KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2014

PYTANIE NR 38.
Jak zmieni się napięcie UCE punktu pracy tranzystora bipolarnego, którego schemat polaryzacji przedstawiono na rysunku, jeżeli Rc wzrośnie z 2 kΩ do 4 kΩ?
Ilustracja przedstawia schemat polaryzacji tranzystora bipolarnego, co jest częstym tematem w egzaminach zawodowych dla
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W układzie WE z polaryzacją bazy dzielnikiem R1/R2 prąd bazy, a więc w przybliżeniu także prąd kolektora IC, jest prawie stały (w obszarze aktywnym). Zależność napięcia wynika z oczka kolektora: UCE = UCC − IC·RC. Gdy RC rośnie 2×, spadek IC·RC rośnie 2×, więc UCE maleje 2×.

Pełne wyjaśnienie:

W przedstawionym układzie tranzystor NPN pracuje we wspólnym emiterze, a baza jest spolaryzowana przez dzielnik napięciowy R1/R2. Taka polaryzacja ustala (w przybliżeniu) napięcie bazy, a więc i prąd bazy, niezależnie od rezystora kolektorowego RC. Dopóki tranzystor pozostaje w obszarze aktywnym (nie jest w nasyceniu ani w odcięciu), prąd kolektora można traktować jako w przybliżeniu stały: IC ≈ β·IB.

W obwodzie kolektora obowiązuje równanie oczka (analiza DC):

UCE = UCC − URC, gdzie URC = IC·RC.

Jeżeli RC wzrośnie z 2 kΩ do 4 kΩ, to RC zwiększa się dwukrotnie. Przy założeniu, że IC praktycznie się nie zmienia, spadek napięcia na RC również zwiększy się dwukrotnie (URC = IC·RC). Skoro UCE jest różnicą UCC i spadku na RC, to wzrost URC powoduje spadek UCE. Przy podwojeniu RC (i stałym IC) otrzymujemy wprost: UCE maleje 2 razy.

  • Odpowiedź "Wzrośnie 2 razy." jest błędna, bo większy RC daje większy spadek IC·RC, a więc mniejsze UCE, nie większe.
  • Odpowiedź "Wzrośnie 4 razy." jest błędna z tego samego powodu i dodatkowo nie wynika z żadnej proporcji w tym układzie.
  • Odpowiedź "Zmaleje 4 razy." jest błędna, bo RC rośnie 2×, więc przy stałym IC spadek na RC rośnie 2×, a nie 4×.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze zaczynaj od równania UCE = UCC − IC·RC i sprawdź, które wielkości są ustalane przez polaryzację. Na końcu warto pamiętać o warunku obszaru aktywnego: zbyt duże RC może zepchnąć tranzystor do nasycenia, co zmieniłoby założenia modelu.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
UCE to napięcie między kolektorem a emiterem tranzystora (kolektor–emiter). W układzie wspólnego emitera opisuje "zapas" napięcia na tranzystorze i decyduje, czy tranzystor pracuje liniowo (obszar aktywny), czy wchodzi w nasycenie/odcięcie.
Dzielnik R1/R2 ustala w przybliżeniu stałe napięcie na bazie względem masy. Dzięki temu prąd bazy jest mniej wrażliwy na zmiany parametrów tranzystora, a punkt pracy jest stabilniejszy niż przy polaryzacji "na jeden rezystor".
To wynik prawa napięciowego Kirchhoffa w oczku kolektorowym. Napięcie zasilania UCC rozkłada się na spadek na rezystorze RC (IC·RC) oraz na tranzystorze (UCE). Dlatego większy spadek na RC oznacza mniejsze UCE.
Zwiększenie RC zwiększa spadek napięcia na RC przy danym IC, więc zmniejsza UCE. Zmniejszenie RC działa odwrotnie. W praktyce dobór RC wpływa na zakres liniowego wychylenia napięcia wyjściowego i ryzyko wejścia w nasycenie.
Nie zawsze. W idealnym przybliżeniu dla pracy w obszarze aktywnym i przy stabilnej polaryzacji bazy IC jest prawie stały. Jeśli jednak zmiana RC doprowadzi do nasycenia (UCE bardzo małe), IC przestaje być "ustalany" przez bazę i zależy od obwodu kolektora.
Nasycenie pojawia się, gdy obwód kolektora "wymusza" zbyt małe UCE (typowo rzędu ułamków wolta) przy zadanym prądzie. Zbyt duże RC lub zbyt duży prąd bazy mogą spowodować, że kolektor nie utrzyma napięcia potrzebnego do pracy aktywnej.
Najczęściej myli się kierunek zmiany (uznaje, że UCE rośnie z RC), pomija znak "minus" w UCE = UCC − IC·RC albo zakłada, że IC zmienia się proporcjonalnie do RC. Częstym błędem jest też brak sprawdzenia, czy tranzystor pozostaje w obszarze aktywnym.
Wystarczy zapamiętać, że UCE to "to, co zostaje" z UCC po odjęciu spadku na RC. Jeśli IC jest w przybliżeniu stały, to większy RC oznacza większy spadek IC·RC, czyli mniejsze UCE. To prosta kontrola znaku i logiki obwodu.
Bo większy RC nie "dodaje" napięcia na tranzystorze, tylko zabiera je w postaci większego spadku na rezystorze, gdy płynie prąd kolektora. Przy stałym UCC jedyne, co może rosnąć, to spadek na RC, a UCE musi wtedy maleć.
Ćwicz analizę DC: zapisz oczko kolektora (UCE = UCC − IC·RC) i powiąż IC z polaryzacją bazy. Ucz się rozróżniać obszar aktywny, odcięcie i nasycenie. Pomaga też rozwiązywanie krótkich zadań jakościowych "co się stanie, gdy…".
info

Statystycznie 43% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że w układzie WE z polaryzacją bazy dzielnikiem R1/R2 prąd bazy, a więc w przybliżeniu także prąd kolektora IC, jest prawie stały (w obszarze aktywnym).

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki" (wyd. polskie), rozdziały o tranzystorach bipolarnych i układzie wspólnego emitera (analiza DC/punkt pracy).
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", część dotycząca BJT: biasing i równanie napięciowe w obwodzie kolektora (DC analysis).
  • Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory", rozdziały o polaryzacji tranzystora BJT (voltage-divider bias) i zależności UCE = VCC − IC·RC.

Materiały:

  • Podręcznik elektroniki analogowej: rozdział o tranzystorze bipolarnym i konfiguracji wspólnego emitera
  • Materiały dydaktyczne do ELM.2: polaryzacja tranzystora, punkt pracy, analiza DC
  • Zadania rachunkowe i jakościowe z analizy stopnia WE (UCE, IC, RC, UCC)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego