bài giảng kỹ thuật điện tử của đại học bách khoa đà nẵng

Tiếp xúc p-n được phân cực nghịch Điện trường nội ngược chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tại vùng tiếp xúc giảm làm cho vùng tiếp xúc bị thu hẹp lại, các hạt đa số dễ dàn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

- oOo -

BÀI GIẢNG

Kỹ Thuật Điện Tử

(Lưu hành nội bộ)

Chương 1: Chất bán dẫn

CHƯƠNG 1: CHẤT BÁN DẪN1.1 Sơ lược về lịch sử phỏt triển của ngh ành Điện tử

Vào năm 1947, tại phũng thớ nghiệm của Bell, John Bardeen v à Walter Brattain

đó thành cụng trong việc phỏt minh Transistor l ưỡng cực BJT(Bipolar JunctionTransistor) Đõy là một bước ngoặt đỏnh dấu sự bắt đầu của thời đại bỏn dẫn Phỏt

minh này và một chuỗi phỏt triển của cụng nghệ vi điện tử đ ó thật sự làm thay đổicuốc sống loài người

1948 Transistor đầu tiờn ra đời Đõy là một cuộc Cỏch mạng của ng ành điện tử

1950 Mạch điện tử chuyển sang dựng transistor

Hệ mỏy tớnh dựng linh kiện bỏn dẫn dạng rời rạc ra đời (thế hệ II)

1960 Mạch tớch hợp ra đời (IC:Intergrated Circuit)

Hệ mỏy tớnh dựng IC ra đời(thế hệ III)

1970 Cỏc mạch tớch hợp mật độ cao h ơn ra đời (MSI, LSI, VLSI)

MSI: Medium Scale Intergrated Circuit

LSI: Large Scale Intergrated Circuit

VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit

1980 đến nay Điện tử được ứng dụng rộng rói trong cỏc lónh vực như y tế, điều

khiển tự động, phỏt thanh, truyền h ỡnh…

1.2 Linh kiện điện tử:

Ta xột hai loại linh kiện cơ bản sau:

Năng lượng

Vựng hoỏ trị của Si

Chương 1: Chất bán dẫn

Hai chất bỏn dẫn tiờu biểu là: Silicon(Si) và Ge(Germanium)

Si là chất bỏn dẫn mà tại nhiệt độ phũng cú rất ớt e ở vựng dẫn trong mạng tinhthể Vỡ dũng điện tỷ lệ với số lượng e nờn dũng điện trong tinh thể rất nhỏ Ở nhiệt

độ phũng, e ở vựng hoỏ trị nhảy lờn vựng dẫn để lại lỗ trống tại vị trớ chứa númang điện tớch dương Hiện tượng này gọi là sự phỏt sinh điện tử-lỗ trống

Hỡnh 1.2 Sự di chuyển của điện tử v à lỗ trống trong Si khi cú nguồn điện

Nếu đặt nguồn điện nh ư hỡnh vẽ thỡ e di chuyển về cực dương của nguồn E ởvựng hoỏ trị cũng cú thể di chuyển về cực d ương của nguồn nếu nú cú đủ năng

lượng để từ mức năng l ượng của nú lờn mức năng lượng của lỗ trống Khi e n ày

nhập vào lỗ trống thỡ nú để lại một lỗ trống ở phớa sau V ỡ thế làm lỗ trống dichuyển về cực õm của nguồn D ũng điện trong chất bỏn dẫn l à tổng 2 thành phần:dũng do e trong vựng d ẫn và dũng do lỗ trống trong vựng hoỏ trị E di chuyển vềcực dương nhanh hơn lỗ trống di chuyển về cực õm v ỡ khả năng e cú đủ năng

lượng cần thiết để nhảy l ờn vựng dẫn lớn hơn khả năng e cú đủ năng l ượng để

nhảy đến vị trớ trống trong v ựng húa trị Vỡ vậy dũng e lớn hơn dũng lỗ trống trong

Si Tuy nhiờn dũng này v ẫn nhỏ nờn Si là cỏch điện

Năng lượng

Chương 1: Chất bán dẫn

Chất bỏn dẫn tạp loại N l à chất bỏn dẫn cú được khi pha thờm một chấtthuộc nhúm V trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào chất bỏn dẫn thuần

