intTypePromotion=3

Giáo trình Mạch điện tử 1 - ThS. Nguyễn Vũ Thắng

Chia sẻ: Nguyễn Thị Thanh Hoa | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:214

0
240
lượt xem
101
download

Giáo trình Mạch điện tử 1 - ThS. Nguyễn Vũ Thắng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Mạch điện tử 1 cung cấp cho các bạn các nội dung kiến thức về lý thuyết và thực hành về mạch điện tử tương tự như khái niệm chung và cơ sở phân tích mạch điện tử, mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT, mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng fet, đáp ứng tần số của BJT và FET, hồi tiếp, các dạng liên kết của BJT và FET, các mạch khuếch đại chuyên dụng, bộ khuếch đại thuật toán và ứng dụng của chúng, mạch khuếch đại công suất (Power Amplifier).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Mạch điện tử 1 - ThS. Nguyễn Vũ Thắng

  1. Đề cương mạch điện tử I LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi công nghệ luôn luôn phải   vận động để phù hợp với qúa trình phát triển đó. Tuy nhiên những kiến thức cơ bản để  tính toán và phân tích cấu trúc của các mạch điện tử là hết sức cần thiết. Để  phục vụ  cho quá trình học tập của sinh viên và làm tài liệu tham khảo, chúng tôi đã biên soạn   cuốn giáo trình Mạch điện tử 1, bao gồm tích hợp các nội dung kiến thức về lý thuyết   và thực hành về mạch điện tử  tương tự để  các bạn đọc tiện tham khảo. Bên cạnh đó  hầu hết sau mỗi chương có các bài tập  ứng dụng (được đề  cập ở  cuối giáo trình) để  các bạn thuận tiện hơn trong quá trình học tập. Do thời gian biên soạn có hạn cũng như  trình độ  còn nhiều hạn chế rất mong   được sự đóng góp của các bạn đọc để những lần tái bản sau được hoàn chỉnh hơn. ThS­Nguyễn Vũ Thắng 1
  2. Đề cương mạch điện tử I Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CƠ SỞ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TỬ 1.1. Khái niệm mạch điện tử và nhiệm vụ của nó. Các mạch điện tử  có nhiệm vụ  gia công tín hiệu theo những thuật toán khác   nhau và được phân loại theo dạng tín hiệu cần được xử lý. Trong thực tế tín hiệu thường tồn tại dưới hai dạng cơ bản: tín hiệu tương tự  (anolog) và tín hiệu số  (digital). Tín hiệu tương tự  là loại tín hiệu biến thiên liên tục   theo thời gian, còn tín hiệu số  là loại tín hiệu đã được rời rạc hoá theo thời gian và   lượng tử hoá về biên độ.  