Lecture Electrical Engineering: Lecture 17 - Dr. Nasim Zafar

In this chapter, you will learn about: Microelectronic circuits, electronic devices, integrated electronics, electronic devices and circuit theory, introductory electronic devices and circuits.

COMSATS Institute of Information Technology Virtual campus Islamabad Dr. Nasim Zafar Electronics 1 ­ EEE 231  Fall Semester – 2012 DC Analysis of Transistor Circuits­II Lecture No:  17 References: Ø Microelectronic Circuits:           Adel S. Sedra and Kenneth C. Smith.  Ø Electronic Devices :   Thomas L. Floyd ( Prentice Hall ).  Ø Integrated Electronics    Jacob Millman and Christos Halkias (McGraw­Hill) Ø Electronic Devices and Circuit Theory:    Robert Boylestad & Louis Nashelsky ( Prentice Hall ) Ø   Introductory Electronic Devices and Circuits:          Robert T. Paynter.  Lecture No. 17 DC Analysis of Transistor Circuits­II Reference: Chapter 5.4  Microelectronic Circuits         Adel S. Sedra and Kenneth C. Smith.  DC Analysis of Transistor Circuits Basic Transistor Operation v Consider this circuit as two separate  circuits:  Ø The Base­Emitter Circuit Ø The Collector­Emitter Circuit  Ø Ø The amount of current flow in the base­ emitter circuit controls the amount of  current that flows in the collector circuit.  Small changes in base­emitter current yields  a large change in collector­current DC Analysis of Transistor Circuits Analysis of this transistor circuit to predict:  v DC Voltages and v Currents  requires use of : Ø Ohm’s law,  Ø  Kirchhoff’s voltage law  Ø  and the ß for the transistor.  DC Analysis of Transistor Circuits v Kirchhoff’s voltage law:  Ø  In the Base Circuit:  VBB is distributed across  the base­emitter junction  and RB Ø In the collector circuit:  We determine that VCC is  distributed proportionally  across RC and the transistor,  VCE Transistor Characteristics and Parameters v There are three dc voltages and three dc currents to be considered.  IB: dc base current  IE: dc emitter current IC: dc collector current VBE: dc voltage across  base­emitter junction VCB: dc voltage across  collector­base junction VCE: dc voltage from  collector to emitter BJT­Current and Voltage Analysis Ø Ø   For all circuits: Assume the NPN transistor operates in the linear region: Ø   write B­E voltage loop Ø   write C­E voltage loop When the base­emitter junction, in an NPN transistor is forward biased,        it is like a forward biased diode and has a forward­voltage drop of:        VBE  = 0.7 V         NPN Solution ­ Example 5.4  v v Ø Ø Ø Input Circuit: Forward Biased E­B Junction: Step 1:  The circuit in Fig. 5.34(b) shows that the base is  connected to +4 V and the emitter is connected to ground  through a resistance RE.  The base–emitter junction will be forward biased.  Since the emitter is grounded, by Kirchhoff’s  voltage  law, the voltages in the input circuit are:  Solution ­ Example 5.4  Ø Ø Ø Assuming that VBE is approximately 0.7 V, it follows that the emitter  voltage will be:  Step 2: We know the voltages at the two ends of RE and thus can determine the  current IE through it, Solution ­ Example 5.4  v v Step 3:  We can evaluate the collector current from: Solution ­ Example 5.4  Ø Ø Ø Step 4: We are now in a position to use Ohm’s law to  determine the collector voltage : Since the base is at +4 V, the collector–base junction is reverse  biased by 1.3 V, and the transistor is indeed in the active mode  as assumed Step 5: It remains only to determine the base current IB, as  follows: Example 5.5 Example 5.5 ­ Figure 5.35 Example 5.5 ­ Figure 5.35 Solution: Example 5.5 v Assuming active­mode operation, we have: Solution: Example 5.5 Ø Since the collector voltage calculated, appears to be less than  the base voltage by 3.52 V, it follows that our original  assumption of active­mode operation is incorrect. In fact, the  transistor has to be in the saturation mode. Assuming this to  be the case, we have: Solution: Example 5.5 Ø Also: Some More Examples Example17­1 Input Circuit: Forward Biased Junction B­E Voltage Loop: VBB  = VRB   +  VBE      VBB =  IBRB +  VBE   β = 100 Solve for IB,  IC, VCC: IC IB RB  = VBB ­­  VBE IB IE IB = (5 ­ VBE)/RB = (5­0.7)/100k = 0.043mA IC = βIB = (100)0.043mA = 4.3mA VCC = 10 ­ ICRC = 10 ­ 4.3(2) = 1.4V Example 17­2 Ø The voltages in the input circuit are:       VE = VB ­ VBE = 4V ­ 0.7V = 3.3V IE = (VE ­ 0)/RE = 3.3/3.3K = 1mA IC IE IC   IE = 1mA VC = 10 ­ ICRC = 10 ­ 1(4.7) = 5.3V Exercise Summary of DC Analysis  Ø Bias the transistor so that it operates in the linear region  Ø B­E junction forward biased, C­E junction reversed biased Ø Use VBE = 0.7 (NPN),  IC   IE,   IC = βIB Ø Write B­E, and C­E voltage loops Ø For DC analysis, solve for IC, and VCE Ø For design, solve for the resistor values (I C and VCE specified) ...DC Analysis of Transistor Circuits­II Lecture? ?No:  17 References: Ø Microelectronic Circuits:           Adel S. Sedra and Kenneth C. Smith. ...    Robert Boylestad & Louis Nashelsky ( Prentice Hall ) Ø   Introductory Electronic Devices and Circuits:          Robert T. Paynter.  Lecture? ?No.? ?17 DC Analysis of Transistor Circuits­II Reference: Chapter 5.4  Microelectronic Circuits...  Active:  BJT acts like an amplifier (most common use) Ø  Saturation:  BJT acts like a short circuit.  Ø Nasim Zafar Cutoff:  BJT acts like an open circuit 20  18 VCE  (V)  Transistor Characteristics and Parameters