4. Coninutul problemelor.

Problema 1. Conform caracteristicelor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar(vezi anexele respective) s

se efectueze urmtoarele calcule grafico-analitice pentru etajul de amplificare: a) s se traseze dreapta de sarcin; b) s se traseze pe familia de caracteristici statice diagramele curenilor i tensiunilor n timp i s se

determine dac pot aprea distorsiuni neliniare ale semnalului amplificat; c) pentru regimul liniar de funcionare (fr distorsiuni) s se calculeze rezistena de intrare i ieire

a etajului, coeficientul de amplificare dup curent KI, tensiune KU i putere KP. S se determine puterea util pe sarcin PR i putera mprtiat pe colectorul tranzistorului.

Problema 2 Conform carateristicelor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar (vezi anexele respective) i parametrilor lui la frecven nalt, s se efectueze urmtoarele calcule pentru etajele de amplificare:

a) s se calculeze parametrii h i s se construiasc schema echivalent a dispozitivului analizat la frecven joas.

b) S se calculeze parametrii fizici ai schemei echivalente la frecven nalt. Probema 3

Conform caracteristicilor volt-amperice statice ale tranzistorului bipolar (vezi anexele respective) s se determine parametrii etajului de amplificare n regim de recuplare a puterii:

a) s se traseze dreapta de sarcin; b) s se determine tensiunea de rest a cheii deschise Urest i curentul de intrare, puterea necesar

pentru a o deschide.

Problema 4.

Conform datelor din ndrumare s se traseze caracteristicele statice pentru tranzistorul cu efect de cmp i s se efectueze urmtoarele calcule grafo-analitice pentru etajul de amplificare:

a) s se traseze dreapta de sarcin; b) s se traseze diagramele curenilor i tensiunilor n timp i s se determine dac pot aprea

distorsiuni ale semnalului amplificat;

c) pentru regimul liniar de funcionare (fr distorsiuni) s se determine rezistena de intrare i ieire a dispozitivului analizat i s se calculeze valorile numerice pentru coeficientul de amplificare dup curent KI , tensiune KU i putere KP.

Problema 5.

Conform caracteristicelor statice ale tranzistorului cu efect de cmp i parametrilor lui la frecven nalt (vezi ndrumarele) s se calculeze:

a) parametrii schemei echivalente (cu construirea ei concomitent pentru frecven joas); b) parametrii schemei echivalente (cu construirea ei concomitent pentru frecven nalt); c) componenta activ a conductibilitii de intrare i modulul pantei dispozitivului analizat la

frecvena 100 MHz. Problema 6.

Conform caracteristicelor statice construite ale tranzistorului cu efect de cmp (dup rezolvarea problemei 4) s se efectueze calculul proprietilor tranzistorului n regim de rezistor variabil:

a) s se calculeze caracteristica R=f(UDS); b) s se calculeze coeficientul de amplificare dup putere pentru regulatorul de putere montat pe

baza tranzistorului cu efect de cmp.

5. ndrumri privind rezolvarea problemelor.

5.1 ndrumri privind rezolvarea problemei 1.

Dup trasarea caracteristicelor statice ale tranzistorului bipolar (fig.A.1, fig.A.2. fig.A.5, fig.A.6) acordai atenie faptului c caracteristica de intrare este prezentat sub form de o singur curb. Aceasta se explic prin faptul c tensiunea de ieire influeneaz foarte slab asupra circuitului de intrare a tranzistorului. Ca rezultat familia caracteristicelor de intrare se plaseaz pe o suprafa foarte redus. Din aceste considerente se utilizeaz o singur caracteristic de intrare (cum este indicat n fig.A.1, fig.A.5).

Dreapta de sarcin corespunde ecuaiei IC=(EC-UCE)/RS. Pe familia de caracteristici de ieire ordonate acestei curbe la valori UCE=0 ce corespunde punctului, IC=EC/RC. Abscisa la IC=0 corespunde punctului

UCE=EC. Dac acum vom uni aceste 2 puncte vom obine dreapta de sarcin cutat. Intersecia dreptei de sarcin cu curbele ce corespund diferitor valori ale curenilor bazei IB determin punctul de funcionare al etajului de amplificare care are ca sarcin rezistorul RS. Coordonatele punctului de funcionare determin regimul de lucru al circuitului de ieire UCE i IC, iar coordonatele IB i UBE pe caracteristica de intrare regimul de lucru al circuitului de intrare pe tranzistorul dat.

Construind apoi variaia sinusoidal a curentului bazei (conform sarcinii din lucrare) cu amplitudinea IB determinm diagramele variaiei curenilor i tensiunilor pe bornele tranzistorului.

Dup ce trasm diagramele respective n timp este necesar de a determina probabilitatea apariiei distorsiunilor neliniare ale semnalului amplificat.

Conform diagramelor putem afirma, c sub aciunea curentului de intrare alternativ, punctul de funcionare se deplaseaz pe dreapta de sarcin. Dac pentru un moment oarecare de timp punctul de funcionare nimerete n regiunea de saturaie sau blocare, atunci apar distorsiuni neliniare, care poart denumirea de limitare. n acest caz este necesar de a micora amplitudinea semnalului alternativ la intrarea dispozitivului pn la o astfel de valoare care ar asigura variaia punctului de funcionare n gama de lucru n regim activ pentru tranzistorul dat.

Calculele urmtoare sunt efectuate numai pentru regimul activ de funcionare al tranzistorului. Acest regim de funcionare este numit regim liniar (fr distorsiuni).

Cnd apelm la valorile ICM, UCEM, UBEM (pe familiile de caracteristici volt-amperice) atragem atenia la faptul c pentru semiperioadele pozitive i negative ale semnalului ele pot fi diferite. Din aceste considerente pentru semnalul cu amplitudine mare, distorsiunile neliniare pot aprea i n regim activ de funcionare a dispozitivului electronic.

