Transistor BJT: Chương 3 - Tổng quan về transistor tiếp giáp lưỡng cực

, b

Môc lôc Môc lôc Môc lôc Môc lôc 3.1. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña BJT ........................................................................................2 3.1.1. CÊu t¹o cña BJT ....................................................................................................................2 3.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña BJT .................................................................................................3 3.1.3. Quan hÖ dßng ®iÖn IE, IB, IC vµ c¸c hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn a .....................................5 3.2. C¸c d¹ng m¾c m¹ch c¬ b¶n cña BJT.............................................................................................7 3.3. Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT .................................................................................................13 3.4. Ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i vµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh (chÕ ®é 1 chiÒu) .................................................15 3.5. Ph©n cùc cho BJT........................................................................................................................16 3.5.1. Ph©n cùc Baz¬ (hay ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh)..............................................................16 3.5.2. Ph©n cùc Emit¬ ...................................................................................................................18 3.5.3. Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p........................................................................................................20 3.5.4. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬...........................................................................................22 3.6. HÖ sè æn ®Þnh S...........................................................................................................................23 3.6.1. §Þnh nghÜa hÖ sè æn ®Þnh ....................................................................................................23 3.6.2. HÖ sè æn ®Þnh cho c¸c lo¹i m¹ch ph©n cùc .........................................................................24 3.7. Ph−¬ng ph¸p lùa chän ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q dùa trªn c¸c tham sè vµ ®Æc tÝnh cña BJT ............26 3.8. BJT chuyÓn m¹ch........................................................................................................................29 3.8.1. ChÕ ®é chuyÓn m¹ch cña BJT .............................................................................................29 3.8.2. ChÕ ®é c¾t dßng vµ bSo hoµ cña BJT..................................................................................30 3.9. BJT lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá. .........................................................................31 3.9.1. Kh¸i niÖm............................................................................................................................31 3.9.2. BiÕn ®æi s¬ ®å m¹ch nguyªn lý sang s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ....................................................31 3.9.3. Mét sè tham sè c¬ b¶n trong m¹ch khuÕch ®¹i...................................................................32 3.9.4. §−êng t¶i vµ ®iÓm lµm viÖc ®éng .......................................................................................33 3.9.5. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè vËt lý - re .................................................................................33 3.9.6. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h (hybrid)................................................................................36

Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc BJTBJTBJTBJT Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc (Bipolar Junction Transistor)

3.1. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña BJT

3.1.1. CÊu t¹o cña BJT

Ng−êi ta lÊy hai lo¹i b¸n dÉn ghÐp theo thø tù P-N-P hoÆc N-P-N th× ®−îc mét cÊu tróc cña lo¹i Tranzito tiÕp gi¸p l−ìng cùc vµ ®−îc viÕt t¾t lµ BJT (Bipolar Junction Transistor). Kh¸i niÖm l−ìng cùc (Bipolar) ë ®©y ®−îc hiÓu lµ Tranzito dïng hai lo¹i h¹t dÉn ®a sè: ®ã lµ ®iÖn tö (nn mang ®iÖn tÝch ©m) vµ lç trèng (pp mang ®iÖn tÝch d−¬ng). Tuú theo c¸ch ghÐp hai chÊt b¸n dÉn mµ ng−êi ta cã lo¹i Tranzito PNP vµ Tranzito NPN. Tranzito BJT cã 3 cùc ®−îc gäi tªn vµ ký hiÖu nh− sau:

3.8 mm

0,025 mm

E C E C P N

3,8 mm

0,025 mm

B B EC

E C E C N P N

Emit¬ - Ký hiÖu lµ E (tiÕng Anh viÕt lµ Emitter) Baz¬ - Ký hiÖu lµ B (tiÕng Anh viÕt lµ Base) Colect¬ - Ký hiÖu lµ C (tiÕng Anh viÕt lµ Collector) P EE

B B + EE + EC

H×nh 3-1 : CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i PNP vµ NPN

Trªn h×nh 3-1 m« t¶ cÊu t¹o vµ ký hiÖu cña hai lo¹i BJT, trªn ký hiÖu cã mòi tªn t¹i

Emit¬ ngÇm chØ chiÒu dßng ®iÖn Emit¬.

ViÖc chän kÝch th−íc c¸c vïng Emit¬, Baz¬ vµ Colect¬ còng nh− nång ®é h¹t dÉn ®a sè t¹i c¸c vïng nµy ph¶i tu©n thñ mét qui t¾c nhÊt ®Þnh. Trªn h×nh 3-1 cho thÊy vïng Baz¬ cã kÝch th−íc rÊt máng (nhá h¬n 100 lÇn) so víi hai vïng Emit¬ vµ Colect¬. VÒ nång ®é h¹t dÉn ®a sè t¹i vïng Emit¬ lµ lín nhÊt, sau ®ã ®Õn vïng Colect¬ cßn vïng

Baz¬ th× cÇn rÊt nhá, nhá h¬n nhiÒu lÇn (tèi thiÓu lµ 10 lÇn hoÆc bÐ h¬n) so víi nång ®é hai vïng trªn.

Víi ph©n bè h¹t dÉn ®S nªu ë trªn, ng−êi ta muèn ®¹t ®−îc mét kÕt qu¶ lµ dßng , b ).

Baz¬ cµng nhá cµng tèt (ý nghÜa cña kÕt qu¶ nµy sÏ ®−îc gi¶i thÝch ë phÇn hÖ sè a 3.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña BJT

BJT lµ lo¹i cÊu kiÖn b¸n dÉn cã hai tiÕp gi¸p PN. Mçi tiÕp gi¸p PN vÒ nguyªn t¾c gièng nh− mét §iot. Phô thuéc vµo c¸ch ph©n cùc thuËn hay ng−îc cña hai tiÕp gi¸p nµy mµ ta cã c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau cña BJT. M« h×nh ®¬n gi¶n cña BJT ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-2, hai tiÕp gi¸p ®−îc ký hiÖu JE (tiÕp gi¸p Emit¬ - Baz¬) vµ JC (tiÕp gi¸p Colect¬ - Baz¬). Cã 3 tr−êng hîp nh− sau:

BJT lµm viÖc ë vïng tÝch cùc (active region)

JE - ph©n cùc thuËn

(dïng trong chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu)

JC - ph©n cùc ng−îc

BJT lµm viÖc ë vïng tÝch cùc ®¶o (reverse-active region)

JE - ph©n cùc ng−îc

(dïng trong chÕ ®é khuÕch ®¹i ®¶o tÝn hiÖu)

JC - ph©n cùc thuËn

BJT lµm viÖc ë vïng c¾t dßng (cutoff region)

JE - ph©n cùc ng−îc

(dïng trong chÕ ®é chuyÓn m¹ch - switch)

JC - ph©n cùc ng−îc

BJT lµm viÖc ë chÕ ®é bSo hoµ (saturation region)

JE - ph©n cùc thuËn

(dïng trong chÕ ®é chuyÓn m¹ch - switch)

JC - ph©n cùc thuËn

JE JC JC JE E C E C

B B

a) Lo¹i Tranzito PNP

§Ó ph©n tÝch c¬ chÕ lµm viÖc vµ c¸c dßng ®iÖn ch¹y trong BJT cã thÓ lÊy nÒn t¶ng ®S nghiªn cøu ®èi víi §iot b¸n dÉn. Trªn h×nh 3-3 m« t¶ qu¸ tr×nh nµy (lÊy vÝ dô cho BJT lo¹i PNP)

XÐt BJT lµm viÖc á vïng tÝch cùc: tiÕp gi¸p Emit¬ ph©n cùc thuËn, tiÕp gi¸p

b) Lo¹i Tranzito NPN H×nh 3-2: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®¬n gi¶n cña BJT

Colect¬ ph©n cùc ng−îc. Hai tiÕp gi¸p PN h×nh thµnh hai vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian. Gäi t¾t tiÕp gi¸p Emit¬ - Baz¬ lµ tiÕp gi¸p Emit¬; TiÕp gi¸p Colect¬ - Baz¬ lµ tiÕp gi¸p Colect¬. Nguån EE m¾c ph©n cùc thuËn cho tiÕp gi¸p Emit¬, cßn nguån EC m¾c ph©n cùc ng−îc cho tiÕp gi¸p Colet¬. GÇn nh− toµn bé ®iÖn ¸p nguån EC h¹ trªn tiÕp gi¸p colect¬: UCE » EC

(3-1)

UtXE UtXC

P P N(nn)

IC0

E C

IB Pn B UEB UCB

+ +

pp (Emit¬) > pp (Colect¬) >> nn (Baz¬)

0,7v (Si) vµ @

UEB: §iÖn ¸p h¹ trªn tiÕp gi¸p Emit¬ do nguån EE cung cÊp vµ UEB / UBE @

0,3v (Ge) EC

EE EC

UCE: §iÖn ¸p h¹ trªn tiÕp gi¸p Colect¬ - Emiter do nguån EC cung cÊp vµ UCE » H×nh 3-3: Sù h×nh thµnh c¸c dßng ®iÖn trong BJT.

Do tiÕp gi¸p Emit¬ ph©n cùc thuËn, ®iÖn ¸p tæng trªn tiÕp gi¸p gi¶m ®i vµ b»ng:

Lµm cho dßng khuÕch t¸n c¸c h¹t dÉn ®a sè t¨ng m¹nh (lç trèng pp tõ Emit¬ khuÕch t¸n sang Baz¬ vµ ®iÖn tö nn tõ Baz¬ sang Emit¬) t¹o thµnh dßng IE. Tuy nhiªn do nång ®é pp (Emit¬) >> nn (Baz¬) nªn trong thµnh phÇn cña IE chñ yÕu lµ do lç trèng tõ Emit¬ t¹o thµnh.

T¹i vïng Baz¬ s¸t tiÕp gi¸p Emit¬ nång ®é lç trèng giê ®©y lín h¬n nhiÒu so víi phÝa s¸t tiÕp gi¸p Colect¬ nªn dßng h¹t dÉn nµy tiÕp tôc khuÕch t¸n vÒ phÝa tiÕp gi¸p colect¬. Trong qu¸ tr×nh khuÕch t¸n nµy mét sè lç trèng t¸i hîp víi ®iÖn tö t¹i vïng Baz¬ vµ t¹o thµnh dßng Baz¬ IB. Tuy nhiªn nh− ®S nãi ë phÇn trªn, do nång ®é h¹t dÉn ®a sè t¹i Baz¬ nhá, mÆt kh¸c bÒ dÇy cña Baz¬ lµ rÊt nhá nªn dßng IB << IE. TiÕp gi¸p colect¬ ph©n cùc ng−îc nªn tæng ®iÖn ¸p trªn tiÕp gi¸p lµ:

U∑(E) = UtxE - UEB (3-2)

§iÖn ¸p tæng nµy cã chiÒu gia tèc ®èi víi lç trèng nªn nã kÐo nhanh sè lç trèng

nµy vÒ Colect¬ vµ t¹o thµnh dßng Colet¬ IC.

Tuy nhiªn t¹i vïng Baz¬ vµ Colect¬ cã c¸c h¹t dÉn thiÓu sè pn vµ np. C¸c h¹t dÉn nµy d−íi t¸c dông cña U∑(Colect¬) h×nh thµnh mét dßng ®iÖn - ký hiÖu lµ dßng IC0. Dßng nµy ®−îc gäi lµ dßng d− Colect¬ (hay cßn gäi lµ dßng dß). B¶n chÊt dßng ®iÖn nµy gièng nh− dßng ®iÖn ng−îc IS trong §iot. Nh− vËy dßng ®iÖn Colect¬ gåm hai thµnh phÇn: Thµnh phÇn chÝnh do h¹t dÉn ®a sè tõ Emit¬ khuÕch t¸n sang t¹o thµnh IC vµ

U∑(Colect¬) = UtxC + UCB (3-3)

thµnh phÇn do h¹t dÉn thiÓu sè ë vïng Baz¬ vµ Colect¬ t¹o thµnh IC0 (b¶n chÊt lµ dßng

IC∑ = IC + IC0

Tr«i - xem trong phÇn §iot).

Trªn thùc tÕ dßng IC0 rÊt nhá ; IC0 << IC v× vËy dßng IC∑ @

(3-4)

a b a a b b

, b

IC ; tuy nhiªn dßng IC0 phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é, nªn trong mét sè tr−êng hîp sÏ lµm ¶nh h−ëng lín ®Õn ®é æn ®Þnh cña m¹ch khi lµm viÖc trong d¶i biÕn thiªn lín cña nhiÖt ®é. 3.1.3. Quan hÖ dßng ®iÖn IE, IB, IC vµ c¸c hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn a

Theo ph©n tÝch ë phÇn trªn, ¸p dông ®Þnh luËt Kirchhoff’s vÒ dßng ®iÖn trong

Tranzito BJT ë h×nh 3-3 ta nhËn ®−îc mèi quan hÖ sau:

IE = IC + IB

Trong ®ã, th«ng th−êng IB << IC vµ IE (do miÒn Base rÊt máng) + HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬ a : Lµ tû sè gi÷a dßng Colect¬ vµ dßng Emit¬. Tuú thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc mét chiÒu (DC) hay xoay chiÒu (AC) mµ cã kh¸i niÖm:

(3-5)

dc - HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬ mét chiÒu ac - HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬ xoay chiÒu

I C I E

C¸c hÖ sè trªn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

Trong ®ã IC, IE lµ gi¸ trÞ dßng mét chiÒu

(3-6)

1-Ci

I I

dI dI

∆ ∆

1-Ei

Trong ®ã D IC vµ D IE lµ gi¸ trÞ biÕn thiªn nhá cña dßng Colect¬ vµ Emit¬. Do IB << IC vµ IE nªn cã thÓ coi IC @

IE. Trªn thùc tÕ a

- (3-7) @ -

dc th−êng kh«ng kh¸c nhiÒu 0,998).

cã gi¸ trÞ kho¶ng tõ 0,9 ‚

ac tøc lµ a

dc @

ac vµ cã gi¸ trÞ gÇn b»ng 1. (th−êng a

+HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Colect¬ b : Cßn gäi lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i dßng

®iÖn. Ph©n biÖt chÕ ®é mét chiÒu hay xoay chiÒu còng cã kh¸i niÖm:

dc - HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn mét chiÒu ac - HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn xoay chiÒu

dc vµ b

ac ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

cdβ

I C = I B

Trong ®ã IC, IB lµ gi¸ trÞ dßng ®iÖn mét chiÒu

(3-8)

dI dI

I Ci I Bi

I 1-Ci I 1-Bi

dc vµ b

ac còng kh«ng kh¸c nhau nhiÒu b

ac nªn thËm chÝ

dc @

(trõ vïng tÇn sè cao)

- (3-9) @ -

b b

I ∆ C I ∆ B Trong ®ã D IC vµ D IB lµ gi¸ trÞ biÕn thiªn nhá cña dßng Colect¬ vµ Baz¬. Thùc tÕ hai gi¸ trÞ b cã thÓ dïng chung mét kh¸i niÖm b L−u ý: Trong sæ tay kü thuËt th−êng cho tham sè hFE - lµ hÖ sè khuÕch ®¹i m¾c theo s¬ ®å Emit¬ chung. ChØ sè FE - nÕu viÕt b»ng ch÷ in t−¬ng øng víi chÕ ®é mét chiÒu, cßn viÕt fe - ch÷ th−êng t−¬ng øng víi chÕ ®é xoay chiÒu:

dc = hFE ;

ac = hfe

HÖ sè a

phô thuéc kh¸

Ýt phô thuéc vµo dßng IC vµ tÇn sè tÝn hiÖu, cßn hÖ sè b

nhiÒu vµo IC vµ tÇn sè (h×nh 3-4).

T = 1000C

T =

b) b phô thuéc vµo tÇn sè tÝn hiÖu a) b phô thuéc vµo dßng IC

b b b

H×nh 3-4: Sù phô thuéc cña b

. Víi ®å thÞ h×nh 3-4b khi tÇn sè t¨ng b

§å thÞ h×nh 3-4a cã thÓ gi¶i thÝch ng¾n gän nh− sau: Khi t¨ng IC qu¸ mét gi¸ trÞ nµo ®ã th× b b¾t ®Çu gi¶m lµ do khi IC t¨ng nhiÒu lµm h¹t dÉn thiÓu sè t¹i Baz¬ t¨ng (h¹t dÉn tõ Emit¬ khuÕch t¸n sang) lµm t¨ng dßng t¸i hîp víi h¹t dÉn ®a sè cña Baz¬ lµm t¨ng dßng IB vµ g©y ra gi¶m b gi¶m do hai nguyªn nh©n chÝnh. Thø nhÊt lµ do ¶nh h−ëng cña ®iÖn dung tiÕp gi¸p Emit¬ vµ Colect¬. Ngoµi ra cßn do thêi gian bay cña h¹t dÉn qua Baz¬ cã h¹n nªn khi tÇn sè lín, chóng kh«ng kÞp ®Õn tíi tiÕp xóc Colect¬ th× tÝn hiÖu ®S ®æi chiÒu lµm gi¶m dßng IC còng nh− g©y sù dÞch pha gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p.

Quan hÖ gi÷a a

, b

®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

IE = IB + IC

Chia c¶ hai vÕ cho IC cã:

vµo dßng IC vµ tÇn sè tÝn hiÖu

β β1 +

vµ b

sÏ ®−îc:

Theo ®Þnh nghÜa a

I I

(3-10)

KÕt qu¶:

1 α

1 β

theo a

cã:

β =

α α-1

cã thÓ tÝnh ®−îc b

hoÆc ng−îc l¹i.

Hay tÝnh b Nh− vËy biÕt a

I =

I +

E I

B ) I1+

C β ( β

(3-11)

I +

@ (3-12)

Nh÷ng quan hÖ cÇn ghi nhí:

E β +1 α -1

3.2. C¸c d¹ng m¾c m¹ch c¬ b¶n cña BJT

Cã 3 d¹ng m¾c c¬ b¶n:

Baz¬ chung - Ký hiÖu CB (Common Base) Emit¬ chung - Ký hiÖu CE (Common Emitter) Colect¬ chung - Ký hiÖu CC (Common Colector)

Kh¸i niÖm ®iÓm chung cã thÓ hiÓu lµ ®iÓm chung cho m¹ch vµo vµ ra. Trong phÇn nµy kh¶o s¸t c¸c ®Æc tuyÕn tÜnh (chÕ ®é mét chiÒu) cña tõng d¹ng m¾c m¹ch. 3.2.1. M¹ch Baz¬ chung - BC

M¹ch BC ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-5 cho hai lo¹i BJT - PNP vµ NPN.

IE IC IC IE C C E E

B B UBE UCB UBE UCB EC EC EE IB

b) BJT lo¹i NPN

Víi m¹ch Baz¬ chung cã quan hÖ sau:

M¹ch vµo:

IE - dßng vµo, UBE - ®iÖn ¸p vµo

a) BJT lo¹i PNP H×nh 3-5: M¹ch Baz¬ chung ®èi víi tranzito lo¹i PNP vµ NPN.

( Uf

)

kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn tÜnh

CBU

const

ﬁ

M¹ch ra: IC - dßng ra

( Uf

)

UCB - §iÖn ¸p ra kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn tÜnh

const

Hä ®Æc tuyÕn vµo tÜnh ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-6 víi gi¸ trÞ kh¸c nhau cña UCB. §Æc tuyÕn gièng nh− nh¸nh ph¶i cña ®Æc tuyÕn V«n - Ampe cña §iot. Khi UCB t¨ng, ®Æc tuyÕn h¬i dÞch vÒ phÝa tr¸i (dßng IE t¨ng chót Ýt) lµ do UCB ph©n cùc ng−îc. Khi UCB t¨ng lµm t¨ng bÒ dÇy cña líp tiÕp xóc Colect¬ vµ më réng chñ yÕu vÒ phÝa Baz¬ (lµ vïng cã nång ®é h¹t dÉn thÊp) lµm cho kho¶ng c¸ch hiÖu dông gi÷a chuyÓn tiÕp Emit¬ vµ Colect¬ ng¾n l¹i vµ do ®ã lµm t¨ng dßng IE. §Æc tuyÕn vµo cã thÓ lý t−ëng ho¸ nh− h×nh 3-6b. Khi ®ã ®iÖn ¸p UBE ®−îc lÊy gi¸ trÞ cè ®Þnh lµ: 0,7V (Si) ; 0,3V (Ge)

ﬁ

UCB = 20V

IE (mA) IE (mA)

UCB = 10V

BJT lo¹i Si 8 8

UCB = 1V

6 6

4 4

2 2

UBE (V)

0,7 V 0, 0, 0, 0, 1 0, 0, 0, 0, 1 a) Hä ®Æc tuyÕn vµo b) §Æc tuyÕn vµo tuyÕn tÝnh ho¸ lý t−ëng

H×nh 3-6: Hä ®Æc tuyÕn vµo

( Uf

)

CBU

const

( Uf

)

Hä ®Æc tuyÕn ra tÜnh:

®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-7

const

Vïng tÝch cùc

IE = 5mA

Vïng bSo hoµ IE = 4mA

UCE thñng IE = 3mA

Vïng ®¸nh thñng IE = 2mA

IE = 1mA

IE = 0mA

UCB (V)

IC (mA)

20 0 15 5 ICB0 10 Vïng c¾t dßng

H×nh 3-7: Hä ®Æc tuyÕn ra tÜnh cña m¹ch Baz¬ chung

(

)

IUf CB

const

0. Vïng nµy tiÕp xóc Emit¬ ph©n cùc ng−îc, dßng IE

Vïng bJo hoµ: (Saturation Region) khi UCB £ 0. Vïng nµy dßng IC gi¶m rÊt nhanh vµ tiÕn tíi 0 khi UCB < 0. Trong vïng nµy tiÕp xóc Colect¬ ph©n cùc thuËn nªn c¶n l¹i dßng h¹t dÉn khuÕch t¸n tõ Baz¬ sang lµm cho dßng IC gi¶m tíi 0 khi UCB ‡ UtxC (UtxC lµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc t¹i tiÕp xóc Colect¬). Nh− vËy ë vïng bSo hoµ c¶ hai tiÕp xóc Emit¬ vµ Colect¬ ®Òu ph©n cùc thuËn. Vïng c¾t dßng: (Cutoff - Region) víi gi¸ trÞ IE £ = 0. T¹i vïng c¾t dßng c¶ hai tiÕp xóc ph©n cùc ng−îc. Vïng tÝch cùc: (Active - Region) ®©y lµ vïng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu. T¹i vïng nµy dßng IC t¨ng rÊt Ýt khi UCB t¨ng v× khi c¸c h¹t dÉn khuÕch t¸n qua ®−îc Baz¬ ®Òu ®Õn ®−îc tiÕp xóc Colect¬ vµ t¹o thµnh dßng IC. L−îng t¨ng nhá cña IC lµ do khi UCB t¨ng, tiÕp xóc Colect¬ më réng ra (chñ yÕu vÒ phÝa Baz¬) lµm gi¶m kh¶ n¨ng t¸i hîp h¹t dÉn t¹i Baz¬ tøc lµm gi¶m IB vµ IC t¨ng chót Ýt do IE gi÷ kh«ng ®æi. L−u ý: T¹i ®Æc tuyÕn víi IE = 0, dßng IC cßn mét gi¸ trÞ lµ dßng d− IC0 do h¹t dÉn thiÓu sè t¹o thµnh. Dßng nµy rÊt nhá. Trong m¹ch BC, dßng nµy cã ký hiÖu lµ ICB0. Theo (3-12) cã:

NÕu IE = 0 (hë m¹ch Emit¬) th× dßng ICB0 chÝnh lµ dßng Colect¬ khi hë m¹ch vµo Emit¬ (h×nh 3-8).

(3-13) IC = a IE + ICB0

I 0 EC

CB0

(3-14)

IE = 0

ICB0

th−êng < 1 ).

, a

H×nh 3-8: Dßng ICB0 trong m¹ch Baz¬ chung Vïng ®¸nh thñng: (Breakdown - Region) nÕu UCB qu¸ lín sÏ g©y nªn hiÖn t−îng ®¸nh thñng tiÕp gi¸p Colect¬ lµm dßng IC t¨ng ®ét ngét (®¸nh thñng Zener hay ®¸nh thñng th¸c lò hoÆc c¶ hai). Chó ý: §èi víi m¹ch m¾c kiÓu Base chung th−êng cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p tõ 50 ®Õn 300, hÖ sè khuÕck ®¹i dßng ®iÖn < 1 (do IC /IE = a

3.2.2. M¹ch Emit¬ chung - CE (Common Emitter)

M¹ch cã Emit¬ lµ ®iÓm chung cho m¹ch vµo vµ ra.

C IC IC IB C B B EC UCE EC UBE E E

EB EB IE IE

IB a) BJT lo¹i PNP b) BJT lo¹i NPN

H×nh 3-9: M¹ch Emit¬ chung ®èi víi tranzito lo¹i PNP vµ NPN

IC (mA)

90m A

80m A

UCE thñng

70m A

60m A

50m A

40m A

Vïng tÝch cùc( khuÕch ®¹i)

30m A

20m A

10m A

IB = 0m A

Hä ®Æc tuyÕn tÜnh lµ vµo vµ ra: Hä ®Æc tuyÕn ra : IC = f (UCE) IB = const IC dßng ra, UCE lµ ®iÖn ¸p ra, IB dßng vµo.

20 UCE (V)

UCE bh

Vïng ®¸nh thñng tiÕp gi¸p Colect¬ Vïng bSo hoµ

Hä ®Æc tuyÕn vµo: IB = f (UBE) UCE = const

IB(mA)

IB(MA)

UCE = 1V

100

UCE = 10V

UCE = 20V

UBE(V)

1 UBE(V)

ICE0 » b ICB0 Vïng c¾t dßng

c) §Æc tuyÕn vµo lý t−ëng b) Hä ®Æc tuyÕn vµo IB = f (UBE) UCE = const

H×nh 3-10: Hä ®Æc tuyÕn ra (a) vµ vµo (b ,c ) cña m¹ch Emit¬ chung - EC (BJT lo¹i NPN - Si).

Hä ®Æc tuyÕn ra: IC = f (UCE) IB = const cho thÊy ë ®©y còng gåm 4 vïng: Vïng tÝch cùc: (hay cßn gäi lµ vïng khuÕch ®¹i) khi tiÕp xóc Emit¬ ph©n cùc thuËn vµ tiÕp xóc Colector ph©n cùc ng−îc. C¬ chÕ t−¬ng tù nh− trong m¹ch Baz¬ chung - BC, nh−ng ë ®©y dßng IC cã t¨ng m¹nh h¬n khi UCE t¨ng (®é dèc ®Æc tuyÕn lín h¬n). Sù t¨ng nµy còng do ®é réng hiÖu dông cña miÒn Baz¬ hÑp l¹i do tiÕp xóc Colect¬ më réng ra khi UCE t¨ng lµm sè h¹t dÉn ®Õn ®−îc Colect¬ nhiÒu h¬n. Mét ®Æc ®iÓm cÇn l−u ý n÷a lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Æc tuyÕn kh«ng ®Òu nhau khi dßng IB thay ®æi mét l−îng nh− nhau (vÝ dô: Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®Æc tuyÕn víi IB = 10m A vµ IB = 20m A lín h¬n

0,3V.

