Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

60 4. A KIVEZÉRELHETŐSÉG VIZSGÁLATA
i C
U + U -
U t
R f
I C0
Egyenáramú munkaegyenes
∆U CE
Meredeksége:
M
1
R f
U CE0
∆I C
U m
U t
u CE
4.2. ábra. A tranzisztor egyenáramú munkaegyenese.
hanem a külső elemek határozzák meg. Az eszköz a munkapontok lehetséges értékét csak annyiban
befolyásolja, hogy meghatározza azt a tartományt, ahol a tranzisztor működhet. Bipoláris tranzisztor
esetén a normál aktív tartomány az i C −u CE sík első síknegyede. Tehát pozitív áramok mellett elvileg
a tranzisztoron csak u CE > 0 feszültség lehet, illetve pozitív feszültségek esetén a tranzisztoron
negatív áram nem folyhat (a tranzisztori C árama nem lehet negatív). A valóságos bipoláris tranzisztorok
esetében az eszköz egyU m küszöbfeszültség (ez az úgynevezett maradékfeszültség) alatt telítésbe
kerül, emiatt közelítőleg azt mondhatjuk, hogy a tranzisztoron ez a megengedett legkisebb feszültség,
a normál aktív tartomány alsó határa.
A tranzisztor munkapontja az egyenáramú munkaegyenesen található, tehát fennáll az
U t = U CE0 +I C0 R f (4.2)
összefüggés, és az a kérdés, hogy vezérlés hatására nyitó- és záróirányban a tranzisztor kollektoremitter
feszültsége mennyit változhat. Az ábrán a munkaponthoz képest a kollektor-emitter feszültség
a tranzisztor nyitásakor U + , a tranzisztor zárásakorU − értékkel változhat, és ezek az értékek az
U + = U CE0 −U m = U t −I C0 R f −U m (4.3)
U − = I C0 R f (4.4)
egyenletekből számíthatók. A kapcsolási elrendezésből nyilvánvaló, hogy az R f fogyasztóra jutó
feszültségváltozás azonos a kollektor-emitter feszültség változásával is, azaz U + = U + f és U− = U − f
, aholU + f és U− f
a fogyasztón mért nyitó- és záróirányú feszültségváltozás.
A vizsgált eset fizikai tartalma az, hogy ha a tranzisztor kinyit, akkor a rajta lévő feszültség a
munkaponti (U CE0 ) értékről legfeljebb az U m értékig csökkenhet, mivel ekkor a tranzisztor telítésbe
kerül. Ha a tranzisztor lezár, akkor pedig az árama az I C0 munkaponti értékről nullára csökkenhet. A
tranzisztor tehát nyitóirányban feszültség-, záróirányban pedig áramkorlátozott eszköz.
Sok esetben kivezérelhetőség alatt a fenti két mennyiség közül a kisebbiket szokás érteni, hiszen
szimmetrikus (például szinuszos) jelalakok esetén a kisebbik érték határozza meg a kimeneti jel amlitúdójának
a maximális értékét. Ilyenkor a kimeneti kollektor-emitter feszültség maximális amplitúdóját
az
U cemax = min ( U + ,U −) = min(I C0 R f ,U t −I C0 R f −U m ) (4.5)
kifejezésből számíthatjuk. U cemax értékét az I C0 munkaponti áram megválasztásával maximalizálni
lehet, mivel U − a munkaponti áram növelésével nő, míg U + csökken. A kimeneti kollektor-emitter
feszültség lehetséges maximális amplitúdóját akkor érjük el, ha a negatív és pozitív irányú kivezérelhetőség
azonos nagyságú (U + = U − ), amiből az
U t −U m −I C0 R f = I C0 R f , (4.6)