ECUATIILE FUNDAMENTALE (de c.c.) ALE TRANZISTOARELOR

ECUATIILE FUNDAMENTALE (de c.c.) ALE TRANZISTOARELOR

La un tranzistor montat intr-un circuit, ceea ce se poate aprecia din exterior sunt curentii ce strabat conexiunile celor trei regiuni: I_E, I_B, I_C. Acesti curenti pot fi exprimati in functie de curentii interiori tranzistorului, astfel:

Curentul de emitor I_E este format din curentii de difuzie, dati de purtatorii majoritari ai emitorului si bazei, ce strabat jonctiunea emitorului:

Curentul de baza I_B este format din trei componente: curentul de electroni majoritari ce trec prin jonctiunea emitorului, curentul de recombinare si curentul de camp al jonctiunii colectorului:

I_B=I_nb+I_r - I_CBo (4-2)

Curentul de colector Ic este format din curentul de goluri injectate din emi­tor, ramase dupa recombinare, ce strabat jonctiunea colectorului si curentii de camp ai acestei jonctiuni:

I_C = I_pc + I_CBo    (4.3)

Deoarece din golurile din emitor, o parte se pierde prin recombinare si cele­lalte trec in colector, se poate scrie:

(4.4)

(4.5)

(4.6)

relatie care nu necesita demonstratie (reprezentand prima teorema a lui Kirch-hoff aplicata tranzistorului), dar care este considerata prima ecuatie fundamen­tala a tranzistorului, exprimand conditia de conservare a sarcinii electrice a acestuia.

A doua ecuatie fundamentala a tranzistorului exprima componenta curentu­lui de colector. Ea pune in evidenta faptul ca numarul de goluri provenite din emitor si ajunse in colector reprezinta o fractiune din curentul total al emitoru-lui. Coeficientul de proportionalitate, notat cu ct0, este subunitar, dar foarte apro­piat de 1:

I_pe = α₀I_E ; α < 1

I_C = α₀I_E + I_CBo (4.7)

Coeficientul α₀, reprezentand raportul dintre componentele curentului de co­lector datorata emitorului si curentul de emitor, poarta numele de factor de am­plificare in curent din emitor in colector, fiind o marime de curent continuu (statica). El are valori inre 0,95 si 0,998, in functie de tipul tranzistorului si de tehnologia de fabricatie. In multe calcule aproximative se poate lua ~ 1.

Curentul I_CBo, se numeste numeste curent rezidual de colector cu emitorul in gol, deoarece I_C = I_CBo cand I_E = 0. Fiind curent de saturatie al unei jonctiuni polari­zate invers, el are la temperatura camerei valori de ordinul μA pentru tranzis-toarele cu Ge si de ordinul nA pentru tranzistoarele cu Si.

In montajul studiat, cu baza comuna, curentul de emitor este marimea "de intrare', in functie de valoarea lui rezultand curentul de colector, marime "de iesire'. S-a aratat ca valoarea curentului de iesire (I_C) este cu putin mai mica decat cea a curentului de intrare (I_E), deci tranzistorul cu baza comuna nu mareste valoarea curentului sau, altfel spus, nu "amplifica' in curent. Datorita polarizarilor folosite, rezistenta jonctiunii emitorului, reprezentand rezistenta unei diode polarizate direct, are o valoare foarte mica (zeci de Ω), pe cand rezistenta jonctiunii colectorului, echivalenta cu rezistenta unei diode polarizata invers are o valoare foarte mare (de ordinul MΩ). Aceasta proprietate pe care o are tranzistorul, ca in regim activ normal sa prezinte o rezistenta de intrare mica si o rezistenta interna de iesire mare este numita in limba engleza "TRANsfer reSISTOR' (rezistenta de transfer) de unde si denumirea de "tranzistor'. Tranzistorul, avand trei borne, poate fi conectat in trei moduri (fig. 4.4):

cu baza la masa (baza comuna) BM, BC - avand deci circuitul de intrare intre emitor si baza, iar circuitul de iesire intre colector si baza; cazul a fost stu­diat mai inainte;

cu emitorul la masa (emitor comun) EM, EC - cu borne de intrare, baza si emitorul si borne de iesire, colectorul si emitorul;

Fig. 4.4. Modurile funda­mentale de conexiune ale tranzistoarelor:

a - cu baza comuna {BC) b - cu emitor comun (EC); c - cu colector comun (CC).

- cu colectorul la masa (colector comun) CM, CC - cu borne de intrare, baza si colectorul si borne de iesire, emitorul si colectorul; montajul se mai nu­meste "repetor pe emitor' deoarece el "repeta'' tensiunea de la intrare, care se regaseste aproximativ egala la iesire.

Cele mai folosite sunt primele doua montaje. In cazul conexiunii emitor comun, scrierea ecuatiilor fundamentale de c.c. implica, pentru ecuatia a doua, gasirea unei relatii intre curentul de iesire (I_C) si curentul de intrare (I_B). Pentru aceasta, folosind relatiile (4.6) si (4.7), prin eliminarea lui I_E:

. 1

(4.8)

si notand

(4.9)

se obtine:

(4.10)

Aceasta inlocuieste a doua ecuatie fundamentala pentru cazul montajului EC. Coeficientul β₀ reprezinta factorul de amplificare in curent (conexiunea EC), fiind o marime statica, de c.c.

Pentru valori ale lui α₀, variind intre 0,95 si 0,998, se obtin valori ale lui β₀ variind intre 20 si 500, in functie de tipul tranzistorului.

Se observa ca in ecuatia (4.10) analogul lui I_CBo din ecuatia (4.7) este I_ce0 »

I_CBo este numit curent rezidual de colector cu baza in gol (I_C = I_CEo pentru : 0). Deoarece α₀ ~ 1, se poate considera, cu oarecare aproximatie ca:

si ca deci:

(4.11)

Se observa ca valoarea curentului rezidual de colector este mult mai mare pentru montajul EC decat pentru BC. Totusi. in comparatie cu valorile curentu­lui de colector (mA). el este de obicei de cel putin 10²-10³ ori mai mic. Deci intr-o prima aproximatie se poate neglija. Facand si aproximatia α₀ - 1 ecuatiile fundamentale se pot scrie int-o forma simplificata:

I_C ~ I_E (4.7, bis)

I_C ~ β₀I_B    (4.10, bis)

Factorii de amplificare α₀ si β₀ depind de valorile parametrilor electrici (curenti, tensiuni) ai circuitului. Dependenta cea mai accentuata o prezinta β₀ in functie de I_c.

Toate ecuatiile de mai sus sunt valabile atat pentru tranzistoarele pnp, cat si pentru cele npn.