tranzystor3, Elektronika, Tranzystory(1)

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pierwsze kroki
Tranzystory
dla początkujących
część
3
Przed miesiącem zrozumiałeś wreszcie z grubsza działanie tranzystora. Na pewno drżysz z niecierpliwości, i zastana−
wiasz się, dlaczego nie tłumaczę ci, jak tranzystor wzmacnia napięcie. Dlaczego tyle uwagi poświęciłem wzmacnianiu prą−
du i dlaczego tak obszernie tłumaczyłem ci sprawę spadków napięć i źródeł prądowych.
Wytrzymaj jeszcze trochę – wszystko poznasz po kolei. Za miesiąc wytłumaczę ci szczegółowo to, na co tak niecierpli−
wie czekasz: mianowicie jak tranzystor wzmacnia napięcie.
Dziś zajmiemy się szczegółowo przede wszystkim wejściem tranzystora, to znaczy złączem baza−emiter. Poznasz kilka
ważnych zagadnień praktycznych. Choć może wydadzą ci się niepotrzebne, jestem przekonany, że już niebawem wyko−
rzystasz je w praktyce. Nie lekceważ podanego materiału, bo są to wiadomości niezbędne do gruntownego zrozumienia
tematu tranzystorów. Nie ukrywam, że chcę cię od razu wrzucić na głębokie wody i przynajmniej zasygnalizować zagadnie−
nia wykraczające poza elementarne podstawy. Jeśli należysz do tych, którzy nie chcą wychylać się poza elementarz, nie
czytaj wszystkiego – na końcu artykułu zamieściłem ramkę z informacjami naprawdę podstawowymi.
PNP i NPN
W poprzednim odcinku jakoś tak samo
wyszło, że obwód baza−emiter w tranzys−
torze zachowuje się ni mniej ni więcej,
tylko tak jak dioda. To nie przypadek – tak
jest naprawdę. Śmiało możesz wyobra−
żać sobie, że tranzystor składa się
z dwóch niezależnych obwodów, czy też
elementów:
••
obwód baza−emiter zawiera najzwyklej−
szą diodę,
••
obwód kolektor−emiter zawiera źródło
prądowe.
W poprzednim odcinku, gdy tłuma−
czyłem ci działanie tranzystora na przy−
kładzie gaźnika, doszliśmy do tranzysto−
ra NPN. Na pewno bez problemu zrozu−
miałeś jego działanie. Teraz pomału za−
pomnij o gaźniku, a pamiętaj tylko, że
tranzystor to w rzeczywistości źródło
prądowe sterowane prądem bazy. Jeśli
przyswoisz sobie tę definicję, nie bę−
dziesz miał żadnych kłopotów z tranzys−
torem PNP.
Jego działanie jest takie same, jak
tranzystora NPN, inny jest tylko kieru−
nek przepływu prądów. Kierunki prą−
dów w obu tranzystorach możesz zo−
baczyć na rysunku 12. Zapamiętaj raz
na zawsze, że strzałłka w symbollu tran−
zystora (w obwodziie emiitera)) wskazu−
jje kiierunek przepłływu prądu ((od dodat−
niiego do ujjemnego biieguna źródłła za−
siillaniia)).
Celowo rysuję ci tranzystor PNP
w sposób pokazany na rysunku 13a, a nie
w sposób z rysunku 13b.
Czy sam potrafisz odpowiedzieć, dla−
czego? Przecież na różnych schematach
spotyka się sposób z rysunku 13b.
Rys. 12.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
27
Pierwsze kroki
Żadnego błędu w ta−
kim narysowaniu nie ma,
ja tylko chciałbym cię od
początku przyzwyczaić
do zdrowych zasad. Cho−
dzi tylko i wyłącznie
o
sposób rysowania
schematów
. Na pewno
zauważyłeś, że niektóre
schematy narysowane są
jakoś tak fajnie, w prze−
jrzysty sposób, że już na
pierwszy rzut oka widać,
jak działa dany układ,
a przy okazji można się
zorientować, jakie są na−
pięcia stałe w poszcze−
gólnych punktach układu.
Inne schematy nary−
sowane są w jakiś po−
krętny, bardzo zawikłany
sposób, i trzeba się du−
żo nabiedzić, żeby się
zorientować, jak taki
układ funkcjonuje, a na
pewno ze sposobu nary−
sowania nie wynikają
żadne wnioski, odnośnie napięć stałych
w układzie.
