Chương 3
CUNG CAP VA ON ĐỊNH CHẾ ĐỘ CƠNG TÁC CHO CAC
TANG DUNG TRANZISTOR
3.1 Dat van dé
Như đã xét ở chương ï, trong các tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, điểm làm việc n>ữm trong miền tích cục của tranzistor lưỡng cực hoặc nằm trong miền thốt của Fet (riêng đối với các tầng khuếch đại làm việc ở chế độ B hoặc C sẽ được nĩi đến ở chương 6ì)
Ỏ chế độ tĩnh, nghĩa là khi chưa cĩ tín hiệu vào, trên các cực của tranzistor cĩ các
dịng điện tỉnh 7« (hoặc Ip) ; Ig (hoac Ig = 0) va điện áp một chiều Ưcy (hoặc Ứpg) ;
Uy, (hoặc s) Điểm làm việc ứng với chế độ này gọi là điểm làm việc tỉnh
Khi cĩ tín hiệu vào thỉÌ các điện áp và dịng điện thay đổi xung quanh giá trị tĩnh Để đâm bảo cho các tầng làm việc bỉnh thường trong những điều kiện khác nhau, ngồi việc cung cốp diện dp thích hợp cho cúc cục, cịn cần phải ổn dịnh diểm làm viéc tinh
đã chọn Nếu khơng, chất lượng làm việc của tầng (méo, hệ số khuếch dại, diện ap ra,
dịng diện rơ, cơng suốt ra) bị giàm sút Thực chất của vấn đê ổn định là làm cho điểm làm việc khơng phụ thuộc vào độ tạp tán của tham số tranzistor, vào nhiệt độ, vào điện áp nguồn cung cấp, cụ thể là ớp dụng các biện pháp dể giữ cho dịng colecto lẹ (hoặc dịng mĩng Ip) khéng déi (xem 3.3.1)
3.2 Mạch cung cấp và ốn định chế độ cơng tác của các tầng dùng
tranzistor lưỡng cực "
3.2.1 Chế độ tĩnh
Về nguyên tắc, việc cung cấp cho tranzistor để xác định điểm cơng tác tính phải ddm bảo sao cho tranzistor luơn luơn làm việc trong miền tích cực (xem bằng 1.2) và các tham số của nĩ luơn luơn thỏa mãn các điều biện cho phép Muốn vậy, phải dam bảo những yêu cầu sau :
1) Điện thế colecto phải dương hơn điện thế bazo đối với tranzistor npn và âm hơn
điện thế bazo đối với tranzistor pnp từ một von đến vài von
2) Mặt ghép bazơ - emito phải được phân cực thuận (|Ủpy| = 0,7V đối với tranzistor
silic va |Uge| = 0,3V đối với tranzistor gecmani)
3) Dịng œlecto phải lớn hơn dịng điện dư colecto - emito nhiều, nghĩa là | Ic] >>lkw |: 4) Phải đâm bảo các điều kiện cho phép về dịng, áp, cơng suất và nhiệt độ (xem
mục 1.2.3)
Trang 2Nhu đã biết, chế độ tỉnh của một tranzistor mắc emiío chung được xác định bởi
bốn tham số : 1, 7¿, jy và U¿y, trong đĩ thường cho trước một tham số, ví dụ cho trước /¿ ba tham số cịn lại sẽ được xác định trong sự
ràng buộc vdi ho dac tuyén vao va ra cua tranzistor :
Ho dac tuyén ra: I = f(U 6,133) (3.1b)
Quan hé rang buéc dé ditoc ddc trung bdi dường
tải tĩnh (cịn gọi là đường tải một chiều) :
Để minh họa, vẽ đường tải một chiều cho sơ đồ bộ
khuếch đại trên hình 3.1 +L “ức
Nếu giả thiết l¿ = ỉ¡, ta xác định được quan hệ : ug TL
I 2U,, Ue: (3.2)
CỔ R.+R, Ro+R,
Hình 3.1 Sở đồ khuếch đại
Biểu thức (3.2) là một dạng cụ thể của (3.1c), nd emito chung
là biểu thức biểu diễn đường tải tĩnh trên họ đặc tuyến Ry: điện trở trong của nguồn tín hiệu Ứa › điện áp nguồn tín hiệu; - ra (hinh 3.2) : Đường tải tính cĩ độ dốc : dl 1 dữ, Re + Ry Khi thay đổi gid tri của F + Rị, thì đường tải tính quay xung quanh diểm P, cịn khi we gta „ lg„= 808A
thay đổi điện áp cung
cấp, nguồn ỮG thi Trường hợp Ic= Const
duong tdi tinh dich trai
hoặc dich phai Diém
lam việc phải nằm trên Ucer Ùcg, P0 Ucg„ ` 2Ứcc - Ức
đường tai tinh, đĩ là giao 8) b)
diém cha dường tải tinh
