Bipoláris tranzisztorok alkalmazása

Rajzoljuk fel újra a 8-2. ábra kapcsolását kicsit más formában.

8-3. ábra

Mielőtt továbblépnénk, egy apró kitérő. A tranzisztorok működésének tárgyalásánál előjöhet egy, kifejezetten a magyar nyelvvel kapcsolatos sajátosság. A tranzisztorok bázisa és emittere közötti feszültség általánosan elfogadott és világszerte alkalmazott jelölése az UBE ami kísér-tetiesen hasonlít a magyar nyelven bemeneti feszültségre alkalmazott jelölésre. Az ebből adó-dó anomáliák elkerülése érdekében a tranzisztorokkal foglalkozó fejezetben az U_BE jelölést konzekvensen a tranzisztor bázis-emitter feszültségének jelölésére fogjuk használni. A

kap-csolások bemeneti feszültségét, illetve a jelölések konzekvenciája érdekében a kimeneti fe-szültséget UIN illetve UOUT fogja jelezni.

Annak ellenére, hogy a bipoláris tranzisztor alapvetően az áramjelet erősíti, és hogy az egye-náramú hálózatokkal foglalkozó részben láttuk, hogy az áram illetve feszültséggenerátor egymással helyettesíthető, a valóságban inkább feszültség jellegű jelekkel számolunk. A 8-3.

ábrán ennek megfelelően a kapcsolás bemenetére egy feszültséggenerátort kapcsoltunk, és a kimenetén is feszültségjelet figyelünk.

Vizsgáljuk most meg, hogy a 8-3. ábrán látható kapcsolás hogyan viselkedik, ha a bementi feszültséget 0-ról UINmax értékig növeljük.

A vizsgálódás során a tranzisztor bázi-emitter diódájának karakterisztikáját jelentős mérték-ben idealizáljuk, azaz úgy tekintjük, hogy egy adott UBEny nyitófeszültség eléréséig a bázison egyáltalán nem folyik áram, az U_BEny feszültség elérése után viszont e bázis-emitter dióda feszültsége nem függ a bázisáramtól, azaz állandó marad. A gyakorlat szempotjából egyéb-ként ez az elhanyagolás megengedhető, a legtöbb esetben nincs is szükség ennél pontosabb számításra. A jellemző nyitási küszöbfeszültség germánium tranzisztorok esetén 0,2V szilíci-um tranzisztorok esetén 0,6-0,8 V

A bemeneti feszültségenerátor feszültsége a kezdeti pillanatban 0. Ekkor tranzisztor báziskö-rében minden feszültség és áramérték 0, aza a tranzisztor bázisán nem folyik áram. Ha a tran-zisztor bázisán nem folyik áram, akkor a kollektoron sem tud, azaz Ic értéke is 0. A Kirchoff csomóponti törvént mindig szem előtt kell tartani, ami azt jelenti, hogy ha IC=0, a kimenetet szabadon hagytuk, tehát I_OUT is 0, akkor a kollektoráram sem lehet más mint 0. A Kirchoff törvény mellett ne felejtkezzünk el az Ohm törvényről sem, így megmondhatjuk, hogy a kollektorellenálláson eső feszültség szintén 0. Ha a kollektorellenálláson nem esik feszültség, akkor a kimeneti feszültség (UOUT) értéke éppen a tápfeszültséggel egyezik meg

Kezdjük el növelni a bemeneti feszültséget. Mindaddig, míg a bemenetet reprezentáló generá-tor feszültsége nem haladja meg UBEny értékét, a bázis-emitter dióda nem vezet, azaz IB értéke 0. Ekkor RB-n nem esik feszültség, a generátor feszültsége teljes egészében a bázis-emitter átmenetre jut. Bázisáram nem folyik, a kimeneten is minden változatlan, UOUT=U_T.

Tovább növelve UIN értékét megváltozik a báziskörben a helyzet. UBE nem képes UBEny érték

 nagyságú áram fog folyni. Ennek a bázisáramnak a hatására a kollektoron IC=B*IB nagyságú áram folyhat, ami azt eredményezi, hogy a kollektorellenálláson U_C=R_C*I_C feszültség esik. Innen már csak egy lépés a kimeneti feszült-ség meghatározása, ami UOUT=UT-UC. Tovább növelve a bemeneti feszültséget, a kollektoráram tovább növekszik, a kapcsolás kimeneti feszültsége, ami éppen a tranzisztor kollektora és emittere közötti feszültséggel egyezik meg, tovább csökken. Egy idő után ez a feszültség eléri azt a minimumot, ami a teljesen nyitott tranzisztor kollektora és emittere kö-zött lehetséges. Ez az úgynevezett szatutrációs feszültség, (UCEsat) és innetől kezdve UOUT nem tud tovább csökkenni, azaz a kollektoráram nem tud tovább nőni, bár a bázisáramot még nö-velhetem.