Jeszcze raz podkreślam, że różnica po−
lega tylko na
sposobie
narysowania sche−
matu.
Rys. 14a.
waniu swoich schematów. Wtedy bę−
dziesz rysował tranzystor PNP tak, jak na
rysunku 13a, a nie według rysunku 13b.
To była dygresja na marginesie – spo−
sób rysowania schematów nie ma prze−
cież wpływu na działanie tranzystora.
Ułatwia tylko analizę układu.
Zajmiemy się teraz złączem baza−emi−
ter tranzystora. Wiesz już, że tranzystory
PNP i NPN różnią się jedynie kierunkiem
przepływu prądów. Podane dalej wiado−
mości, w równym stopniu dotyczą obu
typów tranzystorów.
kierunku przewodzenia potrzeba niewiel−
kiej siły, a więc niewielkiego ciśnienia.
Pomyśl, to bardzo ważny wniosek: na
takim elemencie nie może wystąpić duży
spadek ciśnienia, bo już małe ciśnienie ot−
wiera klapkę całkowicie, umożliwiając prze−
pływ praktycznie dowolnych ilości wody.
Tak samo jest z diodą. Dioda przepusz−
cza prąd w jednym kierunku. Ten
„słuszny” kierunek nazywamy kierun−
kiem przewodzenia. Już stosunkowo nie−
wielkie napięcie „otwiera” diodę powo−
dując przepływ prądu. Na przewodzącej
diodzie występuje niewielki spadek na−
pięcia. Zauważ, że to napięcie (spadek
napięcia) na przewodzącej diodzie nie
Rys. 13.
Dioda i złącze baza –
emiter
Zaczynamy od
stwierdzenia, że złą−
cze baza−emiter ma
właściwości zwykłej
diody półprzewodniko−
wej. Żeby dogłębnie
zrozumieć zachowa−
nie tranzystora w ukła−
dzie, i żeby umieć sa−
modzielnie dobrać wa−
runki pracy tranzysto−
ra, musisz dobrze ro−
zumieć działanie i pa−
rametry diody.
Przypomnę ci więc
właściwości diody.
Hydrauliczną analogię
diody znajdziesz na ry−
sunku 15. Zastosowa−
na sprężynka jest bar−
dzo słaba (podatna),
więc do otwarcia
klapki „w słusznym”
Żeby schemat był w miarę przejrzysty
warto przestrzegać podstawowych
zasad:
– „prądy zasilania na schemacie” powin−
ny płynąć z góry na dół
– „sygnały na schemacie” powinny
przebiegać z lewej strony na prawą.
– w miarę możliwości punkty o napięciu
bardziej dodatnim powinny być naryso−
wane wyżej niż punkty o napięciu niż−
szym.
Rysunek 14 pokazuje dwa sposoby
narysowania schematu ideowego tego
samego układu. Pierwszy uwzględnia po−
wyższe zasady, drugi nie. Który ze sche−
matów jest łatwiejszy do analizy?
Sprawa jest o tyle aktualna, że w sche−
matach nadsyłanych do Redakcji przez Czy−
telników, zwłaszcza do Szkoły Konstrukto−
rów, często spotykam „kwiatki” podobne
do rysunku 14b.
Przyzwyczaj się więc do podanych
zdrowych reguł i uwzględniaj je przy ryso−
Rys. 14b.
28
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
Pierwsze kroki
Rys. 16a.
Rys. 16b.
Rys. 15.
sposoby. Obie skale na rysunku 16a są li−
niowe, natomiast na rysunku 16b prąd na
osi pionowej zaznaczono w skali logaryt−
micznej, a napięcie, jak poprzednio,
w skali liniowej. Choć wierzyć się nie
chce, jeszcze raz przypominam, że jest to
charakterystyka tej samej diody, tylko na−
rysowana nieco inaczej.
