ساختار ترانزیستورهای دوقطبی یا پیوندی )BJT)
دانشجو:
فصل چهارم
استاد :
P N P
E B C
امیترE
بیسB
Cکلکتور
N P N
امیترE
بیسB
Cکلکتور
E B C
*زمانی ترانزیستور در ناحیه خطی یا فعال کار می کند که دیود بیس امیتر روشن و دیود بیس کلکتور قطع باشد
P N P
RE
VCC
R
VEE
E2
در مقابل جریان حفره ای امیتر مانند سد عمل می کند
E1
برای جریان حفره ای امیتر که وارد بیس می شود مانند پرتاب گر عمل می کند E2
بایاس مستقیم
بایاس معکوس
P N P
Ix
IPE
Ipco
Ico
IE
Inco
Ipc
جریان حامل های اقلیت
میزان حفره تزریقی امیتر IPE جریان امیتر و IE
ضریب تزریقی امیترγ =
IPE
IE
مولفه های جریانی ترانزیستور در ناحیه فعال:
مقداری از جریان حفره ای که بوسیله الکترون های بیس جذب می شودIx
مقداری از جریان حفره ای که از بیس عبور می کندIPC
=ضریب گذردهی بیس
IPC
IPE
جریان الکترونی بیس که برای ترکیب با حفره های ، به می آیند Inco
C
C
BC جریان حامل های اقلیت دیود خاموش Ipco *
IPC
IE
=
IPC
IPE
IPE
IE
=
×
α*λ=α
IC =αIE + Ico
IC = IS e
VBE
τVT
کنترل می شودVBE توسط ولتاژ
و در نتیجه افزایش قدرت پرتاب گری می شود C و B تنها منجر به افزایش عرض ناحیه تخلیه بین VCB افزایش
که در حقیقت تامین کننده جریان حفره ای است بنابراین VBE توسطIC جریان IC≈ IE ازآنجا که
می توان از رابطه زیر استفاده کرد: IC برای محاسبه
IC = IS e
VBE
τVT
افزایش می دهدμA در حد ICO تاثیری ندارد و تنها IPC اما روی جریان
P N P
Ix
IPE
Ipco
Ico
IE
Inco
Ipc
جریان حامل های اقلیت
2)حل مساله و محاسبه مجهولات با استفاده از اطلاعات بدیهی
قبل از حل مساله جریان ها را نامگذاری کنید *
IC
IE
IB
IC
IE
IB
3)چک کردن صحت فرض با استفاده از مجهول های محاسبه شده
1) حدس اولیه ناحیه کار ترانزیستور
مساله : DCتحلیل گام های
نواحی کار :
1) خطی _ فعال (تقویت کننده):
* اطلاعات بدیهی از این حالت:
VBE7/ 0 =
IC =IE + Ic و
IC =αIE و
IC =βIB
*مجهولات :
VCE یا VCB و IC یا IE
* حالت های دیودها :
2) اشباع(سوئیچ):
* اطلاعات بدیهی از این حالت:
VCE7/ 0 =
VBC7/ 0 =
VBE8/ 0 =
IC =IE + Ic
IC یا IE * مجهولات:
3) خاموشی ترانزیستور(سوئیچ):
* اطلاعات بدیهی از این حالت:
IC یا IE 0≈
*مجهولات:
یا VCE
VCB
4)فعال معکوس:
* حالت های دیودها
* حالت های دیودها
* حالت های دیودها
VBC
خاموشDBC
IC >0
VBE
خاموشDBE
VBC
خاموشDBC
IC , IB > 0
VCE
در حد ولتاژ اشباع
VBE
> 0
0.2 >
IC =αIE IE = 1 / α IC , IE =IB + Ic IC / α = IC + IB , IC = β IB IC (1/ α – 1 )= IB
IE = (α /1-α ) IC
β وαرابطه بین
200