Hình 3.2 Dặc tuyến và đường tải tính cho sở đồ trên hình 3.1
` a) tranzistor cĩ hệ số khuếch đại Ởn bé;
dịng uào Igo vi dong b) tranzistor cĩ hê số khuếch đại địng ZN lĩn
coiecfo lc„ phải đồng thời thỏa mãn (3.1b) và (3.lc) Trong thực tế thường cho trước
điện úp nguồn cung cốp, lúc đĩ việc chọn điểm làm việc và điện trở một chiều (trong
trường hợp trên là R + #) sẽ tùy thuộc vào các yếu tố sau đây : với đặc tuyến ra ứng uới
Trang 3- Tạp âm (hinh 1.14) ; - Tham số giới hạn (1, U, P)
Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng cụ thể của
mạch, khi chọn điểm làm việc tính cĩ thể đặc biệt
lưu tâm đến một số yếu tố nào đĩ đã kể trên và bỏ qua những yếu tố khác
Sau khi đã chọn được điểm tính, sẽ (hiết lập vi
trị của nĩ trong sơ dồ thục tế bàng cách dặt lên các \ / fp (M2) ——> 8 o
cực của tranzistor những diện úp một chiều cồn thiết 50 7
(Ứcy¿„ và gu) Vấn đề cịn lại là ổn định điểm làm
việc tĩnh để đảm bảo chất lượng yêu cầu của mạch 109 101 102 Từ hình 3.2 dễ dàng lý giải được : trong ba tham số Tc (mA) —~ lcœ Tpạ và Uct, cần phải ổn định tham số nào Hình
3.2b biểu diễn họ đặc tuyến ra của một loại tranzistor Hình 3.3 Sự phụ Xuyên tần số vào dịng
cĩ hệ số khuếch đại dịng điện Bạ lớn hơn so với Đ\
trên hình 3.2a (hoặc cùng loại tranzistor đố, nhưng nhiệt độ bên trong của bán dẫn Œ¡)
cao hơn) Nếu giữ cho ïpạ khơng đổi thỉ điểm làm việc sẽ thay déi nhiéu khi By va £" thay đổi Trong những trường hợp bất lợi, điểm làm việc cĩ thể di chuyển sang cả khu vực bão hịa Với điểm làm việc như trên hình 3.2b, khi tín hiệu vào lớn sẽ cố méo phi tuyến rất lớn Vậy ổn định ïạ¿„ sẽ khơng đạt được hiệu quả mong muốn Thực tế, ổn định dịng colecto /c¿ là cĩ lợi hơn cả Lúc này dù BẠN, hoặc £ thay dổi nhiều, diểm làm uiệc cũng hầu như khơng dổi, chỉ cĩ dịng điện vào I„„ thay đổi Tĩm lại :
Tốt cả các biện phĩp ổn dịnh diểm làm uiệc dều xoay quanh uốn dé 6n dinh dịng colecto 3.2.2 Mạch cung cấp Colecto của tranzistor được cung cấp qua các điện trở sụt áp Fc như trình bày trên hình 3.4 Trị số Re được xác định bởi tọa độ của điểm tỉnh (IQ„ Úcr,) trong họ đặc tuyến ra theo biểu thức (3.3) Ức — Ức Eo a (3.3) 0
Khi cĩ nhiều tranzistor cùng dùng chung một nguồn cung cấp thÌ các tầng thường được mắc song song với nguồn cung cấp Để giảm ghép ký sinh giữa cĩc tầng, trong mạch colecto của các tầng (trừ tầng cuối) thường mắc những
mắt lọc FC; để khử ghép [3]
Dé cé dong tinh Ic, trong mạch colecto,
phải cung cấp cho bazo một điện úp nào đĩ, goi là thiên áp Cung cấp thiên áp cho bazo
thường lấy từ nguồn cung cấp colecto Để cung Hình 3.4 Mạch cung cấp colecto của tầng khuếch đại dùng tranzistor,
Trang 4cấp cho bazo cĩ thể
dùng các sơ đồ : đựnh dong bazo va dinh ap
bazo như trình bày trên hình 3.5
Trên sơ đồ hình Jđ.5a, điện áp định thiên cho bazơ (Ung) được dẫn qua điện trở
R, vao bazơ Điện trở Rì cĩ trị số lớn hơn
nhiều so uới diện trỏ Hình 3.5 Các sở đồ cung cấp thiên áp đơn giản cho tranzistor a) phương pháp định dịng bazơ;, b) phương pháp định ap baz một chiều của mặt ghép bazo - emito, do đĩ dịng định thiên Œ„) được xác định gần đúng như sau : U, cc Ry? =~ Igo = (3.4)
6 day To khơng phụ thuộc vào nhiệt độ cũng như khơng phụ thuộc vào tham số
cua tranzistor Vi Ic ~ ByJg, nén dong colecto phu thuéc nhiéu vao By, lam cho điểm
làm việc chỉ dược ổn dịnh dối uới những biến déi cia Ủgpg, cịn với các biến đổi của By thì khơng được ổn định VĨ vậy mach nay chỉ được dùng trong các bộ khuếch đại
tín hiệu nhỏ, tần số thấp Mạch cĩ ưu điểm đơn giản Các tụ điện C¡ và C¿; làm nhiệm vụ ngăn cách tín hiệu xoay chiều với nguồn cung cấp một chiều
Cung cấp thiên áp bằng phương pháp định áp bazo (hỉnh 3.B5b) nhận được từ bộ phan 4p R,, Rz mac song song với nguồn cung cấp colecto U,, Thién 4p Upp, được xác
định theo biểu thức (3.5) :
URE = lR; = Ue ~ Ry, + TR) (3.5)
Thường chon J, >> Tgof) do đĩ biểu thức (3.5) cĩ dạng gần đúng :
Uggs = Ức, ~ Ril, (3.6)
Ta nhận thấy Ug;, khơng phụ thuộc tham số của tranzistor tức khơng phụ thuộc nhiệt độ và độ tạp tán của tham số tranzistor Dịng Ï, càng lớn thi Upp, cang ổn định,
muốn thế R, R; phải nhỏ Thường chọn
I, = (0,3 + 3) pmax (3.7)
trong dd, Ipmax lA dong xoay chiéu trong mach bazo ting véi mtic tin hiéu vào lớn
nhất Lúc này (hiên úp hầu như khơng phụ thuộc tri s6 dong bazo Igo, do đĩ cĩ thể dùng cho mạch khuếch đại tín hiệu lớn (chế độ B) Tuy nhiên, khi #ị và #¿ nhỏ thì cơng suốt tiêu thụ của nguồn cung cốp cũng tăng
Ngồi hai phương pháp cung cấp thiên áp trên đây, cịn phương pháp định dịng
emito, nhưng phương pháp này ít dùng vỉ phải dùng nguồn cung cấp riêng cho bazo, nên ta khơng xét ở đây
Trang 53.2.3 Hiện tượng trơi điểm làm việc
Từ sơ đồ tương đương cho tranzistor làm việc trong miền tích cực ta nhận thấy
đặc tính của tranzistor làm uiệc trong miền tích cục được đặc trưng chủ yếu bởi ba
tham số : By (hoac Ay) ; Icon, (hoae Icy, = PNfcgso) và gi Sự thay đổi của các tham
số này là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi điểm làm việc tĩnh Nếu biết được quan hệ
l( (Dạ, Tego, Bn) cua mét mach nao do thi cd thé tính tốn được lượng thay đổi của
I theo cdc tham s6 dac trung da noi trén nhé biéu thtic (3.8) Vi phan toan phan biéu
thức ( = ffUạt, Icn„ạ By) va chuyén vế ta cd :
21c al dT ,
Al = —>— AU + ———— Alon, +® ——— Các thành phần u¡ phân của biểu thúc (3.8) gọi là hệ số ổn dịnh Chúng cho biết khả năng ổn định của một mạch Lượng biến déi AUy): ; Aly, va ABy goi 1a đại lượng trơi Như đã nơi trong chương ¡, các đại lượng này đều phụ thuộc vào nhiệt độ Đảng
3.1 cho biết một số giá trị đặc trưng cho sự phụ thuộc đĩ Bảng 3.1 Loại tranzistor Silic Geemani Silic Geemani Silic Geemani Tham sé (°C) ~bŠ -05 +25 +25 +150 +70 3 3 hota (nA) < 0.01 2 0,03 10 30 30.10 Uy, (Y) 0,78 0,38 0,6 0,2 043 64 B N 25 20 55 55 100 90
Đối với tranzistor gecmani, sự phụ thuộc của điểm làm việc vào nhiệt độ chủ yếu
được quyết định bởi dịng ngược lọ, Đối với tranzistor siic, dịng ngược tăng nhanh
hen theo nhiệt độ, nhưng giá trị tuyệt đối lại nhỏ so với của tranzistor gecmani ở cùng
nhiệt độ, do đĩ với tranzistor silic cĩ thể bỏ qua ảnh hưởng của lạpạ VÌ (hế, dể dảm
bảo cho các mạch điện làm việc ổn định - dặc biệt là ỏ nhiệt dộ cao, người ta hay ding
tranzistor siic, lúc này cần quan tâm đến ảnh hưởng của Upp Dé tinh todn dnh hudng của điện ớp trơi dến các dịng điện 0à diện úp một chiều, dùng sơ dồ trên hình 3.6,
trong do Up = Upp, + AUj, Điện áp trơi AUn,, cĩ thể do sự biến đổi của nhiệt độ
gây ra, cũng cĩ thể đo tạp tán của tham số tranzistor gây ra Diện áp trơi làm biến đổi
