37_02.pdf

Wzmacniacz - zadanie. Projekt wzmacniacza tranzystorowego.

tutaj znajdziesz informacjie o parametrach h


Pierwsze kroki

część

11

Tranzystory
dla początkujących
Czarna skrzynka i parametry h
W dzisiejszym odcinku jeszcze raz przypomnę pojęcie czarnej skrzynki, zajmiemy się bowiem parametrami
macierzowymi h, budzącymi grozę wielu początkujących. Ten odcinek pozwoli zrozumieć sens parametrów h
i ich praktyczną przydatność. Wspólnie wysnujemy też ważne wnioski dotyczące obliczeń teoretycznych.
Ostatnio tłumaczyłem ci, że tranzystor,
choć ma tylko trzy nóżki, jest tworem bar-
dzo kapryśnym i wcale nie jest łatwo precy-
zyjnie opisać jego właściwości. Na twoje i
moje szczęście, w praktyce zazwyczaj nie
ma potrzeby wnikać we wszystkie szczegó-
ły. Chyba się ze mną zgodzisz, że gdybyśmy
musieli od początku analizować wspomnia-
ny w poprzednim odcinku model Ebersa-
Molla lub jakiś inny, jeszcze bardziej skom-
plikowany, to na pewno odeszłaby nam o-
chota na zajmowanie się elektroniką.
Dlatego jeśli to konieczne, zamiast ja-
kichś koszmarnych obliczeń z wykorzysta-
niem wyższej matematyki (które zresztą
przeprowadza każdy program komputero-
wej symulacji), przyjmujemy modele pro-
stsze, czasem nawet bardzo uproszczone.
Takie uproszczone modele pozwalają prze-
prowadzić obliczenia ze stosunkowo nie-
wielkim błędem. Chyba nie muszę cię prze-
konywać, że można narysować wiele róż-
nych modeli, które w lepszym lub gorszym
stopniu będą przedstawiać działanie tranzy-
stora. Jednym z takich modeli jest model
czwórnikowy. Zajmiemy się nim, i to nie tyl-
ko ze względu na program szkolny, ale
przede wszystkim po to, żebyś się nie bał
parametrów podawanych w katalogach i
rozumiał ich sens.
Zaczynamy.

Czarna skrzynka
W mądrych książkach często używa się
pojęcia czarnej skrzynki. "Czarna skrzynka"
to jakiś układ spełniający określone funkcje.
W środku "czarnej skrzynki" może być za-
mknięty na przykład chrabąszcz, układ elek-
troniczny albo grupa sprytnych krasnolud-
ków. A może coś jeszcze innego... Czarna
skrzynka na pewno ma wejście i wyjście.
Podajemy coś na wejście, a coś pojawia się
na wyjściu. Oczywiście w naszym "elektro-
nicznym" przypadku to coś, to sygnały elek-
tryczne podawane na wejście oraz uzyski-
wane na wyjściu. Mamy więc napięcie wej-
ściowe - oznaczamy je Uwe, napięcie wy-
jściowe - Uwy, oraz ewentualnie prądy:
wejściowy Iwe i wyjściowy Iwy. Ilustrację
znajdziesz na rysunku 1.
Niech we wnętrzu czarnej skrzynki ci-
chutko siedzi tranzystor, ale nie "goły", tyl-
ko z obwodami polaryzującymi - czyli właś-
ciwie wzmacniacz tranzystorowy. Może to
wyglądać jak na rysunku 2a, 2b lub 2c. W
poprzednim odcinku tłumaczyłem sprawę

Rys. 1 Czarna skrzynka

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

różnych modeli tranzystora. Teraz pode-
jdziemy do sprawy jeszcze inaczej. Nie
będziemy wnikać w szczegóły budowy i
właściwości tranzystora, tylko potraktujemy
go jako czarną skrzynkę, która pełni funkcję
wzmacniacza i (uważaj!) będą nas intereso-
wać jedynie napięcia i prądy wejściowe o-
raz wyjściowe oraz zależności nimi
rządzące.
Oto prościutki przykład. Mamy czarną
skrzynkę, dla której opis działania jest bez-
nadziejnie prosty:
Uwy = 10 x Uwe
Przecież to nic innego, jak wzmacniacz
(napięciowy) o wzmocnieniu równym 10.
Proste jak... obręcz!
Właśnie! Wiesz już, że jeśli w czarnej
skrzynce cicho siedzi wzmacniacz tranzy-
storowy, to musimy liczyć się z nieliniowoś-
cią charakterystyki i jeśli zniekształcenia
sygnału mają być małe, to przetwarzane
sygnały też muszą być małe - chodzi o to,
by pracować na niewielkim odcinku charak-
terystyki, który w przybliżeniu można uznać
za prostoliniowy (porównaj rysunki 6 i 7 w
EdW 11/98). Tylko w przypadku małych
sygnałów możemy uważać, że (w danym
punkcie pracy) tranzystorowy wzmacniacz
pracuje liniowo.
Ściślej biorąc, powinniśmy zapisać:
uwy = 10 x uwe