Pentru calculele urmtoare, valorile amplitudinilor sunt determinate ca valoare medie pentru o perioad:

ICM = (ICmax-ICmin)/2; (1)

UCEM = (UCEMax-UCEmin)/2; (2)

UBEM = (UBEMax-UBEmin)/2; (3)

Valorile respective ale parametrilor de funcionare pentru etajul de amplificare analizat pot fi determinate conform diagramelor obinute ca raportul amplitudinilor curenilor i tensiunilor respective:

KI=ICM/IBM; KU=UCEM/UCEM; KP=KIKU; (4)

Rintr=UBEM/IBM; PR=(I2

CMRS)/2; PC=UCEIC; (5)

5.1.1. Exemplu de rezolvare a problemei 1.

Este cunoscut: etajul de amplificare se monteaz pe baza tranzistorului T 322A; EC=12V; RS=1kOhm; IB=150A; IBM=50A.

Caracteristicele statice ale tranzistorului sunt prezentate n fig.5.1. Coordonatele dreptei de sarcin: IC=12/10

3=12mA i UCE=12V. Conform acestor coordonate trasm dreapta de sarcin. Regimului de funcionare al etajului i corespunde punctul O pe caracteristicele de ieire i intrare. Construim

diagramele n timp pentru curentul colectorului, tensiunea bazei i colectorului tranzistorului la aplicarea semnalului alternativ cu amplitudinea IBM=50A.

Menionm, c dac curentul bazei nu corespunde cu pasul familiei de caracteristici volt-amperice, atunci trasai independent curbele intermediare (fig.5.5).

Fig.5.1. Caracteristicile statice pentru tranzistorul analizat n problema 1.

Conform caracteristicelor statice trasate determinm amplitudinea curenilor i tensiunilor:

UBEM=(390-320)/2=35mV; UCEM=(8.0-2.4)/2=2.8V; ICM=(9.4-4.0)/2=2.7 mA.

Diagramele sunt construite lund n consideraie faptul, c tensiunile aplicate la baz i colector se afl n contrafaz.

Acum determinm valorile necesare: Rintr=UBEM/IBM=3510

-3/5010

-6=0,7 kOhm;

KU=UCEN/UCEM=2,8/35 10-3

=80

KI=ICM/IBM=(2,7 10-3

)/(50 10-6

)=54

KP=KIKU=54 80=4320

PR=(I2

CMRS)/2=[(2,7 10-3

)2 10

3]/2=3,6 mW

PC=UCEIC=6,7 10-3

5,3=35,5 mW

5.2. ndrumri privind rezolvarea problemei 2.

Desenm caracteristicele statice ale tranzistorului analizat i determinm parametrii h. Ei sunt determinai conform curbelor respective (nafar de h21). Dimensiunile triunghiurilor caracteristice trebuie s fie reduse la minimum. n realitate precizia cerut poate fi asigurat dac alegem laturile triunghiului respectiv aproximativ cu valoarea 20% din valorile respective pentru regimul de lucru la curent continuu.

Parametrul h21 este determinat conform caracteristicelor de ieire. n conformitate cu IB selectat independent sunt trasate cteva curbe suplimentare ale caracteristicelor (fig 5.5). n aa mod putem scrie:

h21=IC/IB| UCE=const; (6) h11=UBE/IB | UCE=const, (7) h22=IC/UCE| IB=const. (8)

Parametrii h determin proprietile de baz ale tranzistorului la frecven joas (dac amplificm semnale cu amplitudine redus). Pentru a ilustra acest lucru ne referim la desenul din fig 5.2.

Fig 5.2. Schema echivalent a trazistorului bipolar pentru frecvene joase.

Schema prezentat n figura 5.2. poate fi descris cu ajutorul urmtoarelor ecuaii:

UBE=h11IB; (9) IC =h21UCE. (10)

n legtur cu valoarea redus a reaciei tranzistorului la frecven joas putem presupune c h21=0. Dac tranzistorul funcioneaz la frecven nalt atunci toi parametrii h devin numere complexe,

adic pot fi reprezentai prin intermediul elementelor cu caracter activ i reactiv. n afar de aceasta valorile componentelor cu caracter activ i reactiv variaz odat cu frecvena. Din

aceste considerente a fost modernizat i schema echivalent a tranzistorului la frecven nalt. n figura 5.3 este reprezentat schema echivalent la frecven nalt penru tranzistorul bipolar (schema Djacoletto).

Fig 5.3 Schema echivalent a tranzistorului bipolar la frecven nalt (cuplarea tranzistorului cu emitor comun).

Elementele Br , 1

CC , 2

CC modeleaz regiunea bazei tranzistorului i capacitatea jonciunii colectorului.

Elementele 1BEr i

1

BEC modeleaz circuitul de intrare pentru tranzistorul ideal (fr reacie). Elementele

CEr i 1

BEj US modeleaz circuitul de intrare a tranzistorului la cuplarea lui n schema emitor comun.

Subliniem, c generatorul echivalent de curent n circuitul de ieire depinde de tensiunea 1BEU pe

jonciune i nu depinde de tensiunea UBE. Acest lucru ne permite s considerm c panta SJ nu depinde de frecven.

Cu ajutorul schemei fizice echivalente putem determina orice parametru al tranzistorului la valoarea

cunoscut a frecvenei. De exemplu, h11 poate fi determinat dac la ieirea schemei avem scurtcircuit (fig.5.4).

Fig.5.4. Schema echivalent a tranzistorului bipolar utilizat la calcularea valorii rezistenei de intrare la frecven nalt.

