Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmpftufescu/CP3.tranzistoare bipolare si...

Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp

37

Capitolul 3

Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp

26. Pentru circuitul de polarizare din fig. 26 se cunosc: VEE = 5V,

VCC = 15V, RE = 2KΩ, RC = 5KΩ, iar pentru tranzistor se cunosc

următorii parametrii: β = 200, ICB0 = 0,1 μA, VBE = 0,6V.

a) Să se determine punctul static de funcţionare al tranzistorului.

b) Până la ce tensiune VEE tranzistorul este polarizat în regiunea activă

normală?

Fig. 26

Rezolvare

a) Se scrie legea a doua a lui Kirchhoff pe ochiul din dreapta :

BEEEEE VRIV

De unde se poate determina curentul de emitor:

mA2,2R)VV(I EBEEEE

iar 0CBEC III

unde mA19,2I)1( C

Tensiunea colector emitor se poate determina din ochiul de circuit din

stânga

V05,4RIVV CCCCCB

b) Tranzistorul lucrează pe regiunea activă normală deoarece prima

joncţiune este polarizată direct, iar a doua invers. Saturaţia incipientă are

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu, Electronică - Probleme

38

loc pentru VCB = 0, caz în care tranzistorul este complet deschis, toată

tensiunea VCC cade pe RC, iar curentul de colector la saturaţie este:

mA3RVI CCCCS

Având IC la care începe saturaţia tranzistorului se poate calcula curentul

de emitor care produce saturaţia şi tensiunea VEE la care se obţine acest

curent:

V63,6V/IRV BECSCEE

27. În fig. 27 este prezentat un montaj de polarizare a unui

tranzistor bipolar cu stabilizare parţială a punctului static de funcţionare.

Se cunosc: VCC = 12V, RC = 2KΩ, RB = 1MΩ, RE = 1KΩ, iar în punctul

static de funcţionare pentru tranzistor se cunosc: β=200, ICB0 = 0, VBE =

0,65V. Să se determine:

a) Punctul static de funcţionare.

b) Ştiind că viteza de variaţie a tensiunii bază emitor cu temperatura este

C/mV8,1T

VBE

, iar pentru coeficientul β avem C/%2

1

T

, să

se determine variaţia curentului de colector când temperatura creşte cu 1˚C.

c) Variaţia tensiunii VCE în condiţiile de la punctul b.

Fig. 27


39

Rezolvare

a) Se pot scrie următoarele relaţii pentru cele două ochiuri de circuit:

CEECBCC V)RR(I)1(V

EEBEBBCECC RIVRIRIV

BEBBECBCC VRI)RR(I)1(V

Din ultima relaţie obţinem:

A08,7)RR)(1(R

VVI

CEB

BECC

B

mA416,1II BC

Folosind curentul de bază obţinut mai sus din prima relaţie vom obţine:

V72,7)RR(I)1(VV ECBCCCE

b) Curentul de colector este dat de relaţia:

)RR)(1(R

)VV(I

CEB

BECC

C

Dacă temperatura creşte cu 1˚C vom avea:

V6482,0TT

VVV BE

BE2BE

, iar β = 204.

Cu aceste noi valori se poate calcula noua valoare a lui IC obţinându-se:

A98.17IC

c) În montajul din fig. 27 curentul de emitor este:

)RR)(1(R

VV)1(I

CEB

BECC

E

,

şi se calculează A9.17IE ,


40

iar mVIRRV EECCE 9,35)(

28. Se dă montajul din fig. 28 pentru care se cunosc: VCC =15V,

RC = 4KΩ, RB2 = 120KΩ, RB1 = 30KΩ, RE = 2,3KΩ, β=200, ICB0 = 0,

VBE = 0,6V.

a) Să se determine punctul static de funcţionare;

b)Sî se afle valoarea rezistenţei RB2 pentru care tranzistorul intră în

saturaţie, ştiind că 2B1B RR este constant.