Ta xột trường hợp pha tạp P vào chất bỏn dẫn thuần Si Điều n ày tương ứng làm

xuất hiện mức năng lượng của tạp chất donor sỏt đỏy v ựng dẫn Vỡ thế ở nhiệt độphũng cỏc e của nguyờn tử P nhảy lờn vựng dẫn của Si Vỡ vậy nguyờn tử tạp chất

dễ bị ion hoỏ thành ion dương Ngoài ra cơ ch ế phỏt sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗtrống xảy ra giống nh ư cơ chế ở chất bỏn dẫn thuần với mức độ yếu h ơn vỡ mức

năng lượng của tạp chất donor ở sỏt đỏyv ựng dẫn

Gọi nn: mật độ điện tử trong vựng dẫn, pn: mật độ lỗ trống trong v ựng hoỏtrị, thỡ nn>>pn.Vậy dũng điện trong chất bỏn dẫn loại N chủ yếu do điện tử tạo n ờngọi là hạt dẫn đa số, cũn lỗ trống gọi là hạt thiểu số

Gọi np: mật độ điện tử trong vựng dẫn

Gọi pp: mật độ lỗ trống trong vựng hoỏ trị., thỡ np>>pp

Vậy dũng điện trong chất bỏn dẫn loại P chủ yếu do lỗ trống tạo n ờn gọi làhạt dẫn đa số, cũn điện tử gọi là hạt thiểu số

Hỡnh 1.4 Giản đồ năng lượng của chất bỏn dẫn tạp loại P

1.4.Tiếp xỳc p-n:

Vựng hoỏ trị của SiMức tạp chất acceptor

Năng lượng

Vựng dẫn của Si

Chương 1: Chất bán dẫn

Cho lớp bỏn dẫn p, n tiếp xỳc nhau, ta cú tiếp xỳc p -n

1.4.1 Nguyờn lý làm việc:

1.4.1.1 Khi tiếp xỳc p-n chưa được phõn cực:

Do cú sự chờnh lệch lớn về nồng độ (nn>>np, pp>>pn ) nờn cú hiện tượngkhuếch tỏn cỏc hạt dẫn đa số qua n ơi tiếp xỳc, tạo nờn dũng khuếch tỏn Ikt hướng

từ miền P sang miền N

Tại vựng lõn cận hai bờn mặt tiếp xỳc xuất hiện điện tr ường nội Etx hướng

từ vựng N sang vựng P (do ion t ạp chất tạo ra) Nú cản trở chuyển động của d ũngkhuếch tỏn và gõy ra dũng trụi Itr của cỏc hạt thiểu số cú chiều từ N sang P quamặt tiếp xỳc làm Itr tăng, Ikt giảm

Quỏ trỡnh này tiếp diễn cho đến khi đạt đến trạng thỏi cõn bằng động Lỳc

đú Ikt=Itr., dũng qua tiếp xỳc bằng 0, hiệu thế tiếp xỳc l à 0.1V đối với Ge và 0.4 V

đối với Si

1.4.1.2 Khi tiếp xỳc p-n được phõn cực nghịch :

Hỡnh 1.5 Tiếp xỳc p-n bị phõn cực nghịch

Điện trường nội cựng chiều với điện trường ngoài nờn tổng điện trường tại

vựng tiếp xỳc tăng làm cho vựng tiếp xỳc mở rộng ra, dũng khuếch tỏn giảm về 0,

Etx

K+

A_-

Eng

P N

V

+++

Điện trường

-Vựng nghốo

1.4.1.3 Khi tiếp xúc được phân cực thuận :

Hình 1.6 Tiếp xúc p-n được phân cực nghịch

Điện trường nội ngược chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tại

vùng tiếp xúc giảm làm cho vùng tiếp xúc bị thu hẹp lại, các hạt đa số dễ dàng dichuyển qua vùng tiếp xúc này, dòng khuếch tán có chiều từ A đến K tăng mạnh,dòng trôi do Etx gây ra không đáng kể

Vậy khi phân cực thuận tiếp xúc th ì có dòng chạy qua tiếp xúc p-n, nó quan

hệ với điện áp giữa hai đầu tiếp xúc nh ư sau:

v kT q S

i

Trong đó:

vD: Điện áp ở hai đầu tiếp xúc

IS: dòng bão hoà ngược

A+-

Eng

Etx

P N

V

Hình 1.7 Đặc tuyến V-A của tiếp xúc p-n.