Các tín hiệu (kể cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số) đều có thể  được: khuếch  đại; điều chế; ghi nhớ; điều khiển; tách sóng; biến dạng ... và các mạch điện tử  có  nhiệm vụ thực hiện các thuật toán trên. Trong nội dung của cuốn giáo trình này chúng   ta chỉ đề cập tới các mạch điện tử tương tự. Đối   với   tín   hiệu   tương   tự   người   ta   đặc   biệt   quan   tâm   tới   tỷ   số   S/N  (Signal/Noise­Tín hiệu/Tạp âm) sao cho tỷ số này luôn lớn hơn 1. Để  giải quyết vấn   đề  này người ta thường quan tâm tới hai thông số  chủ  yếu là biên độ  tín hiệu và độ  khuếch đại tín hiệu. Biên độ tín hiệu thể hiện độ chính xác của quá trình gia công tín hiệu, xác định  độ   ảnh hưởng của nhiễu tới hệ thống. Khi biên độ  tín hiệu nhỏ  thì nhiễu có thể  sẽ  lấn át tín hiệu. Vì vậy khi thiết kế  hệ  thống điện tử  cần nâng biên độ  ngay  ở  tầng   đầu. Khuếch đại tín hiệu là chức năng quan trọng nhất của mạch tương tự, nó có   thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các phần tử của hệ thống. Trong vài thập kỷ  gần đây với sự  ra đời của bộ  khuếch đại thuật toán, các  mạch tổ hợp đã mở ra cho ngành kỹ thuật điện tử nhiều thành công mới. Chúng không   những đảm bảo thoả mãn yêu cầu kỹ thuật mà còn có độ  tin cậy rất cao và giá thành  hạ. Trong tương lai các nhà thiết kế sẽ càng tạo ra các mạch điện tử tổ hợp trên chíp  có các chức năng ngày một hoàn hảo hơn. Su hướng phát triển là giảm nhỏ kích thước   bên trong của mạch trong chế tạo bằng cách giảm số chủng loại, nhưng tăng tính phổ  biến của mạch trong ứng dụng hay tăng tính sử dụng của từng chủng loại. 1.2. Đặc tính cơ  bản và các tham số  của diode (Tính dẫn điện, chỉnh lưu,  ổn   áp, đặc tuyến Vol ­ Ampe). ThS­Nguyễn Vũ Thắng 2
  3. Đề cương mạch điện tử I Diode bán dẫn là phần tử  một mặt ghép  pn. Về  cấu tạo và nguyên lý hoạt  động của diode đã được đề cập trong các giáo trình Linh kiện điện tử và Điện tử  cơ  bản. Trong phần này chỉ  đề  cập tới các  ứng dụng của diode thông qua đặc tuyến   Vol­Ampe của chúng. Đặc tuyến Vol­Ampe của diode được thể hiện trên hình 1.1 Đường lý tưởng IAK Đường thực tế (1) ­UAK ng 0 UAK0 UAK (2) (3) Hình 1.1 Đường đặc tuyến Vol­Ampe của diode được chia làm ba vùng rõ rệt: ­ Vùng 1 gọi là vùng phân cực thuận, dòng điện IAK phụ thuộc vào điện áp phân  cực thuận UAK. Giá trị của dòng IAK rất lớn đó chính là sự khuếch tán có hướng của các  hạt đa số qua chuyển tiếp pn. Ứng dụng của vùng 1 để làm các diode chỉnh lưu điện áp, dòng điện ... ­ Vùng 2 gọi là vùng phân cực ngược. Giá trị  của dòng IAK tăng rất nhỏ cho dù  điện áp  UAK  tăng một lượng khá lớn. Sở  dĩ dòng  IAK  tăng chậm như  vậy là do sự  chuyển động của các hạt thiểu số qua chuyển tiếp pn. Ứng dụng của vùng 2 để làm các mạch chỉnh lưu điện áp, các mạch ghim điện  áp...  ­ Vùng 3 gọi là vùng đánh thủng tương  ứng khi tăng điện áp phân cực ngược   cho diode tới một giá trị  ngưỡng nào đó (UAKng) mà ở đó diện tích không gian của tiếp  ráp pn có thể chiếm toàn bộ  cả  hai vùng bán dẫn  p và n. Nếu tăng điện áp phân cực  ngược vượt quá giá trị  điện áp ngưỡng thì tiếp ráp  pn  bị  đánh thủng hoàn toàn theo  hiệu ứng thác lũ, cấu trúc một tiếp ráp pn của điốt không còn tồn tại. ThS­Nguyễn Vũ Thắng 3