2/7 V
20V
RC
_ VCE +
IE
IC
IB
مشخصات زیر است . در مدار شکل زیر ترانزیستور دارای 1)
VBE = ./7 ,α= ./9
1
2
را محاسبه کنید. IE و IBو IC جریان های
IC =0.9IE , , IE =IB + Ic
:بدیهیات
*تعیین حالت ترانزیستور
1) فرض خطی بودن
VBE = -0.7
تعیین مجهولات و حل مساله
-2.7+ 200 IE + 0.7=0 IE = 10 mA IC =0.9IE = 9 mA , IB =IE – Ic = 1 mA
1
2
VBC + RC Ic – 20= 0 VBC = 20-9=11
پس فرض اولیه درست است mA و در حد IE ,IC >0 خاموش و چون DBC در نتیجه دیود VBC =11 با توجه به این که
IE
IB
Ic
1K
5
10K
10K
1
2
-5
محاسبه کنیدΒ=30 را با فرض IE , IB , IC و جریان های VE ,VC ,VB مثال ) در مدار شکل زیر مقادیر ولتاژهای
-5+1k IE + VBE + 10k IB =0
1
2
-10k IB + VBC + 10k IC – 5=0
IE = IB + IC
در ناحیه اشباعBEفرض :
VBE = 0.8
VBC = 0.6
VCE = 0.2
IE
ترانزیستور وارد ناحیه اشباع شود. VI = 5v را به گونه ای بیابید که به ازایRC مثال)
VCE = ./2
VBE = ./8 و Β=30
10K
5K
Rc
5
.
_ V I +
IC =IE + Ic
IC =αIE
IC =βIB
: مرز اشباع و خطی
5
5K
10k
5
.
X
VT = VX , RT = Req = 5|| 10= 3.3k
-5 + 15 I -5=0 I=10/15 -5 + 10× 10/15≈1.7
: Xمدار معادل تونن دیده شده از نقطه
.
IE
1
IC
IB
Rc
5
_ 0.6 +
_ 0.8 +
2
vT
حال با توجه به صورت سوال داریم:
-1.7 + 3.3 k IB + VBE =0 IB = 1.7 – .08 / 3.3k
IC = βIB = 40 × 0.9 / 3.3k
1
-5 + RC IC + 0/2 = 0 RC = 5-0.2/ IC = 0.44k
2
R T
مدار صفحه بعد را بیابید . DC مثال ) نقطه کار
VBE = ./7 ,Β=100
10K
10K
15
10K
9K
8K
-15
IE1
2
IB1
10K
10K
15
3
Q1
10K
9K
IB2
IE2
IC2
8K
1
Q2
-15
4
مناسبKCL , KVL1) فرض خطی 2) نوشتن روابط
1
10k IB 1 + 0.7 + 8k (β + 1 ) IB 1 – 15=0 IB1 = 14.3 / (10+ 101 × 8) k
2
9k IE2 + 0.7 + 10k (IB2 – IC1 )=0
IB2 =(909+10) = 10k ×10 ×100 ×10-6 – 0.7= 9.3
IB2= 9.3 / 919 mA
IB1 = 10μA IC1 = β IB1 = 1 mA , IE1 = 1.01 mA
IB2 = 11μA IC2 = β IB2 = 1.1 mA , IE2 = 1.11 mA
3) چک کردن صحت فرض خطی
?Q1 خطی
روشنDBE خاموشDBC
VBC1 ? , IE1 > 0 DBEروشن
3
-15+10k(IC1 – IB2) ) – VBC – 10k IB1 = 0 VBC1 =-15 +10k IC1 ≈ -5 صحیح استBC فرض خاموشی
VBC1 < Vگاما = 0.7 DBC خاموش
:Q2 خطی
4
15 – 10k IC2 + VBC2 + 10k (IB2 – IC1 ) + 15 = 0 VBC = -30 + 10k IC2 – 10k IC1 ≈ – 30
صحیح استDBC2 فرض خاموشی
منحنی مشخصه ورودی و خروجی :
منحنی مشخصه ورودی : منحنی تغییرات جریان ورودی بر حسب ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی است