điểm làm việc ban đầu hi ,
Khi dong emito khong ddi, néu nhiét dd mat ghép thay déi mot lugng Ad® thi đặc
tuyến ?¿ = ffUj3).) của tranzistor silic cing nhu tranzistor gecmani sé tịnh tiến song song
với trục tung một lượng là 2,5 (mV/C).At° [1] (hinh 3.6b) Tương đương với một lượng
biến đổi điện áp bazo - emito :
mV
oO
AU, = — 2,5 At® (tranzistor npn)
- mV, ¬
hoặc ADÙgy = 2,5 %c At” (tranzistor pnp)
ở đây At° > 0 khi nhiệt độ tăng
Trang 6Trong trường hợp này Ai sinh ra do nhiệt độ thay đổi, nên được gọi là trơi nhiệt
Vay dong colecto I cla mét tranzistor npn (= I,.) chỉ giữ nguyên khơng đổi khi mV
nhiệt độ tăng một lượng At” nếu Ủạy; giảm một lượng AUgy: =~ 2,5 _g Ngược lại, nếu giữ cho Ũ; khơng đổi thì dịng colecto sẽ tang lên một lượng AIl¿ ; với Al, được xác định theo biểu thức (3.9)
AU 33): Ủy
Alc = Aly = Ip, (exp - 1) (3.9)
Trong đĩ J;., la dong emito khi AUp;: = 0 Biéu thc (3.9) suy duge tu (1.12) v Ic oe v ~ ~Y xxx Ágg Alc Ie, 3 = = a) Yee, Upe b) \
Hình 3.6 a) Sở đồ tướng đương của tranZistor khi kế đến ảnh hưởng của AUng; b) Anh hưởng của nhiệt độ đến chế độ cơng tac cua transistor
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của điện áp trơi đến điện áp ra, dùng hệ số khuếch dại diện áp trơi K, ; K,, được xác định như sau : AUC, Ku = 5G,’ (3.10) ở đây, AU,„, là lượng biến đổi điện thế một chiều giữa đầu ra bộ khuếch đại và đất (”) 3.2.4 Các sơ đồ ổn định tuyến tính
Các sơ đồ ổn định điểm làm việc được dùng phổ biến nhất hiện nay là sơ đồ dùng hồi tiếp âm một chiều nhằm: biến dổi thiên áp mạch 0uào của tranzistor sao cho cĩ thể hạn chế sụ dị chuyển diểm tính trên đặc tuyến ra, gây nên bởi các yếu tố mất ổn định Sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc pằng hồi tiếp âm điện áp một chiều được
biểu diễn trên hình 3.7
(*) Mạch phải cĩ Ktr << Ku Trong sơ đồ cmito chung Kự < 10, cịn hệ số khuếch dại điện áp nguồn tín hiệu Ku> 10 100 So sánh sở đồ hình 3.1 với sơ đổ hình 37a nhận thấy rằng : diện áp nguồn tín hiệu Un mac nối tiếp với điện áp trơi AUBE, do đĩ Xir = Âu Muốn Kir << Kụ (3.11) thì đải tần số của tín hiệu phải nằm ngồi dai tần của điện áp trơi (tần số rất thẤp) Lúc đĩ cĩ thể thỏa mãn điểu kiên (3.11) nhỏ mắc một tụ điện lớn song song voi RE
Trang 7Sơ đồ 3.7a chỉ khác
so d6 3.5a ở chỗ #¡ được nối với colecto của tran- zistor chứ khơng phải với nguồn cung cấp, ở đây
R, via làm nhiệm vụ đưa thiên áp vào bazo
bằng phương pháp định dịng bazo vừa dẫn điện áp hồi tiếp về mạch vào Nguyên tắc ổn định như sau : nếu cố một nguyên nhân mất ổn định nào đĩ làm cho dịng một chiều ?c„ trên colécto tang thì điện thế Ucg„ giảm, do đĩ dịng dinh thién bazo Jp, = we U cE giảm theo ; làm 1
cho Ig, giảm xuống,
nghia la dong tinh ban Hình 3.7 Cung cấp và ồn định điểm làm việc bằng hồi tiếp am
điện áp một chiều
đầu Co được gu nguyên a) mạch emito chung; b) mạch colecto chung; c) mach bazo chung ;
Theo so*d6 tuong đ) sơ đồ tương đương của a) và c) (bỏ qua ảnh hưởng cua Ry, Re dén tai )
đương hình 3.7d, khi bỏ 1 + Re)
qua dong ngugc (dong dién du)/cp, va gid thiét I, >> 1,, ta tính được: Ip RR, R, Ip RR, Use = Us- eR, = Ue RFR, Rt Re Ry lo, Ry = (Ug: -IpR)) = — ae = (Um - Re (Ucy — Lp UVR FR; (Ug, — Ice - =) eo B, )R, +R, Từ đĩ suy ra Ry BNLUỨec — nu + R,! In = © ByRo +R, Gia thiét ByRo >> R, ta cd Ry Ức ~ Uae ( 1+ R,)
Theo (3.12), để mạch làm việc ổn định phải đảm bao diéu kién ByRc >> Ry Ux
>> AUpr (1 + #/R;) và R; phải đủ lớn Để cho dịng qua Rị nhỏ, chọn Rị >> Rụ
Theo kinh nghiệm, chọn fe sao cho hạ áp một chiều trên nĩ tối thiểu bang 0,2 U,,
Trang 8áp trơi xác định được theo biểu thức (3.13):
Ry
K, =1+ = (3.18)
R¿;
Sơ đổ cĩ ưu điểm : cơng suất tổn hao nhỏ vì Rị¡ và R; lớn Trong sơ đồ hình 3.7a cĩ thể cho #¿ = œ Lúc đĩ điện thế colecto
Ucko = Upro + Iphy
Sơ đồ cung cấp Uờ ổn định diém làm uiệc nhờ hồi tiếp âm dịng điện một chiều (hình 3.8) tUce
Hình 3.8 Sơ đồ cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm dịng điện một chiều:
a) mach emito chung; b) mạch coloto chung; c) mạch bazd chung
Nguyên tắc ổn định của chúng như sau :
khi I¿ tăng (do nhiệt độ mặt ghép tăng hay do
độ tạp tán tham số tranzistor .) thi điện áp
hạ trên điện trở Fạ : go = Ipgử¿ tăng Vì điện
áp bazo lấy trên bộ phân áp ??, R; gần như khơng đổi, nên thiên áp giữa bazo và emito
Uses = IpR2 - Uro (Ugo 1a dién ap tinh trén
emito) giảm lam cho Ip giam theo, do dé Ic khơng tăng được
Trong sơ đồ này, #g làm nhiệm vụ hồi tiếp âm dịng điện một chiều để ổn định điểm làm
việc Để tránh hồi tiếp âm đối với dịng tín hiệu (dịng xoay chiều) trên R làm giảm hệ số khuếch đại của mạch, cần mắc song song với Rr một tụ thốt cao tain CE cd tri số sao cho cĩ thể coi Cr ngắn mạch đối với dịng tín hiệu
Hình 3.9 Sơ đồ tương đương một chiểu của
mạch điện trên hình 3.1
Sơ đồ trên hình 3.1 cũng dùng hồi tiếp âm dịng điện một chiều để ổn định điểm
làm việc Để phân tích sơ đồ đĩ ta dùng sơ đồ
vào đĩ, xác định được quan hệ sau :
tương đương của nĩ trên hình 3.9 Dựa
Trang 9Rịh¿ = TrU|Ì + Up - Dị ~ Thy (3.14) Từ biểu thức (1.9) và (1.10) suy ra biểu thức xác định dịng bazo ở chế độ tĩnh : Tục = Hy ( T ÂN) ~ Tcpo Thay vào (3.14) và chuyển vế sẽ cơ được biểu thức (3.15) là biểu thức để xác định dịng emito ở chế độ tính : Ữ,, + Ư"p ~ Useo + Topo, R, + R/O + By) Log ® Io = (3.15) với đo > 0
Nếu dịng điện dư /¿¿ đủ nhỏ và điện trở fạ đủ lớn [F\ >> Rự( + Bạy)] thì dịng điện emito hầu như khơng phụ thuộc vào (ham số tranzistor và chỉ cĩ sự thay đổi của Ứng, ảnh hưởng đến lu Thường, điện áp bazo - emito thay đổi trong phạm vi :
AUR < (0,1 + 0,2)V
Nếu U,, + U’; >> AU); thi anh hudng nay khong dang ké Trudng hop thudng gap la U, + ỦỨp >> Ủng, lúc đĩ từ (3.15) suy ra biểu thức gần đúng sau đây :
U, + U's: Ic = Bul’ = R,
Qua phan tich nhu trén, ta nhan thay J hau nhu khong phy thuéc vao R, va vào
các tham số của tranzistor Do đĩ cĩ thể kết luận : sơ đồ emito chung dùng hồi tiếp Am dong dién để ổn định điểm làm việc cĩ tác dụng như một nguồn dịng Sơ đồ làm
việc càng ổn định khi ni; và #nÏcpgạ càng nhỏ so với Uy, + Ủy và lạ << (1 + BN)Rị
Thường chọn #¡ theo biểu thức sau :
LR = (1 + 2)V
Quay lại đối với các sơ đồ trên hình 3.8 ta cũng xác định được dịng colecto l,„ =
l¿„ theo biểu thức (3.15) Trường hợp #@ = 0, tức với mạch colecto chung (mạch lặp emito) Jc vẫn giữ nguyên khơng đổi
Vi phân biểu thức (3.15) theo ạ sẽ suy ra được biểu thức (3.16) để tính hệ số
khuếch đại điện áp trơi : AT AL al: AU _ —AU 3) _ AUR): c= A = oa OV BE RL+R](+By) lạ AUG, AleRic Re
hay Ky = AUR; ~ AU RE: ~ RE Ry mg