Valorile parametrilor schemei echivalente sunt determinate conform relaiilor urmtoare:

C

C

BC

r

(11)

unde Br prezint rezistena bazei tranzistorului bipolar:

;3...21

C

C

C

C (12)

1

CBC Cr - constanta de timp pentru circuitul de reacie al tranzistorului, ridicat la curentul

cunoscut ;*CI CC capacitatea total a jonciunii colectorului.

Ceilali parametri pentru regimul dat sunt determinai n modul urmtor:

;/1 CC CC (13)

;12 CCC CCC (14)

;)/()( * CCBCB IIrIr (15)

];[]./1[20 AIVS CJ (16)

;111

BEBE rhr (17)

);/( lim1 jEBE SCC (18)

unde Sj prezint panta tranzistorului dup jonciunea emitorului; lim - frecvena de limit a tranzistorului

( lim =2 f); *

CI - valoarea curentului colectorului n punctul de funcionare; CE capacitatea de barier

pentru emitorul tranzistorului.

Cu ajutorul microcalculatorului putem calcula conductibilitatea de intrare a tranzistorului analizat

(Rintr.) i capacitatea de intrare (Cintr.). Pentru aceasta utilizm formulele urmtoare:

]/[)/(1)/(1

)(12

2

1

.int

BBBEs

s

BBErrrrff

ffrrR

; (19)

21

1112

.int)/(1

1)(

SBBE

BECBECr

ffrr

rCCCC

; (20)

unde

))](/()[(2

11111

CBEBBEBBE

SCCrrrr

f

; (21)

ultima relaie nu trebuie calculat. Sunt efectuate calculele pentru Rintr. i Cintr. ca funcie de relaia f/fS pentru 10 valori (de la 0,1 pn la 1,0).

5.2.1. Exemplu de rezolvare a problemei 2.

Cum a fost subliniat mai sus, parametrii h se determin pentru o cretere sub limita 20% de la valorile obinute n punctul de funcionare ales. Pentru IB=150 A i UCE=5 V (punctul O n fig.5.5.) avem:

IB=0,2IB=30 A; UCE=0,2UCE=1 V.

Lund n considerare faptul, c nclinarea curbelor n punctul de funcionare este foarte mic este necesar de a mri valoarea UCE. n acest caz vom determina mai precis valoarea IC. Din aceste considerente alegem UCE=6,7 V.

Triunghiurile respective care corespund datelor obinute iniial sunt prezentate n fig.5.5. cu culoare neagr.

Fig.5.5. Determinarea parametrilor h conform caracteristicelor statice ale tranzistorului bipolar.

Acum putem scrie:

kOhmI

Uh

VUconstUB

BEE

CECE

7.01030

10)340360(||

56

3

11

601030

10)8.56.7(||

56

3

21

VUconstUB

C

ECECEI

Ih

mSU

Ih

AIconstICE

C

EBB

1.07.24.9

10)2.69.6(||

150

31

22

Schema echivalent a tranzistorului cu frecvene joase este prezentat n fig. 5.6.

Fig.5.6. Schema echivalent a tranzistorului la frecven joas (problema 2).

Tranzistorul T 322 posed urmtorii parametri la frecvene joase: =2; CC=1.8 pF; C=50 ps; IC=1 mA; flim= ||f=4,2 MHz = 80 MHz; CE=60 pF;

Determinm valorile elementelor fizice ale schemei echivalente la cuplarea tranzistorului n schema cu emitor comun:

rB=2,510-12

/(1,810-12

)=55 Ohm

pFCc 9.02/108.1121

pFCc 9.09.08.12

la valoarea IC=6,7 mA:

mSj 1351076.203

OhmrB 6.217.6/155

OhmrBE 4.6786.217001

kOhmhr ECE 10/1 22

pFCBE 32560)10803.6/(135.061

Valoarea capacitii de barier CE este foarte redus i putem s nu o lum n considerare. Schema echivalent fizic n regimul analizat este prezentat n fig. 5.7.

Fig.5.7. Schema echivalent a tranzistorului analizat n problema 2 la frecven nalt.

5.3 ndrumri privind rezolvarea problemei 3

Desenm caracteristicile statice ale tranzistorului conform variantei respective i determinm proprietile lui ca cheie electronic.

Trasarea dreptei de sarcin este efectuat analogic problemei 1. ns n acest caz punctul de funcionare a tranzistorului se va plasa sau n regim de blocare (tranzistorul este blocat), sau n regim de saturaie (tranzistorul este cuplat). Tensiunea de rest Urest este determinat conform caracteristicilor de ieire. Mai precis tensiunea de rest poate fi determinat conform formulei analitice:

Urest=25mV{ln[1+(100/Ki)+(100/Ksat)]-ln[1-( C/ Ksat)]}. (22)

Aceast relaie poate fi programat. Atunci se calculeaz cteva valori pentru Urest pentru Ksat=2,4,8,12. n scopul obinerii unei valori reduse pentru timpul de cuplare al tranzistorului se recomand de a aplica curent de intrare mai mare de cteva ori dect cel ce asigura regimul de saturaie, adic:

Is

c

sat

I

Ccupl.

sat.KR

EK

K

IK cuplBI (23)

unde satK este coeficientul de saturaie. De regul, acest coeficient are valorile n limitele: satK =3...5.

Puterea ...int . BEcuplBcuplr UIP , (24)

unde valoarea .BEcuplU se determin conform caracteristicii de intrare a tranzistorului pentru CEU =0

(regim de saturaie). Puterea mprtiat pe colectorul tranzistorului n regimcuplat:

.CcuplP = .CcuplI restU (25)

Rezistena tranzistorului n regim cuplat:

Ccuplrestcupl IUR /. (26)

5.3.1. Exemplu de rezolvare a poblemei 3

Regimul de funcionare a tranzistorului ca cheie electronic poate fi analizat cu ajutorul

caracteristicilor prezentate n fig.5.1. Punctul O 1 corespunde regimului tranzistorului deschis.

