BT chương 3 linh kiện điện tử đh công nghiệp TP HCM

Họ tên: Trần Thẩm Hoàng Long Lớp: DHDTVT17D MSSV: 21138301 BÀI TẬP MÔN LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG Câu 1: a Trình bày phân loại, cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ tương đương BJT - Phân loại: Gồm loại Transistor PNP Transistor NPN - Cấu tạo: • BJT (Bipolar Junction Transistor) tạo nên từ ba lớp bán dẫn phân cách hai mối nối pn • Ba vùng bán dẫn transistor gọi là: vùng Phát (Emitter); Nền (Base) Thu (Collector) Các hình vẽ dùng biểu diễn cấu trúc vật lý loại transistor: pnp npn trình bày hình H9.2 • • • - Hình 9.2 Mối nối pn vùng vùng thu gọi mối nối thu (Base–Collector Junction) Tương tự mối nối pn vùng vùng phát mối nối phát (Base – Emitter Junction) Các đầu linh kiện đặt vùng ký hiệu ký tự E (Phát); B (Nền) C (Thu) Vùng Nền chứa tạp chất mỏng so với vùng Phát có nhiều tạp chất vùng Thu có số lượng tạp chất trung bình Sơ đồ tương đương BJT: Transistor PNP Transistor NPN b Mô tả nguyên lý hoạt động BJT loại NPN phương trình Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E Trong (+) nguồn vào cực C, (-) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBE qua cơng tắc trở hạn dịng vào hai cực B E Trong cực (+) vào chân B cực (-) vào chân E Khi công tắc mở, ta thấy hai cực C E cấp điện khơng có dịng điện chạy qua Lúc dịng IC = Khi cơng tắc đóng, mối P – N phân cực thuận Khi có dịng điện chạy từ nguồn (+) UBE qua cơng tắc tới R hạn dịng Sau qua mối BE cực (-) tạo thành dòng IB Ngay dòng IB xuất hiện, dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng Khi dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB - Dòng IC hồn tồn phụ thuộc vào dịng IB, có cơng thức IC = β.IB Trong đó: • IC là dịng chạy qua mối CE • IB dịng chạy qua mối BE • β Là hệ số khuếch đại transistor Khi có điện UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Khi xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực mỏng nồng độ pha tạp thấp Vì số điện tử tự từ lớp bán dẫn nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE tạo thành dòng ICE chạy qua transistor Các phương trình bản: IE = IC + IB IC =  IE  - Hệ số truyền đạt dòng điện - Hệ số khuếch đại dòng điện I I = = C - Hệ số truyền đạt dòng điện E  = 1− I I C - Hệ số khuếch đại dòng điện B Chú ý: Tồn dòng nhiệt động tử thiểu số gây IC = α IE + ICB0 = α(IB + IC) + ICB0 I C =  1− I B + 1− I CB =  I B + (  + 1) I CB Câu 2: Phân cực chế độ củaBJT a Phân cực ? Phân cực trình thiết lập điện áp hoạt động chiều transistor điều kiện dịng điện mức xác để tín hiệu đầu vào AC khuếch đại xác transistor b Các sơ đồ phân cực cho BJT • Phân cực cực gốc cố định hay phân cực điện trở cố định Mạch phân cực hình có điện trở cực gốc RB nối cực gốc VCC Ở mối nối cực gốc - cực phát transistor phân cực thuận điện áp rơi RB, kết dịng IB chạy qua Từ hình vẽ, biểu thức tốn học cho IB thu Ở giá trị VCC VBE cố định, giá trị RB không đổi mạch thiết kế Điều dẫn đến giá trị không đổi cho IB, dẫn đến điểm hoạt động cố định mạch