zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Giáo trình ngành điện tử :Tìm hiểu linh kiện điện tử phần 5

Chia sẻ: Sdfasfs Sdfsdfad | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Báo xấu

103
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

− Khi nối thu nền để hở, đặc tuyến có dạng như đặc tuyến của diode khi phân cực thuận. − Điện thế ngưỡng (knee voltage) của đặc tuyến giảm khi VCB tăng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình ngành điện tử :Tìm hiểu linh kiện điện tử phần 5

Giáo trình Linh Kiện Điện Tử − Khi nối thu nền để hở, đặc tuyến có dạng như đặc tuyến của diode khi phân cực thuận. − Điện thế ngưỡng (knee voltage) của đặc tuyến giảm khi VCB tăng. Đặc tuyến ngõ ra (output curves) Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng điện cực thu IC theo điện thế thu nền VCB với dòng điện cực phát IE làm thông số. Đặc tuyến có dạng như sau: Ta chú ý đến ba vùng hoạt động của transistor. Vùng tác động: Nối nền phát phân cực thuận, nối thu nền phân cực nghịch. Trong vùng này đặc tuyến là những đường thẳng song song và cách đều. Trong các ứng dụng thông thường, transistor được phân cực trong vùng tác động. Vùng tác động IC (mA) 6 mA 6 5 mA 5 4 mA 4 Vùng bão hòa 3 mA 3 2 mA 2 1 1 mA ICBO IE= 0mA 0 2 4 6 8 VCB (V) Vùng ngưng Hình 12 Vùng ngưng: nối nền phát phân cực nghịch (IE=0), nối thu nền phân cực nghịch. Trong vùng này transistor không hoạt động. Vùng bảo hoà: nối phát nền phân cực thuận, nối thu nền phân cực thuận. Trong các ứng dụng đặc biệt, transistor mới được phân cực trong vùng này. 2. Mắc theo kiểu cực phát chung. Đây là cách mắc thông dụng nhất trong các ứng dụng của transistor. Mạch điện như sau: Trang 69 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử RC IC RB I2 IB + + I1 + + VCC V1 V2 VBB VBE VCB Hình 13 Đặc tuyến ngõ vào: Biểu diễn sự thay đổi của dòng điện IB theo điện thế ngõ vào VBE. Trong đó hiệu thế thu phát VCE chọn làm thông số. IB (µA) VCE = 0V Đặc tuyến như sau: VCE = 1V 100 VCE = 10V 80 60 40 20 VBE (V) 0,2 0,4 0,6 0,8 0 Hình 14 Đặc tuyến ngõ ra: Biểu diễn dòng điện cực thu IC theo điện thế ngõ ra VCE với dòng điện ngõ vào IB được chọn làm thông số. Dạng đặc tuyến như sau: Trang 70 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Vùng tác động IC (mA) 120 µA 6 100 µA 5 80 µA 4 60 µA Vùng bão hòa 3 40 µA 2 20 µA 1 ICEO IB= 0 µA 0 2 4 6 8 VCE (V) Vùng ngưng Hình 15 − Ta thấy cũng có 3 vùng hoạt động của transistor: vùng bảo hoà, vùng tác động và vùng ngưng. − Khi nối tắt VBE (tức IB=0) dòng điện cực thu xấp xĩ dòng điện rĩ ICEO. Đặc tuyến truyền: (Transfer characteristic curve) Từ đặc tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra. Ta có thể suy ra đặc tuyến truyền của transistor. Đặc tuyến truyền biểu diễn sự