Respectiv tensiunea restU =0.7 V. Pentru cazul analizat .cuplR =0.7/(11.3*103 ) 60 Ohm. Valoarea

curentului bazei, necesar pentru cuplarea tranzistorului, este mai mare dect 250 A , iar la valori satK =4

mAI Bcupl 9.054/)1012(43

Tranzistorul cuplat se afl n regim de saturaie, adic putem afirma c 0 restCE UU . Tensiunea de

intrare ce corespunde curentului de cuplare .BcuplI se determin conform caracteristicii de intrare pentru

valori .0CEU n exemplul dat tensiunea .3.0 VU BEcup Respectiv ;3.03.0109.03

.int mWP r

.4.8 mVPCcupl

5.4. ndrumri privind rezolvarea problemei 4

De regul, caracteristicile statistice ale tranzistoarelor cu efect de cmp nu sunt indicate n indrumare. n locul lor se indic cteva puncte de baz pentru caracteristici, care permit prin metoda grafico-analitic construirea lor.

De exemplu caracteristica de transfer .)( constDSGSD UUfI poate fi scris n modul urmator:

2

.max

.max )(blocGS

blocGS

DDUU

UUII

(5.27)

unde ..max.max ;; blocGSD UUU prezint punctele de baz ale caracteristicii statice prezentate shematic n

fig.5.8.

Pentru tranzistoarele cu efect de cmp cu jonciune p-n se consider 0.max GSU . Pentru tranzistoarele

tip MOS .maxGSU nu se indic n ndrumar, dar poate fi determinat conform tensiunii grilei GSU care

corespunde curentului dat (de exemplu mAI D 5 ) sau conform curentului drenei*

DI , ce corespunde

tensiunii pe gril 0GSU (curentul iniial). n acest scop ecuaia (5.27) este rezolvat relativ de maxGSU .

Subliniem c pentru tranzistoarele tip MOS cu canal indus tensiunea de blocare este numit tensiune de prag.

La construirea caracteristicii statice atragem atenia la polaritatea tensiunilor aplicate la tranzistor. n sarcin la teza de an sunt tranzistoare cu canal p i n. Din aceste considerente pot fi diferite combinri ale direciilor curenilor.

Fig.5.8. Caracteristica de transfer pentru tranzistorul cu efect de cmp.

Familia caracteristicilor de ieire se construiete n coordonatele constUUfI GSDSD |)( . n regim activ

de funcionare a tranzistorului, curentul drenei nu depinde de tensiunea aplicat la dren. Aceasta ne permite s trasm caracteristicile paralel cu axa tensiunii. n fig.5.9 aceste curbe sunt indicate punctat.

Regimului activ de funcionare a tranzistorului cu efect de cmp i corespunde blocGSDS UUU . Marcnd

aceste puncte DU ce corespund diferitelor valori ale GSU , obinem pe desen punctele 1,2,3,4. Ca rezultat

vom obine caracteristica static a tranzistorului. Conform punctului de funcionare ),( DoDo UI i valorii

rezistenei sarcinii (sau valorii tensiunii de alimentare) putem trasa dreapta de sarcin. Procedura este

analogic rezolvrii problemei 1 cu excepia c este necesar s se determine valoarea DoI :

Fig.5.9. Caracteristica de ieire pentru tranzistorul cu efect de cmp.

S

DSoD

DoR

UEI

|||| (28)

Pe familia caracteristicilor de ieire i transfer notm punctul de funcionare al tranzistorului. Regiunea valorilor admisibile ale tensiunilor i curenilor este mrginit din stnga prin punctele 1,2,3,4, iar din dreapta cu valorile puterii admisibile ce poate fi mprtiat pe drena tranzistorului. Caracteristica puterii mprtiate prezint o hiperbol care este descris cu ajutorul ecuaiei urmatoare:

DSDDimpr UIP (29)

La trasarea diagramelor curenilor i tensiunilor n timp este posibil apariia distorsiunilor semnalului amplificat din cauza c punctul de funcionare se deplaseaz n regim interzis. n atare caz vom

micora amplitudinea semnalului de intrare GSmU pn la valoarea care permite funcionarea dispozitivului

electronic n regim normal. Anume pentru valoarea acestei amplitudini a semnalului vom determina

parametrii de baz i vom construi diagramele curenilor i tensiunilor ca funcie de timp. Pentru a determina coeficientul de amplificare este necesar de a utiliza valoarea medie a curentului

drenei

2

DmDmDm

III (30)

unde DmI este amplitudinea semioperioadei pozitive a semnalului, iar DmI amplitudinea semnalului

pentru semiperioada negativ. Panta medie a dispozitivului

GSmDmmed UIS /. (31)

Coeficientul de amplificare dup tensiune pentru etajul de amplificare

SmedU RSK . (32)

Valoarea curentului de intrare este determinat de rezistorul din circuitul grilei GR , prin care se

amplific tensiunea constant la gril GSoU . De regul OhmRG610 . La aa condiie coeficientul de

amplificare dup curent al dispozitivului

GmedGSmGDmGmDmI RSURIIIK ./)(/ (33)

Amplificarea etajului dup putere

UIP KKK (34)

Dac determinm rezistena de intrare a tranzistorului conform caracteristicilor statice obinem c

ea este infinit. n realitate OhmRI54 10...10 .