C IB = 0 ICE0 E

kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®Æc tuyÕn øng víi IB =70m A vµ IB = 80m A). (L−u ý lµ ®èi víi m¹ch Baz¬ chung c¸ch gi÷a c¸c ®Æc tuyÕn ra lµ ®Òu h¬n). Vïng bJo hoµ: Khi c¶ hai tiÕp xóc Emit¬ vµ Colect¬ ph©n cùc thuËn. Khi nµy dßng IC t¨ng rÊt nhanh. §iÖn ¸p bSo hoµ UCE bh » Vïng c¾t dßng: N»m d−íi ®Æc tuyÕn øng víi IB = 0 øng víi c¶ hai tiÕp xóc Emit¬ vµ Colect¬ ph©n cùc ng−îc. Víi IB = 0, cã dßng d− - gäi lµ ICE0. Dßng nµy ®−îc x¸c ®Þnh nh− trªn h×nh 3-11 víi cùc Baz¬ hë (IB = 0).

H×nh 3-11: X¸c ®Þnh dßng ICE0 (øng víi cùc B hë IB = 0)

X¸c ®Þnh dßng ICE0 nh− sau:

IC = a IE + ICB0

IC = a (IC + IB) + ICB0

Hay: Rót ra:

=I C

αI B α-1

I CB0 α-1

Víi m¹ch CE, khi IB = 0 th× thµnh phÇn thø hai cña biÓu thøc (3-15) chÝnh lµ ICE0:

(3-15)

) ( I 1+= β

I CE0

CB0

I β CB0

0=IB

I CB0 -1 α

VËy:

CE0 β@ I I

CB0

0 = IB

C«ng thøc (3-16) cho thÊy dßng d− ICE0 trong m¹ch CE >> dßng d− ICB0 trong m¹ch BC. Dßng d− l¹i phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é, nªn m¹ch CE sÏ bÞ ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é nhiÒu h¬n lµ m¹ch CB.

Vïng ®¸nh thñng: Khi UCE qu¸ lín ®Õn mét gi¸ trÞ nµo ®ã lµm ®¸nh thñng tiÕp xóc

(3-16)

Colect¬. Khi ®ã dßng IC t¨ng vät. Hä ®Æc tuyÕn vµo: IB = f (UBE) UCE = const:

0,7V.

§Æc tuyÕn nµy còng gièng nh− ®Æc tuyÕn V«n - Ampe cña §iot b¸n dÉn. T¨ng UCE dßng IB gi¶m ®i ®«i chót Ýt do ®é réng hiÖu dông cña vïng Baz¬ hÑp l¹i lµm sù t¸i hîp gi¶m ®i tøc lµ dßng IB gi¶m (h×nh 3-10b). Tuy nhiªn sù thay ®æi dßng IB do t¸c ®éng cña UCE lµ nhá vµ ®Æc tuyÕn vµo IB = f(UBE) cã thÓ thay thÕ b»ng ®Æc tuyÕn vµo tuyÕn tÜnh lý t−ëng (h×nh 3-10c). Khi ®ã UBE @ 11

3.2.3. M¹ch Colect¬ chung - CC (Common Colector)

M¹ch Colect¬ chung - CC lµ m¹ch cã Colect¬ lµ ®iÓm chung cho m¹ch vµo vµ ra

m¹ch ®−îc m¾c nh− h×nh 3-12 ®èi víi 2 lo¹i Tranzito PNP vµ NPN.

E E B B EE UEC EE C UBC C

EB EB I

b) BJT lo¹i NPN

Hä ®Æc tuyÕn vµo vµ ra ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-13.

a) BJT lo¹i PNP H×nh 3-12: M¹ch Colect¬ chung - CC ®èi víi tranzito lo¹i PNP vµ NPN.

IE (mA) IB Vïng tÝch cùc (khuÕch ®¹i)

50m A

UEC = 5V UEC = 10V 50 40m A

40 30m A

20m A 30 Vïng bSo hoµ Vïng ®¸nh thñng IB = 20

10 IB = 0

10V UBC

4,3V

9,3V

10 15 UECbh Vïng c¾t dßng UEC (V) 6 5 4 3 2 1

b) Hä ®Æc tuyÕn vµo IB = f (UBC) UEC = const

a) Hä ®Æc tuyÕn ra IE = f (UEC) IB = const

H×nh 3-13: Hä ®Æc tuyÕn ra vµ vµo cña m¹ch Colect¬ chung - CC (BJT lo¹i NPN - Si) §Æc tuyÕn ra IE = f (UEC) IB = const gÇn nh− gièng hoµn t¹o ®Æc tuyÕn ra cña IC. V× vËy cã thÓ lÊy ®Æc tuyÕn ra cña m¹ch CE ¸p

m¹ch Emit¬ chung - CE v× dßng IE @ dông cho m¹ch CC víi sai sè kh«ng ®¸ng kÓ.

Tuy nhiªn ®Æc tuyÕn vµo IB = f (UBC) UEC = const cã d¹ng kh¸c h¼n so víi m¹ch CE vµ CB. §Æc tuyÕn cã d¹ng th¼ng ®øng nh− h×nh 3-13b, tøc lµ ®èi víi mét gi¸ trÞ cè ®Þnh cña UEC th× UBC còng kh«ng ®æi khi IB thay ®æi. §iÒu ®ã cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau:

§iÖn ¸p UBE trªn Tranzito ë chÕ ®é tÝch cùc (khuÕch ®¹i) th−êng Ýt thay ®æi vµ b»ng 0,7V ®èi víi BJT lo¹i Si vµ 0,3V ®èi víi BJT lo¹i Ge. Do vËy UBC = UEC - UBE còng kh«ng ®æi khi IE thay ®æi.

VÝ dô:

LÊy UEC = 5V, nÕu dïng BJT lo¹i Si th× UBE = 0,7V. VËy UBC = 5V - 0,7V = 4,3V. Gi¸ trÞ nµy kh«ng thay ®æi khi IB thay ®æi (h×nh 3-13b - ®Æc tuyÕn th¼ng ®øng thø nhÊt). B©y g×¬ lÊy gi¸ trÞ kh¸c cña UEC, vÝ dô UEC = 10V. Khi ®ã: UBC = UEC - UBE = 10V - 0,7V = 9,3V. Gi¸ trÞ nµy øng víi ®Æc tuyÕn th¼ng ®øng thø hai (h×nh 3- 13b). 3.3. Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT

BJT chØ lµm viÖc tèt vµ an toµn, Ýt mÐo tÝn hiÖu trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh c¸c tham sè cña chóng. §Ó biÓu diÔn giíi h¹n vïng lµm viÖc trªn ®å thÞ cã thÓ minh häa trªn hä ®Æc tuyÕn ra cña BJT trong m¹ch m¾c kiÓu CE (h×nh 3-14).

70m A IC max

60m A 20

50m A BSo hoµ 15 40m A

30m A

10 20m A Vïng lµm viÖc (chÕ ®é khuÕch ®¹i) IB =

5 IB = 0

0 UCE max UCE(V UCEbh 5 UCE0

PC max c¾t dßng H×nh 3-14: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT

0,3V

Trªn h×nh 3-14 cho thÊy vïng lµm viÖc cña BJT bÞ giíi h¹n bëi tham sè cùc ®¹i sau: : §iÖn ¸p bSo hoµ Colect¬ - Emit¬ th−êng UCE bh @

: Dßng ®iÖn Colect¬ cùc ®¹i. Ph¶i chän IC < ICmax : Dßng d− cña Colect¬ øng víi IB = 0 dßng nµy giíi h¹n vïng c¾t dßng. : §iÖn ¸p cùc ®¹i trªn Colect¬ - Emit¬ ®Ó tiÕp xóc Colect¬ kh«ng bÞ

UCE bh ⇒ ph¶i chän UCE > UCE bh IC max ICE0 UCE max ®¸nh thñng.

PCmax

: (t¹i nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh th−êng lµ T = 250C). C«ng suÊt nµy giíi h¹n dßng vµ ¸p sao cho tiÕp xóc Colect¬ kh«ng bÞ nung nãng qu¸ giíi h¹n. PCmax ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

PCmax = ICUCE

Khi lµm viÖc ph¶i ®¶m b¶o sao cho PC = IC UCE £

PCmax

Tuy nhiªn khi nhiÖt ®é t¨ng (th−êng kÓ tõ 250C) gi¸ trÞ PCmax sÏ bÞ gi¶m. §Æc tr−ng cho sù

Pcmax (Derating factor), ký hiÖu lµ g

Pcmax (th−êng ®−îc cho trong sæ

Pcmax lµ mW/0C. BiÕt g

gi¶m nµy, ng−êi ta ®−a kh¸i niÖm hÖ sè suy gi¶m g Pcmax. HÖ sè nµy cho biÕt cø t¨ng 10C (b¾t ®Çu tõ mét nhiÖt ®é nµo ®ã T0. Th«ng th−êng ®èi víi BJT c«ng suÊt nhá T0 = 250C) th× PC max bÞ gi¶m ®i bao nhiªu. §¬n vÞ cña g tay kü thuËt) cã thÓ tÝnh l−îng gi¶m c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i theo c«ng thøc sau:

Trªn h×nh 3-15 m« t¶ sù suy gi¶m gi¸ trÞ PCmax khi nhiÖt ®é t¨ng.

(3-

PCmax (T0) - PCmax(T) = g Pcmax(T-T0)

PCmax(mW)

600

500

g Pcmax = 5mW/0C

400

300

200

100

250C

T0C

60 80 100 120 140

(3-17)

H×nh 3-15: Suy gi¶m cña PCmax khi nhiÖt ®é t¨ng.

KÕt luËn: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT xÐt trªn cã thÓ tãm t¾t nh− sau:

UCE bh £ UCE £ IC £ ICE0 £ ICUCE £

UCEmax ICmax PCmax

Pcmax = 5mW/0C. HSy

Pcmax t¹i nhiÖt ®é T = 1250C.

(3-19)

VÝ dô 3-1: Cho BJT 2N4123 cã PCmax = 625mW ë nhiÖt ®é T0 = 250C. HÖ sè g x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c«ng suÊt g Gi¶i: Theo c«ng thøc (3-18) ta cã:

PCmax(T0) - PCmax(T) = g Pcmax (T - T0)

§Æt c¸c gi¸ trÞ ®S cho vµo c«ng thøc sÏ cho kÕt qu¶ sau:

625mW - PCmax(T) = 5mW/0C x (1250C - 250C) = 500mW

VËy c«ng suÊt tiªu t¸n cùc ®¹i t¹i 1250C sÏ lµ:

PCmax(1250C) = 625mW - 500mW = 125mW

3.4. Ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i vµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh (chÕ ®é 1 chiÒu)

BJT ®−îc øng dông rÊt réng rSi ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu. Tuy nhiªn ®Ó khuÕch ®¹i

®−îc cÇn cung cÊp chÕ ®é mét chiÒu cho BJT.

XÐt m¹ch Emit¬ chung d−íi ®©y lµm vÝ dô.

IC(mA) +Ec

IB= 0

40m A EC RC §-êng t¶i R1 IC RC 30m A C2 Q' C URA B UV IBQ = Q ICQ E Q’’ R2 10m A

UCE(V) EC UCEQ UCE UCE bh

a) M¹ch EC

b) X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh

H×nh 3-16: X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh cña m¹ch EC.

Cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh cho m¹ch ra:

EC = ICRC + UCE

§©y lµ ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i tÜnh. Do EC vµ RC cã gi¸ trÞ cho tr−íc kh«ng ®æi nªn ®©y lµ ph−¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh gi÷a IC vµ UCE. NÕu vÏ ®−êng th¼ng nµy cïng víi hä ®Æc tuyÕn tÜnh (h×nh 3-18b) th× nã c¾t trôc hoµnh t¹i ®iÓm UCE = EC vµ trôc trung t¹i ®iÓm IC = EC/RC (theo c«ng thøc 3-20).

Giao ®iÓm gi÷a ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i vµ ®Æc tuyÕn ra tÜnh gäi lµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q (h×nh 3-18b). Nh− vËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q cho mét to¹ ®é gåm 3 tham sè mét chiÒu: IBQ, ICQ vµ ICEQ vµ ®−îc viÕt lµ Q (IBQ, ICQ, UCEQ). Trªn h×nh 3-18b cho thÊy nÕu chän mét ®Æc tuyÕn kh¸c øng víi gi¸ trÞ IB kh¸c. VÝ dô IB = 30m A, sÏ cho ®iÓm lµm viÖc Q’, hay víi IB = 10m A øng víi ®iÓm Q’’.

(3-20)

Chó ý: §iÓm Q cÇn chän sao cho ph¶i n»m trong vïng khuÕch ®¹i kh«ng ®−îc v−ît ra

khái giíi h¹n cho phÐp (xem h×nh 3-14). Th−êng ®èi víi m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá Q th−êng ®−îc chän ë kho¶ng gi÷a ®−êng t¶i v× nã cho phÐp m¹ch lµm viÖc Ýt bÞ mÐo tÝn hiÖu ë chÕ ®é khuÕch ®¹i vµ biªn ®é cña tÝn hiÖu cã thÓ nhËn ®−îc lín h¬n.