Hệ số khuếch đại điện áp trơi trong trường hợp này bằng hệ số khuếch đại điện áp
tín hiệu
Hiện nay các sơ đồ ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm dịng điện một chiều thường được dùng nhiều nhất Chúng cho phép cơng tác ổn định khi hệ số khuếch đại
dong By thay déi ti 5 + 10 lin va nhiét do biến thién trong pham vi tit 30°C dén
100°C Tuy nhién, chúng cĩ nhược điểm là : cĩ tổn hao phụ trên diện trỏ lì: uà hệ số
Trang 10Dé minh họa, ta xét ví dụ sau đây :
Ví dụ : Mạch điện trên hình 3.8a cĩ các thơng số :
U, = 9V; R, = 50kO ; R¿ = 20kQ ; KR, = 2kQ ; Ry = 5kQ va tranzistor cĩ
By = 50; Ug = 0,7V 3 Icgo = 10nA
a) Tính các tham số của mạch ở chế độ tỉnh ( /(„ !g Ícgø)
b) Tính hệ số khuếch đại điện áp trơi K,
c) Tính lượng biến đổi dịng colecto khi thay vào một tranzistor khác cĩ Bq = 100 ; tr? Dụi = 0,6V ; fcpg¿ = 100 nÀ và nhận xét về ảnh hưởng của ba tham số đĩ đến cơng tác của mạch Gidi : a' Từ (3.15) tính được UY — Dạy, † Ralcgu Too * Ao = “Ry, +R,/ (1+ By) Ry Uso S— RFR - Upp + (RY Roc BRET ONE Mobo 9 gy _ 07V + 1431073 3 - „ 8 82) - ~ 2.10” + 280 ; = 0,83 1073A 1+ By Loo lo ~ Qo = 16,6 “A; U;: = TR = 1,66 V Toro = Uc ~ Uy = UV - leRc - ỦỊ, = 3,19V tt b) KK, => -— = 25 ir R c) Ap dung biéu thttc (3.15) tính được : PRU FR lei, 26V - 0,6V + 1,43.107”V -
Ton ~ lu =~ b Bia ACR _ : ~ 094.102 A
Ky: + { Kaif Ry) / ( I+ By) 2 10 + 143
Nhắn xét : Trong ba tham sé By, Uj, va Icy, thi Uy) gay anh hudng lén nhat đến sự thay đổi của I,.,, sau do dén By ; cịn sự thay đổi của I,,, theo I¢3,, khéng dang
kể
Chú ý rằng những sơ đồ ổn định dùng hồi tiếp âm dịng điện một chiều chỉ được
dùng khi thành phần dịng điện một chiêu trong mạch ra khơng phụ thuộc vào biên độ tín hiệu vào, nghía là khi mạch làm việc ở chế độ A (xem chương 6) nĩ thỏa mãn các điều kiện nêu trong mục 8.2.1
Ỏ chế độ B, C (chương 6) do thành phần một chiều của dịng ra phụ thuộc biên độ tín hiệu vào, nên trong sơ đồ cĩ hồi tiếp âm dịng điện, điểm làm việc tĩnh bị thay đổi theo mức tín hiệu vào, cĩ thể gây méo tín hiệu nghiêm trọng
3.2.5 Các sơ đồ ổn định phi tuyến
Để ổn định điểm làm việc trong các sơ đồ ổn định phi tuyến, người ta áp dụng
phương pháp bù nhiệt nhờ các phần tử cĩ tham số phụ thuộc nhiệt độ như tranzistor, điot, điện trở nhiệt Các sơ đổ này thường dùng trong các mạch tổ hợp và trong các
tầng khuếch dại cơng suất
Trang 11Nếu điot và tranzistor trên hỉnh 3.10a đều được sản xuất từ một loại bán dẫn như nhau và nếu nhiệt độ mặt ghép của chúng như nhau thì đặc tính nhiệt của điện áp bazo - emito và của điện áp hạ trên đỉot như nhau ; hơn nữa, py và Ứp cĩ chiều ngược
nhau, nên ánh hưởng của nhiệt độ được bù hồn tồn Để giảm ảnh hưởng do d6 tap tá của tham số tranzistor gây ra và ảnh hưởng của thời gian, dùng thêm biện pháp hồi tiếp âm dịng diện nhờ diện trỏ Rị Sơ đồ trên hình 3.10b cũng làm việc theo nguyên tác đơ Tuy nhiên sơ đồ 3.10b cịn cĩ thể bù được cĩc biến dổi của nguồn diện ĩp cung
cấp : khi mắc nối tiếp với R; một số đỉot theo chiều phân cực thuận, thi R,, Ry va cac
điot đĩ tạo thành mạch phân áp đưa điện áp cung cấp vào bazo, nếu chọn #¿ << #
thì điện áp bazo hầu như khơng phụ thuộc vào nguồn điện áp cung cấp U,),
+ Uc + Uce
Re
b) c)
Hình 3.10 $6 dé én dinh phi tuyén
a) s6 dé bu AUge ; b) so dé bu AUge va bu nguén cung cấp;