đặt tên phân cực cực gốc cố định Loại phân cực dẫn đến hệ số ổn định (β + 1), dẫn đến độ ổn định nhiệt Lý đằng sau điều thực tế tham số β transistor khơng thể đốn trước thay đổi mức độ lớn, trường hợp transistor có model loại Sự thay đổi β dẫn đến thay đổi lớn I C, điều bù đắp phương tiện thiết kế Do đó, loại sai lệch phụ thuộc β dễ gây thay đổi điểm hoạt động thay đổi đặc tính nhiệt độ transistor Tuy nhiên, cần lưu ý phân cực cực gốc cố định đơn giản sử dụng linh kiện Hơn nữa, cho người dùng thay đổi điểm hoạt động đâu vùng hoạt động cách thay đổi giá trị RB thiết kế Hơn nữa, khơng cung cấp tải source khơng có điện trở qua mối nối cực gốc - cực phát Do yếu tố này, phân cực sử dụng ứng dụng chuyển mạch để đạt điều khiển độ lợi tự động transistor • Phân cực phản hồi cực góp Trong mạch (Hình 2), điện trở cực gốc RB kết nối qua cực góp cực gốc transistor Điều có nghĩa điện áp cực gốc VB điện áp cực góp VC phụ thuộc lẫn Từ phương trình này, người ta thấy IC tăng làm giảm VC, dẫn đến IB giảm, IC tự động giảm Điều rằng, loại phân cực mạng này, điểm Q (điểm hoạt động) cố định thay đổi dịng tải khiến transistor ln vùng hoạt động giá trị β Hơn nữa, mạch gọi mạch phản hồi âm tự phân cực phản hồi từ đầu đến đầu vào thông qua RB Loại phân cực tương đối đơn giản có hệ số ổn định nhỏ (β + 1), dẫn đến độ ổn định tốt so sánh với phân cực cố định Tuy nhiên, hành động giảm dịng cực góp dòng cực gốc dẫn đến giảm độ lợi khuếch đại Ở đây, điện áp dòng điện khác: VB = VBE IC = βIB I E ≈ IC • Phân cực phản hồi kép Hình cho thấy mạng phân cực phản hồi kép cải tiến mạch phân cực phản hồi cực góp có thêm điện trở R1 làm tăng độ ổn định mạch Điều gia tăng dòng điện chạy qua điện trở cực gốc dẫn đến mạng lưới chống lại thay đổi giá trị β • Phân cực cố định với điện trở cực phát Như hình 4, mạch phân cực có ngồi mạng phân cực cố định với điện trở cực phát bổ sung, RE Ở đây, IC tăng nhiệt độ tăng, IE tăng, làm tăng điện áp rơi RE Điều dẫn đến giảm VC, gây giảm IB, đưa IC trở lại giá trị bình thường Do đó, loại mạng phân cực mang lại ổn định tốt so với mạng phân cực cực gốc cố định Tuy nhiên, diện RE làm giảm mức tăng điện áp khuếch đại dẫn đến phản hồi AC khơng mong muốn Trong mạch này, phương trình tốn học cho điện áp dịng điện khác là: • Phân cực cực phát Mạng phân cực (Hình 5) sử dụng hai điện áp nguồn, VCC VEE, ngược cực cực Ở VEE phân cực thuận mối nối cực gốc - cực phát thông qua RE VCC phân cực nghịch mối nối cực gốc - cực góp Trong loại phân cực này, IC độc lập với β VBE cách chọn RE >> RB / β VEE >> VBE, tương ứng, dẫn đến điểm hoạt động ổn định • Phân cực phản hồi cực phát Loại tự phân cực cực phát (Hình 6) sử dụng phản hồi cực góp - cực gốc phản hồi cực phát phát để dẫn đến độ ổn định cao Ở đây, mối nối cực phát - cực gốc phân cực thuận sụt áp xảy điện trở cực phát, RE dòng cực phát, IE Nhiệt độ tăng IC làm tăng dòng cực phát, IE Điều dẫn đến gia tăng điện áp rơi RE, làm giảm điện áp cực góp VC, IB, đưa IC trở lại giá trị ban đầu Tuy nhiên, điều dẫn đến giảm