Bài Giảng Mạch Điện Tử_Chương 02 _TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

Chia sẻ: Tranthi Kimuyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

285
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng mạch điện tử_chương 02 _transistor lưỡng cực', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài Giảng Mạch Điện Tử_Chương 02 _TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

Bài Giảng Mạch Điện Tử Chương 02 BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR (BJT) 2.1 CẤU TẠO, KIỂU VỎ, PHÂN LOẠI THEO MÃ HIỆU 2.1.1 Cấu tạo: Transistor hai mối nối (Bipolar Junction Transistor – BJT) là một linh kiện điện tử 3 cực có cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn : N, P, N hoặc P, N, P ghép nối tiếp nhau. Mỗi lớ p bán dẫn được hàn ra ngoài bằng một điện cực kim loại. C C C C N P B B P N B B N+ P+ E E E E a) Caáu taïo vaø kyù hieäu Transistor PNP b) Caáu taïo vaø kyù hieäu Transistor NPN (Transistor thuaän) (Transistor nghòch) B: Base (cöïc coång hay cöïc neàn) C: Collector (cöïc thu) E: Emitter (cöïc phaùt) Hình 2.1: Cấu tạo và ký hiệu Transistor Nồng độ tạp chất trong 3 lớp bán dẫn không đều nhau: C Lớp cực E (P+ hoặc N+) có nồng độ tạp chất cao nhất và do đó có số lượng hạt dẫn tự do nhiều nhất. Lớp cực B có nồng độ tạp chất ít nhất và là lớp mỏng nhất trong 3 lớp. Chuyeån tieáp JC hay moái noái BC B Mặt tiếp giáp giữa lớp cực B và lớp Chuyeån tieáp JE hay moái noái BE cực E gọi là chuyển tiếp JE hay mối nối BE. Mặt tiếp giáp giữa lớp cực B và lớp cực C gọi là chuyển tiếp JC hay mối nối BC. E 2.1.2 Kiểu vỏ: Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 30
Bài Giảng Mạch Điện Tử TO-126 FM TO-3 TO-92 MOD TO-126 TO-92 MOD C B C E B C E E E B C B E C TO-220FM B TO-3P TO-3PFM TO-220CFM TO-220AB B C E B C E B B C E C E Hình 2.2: Một số kiểu vỏ Transistor thông dụng 2.1.3 Phân loại Transistor theo mã hiệu: Transistor được chia thành 2 loại là P-N-P (loại thuận) và N-P-N (loại nghịch). Ta có thể nhận dạng được một Transistor thuộc loại P-N-P hay N-P-N qua xem xét ký hiệu của nó: Transistor có ký hiệu bắt đầu bằng A hoặc B thuộc loại P-N-P (A: loại cao tần và B: loại âm tần hoạt động ở tần số thấp). Transistor có ký hiệu bắt đầu bằng C hoặc D thuộc loại N-P-N (C: loại cao tần và D: loại âm tần hoạt động ở tần số thấp). Một số Transistor có ký hiệu bắt đầu bằng 2N…(ví dụ 2N3055A) hoặc TIP (ví dụ TIP120) là những Transistor ký hiệu theo tiêu chuẩn của Mỹ và ta phải tra cứu để xác định loại. a) Transistor N-P-N Điều kiện dẫn điện, đặc tuyến IB, UBE và đặc tuyến IC, UCE : Điều kiện dẫn điện và đặc tuyến IB, UBE : Transistor có một tính chất rất quan trọng là có khả năng khuếch đại dòng điện. Nếu ta cấp vào cực B của nó dòng điện IB thì ở cực C và cực E sẽ xuất hiện các dòng điện lớn hơn IB nhiều lần. Vì vậy có thể dùng dòng IB rất nhỏ điều khiển dòng IC khá lớn. Sự thay đổi của IB (dù rất nhỏ cũng kéo theo sự thay đổi của IC khá lớn (so với lượng IB thay đổi). Tuy nhiên để đạt được như vậy, điện áp tác động lên các cực của Transistor phải có những điều kiện nhất định : đúng cực tính và có giá trị đủ lớn. Đối với Transistor N-P-N loại chế tạo bằng Si, điều kiện để Transistor dẫn điện là: Điện áp UBE > 0,6 và UCE > 0. Dòng điện trên các cực B, C và E có chiều như hình 2.3 Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 31