3.5. Ph©n cùc cho BJT

Kh¸i niÖm ph©n cùc cã thÓ hiÓu lµ t¹o ®iÖn ¸p mét chiÒu sao cho phï hîp víi chÕ ®é lµm viÖc cña BJT. Víi chÕ ®é khuÕch ®¹i, c¸c ®iÖn ¸p cung cÊp cho BJT ph¶i ®¶m b¶o cho BJT lµm viÖc t¹i vïng khuÕch ®¹i (h×nh 3-14 ) tøc lµ:

(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) TiÕp gi¸p Emit¬ - Baz¬: Ph©n cùc thuËn

(cid:1) TiÕp gi¸p Colect¬ - Baz¬: Ph©n cùc ng−îc

Th«ng th−êng, ng−êi ta dïng mét (®«i khi dïng 2) nguån mét chiÒu ®Ó cÊp cho c¸c cùc cña BJT. Phô thuéc vµo c¸ch thøc t¹o c¸c ®iÖn ¸p mét chiÒu trªn c¸c cùc mµ ng−êi ta ph©n biÖt mét sè kiÓu ph©n cùc nh−:

- Ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh (hay ph©n cùc Baz¬) - Ph©n cùc b»ng dßng Emit¬ (hay ph©n cùc Emit¬) - Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p - Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬ - KÕt hîp cña c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n cùc trªn. 3.5.1. Ph©n cùc Baz¬ (hay ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh)

X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q.

Ph©n cùc Baz¬ cßn cã tªn gäi lµ ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh. H×nh 3-17 m« t¶

m¹ch CE ®−îc ph©n cùc Baz¬.

+Ec

RB IC RC IB C2 C Ra Vµo B C1 UBE E

H×nh 3-17: Ph©n cùc Baz¬. Trong h×nh 3-17 tô C1, C2 ®¶m b¶o sù c¸ch ly mét chiÒu víi ®Çu vµo vµ ra. §iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p ®Çu vµo ë chÕ ®é mét chiÒu: EC - IBRB - UBE = 0, vËy

EC = IBRB + UBE

UBE = 0,7V (BJT lo¹i Si) vµ

Víi gi¸ trÞ

UBE = 0,3V (lo¹i Ge)

Tõ ®©y cã thÓ x¸c ®Þnh IBQ tõ c«ng thøc (3-21)

(3-21)

=I BQ

U - E C R B

(3-22)

Râ rµng dßng IB ë ®©y chØ phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña ®iÖn trë RB mµ kh«ng phô thuéc vµo tham sè cña BJT vµ cè ®Þnh khi ta thay ®æi BJT cïng lo¹i (cïng Si hoÆc cïng Ge)

Dßng ICQ ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc.

ICQ = b IBQ

§iÖn ¸p UCEQ ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh ë m¹ch ra:

(3-23)

EC = ICRC + UCE

Tõ ®©y t×m ®−îc UCEQ

UCEQ = EC - ICQRC

(3-24)

VËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh bëi c¸c gi¸ trÞ IBQ, ICQ, UCEQ theo c¸c ph−¬ng tr×nh (3-

(3-25)

22) (3-23) vµ (3-24). NhËn xÐt: §iÓm lµm viÖc tÜnh Q (IBQ, ICQ, UCEQ) phô thuéc nhiÒu vµo gi¸ trÞ cña b (c«ng thøc 3-23 vµ 3-25)

• ChÕ ®é b+o hoµ vµ c¾t dßng.

0,3V

ë chÕ ®é bSo hoµ UCEbh @

CEbh

I Cbh

Khi ®ã dßng bSo hoµ Colect¬ b»ng U-E C R

Cã thÓ bá qua gi¸ trÞ UCEbh, khi ®ã:

(3-26)

I Cbh

E C R C

ë chÕ ®é c¾t dßng (off) dßng IC sÏ b»ng:

IC(off) = ICE0

(3-27)

Tuy nhiªn gi¸ trÞ ICE0 rÊt nhá nªn cã thÓ coi b»ng 0 vµ khi ®ã ë chÕ ®é c¾t dßng.

(3-28)

UCE off = EC

• Sù tr«i ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q khi nhiÖt ®é thay ®æi.

mµ gi¸

Nh− nhËn xÐt ë trªn do dßng ICQ còng nh− UCEQ phô thuéc nhiÒu vµo b t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng.

(3-29)

trÞ b thay ®æi kh¸ lín khi nhiÖt ®é thay ®æi. Th−êng b VÝ dô 3-2: XÐt m¹ch ph©n cùc Baz¬ theo h×nh 3-17 cho biÕt: EC = +8V ; RB = 360KW RC = 2,2KW dc = hFE = 100 ë T = 250C vµ

dc = hFE = 150 ë T = 1000C

T×m ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q t¹i nhiÖt ®é T = 250C vµ T = 1000C (BJT lµ lo¹i Si)

Gi¶i:

* ë nhiÖt ®é T = 250C

20,28

=I BQ

U-E C R

-8V 0,7V 360KΩ dcIBQ = 100 x 20,28m A

ICQ = b

= 2,028mA

)

UCEQ = EC - ICQRC = 8V - (2,028mA) (2KW

= 3,94V

VËy ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh bëi:

Q(IBQ = 20,28m A ; ICQ = 2,028mA ; UCEQ = 3,9V) t¹i T = 250C

* ë nhiÖt ®é T = 1000C:

IBQ = 20,28m A ICQ = b

dcIBQ = 150 x 20,28m A

= 3,04mA

)

UCEQ = EC - ICQRC = 8V - (3,04mA) (2KW

= 1,92V

§iÓm lµm viÖc tÜnh Q b©y giê ®−îc x¸c ®Þnh bëi:

Q(IBQ = 20,28m A ; ICQ = 3,04mA ; UCEQ = 1,92V) t¹i T = 1000C

So s¸nh ë hai nhiÖt ®é ta thÊy Q thay ®æi kh¸ nhiÒu

Cô thÓ:

t¨ng 150%

1,5 ICQ (T = 250C) ﬁ

gi¶m 50%

ICQ(T= 1000C) @ UCEQ (T = 1000C) @

0,5 UCEQ (T = 250C) ﬁ

(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) NhËn xÐt m¹ch ph©n cùc Baz¬:

- M¹ch ®¬n gi¶n

- Cã nh−îc ®iÓm: §iÓm lµm viÖc tÜnh Q phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é.

- øng dông: Chñ yÕu trong chÕ ®é chuyÓn m¹ch.

+Ec

3.5.2. Ph©n cùc Emit¬

• X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q.

IB RB IC RC C2 Ra C

M¹ch ph©n cùc Emit¬ cã ®Æc ®iÓm lµ dïng ®iÖn trë RE ë m¹ch Emit¬ (h×nh 3- 18)

Vµo B

H×nh 3-18: Ph©n cùc Emit¬.

XÐt ph−¬ng tr×nh ë m¹ch vµo ta cã: + EC - IBRB - UBE - IERE = 0, nh− vËy:

EC = IBRB + UBE + IERE

Do: IE = (b

+1) IB nªn thay vµo (3-30) sÏ ®−îc EC = IB [RB + (b

+ 1) RE

] + UBE

rót ra ®−îc:

(3-30)

U-E C BE ( +b +R B

) ER1

(3-31)

I CQ

I BQ

UE C ( b +

)1 E R+

Gi¸ trÞ UCEQ cã thÓ x¸c ®Þnh theo m¹ch ë ®Çu ra theo ph−¬ng tr×nh (¸p dông ®Þnh

luËt Kirchhoff vÒ ®iÖn ¸p vßng, theo chiÒu kim ®ång hå):

+ IERE + UCE + ICRC - EC = 0

EC = ICRC + UCE + IERE

Do IE @

IC nªn c«ng thøc trªn sÏ b»ng:

EC @ UCE + IC (RC + RE)

Tõ ®©y cã thÓ t×m ®−îc UCEQ:

- (3-32)

UCEQ = EC - ICQ (RC + RE)

§iÖn ¸p UE, UC, UB ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

UE = IE.RE;

Vµ ®iÖn ¸p tõ cùc C tíi ®Êt ®−îc x¸c ®Þnh: UCE = UC – UE ﬁ

UC = UCE + UE hay

UC = EC - ICRC

UB = EC – IBRB hay UB = UBE + UE

• ChÕ ®é b+o hoµ vµ c¾t dßng:

0,3V nªn cã thÓ bá qua so víi ®iÖn ¸p nguån

ë chÕ ®é bSo hoµ UCE bh, rÊt nhá »

th× dßng bSo hoµ sÏ b»ng:

(3-33)

I bh C

E C R +R C E

0 nªn:

ë chÕ ®é c¾t dßng (off), dßng IC »

(3-35)

UCE off = EC

(3-36)

• Sù tr«i ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q khi nhiÖt ®é thay ®æi.

Theo c¸c c«ng thøc ®S tÝnh to¸n ë phÇn trªn ®èi víi ICQ, UCEQ cho thÊy nh÷ng dc h¬n tr−êng hîp ph©n cùc Baz¬. V× vËy ®iÓm lµm

gi¸ trÞ nµy Ýt phô thuéc vµo gi¸ trÞ b viÖc tÜnh Q Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é h¬n. 3.5.3. Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p

+EC +Ec

R1 RC IC IC RC C2 Ra C C Rth B B

IB E Eth RE R2 IE RE

b) M¹ch t−¬ng ®−¬ng theo ®Þnh lý Thevenin

a) M¹ch chi tiÕt

M¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p rÊt hay ®−îc sö dông do tÝnh −u viÖt cña nã víi kh¶ n¨ng ®¶m b¶o æn ®Þnh m¹ch kh¸ tèt khi nhiÖt ®é thay ®æi. M¹ch ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-19. Vµo

H×nh 3-19: M¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p.

+EC

X¸c ®Þnh Rth? Tõ s¬ ®å m¹ch nguyªn lý ta cã:

IC RC

Rth = R1//R2

C R1 B

E R2 Rth R1 EC RE + +

X¸c ®Þnh Eth?

R2 Eth UR2 EC

Tõ h×nh vÏ trªn ta cã: UR2 = E -

R 2 +

R 1

Gi¸ trÞ IBQ ®−îc tÝnh theo m¹ch vµo cña h×nh 3-19b.

Eth = IBRth + UBE + IERE

Thay IE = (b

+ 1)IB sÏ ®−îc Eth = IB [Rth + (b

+ 1)RE

] + UBE

VËy t×m ®−îc:

UE th b + ( +

BE )1

R th

do IC = b IB ta cã:

- (3-39)

UE th ( b +

) 1+ R

R th

IE nªn EC = IC (RC + RE) + UCE

- (3-40)

§Ó t×m UCEQ sö dông ph−¬ng tr×nh m¹ch ra h×nh 3-19b. EC = ICRC + UCE + IERE Cã thÓ gi¶ thiÕt IC @ VËy:

UCEQ = EC - ICQ (RC + RE)

XÐt c«ng thøc (3-40) nÕu:

(3-41)

(3-42)

(b + 1) RE >> Rth ChÊp nhËn sai sè 10% nÕu lín h¬n 10 lÇn) khi ®ã ICQ sÏ b»ng: UE R

Trong c«ng thøc (3-43) ICQ kh«ng thÊy phô thuéc vµo b

- @ (3-43)

Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝnh xÊp xØ m¹ch ph©n ¸p

Tõ s¬ ®å m¹ch h×nh 3-19a ta cã: Ri = (b + 1) RE, nÕu Ri lín h¬n nhiÒu th× IB nhá h¬n I2 vµ I2 xÊp xØ b»ng I1 nh− vËy R2 nèi tiÕp víi R1. §iÖn ¸p qua R2(®iÖn ¸p UB) ®−îc x¸c ®Þnh bëi:

(1)

E C

R 2 +

R 1

R 2

Ri >>R2 UB Ri R2

b RE, ®iÒu kiÖn ®Ó x¸c ®Þnh

‡ 10R2.

IC nªn

khi Ri = (b + 1) RE » c«ng thøc (1) lµ: b b RE ‡ Lóc ®ã: UE = UB - UBE vµ IE = UE/ RE ; do IE » UCE = EC – IC(RC+RE).

• XÐt ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn sù thay ®æi cña Q:

LÊy vÝ dô 3-3 víi ®iÒu kiÖn:

- b b ‡ ‡

= 140

víi gi¸ trÞ míi lµ: b

= 70

Thay ®æi b TÝnh cho tr−ênghîp b

= 70 cho kÕt qu¶ nh− sau:

IBQ = 11,81m A ICQ = 0,83mA UCEQ = 12,46V

= 140 cho thÊy;

IBQ

140

So s¸nh víi kÕt qu¶ tÝnh ë trªn víi gi¸ trÞ b UCEQ ICQ 6,05m A 0,85mA 12,22V

0,83m A 0,83mA 12,46V

= 140 cho thÊy;

So s¸nh víi kÕt qu¶ tÝnh ë trªn víi gi¸ trÞ b Qua sè liÖu so s¸nh trªn cho thÊy kh¶ n¨ng æn ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh cña m¹ch

ph©n cùc b»ng ph©n ¸p lµ kh¸ tèt.

• ChÕ ®é b+o hoµ vµ c¾t dßng:

0,3V nªn cã thÓ bá qua so víi ®iÖn ¸p nguån

ë chÕ ®é bSo hoµ UCE bh rÊt nhá »

th× dßng bSo hoµ sÏ b»ng:

I bh C

max

E C R +R C E

0 nªn:

ë chÕ ®é c¾t dßng (off), dßng IC »

UCE off = EC

3.5.4. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬

M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬ còng c¶i thiÖn vÒ kh¶ n¨ng æn ®Þnh ®iÓm

+EC

I’ RC RB Ra C I C2 IB Vµo B C1 E

lµm viÖc cña m¹ch. S¬ ®å m¹ch ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-20.

