Mạch điện tử-Chương số 2

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 10
download

Mạch điện tử-Chương số 2

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo dùng cho sinh viên các trường đại học cao đẳng môn điện-điện tử

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mạch điện tử-Chương số 2

CHÖÔNG 2: TRANSISTOR HAI LÔÙP TIEÁP GIAÙP - BJT 2.1 Giôùi thieäu 2.2 Doøng chaûy trong BJT 2.3 Khueách ñaïi doøng trong BJT 2.4 Giaûi tích maïch BJT baèng ñoà thò 2.5 Tính toaùn coâng suaát 2.6 Tuï Bypass voâ haïn 2.7 Tuï gheùp voâ haïn 2.8 Maïch Emitter Follower 2.9 Môû roäng “We make a living by what we get, we make a life by what we give”. - Winston Churchill, Sir (1874-1965) http://www.khvt.com 1 Chöông 2
2.1 Giôùi thieäu 1948: Transistor ñaàu tieân (Bell Lab) Caùc loaïi transistor (TST): BJT, FET BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lôùp tieáp giaùp 2.2 Doøng chaûy trong BJT Caáu taïo vaø kyù hieäu Doøng chaûy trong BJT EB: Phaân cöïc thuaän CB: Phaân cöïc nghòch IC IE I CBO IE IB IC (1 )I E IB I CBO 1 I CBO IB IC Ñaët: 1 Löu yù: Caáu hình B chung (CB – Common Base configuration) http://www.khvt.com 2 Chöông 2
2.2.1 Moái noái Emitter – Base (EB) Xem moái noái EB nhö moät Diode phaân cöc thuaän hoaït ñoäng ñoäc laäp (iD = iE; vD = vEB) DCLL vaø Ñaëc tuyeán EB 1 V EE DCLL: i E v EB Re Re Maïch töông ñöông ñôn giaûn vE = VEBQ = V (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium) rd = 0 V EE V EBQ I EQ Re http://www.khvt.com 3 Chöông 2
2.2.2 Moái noái Collector – Base (CB) Töø quan heä: I C I E I CBO , maïch töông ñöông cuûa moái noái CB: E IE IC C IE IC C E VEBQ VEBQ IE IE ICBO Diode lyù töôûng IB IB B B VÍ du 1ï: Cho maïch ñieän nhö hình veõ: 1, ICBO 0; VEE = 2V; Re = 1k; VCC = 50V; Rc = 20k; vi = 1sin t. Tính iE vaø vCB. Re C E 1 3 V EE vi V EBQ 1.3 1.0 sin t (mA) B iE 2 Rc Re vi VEE VCC vCB VCC R c iC VCC Rc i E iE C iC E V EE V EBQ Rc vCB VCC Rc vi Re Rc Re Re VEBQ 24 20 sin t (V) vi vCB B VEE VCC Heä soá khueách ñaïi tín hieäu xoay chieàu: Av = 20 http://www.khvt.com 4 Chöông 2
2.3 Khueách ñaïi doøng trong BJT iC iB vôùi Quan heä giöõa iC vaø iB (boû qua ICBO): 1 iC iB iB Heä soá khueách ñaïi tín hieäu nhoû: iC iB h fe Suy ra: iB iB h fe hFE Xem gaàn ñuùng: Löu yù: cuûa caùc TST cuøng loaïi coù theå thay ñoåi nhieàu theo töøng TST. Ví du 2ï: Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Xaùc ñònh heä soá khueách ñaïi doøng tín hieäu nhoû. Caáu hình E chung (CE – Common Emitter configuration) Transistor npn VBB vi VBEQ C iB iC iB I BQ ib Ngoõ vaøo: 1 2 Rc Rb 3 B E VBB VBEQ Rb vi vaø ib I BQ vôùi: Rb Rb vi VCC ( I BQ ib ) I CQ iC iB ic Ngoõ ra: VBB ic Heä soá khueách ñaïi doøng tín hieäu nhoû: Ai ib http://www.khvt.com 5 Chöông 2