Wystarczy popatrzyć na rysunek b, by
przekonać się, że gdy prąd zaznaczy się
na skali logarytmicznej, to wybitnie krzy−
wa charakterystyka z rysunku a w dziwny
sposób się prostuje, przynajmniej w za−
kresie mniejszych prądów. Właśnie tu
masz czarno na białym logarytmiczną za−
leżność napięcia na diodzie od płynącego
prądu. Nawet jeśli nie wiesz co to jest lo−
garytm (naturalny), nie przeszkodzi ci to
w uchwyceniu sensu mary logarytmicz−
nej – przyjrzyj się po prostu wartościom
prądu oznaczonym na pionowej osi. Prze−
cież mamy prawo zaznaczyć na osi piono−
wej prąd w taki trochę nietypowy sposób
(a może właśnie typowy dla natury), by
dziesięciokrotnej zmianie wartości odpo−
wiadała jedna działka na osi. Nie musisz
się dalej w to wgłębiać, zapamiętaj tylko
i przyjmij do wiadomości, iż profesjonaliś−
ci często wykorzystywali i pomimo ofen−
sywy układów cyfrowych, nadal wyko−
rzystują zależność wyraźnie widoczną na
rysunku 16b do logarytmowania sygna−
łów, a także do analogowego mnożenia,
dzielenia, potęgowania i pierwiastkowa−
nia. Może będzie to dla ciebie zaskocze−
niem, ale właśnie dioda (lub złącze baza−
emiter tranzystora) dobrze nadaje się do
przeprowadzania operacji matematycz−
nych na sygnałach analogowych. Na przy−
kład tę logarytmiczną zależność wyko−
rzystuje zdecydowana większość prze−
tworników prawdziwej wartości skutecz−
nej (ang. True RMS). A przetworniki True
RMS spotkasz w wielu cyfrowych mierni−
kach uniwersalnych lepszej klasy. Tyle
o logarytmowaniu, na razie głębsza wie−
dza na ten temat nie jest ci potrzebna.
Wracajmy do charakterystyki z rysunku
16a. Ja tu ci truję, że masz jakąś skompli−
kowaną logarytmiczną zależność (na co
rzeczywiście wskazuje rysunek 16b), a ty
do tej pory spotykałeś się z popularnym
stwierdzeniem, iż spadek napięcia na
krzemowej diodzie (i tak samo na złączu
baza−emiter tranzystora) ma stałą war−
tość. Jedni podają, że wynosi 0,7V, inni
0,6V, a jeszcze inni podają wartość około
0,6...0,8V. I co? Kto tu kłamie?
W rzeczywistości nie ma tu znaczącej
sprzeczności, ale sprawa wymaga drob−
nego uściślenia.
Popatrz na rysunek 17. Jest to w zasa−
dzie to samo co na rysunku 16a, charak−
terystyka dotyczy jednak tylko prądów
o wartościach do 1mA, a nie jak poprzed−
nio, do 100mA. Zauważ, że zgodnie z ry−
sunkiem 17, dla napięć do 0,5V, prąd dio−
dy rzeczywiście ma bardzo małą wartość.
To samo możesz sprawdzić na rysunku
16b. Pamiętaj, że 1µA (mikroamper), to
jedna milionowa ampera.
może dowolnie rosnąć. Do pełnego
„otwarcia” diody, czyli nawet przy bardzo
dużych prądach, potrzebne napięcie (spa−
dek napięcia) jest niewielkie.
Być może słyszałeś, że przy napięciu
(przewodzenia) poniżej 0,6V...0,7V dio−
da krzemowa nie przewodzi, a prąd po−
jawia się dopiero dla napięć wyższych
niż te 0,6V...0,7V. Takie są potoczne wy−
obrażenia.
Ale być może słyszałeś, że napięcie na
diodzie jest proporcjonalne do logarytmu
płynącego przez nią prądu. Zapewne nie−
wiele z tego sformułowania rozumiesz.
Moglibyśmy pominąć ten wątek, ale ja
od razu chcę rzucić cię na głębokie wody,
dlatego przyjrzymy się nieco bliżej tej
sprawie.
Obejrzyj sobie charakterystykę prądo−
wo−napięciową diody (czyli zależność na−
pięcia i prądu). Zwykle rysuje się ją w ten
sposób, że na osi poziomej zaznacza się
napięcie, a na osi pionowej – prąd. Taki
sposób narysowania sugeruje, że ustala−
my (wymuszamy) jakieś napięcie na dio−
dzie, i w zależności od tego napięcia,
przez diodę płynie odpowiedni prąd. Tak
jest tylko w teorii (oraz ewentualnie pod−
czas eksperymentów w szkolnej praco−
wni). W praktyce podchodzimy do spra−
wy odwrotnie: oto przez diodę płynie ja−
kiś prąd, i przy przepływie tego prądu na
diodzie występuje jakieś napięcie (spa−
dek napięcia). Jest to tak zwane napięcie
przewodzenia diody. Niezależnie od po−
dejścia, rezultat jest zawsze ten sam: da−
nej wartości prądu odpowiada określona
wartość napięcia i odwrotnie. Zależność
tę możemy zaznaczyć na rysunku – właś−
nie to jest charakterystyka diody w kie−
runku przewodzenia.