  4. Đề cương mạch điện tử I Ứng dụng của vùng 3 để làm các phần tử ổn áp (diode zener) 1.3. Đặc tính và các tham số cơ bản của transistor lưỡng cực (BJT) 1.3.1. Đặc tính tĩnh và các phương trình cơ bản. Có hai loại transistor là  npn  và  pnp  mà cấu tạo và nguyên lý hoạt động của   chúng đã được nghiên cứu trong chương trình môn điện tử  căn bản hoặc linh kiện   điện tử. Phần này chỉ nhắc lại một số vấn đề cơ bản của chúng. Từ quá trình hoạt động của BJT người ta đưa ra các họ đặc tuyến quan trọng   của chúng. ­ Họ đặc tuyến vào: IB = f(UBE) khi giữ các tham số đầu ra cố định. ­ Họ đặc tuyến đầu ra: IC = f(UCE) khi giữ các tham số đầu vào cố định. ­ Họ đặc tuyến truyền đạt: IC = f(IB) khi giữ các tham số đầu ra cố định. Các BJT này có thể  mắc theo emitter chung (EC), base chung (BC), collector   chung (CC). Trong ba cách mắc trên thì cách mắc EC được ứng dụng rộng rãi nhất, vì  vậy trong quá trình khảo sát đặc biệt quan tâm đến cách mắc này. Để điều khiển BJT có thể dùng dòng emitter IE hoặc dòng base IB. Nếu dùng dòng IE để điều khiển thì hệ số khuếch đại của BJT đượ c tính theo  biểu thức. IC AN (1.1) IE Trong đó AN là hệ số khuếch đại (KĐ) dòng một chiều trong cách mắc BC và AN >1. Vì IE = IB  + IC, nên giữa BN và AN có các mối qua hệ sau: ThS­Nguyễn Vũ Thắng 4
  5. Đề cương mạch điện tử I AN BN 1 BN ; AN ; 1 AN 1 AN 1 BN 1 BN 1.3.2. Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ. I1 I2 h12U2 ∼ h11 I1 u1 h22 u2 h11 Hình 1.2 Đối với tín hiệu nhỏ thì BJT được coi là mạng bốn cực tuyến tính, nên có thể  dùng hệ  phương trình của mạng bốn cực (M4C) tuyến tính để  biểu diễn giữa các   dòng điện, điện áp vào và ra của BJT. Trong các hệ phương trình của M4C, để  mô tả  cho BJT thường hệ phương trình tham số h và hệ phương trình dẫn nạp tham số Y. Hệ  phương trình tham số  h và hệ  phương trình dẫn nạp tham số  Y của một   M4C có dạng sau. U1 h11 I1 h12U 2 (1.3) I2 h21 I1 h22U 2 I1 Y11U 1 Y12U 2 (1.4) I2 Y21U 1 Y22U 2 Các tham s ố h ij và Yij của các hệ phươ ng trình 1.3 và 1.4 đượ c xác đị nh theo  bảng sau. Bảng 1.1 ThS­Nguyễn Vũ Thắng 5
  6. Đề cương mạch điện tử I U1 U1 I2 I2 hij h11 h12 h21 h22 I1 U U2 I 0 I1 U 0 U2 I 0 2 0 1 2 1 I1 I1 I2 I2 Yij Y11 Y12 Y21 Y22 U1 U U2 U 0 U1 U U2 U 0 2 0 1 2 0 1 1.4. Đặc tính cơ bản và các tham số của transistor hiệu ứng trường (FET). 1.4.1. Phân loại và các đặc tính cơ bản. Để  thuận tiện cho việc nghiên cứu và ghi nhớ  chúng ta có thể  phân loại FET  (Field Effect Transistor) theo đồ hình 1.3. Theo sơ  đồ  phân loại hình 1.3 ta thấy có 6 loại transistor hiệu  ứng trường   (FET). Ký hiệu và đặc tuyến của chúng được chỉ ra trong bảng 1.2. Nếu đặt vào cực cửa G (Gate) và cực nguồn S (Source) một tín hiệu, làm điện  áp UGS thay đổi làm cho điện trở giữa cực máng D (Drain) và cực nguồn S thay đổi làm  dòng điện cực máng ID  thay đổi theo. Vậy FET là một dụng cụ  khống chế  điện áp.  Trong thực tế, có nhiều FET đối xứng, nghĩa là có thể đổi lẫn cực máng và cực nguồn   mà tính chất của FET không đổi. ­ Trong JFET, cực cửa G nối với kênh máng­nguồn qua mặt ghép pn hoặc np. Khi  đặt điện áp phân cực  UGS  đúng chiều quy  ước (bảng 1.2) thì diode mặt ghép ngắt,   ngược lại nếu đổi chiều  UGS  thì diode mặt ghép thông, do đó dòng cực cửa I G  khác  không. ­ Với MOSFET thì cực cửa G và kênh máng­nguồn được cách ly bởi một lớp  SiO2, do đó dòng cực cửa IG luôn luôn bằng không. ThS­Nguyễn Vũ Thắng 6
  7. Đề cương mạch điện tử I FET (FET chuy ển ti ếp pn) JFET FET có cấu trúc kim lo ạ­đi i ện  môi­ bán dẫn (MOSFET)  Kênh n Kênh p Kênh có sẵn Kênh cảm ứng D D ID Kênh n Kênh p Kênh n Kênh p G UDS G UGS S S D D D D G G G G S S S S FET tự d ẫn FET tự ng ắt Hình 1.3: S ơ đồ phân lo ại FET ThS­Nguyễn Vũ Thắng 7
  8. Đề cương mạch điện tử I Bảng 1.2: Ký hiệu và các họ đặc tuyến của FET Kên Cực tính Đặc tuyến Loại, ký hiệu h UDS ID UGS UP Truyền đạt Ra JFET kênh n ID ID D U DSP ID I DSS U GS 0 IDSS n G U DS >0 >0 0 0 >0 >0 U GS 2U p U GS Up G 0 Up 2U p U GS 0 Up U DS S MOSFET kênh  ID cảm ứng 2U p Up 0 Up 0 U GS D U DS p
  9. Đề cương mạch điện tử I Trong các FET kênh n, dòng điện cực máng ID giảm (về  trị  tuyệt đối) khi điện  thế cực cửa giảm, còn trong FET kênh p thì ngược lại. Để đơn giản, sau đây ta chỉ xét  FET kênh n. Trường hợp FET kênh  p  thì chỉ  việc đảo chiều điện áp cung cấp (xem  bảng 1.2). Nếu trong mạch có diode hoặc tụ hóa thì cũng phải đảo chiều mắc các linh  kiện này. ID U DSP U GS UP Miền triốt Miền thắt IDSS U GS 0 UDS0 0 Up UDST0 Hình 1.4. Các miền làm việc của FET JFET và MOSFET kênh đặt sẵn có dòng cực máng ID lớn khi điện áp UGS = 0, vì  thế các loại FET này còn có tên chung là FET tự dẫn. Ngược lại với MOSFET có dòng   cực máng ID = 0 khi điện áp UGS = 0 gọi là FET tự ngắt. Trên đặc tuyến ra của FET hình 1.4 ta thấy khi UDS tăng quá lớn thì dòng cực  máng ID tăng đột biến, khi đó xảy ra hiện tượng đánh thủng. Điện áp đánh thủng cỡ 20  50 V và được xác định theo biểu thức (1.5). U DST U DSTo U GS 0 U GS (1.5) Để thuận tiện cho việc phân tích, người ta chia đặc tuyến vol­ampe của FET ra  làm hai miền: ­ Miền triốt có đặc điểm là điện áp máng UDS nhỏ và không có hiện tượng thắt ­ Miền thắt, ứng với trường hợp UDSTo > UDS > (UGS ­ Up). Biểu thức gần đúng biểu diễn quan hệ giữa điện áp máng với các điện áp các   cực trong hai miền nói trên được thể hiện trong bảng 1.3. Bảng 1.3. Loại  Biểu thức toán học biểu diễn đặc tuyến Vol ­ Ampe của FET ThS­Nguyễn Vũ Thắng 9
  10. Đề cương mạch điện tử I FET Miền triốt Miền thắt 2 2 2 I DSS U U GS U DSP MOS­ ID (U GS U P ).U DS DS ID I DSS ( 1) 2 I DSS .( ) U P2 2 UP U P2 FET (1.6) (1.7) 2 U DS 2 U DS U GS U D 3 U D U GS 2 3 2 I DSS U DS ID I0 ( ) 2 ( ) ID (U GS U P ).U DS J­FET UD UP 3 UD UP UD UP U P2 2 (1.8) (1.9) Khi sử  dụng FET, đặc biệt là MOSFET cần phải quan tâm đến điện áp cho  phép cực đại UGSmax và UGDmax. Trong thực tế  để  bảo vệ  cho MOSFET người ta thực   hiện mắc giữa đầu G và đầu S một diode zener mà điện áp zener của nó lớn hơn điện  áp nguồn cung cấp, sao cho diode đạt hiệu ứng zener khi  UGS = UGsmax. Tuy nhiên diode  zener sẽ làm giảm điện trở vào của MOSFET. Điện   áp   tạp   âm   của   FET   thường   nhỏ   hơn   điện   áp   tạp   âm   của   transistor   lưỡng cực nhiều. Điện áp tạp âm của MOSFET  ở tần số thấp lớn hơn điện áp tạp   âm của JFET từ 10 đến 1000 lần. Vì vậy MOSFET chỉ thích hợp cho những sơ đồ ít  tạp âm ở tần số cao. Ở tần s ố th ấp ch ỉ dùng MOSFET khi yêu cầu điện trở  vào lớn   mà JFET không thể thỏa mãn đượ c. 1.4.2. Sơ đồ tương và tần số giới hạn. Khi mắc FET với sơ  đồ  SC, ta có phương trình biểu diễn quan hệ  giữa dòng  điện ra tức thời và điện áp các cực như sau: iD = f(uGS, uDS) (1.10) Vi phân toàn phần biểu thức 1.10 ta được: iD iD iD . uGS . u DS (1.11) uGS u DS Từ biểu thức (1.11) suy ra biểu thức đối với tín hiệu nhỏ: iD = gm.uGS + gds.uDS (1.12) Trong đó: iD iD gm u DS 0 . uGS u DS const S (1.13) uGS uGS ThS­Nguyễn Vũ Thắng 10
  11. Đề cương mạch điện tử I iD iD g ds u GS 0 . uDS u GS const (1.14) u DS u DS Căn cứ vào họ đặc tuyến của FET và điểm làm việc cụ thể trên đó, có thể xác   định được gm theo biểu thức (1.13) và gds theo biểu thức (1.14). Từ  biểu thức (1.12) ta vẽ  được sơ  đồ  tương đương tần số  thấp của FET đối  với tín hiệu bé như trên hình 1.5. G D + U GS g m U GS 1 U DS g ds rds S S Hình 1.5. Sơ đồ tương đương tần số thấp của FET Ở tần số cao, người ta dùng sơ đồ tương đương hình 1.6, trong đó Cgs và Cgd là  điện dung cửa­nguồn và điện dung cửa­máng kể  cả  điện dung phân bố;  Cds  là điện  dung mặt ghép pn của máng và kênh hoặc nguồn và kênh. Các điện dẫn gm và gds xác  định theo các biểu thức (1.13) và (1.14). G IG Cgd ID D + U DS yt = gt + jωCt U GS Cgs Cds 1 g ds g m U GS rds S S Hình 1.6. Sơ đồ tương đương tần số cao của FET Bảng 1.4 cho biết giá trị đặc trưng của các tham số của FET Bảng 1.4: Tham số J­FET MOS­FET ThS­Nguyễn Vũ Thắng 11
  12. Đề cương mạch điện tử I S = gm (1/ ) 0,1.10­3 10.10­3 0,5.10­3 10.10­3 gds (1/ ) 10­6 10­5 10­5 10­4 Cgd; Cds (pF) 0,1 2 0,1 2 Cgs (pF) 2 10 2 10 Để đặc trưng cho tính chất của FET  ở tần số cao, dùng tần số giới hạn  fg. Tại  tần số fg hệ số khuếch đại điện áp Ku của FET giảm  2  lần so với hệ số khuếch đại  ở tần số thấp Kuo. 1.4.3. Đặc điểm của FET so với BJT và đèn điện tử, ứng dụng của FET. So với đèn điện tử  thì FET có những  ưu điểm giống như  transistor lưỡng cực   như  kích thước nhỏ, điện áp cung cấp nhỏ, công suất cung cấp nhỏ (vì không có sợi   đốt), độ  tin cậy cao. So với transistor lưỡng cực, FET có những  ưu điểm đặc biệt là  không yêu cầu dòng vào (trở  kháng vào lớn) nhưng nó lại có đặc điểm là độ  dốc gm  nhỏ  và nhạy cảm đối với điện tích tĩnh. Vì những lý do đó FET ít được dùng trong  mạch rời rạc. Dùng FET trong mạch tích hợp sẽ tiết kiệm được công suất cung cấp.  Vì vậy trong mạch rời rạc FET chỉ được dùng khi yêu cầu trở kháng vào lớn và tạp âm  nhỏ. Bảng 1.5 tóm tắt những ứng dụng cơ bản của FET. Bảng 1.5 Đặc điểm Phạm vi ứng dụng Tầng khuếch đại sơ bộ nối với micro điện dung Trở kháng vào lớn Tầng khuếch đại sơ bộ trong camera hình Tầng vào của các thiết bị mua Mạch hạn dòng Điện trở ra lớn (miền thắt) Mạch dao động Điện dung ghép hồi tiếp  Khuếch đại cao tần không có trung hòa nhỏ Khuếch đại điện áp nhỏ, đặc biệt đồi với nguồn  Tạp âm nhỏ tín hiệu có trở kháng trong lớn Đặc tuyến truyền đạt bậc  Tầng trộn tần (giảm hài bậc cao) hai Chương II: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT ThS­Nguyễn Vũ Thắng 12
  13. Đề cương mạch điện tử I 2.1. Phân cực cố định. Mạch cơ bản như hình 2.1 Ecc RB IC RC + + UCE IB ­ UBE Hình 2.1 Phương pháp chung để phân tích mạch phân cực gồm ba bước: ­  Bước 1:  Dùng mạch điện đầu vào để xác định dòng điện đầu vào (IB hoặc IE). ­ Bước 2: Suy ra dòng điện đầu ra từ các quan hệ giữa các đại lượng  IC = βIB; IC =  αIE ­ Bước 3: Dùng mạch điện đầu ra để  tìm các thông số  còn lại (điện áp tại các   chân, giữa các chân của BJT...). Áp dụng vào mạch điện hình 2.1: ­ Mạch điện đầu vào của bộ khuếch đại ta có: Ecc = RB.IB + UBE Ecc U BE IB (2.1) RB Với UBE = 0,7 V nếu BJT là Si và UBE = 0,3 V nếu BJT là Ge Từ đó suy ra: IC =  IB ­ Xét mạch điện đầu ra của bộ khuếch đại ta có; Ecc = IC.RC + UCE hay UCE = Ecc – RC.IC (2.2) Biểu thức (2.2) chính là phương trình đường tải tĩnh của bộ khuếch đại ThS­Nguyễn Vũ Thắng 13