33

Pierwsze kroki

Rys. 2 Przykładowe czarne skrzynki

gdzie małe literki u oraz i wskazują, iż
chodzi o sygnały zmienne (domyślnie - o
małej amplitudzie).
Dociekliwi czytelnicy zauważą ponadto,
że tak podany wzór nie charakteryzuje
wszystkich kluczowych parametrów czar-
nej skrzynki, a w rzeczywistości - wzmac-
niacza tranzystorowego. Nie wiadomo na
przykład, co tam "siedzi na wejściu", czyli
jaka tam występuje oporność, a tym sa-
mym jakie prądy płyną na wejściu i na wy-
jściu. Wiemy, że układ wzmacnia napięcie,
ale co z prądami?
Trzeba więc dodać dalsze istotne infor-
macje. Po pierwsze podać, jakiej konfigura-
cji układowej (rys. 2a, 2b czy 2c) oraz jakie-
go punktu pracy dotyczą parametry - zwyk-
le wystarczy podać wartość (stałego) prądu
pracy kolektora, ewentualnie napięcie stałe
kolektor - emiter. Napięcia i prądy zmienne
będą występować niejako na tle tego prądu
i napięcia stałego. Po drugie trzeba jakoś
wyrazić występujące oporności.
Czy nasz układ ma oporność wejściową
(dla przebiegów zmiennych) nieskończenie
wielką? Wtedy prąd wejściowy byłby ró-
wny zeru. Ale przecież oporność wejścio-
wa nie musi być, i wcale nie jest, aż tak du-
ża. Już teraz zapamiętaj, że generalnie o-
porność wejściowa tranzystora bipolarnego
jest raczej mała. I to jest poważna wada, z

którą można i trzeba walczyć. Jak? To już in-
na historia.
A wyjście? Na rysunkach 1 i 2 zaciski
wyjściowe nie są podłączone. W rzeczywi-
stości do wyjścia dołączona jest zawsze ja-
kaś oporność obciążenia (np. opór wejścio-
wy następnego stopnia).
Patrząc na rysunek 3 zapomnij na jakiś
czas o układach z rysunku 2, o obwodach
polaryzacji i o prądach stałych (problem za-
silania też pomijamy - możesz sobie wyob-
razić, że bateria zasilająca znajduje się
wewnątrz czarnej skrzynki). Teraz interesu-
je nas tylko, jak nasza czarna skrzynka za-
chowuje się przy podaniu na wejście ma-
łych napięć zmiennych. Jaki najprostszy
model pokazywałby zachowanie naszego
wzmacniacza tranzystorowego?
Czy na przykład czarna skrzynka, a właś-
ciwie układ tranzystorowy, ma nieograni-
czoną wydajność prądową? Raczej nie.
Jeśli wyjście ma ograniczoną wydajność
prądową, to zapewne można to potrakto-
wać jako istnienie wewnętrznej rezystancji
wyjściowej. Możemy więc przedstawić
naszą skrzynkę w postaci czwórnika jak na
rysunku 3a lub pamiętając, że obwód kolek-
torowy zachowuje się jak źródło prądowe
raczej jak na rysunku 3b (oporność dołączo-
na równolegle do źródła prądowego). Zau-
waż, że na rysunku 3a oznaczyłem wy-
stępujące oporności nie literką R czy r (rezy-
stancja), tylko
małą literką z,
co pokazuje,
że chodzi o o-
porność ze-
spoloną - im-
pedancję (dla
przebiegów
zmiennych).
Nie jest jakaś
przeszkoda w
rozważaniach
- pomału zbli-
żamy się w
ten sposób
do zapisu, jaki
znasz z ksią-
żek.
A może,
jeśli taki spo-

