Lecture Electrical Engineering: Lecture 16 - Dr. Nasim Zafar

COMSATS Institute of Information Technology
Virtual campus
Islamabad

Dr. Nasim Zafar
Electronics 1
EEE 231 – BS Electrical Engineering
Fall Semester – 2012


DC Analysis of Transistor Circuits­I

Lecture No: 
16
Nasim Zafar

2


 

NPN Transistor

Nasim Zafar

3


Operation of an NPN Transistor:

Large current

Nasim Zafar

4


Modes of Operation of a BJT Transistor:

Mode:

B­E Junction:

B­C Junction:

cutoff

reverse biased

reverse biased

Active(linear)
saturation

Nasim Zafar

Forward Biased
 forward biased

Reverse Biased
forward biased

5


Transistor Characteristics:

IC
IB

Output
Circuit
Input
Circui
t

IE

Nasim Zafar

6


DC Current and Voltage Analysis: 
  
NPN
IC

IB

base

collector
Large current

+
    VBE emitter
IE
          ­

Small Current

Nasim Zafar

7


DC Current and Voltage Analysis: 
PNP
IC

IB

base

collector
Large current

+
    VBE emitter
IE

          ­

Small Current

Nasim Zafar

8


DC Analysis of Transistor Circuits.
Nasim Zafar

9


DC Analysis of Transistor Circuits:

Ø

The DC Analysis of the transistor circuits involves solving for all 

      (or most of) the currents and voltages in the circuit. 

Ø

Ø

Ø

The most important DC parameters to solve are  IC and VCE. 

The “Q­point” of a transistor, gives the values of  IC and VCE that are 
present in the given transistor circuit. 
The first step in the DC analysis, of any transistor circuit, is to solve for 
one of the unknown currents, IB, IC, or IE. 
Nasim Zafar

10


Ø

Ø

DC Analysis of Transistor Circuits:

We need a set of equations – a model of the transistor – to be used in 
transistor circuit theory. 
In a basic transistor circuit, we have three terminals ­ collector, base and  
the emitter. 

 
Nasim Zafar

11


DC Analysis of Transistor Circuits:
Ø

Ø

Ø

In a basic transistor circuit, we have three terminals ­ collector, base and 
emitter; and correspondingly we have: 
Three possible DC voltages: VBE, VCB, VCE ­ but only two are 
independent due to KVL; and 
Three transistor DC currents: IB, IC, IE­ ­ but only two are independent 
due to KCL. 

Nasim Zafar

12


DC Analysis of Transistor Circuits:
Ø

Ø

Ø

If we solve for one of these unknowns, the other two can be found by using 
the current gain equations and the given value of  . 
The recommended way of solving for one of the currents is to write a 
Kirchhoff's Voltage Law (KVL) loop. 
The KVL states the sum of all voltages around a closed loop equals zero. 

    Va = V1 + V2 
Nasim Zafar

13


BJT­Current and Voltage Analysis:

Ø

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
Ø

Since the emitter is grounded, by Kirchhoff’s voltage law, the voltages in 
the input circuit are: 
NPN

       

VBB  = VRS  +  VBE    
VRS  = VBB ­­  VBE

 
Nasim Zafar

14


BJT­Current and Voltage Analysis:

Using Ohm’s law:  VRS  =  IB RS 

NPN

                 IB RS  = VBB ­­  VBE
The drop across RL is: 
VRL   =  IC RL 
The collector voltage is:
VCE  = VCC ­­ IC RL
 

Nasim Zafar

15


DC Analysis of Transistor Circuits
Examples and Exercises: 
Nasim Zafar

16


Summary of equations for a BJT:

 IE    IC
 IC = β IB
β is the current gain of the transistor   100­200
VBE = 0.7V(NPN)

 
VBE = ­0.7V(PNP)

Nasim Zafar

17


Example 4­1: Common­Emitter Configuration:
Given:   IB = 50   A ,  IC = 3.65 mA
Determine:  IE ,  dc and  dc 
Solution:
IE= IB+ IC= 50   A + 3.65 mA= 3.7 
mA
dc = IC / IB = 3.65 mA / 0.05 mA = 73
dc = IC / IE = 3.65 mA/ 3.7 mA = 
0.986

Nasim Zafar

18


Exercise 4­1

     A certain transistor has a  dc of 200. When the base current  IB = 50   A. 
Determine the collector current. Also calculate  dc .  

Nasim Zafar

19


Example 4­2

A given NPN transistor has  dc = 150. Determine  IB,  IC , IE , VCB , 
VCB and VBE   in the circuit shown below (ignore ac signal):

Nasim Zafar

20


BJT­Output Characteristics: 
Common Emitter Configuration.

  Graphical construction for determining the dc collector current IC 
  and the collector­to­emitter voltage VCE.

Nasim Zafar

21


BJT­Output Characteristics: 
Common Emitter Configuration

Ø
Ø

We must operate the transistor in the linear region.

A transistor’s operating point (Q­point) is defined by IC, VCE, and IB. 

Nasim Zafar

22


Example 4.3
From the output characteristics of the common emitter 
configuration shown below, find  ac and  dc with an Operating point 
at IB=25  A and VCE =7.5V.

Nasim Zafar

23


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).

Nasim Zafar

24


Nasim Zafar

25