Nas w tej chwili interesuje, jak zmienia
się napięcie na diodzie (a właściwie na złą−
czu baza−emiter tranzystora) w zależności
od prądu (prądu bazy tego tranzystora).
Rysunek 16a i b pokazuje charakterys−
tykę tej samej diody, narysowaną na dwa
Rys. 17.
Sam widzisz, że w wielu sytuacjach
śmiało możemy mówić, że dla napięć po−
niżej 0,5V, dioda praktycznie nie przewo−
dzi prądu.
Trochę inaczej wygląda jednak sprawa
z diodą prostowniczą, a inaczej z obwo−
dem bazy tranzystora. Dla diody prostow−
niczej prąd rzędu 1 czy nawet 10 mikro−
amperów, to prąd wręcz pomijalnie mały.
A dla tranzystora?
W tranzystorach, prąd kolektora pły−
nący podczas normalnej pracy ma zwyk−
le wartość w zakresie od ułamków mi−
liampera do co najwyżej setek miliam−
perów (na razie pomijamy tranzystory
dużej mocy). Uwzględniając, że tranzys−
tor wzmacnia prąd, wychodzi na to, że
prąd bazy tranzystora pracującego w ty−
powym układzie ma wartość od ułam−
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
29
Pierwsze kroki
ków mikroampera do pojedynczych mi−
liamperów.
Właśnie, w niektórych twoich ukła−
dach prąd bazy może mieć wartość rzę−
du 1 mikroampera lub nawet mniej!
Czyli zgodnie z rysunkiem 16b, dla ta−
kich prądów bazy, napięcie baza−emiter
tranzystora będzie mieć wartość
0,5...0,7V.
Zauważ, że przy tysiąckrotnej zmianie
prądu (bazy), napięcie zmieni się tylko
o około 200mV.
Teraz już chyba zrozumiałeś, iż
w mniej precyzyjnych obliczeniach może−
my przyjąć w uproszczeniu jakąś średnią,
stałą wartość, np. właśnie 0,6V lub 0,65V.
Ot i cała tajemnica!
Proste? Tak, ale my tu trochę uprości−
liśmy sprawę, pomijając bez wahania prą−
dy poniżej 1 mikroampera, mówiąc iż są
to pomijalnie małe wartości. Wyobraź so−
bie, że w profesjonalnych układach loga−
rytmujących użyteczny zakres prądów
często sięga 100pA do 1mA. 100 pi−
koamperów to 0,1 nanoampera czyli jed−
na dziesięciomiliardowa ampera. Ty na ra−
zie nie próbuj myśleć o prądach rzędu pi−
koamperów (i pracować przy takich prą−
dach); pozostaw to zawodowcom.
Wracajmy do tranzystora.
Jak widać z analizowanych charakte−
rystyk, napięcie między bazą i emiterem,
oznaczane UBE, podczas normalnej pra−
cy tranzystora nie przekracza 0,8V. Jeśli
w jakimś realnym układzie byłoby więk−
sze, to tranzystor na pewno jest uszko−
dzony. Przykładowo, jak wynikałoby z ry−
sunku 16, przy napięciu UBE równym 1V,
prąd bazy tranzystora musiałby wynosić
ponad 1A, a tranzystorów o tak dużym
prądzie bazy na pewno nie spotkasz
w swoim życiu.
Zapamiętaj więc ważną informację
praktyczną: jjeśllii napiięciie U
BE
zwykłłego
tranzystora NPN lub PNP (w kiierunku
przewodzeniia)) zmiierzone w ukłładziie,, wy−
nosii ponad 0,,8V,, to tranzystor ten
NA PEWNO jjest uszkodzony.