Ñaëc tuyeán VA ngoõ ra caáu hình E chung Vuøng baõo hoøa: vCE VCEsat Quan heä giöõa iC vaø iB laø khoâng tuyeán tính Vuøng chuû ñoäng: VCEsat vCE BVCEO Quan heä tuyeán tính: iC iB I CBO Giôùi haïn doøng: IC-cutoff iC ICmax Ví duï 3: VCC = 10V, Rb = 10K, Rc = 1K. TST: = 100, VBE = 0.7V, VCEsat = 0.1V. Tìm ñieàu kieän laøm vieäc (IC vaø VCE) cuûa TST khi: a) VBB = 1.5V b) VBB = 10.7V V BB V BE ; VCE VCC I C Rc IB Rb Rb 3 2 1 Rc a) IB = 0.08mA; IC = IB = 8mA VCE = 2V: TST hoaït ñoäng trong vuøng tích cöïc. VBB b) IB = 1mA; Giaû söû IC = IB = 100mA VCE = -90 !!! VCC TST hoaït ñoäng trong vuøng baõo hoøa: VCE = VCEsat = 0.1 10 0.1 VCC VCE 9.9mA IC 1K Rc http://www.khvt.com 6 Chöông 2
Maïch töông ñöông ic 1 C + hfeib R0 vce _ 1 E 2.4 Giaûi tích maïch BJT baèng ñoà thò Maïch khueách ñaïi cô baûn Maïng phaân cöïc RL R2 RL B 1 R2 2 VCC 1 3 2 VCC 1 ii 3 B VCC ii Rb Rb 1 Re R1 Re R1 VBB VBB http://www.khvt.com 7 Chöông 2
Maïng phaân cöïc (Maïch töông ñöông Thevenin): Rb R1 V BB VCC R1 Thieát keá: 1 V BB / VCC R1 R2 VCC R1 R2 Rb R2 Rb R1 R2 V BB Hoaït ñoäng cuûa maïch khueách ñaïi (DC) Ngoõ ra: VCC vCE iC R L i E Re iC ( R L Re ) : DCLL iE, suy ra: VCC vCE Vôùi iC = iE Ngoõ vaøo: V BB i B Rb v BE i E Re V BB v BE V BB v BE Boû qua ICBO: iB = (1- )iE, suy ra: i E 1 Re (1 ) Rb Re Rb 1 Ñeå loaïi boû söï thay ñoåi cuûa iE do thay ñoåi, choïn Re >> Rb/(1+ ). Tónh ñieåm Q (ICQ, VCEQ): V BB V BEQ RL (V BB 0.7) 1 ; VCEQ VCC I CQ I EQ Re Re http://www.khvt.com 8 Chöông 2
Giaûi tích baèng ñoà thò Tín hieäu nhoû: ic iC I CQ vaø: v ce vCE VCEQ Quan heä pha: ib taêng, ic, ie taêng, vce giaûm Ñieáu kieän ñeå iC coù theå dao ñoäng cöïc ñaïi (max swing): (Giaû söû VCEsat = 0 vaø IC-cutoff = 0) VCC / 2 I CQ R L Re VCC / 2 VCEQ http://www.khvt.com 9 Chöông 2
Ví duï 4: Tìm Q ñeå coù max swing: 9 VCEQ I CQ (1000 200) 1 +9V DCLL: VCC / 2 R2 RL 1k Max swing: ICEQ = = 3.75 mA R L Re = 100 VCEQ = VCC / 2 = 4.5 V R1 Re 200 Ví duï 5: Tìm R1 vaø R2 trong ví duï 4 ñeå ñaït ñöôïc Max Swing +9V 1 VBQ = VBE + VEQ = VBE + IEQ Re VBE + ICQ Re 1 RL Re (1 ) Rb 1k Choïn Re >> Rb/(1+ ), thöôøng choïn: = 2K 10 Rb = 100 VBB = VRb + VBQ = IBQRb + VBQ (ICQ/ )(0.1 Re) + VBE + ICQRe VBB = VBE + ICQ(1.1Re) = 0.7 + (3.75E-3)(1.1)(200) = 1.525 V Re 200 Rb VBB R1 Suy ra: = 2.4K 1 V BB / VCC V Rb CC = 11.8K R2 V BB http://www.khvt.com 10 Chöông 2
2.5 Tính toaùn coâng suaát Coâng thöùc toång quaùt: 1T 1T V (t ) I (t )dt (Vav v (t ))( I av i (t ))dt P P T0 T0 1T V(t) = Vav + v(t) v (t )i (t )dt P Vav I av I(t) = Iav + i(t) T0 Trong ñoù:Vav, Iav: Giaù trò trung bình v(t), i(t): Thaønh phaàn thay ñoåi theo thôøi gian coù trung bình baèng 0. Coâng suaát trung bình tieâu taùn treân taûi (Coâng suaát xoay chieàu) 1T 2 VCC MaxSwing: max(Icm) = ICQ = PL,ac ic R L dt 2( R L R e ) T0 2 VCC R L Giaû söû ic laø tín hieäu sin: ic = Icmsin t Suy ra: max(PL,ac) = 2 Re ) 2 8( R L I cm R L PL,ac 2 Ñeå cöïc ñaïi hoùa coâng suaát tieâu taùn treân taûi: Choïn RL >> Re 2 VCC Suy ra: max(PL,ac) 8R L http://www.khvt.com 11 Chöông 2
