Elektronická učebnice

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 180^o.

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 I_E, výstupním proudem stejně jako v zapojení se společným kolektorem je kolektorový proud I_C. Pro toto zapojení je používán zesilovací činitel α.

Statický zesilovací činitel

$\alpha =\frac{I_{C}}{I_{E}}$ | U_CE = konst. protože I_E = I_C + I_B, je I_C < I_E , 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 I_B a napětí U_CE. Pomocí těchto dvou veličin jsme nastavili pracovní bod tranzistoru. Poté změříme proudu I_C. Velikost proudového zesilovacího činitele β pro tento pracovní bod vypočteme ze vztahu:

$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}$ | U_CE = 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 △i_C v okolí pracovního bodu v závislosti na změně proudu báze Δi_B. 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 I_C tranzistoru na výstupním napětí. Vyjadřují vztah i_C = β . i_B + I_CE0, kde I_CE0 je zbytkový proud.

Parametrem výstupních charakteristik je jedna ze vstupních veličin - v uvedeném příkladu vstupní proud I_B. Druhou vstupní veličinou je napětí U_BE, 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 I_B velikost např. I_B3, dostaneme při zvětšování napětí mezi kolektorem a emitorem od 0 V do U_CEmax průběh výstupního proudu znázorněný křivkou označenou I_B3. Při jiném proudu báze je jiná závislost I_c = f(U_CE) pro I_B= konst_.

Z výstupních charakteristik můžeme určit statický výstupní odpor tranzistoru

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

II. kvadrant

Ve druhém kvadrantu jsou znázorněny převodní charakteristiky. Převodní charakteristiky udávají závislost výstupního proudu I_C na vstupní veličině I_B nebo U_BE – v uvedeném příkladu na vstupním proudu I_B. 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 I_C/I_B.

III. kvadrant

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

Ze vstupních charakteristik můžeme určit vstupní statický odpor jako poměr odpovídajícího vstupního napětí a vstupního proudu U_BE/I_B, když U_CE = konst.

Vstupní charakteristiky jsou závislé na výstupním napětí U_CE 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

Metodika práce se systémem ELUC
Nastavení Cookies