Problemem mocy strat i odprowadza−
nia ciepła zajmiemy się w przyszłości, te−
raz chodzi mi tylko o jedną drobną spra−
wę. Aby uzyskać duże prądy w obwodzie
kolektora, musimy pracować przy odpo−
wiednio dużych prądach bazy. Prądy bazy
będą znaczne, ponieważ tranzystory du−
żej mocy mają zwykle współczynnik
wzmocnienia prądowego mniejszy, niż
tranzystory małej mocy. Jeśli na przykład
wzmocnienie tranzystora mocy wynosi
50, to dla uzyskania prądu kolektora rów−
nego 10A, prąd bazy musi wynieść 0,2A.
Jak myślisz, czy w tranzystorach dużej
mocy napięcie baza−emiter musi być
większe, niż w tranzystorach małej mocy?
Tak wynikałoby z rysunku 16.
Pamiętaj jednak, że rysunek ten doty−
czy jakiejś konkretnej diody, czy konkret−
nego złącza baza−emiter.
Jak myślisz, czy wartość spadku na−
pięcia przy danym prądzie będzie zależeć
od powierzchni tego złącza?
Maleńki tranzystor małej mocy ma
małą powierzchnię złącza, duży tranzys−
tor mocy będzie miał znacznie większą
powierzchnię tego złącza.
Masz rację, o wartości napięcia zade−
cyduje gęstość prądu przypadająca na
jednostkę powierzchni tego złącza.
Wniosek?
Napięcie baza−emiter w tranzystorach
dużej mocy przy znacznych prądach bazy
może być nawet mniejsze, niż w tranzys−
torach małej mocy.
Ta informacja nie jest może najważ−
niejsza, ale powinieneś o tym wiedzieć,
by potem po zmierzeniu napięć w jakimś
układzie z tranzystorami mocy nie dziwić
się i nie szukać dziury w całym.
zmiany wywołane zmianami wartości
prądu bazy!
Pamiętaj też o grzaniu się tranzysto−
rów, także tych małej mocy.
Wnioski?
Z wartości napięcia emiter−baza nie−
wiele dowiesz się o prądzie bazy. Szcze−
rze mówiąc, w związku ze znacznym
wpływem temperatury, napięcie to nie
daje praktycznych informacji. Jedynie jeś−
li jest większe niż 0,8V, to nieodwołalny
znak, iż tranzystor jest uszkodzony.
Czy to znaczy, że dokładna wartość na−
pięcia baza−emiter nigdy nas nie obchodzi,
bo nie niesie żadnej pewnej informacji?
Nie! Co istotne, jeśli prąd ma stałą
wartość, to zmiany napięcia pod wpły−
wem temperatury są, można powiedzieć
– liniowe, czyli zmiana napięcia przewo−
dzenia jest wprost proporcjonalna do
zmian temperatury. Co jeszcze ważniej−
sze, zmiany te są powtarzalne, czyli nie
zmieniają się z upływem czasu.
Wszystko to powoduje, że zwykła dio−
da lub złącze baza−emiter tranzystora mo−
gą być z powodzeniem użyte do pomiaru
temperatury. Przy odpowiedniej budowie
układu pomiarowego i właściwym wy−
skalowaniu, można uzyskać bardzo dobrą
dokładność pomiaru, rzędu 0,1...0,2°C.
Sposób ten bardzo często używany
jest do pomiaru temperatur w zakresie −
40...+125°C. Jest tylko jeden drobny
szkopuł. Otóż w praktyce w procesie pro−
dukcji półprzewodników nie udaje się
uzyskać idealnie takich samych paramet−
rów dla wszystkich egzemplarzy diod czy
tranzystorów, nawet pochodzących z tej
samej partii produkcyjnej i z tej samej
płytki krzemowej.
Wpływ temperatury
Na rysunku 16 zaznaczyłem ci, w ja−
kich granicach zmienia się napięcie na
złączu baza−emiter przy różnych prądach
bazy. Nie znaczy to jednak, że mając cha−
rakterystykę konkretnego tranzystora
i znając prąd bazy, potrafisz precyzyjnie
określić, jakie będzie napięcie między ba−
zą a emiterem.
Czy już wiesz, dlaczego?
Otóż nie uwzględniłeś wpływu tempe−
ratury.
Rysunek 16 pokazuje charakterystykę
dla jakiejś jednej temperatury – zwykle
jest to temperatura pokojowa rzędu
+25°C. Tymczasem ze wzrostem tempe−
ratury napięcie przewodzenia na diodzie
i złączu tranzystora zmniejsza się.