Rys. 3 Wzmacniacze z rysunku 2 w postaci czworników

34

sób opisu czarnej skrzynki miałby być w
miarę precyzyjny, trzeba jeszcze u-
względnić dodatkowe czynniki, na przykład
coś takiego jak wpływ napięcia wyjściowe-
go na właściwości wejścia (wewnętrzne
sprzężenie zwrotne)?
W tranzystorze rzeczywiście występuje
takie wewnętrzne sprzężenie zwrotne. Na
rysunku 3c reprezentowane jest przez do-
datkowe źródło napięcia umieszczone w
obwodzie wejściowym. I oto mamy model
czwórnikowy tranzystora w pełnej krasie.
Zachowanie takiego czwórnika można i
trzeba jakoś opisać równaniami. I na pewno
nie wystarczy jedynie podać wartość
wzmocnienia. Wzory powinny uwzględniać
pokazane oporności i sprzężenie zwrotne.
Jeśli przyjmiemy, że właściwości nasze-
go tranzystora przedstawia model czwórni-
kowy z rysunku 3c, to moglibyśmy napisać
równania go opisujące. Mają one postać:
u1 = z11i1 + z12i2
u2 = z21i1 + z22i2
To są tak zwane równania impedancyj-
ne. Nie musisz dobrze rozumieć ich sensu,
zwróć tylko uwagę, że wszystko tu zgadza
się z intuicją. Mianowicie z11 to niewątpli-
wie oporność (ściślej impedancja) wejścio-
wa, z22 to oczywiście oporność (impedan-
cja) wyjściowa. Parametr z21 niewątpliwie
reprezentuje wzmocnienie, natomiast z12
reprezentuje wspomniane wewnętrzne
sprzężenie zwrotne. Przemyśl to dobrze!
Wprowadzone właśnie parametry z świet-
nie zgadzają się z intuicją!
Nieco gorzej jest ze spotykanymi częś-
ciej tak zwanymi parametrami hybrydowy-
mi tranzystora oznaczonymi h21, h21e, h21E,
h11b, h12e, h22. Nie bój się ich! Nadmienię
tylko, że literka h pochodzi od słowa hybryd
(mieszany). Za chwilę się okaże, że owe
h11, h12, h21 i h22 niosą dokładnie taką samą
treść jak oswojone właśnie parametry z.
Parametry h powiążemy z siecią (mode-
lem) pokazaną na rysunku 3d. A oto stoso-
wne równania:
u1 = h11i1 + h12u2
i2 = h21i1 + h22u2
Może wyda ci się to dziwne, nieprzyjaz-
ne i zbyt skomplikowane. Jeśli uważasz, że
to są skomplikowane zależności, to się gru-
bo mylisz. Potrzebne wzory akurat nie są
specjalnie skomplikowane i wcale nie trze-
ba znać rachunku macierzowego, by z nich
skorzystać.
Porównaj te dwa równania z poprzedni-
mi. Czy już widzisz, że h11 to właściwie z11
czyli impedancja wejściowa? Świetnie! Pa-
rametr h21, podobnie jak z21, reprezentuje
wzmocnienie - tym razem prądowe. Po-
dobnie jak z22, również h22 ma ścisły zwią-
zek z opornością wyjściową, czy też wydaj-
nością prądową. Zauważ, że prąd wyjścio-
wy i2 to prąd wejściowy i1 pomnożony
przez współczynnik wzmocnienia prądowe-
go h21, ale zmieniony o wartość h22u2 (pod-

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Pierwsze kroki
powiem, że prąd ten jest pomniejszony, bo
h22 może mieć i ma wartość ujemną).
Analogicznie jak z12, także h12 reprezen-
tuje wpływ napięcia wyjściowego na wej-
ście. Nic więc dziwnego, że parametry te
mają następujące nazwy:
h11 - rezystancja (ściślej impedancja)
wejściowa przy zwarciu wyjścia,
h12 - współczynnik sprzężenia zwrotne-
go przy rozwartym wejściu,
h21 - współczynnik wzmocnienia prądo-
wego przy zwartym wyjściu,
h22 - konduktancja (odwrotność rezy-
stancji, a ściślej admitancja) wyjściowa przy
rozwartym wejściu.
W zagranicznych katalogach spotyka się
odmienne oznaczenia parametrów h.
h11 - hie input impedance (i - input -
wejście),
h12 - hre reverse voltage ratio (r - rever-
se - wsteczny),
h21 - hfe small signal current gain (f - for-
ward - w przód),
h22 - hoe output admitance (o - output -
wyjście).
Czy jednak nie jest to dla ciebie strasznie
obce i niezrozumiałe sformułowanie "przy
zwartym wyjściu, rozwartym wejściu"? Jak
na przykład można zmierzyć parametry
tranzystora "przy zwarciu wyjścia"? Prze-
cież zwarcie wyjścia uniemożliwi pracę
tranzystora!
Bez sensu?
Hop, hop, nie tak prędko!
Pamiętaj, że rozważamy parametry dla
prądu zmiennego. A więc jeśli nasz tranzy-
stor będzie pracował w układzie z rysunku
2a, to wspomniane zwarcie zacisków wy-
jściowych dla przebiegów zmiennych zape-
wni kondensator C2 o odpowiednio dużej
pojemności. Oporność (reaktancja) konden-
satora o wielkiej pojemności będzie na tyle
mała, że możemy ją potraktować jako zwar-
cie. Kondensator ten jednocześnie odetnie
składową stałą, umożliwiając przepływ
prądów stałych, właściwą polaryzację i
pracę tranzystora. Przykładowe układy po-
miarowe parametrów h znajdziesz na ry-
sunku 4 oraz na rysunku 5 w EdW 11/98
str. 65. Proste?
Okazało się więc, że nie jest to takie
straszne do zrozumienia.
Ale jeśli jeszcze mózg ci trochę pracuje
zapytasz: a do czego mi są potrzebne te ca-
łe parametry h?
Służę odpowiedzią. Teoretycznie ma to
wyglądać tak: przypuśćmy, że musisz za-
projektować wzmacniacz tranzystorowy.
Trzeba, żeby ten wzmacniacz miał określo-
ne wzmocnienie A, oporność wejściową
Rwe i oporność wyjściową Rwy. W katalo-
gu tranzystorów znajdujesz wartości para-
metrów h, wybierasz układ pracy tranzysto-
ra (wg rysunku 2: ze wspólnym emiterem,
wspólnym kolektorem, albo wspólną bazą),
podstawiasz do nieskomplikowanych wzo-

Rys. 4 Przykładowy układ pomiaru parametru h

rów, przeliczasz, dobierasz napięcie zasila-
nia. Na koniec wyliczasz wszystkie rezy-
stancje ustalające stałoprądowy punkt pra-
cy i oto obliczyłeś wszystkie elementy po-
trzebnego ci wzmacniacza. Zaprojektowa-
łeś wzma-cniacz.
Tak to wygląda w teorii i takimi zadania-
mi katują w szkole i na studiach. Natomiast
w praktyce, owszem, przeprowadzamy pe-
wne obliczenia, ale niewiele ma to związku
z omawianymi właśnie parametrami h i mo-
delem tranzystora z rysunku 3d.

Parametry h
Teraz już nie boisz się parametrów h. Z
parametrem h11 nie masz problemu - jest
to po prostu oporność (ściślej - impedan-
cja) wejściowa. Nic nowego - omawialiś-
my to już w poprzednim odcinku (porównaj
rysunek 8 w EdW 11/98).
Sprawa wpływu wyjścia na wejście re-
prezentowana jest przez parametr h12. Pa-
rametr ten należy uwzględnić w dokładniej-
szych obliczeniach, ale ponieważ sprzęże-
nie to jest niewielkie, przy obliczeniach wię-
kszości układów amatorskich można go po
prostu pominąć (czyli wrócić do uproszczo-
nego modelu z rysunku 3a i 3b).
Analogicznie, przy obliczaniu większości
prostych układów tranzystorowych można
pominąć parametr h22. Nie można go po-
minąć tylko w tych nielicznych układach
pracy, gdy w kolektorze umieszczone jest
obciążenie o wyjątkowo dużej oporności. O
tym za chwilę.
Nie powinien sprawić ci kłopotu para-
metr h21 - "współczynnik wzmocnienia
prądowego przy zwartym wyjściu". Współ-
czynnik wzmocnienia prądowego natych-
miast skojarzy ci się z parametrem ?, który
określiliśmy jako stosunek prądu kolektora
do prądu bazy. I rzeczywiście jesteś nieda-
leko prawdy.

