Circuite de polarizare

Circuite de polarizare

1. Punctul static de functionare

    Consideram tranzistorul bipolar de tip npn din fig. 1. Pentru un tranzistor aflat intr-un circuit electric, ne intereseaza sa determinant curentul de colector al tranzistorului Ic si tensiunea Uce dintre colector si emitor (respectiv Uec pentru pnp) in regim activ normal (RAN) atunci cand se cunosc parametrii o si Ube (respectiv Ueb pentru pnp). Marimile Ic si Uce formeaza coordonatele punctului static de functionare si se gasesc pe caracteristica statica de iesire in conexiune EC a tranzistorului

la intersectia cu dreapta statica de sarcina.

    Pentru a calcula curentul de colector, vom scrie o ecuatie KII intre potentialele VCC si masa, pe traseul care cuprinde baza si emitorul (fig. 3b):

de unde rezulta intensitatea curentului de colector

    Pentru a determina tensiunea colector emitor a tranzistorului, vom scrie o ecuatie KII intre potentialele VCC si masa, pe traseul care cuprinde colectorul si emitorul:

    Pentru valori ale rezistentelor din circuit de Rb = 440K, respectiv Rc = 2K, si pentru parametrii de tranzistor 0 = 100 si Ube = 0,6 V , se obtin valorile Ic = 1mA si Uce = 3V.

2. Circuite de polarizare in curent

Fie circuitul de polarizare in curent din fig. 3.a) :

    Punctul P de pe grafic reprezinta punctul static de functionare, fiind caracterizat de coordonatele Uce si respectiv Ic. Deci, pentru determinarea PSF al unui tranzistor trebuie sa determinam curentul de colector al acestuia si tensiunea dintre colector si emitor. In general, pentru determinarea punctului static de functionare (PSF) al unui tranzistor, se scriu ecuatii Kirchhoff care, de regula, includ:
- baza si emitorul pentru determinarea curentului de baza si implicit eel de colector sau direct al curentului de colector;
- colectorul si emitorul pentru a determina tensiunea dintre colector si emitor.
    De cele rnai multe ori, tensiunea dintre colectorul si emitorul unui tranzistor se determina dupa ce s-a reusit determinarea curentului care trece prin colectorul tranzistorului.

    Caracteristica statica de iesire a unui tranzistor in conexiunea EC:

este prezentata in fig. 2. Zona nehasurata din cadranul I aflata intre zonele A, B, si C reprezinta domeniul de functionare al regimului activ normal.
A - zona de blocare ;
B - zona de saturatie;
C - zona cu putere de disipatie maxim admisibila;

4. Circuite de polarizare in curent cu reactie paralel in colector

    Circuitele de polarizare in curent cu reactie paralel in colector sunt de tipul celui din fig. 5:

    Pentru a calcula curentul de colector, pe traseul VCC-RC-RB-B-E-GND se poate scrie relatia KII:

    Inlocuind si rezulta :

    Pentru a determina tensiunea colector-emitor a tranzistorului, pe traseul     VCC-RC-C-E-GND se poate scrie relatia KII:

    Pentru valori ale rezistentelor din fig. 5, si pentru parametrii de tranzistor de  0 = 200 si Ube = 0,6, se obtin valorile Ic = 2mA si Uce = 4V.

    Pentru a determina tensiunea dintre colectorul si emitorul tranzistorului, vom scrie o ecuatie KII pe traseul de colector:
si deoarece Ie aproximativ Ic, rezulta

    Pentru valori ale rezistentelor specificate pe schema din fig. 4, si pentru parametrii de tranzistor 0 = 100 si Ube 0,6V, se obtin valorile Ic = 2mA si Uce = 3,6V.

    Circuitele de polarizare in curent cu reactie serie in emitor sunt de tipul celui din fig. 4.

    Pentru a calcula curentul de colector, vom scrie o ecuatie KII pe traseul care cuprinde baza si emitorul:

dar     
rezulta     

3. Circuite de polarizare in curent cu reactie serie in emitor

    Tensiunea Uce dintre colectorul si emitorul tranzistorului T, se determina normal, scriind ecuatia KII in circuitul de colector al acestuia:
de unde rezulta :

b) Metoda Thevenin

    Circuitul din baza tranzistorului poate fi echivalat Thevenin , rezultand un circuit echivalent format dintr-o sursa de tensiune echivalenta Ve si o rezistenta echivalenta Re, dupa cum se vede in figura de mai jos:
    

    Tensiunea echivalenta :

    Rezistenta echivalenta :

    Pentru a determina curentul de colector scriem ecuatia KII in circuitul de baza al schemei de curent continuu echivalente:

de unde :

    Tensiunea colector-emitor se determina scriind KII in circuitul de colector, exact ca la metoda anterioara.

    Aceasta metoda este recomandata in special pentru cazul cand rezistentele din baza sunt foarte mari.

    Tinand cont ca

setul de 5 ecuatii de mai sus devine:

    Eliminand I1 si I2 se obtine ecuatia:

de unde se obtine curentul de colector Ic = 2mA.

4. Circuite de polarizare in tensiune cu divizor rezistiv in baza

Circuitele de polarizare in tensiune cu divizor rezistiv in baza sunt de tipul celui din fig. 6. Pentru determinarea punctului static de functionare a tranzistorului bipolar putem apela la mai multe metode.

a) Metoda Kirchhoff

    In nodul din baza tranzistorului si in circuitele din baza ale acestuia se pot scrie urmatoarele ecuatii:

c) Metoda divizorului de tensiune

    Pentru valori mici ale rezistentelor din baza, comparabile cu cea din emitor, pentru care Re / o << Re se poate folosi metoda divizorului de tensiune. In acest caz, curentii care trec prin ramurile 1 si 2 au intensitati relativ mari fata de curentul de baza al tranzistorului, de aceea curentul Ib poate fi neglijat si deci I1 aproximativ I2. In consecinta, cele doua rezistente din baza actioneaza ca un divizor de tensiune.

    Aceasta metoda mai este numita si metoda aproximatiei zero si presupune a considera pentru inceput valoarea curentului in baza tranzistorului Ib = 0. Cu alte cuvinte rezulta ca vom avea Ie = Ic si I1 = I2 = Idiv.

    Potentialul in baza tranzistorului va fi:

    Dar scriind KII in ochiul din baza, rezulta:

de unde :    

    Tensiunea dintre colector si emitor se determina dupa ce s-a determinat curentul de colector, in mod asemanator cu metodele anterioare. Se obtine:

5. Circuite de polarizare in tensiune cu dioda Zener

    In fig. 9 este prezentat un circuit polarizat prin intermediul unei diode Zener aflata in baza tranzistorului.

    Dioda Zener este polarizata invers s la bornele ei este tensiunea Uz = 5,6V egala cu potentialul din baza tranzistorului. Curentul prin dioda este:

    Scriind ecuatia KII in circuitul de colector al tranzistorului va rezulta tensiunea dintre colector si emitor:

    S-au considerat pentru tranzistor parametrii o = 200 si Ube = 0,6 V.