độ lợi đầu phản hồi suy biến, khơng phải phản hồi AC khơng mong muốn, lượng dịng điện chạy qua điện trở phản hồi xác định giá trị điện áp cực góp, VC Hiệu ứng bù cách sử dụng tụ điện bypass lớn điện trở cực phát, RE Các biểu thức tương ứng với điện áp dòng điện khác là: • Phân cực chia điện áp Loại mạng phân cực (Hình 7) sử dụng chia điện áp tạo thành điện trở R1 R2 để phân cực transistor Điều có nghĩa điện áp phát triển R2 điện áp cực gốc transistor, điện áp phân cực thuận mối nối cực phát - cực gố Nói chung, dịng điện qua R2 cố định 10 lần dòng điện cực gốc yêu cầu, IB (tức I2 = 10IB) Điều thực để tránh ảnh hưởng đến dịng điện phân áp thay đổi β Hơn Trong loại phân cực này, IC có khả chống lại thay đổi β VBE, dẫn đến hệ số ổn định (về mặt lý thuyết), độ ổn định nhiệt tối đa Khi IC tăng nhiệt độ tăng, IE tăng, gây tăng điện áp cực phát VE, làm giảm điện áp cực gốc - cực phát VBE Điều dẫn đến việc giảm dòng điện cực gốc IB, giúp khôi phục IC giá trị ban đầu Độ ổn định cao cung cấp mạch phân cực làm cho sử dụng rộng rãi cung cấp độ lợi khuếch đại giảm diện RE Ngoài loại mạng phân cực phân tích, transistor lưỡng cực (BJT) phân cực cách sử dụng mạng kích hoạt cách sử dụng diode silicon Zener Hơn nữa, cần lưu ý mạch phân cực giải thích cho BJT, mạng phân cực tương tự tồn trường hợp transistor hiệu ứng trường (FET) c Các chế độ làm việc BJT, sơ đồ tương đương - Chế độ khóa (OFF): Không phân cực: IB = 0; VBE = 0, IC = Ở chế độ cắt, hai lớp tiếp giáp transistor BJT (cực phát với cực gốc cực góp với cực gốc) phân cực nghịch Nói cách khác, giả sử hai lớp tiếp giáp p-n hai diode tiếp giáp pn, hai diode phân cực nghịch chế độ cắt Chúng ta biết điều kiện phân cực nghịch, khơng có dịng điện chạy qua thiết bị Do đó, khơng có dịng điện chạy qua transistor Do đó, transistor lưỡng cực trạng thái tắt làm việc giống công tắc mở Chế độ cắt transistor sử dụng hoạt động chuyển mạch cho ứng dụng tắt công tắc - Chế độ khóa (ON): Phân cực mạnh: IB > IBS; VCE = 0,2V; IC =ICS Phân cực đủ mạnh IB > IBS Transistor thơng bão hịa 10 Ở chế độ bão hòa, hai lớp tiếp giáp transistor BJT (cực phát với cực gốc cực góp với cực gốc) phân cực thuận Nói cách khác, giả sử hai lớp tiếp giáp p-n hai diode tiếp giáp p-n, hai diode phân cực thuận chế độ bão hòa Chúng ta biết điều kiện phân cực thuận, dòng điện chạy qua thiết bị Do đó, dịng điện chạy qua transistor lưỡng cực Trong chế độ bão hòa, điện tử tự (hạt mang điện) từ cực phát đến cực gốc từ cực góp đến cực gốc Kết là, dòng điện cực lớn chạy đến cực gốc transistor BJT Do đó, transistor chế độ bão hòa trạng thái bật làm việc giống cơng tắc đóng Chế độ bão hòa transistor lưỡng cực sử dụng hoạt động chuyển mạch cho ứng dụng bật công tắc - Chế độ khuếch đại: Phân cực: < IB< IBS ; IC = βIB BJT làm việc miền tác động (Active) Trong chế độ kích hoạt, lớp tiếp giáp (cực phát đến cực gốc) phân cực thuận lớp tiếp giáp khác (cực góp với cực gốc) phân cực nghịch Nói cách khác, giả sử hai lớp tiếp giáp p-n hai diode tiếp giáp p-n, diode phân cực