Ale to nie koniec
Zwróć uwagę, że najczęściej na końcu
oznaczenia h21 umieszczona jest jeszcze li-
terka. Może to być mała literka e, c lub b.
Jak się może domyślasz, parametry te do-
tyczą tranzystorowych wzmacniaczy ma-
łych napięć zmiennych, pracujących w kon-
kretnej konfiguracji: wspólnego emitera,
kolektora albo bazy. Czyli podstawowych u-
kładów z rysunków 2a (wspólny emiter -

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

OE), 2b(wspólny kolektor - OC) i 2c (wspól-
na baza - OB).
Ale to nadal nie koniec - w katalogach i
książkach spotkasz też obok oznaczenia
h21e także oznaczenie h21E. Duża litera E
wskazuje nie tylko, że parametr dotyczy u-
kładu ze wspólnym emiterem, ale przede
wszystkim informuje, że jest to wzmocnie-
nie dla prądu stałego (w literaturze często
zamiast h21E spotkasz hFE określane też jako
DC current gain, czyli wzmocnienie dla
prądu stałego).
Czy h21e = h21c = h21b i czy na przykład
h11e = h11c = h11b?
Czy ? i h21e to to samo? A może ? to ra-
czej h21E? A może zarówno ?, h21e i h21E to
jedno i to samo? Czy też ? = h21c? Jak myś-
lisz?
Ściśle rzecz biorąc, nie jest to to samo.
W katalogach znajdziesz tylko parametry h
dla układu wspólnego emitera - OE. War-
tości niektórych parametrów h dla układów
OC i OB bardzo się różnią, niemniej można
je, łatwo obliczyć, korzystając z wzorów,
które znajdziesz w podręcznikach. Nie będę
ci podawał tych wzorów. I ja i ty jesteśmy
leniwi (prawda?), nie lubimy się nadmiernie
męczyć i chcemy uprościć, co tylko się da.
I upraszczamy. Uważaj! Dla układów
wspólnego kolektora i emitera rzeczywiś-
cie parametr h21c oraz h21e można w pier-
wszym przybliżeniu utożsamiać z ?. Ale dla
układu wspólnej bazy, h21b ma wartość zbli-
żoną do jedności, wynosząc mniej więcej
0,95...0,999 (być może spotkałeś się kiedyś
z parametrem zwanym [ ?- alfa]. Szczegó-
łów nie będę ci tłumaczył. Jeśli do tej pory
nadążałeś za mną, doskonale poradzisz so-
bie ze zrozumieniem właściwości wzmac-
niaczy w konfiguracji OE, OC i OB, których
obszerne (i nudne jak na mój gust) opisy
znajdziesz w podręcznikach.
Zapamiętaj tylko, że choć parametry h12,
h22 (a wbrew pozorom także h11) odgrywają
mniejszą rolę i w amatorskiej praktyce
często się je pomija, o tyle katalogowego
parametru h21 lekceważyć nie można, bo
głównie on decyduje o właściwościach
wzmacniaczy tranzystorowych. Za chwilę
zajmiemy się tym bliżej, a teraz parę uwag
dla bardziej zaawansowanych.

Znaczenie h22
(dla zaawansowanych)
W niektórych zastosowaniach nie wolno
pomijać znaczenia parametru h22. Problem
ilustruje rysunek 5.
W jednym z wcześniejszych odcinków
tłumaczyłem ci, co to jest źródło prądowe.
Dowiedziałeś się, że o wielkości sygnału
napięciowego na takim źródle (na kolekto-
rze tranzystora) decyduje głównie wartość
oporności obciążenia - czym większa opor-
ność obciążenia, tym większy sygnał wy-
jściowy. Zakładając, że obwód kolektorowy
to idealne źródło prądowe (rys. 5a), można

