

Obr. 2: Zapojení tranzistoru SE

Se společným kolektorem - SC

Toto zapojení je typické velkým proudovým zesílením, velkým vstupním a nízkým výstupním odporem.

Používá se poměrně zřídka

Obr. 3: Zapojení tranzistoru SC

Tab.  1: Porovnání vlastností zapojení SE,SC,SB

 

Proudové zesilovací činitele α a β

Jedněmi z nejdůležitějších provozních parametrů bipolárních tranzistorů jsou proudové zesilovací činitele. Ty jsou závislé na nastaveném pracovním bodu. Proudový zesilovací činitel α využíváme u zapojení SB, proudový zesilovací činitel β u zapojení SE a SC.

Proudový zesilovací činitel α

V zapojení se společnou bází je vstupním proudem proud emitoru IE, výstupním proudem stejně jako v zapojení se společným kolektorem je kolektorový proud IC. Pro toto zapojení je používán zesilovací činitel α.

Statický zesilovací činitel

\alpha =\frac{I_{C}}{I_{E}} | UCE = konst. protože IE = IC + IB, je IC < IE , pak musí být zesilovací činitel α < 1.

 

Proudový zesilovací činitel β

U zapojení tranzistoru se společným emitorem zjistíme velikost statického zesilovacího činitele β takovým způsobem, že nejprve nastavíme proud IB a napětí UCE. Pomocí těchto dvou veličin jsme nastavili pracovní bod tranzistoru. Poté změříme proudu IC. Velikost proudového zesilovacího činitele β pro tento pracovní bod vypočteme ze vztahu:

\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}} | UCE = konst.

 

Statický a dynamický zesilovací činitel

Zesilovací činitel může být, podobně jako odpor, statický nebo dynamický. Pro statický i dynamický zesilovací činitel je platný obdobný vztah. Dynamický zesilovací činitel určuje zesílení tranzistoru pro malý signál v okolí pracovního bodu tranzistoru, zatímco statický pracovní bod určuje zesílení pro klidové proudy protékající tranzistorem v klidovém pracovním bodu, když není přítomen signál.

Dynamický zesilovací činitel α, β určuje změnu velikosti kolektorového proudu △iC v okolí pracovního bodu v závislosti na změně proudu báze ΔiB. Dynamického zesilovacího činitele použijeme pro výpočet zesílení daného zapojení.

Statický zesilovací činitel α, β určuje, kolikrát je v nastaveném pracovním bodu větší proud kolektoru než proud báze, když není přítomen signál. Statický zesilovací činitel slouží k nastavení pracovního bodu tranzistoru.

 

Statické charakteristiky a parametry bipolárních tranzistorů

Na obr. 4 jsou znázorněny typické průběhy čtyřpólových charakteristik tranzistoru pro zapojení se společným emitorem.

Obr. 4: Statické charakteristiky bipolárního tranzistoru, zapojení SE

I.kvadrant

V prvním kvadrantu jsou zakresleny výstupní charakteristiky, které vyjadřují závislost výstupního proudu IC tranzistoru na výstupním napětí. Vyjadřují vztah iC = β . iB + ICE0, kde ICE0 je zbytkový proud.

Parametrem výstupních charakteristik je jedna ze vstupních veličin - v uvedeném příkladu vstupní proud IB. Druhou vstupní veličinou je napětí UBE, parametrem tedy mohlo být i vstupní napětí.

Je zřejmé, že výstupní charakteristiky jsou V-A charakteristiky, jednotlivé průběhy tedy jsou průběhy nelineárního rezistoru. Má-li proud báze IB velikost např. IB3, dostaneme při zvětšování napětí mezi kolektorem a emitorem od 0 V do UCEmax průběh výstupního proudu znázorněný křivkou označenou IB3. Při jiném proudu báze je jiná závislost Ic = f(UCE) pro IB = konst.

Z výstupních charakteristik můžeme určit statický výstupní odpor tranzistoru

R_{vyst}=\frac{U_{CE}}{I_{C}}    (IB = konst.)

 

II. kvadrant

Ve druhém kvadrantu jsou znázorněny převodní charakteristiky. Převodní charakteristiky udávají závislost výstupního proudu IC na vstupní veličině IB nebo UBE – v uvedeném příkladu na vstupním proudu IB. Na vodorovné ose pro II. kvadrant musí být vynesena stejná veličina, jaká je u výstupních charakteristik použita jako parametr. Z charakteristik můžeme odečíst statický proudový zesilovací činitel β jako poměr IC/IB.

 

III. kvadrant

Průběhy ve třetím kvadrantu jsou V-A charakteristikami polovodičové diody báze-emitor v propustném směru. Jsou ovlivňovány velikostí kolektorového napětí UCE. Proto jsou měřeny při určitých hodnotách napětí UCE, které je parametrem těchto charakteristik.

Ze vstupních charakteristik můžeme určit vstupní statický odpor jako poměr odpovídajícího vstupního napětí a vstupního proudu UBE/IB, když UCE = konst.

Vstupní charakteristiky jsou závislé na výstupním napětí UCE pouze málo, a proto většinou vystačíme pouze s jednou vstupní charakteristikou.

 

IV. kvadrant

Závislosti znázorněné ve čtvrtém kvadrantu vyjadřují zpětný vliv výstupních parametrů tranzistoru na vstupní. Parametrem těchto charakteristik je stejná vstupní veličina jako u výstupních charakteristik.

 

Zatěžovací přímka

Základní zapojení tranzistoru SB, SE, SC (viz obr. 1,2,3) znázorňují, která svorka tranzistoru je vstupním, která výstupní a která společná. Kdybychom napájecí zdroje připojili přímo na elektrody tranzistoru, tekly by jím odpovídající proudy. My bychom však jejich velkost neznali.

 

Jak můžeme měřit velikosti protékajících proudů? S využitím Ohmova zákona - pomocí rezistorů zapojených do jednotlivých větví obvodu.

 

Zdroje

  • KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

  • Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Zapojení tranzistoru SB, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
  • Obr. 2: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Zapojení tranzistoru SE, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
  • Obr. 3: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Zapojení tranzistoru SC, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
  • Obr. 4: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Statické charakteristiky bipolárního tranzistoru, zapojení SE, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
Logolink