5.4.1. Exemplu de rezolvare a problemei 4

Trasarea caracteristicilor statice ale tranzistorului o vom ilustra pentru tranzistorul I (canal tip-n).

Conform ndrumarului, tranzistorul posed urmtorii parametri de baz: VUVU GSbloc 1;3 (la

valori mAI D 5 ); .15;10 maxmax VUmAI DSD

Conform datelor expuse mai sus putem determina valoarea tensiunii maxGSU ce corespunde maxDI

dup formula:

2/1

max

max])[/][5( mAImA

UUUU

D

blocGS

blocGS

sau

2/1

)3(13max

GSU

Ecuaia caracteristicii cutate are forma:

2)6.5

3(10

GSD

UI

Completm tabelul:

mAID, 0 0.32 1.3 2.9 5.0 7.9 9.6

VUGS

, -3 -2 -1 0 1.0 2.0 2.5

Tabelului i corespund dependenele trasate n fig.5.10. Dei conform datelor teoretice curentul electronilor are reacie negativ, toate caracteristicile sunt desenate n partea de sus a axelor de coordonate, adic curentul drenei este plasat pe coordonata +y.

ntre valorile de limit mAI D 10 i VU DS 15max trasm familia de caracteristici de ieire a

dispozitivului. Dac acum vom trasa dreptele paralele axei X cu interval DI (de exemplu 2 mA), vom

obine familia de caracteristici cu intervalul valorilor GSU diferit. Putem trasa caracteristicile i cu

interval egal al tensiunilor GSU de exemplu 1 V.

Fig.5.10. Caracteristica ID =f(UGS) pentru tranzistorul analizat n problema 4.

Determinm acum coordonatele punctelor ce corespund regimului de blocare al tranzistorului:

punctul 1 are coordonatele 5.5)3(5.2 DU V

punctul 2 are coordonatele 0.5)3(0.2 DU V

punctul 3 are coordonatele VUD 0.4)3(0.1

Trasm acum razele din originea coordonatelor n punctele obinute 1,2,6 i obinem familia de caracteristici cutat.

Dac comparm acum rezultatele obinute cu familiile de caracteristici reale prezentate n anex observm, c ele corespund satisfctor n prim aproximaie.

Trasarea dreptei de sarcin i a diagramelor pentru tensiune i curent n timp este efectuat analogic problemei nr.1 (fig.5.11).

fig.5.11. Familia de caracteristici de ieire pentru tranzistorul analizat n problema 4.

Fie, de exemplu VUkOhmRVE GSmSD 2;2;14 i 0GSoU V. Punctul de funcionare se afl n

poziia 0. Subliniem c valoarea VUGSm 2 este luat arbitrar i n variantele problemelor nu se ntlnete.

La construirea diagramelor n timp, vedem c pentru VUGSm 2 apar distorsiuni neliniare ale semnalului

amplificat din cauza c punctul de funcionare se plaseaz n regiunea ohmic a familiilor de caracteristici.

Din aceste considerente micorm amplitudinea tensiunii pe gril VUGSm 1 . n aa caz distorsiunile

dispar. Determinm dup curbele caracteristicilor valoarea )(8.1 DmDmDm IImAI . Acum putem s

determinm valoarea medie a pantei tranzistorului:

mSmSmed 8.11/108.13

Utiliznd datele obinute putem s scriem urmtoarele:

- coeficientul de amplificare dup tensiune pentru dispozitivul analizat 33 102108.1 UK ;

- rezistena de intrare MOhmRR Gr 1.int ;

- amplitudinea curentului grilei AIGm 110/16 ;

- coeficientul de amplificare dup curent 1800101/108.1 63 IK ;

- coeficientul de amplificare dup putere 64806.31800 PK ;

- Schema cuplrii tranzistorului este prezentat n fig.5.12.

fig.5.12. Schema cuplrii tranzistorului conform datelor problemei.

5.5. ndrumri privind rezolvarea problemei 5

Pentru tranzistoarele cu efect de cmp la frecvene joase se determin numai doi parametri de baz:

Panta caracteristicii de transfer .|)/( constGSGSD UUIS i

Rezistena de ieire .|)/( constGSDDSi UIUR

Pentru atare analiz rezistena de intrare se consider egal cu nominala GR i egal cu 1 MOhm.

Parametrii S i iR sunt determinai de unghiul de nclinare al caracteristicilor de transfer i de ieire

pentru punctul dat de funcionare. Ca i n cazul tranzistoarelor bipolare valorile I i U sunt luate 20% de la nominal n punctul de funcionare. Lund n considerare c caracteristicile de ieire au o

nclinare foarte redus, deseori vom fi nevoii s mrim considerabil valoarea DS

U .

Schema echivalent a tranzistorului va avea forma prezentat n fig.5.13. Deseori neglijm cu valoarea rezistenei de intrare i atunci tranzistorul cu efect de cmp poate fi modelat doar prin intermediul circuitului de ieire.

fig.5.13. Schema echivalent a tranzistorului cu efect de cmp la frecven joas.

Calculele respective ale parametrilor tranzistorului cu efect de cmp la frecvene nalte este efectuat cu ajutorul schemei echivalente prezentate n fig.5.14. Toate elementele acestei scheme nu depind de

frecven. Circuitul grilei este modelat prin capacitatea GS

C i rezistena canalului Cr . Circuitul de ieire se

modeleaz prin rezistena canalului curentului alternativ i

R . Reacia ntre intrarea i ieirea tranzistorului

se determin de capacitatea GD

C . Nominalele acestor capaciti sunt indicate n ndrumare, iar i

R poate fi

acceptat egal cu Ohm510 . Valorile 0

r sunt indicate n anexa 5. Subliniem c deseori valorile GS

C i SD

C

sunt egale.

fig.5.14. Schema echivalent (fizic) pentru tranzistorul cu efect de cmp.