35

Pierwsze kroki

Rys. 5 Obciążenie źródłą prądowego

prosto obliczyć zmiany napięcia wyjściowe-
go, jeśli zmiany prądu kolektora będą wyno-
sić, powiedzmy ?I =1mA
?U = ?I * RL
Czym większa oporność obciążenia RL,
tym większy sygnał wyjściowy. Czy to jed-
nak znaczy, że zwiększając oporność obcią-
żenia (np. przez zwiększanie wartości rezy-
stora w obwodzie kolektorowym lub zasto-
sowanie obciążenia w postaci zewnętrzne-
go źródła prądowego) można dowolnie
zwiększać napięcie wyjściowe, a tym sa-
mym dowolnie zwiększać wzmocnienie
wzmacniacza tranzystorowego? Niestety
nie i to z kilku powodów.
Przede wszystkim obwód kolektora nie
jest idealnym źródłem prądowym - sygnali-
zuje to rysunek 3b i 3d, gdzie niejako
wewnątrz tranzystora, równolegle ze źród-
łem prądowym, włączona jest jakaś opor-
ność. Oporność ta jest stosunkowo duża
(bo jej odwrotność - przewodność (prze-
wodność zespolona czyli admitancja h22 ma
małą wartość). Ale jak by nie było, opor-
ność ta jest jakimś wstępnym obciążeniem
dla źródła prądowego. Dołączenie ze-
wnętrznego obciążenia może tylko zmniej-
szyć całkowitą rezystancję obciążenia - po-
równaj rysunek 5b. Na pewno wypadkowa
rezystancja obciążenia nie będzie nigdy
mniejsza niż wewnętrzna rezystancja RI.
Jeśli tak, to nawet stosując bardzo dużą
oporność w kolektorze tranzystora, nie
zwiększysz całkowitej oporności powyżej
Rmax = 1/h22
Tym samym nie możesz uzyskać dowol-
nie dużego napięcia na wyjściu.
Generalny wnioski są następujące:
- nie można traktować obwodu kolekto-
rowego tranzystora jako idealnego źródła
prądowego,
- o wartości maksymalnego wzmocnie-
nia napięciowego wzmacniacza tranzysto-
rowego zdecyduje nie wartość wzmocnie-
nia prądowego h21, tylko h22.
Nadążasz? Na rysunku 5b zaznaczyłem
oporność (rezystancję) RI dołączoną równo-
legle do źródła prądowego. Natomiast na
rysunku 3b i 3d zaznaczone są nie tyle opor-
ności, tylko przewodności (zespolone czyli
admitancje - stąd literka y na rys 3b). Na
tym poziomie rozważań nie ma to znacze-
nia, możesz traktować je wszystkie jako re-
zystancje. Zresztą te informacje nie są nie-

36

zbędne początkującym (którzy być może
nadal nie bardzo rozumieją o co chodzi). Ale
powinni o tym pamiętać wszyscy bardziej
zaawansowani, którzy będą stosować tran-
zystory w roli źródeł prądowych, albo chcie-
liby umieścić w obwodzie kolektora nie re-
zystory, tylko źródła prądowe.
Mam pytanie: czy w twoich wzmacnia-
czach tranzystorowych oporność wyjścio-
wa całego wzmacniacza rzeczywiście wy-
znaczona jest przez h22? Jeśli myślisz, że
tak, to się grubo mylisz. Pamiętaj, że anali-
zujemy działanie tranzystorów w teorety-
cznych układach pracy. Właśnie tak może-
my śmiało nazwać "książkowe", podsta-
wowe układy pracy OE, OC, OB z rysunku
2, a układy pomiarowe wyglądają podobnie
jak na rysunku 4 oraz rysunku 5 w EdW
11/98. Ty w praktyce będziesz stosował
wzmacniacze, gdzie w obwodzie kolektora
umieszczony jest rezystor. Jaka będzie
wtedy rezystancja wyjściowa (dla przebie-
gów zmiennych)?
Wrócimy do tej kwestii wjednym z na-
stępnych odcinków, a już teraz zapamiętaj,
że oporność wyjściowa praktycznie jest ró-
wna rezystancji rezystora umieszczonego
w obwodzie kolektora (bowiem oporność
związana z parametrem h22 ma bardzo dużą
wartość i niewiele zmienia). A teraz wraca-
my do parametru h21.

h21
To jak jest z używanym do tej pory, nie-
precyzyjnym parametrem oznaczanym ??
Czy do praktycznych obliczeń potrzebne są
dokładne wartości h21e i h21E z katalogu?
Tabela 1

hFE - DC Current Gain IC =2mA VCE =5V
min.
Typ.
max.
BC107
110
230
450
BC107 Gr. A
110
180
220
BC107 Gr. B
200
290
450
BC108
110
350
800
BC108 Gr. A
110
180
220
BC108 Gr. B
200
290
450
BC108 Gr. C
420
520
800
BC109
200
350
800
BC109 Gr. B
200
290
450
BC109 Gr. C
420
520
800
hfe Small Signal Current Gain IC =2mA
f = 1 kHz VCE =5V
Typ.
BC107
250
BC107 Gr. A
190
BC107 Gr. B
300
BC108
370
BC108 Gr. A
190
BC108 Gr. B
300
BC108 Gr. C
500
BC109
370
BC109 Gr. B
300
BC109 Gr. C
550

Zajmijmy się tym bliżej. Tabela 1 zawiera
katalogowe dane tranzystorów BC107...109.
Z porównania danych z tabeli wynikają
dwa główne wnioski. Po pierwsze, dla tran-
zystorów tego samego typu, nawet z tej sa-
mej grupy trzeba liczyć się ze znacznym
rozrzutem wartości wzmocnienia prądowe-
go pomiędzy poszczególnymi egzemplarza-
mi. Po drugie, wzmocnienie dla prądu sta-
łego (DC Current Gain czyli h21E) nie jest do-
kładnie równe wzmocnieniu dla małych
przebiegów zmiennych (h21e).
Idźmy jeszcze krok dalej. Rysunek 6 po-
kazuje zależność wzmocnienia stałoprądo-
wego (czyli h21E) od prądu kolektora dla tran-
zystorów BC546...BC548. Ze względu na
rozrzut między egzemplarzami, oś pionowa
wyskalowana jest w procentach, a nie w
wartościach wzmocnienia. Wyraźnie widać,
że wzmocnienie maleje przy bardzo małych
oraz stosunkowo dużych prądach kolektora.
Pokrewne dane dotyczące tranzystorów
BC546...548 zawarte są w tabeli 2
Tabela 2

Wzmocnienie stałoprądowe tranzystorów
BC546...548 (UCE=5V)
IC
10mA
10mA
10mA
2mA
2mA
2mA
2mA
2mA
100mA
100mA
100mA

tranzystor
547A/548A
546B/547B/548B
548C
546
547/548
547A/548A
546B/547B/548B
547B/548C
547A/548A
546B/547B/548B
548C

min. typ.
90
150
270
100
110
110 180
200 290
420 520
120
180
300

max.

450
800
220
450
800

Jeszcze inaczej jest w przypadku tranzy-
stora mocy (w układzie Darlingtona) typu
BDV65 - pokazuje to rysunek 7 (Jeśli nie
wiesz jeszcze, co to jest ten ,,Darlington",
nie przejmuj się. Czytaj dalej i wyciągaj
wnioski. A do ,,Darlingtona" jeszcze
wrócimy).
Mało tego! Rysunek 8 pokazuje
podobną zależność wzmocnienia w fun-
kcji prądu kolektora, ale dla trzech róż-
nych temperatur i dla dwóch napięć ko-

Rys. 6 Zależność wzmocnienia od prądu
kolektora

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Pierwsze kroki

Rys. 7 Zależność wzmocnienia od prądu
tranzystora BDV65

lektora. Wykres dotyczy dość popularne-
go tranzystora 2N5400/5401.
A i to nie koniec! Rysunek 9 przedsta-
wia zależność wzmocnienia od częstotli-
wości tranzystora mocy (Darlingtona) ty-
pu 2N6040...6045. Jak widać, wzmocnie-
nie szybko spada ze wzrostem częstotli-
wości. Na szczęście tak małe pasmo
mają tylko (i to nie wszystkie) tranzystory
Darlingtona. Pojedyncze tranzystory ma-
łej i dużej mocy mają pasmo znacznie
szersze.
Przeanalizuj przedstawione informa-
cje. I co? Czy katalog pozwoli określić
wzmocnienie danego tranzystora? Wszy-
stko wskazuje, że nie! Może trzeba je po
prostu zmierzyć?
Nie myśl jednak, że rozwiążesz problem
mając multimetr cyfrowy z funkcją pomiaru
wzmocnienia tranzystorów. Co zmierzysz?
Zmierzysz wzmocnienie stałoprądowe przy
nieznanym prądzie kolektora. A w twoim u-
kładzie tranzystor będzie pracował przy in-
nym prądzie kolektora... I wzmocnienie sta-
łoprądowe (nie mówiąc o zmiennoprądo-
wym) będzie inne. A temperatura, częstot-
liwość?
Popadasz pomału w rozpacz? Czyżby
miało się okazać, że cała wiedza o para-
metrach hybrydowych zda się psu na
budę, bo "często pomijamy h11, h12, h22",
a z kolei wartość h21 jest niewiadoma ze
względu na koszmarnie duży rozrzut pa-
rametrów pomiędzy egzemplarzami oraz
ze względu na zależność od prądu kolek-
tora, temperatury i częstotliwości pracy?
Aż tak źle nie jest!

