Tranzistorul Bipolar – Partea 2 – tranzistorul mai în detaliu…

Postat de Adrian Micu pe data de 13 octombrie 2026 in categoria Electronica, Electronică Analogică, Introducere in Electronica, Uncategorized

După cum am văzut in partea 1, mărimile electrice ce caracterizează un tranzistor sau un montaj ( schemă ) cu tranzistoare sunt însoțite de indicii E,B și C, arătând că se referă la emitor, bază și colector ( de ex. I_E, I_B, I_C ). Alteori, pentru a preciza la cine se referă o mărime, este necesară o indexare dublă, cum este cazul tensiunilor ( exemplu U_CB = tensiunea colector-bază ).

O altă convenție se referă la orientarea săgeții din simbolul emitorului care indică întotdeauna sensul curentului electric prin terminalul emitor ( sensul convențional de la + la -, opus, sesnsului real de deplasare al electronilor. ).

După modul de conectare în circuit, mai precis după natura tensiunilor aplicate celor două joncțiuni, distingem trei (3) tipuri sau condiții de funcționare a tranzistorului :

RGIM de lucru ACTIV.
REGIM BLOCAT.
REGIM de SATURAȚIE

1.REGIM DE LUCRU ACTIV

când se aplică joncțiunii emitorului ( V_BE ) o tensiune de polarizare directă, iar joncțiunii colectorului ( V_BC ) o tensiune de polarizare inversă, ca în figura de mai jos:

Acest regim de lucru este cel mai des utilizat, el caracterizând funcționarea tranzistorului ca amplificator și ca generator de oscilații.

2. REGIM BLOCAT

pote fi normal : cu rezistență de sarcină in circuitul COLECTOR-BAZĂ
invers : cu sarcină în circuitul EMOTOR-BAZĂ
acest regim se caracterizează prin tensiuni inverse de polarizare pentru ambele joncțiuni.

Regimul Blocat Invers este utilizat în circuite de comutație!!

3. REGIM DE SATURAȚIE

Se caracterizează prin tensiuni de polarizare directă pentru ambele joncțiuni.

Regimul de saturație are ca aplicații circuitele de comutație sau operare în impulsuri.

Schemele utilizate în acest articol au un caracter didactic, în realitate de cele mai multe ori se folosește o singură sursă externă de tensiune pentru polarizarea ambelor joncțiuni. Cum polarizăm tranzistorul cu o singură sursă de tensiune externa veți afla in acest articol , dar mai târziu.

Reprezentarea grafică a regiunilor de funcționare ( blocat, activ, saturație )

Menționăm delimitarea grafică a regimurilor de funcționare ca zone sau regiuni adiacente în planul I_C – V_CE pentru I_E =constant.

Astfel demarcația între regimul activ normal și cel blocat o reprezintă linia I_E =0, iar trecerea de la regimul activ la cel saturat se face traversând dreapta V_CE =0.

Recapitulare regimuri de lucru:

În regiunea de blocare tranzistorul funcţionează în regim de blocare (tăiere):
– joncţiunea bază – emitor este polarizată invers (sau direct cu o tensiune mai mică decât tensiunea de prag);
– joncţiunea bază – colector este polarizată invers;
– curenţii prin tranzistor sunt foarte mici, practic IC=0;
– tensiunea de ieşire are valoare mare, practic VCE = VCC;
– tranzistorul se comportă ca un întrerupător deschis.

În regiunea de saturaţie tranzistorul funcţionează în regim de saturaţie:
– joncţiunea bază – emitor este polarizată direct;
– joncţiunea bază – colector este polarizată direct;
– curentul de saturaţie este mai mare decât în regim activ normal IC(sat) > β∙IB;
– tensiunea de saturaţie este forte mică VCE(sat) = 0,2 – 0,3 V;
– tranzistorul se comportă ca un întrerupător închis.

În regiunea activă normală tranzistorul funcţionează în regim activ normal (RAN):
– joncţiunea bază – emitor este polarizată direct;
– joncţiunea bază – colector este polarizată invers;
– curentul prin tranzistor este mare IC = β∙IB;
– tensiunea de ieşire (VCE) este mică;
– tranzistorul se comportă ca un amplificator de semnal.

Analizarea funcționării tranzistorului.

