Punctul static de functionare al tranzistorului

Punctul static de functionare al tranzistorului

Definitie

Punctul static de functionare al unui tranzistor reprezinta coordonatele de functionare ale tranzistorului in zona activa de functionare.

Starea si curentul de repaus

O stare de repaus se caracterizeaza prin faptul ca semnalul de intrare al circuitului este zero. Curentul de repaus, de exemplu, este valoarea curentului dintr-un circuit, atunci cand tensiunea aplicata la intrare este zero. Tensiunea de polarizare directa (curent continuu) forteaza un nivel diferit al curentului colector-emitor prin tranzistor pentru un semnal de intrare zero, fata de cazul in care tensiunea de polarizare directa nu ar exista. Prin urmare, valoarea tensiunii de polarizare intr-un circuit de amplificare, determina valorile de repaus ale acestuia.

Pentru un amplificator de clasa A, curentul de repaus trebuie sa fie exact intre valoarea sa de saturatie si valoarea sa de blocare. Amplificatoarele de clasa B si C au un curent de repaos zero, din moment ce acestea sunt proiectate pentru functionarea in zona de blocare, atunci cand nu este aplicat niciun semnal la intrare. Amplificatoarele de clasa AB, au un curent de repaus foarte mic, putin peste zona de blocare.

Trasarea dreptei de sarcina

Pentru a ilustra grafic acest lucru, se traseaza o dreapta de sarcina peste curbele caracteristice ale tranzistorului, pentru ilustrarea modului de functionare atunci cand tranzistorul este conectat la o sarcina de o anumita valoare.

O dreapta de sarcina reprezinta graficul tensiunii colector-emitor pentru un anumit domeniu al curentilor de colector. In partea din dreapta jos, tensiunea este maxima si curentul este zero, reprezentand o conditie de blocare. In stanga sus, tensiunea este zero, iar curentul este maxim, reprezentand o conditie de saturatie. Punctele de intersectie ale dreptei cu, curbele caracteristice, reprezinta conditii de operare reale al tranzistorului pentru acei curenti de baza.

Reprezentarea punctului static de functionare

Punctul static de functionare poate fi reprezentat pe acest grafic printr-un simplu punct la intersectia unei curbe caracteristice cu dreapta de sarcina. Pentru un amplificator de clasa A, punctul static de functionare se va situa pe mijlocul dreptei de sarcina.

In acest caz particular, punctul static de functionare se afla pe curba de 40 µA a curentului de baza.

Modificarea rezistentei sarcinii

Daca schimbam insa rezistenta sarcinii acestui circuit cu o rezistenta mai mare, acest lucru va afecta panta dreptei de sarcina, intrucat o rezistenta de sarcina mai mare va limita curentul maxim prin colector la saturatie, dar nu va modifica tensiunea de blocare colector-emitor. Grafic, rezultatul este o dreapta de sarcina cu un punct de saturatie (stanga sus) diferit, dar cu un punct de blocare (dreapta jos) identic.

Putem observa ca in aceasta situatie, dreapta de sarcina nu mai intersecteaza curba caracteristica de 75 µA pe portiunea sa orizontala. Acest lucru este foarte important de realizat, deoarece portiunea ne-orizontala a curbei caracteristice reprezinta, dupa cum am mai mentionat, o conditie de saturatie a tranzistorului (curentul colector-emitor nu mai poate fi controlat prin intermediul curentului bazei). Prin urmare, pentru un curent al bazei de 75 µA, tranzistorul (amplificatorul) va fi saturat.

Adaugarea de noi curbe caracteristice

Pentru mentinerea functionarii liniare (fara distorsiuni), amplificatoarele cu tranzistori nu ar trebui sa functioneze in zona de saturatie, adica, acolo unde dreapta de sarcina nu intersecteaza curbele de sarcina pe portiunea lor orizontala. Vom mai adauga cateva curbe caracteristice pe grafic, pentru a putea observa pana unde putem "impinge" tranzistorul prin cresterea curentului bazei fara ca acesta sa intre in zona de saturatie.

Se poate vedea de pe grafic ca cel mai inalt punct de pe dreapta de sarcina ce intersecteaza curbele de sarcina ale tranzistorului pe portiunea orizontala, este pentru curba de 50 µA (curentul de baza). Acest punct ar trebui considerat nivelul maxim al semnalului de intrare pentru functionarea amplificatorului de clasa A.

Alegerea unui nou punct static de functionare

De asemenea, tot pentru functionarea corecta a amplificatorului de clasa A, tensiunea de polarizare ar trebui sa fie astfel incat punctul static de functionare sa se regaseasca la mijlocul drumului intre punctul maxim de functionare si punctul de blocare:

Astfel, noul punct static de functionare, ales pe cale grafica, ne spune ca, pentru functionarea corecta a amplificatorului de clasa A, pentru sarcina in cauza, curentul bazei trebuie sa aiba o valoare de aproximativ 25 µA. Cunoscand aceasta valoare, putem determina mai apoi si tensiune de polarizare directa in curent continuu.