thay đổi của dòng điện ngõ ra IC theo điện thế ngõ vào VBE với điện thế ngõ ra VCE làm thông số. Đặc tuyến có dạng như sau: Trang 71 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử IC (mA) VCE =10(V) ICES = ICBO VBE (V) 0 .1 .2 .3 .4 .5 6 7 8 Vùng Vùng ngưng Vùng bảo hoà tác động cut-in VBE(sat) Hình 16 Đối với transistor Si, vùng hoạt động có VBE nằm trong khoảng 0,5-0,8V. Trong vùng này, đặc tuyến truyền có dạng hàm mũ. Ở vùng bão hoà, dòng IC tăng nhanh khi VBE thay đổi. Ở vùng ngưng, khi VBE còn nhỏ, dòng rỉ qua transistor ICES rất nhỏ, thường xấp xĩ ICBO. Ngay cả trong vùng hoạt động, khi VBE thay đổi một lượng nhỏ (từ dòng IB thạy đổi) thì dòng IC thay đổi một lượng khá lớn. Vì thế, trong các ứng dụng, người ta dùng điện thế cực nền VBE làm điện thế điều khiển và cực B còn gọi là cực khiển. 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tuyến của BJT. Như ta đã thấy, các tính chất điện của chất bán dẫn đều thay đổi theo nhiệt độ. Do đó, các đặc tuyến của BJT đều thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. − Khi nhiệt độ tăng, các dòng điện rỉ của cực thu (ICBO,Iceo, ICES) đều tăng. − Khi nhiệt độ tăng, các độ lợi điện thế αDC, βDC cũng tăng. − Khi nhiệt độ tăng, điện thế phân cực thuận (điện thế ngưỡng) nối nền phát VBE giảm. Thông thường, VBE giảm 2,2mV khi nhiệt độ tăng 10C. − Dòng điện rỉ ICBO tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 80C trong transistor Si. ⎡ t −825 ⎤ I CBO ( t C) = I CBO (25 C).⎢2 ⎥ 0 0 ⎣ ⎦ Tác động của nhiệt độ ảnh hưởng quan trọng đến điểm điều hành của transistor. Nó là nguyên nhân làm cho thông số của transistor thay đổi và kết quả là tín hiệu có thể bị biến dạng. Trang 72 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử 250C 500C 250µA IC (mA) IB (µA) 500C 200µA 250C 150µA (2,2mV/0C) 100µA 50µA IB =0µA VBE (mV) 0 645 700 0 VCE (Volt) IC (mA) 500C 250C VCE =15V (2,2mV/0C) 10 Hình 17 VBE (mV) 0 645 700 VII. ĐIỂM ĐIỀU HÀNH – ĐƯỜNG THẲNG LẤY ĐIỆN MỘT CHIỀU. Ta xem mạch dùng transistor BJT NPN trong mô hình cực nền chung như sau: RE RC + IE IC + VBE VCB VEE VCC Vào Ra Hình 18 Để xác định điểm tỉnh điều hành Q và đường thẳng lấy điện một chiều, người ta thường dùng 3 bước: Trang 73 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử 1. Mạch ngõ vào: Ta có: VBE + REIE - VEE = 0 V − VBE ⇒ I E = EE RE Chú ý là VBE = 0,7V với BJT là Si và VBE = 0,3V nếu BJT là Ge. 2. Từ công thức IC = αDCIE ≅ IE. Suy ra dòng điện cực thu IC. 3. Mạch ngõ ra: Ta có: VCB - VCC + RCIC = 0 VCB VCC ⇒ IC = − + RC RC Đây là phương trình đường thẳng lấy điện một chiều (đường thẳng lấy điện tỉnh). Trên đặc tuyến ra, giao điểm của đường thẳng lấy điện với IE tương ứng (thông số) của đặc tuyến ra chính là điểm tỉnh điều hành Q. Ta chú ý rằng: VCC − Khi VCB = 0 ⇒ I C = I SH = (Dòng điện bảo hoà) RC − Khi IC = 0 (dòng ngưng), ta có: VCB = VCC = VOC IC (mA) IE = 6mA IE = 5mA IE = 4mA V IE = 3mA = CC I SH RC Q IE = 2mA IE = 1mA 0mA VCB(Volt) 0 VCBQ VCB=VCC=VOC Hình 19 Một số nhận xét: Để thấy ảnh hưởng tương đối của RC,VCC, IE lên điểm điều hành, ta xem ví dụ sau đây: Trang 74 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử 1. Ảnh hưởng của điện trở cực thu RC: RC = 1,5KΩ; 2KΩ; 3 KΩ RE = 100Ω RC IC IE = 3mA VCC = 12V VEE = 1V Hình 20 VEE − VBE 1 − 1,7 IE = = = 3mA ≈ I C Ta có: RE 0,1 V V * Khi RC = 2 KΩ, I C = − CB + CC RC RC V 12 3 = − CB + ⇒ VCB = 6mA 2 2 IC (mA) 6 5 4 Q IE = 3mA 3 2 1 VOC 0 VCB(Volt) 2 4 6 8 10 12 * Khi RC = 1,5 KΩ (RC giảm), giHình ,21 EE, VCC không đổi. ữ RE V IC # IE # 3mA VCB = VCC - RC.IC = 12 - 1,5x3 =7,5V V 12 I SH = CC = = 8mA R C 1,5 Trang 75 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử IC (mA) 8 7 6 5 4 Q IE = 3mA 3 2 1 VOC 7,5V 0 VCB(Volt) 2 4 6 8 10 12 Hình 22 * Khi RC = 3 KΩ (RC tăng) IC # IE =3mA VCB = VCC - RC.IC = 12 - 3x3 = 3V V 12 I SH = CC = = 4mA RC 3 IC (mA) 4 IE = 3mA Q 3 2 1 VOC 0 VCB(Volt) 2 4 6 8 10 12 Hình 23 Như vậy, khi giữ các nguồn phân cực VCC, VEE và RE cố định, thay đổi RC, điểm điều hành Q sẽ chạy trên đặc tuyến tương ứng với IE = 3mA. Khi RC tăng thì VCB giảm và ngược lại. 2. Ảnh hưởng của nguồn phân cực nối thu nền VCC. Nếu giữ IE là hằng số (tức VEE và RE là hằng số), RC là hằng số, thay đổi nguồn VCC, ta thấy: Khi VCC tăng thì VCB tăng, khi VCC giảm thì VCB giảm. Trang 76 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Thí dụ: RE = 100Ω RC = 2KΩ IC (mA) VCC = 14V + VCC = 12V 7 IC VCC = 10V 6 VCC: 10V 5 12V VEE = 1V 4 14V Q1 Q1 IE =3 (mA) 3 Q2 2 1 VCB 0 2 4 6 8 10 12 14 Hình 24 3. Ảnh hưởng của IE lên điểm điều hành: Nếu ta giữ RC và VCC cố định, thay đổi IE (tức thay đổi RE hoặc VEE) ta thấy: khi IE tăng thì VCB giảm (tức IC tăng), khi IC giảm thì VCB tăng (tức IC giảm). VCC IC (mA) I C ( sat ) = I SH = RC 7 IE =6 (mA) 6 Q2 Tăng IE =5 (mA) 5 Q1 IE =4 (mA) 4 Q IE =3 (mA) 3 Q3 IE =2 (mA) Giảm 2 Q4 IE =1 (mA) 1 VCB ICBO 0 2 4 6 8 10 12 14 Hình 25 Khi IE tăng thì IC tăng theo và tiến dần đến trị ISH. Transistor dần dần đi vào vùng bảo hoà. Dòng tối đa của IC, tức dòng bảo hoà gọi là IC(sat). Như vậy: VCC I C (sat ) = I SH = RC Lúc này, VCB giảm rất nhỏ và xấp xĩ bằng 0V (thật sự là 0,2V). Khi IE giảm thì IC giảm theo. Transistor đi dần vào vùng ngưng, VCB lúc đó gọi là VCB(off) và IC = ICBO. Trang 77 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Như vậy, VCB(off) = VOC = VCC. Vùng bảo hoà và vùng ngưng là vùng hoạt động không tuyến tính của BJT. Đối với mạch cực phát chung, ta cũng có thể khảo sát tương tự. VIII. KIỂU MẪU MỘT CHIỀU CỦA BJT. Qua khảo sát ở phần trước, người