thuận diode bị phân cực nghịch Chế độ kích hoạt sử dụng để khuếch đại dịng điện 11 Câu 3: Trình bày kiểu mắc họ đặc tuyến BJT a Sơ đồ mắc CE Đặc tính mạch CE: - Tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào (đảo pha) - Trở kháng vào trung bình Được dùng mạch khuếch đại điện áp b Sơ đồ mắc CB Đặc tính mạch CB: - Tín hiệu pha tín hiệu vào Trở kháng vào nhỏ, trở kháng lớn, Có độ lợi dịng Ai  IE C c Sơ đồ mắc CC 12 Đặc tính mạch CC: Tín hiệu pha tín hiệu vào (mạch lặp áp) Trở kháng vào lớn, trở kháng nhỏ, thường dùng để phối hợp trở kháng Có độ lợi dịng lớn, dùng tầng lối mạch khuếch đại công suất d Họ đặc tuyến BJT - Đặc tuyến vào - Đặc tuyến truyền đạt: (a) Đặc tuyến vào - (b) Đặc tuyến truyền đạt Họ đặc tuyến ra: 13 Câu 4: Cho sơ đồ mạch hình 3.1 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=80; RC = 2k Ω, RB = 50k Ω, VBB =3.7V, VCC =18V a Xác định điện chân E, C, B BJT b Xác định tọa độ điểm phân cực tĩnh Q c Viết phương trình vẽ đồ thị đường tải tĩnh DCLL 14 15 Câu 5: Cho sơ đồ mạch hình 3.2 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=100; RC = 1k Ω, RB = 50k Ω, RE = 1k Ω, VBB =6V, VCC =15V a Xác định điện chân E, C, B BJT b Xác định tọa độ điểm phân cực tĩnh Q c Viết phương trình vẽ đồ thị đường tải tĩnh DCLL Hình 3.2 16 Câu 6: Cho sơ đồ mạch hình 3.3 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=140; RB1 = 3.9kΩ, RB2 = 39kΩ, RC = 10kΩ, RE = 1.5kΩ, VCC =22V a Xác định điện chân E, C, B BJT b Xác định tọa độ điểm phân cực tĩnh Q c Viết phương trình vẽ đồ thị đường tải tĩnh DCLL 17 18 Câu 7: Cho mạch hình 3.4 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=150; RB = 390k Ω, RC = 1.5k Ω, VCC =12V a Xác định điện chân E, C, B BJT b Xác định tọa độ điểm phân cực tĩnh Q c Viết phương trình vẽ đồ thị đường tải tĩnh DCLL 19 Câu 8: Cho mạch hình 3.5 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=90; RB = 250k Ω, RC = 4.7k Ω, RE = 1.2k Ω, VCC =10V a Xác định điện chân E, C, B BJT b Xác định tọa độ điểm phân cực tĩnh Q c Viết phương trình vẽ đồ thị đường tải tĩnh DCLL Hình 3.5 20 Câu 9: Cho mạch hình 3.6 Trong transistor Si có Vɤ= VBE=0,7V; β=100; ICQ= 2mA; VCEQ= 10V; RB1 = 18k Ω, RE = 1.2k Ω, VCC = 18V ⚫ Xác định giá trị RB2 ; RC ? 21 Câu 10: Cho mạch hình 3.7 Trong transistor có Si có VBE=0,7V; β=110; ICQ = ½ ICSat; ICSat = 8mA; VC = 18V; VCC = 28V; VCC = (RC + RE) ICSat ⚫ Xác định giá trị RC; RB RE ? 22 ... Khi có điện UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Khi xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực mỏng nồng độ pha tạp thấp Vì số điện tử tự từ lớp bán dẫn nhỏ số điện tử vào... lượng dòng điện chạy qua điện trở phản hồi xác định giá trị điện áp cực góp, VC Hiệu ứng bù cách sử dụng tụ điện bypass lớn điện trở cực phát, RE Các biểu thức tương ứng với điện áp dịng điện khác... Phân cực chia điện áp Loại mạng phân cực (Hình 7) sử dụng chia điện áp tạo thành điện trở R1 R2 để phân cực transistor Điều có nghĩa điện áp phát triển R2 điện áp cực gốc transistor, điện áp phân