منحنی مشخصه خروجی : منحنی تغییرات جریان خروجی بر حسب جریان ورودی و ولتاژ خروجی است
انواع بایاس :
بیس مشترک C.B (1
پایه مشترک بیس است
ورودی به امیتر داده می شود
خروجی از کلکتور گرفته می شود
IE = f(VEB , VCB )
IC = g(VCB , IE )
منحنی مشخصه ورودی :
منحنی مشخصه خروجی:
RC
RE
VC
VE
VEac
+
_
NPNترانزیستور
RC
RE
VC
VE
VEac
+
_
PNPترانزیستور
IC > 0 DBE روشن
سوال) چرا در منحنی خط چین قرمز علی رغم این که
زیاد می شود ؟VBC کمی با افزایش IC داشته باشد مقدار α × 30 mA مقداری ثابت و برابر IC انتظار داریم
α =α*λ قابلیت گذردهی بیس عرض موثر بیس BC عرض ناحیه تخلیه VBC چون
IC > 0 DBE روشن
VBC < 0.6 DBC روشن
* ناحیه فلش های سیاه : اشباع
IC
IC
VCB
IE = 30mA
0.6
-1
-2
-3
VBC < 0.6 DBC ناحیه فلشهای قرمز خاموش
IC ≈ IE , IC ≠ VCB
* ناحیه نارنجی رنگ : ناحیه قطع
IC = 0 DBE خاموش
VBC >0.6 DBC خاموش , IC ≈ ICBO
کم می شود ؟ VCB در ناحیه اشباع با افزایشIC سوال ) چرا جریان
برابر خواهد بود با : Cروشن و جریان BC در ناحیه اشباع دیود
IC = αIE -IS e
VBE
τVT
IC
VCB
IE = 30mA
0.6
-1
-2
-3
RC
RE
VCC
VE
VS
+
_
_ V O +
-VS + VE – RE (IE + ie ) – 0.7 = 0 IE + ie = VE – VS – 0.7 / RE
1
2
1
VO = VCC – RC (IC + iC )
2
1
2
VO = VCC – RC (VE – VS – 0.7 / RE ) = [VCC – RC (VE – 0.7 ) / RE ] + [RC VS / RE ]
قضیه : تقویت کننده بیس مشترک می تواند به عنوان یک تقویت کننده ولتاژ استفاده شود .
:acگین ولتاژ
[(RC / RE ) VS ] / VS = Voac / Viac
برابر کرد.RC / RE را در خروجی VS می توان اثرRC وRE با انتخاب مناسب
:C.B منحنی مشخصه ورودی
IE
VEB
-1
0.7
-2
0
؟ چون دیود بیس امیتر روشن است IE VEBچرا با
IE =IS e
VBE
τVT
؟ IE ثابت ، VEB به ازای VEB چرا با
(پدیده ارلی ، مدلاسیون عرض بیس ، کاهش عرض موثر بیس) α* VEBچون با افزایش
: C.Eمنحنی مشخصه
پایه مشترک امیتراست
ورودی به بیس داده می شود
خروجی از کلکتور گرفته می شود
RB
+
_
VB
RC
VCC
VS
_ V CE +
_ V BE +
_ V BC +
_ V O +
IC = f(IB , VCE )
VCE
0.2
IC
1μ
IB = 0
3μ
2μ
IC > 0 VCE > 0.2
ناحیه خطی :
VCE = VBE – VBC > 0.2 – VBC > -0.5 VBC < 0.5 DBC خاموش
IC = α IE , IC = βIB
جمع بندی کلی از ترانزیستورهای بیس مشترک ، امیتر مشترک و کلکتور مشترک
:C.B وC.Eمقاسیه منحنی مشخصه خروجی
IC
IE = 2mA
IB
IC
.
.
.
.
A
B
A
B
IC = α IE : A : α =0.9 IC = 0.9 (2mA)= 1.8mA
B: α = 0.99 IC = 0.99 (2mA) = 1.98mA
IC = β IB : A : α =0.9 β = α / 1- α = 9 IC = 186mA
B: α = 0.99 β = α /1- α = 99 IC = 198mA
پایان