H×nh 3-20: M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬

XÐt phÝa m¹ch vµo cã ph−¬ng tr×nh sau:

Trong ®ã I’C = IC + IB, do IB << IC nªn I’C = IC, IE @

EC – I’CRC - IBRB - UBE - IERE = 0, (*) IB

IC = b

Thay vµo (*) sÏ cã: EC – b

EC = b IBRC + IBRB + UBE + b

IB RC - IBRB - UBE - b IB RE = IB

IB RE = 0 [RB + b (RC+ RE)]+ UBE

VËy:

ﬁ

C b

BE +

)

UE + ( R C

- (3-44)

ICQ sÏ b»ng:

)

BE +

C b

ICQ = b IBQ UE ( + R C

EC = ICRC + UCE + IERE

- (3-45)

IE nªn

UCEQ = EC - ICQ (RC + RE)

TÝnh UCEQ theo ph−¬ng tr×nh m¹ch ra: do IC @ Còng t−¬ng tù nh− c¸c tr−êng hîp m¹ch ph©n cùc Emit¬, hay ph©n cùc b»ng ph©n ¸p nÕu trong c«ng thøc (3-45) thµnh phÇn b (RC + RE) >> RB (chÊp nhËn 10% sai sè nÕu llín h¬n 10 lÇn) th× ICQ cã thÓ tÝnh ®¬n gi¶n b»ng c«ng thøc:

(3-46)

UE C + R R C

Ghi chó: C¸c m¹ch ph©n cùc b»ng dßng Emit¬, ph©n ¸p hay håi tiÕp ®Òu cã mét ®iÓm chung lµ cã ®iÖn trë RE t¹i cùc Emit¬. ChÝnh ®iÖn trë nµy t¹o thµnh håi tiÕp ©m trong m¹ch nªn ®J c¶i thiÖn ®¸ng kÓ nhiÒu th«ng sè vµ lµm m¹ch æn ®Þnh h¬n khi nhiÖt ®é thay ®æi. Tuy nhiªn ®Ó tr¸nh gi¶m nhiÒu hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch, ®iÖn trë RE th−êng kh«ng chän lín qu¸ vµ th−êng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®iÒu kiÖn sau:

- (3-45a)

U =

E C 10

(3-47)

3.6. HÖ sè æn ®Þnh S

3.6.1. §Þnh nghÜa hÖ sè æn ®Þnh

Khi lµm viÖc, c¸c tham sè cña m¹ch cã thÓ bÞ thay ®æi do t¸c ®éng cña c¸c yÕu tè ®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é m«i tr−êng. Ng−êi ta ®S kh¶o s¸t vµ ®−a ra kÕt luËn víi nh÷ng sè liÖu sau:

t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng.

* HÖ sè b * UBE gi¶m kho¶ng 7,5mV khi nhiÖt ®é t¨ng 10C * Dßng IC0 t¨ng 2 lÇn khi nhiÖt ®é t¨ng thªm 100C

Trong b¶ng 3 -1 cho biÕt kÕt qu¶ kh¶o s¸t trªn mét lo¹i BJT th«ng dông. B¶ng 3-1:

UBE (V) 0,85 0,65 0,48 0,3

20 50 80 120

T (0C) -65 25 100 175

ICO (nA) 0,2 x 10-3 0,1 20 3,3 x 103

§Ó ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh cña m¹ch khi c¸c tham sè thay ®æi, ng−êi ta dïng hÖ

NÕu lÊy dßng IC lµ tham sè cã kh¶ n¨ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do vµ

Qua b¶ng 3-1, cã thÓ thÊy t¹i nhiÖt ®é trong phßng T = 250C, IC0 = 0,1nA, nh−ng ë 1000C ICO = 20nA t¨ng 200 lÇn. sè æn ®Þnh S. nhiÒu yÕu tè t¸c ®éng (®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é thay ®æi g©y nªn sù thay ®æi cña ICO, b UBE dÉn ®Õn thay ®æi ®iÓm lµm viÖc tÜnh), kh¶o s¸t c¸c hÖ sè æn ®Þnh sau:

* HÖ sè æn ®Þnh theo ICO

( IS

(3-48)

I I

* HÖ sè æn ®Þnh theo b

(

)

(3-49)

CI b

* HÖ sè æn ®Þnh theo UBE

( US

(3-50)

I U

Theo ®Þnh nghÜa, gi¸ trÞ S cµng nhá, m¹ch cµng æn ®Þnh, tr−êng hîp lý t−ëng th×

S = 0

T¸c ®éng tæng thÓ cña sù thay ®æi ICO, b

, UBE sÏ g©y nªn sù thay dæi cña dßng IC

t−¬ng øng.

(3-51)

D IC = S(ICO) D ICO+ S(b )D

+ S(UBE)D UBE

Qua tÝnh to¸n ng−êi ta ®S rót ®−îc c¸c biÓu thøc x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ S theo tõng

c¸c ph©n cùc. 3.6.2. HÖ sè æn ®Þnh cho c¸c lo¹i m¹ch ph©n cùc

)

( = b

)1+

Ng−êi ta ®S rót ®−îc c¸c biÓu thøc tÝnh to¸n sau: • Ph©n cùc baz¬ (ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh).

(3-52)

( COIS

)

( b

(3-53)

CI b

)

( US

(3-54)

• Ph©n cùc Emit¬

)

(

( IS

) 1

(3-55)

(

+ RR 1 B ) ++ 1

E RR B

+ 1) th×:

NÕu RB/RE >> (b

+ 1

(3-55a)

S(ICO) = b

NÕu RB/RE << 1

(3-55b)

S(ICO) = 1

(

)

(3-56)

)

( 1 1 b +

I C ( 1

) RR B E + RR B

ë ®©y b

2 lµ gi¸ trÞ hÖ sè khuÕch ®¹i míi do thay ®æi nhiÖt ®é so víi gi¸ trÞ b

1 ban

®Çu.

)

( US

(3-57)

(

b b

) 1+ R

NÕu (b

+ 1)RE >> RB sÏ cã:

)

( US

(3-57a)

1 R

• Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p.

)

(

( IS

) 1

(3-58)

( b

+ 1 RR th ) ++ 1

E RR th

+ 1 th×:

NÕu Rth/RE << b

(3-58a)

1 + Rth/RE

S(IC0) @

(

)

(3-59)

)

( 1 1 b +

) RR th E + RR th

- @

I C ( 1 2 lµ gi¸ trÞ míi do nhiÖt ®é thay ®æi so víi gi¸ trÞ ban ®Çu b

)

( US

(3-60)

( b

R th

) 1+ R • Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬ (RE = 0)

)

( b

( IS

) 1

(3-61)

(

+ 1 RR B C ) ++ 1 RR C B

)

( b

(3-62)

] )

( RI C 1 [ + R

) + R C ( 1 b +

)

( US

(3-63)

(

B R C b ) 1+ R C

, IC0, UBE g©y nªn nÕu nhiÖt ®é thay ®æi tõ 250C ®Õn

IC do c¸c yÕu tè b

VÝ dô 3-4: TÝnh ®é thay ®æi cña D 1000C (c¨n cø theo sè liÖu tõ b¶ng 3-1) Gi¶i: Theo b¶ng 3-1 cã: Khi nhiÖt ®é thay ®æi tõ 250C ®Õn 1000C.

D IC0 = 20nA - 0,1nA = 19,9nA

= 80 - 50 = 30

D UBE = 0,48V - 0,65V = -0,17V

* Víi m¹ch ph©n cùc Baz¬

Chän ICQ = 2mA, RB = 240KW

(

D b

) D+ 1

(3-64)

I C b

§Æt c¸c gi¸ trÞ trªn vµo c«ng thøc (3-64) sÏ cã

)

(

)

D D - D

( 50

)( 9,191

7,0

30.

I C

50 K 240

2 mA 50

m 01,1

42,35

1200

236

Nh− vËy dßng IC sÏ thay ®æi tõ gi¸ trÞ 2mA tíi 3,236mA. * Víi m¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p:

Chän Rth/RE = 2 RE = 4,7KW

Khi ®ã sÏ cã c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ®−îc nh− sau:

S(IC0) = 2,89

S(b ) = 1,445 x 10-6 S(UBE) = -0,2 x 10-3

VËy D IC = (2,89) (19,9nA) - 0,2 x 10-3 (-0,17V) + 1,445 x 10-6 x (30)

= 57,51nA + 34m A + 43,4m A = 0,077mA Nh− vËy IC sÏ thay ®æi tõ gi¸ trÞ 2mA ®Õn gi¸ trÞ 2,077mA.

- - D W

So s¸nh kÕt qu¶ cña hai ph−¬ng ph¸p ph©n cùc cho thÊy râ rµng ph©n cùc b»ng ph©n ¸p cho ®é æn ®Þnh cao h¬n rÊt nhiÒu so víi ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh. 3.7. Ph−¬ng ph¸p lùa chän ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q dùa trªn c¸c tham sè vµ

®Æc tÝnh cña BJT

Trong thùc tÕ, c¸ch x©y dùng m¹ch vµ lùa chän ph−¬ng ¸n ph©n cùc c¨n cø vµo môc ®Ých thiÕt kÕ nh− ®ßi hái ®é æn ®Þnh m¹ch cao, hoÆc c¸c chØ tiªu kh¸c nh− trë kh¸ng vµo lín .v.v. ®Ó chän ph−¬ng ¸n ph©n cùc vµ chän lo¹i BJT. §Ó cã thÓ chän ®iÓm lµm viÖc mét c¸ch hîp lý, tÝn hiÖu Ýt mÐo, th× ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc chän ë kho¶ng gi÷a vïng tuyÕn tÜnh nh− h×nh 3-21. Trªn h×nh m« t¶ c¸c ®iÓm quan träng trªn ®Æc tuyÕn cña BJT (m¹ch EC).

E C R C

Q Q

IBQ

ICQ

IB = 0

UCEoff

UCE

UCEbh

UCEQ

H×nh 3-21. Lùa chän ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q dùa trªn tham sè vµ ®Æc tÝnh cña BJT (m¹ch EC)

Trªn thùc tÕ ng−êi ta th−êng chän nh− sau: Dßng Colect¬ bSo hoµ ICbh ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng b»ng:

(3-65)

Cbh

E R C

(3-66)

UCE OFF @

0,3V).

Dßng ®iÖn Colect¬ t¹i ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q lµ ICQ th−êng ®−îc chän b»ng mét

Gi¸ trÞ UCE OFF (®iÖn ¸p UCE øng víi ®iÓm c¾t dßng IB = 0) gi¶ thiÕt gÇn ®óng b»ng: C«ng thøc (3-65) vµ (3-66) víi gi¶ thiÕt ®iÖn ¸p bSo hoµ Colect¬ - Emit¬ UCE bh » (Thùc tÕ UCE bh » nöa cña IC bh cã nghÜa lµ:

(3-67)

Cbh

1= 2

NÕu m¹ch ph©n cùc dïng RE th× ®iÖn ¸p sôt trªn RE lµ UE = IERE th−êng ®−îc

chän nh− sau:

(0,1 ‚

(3-68)

UE @

0,3)EC

(3-69)

UE @ 0,1 EC

Dùa trªn c¸c ®iÒu kiÖn chän nh− trªn ®Ó vËn dông trong c¸c tr−êng hîp thiÕt kÕ

VÝ dô 3-5: ThiÕt kÕ m¹ch cÊp chÕ ®é mét chiÒu cho m¹ch khuyÕch ®¹i dïng BJT lo¹i npn cã ®é

vµ th«ng th−êng chän: tuú theo c¸c yªu cÇu mµ bµi to¸n ®Æt ra. æn ®Þnh cao ®iÓm c«ng t¸c tÜnh. Nguån cung cÊp EC = 20V; BJT dïng lo¹i 2N4401. Gi¶i: C¨n cø vµo yªu cÇu trªn, m¹ch ph©n cùc ®−îc x©y dùng dùa trªn m¹ch ph©n ¸p nh− h×nh 3-22a. Trong nhiÒu tr−êng hîp viÖc x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ cña ®iÓm lµm viÖc tÜnh cña m¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p sÏ ®¬n gi¶n h¬n. XÐt m¹ch ph©n ¸p R1,R2 vµ m¹ch vµo cña Tranzito. PhÇn trë kh¸ng vµo RV chÝnh lµ thµnh phÇn (b +1) RE trong c«ng thøc tÝnh IBQ cña m¹ch (3-70) ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 3- 22b

(3-70)

RV = (b

+1) RE .

NÕu dßng IB << I1, I2 (lµ ®iÒu kiÖn th−êng ®−îc sö dông khi thiÕt kÕ m¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh h¬n; ICQ kh«ng phô thuéc vµo b ).

Khi gi¸ trÞ:

RV = (b

+1) RE >> R2 (3-71)

Khi ®ã dßng ®iÖn IB rÊt nhá so víi dßng I1 vµ I2 vµ cã thÓ bá qua, tøc lµ: I1 = I2.