ta có thể dùng kiểu mẫu gần đúng sau đây của transistor trong mạch điện một chiều: E C E C IC=αDCIE≈IE IE ≈ αDCIE B Transistor N P N B E C E C IC=αDCIE≈IE IE ≈ αDCIE B Transistor PNP B Hình 26 Tuy nhiên, khi tính các thành phần dòng điện và điện thế một chiều của transistor, người ta thường tính trực tiếp trên mạch điện với chú ý là điện thế thềm VBE khi phân cực thuận là 0,3V đối với Ge và 0,7V đối với Si. Thí dụ 1: tính IE, IC và VCB của mạch cực nền chung như sau: Trang 78 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Si RE RC - + IE IC 0,7V VCB +- VEE VCC Si RE RC - + IE IC 0,7V VCB -+ VEE VCC Hình 27 Ta dùng 3 bước: VEE − 0,7 ; IC # αDC # IE Mạch nền phát (ngõ vào): I E = RE Áp dụng định luật kirchoff (ngõ ra), ta có: − Với transistor NPN: VCB = VCC - RC.IC; VCB > 0 − Với transistor PNP: VCB = -VCC + RC.IC; VCB
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử − Với transistor NPN: VCE = VCC -RC IC >0 − Với transistor PNP: VCE = -VCC + RC.IC
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử vBE(t) = VBE + vbe(t) Thành phần tức thời = thành phần DC + thành phần xoay chiều. Trong mô hình các dòng điện chạy trong transistor ta thấy: điểm B’ nằm trong vùng nền được xem như trung tâm giao lưu của các dòng điện. Do nối nền phát phân cực thuận nên giữa B’ và E cũng có một điện trở động re giống như điện trở động rd trong nối P-N 26mV khi phân cực thuận nên: re = p n+ n- IE B’ E C ie ic ib’ B Hình 31 Ngoài ra, ta cũng có điện trở rb của vùng bán dẫn nền phát (ở đây, ta có thể coi như đây là điện trở giữa B và B’). Do giữa B’ và C phân cực nghịch nên có một điện trở r0 rất lớn. Tuy nhiên, vẫn có dòng điện ic = α.ie = βib chạy qua và được coi như mắc song song với r0. * α là độ lợi dòng điện xoay chiều trong cách mắc nền chung: ∆I di i α = α ac = C = C = c ∆I E di E i e Thông thường α hoặc αac gần bằng αDC và xấp xĩ bằng đơn vị. * β là độ lợi dòng điện xoay chiều trong cách mắc cực phát chung. ∆i di i β = β ac = h fe = C = C = c ∆i B di B i b Thông thường β hoặc βac gần bằng βDC và cũng thay đổi theo dòng ic. Trị số α, β cũng được nhà sản xuất cung cấp. Như vậy, mô hình của transistor đối với tín hiệu xoay chiều có thể được mô tả như sau: α.ie = β.ib ie B’ E C re ib rb ro Ω Hình 32 rb thường có trị số khoảng vài chục B , r0 rất lớn nên có thể bỏ qua trong mô hình của transistor. Trang 81 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử 2. Điện dẫn truyền (transconductance) Ta thấy rằng, dòng điện cực thu IC thay đổi theo điện thế nền phát VBE. Người ta có thể biểu diễn sự thay đổi này bằng một đặc tuyến truyền (transfer curve) của transistor. Đặc tuyến này giống như đặc tuyến của diode khi phân cực thuận. ID(mA) IC(mA) = IE ID=IO.exp(VD/VT) IC=ICES.exp(VBE/VT) VD(volt) VBE(volt) 0 