Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
BÀI 2 : MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG
TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT)
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Giúp sinh viên bằng thực nghiệm khảo sát các vấn đề chính sau đây :
1. Vấn đề phân cực DC CE/BJT-(NPN-PNP) : Xác định điểm làm việc tĩnh Q(VCEQ, ICQ)
trên họ đặc tuyến ngõ ra , hệ số khuếch đại dòng β .
2. Khảo sát mạch khuếch đại AC ghép RC dạng CE, CC, CB/BJT-NPN :
a. Khảo sát mạch khuếch đại AC CE/BJT-NPN dãy tần giữa (Midrange) : Xác định Av,
độ lệch pha ΔΦ.
b. Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại AC CE/BJT-NPN : vẽ biểu đồ
Bode quan hệ Biên độ – tần số Av(f), Pha – tần số φ(f), xác định tần số cắt dưới
fCl = min(fCL1, fCL2) của mạch khuếch đại với giả thiết tụ CE bypass hoàn toàn.
3. Khảo sát mạch khuếch đại ghép kiểu Darlington.
THIẾT BỊ SỬ DỤNG
Bộ thí nghiệm ATS-11 và Module thí nghiệm AM-102B.
Dao động ký, đồng hồ VOM và dây nối.
PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phần này nhằm tóm lược những vấn đề lý thuyết thật cần thiết phục vụ cho bài thí nghiệm và
các câu hỏi chuẩn bị để sinh viên phải đọc kỹ và trả lời trước ở nhà.
I.1. CẤU TẠO TRANSISTOR
I.2. TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR
Tùy mức phân cực mà transistor có thể làm việc một trong ba trạng thái :
a. Trạng thái ngưng dẫn :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE phân cực nghịch VBE < Vγ (VBE = 0 ÷ 0,4V)
thì BJT ngưng dẫn: dòng IB = 0, IC = 0, và VCE
≈
VCC.
E C
P N P
+ - +-
B
VBE VCB
N P N
-+- +
B
VBE VCB
E C
Hình 2-1
(a) BJT- PNP (b) BJT - NPN
C
E
B
C
E
B
I
C
I
E
IB
I
C
I
B
I
E
VBE : phân cực
thuận mối nối
B-E
VCB : phân cực
nghịch mối
nối B-C
VCB : phân cực
nghịch mối
nối B-C
VBE : phân cực
thuận mối nối
B-E
IE = IB+ IC
constICEC B
)V(fI =
=
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
BCE III
β
=
≈
CC
bb
b
BB V
RR
R
V
21
2
+
=
21
21.
bb
bb
BB RR
RR
R+
=
)(
25 mAI
h
mVh
C
fe
ie =
eBB
BEBB
BRR
VV
I)1(
β
++
−
=
b. Trạng thái khuếch đại :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE phân cực thuận VBE = 0,5 ÷ 0,7V và BC
được phân cực nghịch thì BJT dẫn điện: dòng IC tăng theo IB (IC =
β
IB)
c. Trạng thái bảo hòa :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE và BC phân cực thuận , thì transistor dẫn
bão hòa: lúc đó IC không tăng (IC
<
β
IB) và điện thế VCE giảm còn rất nhỏ gọi là
VCE bão hòa (VCEsat
≈
0,2V).
I.3. KHUẾCH ĐẠI AC BJT DÃY TẦN GIỮA
I.3.1. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CE:
RL : biểu diễn tải được nhìn bởi bộ khuếch đại.
RB1, RB2, RC và RE : cung cấp phân cực DC để BJT hoạt động trong miền tuyến tính.
I.3.1.A. Khảo sát DC:
⇒
I.3.1.B. Khảo sát AC:
Để có mạch tương đương (Hình 1c.) cần biết như sau :
Bất kỳ node nào mà điện áp tại đó đúng bằng hằng số (constant) thì được coi như nối
đất về mặc AC. Nội trở của tất cả các nguồn cung cấp được giả thiết bỏ qua, không đáng kể
so với các thông số của mạch ⇒ Do đó, các node nguồn cung cấp được nối đất về mặt AC.
Các tụ C1, C2, CE hoạt động ngắn mạch (short circuits) tại các tần số thuộc dãy giữa
(midrange). Giả định này xác định miền dãy giữa.
Các điện dung dây nối và của linh kiện có tác dụng hở mạch (open circuits) tại các
tần số thuộc dãy giữa.