VËy ®iÖn ¸p trªn Baz¬ UB cã thÓ tÝnh ng¾n gän theo c«ng thøc:

(3-72)

RE C 2 + R R 1

(3-73)

+1) RE

§iÒu kiÖn (3-71) cã thÓ chÊp nhËn víi sai sè 10% nÕu: b RE ‡ 10R2

+EC

I1

R1

RC

I1

R1

IC

IB

B

IB

R2

I2

RV

I2

RE

R2

VËy nÕu ®iÒu kiÖn b RE ‡ 10R2 tho¶ mSn th× cã thÓ sö dông c«ng thøc (3-72) ®Ó tÝnh UB, hoÆc trong nhiÖm vô thiÕt kÕ ®Ó chän m¹ch ph©n ¸p R1,R2 cho hîp lý cã thÓ dïng ®iÒu kiÖn (3-73) ®Ó tÝnh to¸n.

IE

a) M¹ch phËn cùc b»ng ph©n ¸p

b) M¹ch t−¬ng ®−¬ng phÝa vµo cña tranzito

H×nh 3-22: Chän m¹ch ph©n cùc cho m¹ch khuyÕch ®¹i.

Dùa trªn sè liÖu trong sæ tay kü thuËt cña BJT 2N4401 cã mét sè tham sè sau:

= 150

2N4401 lµ lo¹i chÕ t¹o b»ng vËt liÖu Si, b §iÖp ¸p Colect¬ - Emit¬ lµm viÖc tèt ë gi¸ trÞ UCE = 10V Dßng Colect¬ bSo hoµ: ICbh = 4mA VËy c¨n cø theo c¸c ®iÒu kiÖn chän nh− sau:

+ Dßng Colect¬ sÏ chän lµ:

mA 2

Cbh 2

+ §iÖn ¸p trªn RE chän b»ng 0,1 EC UE = 0,1 EC = 0,1 x 20V = 2V + §iÖn ¸p Colect¬ - Emit¬ UCEQ = 10V VËy dßng Baz¬ sÏ lµ:

3,13

I CQ b

mA 2 150

Dßng IE »

ICQ = 2mA

VËy ®iÖn trë RE ®−îc x¸c ®Þnh b»ng:

1 K

U I

2 V mA 2

§iÖn trë RC b»ng:

2 V

CEQ

R C

10 V mA 2

UB = UR2 = UBE + UE = 0,7V + 0,2V = 2,7V

B©y giê x¸c ®Þnh ®iÖn trë ph©n ¸p R1 vµ R2. §iÖn ¸p trªn Baz¬ UB so víi ®iÓm ®Êt lµ: ¸p dông ®iÒu kiÖn b RE ‡

10 R2 ( lµ ®iÒu kiÖn ®Ó ®iÖn ¸p trªn Baz¬ UB kh«ng phô

- - - - W

150

thuéc vµo IB, ®¶m b¶o cho m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh h¬n); tõ ®Êy rót ra: 1 K 10

R E 10

VËy theo c«ng thøc ta cã:

W · W

7,2

V +

W ·

15 K 15 K

RE 2 C + R R 1

20 R 1

Rót ra: R1 = 96 KW

KÕt luËn: KÕt qu¶ tÝnh to¸n cã thÓ thèng kª l¹i nh− sau

§iÓm lµm viÖc tÜnh Q (IBQ = 13,3 m A, ICQ = 2mA., UCEQ = 10V)

RC = 4K ; RE = 1K R1 = 96KW

; R2 = 15KW

3.8. BJT chuyÓn m¹ch

3.8.1. ChÕ ®é chuyÓn m¹ch cña BJT

• ChuyÓn m¹ch lý t−ëng

Trong c¸c thiÕt bÞ kü thuËt sè nh− m¸y tÝnh, hoÆc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn, BJT ®−îc sö

dông nh− mét phÇn tö chuyÓn m¹ch. Trong tr−êng hîp nµy BJT chØ lµm viÖc ë hai chÕ

®é ph©n biÖt râ rµng: DÉn (on) - hoÆc cßn gäi lµ ®ãng vµ kho¸ (off) - hoÆc cßn gäi lµ

ng¾t nh− mét c«ng t¾c. Víi gi¶ thiÕt c«ng t¾c lý t−ëng, th× khi BJT dÉn h¹ ¸p trªn nã

b»ng 0 vµ khi kho¸ dßng ch¶y qua sÏ b»ng 0 (h×nh 3-23).

+EC

BJT

a) BJT chuyÓn m¹ch b) ChÕ ®é dÉn (®ãng) UCE = 0 c) ChÕ ®é kho¸ (ng¾t) IC= 0 H×nh 3-23: BJT lµm viÖc nh− mét chuyÓn m¹ch lý t−ëng.

3.8.2. ChÕ ®é c¾t dßng vµ b·o hoµ cña BJT

0,3V) (h×nh 3-24).

(0,1 ‚

Kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn V«n - Ampe cña BJT cho thÊy víi s¬ ®å EC, ë chÕ ®é c¾t dßng (cut off) øng víi IB = 0 vµ IC = ICE0; ë chÕ ®é bSo hoµ ®iÖn ¸p Colect¬ - Emit¬ sÏ lµ UCEbh @

0, vµ chÕ

Th«ng th−êng ICE0 nhá nªn cã thÓ gi¶ thiÕt r»ng ë chÕ ®é c¾t dßng IC off @

0. Khi ®ã ta ®−îc mét chuyÓn m¹ch b»ng BJT lý t−ëng. Trªn (h×nh

®é bSo hoµ UCE bh @ 3-24a) m« t¶ m¹ch dïng BJT ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch vµ c¸ch x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc ë

chÕ ®é bSo hoµ vµ c¾t dßng (h×nh 3-24b).

URa

IC(mA)

+EC

EC/RC

Qon

+EC

ICbh

Qoff

UCE(V)

UCEbh

ICE0 @

a) C¸ch m¾c BJT ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch

b) C¸ch x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cña BJT ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch

H×nh 3-24: BJT ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch.

Theo (h×nh 3-24b) víi gi¶ thiÕt lý t−ëng (IC off = 0, UCE bh = 0) th× ®iÓm lµm viÖc t¹i chÕ ®é bSo hoµ - øng víi ®iÓm Qon vµ chÕ ®é ng¾t - øng víi ®iÓm Qoff. Khi lµm viÖc ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch on-off, ®iÓm lµm viÖc cña BJT sÏ chuyÓn ®æi tõ ®iÓm Qoff sang ®iÓm Qon vµ ng−îc l¹i.

T¹i Qon dßng ®iÖn qua BJT sÏ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i bSo hoµ ICbh vµ b»ng:

bhC

E R

(3- 74)

T¹i Qoff ®iÖn ¸p Colect¬ - Emit¬ sÏ b»ng nguån Ec:

UCEoff = EC

(3- 75)

Cbh

bhB

I b

(3- 76)

BiÕt gi¸ trÞ cña ICbh cã thÓ tÝnh ®−îc dßng baz¬ bSo hoµ:

Trªn thùc tÕ khi tÝnh ®−îc gi¸ trÞ IBbh theo c«ng thøc (3-76) ng−êi ta th−êng chän IB lín h¬n IBbh mét chót ®Ó ch¾c ch¾n ®iÓm lµm viÖc s¸t h¬n víi chÕ ®é bSo hoµ lý t−ëng. Do BJT kh«ng ph¶i lµ phÇn tö lý t−ëng nh− ®S nªu ë trªn, nªn khi ®ãng vµ ng¾t

BJT vÉn tån t¹i mét ®iÖn trë nhÊt ®Þnh. Cã thÓ x¸c ®Þnh chóng nh− sau:

§iÖn trë BJT bSo hoµ khi dÉn Rbh.

(3- 77)

bhC

§iÖn trë BJT khi kho¸ Roff

off

E I

CEO

(3- 78)

®Õn vµi chôc W

Tuú vµo c«ng suÊt cña BJT th«ng th−êng Rbh cì 0,1W

; cßn Roff

cì hµng tr¨m KW

®Õn vµi MW

3.9. BJT lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá.

3.9.1. Kh¸i niÖm

- KhuÕch ®¹i thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh xö lý

th«ng tin t−¬ng tù.

+Ec

- §Ó ®¶m b¶o c«ng t¸c cho tÇng khuÕch ®¹i, m¹ch ra vµ vµo ph¶i cã thµnh phÇn dßng vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu.

R1 IC RC C2 Ra C C1 + B Vµo

3.9.2. BiÕn ®æi s¬ ®å m¹ch nguyªn lý

sang s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng

Ph−¬ng ph¸p: - Ng¾n m¹ch nguån mét chiÒu tíi ®Êt - Ng¾n m¹ch tÊt c¶ c¸c tô ®iÖn - VÏ l¹i s¬ ®å m¹ch ë d¹ng thuËn tiÖn vµ cã logic. H×nh 3-25

UO RS C3 Ui RE R2 VS IE

Ii R1 RC C Io B Ra C + + + B Vµo + Zi RS Zo E UO E UO RS Ui R2//R RC VS

⇒

Ui R2 VS

H×nh 3-26: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch khuÕch ®¹i

H×nh 3-25: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng

ë chÕ ®é tÝn hiÖu nhá

3.9.3. Mét sè tham sè c¬ b¶n trong m¹ch khuÕch ®¹i

Ii Io

Transistor lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i gièng nh− m« h×nh hÖ thèng hai cæng (m¹ng 4 cùc)

Ui Zo Zi + UO -

+ Trë kh¸ng vµo – Zi

Zi =

Ui Ii

Zo =

+ Trë kh¸ng ra – Zo Uo Io

+ HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p - KU

KU =

Uo Ui

+ HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn - Ki

Ki =

Io Ii

Trong tr−êng hîp m¹ch cã t¶i ë ®Çu ra:

Ii =

vµ Io = -

Ui Zi

Uo LR

Ii Io + + Zi RL Ui UO

ﬁ

= -

Ki =

Io = - Ii

/ RUo L ZiUi /

. ZiUo LRUi .

vËy Ki = -Ku

Zi LR

3.9.4. §−êng t¶i vµ ®iÓm lµm viÖc ®éng

XÐt m¹ch sau:

+Ec

- §−êng t¶i mét chiÒu (®S biÕt c¸ch vÏ) - §−êng t¶i xoay chiÒu: ë chÕ ®é xoay RL cã t¸c

’ ®iÖn trë t¶i xoay

chiÒu th× C2 ng¾n m¹ch ﬁ dông tíi m¹ch, ta cã: ’ = RC// RL, trong ®ã: RL

’

ICQ+ UCEQ/RL

RB IC RC IB C2 C Ra Vµo B RL C1 UBE E

’

E C R C

UCEQ/RL

Q Q

IBQ

ICQ

IB = 0

®−êng t¶i xoay chiÌu

UCE

UCEbh

’

ICQ. RL

UCEQ

UCEQ + ICQ. RL

RL chiÒu ë ®Çu ra. - §iÓm lµm viÖc Q ë hai chÕ ®é trïng nhau. 3.9.5. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè vËt lý - re 3.9.5.1. Kh¸i niÖm

M« h×nh tham sè re dïng mét diode vµ nguån dßng ®iÒu khiÓn ®Ó t¶ qu¸ tr×nh häat ®éng cña T ë vïng cÇn quan t©m. C¸c bé khuÕch ®¹i dïng T ®−îc xem nh− lµ mét linh kiÖn ®iÒu khiÓn dßng. 3.9.5.2. Sù chuyÓn ®æi c¸c m« h×nh m¾c cña T sang S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè vËt lý - re * M« h×nh Base chung

IC IE IE IC E C E C IC= a IE

H×nh 3-31b. M« h×nh tham sè re t−¬ng øng

H×nh 3-31a. M« h×nh m¾c B chung

Tõ s¬ ®å trªn ta thÊy r»ng khi tiÕp gi¸p E-B ph©n cùc thuËn th× nã t−¬ng ®−¬ng nh− mét diode. Nguån dßng Ic = a IE víi dßng ®iÒu khiÓn lµ IE tõ ®Çu vµo. MÆt kh¸c, ®iÖn trë xoay chiÒu cña Diode rD = 26mV/ID , ID lµ dßng mét chiÒu cña D

B B B

(3-79)

Tõ h×nh 3-31b ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®iÖn trë xoay chiÒu cña D: re =

mV EI

ChØ sè e cña re ®Ó nhÊn m¹nh r»ng gi¸ trÞ ®iÖn trë xoay chiÒu cña D lóc nµy ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua dßng Emitter. Ta cã s¬ ®å thay thÕ sau: Tõ h×nh 3-32 ta cã:

IC IE

E C

IC= a IE

B B

+ trë kh¸ng vµo Zi = re , Zi trong m¹ch ®Õn 50W . ¥ , hë m¹ch ®Çu ra.

¥ ¥

H×nh 3-32. S¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng tham sè re m¾c B chung

+ §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p , ta xÐt tr−êng hîp cã t¶i ë ®Çu ra.

nµy th−êng cã gi¸ trÞ tõ vµi W + trë kh¸ng vµo Zo = ¥ Thùc tÕ, Zo cã gi¸ trÞ vµi MW tõ s¬ ®å m¹ch ta cã:

Uo = - IoRL = - (-IC)RL = a IE RL

IC= a IE IE E + + Zi C IO Zo Ui Uo RL

- - Vµ Ui = IE Zi = IE re B B

HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p KU =

U O U

IeRa rI ee

ﬁ

H×nh 3-33. S¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng tham sè re m¾c B chung cã t¶i ®Çu ra

KU =

Ra r e

ﬁ

i c

= - a

HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn Ki =

i O i i

i e

ia- i e

- ﬁ

IE IC IE IC

víi Transistor lo¹i npn th× m« h×nh tham sè re t−¬ng øng cã d¹ng:

E C E C

IC= a IE

(b)

(a)

B B B

H×nh 3-34. a) m« h×nh T(npn) m¾c B chung. b) M« h×nh tham sè re t−¬ng øng

VÝ dô ¸p dông:

4KW

C1 IE C2 + +

= 0.98; T(Si).