Bài Giảng Mạch Điện Tử C IB + IC B UCE IB + Vaøi chuïc mA IE UBE E UBE < 1mA - Hình 2.3 0 0.5 0.7 0.6 Đặc tuyến IB,VBE UBE Mối nối BE là một lớp tiếp giáp P-N nên có đặc tính giống như Diode, Giả sử ta tăng d ần UBE từ 0V thì khi UBE tăng đến khoảng 0,5v dòng IB mới bắt đầu xuất hiện. Khi UBE khoảng 0,6v thì dòng IB < 1mA nhưng sau đó tăng rất nhanh khi chỉ cần tăng UBE một lượng rất nhỏ. Dòng IB đạt giá trị khoảng vài chục mA khi UBE = 0,7v và rất lớn đến mức làm hỏng Transistor nếu UBE tăng đến khoảng 1V hoặc cao hơn. Vì vậy giá trị UBE trong các phép tính toán có thể lấy gần đúng bằng 0,6V hay 0,7V thì từng trường hợp cụ thể. Khi đã có dòng IB, nếu ta có UCE > UCES (khoảng 0,1 đến 0,4v) thì ở cực C và cực E xuất hiện các dòng điện IC và IE có cường độ lớn hơn IB nhiều lần. Khi đó ta nói Transistor ở trạng thái dẫn điện. Khi đã có dòng IB mà không có nguồn áp thứ hai để tạo ra dòng IC thì Transistor vẫn ở trạng thái ngưng dẫn, lúc đó dòng IB chảy đến cực E và ta có IE = IB, IC = 0. Nếu không có nguồn áp phân cực cho mối nối BE hoặc UBE không đủ lớn (UBE < 0,6V) thì dòng IB = 0. Khi đó Transistor cũng ở trạng thái ngưng dẫn bất chấp các yếu tố khác. Tóm lại điều kiện để Transistor N-P-N dẫn điện, cần có hai điều kiện cần và đủ: Điều kiện cần là: UBE > 0,6V Điều kiện đủ: UCE > UCES Đặc tuyến IC, UCE : Trong trường hợp giữ dòng điện IB không đổi và thay đổi UCE, quan hệ giữa dòng điện IC và điện áp UCE khi đó gọi là đặc tuyến IC, UCE của Transistor. Với nhiều giá trị IB khác nhau ta có nhiều đường đặc tuyến khác nhau gọi là họ đặc tuyến IC, UCE mà trên hình 2.5 là một ví dụ. A V + UCE IC - RB + IB UBB - 0 Hình 2.4 : Thí nghiệm đo đặc tuyến IC, UCE của Transistor. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 32
Bài Giảng Mạch Điện Tử Nếu dòng điện IB không đổi thì dòng điện IC cũng gần như không đổi khi UCE biến thiên nếu UCE đủ lớn. Như vậy dòng điện IC chủ yếu phụ thuộc vào IB. Hệ số khuếch đại dòng điện và quan hệ giữa các dòng điện IB, IC, IE IC Hệ số khuếch đại dòng điện DC mA () hay hFE IB  75A 8 Trong trường hợp các dòng điện IB, IC là hằng số thì tỉ số giữa dòng 7 điện IC và dòng điện IB được gọi là hệ 6 số khuếch đại dòng điện DC của IB  40A 5 Transistor. Hệ số này được ký hiệu là 4  hay hFE và được tính theo công thức: IB  20A 3 IC  với điều kiện IC < ICS IB 2 IB  5A 1 (ICS là dòng điện bão hoà ở cực 0 C có giá trị phụ thuộc mạch điện cụ UCE 6 8 0 1 2 3 4 5 7 9 10 11 12 13 thể). Hình 2.5 : Họ đặc tuyến IC, UCE của Transistor Hệ số  của các Transistor nói chung có giá trị từ vài chục đến vài trăm phụ thuộc vào nồng độ hạt dẫn tự do và kích thước vật lý của các lớp bán dẫn. Vì vậy  do nhà sản xuất cung cấp. Với các Transistor cùng một mã hiệu, hệ số  cũng có thể khác nhau từ vài chục đến hàng trăm. Vì vậy trong các sổ tay tra cứu dạng tóm lược, người ta thường cho giá trị min, max và typ (giá trị  điển hình). Khi sử dụng, ta thường lấy giá trị typ. Trong tài liệu tra cứu chi tiết, nhà sản xuất cung cấp hệ số  cho ở dạng đồ thị phụ thuộc vào dòng IC. Khi ấy muốn xác định , ta có thể ước lượng trị số của nó tương ứng với một khoảng dòng điện nào đó hoặc định giá trị chính xác tại một giá trị dòng điện biết trước. Ví dụ trên hình 2.6, hệ số  có giá trị khoảng 90 ứng với dòng IC = 2mA. Hình 2.6: Hệ số  hay hFE của Transistor C535. Quan hệ giữa các dòng điện: Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 33
Bài Giảng Mạch Điện Tử Khi Transsitor dẫn điện, dòng điện cực C của nó lớn gấp  lần dòng điện cực B nếu dòng IC chưa đạt cực đại (chưa bão hoà). Xem hình 2.3 ta nhận thấy cả hai dòng IB và IC cùng hội tụ về cực E nên ta có: IE = IC + IB (đẳng thức này luôn đúng với mọi trường hợp) Vì IC = .IB nên có cách tính khác là: IE = .IB + IB = ( + 1).IB Vậy khi dòng IC chưa đạt cực đại thì: IC = .IB và IE = IC + IB = ( + 1).IB Khi dòng IC đã đạt cực đại thì giá trị cực đại đó gọi là ICS (dòng IC bão hoà) và để có IC = ICS thì dòng điện tại cực B phải có giá trị lớn hơn IBS với IBS = ICS/. Lúc này ta có: IB  IBS + E IC = ICS UEB IE = IC + IB IE b) Transistor P-N-P Điều kiện dẫn điện, hệ số  và quan hệ giữa các dòng điện. - UEC B IB Điều kiện dẫn điện: Cũng giống như Transistor N-P-N, Transistor P-N-P cũng cần có những điều kiện nhất định để dẫn điện : IC Hình 2.7 Điện áp UEB > 0,6 và UEC > 0. - C Dòng điện trên các cực B, C và E có chiều như hình 2.7 Mối nối EB là một lớp tiếp giáp P-N nên có đặc tính giống như Diode, Giả sử ta tăng dần UEB từ 0V thì khi UEB tăng đến khoảng 0,6V dòng IB mới bắt đầu xuất hiện và sau đó tăng rất nhanh khi chỉ cần tăng UEB lên một lượng rất nhỏ. Dòng IB có thể đạt giá trị rất lớn đến mức làm hỏng Transistor nếu UEB tăng đến khoảng 1V hoặc cao hơn. Khi Transistor làm việc với dòng IB nhỏ khoảng 1mA thì UEB khoảng 0,6V. Nếu tăng UEB đến 0,7V thì IB khoảng vài chục mA. Vì vậy giá trị UEB trong các phép tính toán có thể lấy gần đúng bằng 0,6V hay 0,7V thì từng trường hợp cụ thể. Khi đã có dòng IB, nếu điện thế ở cực E lớn hơn điện thế cực C tức là UEC > 0 thì ở cực C và cực E xuất hiện các dòng điện IC và IE có cường độ lớn hơn IB nhiều lần. Khi đó ta nói Transistor ở trạng thái dẫn điện. Khi đã có dòng IB mà không có nguồn áp thứ hai để tạo ra dòng IC thì Transistor vẫn ở trạng thái ngưng dẫn,. Lúc đó dòng IC = 0 và ta có IB = IE. Nếu không có nguồn áp phân cực cho mối nối EB hoặc UEB không đủ lớn (UEB < 0,6V) thì dòng IB = 0. Khi đó Transistor cũng ở trạng thái ngưng dẫn bất chấp các yếu tố khác. Tóm lại điều kiện để Transistor P-N-P dẫn điện, cần có hai điều kiện cần và đủ: Điều kiện cần là: UEB > 0,6V Điều kiện đủ: UEC > 0 Hệ số khuếch đại dòng điện DC ( hay hFE): Đối với Transistor P-N-N, hệ số  hay hFE cũng được định nghĩa là tỉ số giữa dòng IC và IB khi dòng IC chưa đạt tới trị bão hoà. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 34