0 IC(mA) ID=IO.exp(VD/VT) C C gmvbe ≈ Tiếp tuyến có độ B B + Q dốc =gm=IC/VT vbe - VBE(mV) 0 E E Hình 33 Người ta định nghĩa điện dẫn truyền của transistor là: ∆i c i (t) gm = =c ∆VBE v be ( t ) Và đó chính là độ dốc của tiếp tuyến với đặc tuyến truyền tại điểm điều hành Q. Tương tự như diode, ta cũng có: VBE I C = I CES .e VT Trong đó, IC là dòng điện phân cực cực thu; ICES là dòng điện rĩ cực thu khi VBE = 0V KT VT = (T: nhiệt độ Kelvin) e Ở nhiệt độ bình thường (250C), VT = 26mV Ta có thể tính gm bằng cách lấy đạo hàm của IC theo VBE. V dI C I BE gm = = CES .e VT dVBE VT Trang 82 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử IC Và g m = (Ω ) VT IC Ở nhiệt độ bình thường (250C) ta có: g m = 26mV 3. Tổng trở vào của transistor: Người ta định nghĩa tổng trở vào của transistor bằng mô hình sau đây: iin BJT + vin - v in R in = i in Hình 34 Ta có hai loại tổng trở vào: tổng trở vào nhìn từ cực phát E và tổng trở vào nhìn từ cực nền B. Tổng trở vào nhìn từ cực phát E: ie = -iin E C + vbe = -vin B - v in v be R in = = i in ie Hình 35 Theo mô hình của transistor đối với tín hiệu xoay chiều, ta có mạch tương đương ở ngõ vào như sau: E B’ E B’ re re - - ie ie rb rb ib ie β +1 B B + + Hình 36 Trang 83 Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử Vì ie=(β+1)ib nên mạch trên có thể vẽ lại như hình phía dưới bằng cách coi như rb dòng ie chạy trong mạch và phải thay rb bằng . β +1 r + (β + 1)re v be r R in = = b + re = b Vậy: β +1 β +1 ie hie = rb+(β+1).re Đặt: h Suy ra: R in = ie β +1 rb Do β>>1, rb nhỏ nên
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử v be R in = = rb + (β + 1)re = h ie Vậy: ib rπ=(1+β).re≈βre Người ta đặt: Thông thường βre>>rb nên: Rin=hie ≈rπ≈βre β 1 26mV 26mV 1 1 Vậy: rπ = và re = re = ≈ = = Ngoài ra, ; IC gm gm IE IC gm 26mV v 1 ⇒ g m v be = β i b re ≈ be = ⇒ g m v be = i e ≈ i c = βi b ; Ta chú ý thêm là: ie gm 4. Hiệu ứng Early (Early effect) Ta xem lại đặc tuyến ngõ ra của transistor trong cách mắc cực phát chung. Năm 1952. J.Early thuộc phòng thí nghiệm Bell đã nghiên cứu và hiện tượng này được mang tên Ông. Ông nhận xét: Ở những giá trị cao của dòng điện cực thu IC, dòng IC tăng nhanh theo VCE (đặc tuyến có dốc đứng). Ở những giá trị thấp của IC, dòng IC tăng không đáng kể khi VCE tăng (đặc tuyến gần như nằm ngang). Nếu ta kéo dài đặc tuyến này, ta thấy chúng hội tụ tại một điểm nằm trên trục VCE. Điểm này được gọi là điểm điện thế Early VA. Thông thường trị số này thay đổi từ 150V đến 250V và người ta thường coi VA = 200V. IC(mA) VCE(volt) 0 10 20 30 Early voltage 40 50 VCE = -VA = -200V IC(mA) Q ICQ ∆IC = ICQ VCE(volt) 0 VCEQ ∆VCE = VCE -(-VA) = VCE + VA ≈ VA Hình 39 Trang 85 Biên soạn: Trương Văn Tám

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.