Ui RL Zi UO ZO VEE VCC - -

Cho s¬ ®å m¹ch sau: Víi RE = 1KW , RC = 4KW , RL = 1KW , VEE = 2V; VCC = 5V; a TÝnh Zi; ZO; KU; Ki = ? Gi¶i ChuyÓn sang s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng tham sè re tõ s¬ ®å m¹ch nguyªn lý.

IE IC= a IE + +

+ Zi = RE//re;

mµ re = 26mV/IE;

I Zi Uo Ui RL

7.0

IE =

- - -

V - R E

2 V K 1 re = 26mV/1.3mA = 20W

1.3mA ﬁ VËy Zi = 19.61W + ZO = RC = 5KW ; a

8.0 K

R C

= 40

W »

+ KU =

R // L r e

-1

+ Ki = -a * M« h×nh Emitter chung

C IC C IB C IC =b IB B B I I E

H×nh 3-35

H×nh 3-36

IC =b IB= B I

Zi =

Tõ h×nh 3-36 ta cã Ui = Ii

+ + Ui UBE

b Ib re

U BE Ib Mµ UBE cã thÓ ®−îc tÝnh bëi: Ui = UBE = IE re »

H×nh 3-37

VËy Zi =

- - E

= b re

rI eb Ib

IB= IC =b

B + + r Ui UBE

+ trë kh¸ng ra: ZO = ro (®iÖn trë trong gi÷a C vµ E), th−êng gi¸ trÞ cña rO lµ ¥ ⇒ ta cã m« h×nh t−¬ng ®−¬ng sau: + §Ó tÝnh hÖ sè KU, Ki trong tr−êng hîp nµy ta xem T nh− mét m¹ng 4 cùc vµ cã t¶i ë ®Çu ra. (H×nh 3-39)

H×nh 3-38

- - E

tõ h×nh 3-39 ta cã: + Uo = - IoRL= -ICRL = -b Ib RL + Ui = Ii Zi = Ib b re

H×nh 3-39

Ii = Io= IC=b + + Zi = ZO RL Ui UO b

= -

⇒ KU =

U O U

RI b L b r e

R L r e

= b

⇒ Ki =

i c i b

ib i b

i O i i

* M« h×nh Collector chung: hÇu nh− gièng m« h×nh Emitter chung, ë môc sau ta sÏ xÐt cô thÓ. 3.9.6. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h (hybrid)

3.9.6.1. Kh¸i niÖm

+ h12Uo + h22Uo

XÐt s¬ ®å m¹ng bèn cùc sau: Ui = h11Ii Io = h21Ii Trong ®ã:

- 2

Ii Io 2 1 + Zo + UO Zi Ui - 1

H×nh 3-40

h11 trë kh¸ng vµo (hi) h12 tØ sè chuyÓn ®æi ®iÖn ¸p ng−îc vµo/ra (hr) h21 tØ sè chuyÓn ®æi dßng ®iÖn thuËn ra/vµo (hf) h22 tham sè dÉn n¹p ®Çu ra (ho)

)

h11 =

oU = 0 (W

h21 =

oU = 0

I o I

‰

h12 =

h22 =

iI = 0

iI = 0 (S) - Siemens

U ‰ U

I o U

+ h12Uo , theo ®Þnh luËt

‰

Ii h11

Ta cã c¸c tr−êng hîp: + XÐt Uo = 0 (ng¾n m¹ch ®Çu ra tíi ®iÓm mass) U ‰ I + Khi Ii = 0. Tõ ph−¬ng tr×nh Ui = h11Ii Kirchhoff vÒ ®iÖn ¸p ta cã s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng:

h12.Uo

Ui -

H×nh 3-41

+ h22Uo , theo ®Þnh luËt Tõ ph−¬ng tr×nh Io = h21Ii Kirchhoff vÒ dßng ®iÖn ta cã s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng:

h22 UO h21Ii

H×nh 3-42

) nh−

trong s¬ ®å m¹ch tham sè h22 lµ dÉn n¹p, l¹i ®−îc ký hiÖu lµ ®iÖn trë (cã ®¬n vÞ W vËy nã lµ nghÞch ®¶o cña h22

tõ hai s¬ ®å trªn kÕt hîp l¹i, nhËn ®−îc mét s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng tham sè h

ﬁ

Io Ii hi + +

hr.Uo ho UO hfIi Ui -

H×nh 3-43

hoµn chØnh ë chÕ ®é ac nh− sau: 3.9.6.2. ChuyÓn ®æi c¸c m« h×nh cña transistor sang s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h kh«ng ®Çy ®ñ * M« h×nh Emitter chung:

Ib B hie IC Ib + C + C + hoe hre.UC hfeI + B UCE UBE UBE UCE IE - E - IE E

H×nh 3-44a: S¬ ®å E chung

H×nh 3-44b: S¬ ®å tham sè h cña E chung

IB C + + B Zi hfe.I hie hoe Ui Uo

; hoe = 1/r0; hfb = -a

vµ hib = re;

re; hfe = b

Tõ s¬ ®å h×nh 3-44b ta thÊy: Ii = Ib, Io = Ic, ®iÖn ¸p vµo Ui = UBE, ®iÖn ¸p ra Uo = UCE. PhÇn chØ sè cña tham sè hr, hf, ho, hi thªm e vµo sau ®Ó ph©n biÖt ®ã lµ m« h×nh E chung. » 0), do vËy, hrUCE = 0 t−¬ng ®−¬ng víi Th«ng th−êng, hr lµ mét ®¹i l−îng rÊt nhá (hr viÖc ng¾n m¹ch. Trë kh¸ng ®−îc tÝnh tõ 1/h0 th−êng cã gi¸ trÞ rÊt lín nªn ®−îc bá qua (hë m¹ch) khi m¾c // víi ®iÖn trë t¶i. M¹ch ë h×nh 3-44b b©y giê t−¬ng ®−¬ng víi h×nh bªn (s¬ ®å tham sè h kh«ng ®Çy ®ñ). C¸c tham sè h vµ c¸c tham sè trong s¬ ®å tham sè vËt lý re cã mèi quan hÖ víi nhau: hie = b

- E -

+Ec

R1 IC RC

IC=b Ib

C2 Ra C C1 Uo + B C Vµo + Ii + B ZO + E UO RS E RC VO C3 Zi Ui RE R2 VS Vi Rb IE

hfeIb

hoe

I IB C + + B Zi R1 hi Ui Uo

re; re = 26mV/IE

- - E

Tõ s¬ ®å trung gian chuyÓn sang s¬ ®å tham sè h: + Zi = R’//hie; mµ R’ = R1//R2; hie cã thÓ ®−îc cho trùc tiÕp hoÆc hie = b + Z0 = RC + HÖ sè K§ ®iÖn ¸p:

)

h oe

KU = -

; hfe = b

; hoe = 1/r0

( Rh /1// C fe h ie

+ HÖ sè K§ dßng ®iÖn

;

Ki = -

Rh fe +' hR ie

+Ec

RB IC RC IB C2 C

Uo

B C1 UBE E

+ HÖ sè K§ ®iÖn ¸p: KU =

U O U

UO = - IOZO = - ICZO = - hfeIbZO

mµ Ib = Ui/hie vËy: UO = - hfe (Ui/hie )ZO

hfeIb

)

h oe

KU =

hoe

U O U

( Rh /1// C fe h ie

I IB IC= b Ib C Ii + + B Zi RC hi Ui Uo

- E - » » »

10RC;

» » »

Ii vµ IO = IC = hfeIb = hfeIi

+ HÖ sè K§ dßng ®iÖn Gi¶ thiÕt RB >> hie vµ 1/ hoe » Ib » VËy:

Ki =

» » » »

hfe

i O i i

Ic IE E hib

* M« h×nh Base chung: IE

⇒

IC + C + E + C hob hrb.UC h f +

UEB UEB UCB UCB - I - B IB B

H×nh 3-45a: S¬ ®å B chung

H×nh 3-45b: S¬ ®å tham sè h cña B chung

Tõ s¬ ®å h×nh 3-45b ta thÊy: Ii = IE, Io = Ic, ®iÖn ¸p vµo Ui = UEB, ®iÖn ¸p ra Uo = UCB. PhÇn chØ sè cña tham sè hr, hf, ho , hi thªm b vµo sau ®Ó ph©n biÖt ®ã lµ m« h×nh B chung. (tham kh¶o thªm trong s¸ch TA trang 382)

+Ec

C C1 C Ii B Ui B Ui C2 + E Zi E UO + Zi RE Uo Vi Rb Z0 ZO IE

* M« h×nh collector chung: DÔ dµng thùc hiÖn ®−îc b»ng c¸ch suy ra tõ m« h×nh E chung. * M¹ch khuÕch ®¹i m¾c C chung: Tõ s¬ ®å m¹ch, ta chuyÓn sang s¬ ®å trung gian TiÕp tôc chuyÓn sang s¬ ®å tham sè h: + Zi = RB//Zb mµ Zb = hfeRE

+ ZO = RE//

h +

ie h

)

C IC =b IB B I

hfeIb

+ KU =

; UO =

U O U

UiR E 1/(

)

h ie

R E

víi

⇒ KU =

feh+1

feh

U O U

(

)

R E

h ie

+ Ki = -

hoÆc Ki = - KU

feh

R B +

R B

i R E

Ui RB + Zi E ZO ZB UO RE IE - -

3.9.6.3. ChuyÓn ®æi c¸c m« h×nh cña transistor sang S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h ®Çy ®ñ (cã mÆt ®Çy ®ñ c¸c tham sè h) - Còng bao gåm c¸c m« h×nh: C chung; B chung vµ E chung. - C¸c ph−¬ng tr×nh cã thÓ ¸p dông cho mçi mét m« h×nh, ta chØ cÇn chÌn thªm chØ sè;

vÝ dô víi m« h×nh E chung th× cã hfe; hre; hie…..

Ii Io + + RS Z ZO RL VO Vi US

S¬ ®å m¹ng bèn cùc. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h ®Çy ®ñ

+ HÖ sè K§ dßng ®iÖn Ki =

i O i i

Io = hf Ii - hO RL IO

IO Ii hi + + RS hr.UO ZO ho 1/h hfIi RL UO Zi Ui US

Io (1+ hO RL ) = hf Ii

ﬁ

Ki =

i O i i

h f Rh LO

ﬁ

+ HÖ sè K§ ®iÖn ¸p: KU =

U O U

¸p dông ®Þnh luËt Kirchhoff cho m¹ch vµo :

Ui = hi Ii + hr UO (*) 40

Mµ Ii = (1+ hO RL)IO / hf Vµ Io = - UO/RL (tõ CT UO = -IORL) Thay vµo PT (*) ta cã:

1( +

)

hRh LO i

Ui =

UO + hrUO

Rh f L

KU =

U O U

)

(

Rh L f Rhh r L

h i

hh Oi

Ui = hi Ii - hrIORL (1)

- ﬁ -

+ Trë kh¸ng vµo: Zi = Ui/Ii Víi m¹ch vµo, ta cã: Ui = hi Ii + hr UO ; thay UO = -IORL ﬁ

ﬁ

Vµ tõ Ki =

IO = Ki Ii thay vµo (1): Ui = hi Ii - hr Ki Ii RL

i O i i

VËy Zi = Ui/Ii = hi - hr Ki RL (2)

Thay Ki =

tõ (2): Zi = hi - hr

h f Rh LO

+ Trë kh¸ng ra: ZO = UO/IO Trë kh¸ng cña mét m¹ch khuÕch ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh bëi UO/IO víi nguån tÝn hiÖu vµo ®−îc thiÕt lËp tíi ®iÓm 0.