Coâng suaát nguoàn cung caáp trung bình 1T 1T VCC VCC ( I CQ ic )dt Max Swing: ICQ = PCC VCC iC dt 2( R L R e ) T0 T0 2 VCC Suy ra: PCC = PCC VCC I CQ 2( R L R e ) 2 VCC Vôùi RL >> Re: PCC 2 RL Coâng suaát trung bình treân Transistor 1T 1T 1T 1T 2 ( RL Re )iC iC dt VCC iC dt ( R L Re ) PC vCE iC dt VCC iC dt T0 T0 T0 T0 PC PCC PL PE : “Baûo toaøn naêng löôïng” 2 1T 2 1T I cm 2 2 I cm sin t dt iC dt I CQ I CQ Khai trieån: 2 T0 T0 2 I cm 2 ( RL Re ) I CQ ( RL Re ) PC PCC Suy ra: 2 TST tieâu thuï coâng suaát cöïc ñaïi khi khoâng coù tín hieäu: http://www.khvt.com 12 Chöông 2
2 PCC RL Re I CQ max(PC) = 2 2 VCC VCC Max Swing: max(PC) = 4( R L R e ) 4 RL Hieäu suaát PL,ac Hieäu suaát: PCC 2 I cm R L / 2 Max Swing: 2 VCC / 2 R L VCC Hieäu suaát cöïc ñaïi khi Icm cöïc ñaïi: max(Icm) = ICQ (Giaû söû RL >> Re) 2 RL 2 VCC / 8R L Suy ra: max( ) = 0.25 2 / 2 RL VCC Tyû soá coâng suaát tieâu taùn TST cöïc ñaïi treân coâng suaát taûi xoay chieàu cöïc ñaïi: (Thieát keá: Choïn TST coù chæ soá coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi thích hôïp) 2 max( PC ) VCC / 4 R L 2: 2 max( PL,ac ) / 8R L VCC http://www.khvt.com 13 Chöông 2
2.6 Tuï Bypass voâ haïn Re: + Taïo doøng phaân cöïc ICQ vaø taêng ñoä oån ñònh phaân cöïc (C3). _ Giaûm hieäu suaát; Giaûm heä soá khueách ñaïi ñoái vôùi tín hieäu nhoû xoay chieàu (C4) Söû duïng tuï bypass (Giaû söû Ce , ñoái vôùi tín hieäu xoay chieàu: ZC = 1/(jC ) 0) R DC R L Re DCLL: RL 1 VCC IC VCE iC iB R DC R DC VCC iE v ce R L ic ACLL: ii Rb Rac RL Re 1 Ce ic v ce (Goác toïa ñoä Q) VBB Rac “Destiny is what we make”. - Anonymous http://www.khvt.com 14 Chöông 2
Max Swing: Q trung ñieåm ACLL VCEQ I CQ Rac Thay vaøo DCLL: 1 VCC I CQ I CQ Rac R DC R DC VCC I CQ R DC Rac VCC VCEQ 1 R DC / Rac 2.7 Tuï gheùp (coupling capacitor) voâ haïn Tuï gheùp: Ngaên doøng DC qua taûi. VCC DCLL: RDC = Re + Rc 1 ACLL: Rac = Rc // RL Rc Cc VCC I CQ Max Swing: R DC Rac iC iB iL VCC ii iE VCEQ Rb RL 1 R DC / Rac VBB Re Ce Rc Doøng qua taûi (AC): i L ic R L Rc http://www.khvt.com 15 Chöông 2
2.8 Maïch Emitter Follower VCC VCC vB = vBE + vE R2 Xem vBE VBE = 0.7 Cb Cb vi = vb ve: “Follower” Rb vi vi Re R1 Re vE vE VBB a) Maïch Emitter Follower b) Maïch töông ñöông VCC DCLL: RDC = Re ACLL: Rac = Re // RL Cb Ce Rb vi vL Re RL VBB c) Maïch Emitter Follower vôùi taûi AC http://www.khvt.com 16 Chöông 2
2.9 Môû roäng 2.9.1 Maïch phaân cöïc Base – Injection Xeùt maïch Emitter Follower vôùi maïch phaân cöïc Base – Injection sau: VCC Tính toaùn maïch phaân cöïc: Ngoõ vaøo: VCC = VR2 + VBEQ + VRe R2 VCC R2(ICQ/ ) + VBEQ + ReICQ VCC V BEQ Cb I CQ R e R2 / Ce vi Ngoõ ra: VCEQ = VCC - ReICQ Re vL Thieát keá maïch phaân cöïc: RL Choïn tónh ñieåm Q VCC V BEQ Re I CQ Tính R2 = I CQ / http://www.khvt.com 17 Chöông 2
2.9.2 Nguoàn cuûa maïch khueách ñaïi Coù theå thay ñoåi ñieän aùp nguoàn cung caáp cho maïch khueách ñaïi ñeå thay ñoåi möùc DC cuûa ngoõ ra (Vaãn baûo ñaûm TST phaân cöïc ñuùng). Ví duï 6: Xeùt maïch CE sau +VCC DCLL: RDC = Rc + Re 1 VCC V EE IC VCE R2 Rc R DC R DC ACLL: Rac = Rc + Re Cb Vôùi tín hieäu ac, caùc nguoàn moät chieàu vo (VCC, VEE) ngaén maïch: Phaân tích nhö vi caùc phaàn tröôùc. R1 Re Ví duï: Choïn RCICQ = VCC Möùc DC ngoõ ra: v0-DC = 0 (Khoâng caàn duøng tuï coupling ngoõ ra) -VEE http://www.khvt.com 18 Chöông 2