Fig. 28

Rezolvare

a) Aplicând teorema Thevenin între punctele A şi B vom obţine circuitul

echivalent din fig. 28R, unde:

K24RR

RRR

2B1B

2B1BBB

V3RR

VRV

2B1B

CC1B

BB


41

Fig. 28R

Scriind ecuaţiile Kirchhoff pentru cele două ochiuri de circuit se obţine:

EEBEBBBBB RIVRIV

EECECCCC RIVRIV

În plus avem relaţiile:

BC II şi BEE III

Înlocuind IE funcţie de IB în prima relaţie se gaseşte:

mA987,0IA93,4R)1(R

VVI C

EBB

BEBBB

iar V77,8RI)1(RIVV EBCBCCCE

b) Tranzistorul intră în saturaţie dacă tensiunea VCB = 0. Se scrie ecuaţia a

doua a lui Kirchhoff care să includă joncţiunea bază colector:


42

BBBCBCCBBCC RIVRIVV

relaţie care la saturaţie devine:

BBBCBBBCC RIRIVV

Înlocuind IB cu relaţia obţinută la punctul a pentru acest curent se

determină VBB :

V14,6

)1(RR

RR1

)1(RR

RRVV

V

EBB

BBC

EBB

BBCBECC

BB

Cum RBB are acceaşi valoare ca la punctul precedent se obţine:

K5,58V

VRR

BB

CC

B2B

K6,40RR

RRR

BB2B

2BBB1B

29. Se consideră montajul din fig. 28 şi se doreşte obţinerea

următorului punct static de funcţionare: VCE = 10V, VBE = 0,6V, IC =

10mA. În plus se cunosc VCC = 20V, β = 100, tensiunea pe rezistorul RE,

VRE= VCC /10, iar curentul prin RB2 este 10IB. Să se calculeze rezistenţele

din circuit.

Rezolvare

Din legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiul din dreapta se obţine:

RECECCCC VVRIV

800I

VVVR

C

RECECC

C

Ştiind VRE se poate afla RE :


43

198

I)1(

VR

C

REE

Din prima lege a lui Kirchhoff în punctul A avem:

/III c12

de unde rezultă:

/I10I c2 , iar /I9I c1

Din legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiul ce cuprinde joncţiunea

bază emitor se poate scrie:

REBE1B1 VVRI

K88,2I9

)VV(R

C

REBE1B

Iar din ochiul pentru joncţiunea bază colector se obţine:

RECECC2B2 VVVRI

K8I10

)VVV(R

C

RECECC2B

30. Pentru circuitul din fig. 30 se cunosc: VCC = 20V, RC = 4,7KΩ,

RB2 = 12KΩ, RB1 = 12KΩ, RE = 2KΩ, β=100, ICB0 = 0, VBE = 0,6V, RB3 =

200KΩ. Să se determine punctul static de funcţionare.

Fig. 30


44

Rezolvare

Aplicând teorema Thevenin între bază şi minusul sursei vom obţine o

schemă echivalentă similară cu cea din fig. 28R, dar de această dată:

K206RR

RRRR

2B1B

2B1B3BBB ,

iar V10RR

VRV

2B1B

CC1B

BB

În rest problema se rezolvă similar cu problema 28, punctul static de

funcţionare fiind dat de relaţiile:

mA3,2IA23R)1(R

VVI C

EBB

BEBBB

iar V6,4RI)1(RIVV EBCBCCCE

31. Să se calculeze punctul static de funcţionare al tranzistorului

din fig. 31. Se cunosc: VCC = 12V, RC = 5KΩ, RB = 160KΩ, Rf = 270KΩ,

RE = 1KΩ, β=100, ICB0 = 0, VBE = 0,6V.

Fig. 31


45

Rezolvare

Din legile lui Kirchhoff în cele trei ochiuri independente şi din cele două

noduri se obţine:

BfBCBCCC IRR)II(R)III(V

EECECBCCC RIVR)III(V

EEBEB RIVIR

În continuare se scriu toţi curenţii prin tranzistor funcţie de IB :

BfBCBBCC IRR)II(R)III(V

EBCECBBCC RI)1(VR)III(V

EBBEB RI)1(VIR

Se obţin trei ecuaţii cu trei necunoscute: I, IB, şi VCE. Rezolvând sistemul

se gasesc:

A86,10R)1(RR/R)1)(RR(R)1(

R/)RR(VVVI

EfBEfCC

BfCBEBECC

B

mA086,1II BC

CBEBCCCE RI)1(RI)1(VV

V37.5R

RRI)1(

R

RV

B

CEB

B

CBE

32. Pentru tranzistoarele din fig. 32 se cunosc: β1= 20, β2 = 50,

VBE1 = 0,6V, VBE2 = - 0,6V. În plus sunt cunoscute VCC = 18V, RB = 2

MΩ, RC1 = 3KΩ, RC2 = 0,5KΩ, RE = 1KΩ. Să se determine punctul static

de funcţionare.