Bài Giảng Mạch Điện Tử IC  với điều kiện IC < ICS IB (ICS là dòng điện bão hoà ở cực C có giá trị phụ thuộc mạch điện cụ thể). Quan hệ giữa các dòng điện: Khi dòng IC chưa đạt cực đại thì: IC = .IB và IE = IC + IB = ( + 1).IB Khi dòng IC đã đạt cực đại thì giá trị cực đại đó gọi là dòng IC bão hoà, ký hiệu là ICS. Để có IC = ICS cần có IB  ICS/. Lúc này ta có : IB  IBS IC = ICS IE = IC + IB 2.2 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR 2.2.1 Hoạt động của Transistor có thể chia thành 3 chế độ như sau: Chế độ ngưng dẫn: Transistor không dẫn điện, dòng điện trên các điện cực bằng 0. Chế độ dẫn khuếch đại: Dòng điện IC =  IB và chưa đạt cực đại (IC < ICS). Chế độ bão hoà: Dòng IC đạt cực đại bằng ICS và điện áp UCE giảm xuống rất thấp UCE = UCES = 0,1 0,4V tuỳ theo cường độ dòng ICS. Với ICS khoảng vài chuc mA thì UCES khoảng 0,1  0,2v. Với ICS khoảng vài trăm mA đến vài Ampe thì UCES có thể đến 0,3 hoặc 0,4v. UCES là điện áp giữa cực C và E đo khi Transistor bão hoà. Với tất cả các Transistor, điện 2.2.2 Điểm làm việc tĩnh, đường tải DC của transistor trong sơ đồ khuếch đại Trong các mạch ứng dụng Transistor N-P-N, nguồn cấp điện cho mạch là nguồn một chiều có giá trị không đổi và phải có ít nhất một điện trở mắc từ cực (+) của nguồn điện đến cực C hoặc từ cực E đến mass để hạn dòng qua Transistor (điện trở này có thể là tải). Với mạch như vậy thì khi dòng IC tăng sẽ tạo ra một sụt áp trên các điện trở hạn dòng làm cho điện áp U CE giảm và ngược lại. Điện áp UCE có giá trị lớn nhất bằng điện áp nguồn khi dòng IC = 0 và nhỏ nhất bằng UCES khi IC = ICS. Tại một thời điểm nào đó dòng điện IC và điện áp UCE có một giá trị xác định. Cặp giá trị (UCE, IC) xác định một điểm Q trong mặt phẳng toạ độ UCE,IC gọi là điểm làm việc của Transistor. Khi dòng điện cực B (dòng IB) không biến thiên thì cặp giá trị IC,UCE có giá trị không đổi và điểm làm việc Q(UCE,IC) được gọi là điểm làm việc tĩnh của Transistor. Quỹ đạo của điểm làm việc tĩnh khi IC thay đổi từ 0 đến giá trị tối đa ICS là một đoạn thẳng gọi là đường tải DC của Transistor. Đường tải DC mô tả quan hệ giữa IC và UCE trên mạch điện đang xét, nó có ý nghĩa quan trong trong việc xác định xu hướng dẫn điện mạnh yếu của Transistor cũng như dùng để xác định vùng hoạt động quá công suất của Transistor. Việc xây dựng đường tải DC sẽ trình bày sau. Trên hình 2.8 mô tả một đường tải DC điển hình (đoạn AS). Khi điểm làm việc Q tiến đến S, Transistor đạt trạng thái bão hoà. Khi điểm Q tiến đến A, Transistor ngưng dẫn. Khi Q ở vị trí hiện tại như hình vẽ, Transistor đang dẫn điện ở chế độ khuếch đại. Vị trí điểm làm việc Q chính là giao điểm giữa đường đặc tuyến IC,UCE (do nhà sản xuất cung cấp hoặc xây dựng từ thì nghiệm) với đường đặc tuyến ngõ ra của mạch (đường AB). Đường tải DC cho thấy rõ phạm vi biến thiên thực tế của điện áp UCE và dòng điện IC cũng như quan hệ giữa IC và UCE. Khi IC tăng thì UCE giảm và ngược lại. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 35
Bài Giảng Mạch Điện Tử IC B IB = IBS S (Ñieåm baõo hoaø) ICS Khoaûng bieán thieân thöïc teá cuûa IC IBQ < IBS Q (Ñieåm laøm vieäc) ICQ IB < IBQ (Ñieåm ngöng daãn) UCE A UCE(max) 0 UCQ UCES = UCC Khoaûng bieán thieân thöïc teá cuûa UCE Hình 2.8: Đường tải DC của Transistor N-P-N Để xác định điểm làm việc Q ta cần 2 bƣớc tiến hành nhƣ sau: b) Dựa vào mạch phân cực ngõ vào để xác định giá trị dòng IB c) Tìm đặc tuyến tương ứng với IB vừa tính trong họ đặc tuyến IC, UCE và xác định giao điểm giữa đặc tuyến này với đường đặc tuyến ngõ ra của mạch. Lưu ý là cách làm này không thực hiện được nếu không có họ đặc tuyến IC, UCE của Transistor, nếu không có thì cách tính gần đúng thực hiện như sau: So sánh IB với IBS = ICS/ (giá trị  phải biết trước). Nếu IB  IBS thì Transistor làm việc ở chế độ bão hoà tức điểm Q  S Nếu IB < IBS thì Transistor chưa bão hoà, dòng IC = .IB . Có IC sẽ tìm được điểm Q. Trước khi tiền hành xác định đường tải DC và điểm làm việc Q, ta xét một số dạng mạch thường gặp đối với Transostor loại N-P-N và ứng dụng của những dạng mạch này. 2.3 PHÂN CỰC CHO BJT +Ucc 2.3.1 Phân cực dùng 2 nguồn riêng biệt a) Dạng mạch (hình 2.9) Rc b) Phƣơng trình đƣờng tải DC + Từ lưới 1: Ucc + IC - RB IB VBB = IB.RB + VBE UCE +  IB = (VBB - VBE)/ RB  IC =  IB UBB - - Từ lưới 2: VCC = IC.RC + VCE 0 Hình 2.9 Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 36
Bài Giảng Mạch Điện Tử  VCE = VCC - IC.RC +VCC 2.3.2 Phân cực cố định a) Dạng mạch (hình 2.10) b) Phƣơng trình đƣờng tải DC Rc RB Từ lưới 1: Vcc = IB.RB + VBE Q  IB = (Vcc - VBE)/ RB  IC =  IB Từ lưới 2: Hình 2.10 VCC = IC.RC + VCE  VCE = VCC - IC.RC 2.3.3 Phân cực hồi tiếp cực phát +VCC a) Dạng mạch (Hình 2.11) b) Phƣơng trình đƣờng tải DC Từ lưới 1: RB Rc Vcc = IB.RB + VBE + IE.RE V CC V BE  IB R B  (   1)R E Q  IC =  IB Từ lưới 2: RE VCC = IC.RC + VCE + IE.RE Hình 2.11 (IC = IE)  VCE = VCC - IC(RC + RE) 2.3.4 Phân cực hồi tiếp cực thu +VCC a) Dạng mạch (Hình 2.12) Rc b) Phƣơng trình đƣờng tải DC Từ lưới 1: RB Vcc = IE.RC + IB.RB + VBE + IE.RE V CC V BE  IB Q R B  (   1)(R C  R E )  IE = (+1)IB RE Từ lưới 2: Hình 2.12 VCC = IE.RC + VCE + IE.RE (IC = IE)  VCE = VCC - IC(RC + RE) 2.3.5 Phân cực dùng cầu phân áp a) Dạng mạch (Hình 2.13) Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 37