c) sơ đồ bù dùng điện trở nhiệt
So đồ hỉnh 3.l0c dùng điện trở nhiệt cĩ hệ số nhiệt âm để bù Khi nhiệt độ tăng thì r giảm, do đĩ điện áp trên emito Ù/, tăng làm cho dịng colecto giảm, sao cho cĩ
thể bù lại sự tăng của dịng colecto theo nhiệt độ Tương tự như vậy cũng cĩ thể mắc RO song song với R;¿ hoặc mắc một điện trở nhiệt cĩ hệ số nhiệt dương Ry) song
song với lị
Các sơ đồ ổn định phi tuyến cĩ ưu điểm : mạch ổn dịnh chỉ gây tốn hao phụ
khéng dang ké va khơng làm giảm dải điện úp r
3.2.6 Ổn định điểm làm việc trong các mạch tổ hợp tương tự
Trong các mạch tổ hợp tương tự, để ổn định điểm làm việc người ta dừng các
nguồn dịng diện, uì mạch diện nguồn dịng dễ thực hiện dưới dạng mạch tổ hợp Trên hình 3.11 là sơ đồ của hai nguồn dịng điện Giả thiết 7e khơng phụ thuộc
Trang 12Từ đĩ suy ra :
I
Biểu thức (3.17) cũng áp dụng được đối với dịng tín hiệu Từ (3.17) thấy rằng : cĩ
thể dùng !¡ để điều khiển trị số của lc¿ Để cĩ được I ổn dịnh, cách dơn giản nhất
là nối diểm P uới nguồn diện úp một chiều ổn định U, qua diện trỏ R I B † I 8 : _" BE, ~~ 2 R, E a) Hình 3.11 Mạch điện đùng nguồn dong để ồn định /cạ a) mạch ồn định đơn giản;
h) mach ơn định cho trưởng hợp dịng c2 nhỏ,
Trong các mạch tổ hợp, người ta tránh chế tạo các điện trở cĩ trị số lớn (vì nĩ chiếm thể tích lớn) do đĩ khĩ tạo được dịng ï¡ nhỏ ứ = U/R với U >> Upyi) Vì vậy để cĩ dịng colecto nhỏ, dùng so dé 3.11b Với sơ đồ 3.11b, giả thiết 1¿ = I; vA By >> 1, từ (1.12) suy ra : Une T, = Icy * làn (XP Ty~ )› i (3.18) Visi ở đây D 7 1 7 1 D2 7 (Uger — Rel c2) C2 ~*~ Ebh cb exp D,, = Eebh 5 ©XP—r+————— Uy I | (Restos) E2Ïc2 do đĩ —— = ®Xp———~— (3.19) I: 2 Ũy
Như vậy, nhờ mắc thêm điện trở hồi tiếp #.„ nên l¿¿ << l;, do đĩ sơ đồ 3.11b
dùng để điều khiển một dịng colecto ổn định, cĩ trị số nhỏ hơn trị số của Ïị nhiều 3.3 Mạch cung cấp và ổn đinh chế độ cơng tác của các tầng dùng
tranzistor hiệu ứng trường
3.3.1 Chế độ tĩnh
Trang 13đối với tranzistor lưỡng cực Đối với Fe để xác định điểm làm việc tỉnh phải xác định I, Ugs va Ups On định điển làm việc được thực hiện bàng cách ổn định dịng lạ,
Người ta khơng ổn dịnh diểm lam uiệc bằng cách ổn áp UQs, vì độ tạp tán tham số
của Fe rất lớn làm cho !¡; thay đổi nhiều, dẫn đến méo phi tuyến lớn (điểm làm việc di chuyển sang cả miền triot)
Việc chọn điểm làm việc phụ thuộc vào nhiều yếu tố : dải động, méo phi tuyến,
điện áp nguồn cung cấp, hệ số khuếch đại, đặc tính tần số, cơng suất tổn hao cho phép,
điện áp và dịng điện cho phép, tạp âm, trơi dịng ly Trong trường hợp khuếch đại tín
hiệu, Ƒe phải làm việc trong miền thất |Dps| > |Ũpsp| và việc xác định điểm tỉnh
phải thỏa mãn những yêu cầu sau :
1 Dịng máng |Ip;| > 0 tđối với JFet cịn phải đảm bảo điều kiện |7;| < |pss |) 2 Điện áp cửa-nguồn — as > Ủy (Fet kênh n)
Ucs < Up (Fet kénh p)
đối với JFet thì điot cửa phải luơn luơn ở trạng thái phân cực ngược
3 Điện áp máng-nguồn | Upsp| < | Ups | <| Uprps|s trong dé Uprps la điện áp
đánh thủng giữa cực máng và cực nguồn
4 Cơng suất tổn hao P„ < P V vmax Và các dịng điện và điện áp thỏa mãn các điều
kiện cho phép
Kinh nghiệm cho thấy, trong các bộ khuếch đại tần số thấp, chọn dịng tỉnh Jp„ khodng vai ¿A và điện trở máng Rịy tư (0,1 + 1) MƠ là cĩ thể đạt được hệ số khuếch đại mong muốn Đối với các bộ khuếch đại cao tần, chọn ïp„ạ¿ = (0,3 + 0,5)7;ss để đạt