Pentru a analiza modul de funcționare a tranzistorului, îl vom presupune la început în condiții statice, adică având joncțiunile polarizate cu tensiuni constante; în consecință valorile curenților de emitor ( I_E ), bază ( I_B ) și colector ( I_C ) vor fi constante.

Avem următoarea figură:

avem un tranzistor NPN având joncțiunea B-E polarizată direct de la sursa V₁ , iar joncțiunea B-C polarizată invers de la sursa V₂ . În această situație rezistența joncțiunii B-E are valori mici, căderea de tensiune pe ea, V_BE , fiind de asemenea mică. Joncțiunea B-C va prezenta o rezistență mare căreia îi corespunde și o cădere de tensiune, V_CB , mare.

Tensiunile între terminalele tranzistorului sunt :

V_{CE}=V_{CB}+V_{BE}

care este adevărată indiferent de convenția de semne utilizată.

Modul ACTIV de lucru este caracterizat de obicei prin condiția

V_{BE}<=V_{CB}

, care ne face s[ putem considera V_CE aproximativ egal cu V_CB .

Funcționarea tranzistorului se bazează pe efectul exercitat de tensiunea V_BE asupra valorii curentului de colector, I_C . Astfel, o creștere a tensiunii V_BE conduce la scăderea barierei de potențial în joncțiunea emitorului, cu creșterea corespunzătoare a curentului I_E . Electronii care formează acest curent sunt injectați din emitor în bază, iar o mare parte din ei sunt transferați în regiunea colectorului ducând astfel la creșterea curentului de colector I_C .

Concluzie: V_BE mai mare rezultă un I_C mai mare.

În această situație apare și curentul I_B .

Circulația curenților prin tranzistor este reprezentată astfel : se consideră sensul real al curentului ( de la – la + )

Relația celor 3 curenți este : I_E = I_B + I_C .

Curentul de bază, I_B , are valoarea cu mult mai mică decât a curentului de emitor I_E , de aceea putem aproxima practic : I_C ⋍ I_E .

‼️TERMINOLOGIE:

numele de emitor caracterizează regiunea treanzistorului care injectează ( emite ) purtători de sarcină în bază.
purtătorii de sarcină sunt electronii pentru tranzistoarele NPN și golurile pentru tranzistoarele PNP.
numele de colector este atribuit regiunii tranzistorului care extrage ( colectează ) purtătorii de sarcină din bază.
numele de bază reprezintă regiunea tranzistorului în care sunt injectați purtătorii de sarcină de către emitor.

Am văzut până acum că în condiții de polarizare fixă a joncțiunilor între curenții I_E , I_B și I_C se stabilește un echilibru exprimat prin relația : I_E = I_B + I_C .

Curentul de bază I_B reprezintă o fracțiune mică din I_E ⋍( 0,2% ⇢ 3% ) I_E și variază în funcție de tipul și fabricantul tranzistorului.

Să notăm cu β_o raportul β_o = $\frac{I_C}{I_B}$ și să considerăm din nou un tranzistor NPN în condiții statice de funcționare. Dacă modificăm, foarte puțin, tensiunea V_BE astfel încât în bază să se creeze un gol suplimentar, emitorul va trebui să emită suplimentar β_o electroni pentru recombinarea acestui gol. Curentul absorbit de la sursa de alimentare V_CE ca crește de β_o ori mai mult decât curentul de bază, I_B . Aceasta reprezintă esența proprietății tranzistorului de amplificare în curent.

Scurtă introducere despre polarizarea tranzistorului

Să polarizăm tranzistroul astfel încât să lucreze în regim activ:

pentru a polariza direct joncțiunea Bază-Emitor și invers joncțiunea Bază -Colector, cele două surse de tensiune V₁ și V₂ trebuie plasate în serie, ca în figura următoare:

Prin urmare putem alimenta tranzistorul de la o singură sursă de tensiune, V, folosind un divizor de tensiune P și alegând corespunzător poziția mediană care asigură polarizarea bazei, ca în figura următoare:

Să considerăm în continuare un tranzistor NPN, alimentat de la o sursă unică V și având rezistența de sarcină R_S montată în circuitul colectorului, ca în figura următoare :

Divizorul R1 – R2 asigură o polarizare statică a bazei, peste care, prin intermediul capacitorului de cuplaj C1, se suprapune tensiunea alternativă furnizată de sursa de semnal E. Circuitul emitor-colector al tranzistorului formează împreună cu R_S un divizor de tensiune : V = V_RS + V_CE .

Valoarea lui R_S este constantă dar în schimb rezistența circuitului emitor-colector este variabilă depinzând de tensiunea V_BE , respectiv de curentul de bază I_B.

Micilor variații ale lui V_BE le corespund variații mici ale lui I_B , traduse în variații de β ori mai mari ale curentului I_C , deci – conform legii lui OHM – variații mari ale căderii de tensiune la bornele consumatorului, R_S . De aceea acest montaj este numit Emitor Comun și are cea mai mare amplificare în putere.

Din cele discutate mai sus rezultă că tensiunea bază-emitor, V_BE , joacă un rol important în funcționarea tranzistorului, ea determinând direct valoarea curentului de bază, I_B , și implicit pe cea a curentului de colector I_C .

După cum vom vedea mai departe există o limită inferioară a lui V_BE de la care începe conducția tranzistorului. Peste această valoare nici unul din curenții I_B , I_C și I_E nu variază proporțional cu V_BE .

Există 2 căi pentru a face să varieze tensiunea V_BE :

se lasă fix potențialul emitorului și se variază potențialul bazei

se lasă fix potențialul bazei și se variază potențialul emitorului

Fiecare din aceste montaje ( conexiuni ) se caracterizează prin anumite relații de independență între mărimile de intrare și cele de ieșire, relații date sub forma unor rețele de curbe caracteristice.

Dacă marcăm cu indicile 1 mărimile circuitului de intrare și cu 2 mărimile circuitului de ieșire, vom distinge următoarele familii de curbe caracteristice:

rețeaua caracteristicilor de intrare: I₁ = f ( V₁ )
rețeaua caracteristicilor de ieșire : I₂ = f ( V₂ )
rețeaua caracteristicilor de transfer de curent : I₂ = f ( I₁ )
rețeaua caracteristicilor de transfer de tensiune: V₂ = f ( V₁ )

Curbe caracteristice pentru conexiunea Emitor – Comun

Avem mărimile :

intrare V_BE =V₁ și I_B = I₁
ieșire V_CE = V₂ și I_C = I₂

Rețeaua caracteristicilor de intrare este formată din curbele I_B = f ( V_BE ), V_CE =constant.

Fiecărei valori V_CE îi corespunde o curbă care se deplasează foarte puțin de îndată ce V_CE depășește 2V.

Aceste curbe sunt foarte asemănătoare cu caracteristicile tensiune-curent ale diodei în polarizare directă.

Pentru V_CE = 0V curba caracteristică pornește din 0 deoarece în absența tensiunii aplicate, curentul este nul rezultând situația unui scurt circuit între emitor și colector, când ambele joncțiuni sunt polarizate de la aceiași sursă de tensiune.

Pentru V_CE > 0 caracteristicile se deplasează în sensul scăderii lui I_B care devine negativ la valorile mici ale lui V_BE . I_B ia naștere din momentul în care V_BE atinge o anumită valoare minimă, circa 0,6V.

De asemenea constatăm că I_B nu variază proporțional cu tensiunea de intrare V_BE ; el crește la început lent apoi din ce în ce mai rapid, cu alte cuvinte rezistența statică de intrare $\frac{V_{BE}}{I_{B}}$ scade cu creșterea lui V_BE . Rezistența dinamică de intrare, definită în jurul punctului static de funcționare, P_f , prin raportul $\frac{∆V_{BE}}{∆I_{B}}=tgα$ , scade și ea rapid cu creșterea lui V_BE .

Caracteristicile de transfer de curent.

I_C = f ( I_B ), cu V_CE = constant.

Raportul dintre variațiile curentului de ieșire ∆I_C și variațiile curentului de intrare ∆I_B în jurul unui punc static de funcționare, P_f , se notează cu β.

β=\frac{∆I_{C}}{∆I_{B}} = panta \ caracteristicii = tg α

Factorul β este diferit de β₀ = $\frac{I_{C}}{I_{B}}$

β = factorul de amplificare în curent al tranzistorului

I_B = 0, baza neconectată curentul de colector are o valoare foarte mică, nenulă I_CE0 – curent rezidual colector -emitor.

Relația aproape liniară dintre I_C și I_B în porțiunile inițiale ale caracteristicilor permite folosirea unor formule simple de calcul :

V_{CE}=ct, ∆I_{B}=I_{B}-0=I_{B}; ∆I_{C}=I_{C}-I_{CE0} →β=\frac{∆I_{C}}{∆I_{B}}=\frac{I_{C}-I_{CE0}}{I_{B}}→I_{C}=I_{CE0}+βI_{B}

În foile de catalog ale tranzistoarelor, factorul de amplificare în curent β sau h_21E este indicat de regulă sub forma uni interval de valori sau prin valoarea minimă garantată. Valorile corespund unor condiții de măsurare standard menționate de fabricant.

Caracteristicile de ieșire.

I_C = f ( V_CE ), și I_B = constant.

Influența lui I_B asupra curentului de colector fiind mare, de data aceasta se trasează o adevărată rețea de curbe, de preferință pentru valori echidistante ale lui I_B .

Caracteristica pentru I_B = 0 pornește din originea axelor, fiind asemănătoare cu caracteristica tensiune-curent pentru o diodă polarizată invers. Cu creșterea curentului de bază, caracteristicile se deplasează spre valori I_{C mai mari.}

Caracteristica de ieșire indică o creștere a lui I_C cu creșterea lui V_CE . Aceasta se datorează trecerii joncțiunii de colector de la polarizarea directă la polarizarea inversă.

Influența temperaturii.

Unul dintre dezavantajele majore ale dispozitivelor semiconductoare îl reprezintă dependența pronunțată a parametrilor de variațiile de temperatură.

Funcționarea tranzistorului este influențată atât de temperatura ambientală ( cea a aerului sau caldura degajată de alte piese vecine ) cât și de propria căldură disipată la trecerea curentului electric. Dacă variațiile temperaturii sunt pronunțate și dacă nu se iau măsuri speciale de stabilizare, modificarea punctelor de funcționare poate duce la deformarea accentuată a semnalelor amplificate sau chiar la distrugerea tranzistorului prin ambalare termică ( avalanșă ).

După cum se știe, creșterea temperaturii duce la scăderea rezistenței electrice a materialului semiconductor, deci la creșterea curenților prin tranzistor. Efectele pronunțate asupra caracteristicilor, implicit asupra punctelor de funcționare, are îndeosebi creșterea cu temperatura a curentului inițial de colector, I_Ci .

Puterea electrică transformată de tranzistor în căldură este egală aproximativ cu V_CE x I_C , fiind disipată în cea mai mare parte de către joncțiunea Bază-Colector. La creșterea temperaturii crește I_CE0 , crește în consecință I_C și implicit puterea disipată de tranzistor. Dacă nimic nu s-ar opune creșterii curentului de colector, în final s-ar ajunge la autodistrugerea tranzistorului.

Dacă însă tranzistorul are montată în colector o rezistență de sarcină R_S , care limitează valoarea curentului I_C , tensiunea V_CE scade, atunci I_C crește. Puterea disipată de tranzistor nu mai atinge astfel valori periculoase, în schimb creșterea temperaturii va continua să modifice poziția punctului de funcționare, deoarece I_C și V_CE își schimbă valorile.

Deplasarea caracteristicilor de ieșire pentru o creștere a temperaturii cu ∆T este redată în următoarea figură:

Deoarece curentul rezidual I_CE0 ( emitor -comun ) este de aproximativ β ori mai mare decât curentul rezidual I_CB0 ( bază comună ) influența temperaturii este mult mai mare asupra tranzistorului în conexiune Emitor-Comun.

Exemplu 1 : Luăm un tranzistor cu β=100, I_CB0 =2uA ( la 20° C), ∆T=50°C. Vom avea în conexiune bază comună următoarele: I_CB0 = 2⁵ * I_CB0 ( la 20°C ) = 32*2uA = 64uA.

Exemplul 2 : Luăam acelați tranzistor de la exemplul 1 în conexiune Emitor-comun, unde I_CE0 = 2uA. Vom avea: βI_CB0 =100*2uA=200uA; după creșterea temperaturii vom avea : 200uA*32 = 6.2mA

Lasă un răspuns Anulează răspunsul

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.

RTV Electronis S.r.l.

Bolg -Tranzistorul Bipolar – Partea 2 – tranzistorul mai în detaliu…