VËy dßng vµo lµ: Ii =

Uh Or + h i

R S

Vµ Io = hf Ii - hO RL IO = hf Ii + UOhO = hf

+ UOhO

Uh Or + h i

R S

ZO = UO/IO =

[

)]

1 /(

h O

hh r f

+ Rh i S

)

NÕu

<< hO th× ZO

» 1/hO

hh r f

+ Rh i S

ﬁ -

VÝ dô ¸p dông (s¸ch TA trang 386)

+Ec

RB RC IC IB C2 C

Uo

0, ta cã:

Ui B C1 E UBE

H×nh 3-48

ZO = RC

» » » b b

Uo C

3.9.6.4. Ph©n tÝch, tÝnh to¸n m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá dïng s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng re. * M¹ch khuÕch ®¹i ph©n cùc cè ®Þnh (b»ng dßng Ib) m¾c E chung. Tõ s¬ ®å h×nh 3-48 biÕn ®æi sang s¬ ®å h×nh 3-49 vµ 3-50. ChÕ ®é mét chiÒu: (®S ®Ò cËp ë môc c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n cùc). ChÕ ®é xoay chiÒu BiÕn ®æi sang s¬ ®å tham sè vËt lý re Gi¶ thiÕt Rng » + Zi = RB//b re (th«ng th−êng ®èi víi m¹ch nµy th× RB lín gÊp 10 lÇn b re). VËy, Zi » b re b + ZO = RC//ro () vµ th«ng th−êng ro cña m¹ch nµy rÊt lín (ro‡ 10RC) nªn: pt () (cid:219) + HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p KU

UO = - b IB(RC// rO)

+ Ii B ZO + Ui E RC VO Zi

IB =

(RC// rO)

U b

ﬁﬁﬁ ﬁ UO = - b i r e

i r e

r O

= -

vËy KU =

U O U

R // C r e

Vi Rb

H×nh 3-49

Khi (ro ‡

10RC) th×: KU = -

R C r e

; IO =

Ki =

I IB IC= b Ib C Ii +

+ HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn Ki b r O +

i b R C

i O i i

r o

ﬁﬁﬁ ﬁ

;

r O +

i O i b

r o

R C

+ B Zi b r RC Ui Uo

hoÆc

Ib =

IR iB b+

R B b+

r e

i b i i

R B

r e

R B

- E -

H×nh 3-50

)(

)

Ki =

r O +

R B b+

i b i i

r o

R C

R B

r e

i O i b

ﬁﬁﬁ ﬁ Ki =

)

(

b Rr O B )( RR B C

r e

r O

biÓu thøc trªn phøc t¹p, kh«ng dÔ sö dông. Tuy nhiªn, nÕu ro ‡

10RC vµ RB

10b re

= b

‡

th× Ki =

, hoÆc Ki = - KU

(

)

Rr b B O )( Rr B O

i R C

= 100; RL = 2.2K, re = 10.71W

. rO = (cid:181)

+Ec »

RB IC RC IB C2 C Ra Vµo B RL C1 UBE E

H×nh 3-51

I IB IC= b Ib C + + B Zi b r RL Ui Uo

- E -

VÝ dô ¸p dông VÝ dô 1: Cho s¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3-51 víi: Ec = 12V; RB = 470K, RC = 3K; b TÝnh hÖ sè KU , Ki=? Dïng s¬ ®å tham sè 0. re. §iÖn trë cña nguån tÝn hiÖu vµo Rng Gi¶i: Tõ rO = (cid:181) Ta cã s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cã d¹ng nh− sau:

(1)

+ KU =

U O U

(RC// RL)

§iÖn ¸p UO = - b IB(RC// RL) mµ IB =

U b

U ﬁﬁﬁ ﬁ UO = - b i b r e

i r e

R L

= - 118.5

Thay vµo (1) ta cã: KU = -

R // C r e

+ Ki =

; Ib =

= Ib =

= 0.997Ii Ii

IR iB b+

470 +

iI 071.1

470

R B

r e

= 0.5769 x 100 = 57.69

IO =

= 0.5769b Ib ﬁﬁﬁ ﬁ Ki =

i O i i bIb 3 +

2.2

i O i i

0.5769 i i

= 100;

VÝ dô 2 : Cho s¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3-48 víi: Ec = 12V; RB = 470K, RC = 3K; b * Víi rO = (cid:181) a- tÝnh re b - Zi, ZO, KU, Ki * Víi rO = 50K: TÝnh ZO, KU, Ki = ? Gi¶i: (sö dông h×nh vÏ 3-50) * Víi rO = (cid:181)

= 24.04m A

re = 26mV/IE; IE = (b +1)Ib mµ Ib =

UE - R B

⇒ Zi = 470//1.071 = 1.069K

⇒ IE = 101x 24.04 = 2.428mA ⇒ re = 26mV/2.428mA = 10.71W Zi = RB//b re ; b re = 100x 10.71 = 1.071KW ZO = RC = 3K

HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: KU = -

; do rO = (cid:181)

; RC = 3K tháa mSn ®iÒu kiÖn

R C r e

= - 280.11;

(ro‡ 10RC) KU = -

3K W71.10

Tõ c«ng thøc: Ki =

; nÕu r0 ‡

10RC vµ RB

10b re

(

)

b Rr O B )( RR B C

r O

r e

‡

)

= b ; kiÓm tra ®iÒu kiÖn RB

10b re (470K > 10x 100x10.71W

‡

th× Ki =

)

Rr b B O )( Rr B O

b b b

= 100;

( ⇒ tháa mSn . VËy: Ki = b * Víi rO = 50K:

ZO = RC//rO = 3//50 = 2.83K

r O

= -

= -264.24

KU = -

83.2 K W71.10

R // C r e

thay sè vµo ta cã: Ki = 94.13

Ki =

(

)

b Rr O B )( RR C B

r O

r e

+Ec

R1 IC RC C2 Uo C C1 Ii + B Ui Z0

E Zi VO C3 RE R2

* M¹ch khuÕch ®¹i ph©n cùc b»ng ph©n ¸p ChÕ ®é mét chiÒu: (®S ®Ò cËp ë môc c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n cùc). ChÕ ®é xoay chiÒu BiÕn ®æi sang s¬ ®å tham sè vËt lý re Ta cã: R’ = R1//R2 + Zi = R’//b re + ZO = RC//rO nÕu rO ‡

H×nh 3-52

(*)

+ KU =

10Rc th× ZO = RC U O U

I IB IC= b Ib C + + B

+ UO = - b IB(RC// ro), mµ IB =

U b

i r e

Zi b r R1 Ui Uo

(RC// rO) thay vµo (*)

ﬁﬁﬁ ﬁ UO = - b

U b

i r e

- - E

H×nh 3-53

ta cã:

r O

ﬁﬁﬁ ﬁ KU = -

R // C r e

nÕu rO ‡

10Rc th× KU = -

R C r e

+ Ki =

)

(

b Rr O RR )( C

r e

r O

i O i i

Víi rO ‡

10Rc th× Ki =

' b

R ' b +

)

(

)

b Rr O + Rr ( O

r e

= b

Vµ nÕu R’

10b re th× Ki =

Rb ' R

‡

VÝ dô ¸p dông Cho m¹ch ®iÖn nh− h×nh 3-52. Víi: R1 = 56K; R2 = 8.2K; Rc = 6.8K; RE = 1.5K; b 90; Ec = 22V. a, X¸c ®Þnh re b, Zi ? c, Gi¶ sö rO = (cid:181)

. HSy tÝnh ZO; KU; Ki?

+Ec

(1)

E C

R 2 +

R 1

R 2

C C1 Ii B Ui

C2 E Zi UO

RE Z0 IE

C IC =b B IB I

b r

b (re + RE) víi re << RE th× Zb »

Ui RB + Zi E ZO ZB UO RE IE - -

UE = UB - UBE vµ IE = UE/ RE ; re = 26mV/IE * M¹ch khuÕch ®¹i m¾c collector chung. Th«ng th−êng m¹ch K§ m¾c C chung cã KU » 1 Ta chuyÓn sang s¬ ®å tham sè re. + Zi = RB//Zb mµ Zb = b re + (b +1) RE ⇒ Zb » + ZO = RE//re

1

+ KU =

; UO =

⇒ KU =

víi re << RE th× KU »

R E +

U O U

(

)

U O U

(

)

UiR E + r e

R E

r e

+ Ki =

; IO = - IE = -(b +1)Ib ;

i O i i

hoÆc

= -(b +1);

Ib =

R B +

IR iB + Z

ﬁﬁﬁ ﬁ Z

R B

i b i i

R B

i O i b

= -(b +1)

Ki =

hoÆc Ki = - KU

R B +

i O i b

i b i i

R B

i R E

Chương 3: Transistor tiếp giáp lưỡng cực BJT

Chủ đề:

Mạng viễn thông

Tài liệu Mạng viễn thông

Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc BJTBJTBJTBJT Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc (Bipolar Junction Transistor)

3.1. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña BJT

3.1.1. CÊu t¹o cña BJT

H×nh 3-1 : CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i PNP vµ NPN

Baz¬ cµng nhá cµng tèt (ý nghÜa cña kÕt qu¶ nµy sÏ ®−îc gi¶i thÝch ë phÇn hÖ sè a 3.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña BJT

UCE: §iÖn ¸p h¹ trªn tiÕp gi¸p Colect¬ - Emiter do nguån EC cung cÊp vµ UCE » H×nh 3-3: Sù h×nh thµnh c¸c dßng ®iÖn trong BJT.

, b

H×nh 3-4: Sù phô thuéc cña b

Nh÷ng quan hÖ cÇn ghi nhí:

3.2. C¸c d¹ng m¾c m¹ch c¬ b¶n cña BJT

Cã 3 d¹ng m¾c c¬ b¶n:

Kh¸i niÖm ®iÓm chung cã thÓ hiÓu lµ ®iÓm chung cho m¹ch vµo vµ ra. Trong phÇn nµy kh¶o s¸t c¸c ®Æc tuyÕn tÜnh (chÕ ®é mét chiÒu) cña tõng d¹ng m¾c m¹ch. 3.2.1. M¹ch Baz¬ chung - BC

H×nh 3-6: Hä ®Æc tuyÕn vµo

H×nh 3-7: Hä ®Æc tuyÕn ra tÜnh cña m¹ch Baz¬ chung

3.2.2. M¹ch Emit¬ chung - CE (Common Emitter)

H×nh 3-10: Hä ®Æc tuyÕn ra (a) vµ vµo (b ,c ) cña m¹ch Emit¬ chung - EC (BJT lo¹i NPN - Si).

H×nh 3-11: X¸c ®Þnh dßng ICE0 (øng víi cùc B hë IB = 0)

) ( I 1+= β

Colect¬. Khi ®ã dßng IC t¨ng vät. Hä ®Æc tuyÕn vµo: IB = f (UBE) UCE = const:

3.2.3. M¹ch Colect¬ chung - CC (Common Colector)

H×nh 3-13: Hä ®Æc tuyÕn ra vµ vµo cña m¹ch Colect¬ chung - CC (BJT lo¹i NPN - Si) §Æc tuyÕn ra IE = f (UEC) IB = const gÇn nh− gièng hoµn t¹o ®Æc tuyÕn ra cña IC. V× vËy cã thÓ lÊy ®Æc tuyÕn ra cña m¹ch CE ¸p

PC max c¾t dßng H×nh 3-14: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT

H×nh 3-15: Suy gi¶m cña PCmax khi nhiÖt ®é t¨ng.

KÕt luËn: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT xÐt trªn cã thÓ tãm t¾t nh− sau:

VÝ dô 3-1: Cho BJT 2N4123 cã PCmax = 625mW ë nhiÖt ®é T0 = 250C. HÖ sè g x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c«ng suÊt g Gi¶i: Theo c«ng thøc (3-18) ta cã:

3.4. Ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i vµ ®iÓm lµm viÖc tÜnh (chÕ ®é 1 chiÒu)

a) M¹ch EC

b) X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh

H×nh 3-16: X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh cña m¹ch EC.

Chó ý: §iÓm Q cÇn chän sao cho ph¶i n»m trong vïng khuÕch ®¹i kh«ng ®−îc v−ît ra

3.5. Ph©n cùc cho BJT

X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q.

H×nh 3-17: Ph©n cùc Baz¬. Trong h×nh 3-17 tô C1, C2 ®¶m b¶o sù c¸ch ly mét chiÒu víi ®Çu vµo vµ ra. §iÓm lµm viÖc tÜnh Q ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p ®Çu vµo ë chÕ ®é mét chiÒu: EC - IBRB - UBE = 0, vËy

22) (3-23) vµ (3-24). NhËn xÐt: §iÓm lµm viÖc tÜnh Q (IBQ, ICQ, UCEQ) phô thuéc nhiÒu vµo gi¸ trÞ cña b (c«ng thøc 3-23 vµ 3-25)

trÞ b thay ®æi kh¸ lín khi nhiÖt ®é thay ®æi. Th−êng b VÝ dô 3-2: XÐt m¹ch ph©n cùc Baz¬ theo h×nh 3-17 cho biÕt: EC = +8V ; RB = 360KW RC = 2,2KW dc = hFE = 100 ë T = 250C vµ

Gi¶i:

3.5.2. Ph©n cùc Emit¬

H×nh 3-18: Ph©n cùc Emit¬.

gi¸ trÞ nµy Ýt phô thuéc vµo gi¸ trÞ b viÖc tÜnh Q Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é h¬n. 3.5.3. Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p

H×nh 3-19: M¹ch ph©n cùc b»ng ph©n ¸p.

Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝnh xÊp xØ m¹ch ph©n ¸p

3.5.4. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬

H×nh 3-20: M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬

3.6. HÖ sè æn ®Þnh S

3.6.1. §Þnh nghÜa hÖ sè æn ®Þnh

Trong b¶ng 3 -1 cho biÕt kÕt qu¶ kh¶o s¸t trªn mét lo¹i BJT th«ng dông. B¶ng 3-1:

§Ó ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh cña m¹ch khi c¸c tham sè thay ®æi, ng−êi ta dïng hÖ

c¸c ph©n cùc. 3.6.2. HÖ sè æn ®Þnh cho c¸c lo¹i m¹ch ph©n cùc

)

( = b

)1+

( COIS

)

( b

] )

VÝ dô 3-4: TÝnh ®é thay ®æi cña D 1000C (c¨n cø theo sè liÖu tõ b¶ng 3-1) Gi¶i: Theo b¶ng 3-1 cã: Khi nhiÖt ®é thay ®æi tõ 250C ®Õn 1000C.

So s¸nh kÕt qu¶ cña hai ph−¬ng ph¸p ph©n cùc cho thÊy râ rµng ph©n cùc b»ng ph©n ¸p cho ®é æn ®Þnh cao h¬n rÊt nhiÒu so víi ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh. 3.7. Ph−¬ng ph¸p lùa chän ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q dùa trªn c¸c tham sè vµ

®Æc tÝnh cña BJT

UCEbh

H×nh 3-21. Lùa chän ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q dùa trªn tham sè vµ ®Æc tÝnh cña BJT (m¹ch EC)

VÝ dô 3-5: ThiÕt kÕ m¹ch cÊp chÕ ®é mét chiÒu cho m¹ch khuyÕch ®¹i dïng BJT lo¹i npn cã ®é

+EC

+EC

I1

R1

RC

I1

R1

IC

IB

B

B

IB

R2

I2

RV