Nézzük meg most az előbb leírtakat konkrét értékekkel. Legyen RB=1,5kΩ, UT=12V, B=200, R_C=25Ω, U_BEny= 0,6V, U_CEsat=0,2V. Az első határpont, amikor U_IN értéke 0,6V, ekkor a bá-zisáram még éppen 0, a kollektoráram szintén 0, a kimeneti feszültség pedig éppen megegye-zik a tápfeszültséggel, azaz 12V. A második határpont, ahol a kimenő feszültség éppen eléri a

lehetséges minimumot, azaz az UCEsat=0,2V értéket. Ekkor a kollektorellenállásra jutó feszült-ség 11,8V a kollektorellenálláson illetve ezzel együtt a kollektoron folyó áram pedig

V A R

I U

C C

C 0,472

25 8 ,

11 

 

 azaz 472mA. Ahhoz, hogy a kollektoron ekkora áram folyjon, a

bázison mA mA

B

I_B I^C 2,36 200

472 



 . A bementre jutó feszültség ekkor

V k

mA V

R I U

U_IN  _BEny  _B  _B  0,6  2,36 1,5   4,14

8-4. ábra

Amennyiben a tranzisztort mint erősítőt tekintem, akkor bemeneti illetve kimeneti kapocspá-rok közötti arányosságot keresek. A tranzisztornak összesen 3 kivezetése van, így a két ka-pocspár kezelése csak úgy lehetséges, ha a tranzisztor 3 kivezetése közül az egyik mind a be, mind pedig a kimenetben szerepel. Annak megfelelően, hogy a közös pont az emitter, a kol-lektor vagy a bázis, földelt emitteres, földelt kolkol-lektoros vagy földelt bázisú kapcsolásról be-szélünk. (Szokásos elnevezés még a közös emitteres, közöe kollektoros illeve közös bázisú alapkapcsolás.

A tranzisztor erősítését alapvetően a kollektoráram és a bázisáram határozza meg, továbbá a fejezet elején tárgyaltuk, hogy a kollektor és az emitteráram megközelítőleg azonos, így csep-pet sem meglepő, hogy mind a közös emitteres mind pedig a közös kollektoros kapcsolás ese-tén a bemenet a bázis és a közös pont, a kimenet pedig a kollektor emitter páros. Kérdés, hogy a földelt bázisú kapcsolás esetén melyik lesz a bemeneti pont. A válasz logikus, ugyanis a bázisáram, ami a tranzisztor erősítését meghatározza, a bázion át az emitter felé folyik. Ez pedig azt jelenti, hogy a közös bázisú kapcsolás esetén a bemenet az emitter-bázis, a kimenet pedig a kollektor-bázis páros.

8-5. ábra

A továbbiakban a tranzisztor közös emitteres kapcsolásáról tárgyalunk. Ebben a kapcsolásban a tranzisztora jellemző bemeneti karakterisztika a tranzisztor bázisáramát mutatja a bázis- emitter feszültség függvényében. Ez a görbe valójában nem más, mint egy nyitóirányban igénybevett dióda jelleggörbe.

A kimeneti karakterisztikában a kimeneti jellemzőket vesszük figyelembe, azaz a kollektoráramot a kollektorfeszültség függvényében. Nyilvánvaló, hogy mind a bemeneti mind pedig a kimeneti karakterisztikát csak úgy vehetjük fel, ha a másik oldal paraméterei nem változnak. Különösen jelentős ez a kérdés a kimeneti oldalon, hiszen a tranzisztor lénye-ge az, hogy a bázisáram hatására hogyan változik a kollektoráram illetve a kollektor-emitter feszültség. Éppenezért a tranzisztor kimeneti karakterisztikájának a felvételénél különböző bázisáramokhoz tartozó görbesereget veszünk fel.

A tranzisztorok alkalmazásánál fontos szempont, hogy miközben a kollektoráramot vezérel-jük, értelemszerűen a koolektor és az emitter között feszültség ébred. Márpedig, ha két pont között potenciálkülönbség van, és e között a két pont között áram folyik, akkor ott teljesít-mény ébred, azaz a tranzisztor működés közben melegszik, ezért a tranzisztorok fontos jel-lemzője a megengedhető disszipációs teljesítmény.