VBR: điện thế đánh thủng là điện áp ngược tối đa mà tiếp xúc p-n có thể

chịu đựng khi phân cực ng ược mà không bị hỏng Lúc này, tiếp xúc p-n dẫn điện

được theo cả chiều nghịch

1.6 Hiện tượng đánh thủng:

Khi điện áp ngược lớn, dòng lớn làm các e va chạm vào các e cố định khác làm

tăng số e nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc p-n dẫn điện được theo cả chiều

nghịch, phá vỡ đặc tính chỉnh l ưu của nó, gọi là hiện tượng đánh thủng

Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, v ì vậy có ba loại đánh

thủng cơ bản: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, v à đánh thủng nhiệt -điện

Trong đó sự đánh thủng về nhiệt do sự tích luỹ nhiệt trong v ùng nghèo Khi cóđiện áp ngược lớn, dòng điện ngược tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độ

hạt dẫn thiểu số tăng v à làm dòng điện ngược tăng Quá trình cứ như thế làm chonhiệt độ vùng nghèo và dòng ngược tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng

iD

0.2v

0.7

Ge

Chương 2: Diod chỉnh lưu và các mạch ứng dụng

CHƯƠNG 2: DIOD CHỉNH LƯU

và các mạch ứng dụng2.1 Cấu tạo:

Diod gồm 1 tiếp xúc p-n và 2 điện cực đưa ra từ 2 miền Điện cực đưa ra từmiền bán dẫn loại p, n lần lượt gọi là cực Anod( A), cực Katod(K)

Chương 2: Diod chỉnh lưu và các mạch ứng dụng

 Tác dụng linh kiện:

Biến áp T: biến đổi điện áp lưới vv xoay chiều thành điện áp xoay chiều vstheo yêu cầu

Vậy ứng với một chu kỳ của điện áp xoay chiều, Diod chỉ dẫn trong 1/2 chu kỳ

Điện áp trung bình trên tải:

tb

V d V

d v

2

1)

(2

1

2.3.2 Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ :

 Sơ đồ mạch và dạng sóng:

Hình 2.2 Dạng sóng va sơ đồ mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

 Tác dụng linh kiện:

Biến áp T 3 dây: tạo ra hai điện áp xoay chiều ngược pha nhau từ điện áp lưới

D1, D2: Diod chỉnh lưu.; RT: điện trở tải

Vậy ứng với một chu kỳ của điện áp vào xoay chiều thì Diod dẫn điện với cả 2nửa chu kỳ

Điện áp trung bình trên tải:

tb

V d

V d

v

2

21)

(2

Chương 2: Diod chỉnh lưu và các mạch ứng dụng

2.3.3 Mạch chỉnh lưu cầu:

 Sơ đồ mạch và dạng sóng:

Hình 2.3 Dạng sóng và sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu chu kỳ

 Tác dụng linh kiện:

Biến áp T: biến đổi điện áp lưới xoay chiều vV thành điện áp xoay chiều vStheo yêu cầu

D1, D2, D3, D4: cầu Diod

RT: điện trở tải

 Nguyên lý làm việc:

ở bán kỳ (+) của vV , D1, D3 được phân cực thuận( D2, D4 được phân cựcnghịch), nên D1, D3 dẫn, có dòng I1 từ điểm A qua D1, RT, D3 về điểm B

R

Chương 2: Diod chỉnh lưu và các mạch ứng dụng

Điện áp trung bình trên tải:

tb

V d

V d

v

2

21)

(2

 Mạch lọc dùng LC cho các bộ chỉnh lưu có dòng tải lớn, thay đổi nhiều Khi L

có giá trị bé, C nạp nhanh đến giá trị đỉnh Vp Khi tăng L, dòng nạp cho C tăngchậm, kéo dài thời gian nạp với biên độ thấp hơn Khi tăng L đến 1 giá trị tới hạnthì 1 trong 2 diod dẫn liên tục (mạch chỉnh lưu toàn sóng) nên dòng tải được cấpliên tục C hầu như không xả hoặc nạp và giữ giá trị không đổi là 2Vp/pi