được độ đốc đủ lớn Điểm làm việc thường chọn là điểm trung bình trên đường tải tỉnh (điểm O` trên hình 3.12) Đường /ởi tinh nạp _ 7 ¬ U6s5 =0 # Ip Tp
Hinh 3.12 Dặc tuyến của bộ khuếch đại mắc theo sở đồ nguồn chung: a) đặc tuyến vào; b) đặc tuyến ra và đường tải tĩnh
3.3.2 Các sơ đồ ổn định điểm làm việc
Vấn đề ổn định ở đây là làm cho điểm làm việc khơng phụ thuộc vào độ tạp tán tham số của Ƒe, khơng phụ thuộc nhiệt độ, thời gian và các biến đổi của điện áp nguồn cung cấp Khi áp dụng các biện pháp ổn định cần lưu ý rằng : Úp 0à lụss cĩ dộ tạp tan rất lớn (khoảng 3 đến 5 lấn)
Trang 14Cũng giống như trong các tầng khuếch đại dùng tranzistor lưỡng cực, biện pháp ổn định điểm làm việc đối với các tầng tranzistor trường là dùng nguyen tac héi tiếp âm
dịng điện và điện áp
Mạch ổn dịnh diểm làm Uuiệc dùng hồi tiếp âm dịng diện qua diện trỏ nguồn Rẹ
được biểu điễn trên hình 3.13 Ỏ đây, cần phân biệt hai loại : Fet tu ngét va Fet tu dẫn Với Fet tự ngắt, để dẫn điện áp vào cực cửa dùng bộ phân áp Rị, P¿„ Diện áp cực
cửa cĩ cùng cực tính với điện áp nguồn cung cấn và zø trị số khoảng vài von so với
đất Đối uĩi Fet tu dẫn cĩ thể bỏ R, (R;y = &), lúc đĩ điện áp cửa là điện áp tự cấp
(xem mạch ¡ hình 3.13), cĩ trị số /p;Ï = -UQ¿;s Để fQ ít ảnh hưởng đến trở kháng
vao cla Fet, chon R,, rat lén (ct MQ) Trị số cực dai của lì, bị giới hạn bỏi hạ ứp
cho phép do dịng cửa gây ra trén no (Vi du: véi JFet : I, = SnA, Rg = 10MQ > IGRg = 50mV) et tu din Eet tự ngất và Fet tự dẫn +Upp 9 + Upp Hồi Ro - tiếp | am dong | ——¬ | aren Rell Rsi] Cs ‡ + U,= 0 a 1) z8) 2b) Hồi tiếp Ra âm diên 7 = 3b} Ị Z Ị Ũ áp I ! all | , 30)
Hình 3.13 Các mạch cung cấp và ồn định diễm làm việc cho các tầng khuếch đại dùng tranZistor trưởng (†*eU)
Tất cả các mạch điện trên hình 3.13 đều cĩ thể biểu diễn bởi sơ đổ tương đương
hình 3.14
Nếu coi dịng cửa l¿ ~ 0, ta cĩ Ứ%Q = lyfs + Ủos (3.20)
Biểu thức (3.20) cho biết dạng của đường điện trở ?s trên đặc tuyến truyền đạt
hình 3.14b Độ dốc của đường điện trở # :
ee = (G65 )=Rg7!
Trang 15UZ, va Rs phải chọn sao cho dịng máng J¡; khơng đổi khi thay #e/, làm cho điểm làm việc nằm trong đoạn thẳng của đạc tuyến truyền đạt (U@ chọn lớn, cdn Rs chon
sao cho cố được điểm làm việc đã định) Rp Ip 4 Tpss, (Feiz) , Ip=ls NN 7 Rg VL | Iss, (Fett)
Hình 3.14 Sư đồ tướng đương của mach trên hình 3.13
a) sơ đồ; b) đường điện trỏ #s trên đặc tuyến truyền đạt
Mạch ổn dịnh diém làm uiệc dùng hồi tiếp âm điện ĩp được biểu diễn bởi sơ đồ 3a va 3b hình 3.13 Với Fet tự dẫn thì thuận lợi nhốt là chon Ups ~ Ugg (so d6 3a)
Nếu mắc thêm #¡ thì ỦỨps > Us Sơ đồ này cĩ nhược điểm là do cĩ hồi tiếp âm
điện áp song song, nên điện trở vào xoay chiều f~ nhỏ :
J- ®& RJK,
(Xem muc 2.4.2, phan b)
Để khắc phục nhược điểm đĩ, mắc thêm C° vào mạch Nhờ vậy, hồi tiếp khơng cĩ
tác dụng đối với tần số tín hiệu và điện trở vào xoay chiều : P? » R,/2
Ví dụ : Xác định điện áp ra cực đại cho phép (dang sin) của mạch điện trên sơ đồ 3a, hình 3.13
Giải : Theo sơ đồ Ủy ® ỨQs Từ biểu thức Ủpsp = Ugs - Up suy ra Ugg =
-Ủpsp + Ủy, ta suy ra nếu biên độ điện áp ra vu &X }Uy| thì điểm làm việc cịn nằm trong miến thất và méo phi tuyến cĩ giá trị cịn chấp nhận được (xem hình 3.12)