46

Fig. 32

Rezolvare

Avem patru ochiuri independente pentru care scriem legile lui Kirchhoff:

)II(RV 2B1C1C2EB

)II(RVIRV 2C1EE1BE1BBCC

)II(RVVV 1E2CE1CE2EBCC

)II(RRIVV 1E2CE2C2C2CECC

Folosind în plus relaţiile:

BC II şi BE I)1(I

observăm că din primele două relaţii obţinem un sistem cu două

necunoscute IB1 şi IB2 :

)II(RV 2B1B11C2EB

2B211BE1BE1BBCC I)1(IRVIRV

Rezolvând sistemul se obţine:

mA1478.0IA39,7R)1(RR

R/VRVVI 1C

21E1EB

1C2EB2E1BECC

1B


47

mA61,2IA2,52R

IRVI 2C

1C

1B11C2EB

2B

În ceea ce priveşte tensiunile pe tranzistoare ele se determină din ultimele

două relaţii ale sistemului de patru ecuaţii scris mai inainte:

V64,14)II(RVVV 1E2CE2EBCC1CE

V94,13)II(RRIVV 1E2CE2C2CCC2CE

Valoarea negativă a lui VCE2 este normală deoarece tranzistorul Q2 este

PNP şi pentru a avea polarizată invers a doua joncţiune trebuie să avem

un potenţial negativ pe colector faţă de bază şi emitor.

33. În montajul din fig. 33 parametrii β ai celor doi tranzistori sunt

300, VBE1 = 0,4V, VBE1 = 0,65V, VCC = 9V, RC1 = 15KΩ, RC2 = 2,2KΩ,

R = 50KΩ, RE1 = 0,6KΩ, RE2 = 0,3KΩ.

Fig. 33

Rezolvare

Se scriu legile lui Kirchhoff pentru ochiurile ce cuprind joncţiunile bază-

emitor :

)II(RV)II(RV 1B2E2E2BE2B1C1CCC

1E1E1BE1B1B2E2E IRVRI)II(R


48

Înlocuind toţi curenţii din relaţiile de mai sus funcţie de curenţii IB1 şi IB2

se obţine un sistem de ecuaţii cu aceste două necunoscute. Rezolvând

sistemul rezultă:

mA5,0IA66,1I 1C1B

mA,2IA66,8I 1C2B

Scriind legea a doua a lui Kirchhoff pentru ochiurile colector-emitor vom

obţine:

V2,1IR)II(RVV 1E1E2B1C1CCC1CE

V5,2)II(RIRVV 1B2E2E2C2CCC2CE

34. În montajul din fig. 34 avem doi tranzistori identici cu

paramtrii: β = 100, VBE = 0,6V, ICE0 = 0. În plus sunt cunoscute VCC =

20V, RB1 = 20 KΩ, RB2 = 80 KΩ, RB3 = 40 KΩ, RB4 =40 KΩ, RC = 2KΩ,

RE = 1KΩ. Să se afle punctul static de funcţionare.

Rezolvare

Aplicând teorema Thevenin între punctele AC şi respectiv BC vom obţine

schema echivalentă din fig. 34R, unde

K20RR

RRR

4B3B

4B3B

1BB ,

V10RR

VRV

4B3B

CC3B

1B

K16RR

RRR

2B1B

2B1B2BB ,

V4RR

VRV

2B1B

CC1B

2B


49

Fig. 34

Fig. 34R

Se scriu legile lui Kirchhoff pentru cele trei ochiuri:

E2E2CE1CEC1CCC RIVVRIV

E2E2BE2BB2B2B RIVRIV


50

E2E2CE1BE1BB1B1B RIVVRIV

Din relaţia scrisă pentru al doilea ochi se observă că se poate determina IB2.

mA9,2IA29)1(RR

VVI 2C

E2BB

2BE2B2B

În plus se observă că 1E2C II de unde rezultă că :

mA87,2IA7,281

II 1C2B1B

.