O particularitate important a schemei prezentate este faptul c generatorul echivalent depinde de tensiunea

aplicat direct pe gril 1GS

U i nu depinde de tensiunea de intrare GS

U . Anume aceast particularitate i

reflect dependenele reale de frecven a parametrilor dispozitivului ( S i r

Rint

). Utiliznd schema

echivalent, putem efectua unele calcule importante. De exemplu, putem determina componenta activ pentru conductibilitatea de intrare a tranzistorului la frecven nalt conform formulei:

2

2

0)1(int

1/1

k

krRG

Fr

(35)

sau modulul pantei tranzistorului

2

0

1||

k

SS

(36)

unde GSC

Crk ( - fecvena de funcionare) iar0

S - valoarea pantei la frecven joas.

5.5.1 Exemplu de rezolvare a problemei 5.

Prima parte a problemei se rezolv cu ajutorul caracteristicelor prezentate n anexa 4.

Fie VUmAI DSD 8;3 00 . Presupunnd mAI D 6,01032,03

0 6,182,0 DSU V.

Determinm cu ajutorul caracteristicii de transfer mSUIS GSD 23,0/106,0/3 .

Conform familiei de caracteristici de ieire determinm acum valoarea

kOhmIUR DDSI 20)1008,0/(6,1/2 .

Schema echivalent respectiv e prezentat n figura 5.14. Cu ajutorul parametrilor tranzistorului la frecven nalt (vezi ndrumarul) putem determina

elementele schemei echivalente fizice prezentate n fig. 5.15. Calculm acum pentru frecvena 100 MHz valoarea k=rCCGS=6,310

850710

-12=0,22. Acum putem determina componenta activ pentru

conductibilitatea de intrare: Rintr.=1/gintr.=50/0,05=1 kOhm. Cunoscnd datele respective, determinm i valoarea pantei pentru tranzistorul analizat:

mSS 205.01/10.2 3 .

Rezult c odat cu creterea frecvenei panta variaz foarte slab, iar rezistena de intrare a tranzistorului se micoreaz (cade valoarea coeficientului de amplificare al etajului). n cazul analizat KI se micoreaz de 1000 ori fa de parametrul su la frecven joas, iar KP (100 MHz)=6,5.

Fig. 5.15. Schema echivalent fizic pentru problema 5.

5.6. ndrumri privind rezolvarea problemei 6.

La valori reduse ale tensiunii drenei, tranzistorul cu efect de cmp prezint un rezistor liniar nominala cruia depinde de potenialul aplicat la gril. Pe caracteristicile de ieire aceast regiune este numit ohmic sau tip triod.

Schema unui atenuator al semnalului alternativ, care utilizeaz regimul indicat al tranzistorului cu efect de cmp este prezentat n fig. 5.16.

fig. 5.16. Schema unui atenuator de semnal n baza tranzistorului cu efect de cmp.

Proprietile de regulator sunt descrise de ecuaia: R~=f(UGS), unde R~ reprezint rezistena tranzistorului pentru curent alternativ n regimul de funcionare ales. Caracteristica este trasat prin calcularea nclinrii poriunii iniiale a caracteristicelor de ieire pentru diferite valori ale UGS. Puterea

semnalului la ieirea atenuatorului ~2/2 .. RUP iesies . Puterea de dirijare la intrarea regulatorului se

determin ca GGSdir RUP /2

. . Tensiunea continu UGS i valoarea amplitudinii semnalului Uie. , practic

sunt identice (de ordinul U0). Rezult c coeficientul de amplificare dup putere (maxim) al regulatorului KPmax=RD/2R~min.

5.6.1. Exemplu de rezolvare a problemei 6.

Conform caracteristicelor statice ale dispozitivului (fig.5.11. coordonatele punctelor 1...6)

determinm 6 valori ale rezistenei tranzistorului n regim ohmic: R~(1)=5,5/(9,6 10

-3)=0,57 kOhm (UG=+2,5 V);

R~(2)=5/(7,9 10-3

)=0,63 kOhm (UG=+2,0 V) etc.

Ca rezultat obinem dependena trasat n fig.5.17. Amplificarea maxim a regulatorului

KPMax=106/570=1750.

fig.5.17. Caracteristica regulatorului conform datelor primite n problema 6.

Anexa 1

ABREVIERI UTILIZATE N LUCRARE

EC -tensiunea sursei de alimentare n circuitul colectorului tranzistorului;

RS -rezistena ativ a sarcinii; IB= -componenta continu a curentului bazei (punctul de funcionare); ImB -amplitudinea componentei alternative pentru curentul bazei;

IC= -componenta continu a curentului colectorului (punctul de funcionare); ICmax -valoarea maxim a curentului colectorului; ICmin -valoarea minim a curentului colectorului; ImC -amplitudinea componentei alternative pentru curentul colectorului;

UBE= -componenta continu pentru tensiunea bazei (punctul de funcionare); UBEMax -valoarea maxim pentru tensiune aplicat la baza tranzistorului; UBEMin -valoarea minim pentru tensiune aplicat la baza tranzistorului; UBE -amplitudinea componentei alternative pentru tensiunea aplicat la baza tranzistorului; UCE= -componenta continu a tensiunii aplicate la colector (punctul de funcionare); UCEMax -valoarea maxim pentru tensiunea aplicat la colector; UCEMin -valoarea minim pentru tensiunea aplicat la colector; UBEm -amplitudinea tensiunii aplicate la jonciunea emitorului; UCEm -amplitudinea tensiunii aplicate la jonciunea colectorului; KI -coeficientul de amplificare dup curent; KU -coeficientul de amplificare dup tensiune; KP -coeficientul de amplificare dup putere; Rintr. -rezistena de intrare a tranzistorului dup curentul alternativ n regim de funcionare; Ries. -rezistena de ieire a tranzistorului dup curentul alternativ n regim de funcionare; h11E -rezistena de intrare a tranzistorului dup curentul alternativ, determinat n regim de scurt

circuit la ieirea tanzistorului cuplat n schema emitor comun. h22E -conductibilitatea de ieire a tranzistorului dup curentul alternativ, determinat n regim de

mers n gol la intrarea tranzistorului cuplat n schema emitor comun (rCE=1/h22E).