Dla konkretnego egzemplarza tran−
zystora czy diody wpływ temperatury po−
kazany jest na rysunku 18a.
Może się zdziwisz, ale niedwuznacz−
nie wychodzi na to, że zmiany napięcia
baza−emiter pod wpływem zmian tempe−
ratury mogą być znacznie większe, niż
Rys. 18a.
Tranzystory mocy
W naszej praktyce używamy zwykle
tranzystorów małej mocy. Chodzi o to, że
w tranzystorze w czasie pracy wydziela
się w postaci ciepła jakaś moc – nazywa−
my ja mocą strat. Małe tranzystory mogą
pracować przy niewielkich prądach kolek−
tora (do 100...300mA), a wydzielana moc
strat nie może być większa niż
0,1...0,6W, zależnie od typu tranzystora.
W niektórych przypadkach musimy
pracować z większymi prądami, a wy−
dzielana moc jest znacznie większa. Wte−
dy stosujemy tranzystory dużej mocy.
Mają one większe obudowy i przystoso−
wane są do przykręcenia do radiatora
chłodzącego.
Rys. 18b.
30
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
Pierwsze kroki
Zawsze występuje pewien rozrzut pa−
rametrów, i ostatecznie w niektórych ka−
talogach charakterystyka diody czy złącza
baza−emiter wygląda tak jak na rysun−
ku 18b. Obszar zacieniowany wskazuje
na spodziewany rozrzut parametrów po−
między egzemplarzami.
Już z tego widać, że przy wykorzysta−
niu złącza półprzewodnikowego do po−
miaru temperatury, niezbędna jest indy−
widualna kalibracja dla każdego egzemp−
larza. W książkach czasem podaje się, że
napięcie na złączu zmienia się z tempera−
turą o −2,2mV na stopień Celsjusza. Owe
−2,2mV trzeba traktować jako wartość
orientacyjną, a nie ścisłą. Zresztą inne
źródła podają wartość tego współczynni−
ka −2mV/°C.
Na razie nie będziesz chyba projekto−
wał układów pomiaru temperatury, ale po−
winieneś wiedzieć, że właściwości złącza
B−E umożliwiają taki pomiar. Przedstawio−
na zależność wykorzystywana jest nie tyl−
ko do budowy termometrów elektronicz−
nych. Powszechnie stosuje się ją w ukła−
dach scalonych do realizacji obwodów za−
bezpieczenia termicznego. Czy wiesz na
jakiej zasadzie pracuje taki obwód?
Wystarczy ustawić napięcie baza−emi−
ter tranzystora na wartość, powiedzmy,
0,5V. Jak widać z rysunkach 16, 17 oraz
18, w temperaturze pokojowej popłynie
wtedy pomijalnie mały prąd bazy. Prąd
kolektora też będzie pomijalnie mały. Jeś−
li temperatura będzie rosnąć, to rosnąć
będzie też prąd bazy, a tym samym prąd
kolektora. Gdy prąd kolektora przekroczy
ustaloną wartość, zadziała współpracują−
cy obwód zabezpieczenia cieplnego.
Zależność parametrów od temperatu−
ry w niektórych układach jest zaletą, ale
jak łatwo się domyślić, na przykład w pre−
cyzyjnych układach pomiarowych jest
przekleństwem, z którym trzeba walczyć
wszelkimi siłami. To jednak jest już od−
rębny, bardzo szeroki temat, do którego
może jeszcze wrócimy. Na razie zajmie−
my się kolejną podstawową sprawą.
miętaj to i nawet nie próbuj podobnych
sztuczek.
Rysunek 19 nasuwa jednak pytanie,
czy aby w układzie elektronicznym nie
można zamienić miejscami emitera i ko−
lektora tranzystora? Inaczej mówiąc, czy
kolektor mógłby pełnić rolę emitera i od−
wrotnie?
Pytanie jest jak najbardziej poważne,
a starsi Czytelnicy pamiętają zapewne, że
niektóre dawne radzieckie tranzystory po
zamianie roli emitera z kolektorem, pra−
cowały tak samo, albo nawet lepiej.