Bài Giảng Mạch Điện Tử +Ucc b) Phƣơng trình đƣờng tải DC Trong một số trường hợp, việc tính toán gặp Rc RB1 nhiều khó khăn. Để đơn giản, ta đưa về mạch tương đương dùng 2 nguồn riêng. + IC + Ucc IB Khi đó: - UCE RB2 V BB  V CC RB2 R B1  R B 2 - R R  B1 B 2 R BB R B1  R B 2 0 Hình 2.13 Áp dụng mạch 2 nguồn riêng để giải bài toán. 2.4 SƠ ĐỒ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT (*) 2.4.1 Các chỉ tiêu của tầng khuếch đại: a) Độ lợi điện áp: Av = Vout/Vin b) Độ lợi dòng điện: Ai = Iout/Iin c) Tổng trở ngõ vào: Được xác định dựa vào định luật Ohm: Vi Zi  Ii d) Tổng trở ngõ ra: Được xác định khi tín hiệu vào Vi = 0, khi đó Ii = Ib = 0 nên có thể xem là hở mạch nguồn dòng. Tổng quát: V0 Z0  I0 +Ucc 2.4.2 Tầng khuếch đại Common Emitter (CE) a) Dạng mạch (Hình 2.14) b) Mô hình mạch khuếch đại CE thông Rc số h (hybrid) RB1 Phương trình của mạch CE: + IC vbe = hieib + hrevce. IB ic = hfeib + hoevce. UCE UCEQ RB2 0V us - 0 Hình 2.14 Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 38
Bài Giảng Mạch Điện Tử ic ib ic ib hfeib vce vce 1 hrevce vbe vbe ie Hình 2.14a Hình 2.14b Trong đó: v be ic h ie  hfe  ib v ce  0 ib v ce  0 v be ic h re  ho e  v ce v ce i b 0 i b 0 Các thông số này được xác định dựa vào đồ thị. Trong tính toán, môt cách gần đúng, các thông số này được tính như sau: v be 26mV    .re h ie  ib I EQ v ce 0 ib 26mV với re  ic I EQ v be ib h re  0 .re v ce i b 0 i c ic  h fe   i b ib v ce  0 Hình 2.14c ic h 0e  0 v ce i b 0 c) Thông số của mạch khuếch đại CE - Tín hiệu vào và tín hiệu ra lệch pha 1800. - Mạch khuếch đại tín hiệu điện áp và dòng điện, tức: Av = Vout/Vin = ic.Zout/ib.Zin > 1 Ai = Iout/Iin =  >1 - Tổng trở ngõ vào (được xác định dựa vào định luật Ohm): Zin = Rth //hie. - Tổng trở ngõ ra: Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 39
Bài Giảng Mạch Điện Tử V0 Z0  I0 V i 0 Zout = Rc 2.4.3 Tầng khuếch đại Common Collector (CC) a) Dạng mạch (Hình 2.15) +VCC RB Rc C1 Q Vin C2 Vout RE Hình 2.15 Vì mạch CC của BJT ít được sử dụng, nên ở đây không xây dựng mô hình. Mô hình của mạch CC dựa vào mô hình CE. Phương trình của mạch CC: vbc = hicib + hrcvec. ie = hfcib + hocvec. Trong đó: v be h re  v  bc h ic ; v ce ib v ec  0 i b 0 ic hoc  i e h fc ; v ec ib v ec  0 i b 0 b) Thông số của mạch khuếch đại CC - Tín hiệu vào và tín hiệu ra cùng pha. - Mạch khuếch đại tín hiệu dòng điện, tức: Ai >1 - Mạch không khuếch đại tín hiệu điện áp, tức: Av 1 - Tổng trở ngõ vào: - Tổng trở ngõ ra: Zout =RE //re 2.5 ĐƢỜNG TẢI AC (*) Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 43
Bài Giảng Mạch Điện Tử Khi Transistor làm việc, ngoài nguồn điện một chiều (DC) ảnh hưởng đếm điểm làm việc thì BJT còn chịu ảnh hưởng bởi nguồn xoay chiều do tín hiệu cần khuếch đại. Tín hiệu này làm điểm làm việc Q không còn như lúc chưa có nó. Sự dịch chuyển điểm Q này làm cho tín hiệu khuếch đại có thể bị xén. Điểm Q lúc này nằm trên cả 2 đường tải: Đường do tín hiệu 1 chiều (DC) và đường do tín hiệu xoay chiều (AC) tạo nên, hai đường tải này cắt nhau tại điểm Q. Tương tự như phân tích tín hiệu một chiều, khi cấp tín hiệu ac thì các chân BJT chịu đồng thời về điện áp và dòng điện của cả 2 tín hiệu. Do đó: iB = IB +ib iC = IC +ic vCE = VCE + vce (các chỉ số chữ thường và nhỏ chỉ tín hiệu xoay chiều) Phương trình đường tải AC: Vì rằng khi xét