Ngõ vào của BJT được xem như một diode có điện trở AC là hie. Dòng base ib chảy
vào trong linh kiện. Ngõ ra của BIT được xem như một nguồn dòng ic = hfe.ib với điện trở ra
là 1/hoe
Hình 2.2a. Dạng mạch CE Hình 2.2b. Mạch tương đương DC
+
Ce
Re
Rc
VCCVCC
Rc
Rb2
Vi
Rb2
Re
+
C1
Rb1 Rb1
0
+
C2
RL
Vo
0
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
iei
C
fev hR
R
hA +
⋅−≅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⋅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−=⋅==
iebb
bb
LCe
Ce
fe
i
b
b
o
i
o
ihRR
RR
RRh
Rh
h
i
i
i
i
i
i
A
21
21
0
0
//
//
//)/1(
//)/1(
()
[]
)////(
]////)/1).[(////(
)////(
)////(
.
1
////)/1(..
21
021
21
21
0
iiebb
LCeiebb
ie
fe
iiebb
iebb
ie
LCefe
i
b
b
b
b
o
i
o
v
RhRR
RRhhRR
h
h
RhRR
hRR
h
RRhh
v
v
v
i
i
v
v
v
A
+
⋅−=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⋅−=⋅==
ieiebbi hhRRZ
≈
=
//// 21
CCoeo RRhZ
≈
=//)/1(
Các thông số của mạch khuếch đại:
Trong
trường hợp : Rb1 và Rb2 >> hie, (1/hoe) và RL >> RC :
Vậy: Mạch CE có chức năng khuếch đại dòng và khuếch đại áp.
Chiến lược thiết kế mạch khuếch đại AC với độ lợi Av theo yêu cầu có thể được thực
hiện dựa vào biểu thức của Av. Trước tiên, thông qua việc ấn định điểm làm việc tĩnh Q (ICQ,
VCEQ) trên họ đặc tuyến ngõ ra ic = f(vce), ta xác định được các giá trị RB1, RB2, RC. Đối với
một linh kiện BJT đã cho (xác định được hfe và (1/hoe)) thì độ lợi của bộ khuếch đại sẽ phụ
thuộc vào RC và Ri. Nếu RC được cho thì độ lợi có thể được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi
Ri.
ic =
hfeib
i
b
Hình 2.2c. Mạch tương đương AC dãy tần giữa
1/hoe RL
Vo
hie
B
Vi
E
Zi
C
Zo
Rc
Rb1//Rb2
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
BCE III
β
=
≈
CC
bb
b
BB V
RR
R
V
21
2
+
=321 // bbbBB RRRR +
=
)(
25 mAI
h
mVh
C
fe
ie =
eBB
BEBB
BRR
VV
I)1(
β
++
−
=
I.3.2. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CC:
Ri : được thêm vào để kiểm soát dòng điện ngõ vào từ nguồn v1.
I.3.2.A. Khảo sát DC:
⇒
I.3.2.B.
Khảo sát AC:
Vậy: Mạch CC không có chức năng khuếch đại áp. Mạch CC có tổng trở vào lớn,
tổng trở ra nhỏ, thường được dùng để phối hợp trở kháng giữa các tầng khuếch đại.
[]
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
+
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⋅=⋅==
ifeeieBB
feeieBB
feeie
fee
i
b
b
b
b
o
i
o
vRhRhR
hRhR
hRh
hR
v
v
v
i
i
v
v
v
A).//(
).//(
.
.
1
..
fe
BBiie
eo h
RRh
RZ )//(
// +
=
]
).//( .feeieBBii hRhRRZ
+
+
=
: rất lớn
: rất nhỏ
≤1
Rb3Vi
Ri
BB
VCC
+
C2
+
C1
Re
R
Rb2
Re
Rb1
VCC
V
BB
Vo
00
Hình 2-3c : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
ib
BB
Re.hfe
C
Vi
Vo
B
Zi
Ri hie
R
Zo
Hình 2-3a : Mạch khuếch đại ghép CC Hình 2-3b : Mạch tương đương AC
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
1.
//
1
//
1
≤≈
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
−=⋅== fb
ibe
e
LC
ob
C
ob
fb
i
e
e
o
i
o
ih
hR
R
RR
h
R
h
h
i
i
i
i
i
i
A
Cobo RhZ ///1=
ibibei hhRZ ≈
=
//
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡−=⋅==
ib
LC
ob
fb
i
e
e
o
i
o
vh
RR
h
h
v
i
i
v
v
v
A1
.)////
1
(
I.3.3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CB:
I.3.3.A. Khảo sát DC: Tương tự như mạch CE
I.3.3.B. Khảo sát AC:
Vậy: Mạch CB không có chức năng khuếch đại dòng.
Hình 2-4a : Mạch khuếch đại ghép CB Hình 2-4b : Mạch tương đương DC
VCC
Rb2
Re
Vo
Vi
Re
Rb1
0
Rc
+
Cb
Rb1
0
+
C2
VCC
Rc
+
C1
RL
Rb2
ie
hfb.ie
ii io
Hình 2-4c : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
1/hob
Vi
E
ZoZi
hib
B
C
Rc RL
Re
Vo