To prawda, że niektórym tranzysto−
rom, wykonywanym bardzo starymi tech−
nologiami, było niemal wszystko jedno,
która elektroda ma być kolektorem, a któ−
ra emiterem. Ale to były bardzo dawne
czasy. Natomiast współczesne tranzysto−
ry produkowane są pod kątem określo−
nych zastosowań, i nie będą dobrze pra−
cować po zamianie emitera z kolektorem.
Być może czytałeś gdzieś o tak zwanej
pracy inwersyjnej tranzystora. Zapomnij
o tym. W układach, które będziesz mon−
tował, ewentualnie konstruował, tranzys−
tory „zwykłe” czyli bipolarne będą praco−
wać w normalny sposób.
A więc nie kombinuj z zamianą miejs−
cami emitera i kolektora.
Ale to jeszcze nie wszystko.
Czy tranzystor może pracować przy
„odwrotnym” napięciu między bazą
a emiterem. Co się
stanie w układzie
z rysunku 21, gdy
napięcie bazy tran−
zystora NPN bę−
dzie niższe niż na−
pięcie emitera?
Rysunki 12 i 19
nie sygnalizują żad−
nych ograniczeń.
Czy więc napię−
cie na bazie tranzystora z rysunku 21 mo−
że mieć dowolnie dużą wartość ujemną?
Zapewne nie, spodziewamy się, iż złącze
to, jak każda dioda, ma określone dopusz−
czalne napięcie wsteczne (kilkadziesiąt
woltów).
Tu mam dla ciebie niespodziankę (o ile
jeszcze tego nie wiesz): złącze baza−emi−
ter spolaryzowane w kierunku zaporo−
wym zachowuje się jak dioda Zenera
o napięciu pracy około 6,2V (niektóre
źródła podają 5...7V).
Jeśli jeszcze nie wiesz, co to jest dio−
da Zenera przyjmij, iż jest to po prostu
stabilizator napięcia.
Czyli po podaniu na bazę napięcia
wstecznego o wartości przekraczającej
napięcie przebicia, przez złącze emiter−
baza popłynie prąd. Słowo „przebicie” za−
brzmiało groźnie, ale nie ma się czego
bać – o ile tylko prąd nie będzie zbyt du−
ży (by cieplnie uszkodzić złącze), tranzys−
torowi nic się nie stanie. Przebicie takie
na pewno nie uszkodzi trwale tranzystora
Krótko mówiąc, tranzystor może peł−
nić rolę diody Zenera czyli stabilizatora
napięcia. Na rysunku 22 pokazałem ci
cztery przykłady wykorzystania tranzysto−
rów w tej roli. Zauważ, że w każdym przy−
padku złącze emiterowe jest spolaryzo−
wane wstecznie, wykorzystujemy tylko
dwie końcówki, i taki sposób pracy nie
ma nic wspólnego z normalnym trybem
pracy tranzystora.
Przypomnę ci jeszcze raz te normalne
warunki pracy: dla tranzystora NPN napię−
cie bazy (mierzone w stosunku do emitera)
wynosi około +0,6V...+0,7V, złącze spolary−
zowane jest w kierunku przewodzenia i pły−
nie prąd bazy I
B
. Płynie też prąd kolektora
I
C
, a napięcie na kolektorze U
C
(też mierzo−
ne w stosunku do
emitera) również
jest dodatnie i wyno−
si od +0,1V do peł−
nego napięcia zasila−
jącego U
2
. Masz to
zaznaczone na ry−
sunku 23.
A co powiedzieć
o sytuacji z rysun−
ku 24, gdy w nor−
malnym układzie
pracy tranzystora
(NPN) napięcie bazy
Odwrotna polaryzacja
Uproszczony schemat zastępczy tran−
zystora z rysunku 12, zawierający diodę
i sterowane źródło prądowe, nie do koń−
ca oddaje właściwości tranzystora.
Znaczna część Czytelników sprawdza
tranzystory za pomocą omomierza wie−
dząc, że złącza baza−emiter i baza−kolek−
tor zachowują się jak diody. Rzeczywiście
w pewnych warunkach tranzystor można
traktować jako połączenie dwóch diod
według rysunku 19. Ale niestety, tranzys−
tora nie można wykorzystać jako dwóch
oddzielnych diod, i na przykład zrealizo−
wać za pomocą dwóch tranzystorów
mostka diodowego (rysunek 20). Tranzys−
tor to coś więcej, niż dwie diody. Zapa−
Rys. 19.
Rys. 20.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
31
Rys. 21.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]