Din relaţia pentru ultimul ochi se află 2CEV :

V897.5RI)1(VRIVV E2B1BE1BB1B1B2CE

Din relaţia pentru primul ochi se obţine:

V43,5RI)1(RIVVV E2BC1C2CECC1CE

35. Cei doi tranzistori din fig. 35 sunt identici şi au parametrii: β =

200, VBE = 0,6V, ICE0 = 0. În plus se cunosc VCC = 20V, RB = 1,8MΩ, RC1

= 2 KΩ, RC2 =0,5 KΩ, RE1 = 1 KΩ, RE2 = 1KΩ. Să se afle punctul static

de funcţionare.

Fig. 35


51

Rezolvare

Circuitul din fig.35 este unul din circuitele de polarizare ale unui

amplificator cu două etaje de amplificare, primul cu un tranzistor NPN şi

al doilea cu un tranzistor PNP polarizate de aceeaşi sursă.

Se scriu ecuaţiile lui Kirchhoff pentru urmatoarele ochiuri: ochiul

care cuprinde sursa VCC şi joncţiunea B-E a lui Q1, ochiul format din

rezistenţele RC1, RE2 şi joncţiunea B-E a lui Q2 şi ochiurile ce cuprind

sursa VCC şi tensiunile VCE a celor doi tranzistori.

1E2C1E1BEB1BCC R)II(VRIV

1C2B1C2BE2E2E R)II(VRI

1E2C1E2C2C2EC2E2ECC R)II(RIVRIV

1E2C1E1CE1C2B1CCC R)II(VR)II(V

Se observă că în primele două relaţii toţi curenţii pot fi exprimaţi funcţie

de IB1 şi IB2 obţinându-se astfel un sistem de două ecuaţii :

1E2B1B1BEB1BCC R)II)1((VRIV

1C2B1B2BE2E2B R)II(VRI)1(

Rezolvând sistemul se obtine:

mA67,1IA35,8I 1C1B

mA7,2IA5,13I 1C1B

Din ultimele două relaţii se vor determina tensiunile colector-emitor

pentru cei doi tranzistori:

V56,11V,V3,12V 2EC1CE

36. Montajul din fig.36 este realizat cu tranzistoare

complementare având parametrii: β = 100, VBE = 0,6V, ICE0 = 0.

Tensiunea de alimentare VCC este de 20V, iar rezistenţele au următoarele

valori: RB1 = 400KΩ, RB2 = 300KΩ, RE1 = 1 KΩ, RE2 = 1 KΩ.


52

Să se determine punctele statice de funcţionare ale celor două

tranzistoare.

Fig. 36

Rezolvare

Se observă că tensiunea colector-emitor a primului tranzistor este egală cu

tensiunea emitor colector a celui de-al doilea. Din legile lui Kirchhoff

pentru cele trei ochiuri independente se obţine:

1E2C1EBE1B1BCC R)II(VRIV

2B2BEB2E1C2ECC RIVR)II(V

1E2C1E1CE2E1C2ECC R)II(VR)II(V

Întrucât parametrii β pentru cei doi tranzistori sunt identici se pot rescrie

primele două ralaţii sub forma:

1E2B1BBE1B1BCC R)I)1(I(VRIV

2B2BBE2E1B2BCC RIVR)II)1((V

Rezolvând sistemul se obţine:

mA22,3II 2C1C

iar: V7I)12(RRI)12(VV B1E2EBCCCE


53

37. În montajul din fig. 37 tranzistorul TECJ are următorii

parametrii: IDSS = 6mA, VP = – 6V. În plus se cunosc: VDD = 24V, –Vss =

–12V , RS = 8KΩ, RD = 6KΩ. Să se determine:

a) Tensiunea Vo dacă V1 = 0

b) Tensiunea Vo dacă V1 = 5V

c) Tensiunea V1 dacă Vo = 0

Fig. 37

Rezolvare

Pentru circuitul de mai sus se pot scrie relaţiile:

OGS1 VVV

SSSDO VRIV

În plus se ştie că : 2

PGSDSSD )V/V1(II

Din primele două relaţii se obţine:

SDSS1GS RIVVV

Se introduce GSV astfel obţinut în a treia relaţie obţinându-se o ecuaţie de

gradul doi cu o simgură necunoscută:

2

PSDSS1DSSD )V/RIVV1(II

a) Punând condiţia V1 = 0 în ultima relaţie se găsesc două soluţii, din

care doar prima este corectă, a doua ar da o tensiune totală pe rezistenţe

de peste 36V cât dau cele două surse. Prin urmare soluţia corectă este :


54

V7,2V,V7,2V,mA84,1I 0GSD

b) Dacă V1 = 5V rezultă:

mA44,3I,mA4,2I 2D1D

dintre care doar prima este posibilă şi prin urmare vom avea:

V2,7V,V2,2V,mA4,2I 0GSD

c) Dacă V0 = 0 rezultă că:

mA5,1R/VI SSSD , iar V3VV GS1 .

38. Se consideră montajul de polarizare, din fig.38, a unui

tranzistor TECJ având următorii parametrii: IDSS = 6mA, VP = – 4V.

Tensiunea de alimentare este VDD = 30V, RG = 1MΩ şi se doreşte

obţinerea unui punct de funcţionare cu ID = 3mA şi VDS = 10V. Să se

calculeze rezistenţele RS şi RD care permit obţinerea acestui punct de

funcţionare.

Fig. 38

Rezolvare

Pentru acest montaj de polarizare se pot scrie relaţiile:

SSGSGG RIVRI

SSDSDDDD RIVRIV

Întrucât la TECJ joncţiunea grilă-canal este polarizată invers:


55

SDG II0I

Iar relaţiile de mai sus devin:

SDGS RIV

SDDSDDDD RIVRIV

În plus există relaţia: 2

PGSDSSD )V/V1(II

Se obţine: V17,1)I/I1(VV DSSDPGS

Din prima relaţie se poate scrie: 390I/VR DGSS , iar din cea de a

doua :

K28,6I

RIVVR

D

SDDSDD

D

39. Pentru montajul din fig. 39 se cunosc: IDSS = 9mA, VP =

–3V, VDD = 12V, RS = 1KΩ, RD = 3KΩ, RG = 1MΩ.

Să se determine punctul static de funcţionare.

Fig. 39

Rezolvare

Pentru montajul din fig.39 se pot scrie relaţiile:

SDDSDDDD RIVRIV


56

2

PGSDSSD )V/V1(II

SSGS RIV

Introducând VGS din ultima relaţie în cea de-a doua se obţine o ecuaţie de

gradul doi cu o singură necunoscută:

2

PSSDSSD )V/RI1(II

Rezolvând ultima relaţie se găsesc două soluţii pentru curentul de drenă:

mA7,1I 1D şi mA3,5I 2D

Dintre acestea doar prima este corectă deoarece a doua soluţie ar da pe

rezistenţele RS şi RD o tensiune de 21,2V ceea ce este imposibil deoarece

tensiunea dată de sursă e de 12V.

În ceea ce priveşte tensiunile de pe tranzistor acestea se determină

din primele două relaţii:

V7,1VGS , V2,5RIRIVV SDDDDDDS

40. Se dă schema de polarizare din fig. 40. Se cunosc: IDSS =

9mA, VP = – 3V, VDD = 12V, RS = 1KΩ, RD = 1KΩ, RG1 = 1MΩ, RG2 =

3MΩ . Să se determine punctul static de funcţionare al tranzistorului.

Fig. 40


57

Rezolvare

Pentru circuitul de mai sus se pot scrie următoarele legi ale lui Kirchhoff:

)RR(IV 2G1GDD

SDGS1G RIVIR

SDDSDDDD RIVRIV

În plus se poate scrie relaţia:

2

PGSDSSD )V/V1(II

Din primele două expresii se obţine:

SD1G

2G1G

DD

GS RIRRR

VV

2

P

SD1G

P2G1G

DDDSSD

V

RIR

V)RR(

V1II

Rezolvând ecuaţia de gradul doi de mai sus se găsesc soluţiile:

mA4I 1D şi mA9I 2D

Doar prima soluţie este corectă, şi se găsesc:

V2VGS , V4RIRIVV SDDDDDDS

Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmpftufescu/CP3.tranzistoare bipolare si...

Documents

Transcript of Capitolul 3 Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmpftufescu/CP3.tranzistoare bipolare si...