4.3 Πολώσεις του τρανζίστορ
   Βασική προϋπόθεση για τη λειτουργία ενός τρανζίστορ στην ενεργό περιοχή αποτελεί η εφαρμογή ορθής πόλωσης στη δίοδο εκπομπου και ανάστροφης πόλωσης στη δίοδο συλλέκτη. Για την επίτευξη αυτόυ του σκοπου απαιτείται η εφαρμογή κατάλληλων τάσεων μεταξυ των ακροδεκτών βάσης-εκπομπου (VBE) και συλλέκτη-εκπομπου (VCE). Στο σχ. 4.2.2 χρησιμοποιήθηκαν δυο εξωτερικές πηγές οι VBB και VCC και τα ρευματα σε κάθε βρόχο περιορίστηκαν με τη βοήθεια των αντιστάσεων RB και RC. Η χρησιμοποίηση δυο πηγών για την πόλωση ενός τρανζίστορ χαρακτηρίζεται με τον όρο άμεση πόλωση βάσης και είναι ο απλουστερος, όχι όμως και ο πλέον συμφέρων τρόπος πόλωσης της συνδεσμολογίας CE. Πριν εξεταστουν άλλοι αποδοτικότεροι τρόποι πόλωσης θα προσδιοριστεί και θα μελετηθεί το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ στη συνδεσμολογία CE.
   Για να προσδιοριστεί το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ μεταβάλλουμε την τάση της πηγής VBB και την αντίσταση RB στο κυκλωμα του σχ.4.2.2. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή του ρευματος συλλέκτη IC και συνεπώς τη μεταβολή της τάσης συλλέκτη - εκπομπου VCE. Το συνολο των ζευγών (IC, VCE ) ορίζει, στο διάγραμμα των χαρακτηριστικών ρευματος συλλέκτη, την DC ευθεία φόρτου.

    Το επιθυμητό σημείο λειτουργίας Q ενός τρανζίστορ στο συνεχές ορίζεται από το ζεύγος (IC, VCE ) πάνω στην ευθεία φόρτου.
    Όταν λειτουργεί ένα τρανζίστορ και μεταβάλλεται το ρευμα βάσης το σημείο λειτουργίας Q αλλάζει συνεχώς θέση κινούμενο πάνω στην ευθεία φόρτου, ικανοποιώντας τις σχέσεις:

    Όταν το ρευμα βάσης αυξάνεται το σημείο Q μετακινείται προς τα αριστερά και πλησιάζει την περιοχή κόρου ενώ όταν το ρευμα βάσης ελαττώνεται, το σημείο Q κινείται προς τα δεξιά και πλησιάζει την περιοχή αποκοπής. Επειδή απαιτείται το τρανζίστορ να λειτουργεί στην ενεργό περιοχή, το σημείο λειτουργίας Q δεν πρέπει να εισέρχεται στην περιοχή κορου η την περιοχή αποκοπής. Ετσι, πάνω στην ευθεία φορτου ορίζεται κατ' εκτίμηση ένα ακραίο σημείο QH, το οποίο αντιστοιχεί σε υψηλό ρευμα συλλέκτη και ένα άλλο ακραίο σημείο QL, το οποίο αντιστοιχεί σε χαμηλό ρευμα συλλέκτη (βλέπε σχ.4.3.1).
    O καθορισμός των στοιχείων λειτουργίας ενός τρανζίστορ μπορεί να γίνει ευκολα ακολουθώντας τις παρακάτω απλές επιλογές:

• Προσδιορισμός της ευθείας φόρτου από τις συντεταγμένες

(VCC/Rc,0)
    και (0, VCC), θεωρώντας, ότι η τάση κόρου συλλέκτη-εκπομπου είναι    πρακτικά μηδέν

 • Εκτίμηση των θέσεων QH και QL
• Τοποθέτηση του σημείου λειτουργίας (ηρεμίας) Q στο μέσο της απόστασης QH και QL
• Προσδιορισμός των (IC, VCE) από τη χαρακτηριστική ρευματος συλλέκτη
• Υπολογισμός του ρευματος βάσης μέσω του ,dc και
• Επιλογή των VBB και RB έτσι ώστε η βάση να διαρέεται από το απαιτουμενο ρευμα
    Ένα σημαντικό πρόβλημα το οποίο συναντάται στα διπολικά τρανζίστορ είναι, ότι το ,dc ποικίλλει από τρανζίστορ σε τρανζίστορ. Έτσι συναντώνται διακυμάνσεις με λόγο έως και 3:1 στον ίδιο τυπο τρανζίστορ, με αποτέλεσμα η παραπάνω μέθοδος να είναι δυσκολο να εφαρμοστεί. Επιπλέον, η δίοδος εκπομπου παρουσιάζει τα ίδια θερμικά προβλήματα με όλες τις κοινές διόδους, δηλαδή σε ορθή πόλωση η τάση στα άκρα της ελαττώνεται κατά περίπου 2,2 mV/°C. Το τελευταίο έχει ως αποτέλεσμα μια συνεχή αυξηση του ρευματος βάσης και κατά συνέπεια του ρευματος συλλέκτη όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η ολίσθηση του σημείου Q προς τα δεξιά (σχ. 4.3.1) με
τελική κατάληξη στην περιοχή κόρου. Όταν ελαττώνεται η θερμοκρα-
σία, η πορεία του Q είναι αντίθετη με τελική κατάληξη στην περιοχή
αποκοπής.
    Τα προβλήματα αυτά, καθώς και η επιθυμία για μείωση του αριθμου των πηγών αντιμετωπίζονται με το κυκλωμα του σχ.4.3.2, το οποίο ονομάζεται πόλωση με διαιρέτη τάσης.
    Η συνδεσμολογία πόλωσης του σχ.4.3.2 μειώνει το αριθμό των πηγών
από δυο σε μια. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια του διαιρέτη τάσης
με τις αντιστάσεις R1 και R2. Επιπλέον, η αντίσταση RE η οποία παρεμβάλλεται στο κυκλωμα του εκπομπου κάνει το κυκλωμα ανεξάρτητο του ,dc του τρανζίστορ και μειώνει σημαντικά τη θερμική ολίσθηση.
    Σε ότι αφορά τη χάραξη και εκμετάλλευση της ευθείας φόρτου, το κυκλωμα με διαιρέτης τάσης διαφοροποιείται και οι συντεταγμένες λειτουργίας του προσδιορίζονται ως εξής:

    και το σημείο λειτουργία μέσω των εξής απλών βημάτων:

α. Υπολογισμός της τάσης βάσης μέσω του διαιρέτη τάσης:

     β. Υπολογισμός της τάσης εκπομπου (VBE=0,7 V για τρανζίστορ πυριτίου):

     γ. Υπολογισμός ρευματος εκπομπου:

 
     δ. Υπολογισμός ρευματος συλλέκτη θεωρώντας, ότι το ρευμα συλλέκτη είναι πρακτικά ίσο με το ρευμα εκπομπου:

     ε. Υπολογισμός τάσης συλλέκτη:

     στ.Υπολογισμός της τάσης συλλέκτη εκπομπου VCE

     Όπως παρατηρουμε το β_DC, δεν εμφανίζεται στους υπολογισμους με αποτέλεσμα αυτή η συνδεσμολογία να είναι ανεξάρτητη του ,DC. Το χρειάζεται μόνο αν θέλουμε να υπολογίσουμε το ρευμα βάσης Ι_B.

Παράδειγμα 4.3.1
   Στο κυκλωμα του σχ.4.3.2 δίδονται VCC=20 V, R1 = 82 ΚΩ, R2 = 18 ΚΩ,
RE = 1 ΚΩ και RC=2,2 ΚΩ. Να υπολογίσετε τα ρευματα και τις τάσεις
στους κόμβους του κυκλώματος αν ,β_DC=100.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ 4.3
• Η ευθεία φόρτου χαράσσεται στις χαρακτηριστικές (IC, VCE) ενός τρανζίστορ
• Η ευθεία φόρτου καθορίζει το συνόλο των τιμών τις οποίες λαμβάνει το ρευμα συλλέκτη και η τάση συλλέκτη-εκπομπου ενός τρανζίστορ.
• Το σημείο λειτουργίας Q ενός τρανζίστορ ορίζεται επάνω στην ευθεία φόρτου επί της οποίας και κινείται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του
• Προβλήματα, όπως η διασπορά του β_DC, η ολίσθηση του σημείου λειτουργίας με τη θερμοκρασία και η μείωση του αριθμου των πηγών επιλυονται με την πόλωση με διαιρέτη τάσης

Προσθήκη νέου σχολίου