tín hiệu xoay chiều thì tín hiệu 1 chiều xem như nối tắt. Để viết phương trình đường tải AC ta dựa vào phương trình ngõ ra chỉ với tín hiệu AC. 1 ic(RC // Rt) + vce = 0 hay: i c   *v ce (*). Với: (R C // R t ) ic = iC - ICQ vce = vCE - VCEQ Thế vào (*) ta có: 1 (i C  I CQ )   * (v CE V CEQ ) , hay: (R C // R t ) 1 1 iC   *v CE  *V CEQ  I CQ (R C // R t ) (R C // R t ) Đây là phương trình đường tải AC, cách vẽ dường tải AC cũng tương tự như DC. 2.6 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI (*) 2.6.1 Ví dụ 1: Mạch khuếch đại mắc E chung Cho mạch như hình 2.14: Với RB1 = 56k, RB2 = 4.7k, RC =1k, = 100, Vcc = 12V. Vẽ đồ thị đường tải DC và AC. Xác định Av, Ai, Z0, Zi Giải: Sơ đồ tương đương thông số h của mạch (hình 2.14a; 2.14b): (trong trường hợp không có Re và có Re) C B C2 C1 Vout Vin + + C2 C1 Vout V in + + hfe.Ib hie Rth Rc hie Rc hfe.Ib Zin Z out Rth E Hình 2.14a Re Hình 2.14b Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 44
Bài Giảng Mạch Điện Tử - Tổng trở ngõ vào (được xác định dựa vào định luật Ohm): Zi = Rth //hie. Hay: Zi = Rth //(hie + Re) - Tổng trở ngõ ra: V0 Z0   Rc I0 V i 0 R C  i c RC V 0 i 0Z 0 - AV     V i i i Z i i b (h ie  R e ) (h ie  R e ) I0 V /Z0 Z - Ai   0  AV i Ii Vi /Zi Z0 2.6.2 Ví dụ 2: Mạch khuếch đại mắc C chung Cho mạch như hình 2.15: Với RB = 330k, RC = 1.2k, RE = 300, = 120, Vcc = 12V. Vẽ đồ thị đường tải DC và AC. Xác định Av, Ai, Z0, Zi Giải: Sơ đồ tương đương thông số h của mạch (hình 2.15a): (trong trường hợp không có Rc và có Rc như nhau) Tổng trở ngõ vào (được xác định dựa vào định luật Ohm): Zi = Rb // (hie + Re) C1 C B V in + - Tổng trở ngõ ra: V0 hie Z0   R e // hie hfe.Ib  1 I0 V i 0 Rc Z in - Rb C2 (   1)i b R e (   1)R e Vout + V IZ E AV  0  0 0   1 I i Z i i b h ie  (   1)i b R e ) h ie  (   1)R e ) Vi Zout Re hfe.Ib - Hình 2.15a I Ii Rb A i  0  0 b  (   1) R b  [h ie  (   1)R e ] I i ib I i , do: Rb ib  Ii R b  [h ie  (   1)R e ] I 0  i e  (  1)i b 2.7 MỘT SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC (*) 2.7.1 Mạch khuếch đại Darlington a) Dạng mạch (Hình 2.19) Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 45
Bài Giảng Mạch Điện Tử C C Q1 Qdar B B Q2 E E Hình 2.19 b) Thông số của mạch IB = IB1 IC = IC1 + IC2 = 1.IB1 + 2.IB2 = 1.IB1 + 2.IE1 = 1.IB1 + 2(1 + 1).IB1 = (1 + 2 + 1. 2).IB1 = (1 + 2 + 1. 2).IB Đặt  = (1 + 2 + 1. 2) ta có: IC = .IB IE = IC + IB = ( + 1).IE Nhận thấy quan hệ của các dòng điện IC, IE theo IB giống như trường hợp Transistor đơn. Vì vậy ghép khi ghép 2 Transistor cho ta một Transistor tương đương cùng loại có các thông số như sau:  = (1 + 2 + 1.2) UBE = UBE(Q1) + UBE(Q2)  1,4v UCE = UCE(Q2) 2.8 PHƢƠNG PHÁP GHÉP CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI 2.8.1 Ghép tầng bằng tụ điện a) Dạng mạch b) Đặc điểm của mạch Dễ dàng tính toán phân cực giữa các tầng khuếch đại. Dễ nối mạch. Bị giới hạn tần số bởi tụ điện liên lạc C. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 46