Na pewno możesz zmierzyć parame-
try konkretnego egzemplarza w warun-
kach, w jakich będzie pracował. Ale w
praktyce coś takiego robimy bardzo rzad-
ko.
No to jaką wartość wzmocnienia
prądowego masz wziąć do ewentualnych
obliczeń?
Uważaj! Doszliśmy do bardzo waż-
nych wniosków praktycznych:
Po pierwsze do poważnych obliczeń
projektowych trzeba wziąć spodziewane
parametry najgorszego egzemplarza. A
do obliczeń mniej poważnych? Niestety,
tak samo! Nawet gdy zmierzysz wzmoc-
nienie konkretnego egzemplarza dla prze-
widywanych warunków pracy. Bo co
wtedy, gdy tranzystor się zepsuje i ktoś
go wymieni na jakikolwiek egzemplarz te-
go samego typu?
W katalogu szukaj więc tylko wskazó-
wek, jakie może być wzmocnienie mini-
malne związane z rozrzutem, prądem ko-
lektora czy częstotliwością.
Po drugie, tranzystory trzeba wyko-
rzystywać w taki sposób, żeby nieunik-
nione rozrzuty ich parametrów nie wpły-
wały na działanie układu. Jak? Stosując
układy pracy nieco inne, niż te podsta-
wowe, "książkowe", pokazane na ry-
sunku 2. Sprawę tę omówimy w je-
dnym z następnych odcinków. A już te-
raz ci powiem, że zawsze warto stoso-
wać tranzystory o jak największej war-
tości wzmocnienia prądowego. I to
wszystko!

Podsumowanie
Jeśli tak, to po co ta cała zabawa z
czarnymi skrzynkami, modelami, itd.? Ko-
mu potrzebne były teoretyczne rozważa-
nia?
Nie denerwuj się! Tłumaczę ci tu ło-
patologicznie bardzo ważną, i w sumie
dość prostą sprawę: chcesz przecież zo-
stać konstruktorem i projektować ukła-
dy, a przynajmniej zrozumieć działanie
tranzystora. Okazało się, że ten nasz
tranzystor to paskudny twór, i wcale nie
tak łatwo opisać precyzyjnie jego para-
metry, by potem przeprowadzić dokła-
dne obliczenia projektowe. Żeby dokła-

Rys. 9 Wzmocnienie ,,Darlingtona" w funkcji
częstotliwości

dnie opisać jego działanie należałoby
posługiwać się dość złożonym mode-
lem, co najmniej takim jak na rysunku 3
z poprzedniego odcinka lub jeszcze bar-
dziej skomplikowanym.
Uważasz, że dwa odcinki poświęcone
modelom tranzystora to dużo? Jeśli tak,
to zajrzyj do podręczników ze szkoły śre-
dniej, albo lepiej akademickich, a przeko-
nasz się, ile tam poświęcono miejsca te-
mu tematowi, a także jak katuje się u-
czniów i studentów, każąc im przeprowa-
dzać obliczenia opierające się na arbitral-
nie przyjętych (żeby nie powiedzieć - wy-
ssanych z palca) wartościach parame-
trów h.
Nie miej pretensji do mnie, bo to nie z
mojej winy okazało się, że przeciętny
konstruktor-amator (i nie tyko amator) nie
przeprowadza obliczeń z wykorzystaniem
parametrów h. Przedstawiony materiał
ma ci jedynie rozszerzyć horyzonty i po-
móc wyciągnąć pewne wnioski.
Teraz nie będziesz się bał katalogo-
wych parametrów h. Z grubsza wiesz, ja-
ki sens ma każdy z nich. Okazało się to
wszystko łatwe do zrozumienia. Jeśli
więc będziesz chciał przeprowadzać teo-
retyczne obliczenia, skorzystasz z katalo-
gowych parametrów h, związanych z ry-
sunkiem 3b i odpowiednich wzorów (któ-
rych ci tu nie podałem, a które straszą w
licznych podręcznikach). Ale mnie w to
nie mieszaj! Ja w następnych odcinkach
zajmę się praktycznymi sposobami obli-
czeń prostych wzmacniaczy tranzystoro-
wych, a do tego będzie potrzebna tylko
szacunkowa wartość wzmocnienia
prądowego.
Piotr Górecki

REKLAMA

Rys. 8 Zależność wzmocnienia od prądu i temperatury dla tranzystorów 2N5400/5401

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

37


Download file - link to post
  Search 5 million + Products