  14. Đề cương mạch điện tử I * Sự làm việc bão hòa của BJT: Sự liên hệ giữa các dòng điện IC và IB sẽ quyết định BJT có hoạt động trong vùng  tuyến tính hay không. Ðể BJT hoạt động thì tiếp ráp B­C (J c) phải phân cực ngược. Ở  BJT npn và cụ thể ở hình 2.1 ta phải có: UC > UB = UBE ít nhất là vài vol. Mà UC = Ecc – Rc.IC = UCE > UBE = 0,7 V ECC 0,7V Từ đó suy ra:  I C (2.3) RC ECC 0,7V Nếu   I C   thì BJT sẽ  đi dần vào hoạt động trong vùng bão hòa. Từ  RC điều kiện này và liên hệ  IC = βIB ta tìm được trị số tối đa của IB, từ đó chọn RB sao cho  thích hợp.  ECC Nếu IC     hay UCE    0 (thực ra chỉ khoảng 0,2 V) thì  UC 
  15. Đề cương mạch điện tử I Ecc RB IC RC UCE IB UBE IE RE Hình 2.2 ­ Ở mạch điện đầu vào ta có: Ecc = RB.IB + UBE + RE.IE Thay IE = (1+ ).IB ECC ­ U BE IB ( 2.5) RB 1 β R E Từ biểu thức 2.5 suy ra dòng điện IC từ liên hệ: IC =  IB ­ Ở mạch điện đầu ra ta có: ECC = RC.IC + UCE + RE.IE Trong đó IE = IB + IC    IC U CE Ecc RC RE I C ( 2 .6 ) * Sự bão hòa của BJT: Tương tự  như  trong mạch phân cực cố  định, bằng cách cho nối tắt giữa cực  collector và cực emitter ta tìm được dòng điện cực collector bão hòa ICbh ECC I Cbh ( 2 .7 ) RB RE Ta thấy khi thêm RE vào, ICbh nhỏ  hơn trong trường hợp phân cực cố  định, tức  BJT dễ bão hòa hơn. 2.3. Phân cực bằng cầu chia điện áp. Mạch cơ  bản có dạng hình 2.3. Dùng định lý Thevenin biến đổi thành mạch hình  2.3b ThS­Nguyễn Vũ Thắng 15
  16. Đề cương mạch điện tử I +Ecc +Ecc IC RC R1 IC RC ⇒ U CE U CE IB U BE IB RBB R2 RE RE IE + IE U BB ­ Hình 2.3 R1 .R2 RBB R1 // R2 (2.8) R1 R2  Trong đó:   R2 U BB ECC . 2.9 R1 R2 ­ Ở mạch điện đầu vào (mạch B­E) ta có:  UBB = RBBIB + UBE + REIE Thay: IE = (1+β)IB  U BB U BE Suy ra:  IB (2.10) RBB (1 ) RE Từ đó suy ra IC từ liên hệ:  IC = βIB ­ Ở mạch điện đầu ra (mạch C­E) ta có: UCE = ECC ­ ICRC ­ REIE Vì IC    IE nên: UCE = ECC ­ (RC + RE) IC (2.11) Ngoài ra: UC = ECC ­ RCIC UB = UBB ­ RB.IB UE = RE.IE     RE.IC Ecc * Sự bão hòa của BJT: Tương tự như trước ta có: ICbh =  RBB RE Cách phân tích gần đúng: Trong cách phân cực này, trong một số điều kiện, ta có thể  dùng phương pháp   tính gần đúng. Ðể ý là điện trở đầu vào của BJT nhìn từ phía cực bazơ B khi có RE là:  ThS­Nguyễn Vũ Thắng 16
  17. Đề cương mạch điện tử I UBB ­ + B I1 R1 IB ⇒  IB ⇒ IB  (1+β)IB + Ecc RE IE = (1+β)I B I2 R2 Ri = (1+β)RE ­ (a) (b) (c) Hình 2.4 Ta   thấy,   nếu  xem   nội   trở   của   nguồn   UBE  không   đáng  kể   so   với   (1+β)RE  thì  Ri=(1+β)RE. Nếu Ri>>R2 thì dòng IB 
  18. Đề cương mạch điện tử I ­ Xét mạch điện đầu vào của bộ khuếch đại. Ecc = RC.I + RB.IB + UBE + RE.IE Với I = IC + IB = IE    IC =  IB ECC ­ U BE IB (2.12) RB (1 )( RC RE ) ­ Xét mạch điện đầu ra của bộ khuếch đại. Chú ý IC =  IB UCE = Ecc – (RC + RE)IC (2.13) + Ecc I RC RB IC IB IE RE Hình 2.5 2.5. Một số dạng mạch phân cực khác. Mạch phân cực bằng cầu chia điện áp và hồi tiếp điện áp rất thông dụng.   Ngoài ra tùy trường hợp người ta còn có thể  phân cực BJT theo các dạng sau đây   thông qua các bài tập áp dụng. 1. Xác định UC, UB của mạch hình 2.6 2. Xác định UCE, IE của mạch hình 2.7 3. Xác định UC, UB, UE của mạch hình 2.8 ThS­Nguyễn Vũ Thắng 18
  19. Đề cương mạch điện tử I 2.6. Thiết kế mạch phân cực. Khi thiết kế  mạch phân cực, người ta thường dùng các định luật căn bản về  mạch điện như định luật Ohm, định luật Kirchoff, định lý Thevenin..., để từ các thông   số đã biết tìm ra các thông số chưa biết của mạch điện. Sau đây là một vài thí dụ mô   tả công việc thiết kế. 2.6.1. Thí dụ 1: Cho mạch phân cực với đặc tuyến đầu ra của BJT như hình 2.9. Xác  định ECC, RC, RB. + Ecc RC RB IC Si IB                Phương trình đường tải tĩnh: UCE = ECC ­ RCIC ta suy ra ECC = 20 V   ECC   I Cbh 8 mA RC 2,5 k RC ECC U BE 20 V 0,7 V IB 40 A Ngoài ra:  RB RB RB 482,5 k Ðể có các điện trở tiêu chuẩn ta chọn: RB = 470 kΩ; RC = 2,4 kΩ. ThS­Nguyễn Vũ Thắng 19
  20. Đề cương mạch điện tử I 2.6.2. Thí dụ 2: Thiết kế mạch phân cực có dạng hình 2.10 với IC = 2 mA, UCE = 10 V. Điện trở RC và RE không thể tính trực tiếp từ các thông số đã biết. Việc đưa điện   trở  RE vào mạch là để ổn định điều kiện phân cực. RE không thể có trị số quá lớn vì sẽ  làm giảm UCE (làm giảm độ khuếch đại của transistor). Nhưng nếu RE quá nhỏ thì độ ổn  định của bộ  khuếch đại sẽ  kém. Bằng thực nghiệm người ta thường chọn   UE  bằng  khoảng 1/10 giá trị nguồn cung cấp ECC. + Ecc = 20V 1 UE ECC 2 V 10 UE UE RE 1k RC IE IC RB IC ECC U CE U E RC 4k IC β = 150 IC IB IB 13,33.10 3 mA RE ECC U BE U E IE CE RB 1,3 M IB Chọn: RB=1,2 MΩ Hình 2.10                            2.6.3. Thiết kế mạch phân cực có dạng như hình 2.11 Ta có: +Ecc = 20V 1 UE UE .VCC 2V RE 1k R1 RC IC = 2mA 10 IC IC βmin=80 ECC U CE U E 8V RC 4k U CE = 10V IC 2 mA IB UBE U B U BE U E 2,7 V R2 RE IE CE Hình 2.11           Ðiện trở  R1, R2 không thể tính trực tiếp từ điện áp cực bazơ và điện áp nguồn  cung cấp. Ðể  mạch hoạt động tốt, ta phải chọn   R1,  R2  sao cho có điện áp  UB  mong  muốn và sao cho dòng điện qua R1, R2 gần như bằng nhau và rất lớn đối với dòng điện  base IB. Lúc đó  1 R2 RE 8k 10 R2 Ta có thể chọn:  R2 6,8 k ; U B ECC 2,7 V R1 R2 ThS­Nguyễn Vũ Thắng 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản