Universitat Politècnica de Catalunya Departament d ... file03/12/2010 2 lluís ferrer el transistor...
Transcript of Universitat Politècnica de Catalunya Departament d ... file03/12/2010 2 lluís ferrer el transistor...
03/12/2010
1
Universitat Politècnica de Catalunya
Departament d’Enginyeria Electrònica
El TRANSISTOR BJT
Universitat Politècnica de Catalunya
Departament d’Enginyeria Electrònica
Autor: Lluís Ferrer
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
2
El Transistor ideal
Característica d’entrada i sortida.
Models del transistor ideal
El transistor en continua.
El transistor com a interruptor.
El transistor com amplificador.
Esquema equivalent per petita senyal
Màxima amplificació sense distorsió.
Limitacions del transistor.
Índ
ex
03/12/2010
2
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
E
C
B
IC
IE
IB
E
C
B
IC
IE
IB
Símbol
NPNPNP
B = BASE
C = COLECTOR
E = EMISOR.
VBE = TENSIÓ BASE-EMISOR
VCE = TENSIÓ COLECTOR-EMISOR
A PARTIR D’ARA ES DONARAN LES CARACTERISTIQUES DEL TRANSISTOR NPNA PARTIR D’ARA ES DONARAN LES CARACTERISTIQUES DEL TRANSISTOR NPN 3
Sím
bo
l
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
4
IB
VBEVɣ
Característica ideal d’entrada: IB = f(VBE)
Es pot observar que és com un díode. En el transistor real la tensió colector-emisor també afecta al
corrent de base.
Car
acte
ríst
ica
d’e
ntr
ada
03/12/2010
3
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
5
VCEZONA DE TALL
IB1=0,1mA
IB2= 0,2 mA
IB5=0,5 mA
IB4=0,4 mA
IB3=0,3 mA
IB6=0,6 mAIC
ZONA SATURACIÓ
ZONA ACTIVA
0,2 V
Característica ideal de sortida: IC = f(VCE , IB)
Es pot observar que hi han 3 zones de treball: Zona Activa: Ic no depèn de Vce, depèn de Ib. Actua com
amplificador. Zona de tall: Ib=0, Ic=0. Actua com interruptor obert. Zona de saturació: Vce <0,2V ≈ 0V. Actua com interruptor tancat.
Car
acte
ríst
ica
de
sort
ida
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
6
Esquemes equivalents del transistor
C
E
B
C
E
B0,6V
0,8V
ZONA ACTIVA ZONA DE TALL ZONA SATURACIÓ
Condició: Ib>0 i Vce>0,2Vβ= Guany de corrent
Condició: Vbe< Vɣ
Condició: 1. Ib > Ic /β2. Ib>0 , Ic>0
C
E
B
C
E
B
β•Ib
Vɣ
Ib
Esq
uem
es e
qu
ival
ents
03/12/2010
4
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
7
Circuit bàsic amb transistor
La malla d’entrada controla IB i aquesta controla IC. Si el transistor està en la zona activa IC= IB·β, per tant el
corrent en l’altaveu depèn de IB, i aquesta depèn de VBB .
Malla de sortida
VCC
Malla d’entrada
E
C
B
IC
IB
VBB
RC
RB
C
CECCC
CECC
R
V-V=I
càrrega de recta Equació⇒V+R•I=Vcc
sortida de Malla⇒Kirchoff
B
BEBBB
BEBEBBBB
R
V-V=I
V7,0÷6,0≤V // V+R•I=V
entradad' Malla ⇒Kirchoff
Equacions del circuit:
C
CEC
CB
BC
CBBB
BCE
R
2,0-V=maxI;
β
maxI>I⇒saturació de z.
β•I=I⇒activa z.
0=I=I⇒γV<V⇒ tallde z.
I+I=I⇒Sempre
transistor del Equacions
Cir
cuit
bàs
ic
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
8
VCE
IC
0,2 V
Vcc/RC
Vcc
Q
VceQ
IcQ
IB min per saturació
IBQ
RECTA DE CÀRREGA
Controlant la IB del transistor controlem la zona en que treballarà. IB > 0 i IB< IB min està en la zona activa i IC = β•IB. IB = 0 ⇒ Transistor tallat ⇒ IC=0. IB > IB mínima ⇒ transistor en saturació; IC= IC màxim.
Rec
ta d
e cà
rreg
a
03/12/2010
5
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
9
Problema de transistors en continua: Trobar ICQ i VCEQ.
Dades: Rc= 1K, Re=100Ω, R1=9K, R2=1K, Vcc= 20V, β=100
BBCE
BCE
BCEB
BBBCBE
EECECC
I•110,1-20=)1,0+β•1,1(•I-20=V
)1,0+β•1,0+β(•I+V=20
1,0•)1+β(•I+V+1•β•I = 20
)1+β(•I=I•β+I=I+I=I
R•I+V+R•I=Vcc
:sortida de Malla
mA1272,0=10,1+0,9
0,6-2=I
1,0•)1+β(•I+6,0+9,0•I = 2
R•I+V+9,0•I=V
:entradad' Malla
B
BB
EEBEBBB
mA7,12=100•127,0=β•I=I
V99,5=1,110•1272,0-20=V
TREBALL DE PUNT
BQCQ
CEQ
Preguntes: Es veritat que està en la zona activa?. El punt de treball és òptim?. Repetir el problema amb R1=R2=10k.
Pro
ble
ma
exem
ple
en
co
nti
nu
a
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
10
Problema de transistors en commutació: Trobar RB màxima perquè quan Vi=5V el transistor saturi.
He min= βmin= 50, Vbe =0,8V
mA8,4=10,2-5
=Rc
0,2-Vcc=maxI
V2,0=V⇒saturacio // V+R•I=Vcc
maxima. IcTrobar
C
CECECC
mA096,0=50
8,4=
minHfe
maxIc=minIB
saturacio.en estar per minima IBTrobar
Ωk75,43<RB⇒096,0
2,4<RB
mA096,0>R
0,8-5=
R
0,8-Vi=mimI
V+R•I=Vi
maxima RBTrobar
BBB
BEBB
Preguntes: Trobar quan val IB i IC si RB=10k. Si RB=100 k quin és el valor mínim de Rc perquè
el transistor saturi? Quan val IB i IC si Vi=0V?.
Pro
ble
ma
exem
ple
en
co
nti
nu
a
03/12/2010
6
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
11
Portes lògiques. Trobar Vo =VCE dels dos circuits, tenim en compte que V1 i V2
poden valer 0 i 5 V:
Vɣ de tots els díodes = 0,6V.
HFE min dels transistors = 100.
Del primer circuit quin és el valor mínim de V1 o V2 perquè el transistor estigui saturat.
El t
ran
sist
or
com
a in
terr
up
tor
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
12
Famílies de Portes lògiques.
AND, DL NOR, RTL
NAND, DTLNAND, TTL
Transistor Multi emisor
El t
ran
sist
or
com
a in
terr
up
tor
03/12/2010
7
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
13
Circuit bàsic amplificador
Hi ha 2 fonts de tensió:Vcc: Tensió d’alimentació. Es continua.Vi: Tensió a amplificar. Es alterna.
Per resoldre’l apliquem superposició, primer estudiem la continua amb la qual es fixa el punt de treball, i desprès s’estudia l’alterna per trobar els guanys de tensió i de corrent.
Normalment per resoldre’l els condensadors en continua es consideren un circuit obert i en alterna un curt circuit.E
l tra
nsi
sto
r co
m a
mp
lific
ado
r
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
14
Circuits equivalents per la continua i l’alterna
CIRCUIT DE CONTINUA
CIRCUIT D’ALTERNA
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
03/12/2010
8
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
15
V026,0=V
IV•β
=IV
=r
T
CQ
T
BQ
Tπ
Esquema equivalent del transistor per petita senyal.
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
16
AMPLIFICADORVi Vo
Ii Io
Característiques d’un amplificador.
Impedància d’entrada = Vi / Ii Impedància de sortida = Vo / Io Guany de corrent = Io / Ii Guany de tensió = Vo / Vi Guany de potencia = Vo · Io / Vi · Ii
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
03/12/2010
9
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
17
E C
B
IcIE
VCBVEB
IB
E
CB
Ic
VCE
VBEIB E
CB
VEC
VBC
IE
Configuracions del transistor
BASE COMU
EMISOR COMU COLECTOR COMU
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
18
Problema exemple: Trobar Ri, Ro, Gi i Gv del següent circuit
Dades: Rs= 0.1k, R1 =RL=10k, R2=Rc= 1k, rπ = 0,9k, β=50
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
03/12/2010
10
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
19
Esquema equivalent en alterna.
πr+RR
•Ii=Ib
base la de aResistènci =2R+1R2R•1R
=R
r+Rr•R
=)r+R(•Ii)r•R(•Ii
=Ii
r•Ib=
IiV
=Ri
ENTRADAD'A RESISTENCILA DE CALCUL
B
B
B
πB
πB
πB
πBπB
RiRs+Ri
•V=Vi⇒Rs+Ri
Ri•Vi=V
rV
=Ib
r'R•V•β-
='R•Ib•β-=Vo
r+Rr•R
=Ri // R+RR•R
='R
)Rs+Ri(•rRi•'R•β-
=
RiRs+Ri
•VB
r'R•V•β-
=ViV
=G
TENSIODEGUNAYDEL CALCUL
BB
π
B
π
LBL
πA
πA
LC
LCL
π
Lπ
LB
OV
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
20
A
A
A
A
LC
ALC
A
A
A
LC
Rπr+R
•Ib=Ii⇒πr+R
R•Ii=Ib
R+RRc
•β•Ib-=IL
)πr+R(•)R+R(
R•Rc•β-=
R
πr+R•Ib
R+RRc
•β•Ib-=
Ii
IL=Gi
CORRENT DE GUANY DEL CALCUL
β•Ib-=I
'R=R+RR•Rc
=β•Ib-
R+RR•Rc
•β•Ib-=
IV
=Ro
SORTIDA DEA RESISTENCILA DE CALCUL
N
LLC
LLC
L
N
TH
πB
πBB
r+Rr•R
=Ii
V=Ri
ENTRADAD'A RESISTENCILA DE CALCUL
)πr+R(•)R+R(R•Rc•β
-=IiIL
=Gi
CORRENT DE GUANY DEL CALCUL
ALC
AL
LC
L
N
TH 'R=R+RR•Rc
=I
V=Ro
SORTIDA DEA RESISTENCILA DE CALCUL
)Rs+Ri(•rRi•'R•β-
=ViV
=G
TENSIO DE GUNAY DEL CALCUL
π
LOV
Càlcul dels paràmetres
Resum
El t
ran
sist
or
com
am
plif
icad
or
03/12/2010
11
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
21
Màxima amplificació sense distorsió: Variacions sobre el punt de treball
VCE
IC
Vcc / RC
Vcc
Q
VceQ
IcQ IBQ
RECTA DE CÀRREGA
∆ICSAT
∆ICTALL
∆VCESAT ∆VCETALL
El ideal és que Q estigui centrat, així el màxim increment de tensió per la dreta i l’esquerra serà el mateix.
En cas de que Q no estigui centrat el màxim increment de tensió estarà fixat per l’increment més petit.M
àxim
a am
plif
icac
ió s
ense
dis
tors
ió
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
22
Màxima amplificació sense distorsió: Recta de carga en continua diferent de recta de carga en alterna.
∆ICTALL
VCE
IC
Vcc / RC
Vcc
Q
VceQ
IcQ IBQ
Recta de carga en c.c∆ICSAT
∆VCESAT ∆VCETALL
Recta de carga en c.a.
La recta de càrrega en alterna passa pel punt de treball però te un pendent diferent = 1/ (Rc || RL).
Ro
V=
Ro
VΔ=IΔ//Ro•I=Ro•IΔ=VΔ
R+R
R•R=Ro//I=IΔ//V=VΔ
CEQCESATCSATCQCTALLCETALL
LC
LCCQCTALLCEQCESAT
Màx
ima
amp
lific
ació
sen
se d
isto
rsió
03/12/2010
12
Lluís Ferrer
EL TRANSISTOR BJT
23
Limitacions del transistor
Intensitat de col·lector màxima. Vce màxima. Potència màxima = IC · VCE
VCE
IC
VCEMAX
ICMAX
Potencia màxima
Lim
itac
ion
s d
el t
ran
sist
or