h21E -coeficientul de transfer al curentului, determinat n regim de scurt circuit dup curent alternativ la intrarea tranzistorului cuplat cu emitor comun. Pentru schema cuplrii baz comun h21(BC)=, emitor comun h21(EC)=, iar colector comun h21(CC)=

*. ntre aceti coeficieni exist urmtoarea relaie:

= /(1- ); *=1+ ; PR~ -puterea util disipat pe rezistena sarcinii; PC -puterea disipat n circuitul colectorului; C=rBCC1-constanta de timp pentru reeaua de reacie a tranzistorului; CC1 -partea activ a capacitii jonciunii colectorului tranzistorului; CC -capacitatea total a jonciunii colectorului tranzistorului; rB -rezistena bazei tranzistorului; flim -frecvena de limit a tranzistorului; SP -panta tranzistorului dup jonciunea emitorului; ED -tensiunea de alimentare n circuitul drenei;

ID0 -curentul drenei n punctul de funcionare; IDm -amplitudinea componenetei alternative a curentului drenei;

UDS0 -tensiunea pe drena tranzistorului n punctul de funcionare; UDSm -amplitudinea tensiunii alternative aplicate la drena tranzistorului;

IDmax -valoarea maxim a curentului drenei; UDSmax -valoarea tensiunii pe dren ce corespunde curentului respectiv; Ubloc. -tensiunea de blocare a tranzistorului;

Pimpr. -puterea disipat pe tranzistor;

UG2 -tensiunea pe grila 2 pentru tranzistor cu efect de cmp tip triod; CGS -capacitatea gril-surs; CGD -capacitatea gril-dren; CDS -capacitatea dren-surs; rC -rezistena canalului prin care se ncarc capacitatea drenei; Ri=RSD -rezistena dren-surs dup curent alternativ; UDSMax -tensiunea maxim admisibil dren-surs; R~ -rezistena canalului tranzistorului cu efect de cmp pentru curent alternativ; S -panta tranzistorului cu efect de cmp;

S -modulul pantei tranzistorului cu efect de cmp la frecven nalt.

Anexa 2

Ilustrarea tranzistoarelor cu efect de cmp n circuite.

1. Tranzistor cu efect de cmp cu jonciune PN (canal tip P)

2. Tranzistor cu efect de cmp cu jonciune PN (canal tip N)

3. Tranzistor cu efect de cmp tip MOS cu canal intercalat (canal tip N).

4. Tranzistor cu efect de cmp tip MOS (tetrod MOS cu canal intercalat tip N)

5. Tranzistor cu efect de cmp tip MOS cu canal indus (canal tip P)

Anexa 3

Parametrii de baz pentru tranzistoarele cu efect de cmp.

Tip Ubloc.

V

UDmax

V UGS(ID=5mA)

UDSmax,

V

Pimpr.

mV

CGS

pF

CCD

pF

rC

Ohm

103 103 103 301 302 303 305 305 306 305

2,5

1,0

5,0

-4,0

-10

-2,0

-6

-6

-6

-6

1,5

1,0

7,5

15,0

-33

-2,5

-15

-15

-20

-30

-

-

-

-6

-

-

1,0

0

-3

3,5*

-15

-15

-10

-20

20

30

15

15

20

15

120

120

120

200

300

200

150

150

150

200

17

20

30

3,5

20

6

5

5

5

6

8

8

8

1

8

2

0,8

0,8

0,07

0,06

100

30

60

200

60

100

80

80

50

50

Anexa 4.

Caracteristicele statice pentru tranzistoarele bipolare i cu efect de cmp utilizate la ndeplinirea tezei de an.

Atenie! Caracteristicele de ieire pentru tranzistoare posed urmtoarele nuane. Este indicat valoarea parametrului de ieire pentru o singur curb. Parametrii pentru alte curbe sunt determinate prin adunare sau scdere a devierilor constante (IB sau UGS).

fig.A.1. Caracteristica de intrare IB=f(UBE), unde UCE=5 V pentru tranzistorul bipolar KT603A.

fig.A.2. Caracteristica de intrare IB=f(UBE), unde UCE=0 V pentru tranzistorul bipolar KT603A.

fig.A.3. Caracteristica de ieire IC=f(UCE), unde IB=const. pentru tranzistorul bipolar KT603A.

fig.A.4. Caracteristica de ieire IC=f(UCE), unde IB=const. pentru tranzistorul bipolar KT601A.

fig.A.5. Caracteristica de intrare IB=f(UBE), unde UCE=10 V. pentru tranzistorul bipolar KT601A.

fig.A.6. Caracteristica de intrare IB=f(UBE), unde UCE=0 V. pentru tranzistorul bipolar KT601A.

fig.A.7. Caracteristica de transfer ID=f(UGS), unde UDS=8 V. pentru tranzistorul cu efect de cmp.

313.

fig.A.8. Caracteristica de ieire ID=f(UDS), unde UGS=const. pentru tranzistorul cu efect de cmp. 313.

fig.A.9. Caracteristica de transfer ID=f(UGS), unde UDS=8V. pentru tranzistorul cu efect de cmp

302.

fig.A.10. Caracteristica de ieire ID=f(UDS), unde UGS=const. pentru tranzistorul cu efect de cmp 302.

Anexa 5.

Datele iniiale pentru rezolvarea problemelor.

Tabelul A.1

Nr.

var

UCE=

V

IC

mA Remarc

ED

V

RS

kOhm

ID0

mA

UDS0

V

UGSm

V TEC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

20

20

20

20

20

30

30

30

30

30

40

40

40

40

40

50

50

50

50

50

60

60

60

60

70

10

20

28

32

44

10

20

30

35

47

10

20

30

40

48

10

20

30

40

50

10

20

31

42

20

S se utilizeze tranzistorul bipolar

KT601A care

posed urmtorii parametri la

frecven nalt: ||=2;

f=20 MHz

CC=15 pF

CE=75 pF

C=600 ps IC=6 mA

=3 (Vezi an. 4.)

-15

-

-15

-

-

-15

-

-15

-

-

-10

-

-10

-

-

-20

-

-20

-

-

-20

-

-20

-

-

-

5

-

13

18

-

3

-

7

5

-

3

-

7

5

-

1,5

-

2,5

2

-

0,5

-

2,5

1

1

1

0,5

0,5

0,5

3,5

3,5

2

2

2

2

2

1

1

1

8

8

5

5

5

16

16

8

8

8

-7,5

-7,5

6

-6

-6

-5

-5

-3

-3

-3

-5

-5

-6

-6

-6

-7

-7

-10

-10

-10

16

16

14

14

14

1

1

2

2

2

0,2

0,2

0,4

0,4

0,4

1

1

1,5

1,5

1,5

2

2

3

3

3

2

2

4

4

4

103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 301 301 301 301 301 301 301 301 301 301

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

5

5

5

5

5

7,5

7,5

7,5

7,5

7,5

10

10

10

10

10

15

15

15

15

15

20

20

20

20

20

40

90

130

180

200

45

70

120

200

225

10

45

80

100

150

15

50

85

115

140

15

55

95

125

155

S se utilizeze tranzistorul bipolar

KT603A care

posed urmtorii parametri la

frecven nalt: ||=2;

f=100 MHz

CC=10 pF

CE=30 pF

C=400 ps IC=30 mA

=3 (Vezi an. 4.)

30

-

20

-

-

15

-

15

-

-

15

-

15

-

-

20

-

15

-

-

15

-

15

-

-

-

5

-

12

10

-

1,8

-

2,5

2

-

1,8

-

2,5

2

-

1,2

-

2,2

1,6

-

1

-

1,2

1,0

1,7

1,7

1,2

1,2

1,2

2

2

1

1

1

5

2

2

2

2

10

5

5

5

5

10

5

5

3

3

6

6

10

10

10

12

12

10

10

10

13

13

10

10

10

15

14

14

11

14

10

10

12

12

12

0,2

0,2

0,4

0,4

0,4

1

1

2

2

2

1

1

2

2

2

1

1

1,5

1,5

1,5

2

2

3

3

3

303 303 303A 303A 303A 305 305 305 305 305 305 305 305 305 305 306 306 306 306 306 350 350 350 350 350

Tabelul A.2.

Nr.

var

EC

V

RS

kOhm

IB=

mA

IBm

mA Remarc

ID0

mA

UDS0

V Remarc

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

100

100

100

100

100

80

80

80

80

60

80

60

60

60

60

60

60

60

60

60

40

40

40

40

40

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

1,5

1,5

1,5

1,5

2

2

2

3

4

1

1

1

2

2

0,075

0,15

0,15

0,225

0,3

0,075

0,15

0,15

0,225

0,3

0,075

0,15

0,15

0,225

0,3

0,075

0,15

0,15

0,075

0,075

0,075

0,15

0,225

0,075

0,075

0,075

0,075

0,15

0,075

0,075

0,075

0,15

0,15

0,075

0,075

0,075

0,15

0,15

0,075

0,075

0,075

0,15

0,075

0,075

0,075

0,075

0,075

0,075

0,075

0,030

S se utilizeze

tranzistorul

KT601A.

0,8

1,3

2,1

3,1

4

1,3

3,1

4

5

6,5

1,4

3,2

5,2

6,6

8,2

2,2

4,2

6,7

8,4

9,8

0,9

2,3

4,3

6,7

10

4

4

4

4

4

5

5

5

5

5

6

6

6

6

6

7

7

7

7

7

8

8

8

8

8

S se utilizeze tranzistorul cu efect de

cmp 313, care posed urmtorii

parametri:

CGS=7 pF

CGD=1 pF

rC=50 Ohm.

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

30

30

30

30

30

20

20

20

20

20

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

10

10

10

10

10

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,07

0,07

0,07

0,07

0,07

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,08

0,08

0,08

0,12

0,12

1

1

2

2

3

1

1

2

2

3

1

1

2

2

3

1

1

2

2

3

1

1

2

1

1

0,5

1

1

2

1

0,5

1

1

2

1

0,5

1

1

2

1

0,5

1

1

2

1,5

0,5

1

2

0,5

1

S se utilizeze

tranzistorul

KT603A.

1

2,4

4,5

6,8

9,7

1

2,5

4,6

6,4

8,5

1,1

2,6

4,7

7

9,9

1,2

2,6

4,7

7

1,2

2,7

4,7

7,1

2,7

4,7

3

3

3

3

3

4

4

4

4

4

5

5

5

5

5

6

6

6

6

7

7

7

7

8

8

S se utilizeze tranzistorul cu efect de cmp

302, care posed urmtorii parametri:

CGS=20 pF

CGD=8 pF

rC=20 Ohm.