Bài Giảng Mạch Điện Tử +VCC R C2 RB R C1 R B1 C2 Vout C C1 Q2 Q1 Rt R B2 Vin R E1 R E2 Hình 2.21 2.8.2 Ghép tầng bằng MBA a) Dạng mạch +VCC C T1 1 3 R C2 RB R B1 C2 2 5 Vout C1 Q2 Q1 Rt R B2 Vin R E1 R E2 Hình 2.22 b) Đặc điểm của mạch Việc tính toán giữa các tầng khuếch đại gặp khó khăn. Mạch cồng kềnh, đắt tiền. Phối hợp được trở kháng giữa các tầng nhờ máy biến áp. 2.8.3 Ghép tầng trực tiếp a) Dạng mạch b) Đặc điểm của mạch Mạch đơn giản, dễ lắp ráp. Phân cực giữa các tầng khó khăn, việc phối hợp trở kháng giữa các tầng khó thực hiện. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 47
Bài Giảng Mạch Điện Tử +VCC R C2 RB R C1 R B1 C2 Vout C1 Q2 Q1 Rt R B2 Vin R E1 R E2 Hình 2.23 BÀI TẬP CHƢƠNG 2 (TRANSISTOR 2 MỐI NỐI) 2.9 Bài 01: Cho mạch gồm một nhóm đèn LED như sau: +9V Đặc tuyến Volt-Ampere của mỗi đèn LED như hình vẽ. LED1 LED5 ILED LED2 LED6 20mA 4.1,8 = 7,2V Q LED3 LED7 VAK LED4 LED8 1,8V IC RB VĐK Q Si min = 40 RE 1k 0 Mỗi đèn LED sẽ đủ sáng khi dòng qua nó khoảng 20mA và điện áp V AK khi đó khoảng 1,8V. a) Xác định điện trở tương đương của mỗi LED và của nhóm LED. b) Đem nhóm LED trên mắc vào cực C của Transistor như hình vẽ. Giả sử dòng qua mỗi LED là 20mA, xác định dòng IC của Transistor. c) Giả sử Transistor bão hoà (VCES = 0,2V) khi áp điều khiển ở mức cao (4,3V). Cho biết áp rơi trên nhóm LED là 4.1,8 = 7,2V. Xác định RE. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 48
Bài Giảng Mạch Điện Tử d) Với RE xác định ở câu c). Xác định RB để Transistor bão hoà khi áp điều khiển ở mức cao (4,3V). ĐS: a) RLED = 90. RNH = 180. b) IC = 40mA. +12V c) RE = 40. d) RB  2K. RC Bài 02: Cho mạch phân cực Transistor bằng cách định dòng IB 2,2K như hình vẽ. Vẽ đường tải DC và xác định điểm tĩnh Q của Si RC Transistor. Q  = 45 ĐS: Q ( 6,4V; 2,1mA) 220K RE 470 Bài 03: Cho mạch khuếch tín hiệu ghép E chung như sau (*) 0 a)Tính trở kháng của các tụ Ci, C0 và CE đối với thành phần tín hiệu có tần số f = 10KHz. b) Vẽ đường tải DC và xác định điểm làm việc tĩnh Q của Transistor. c)Tính tổng trở vào Zin, tổng trở ra Zo, độ lợi dòng Ai và độ lợi áp Av của tầng khuếc đại. d) Giả sử tín hiệu (vs) có dạng như hình vẽ, vẽ đồ thị quan hệ giữa v0 và vs. +12V RC RB1 2K Co 430K Ci Q 10uF Si  = 100 10uF RL 1K VO RB2 RE 220K CE Vs 1K 100uF 0 ĐS: Zci = Zco  1,59. a) ZCE  0,159. b) Q (7,91V; 1,36mA). Zin = 1,8K; Zo = 2K; c) Ai  -65,84; Av  -36,58. Tín hiệu ra ngược pha so d) với tín hiệu vào và có trị đỉnh Vm  1,829V. Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 49
Bài Giảng Mạch Điện Tử Bài 04: Cho mạch khuếch đại tín hiệu như hình vẽ sau: (*) +20V Vẽ đường tải DC và xác định a) điểm làm việc tĩnh Q của RC RB1 Transistor. 2K Co 430K Tính tổng trở vào Zin, Tổng trở b) ra Zo, độ lợi dòng Ai và độ lợi áp Ci Q 10uF Si Av của tầng khuếc đại.  = 100 10uF RL ĐS: 1K a) Q (9V; 3,63mA). CE RE Vs b) Zin = 682; Zo = 2K; 100uF 1K Ai = -66,56; Av = -97,6. 0 Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ 50