Circuit de polarizare, cu rezistenta íntre colector si baza

Circuit de polarizare, cu rezistenta íntre colector si baza

Aceasta configuratie a circuitului de polarizare poate fi utilizata numai pentru conexiunea EC a tranzistorului bipolar. Ín fig. 5.7a, este prezentata schema de principiu a unui amplificator de semnal mic, realizat cu tranzistor ín conexiune EC. Circuitul de polarizare, constituit din elementele de circuit si (fig. 5.7b), trebuie sa asigure un p.s.f. corespunzator regimului activ normal al tranzistorului bipolar si stabilizarea acestuia. Marimile electrice ce caracterizeaza p.s.f. Q ( ) al tranzistorului bipolar, fixat ín regim activ normal, satisfac ecuatiile:

(5.48)

(5.49)

(5.50)

(5.51)

(5.52)

Folosind o singura sursa de tensiune continua, circuitul asigura polarizarea corecta a celor doua jonctiuni ale tranzistorului (tensiuni si si de valori impuse), precum si mentinerea p.s.f. íntr-o vecinatate mica a pozitiei initiale, datorita legaturii asigurate, prin rezistenta , íntre iesirea si intrarea tranzistorului (fig. 5.7c). Ecuatia (5.49) arata ca variatiile marimilor de iesire ale tranzistorului ( si ) nu sunt independente. Daca curentul de colector al tranzistorului a suferit o variatie, dintr-o cauza oarecare, aceasta variatie va fi tradusa íntr-o variatie a tensiunii colector-emitor si, pentru o variatie a curentului de colector, ín sensul cresterii, tensiunea va scadea. Aceasta scadere a tensiunii provoaca scaderea marimilor de intrare ale tranzistorului, asa cum rezulta din ecuatia (5.51). Scaderea curentului de baza si a tensiunii baza-emitor face sa scada curentul de colector, päna la valoarea avuta ínainte de aparitia perturbatiei; ín acelasi timp, tensiunea colector-emitor va creste, de asemenea, päna la valoarea avuta ínainte de aparitia perturbatiei. Deci, acest circuit stabilizeaza functionarea tranzistorului bipolar ín regim static si acest lucru se datoreaza reactiei negative dupa tensiunea colector-emitor (tensiune de iesire), introdusa prin rezistenta , conectata íntre colector si baza.

Fig. 5.7. Circuit de amplificare, realizat cu TB ín conexiune EC: a. schema de principiu; b. circuitul de polarizare, cu rezistenta íntre colector si baza; c. circuitul de reactie

Pentru analiza cantitativa a stabilizarii p.s.f., se calculeaza factorii de sensibilitate ai curentului de colector: si . Rezolvänd ecuatia (5.48) ín raport cu si introducänd, apoi, solutia acestei ecuatii ín (5.52), se obtine expresia generala a curentului , corespunzatoare unui regim activ normal al tranzistorului bipolar si configuratiei circuitului de polarizare din fig. 5.7b,

(5.53)

S-a obtinut, astfel, curentul de colector al tranzistorului ín regim activ normal, ín functie de parametrii statici ai tranzistorului si de elementele circuitului de polarizare. Din (5.53), factorii de sensibilitate si pot fi calculati direct, ca derivate partiale ale functiei , íntrucät este o functie liniara de parametrii statici si . Se obtin:

(5.54)

(5.55)

Pentru calculul factorului , vor fi folosite definitia (29) si procedura utilizata la circuitele de polarizare, cu rezistenta ín emitor. Admitänd ca tranzistorul are un factor static de amplificare foarte mare, , se obtine

(5.56)

Daca sunt cunoscute variatiile curentului rezidual , tensiunii si factorului , poate fi estimata variatia curentului de colector, respectiv a tensiunii colector-emitor:

(5.57)

(5.58)

Daca tranzistorul are un factor static de amplificare foarte mare () si daca , expresia (5.53) a curentului de colector se reduce la

(5.59)

Ín aceste conditii, curentul devine independent de factorul , iar expresiile factorilor de sensibilitate se reduc la:

(5.60)

(5.61)

(5.62)

Expresiile reduse ale factorilor si evidentiaza directiile ín care ar trebui sa se actioneze ín cazul acestei configuratii de circuit de polarizare, pentru reducerea sensibilitatii curentului de colector, si anume:

- alegerea unui tranzistor cu cät mai mare posibil;

- utilizarea unei rezistente de valoare cät mai mica, ceea ce este echivalent cu accentuarea reactiei negative;

- utilizarea unei rezistente de valoare cät mai mare.

Cu toate acestea, rezistentele si nu pot fi alese doar dupa aceste criterii, íntrucät rezistenta , care este parcursa de curentul , asigura valoarea impusa a tensiunii , iar rezistenta este limitata superior de tensiunea de alimentare, de curentul si de tensiunea . Ín cazul unei rezistente de valoare mica, va fi aleasa o configuratie a circuitului de polarizare, cu rezistenta ín emitor. Pentru exemplificarea acestei situatii, se considera configuratia unui amplificator cu sarcina cuplata prin transformator (fig. 5.8a). Ín acest caz, ín toate expresiile factorilor de sensibilitate, rezistenta va fi ínlocuita cu rezistenta a ínfasurarii primare a transformatorului (fig. 5.8b), ceea ce conduce la rezultate inacceptabile, din punctul de vedere al stabilizarii p.s.f.

Fig. 5.8. Circuit de amplificare, realizat cu TB ín conexiune EC, cu sarcina cuplata prin transformator: a. schema de principiu; b. circuitul de polarizare

Ín cazul conexiunii EC, rezistenta conectata ín serie cu emitorul tranzistorului bipolar, ca si rezistenta conectata íntre colector si baza, asigura ínchiderea buclei de reactie negativa si ín regim dinamic, modificänd performantele amplificatorului. Pentru eliminarea efectelor acestei reactii negative, ín regim dinamic, rezistenta este decuplata cu un condensator (fig. 5.2a si 5.3a), a carui capacitate se alege astfel ca

(5.63)

Ín acelasi scop, rezistenta va fi divizata ín doua, iar punctul median al celor doua componente va fi pus la masa circuitului, prin intermediul condensatorului (fig. 5.7a). Condensatorul de decuplare se alege astfel íncät sa asigure íntreruperea legaturii externe dintre iesirea si intrarea amplificatorului. Pentru realizarea acestei functii, trebuie ca reactanta acestui element de circuit, la frecventa minima de lucru a amplificatorului, sa fie neglijabila ín raport cu rezistenta pe care o decupleaza, adica

(5.64)

Aceeasi problema se pune si pentru rezistenta , conectata ín serie cu baza tranzistorului ín conexiune BC, ín regim dinamic (fig. 5.4a). Pentru decuplarea rezistentei , ín regim dinamic, capacitatea a condensatorului trebuie sa índeplineasca conditia

(5.65)

Pentru determinarea p.s.f. al tranzistorului bipolar, pe cale grafica, ín planul caracteristicilor statice de iesire (conexiunea EC, BC sau CC), trebuie trasate doua drepte si anume:

- dreapta de sarcina statica (), a carei ecuatie leaga marimile de iesire ale tranzistorului (curentul si tensiunea de iesire);

- dreapta de polarizare statica (), a carei ecuatie leaga tensiunea de iesire, de marimile de intrare ale tranzistorului (curentul si tensiunea de intrare).

Punctul de intersectie al celor doua drepte este p.s.f. Q al tranzistorului bipolar.

Ecuatia dreptei de sarcina statica se obtine prin aplicarea teoremei a doua a lui Kirchhoff, pe ochiul de iesire al circuitului de polarizare. Ín general, pentru obtinerea ecuatiei dreptei de polarizare, se exprima curentul de iesire al tranzistorului bipolar din ecuatia dreptei () si se introduce solutia ín ecuatia rezultata ín urma aplicarii aceleiasi teoreme, pe ochiul de intrare al circuitului de polarizare. Urmänd aceasta procedura, pentru configuratia circuitului de polarizare din fig. 5.2b, se obtin urmatoarele ecuatii:

(5.66)

(5.67)

Pentru configuratia circuitului de polarizare din fig. 5.3b, respectiv din fig. 5.7b, ecuatiile celor doua drepte sunt:

(5.68)

(5.69)

respectiv

(5.70)

(5.71)

Ecuatia (5.71) s-a obtinut direct, din circuit.

Aceasta procedura de determinare a p.s.f. este ilustrata ín fig. 5.9, pentru un tranzistor ín conexiune EC, cu circuit de polarizare, cu rezistenta íntre colector si baza. Dreapta de sarcina s-a trasat prin taieturi, iar dreapta de polarizare, prin puncte. Pentru trasarea dreaptei (), ín ecuatia (5.71), se considera tensiunea baza-emitor constanta, de o valoare corespunzatoare functionarii tranzistorului bipolar ín regim activ normal (), si curentul de baza ia valorile parametrului familiei de caracteristici: . Curentul se determina prin interpolare.

Fig. 5.9. Determinarea p.s.f. al TB ín conexiune EC, pe cale grafica