Xét mạch lọc dùng tụ C trong mạ ch chỉnh lưu một nửa chu kỳ

ở bán kỳ dương của vv, D được phân cực thuận, nên D dẫn, có dòng qua R

và đồng thời tụ C được nạp điện Đến lúc vv đạt giá trị cực đại thì điện áp trên tụ Ccũng đạt giá trị lớn nhất Sau đó đ iện áp vv bắt đầu giảm, nên cực A của D có điện

áp âm hơn cực K nên D bị phân cực nghịch, D tắt Tụ C xả điện qua R ở bán kỳdương tiếp theo, quá trình cứ tiếp diễn như vậy, ta có dạng sóng ra như hình 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ mạch và dạng sóng mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ

Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

Chương 3: TRANSISTOR Lưỡng cực BJT

(Bipolar Junction transistor)

Là một linh kiện bán dẫn có ba cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặchoạt động như một khoá đóng mở, rất thông dụng trong nghành điện tử Nó sửdụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử và lỗ trố ng, vì vậy được xếp vào loại hai cực tính

3.1 Cấu tạo-Nguyên lý hoạt động

Gồm ba lớp bán dẫn p-n-p hoặc n-p-n tạo nên Vì vậy có hai loại BJT

Hình 3 1 Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại pnp

Hình 3 2 Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại npn

BJT có hai tiếp xúc p-n: tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là JC, tiếp xúc

p-n giữa miềp-n B và E gọi là JE.

 Nguyên lý hoạt động

Hình 3 3 Cách phân cực để BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại

BaseEmitter

BaseEmitter

C

EB

C

EB

Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

Ban đầu khi có nguồn VCC phân cực nghịch tiếp xúc JC thì có dòng ngược

ICB0 chảy từ miền C sang B Dòng này giống như dòng Itr trong Diod, có giá trị nhỏ

Sau đó có nguồn VBB phân cực thuận tiếp xúc JE làm cho điện tử từ miền E

dễ dàng di chuyển sang miền B tạo nên dòng IE Hầu hết các điện tử vượt qua vùng

B, băng qua JC (tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là JC) để đến miền C tạo nêndòng IE Một số điện tử bị giữ lại trong miền B và chạy về cực B Lỗ trống trongmiền B chạy về miền E tạo nên dòng IB

Nếu gọi  là hệ số truyền đạt dòng điện thì ta c ó IC =IE+ICB0

Ta có IE=IB+IC; IC=IE+ICB0=(IC+IB)+ICB0 suy ra (1-)IC=IB+ICB0

IC=(/(1-))IB+(1/(1-))ICB0=IB+(1+)ICB0 trong đó  được gọi là hệ sốkhuếch đại dòng điện

 Nguyên tắc phân cực cho BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại:

JE phân cực thuận và JC phân cực nghịch, nghĩa là đối với BJT loại npn thì phảithoả mãn VBE>0 và VCB>0 , đối với BJT loại pnp thì ngược lại

Tín hiệu vào

CBE

Tín hiệu ra

3.3 Đặc tuyến tĩnh và các tham số tĩnh của BJT

Đặc tuyến tĩnh diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp một chiềutrên BJT Có bốn loại đặc tuyến là đặc tuyến vào, ra, truyền đạt dòng điện, hồi tiếp

điện áp Ta chỉ xét đặc tuyến ra của mạch CE

 Các tham số giới hạn của BJT

Tuỳ theo diện tích mặt tiếp xúc , vật liệu và công nghệ chế tạo…Mỗi BJT chỉcho phép một dòng điện tối đa trên mỗi điện cực là IEmax, IBmax, ICmax Ngoài ra trêncác tiếp xúc JE, JC có các điện áp cực đại cho phép VCbmax, VBemax, VCemax để khônggây đánh thủng các tiếp xúc

Tần số giới hạn:

Mỗi BJT chỉ làm việc hiệu quả đến một tần số nhất định vì do ở tần số cao, các

điện dung ở các tiếp xúc p -n tăng Mặt khác chuyển động của hạ t dẫn qua miền B

IB1

IB3

IB4

IB2 Miền đánh thủngMiền dẫn bão hoà

Điện trở RB lấy điện áp từ nguồn VCC để phân cực thuận JE, điện trở RClấy

điện áp từ nguồn VCC phân cực nghịch JC, nghĩa là VBE>0, VCB>0

C C CC

B

R I V

Ta cũng có thể xác định điể m làm việc tĩnh Q theo phương pháp đồ thị

Từ biểu thức VCE=VCC-ICRC ta có IC=(-1/RC)VCE+(1/RC)VCC(1) Giao điểmcủa đường thẳng có phương trình như (1) với đường biểu diễn mối quan hệ giữa I C

và VCE ứng với dòng IB=(VBB-VBE)/RB trên đặc tuyến ngõ ra mạc h EC xác định vịtrí của điểm làm việc tĩnh Q

Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

3.4.1.2 Dùng hai nguồn

C C CC CE

B C

B B

BE BB B

R I V V

I I

R

V V

3.4.2 Phân cực bằng hồi tiếp từ collector

Hồi tiếp là sự đưa tín hiệu ngõ ra của b ộ khuếch đại trở ngược lại đầu vào.Nếu tín hiệu hồi tiếp đưa về làm giảm điện áp vào bộ khuếch đại thì gọi đó là hồitiếp âm

Điện trở RB dẫn điện áp từ cực C đưa ngược về cực B Khi nhiệt độ tăngdòng IC, IE tăng làm VC giảm, thông qua điện trở RB làm điện áp phân cực cho cực

B là VBE giảm, làm BJT dẫn yếu lại làm giảm dòng IC Điện trở RB gọi là điện trởhồi tiếp âm

C C CC

CE

B

C

C B

BE CC

B

R I V

V

I

I

R R

V V

Mạch dùng hai điện trở RB1, RB2tạo thành cầu phân áp để phân cực thuận JE,

RC lấy điện áp từ nguồn VCC phân cực cho JC RE là điện trở ổn định nhiệt

Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

(b)

Hình 3.13.

(a)Mạch phân cực bằng dòng Emitter (b) Mạch tương đương theo định lý Thevenin

Trongđó

2 1 2

B CC

R R

R V





E E C C CC CE

B C

E BB

BE BB

R R

V V

Cho sơ đồ mạch như hình 3.13a Biết rằng RB1=32k; RB2=6,8k; Rc=3k;

RE =1,5k; R; =100;Vcc=15V Xác định điểm làm việc tĩnh và biểu diễn nó trên

đặc tuyến ngõ ra

Giải:

V R

R I V R I R I V V

mA mA

I I

mA R

V V I

V R

R

R V V

k k

k R

R R

E C C CC e E C C CC CE

B C

E

BE BB B

B B

B CC BB

B B BB

6,95,4

*012,015)(

2,1012

,0.100

012,05,1

*1016,5

7,06,2)

1(R

6,28,632

8,6

*15

6.58.6//

32//

BB

2 1 2

2 1

Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

Hình 3.14 Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phương pháp đồ thị

15V9,6

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Mạch khuếch đại là mạch điện tử trong đó với một sự biến đổi nhỏ của

đại lượng điện ở đầu vào sẽ gây ra sự biến đổi lớn của đại lượng điện của đầu

ra Các phần tử cơ bản của mạch điện là BJT có thể mắc theo sơ đồ B, E, C

Nội dung của chương này trình bày các kiểu mạch khuếch đại tín hiệunhỏ cơ bản dùng BJT như mạch EC, BC, CC và các mạch khuếch đại công suất(khuếch đại tín hiệu lớn) Từ đó ta tính toán các thông số của mạch như hệ sốkhuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, dạng sóng tại các vị trí trongmạch

Mục đích của chương này giúp sinh viên nắm được nguyên lý làm việccủa các mạch khuếch đại, các thông số cơ bản để ứng dụng trong việc thiết kếmạch

Các chỉ tiêu cơ bản của một mạch khuếch đại:

Hình 4.1 Mạng bốn cực đại diện cho mạch khuếch đại.

Nguồn tín hiệu vS được đưa đến ngõ vào của linh kiện điện tử, như BJT Nhờ vai trò hoạt động của BJT, trên điện trở tải Rt sẽ nhận được tín hiệu đã

được khuếch đại nghĩa là tín hiệu này biến thiê n cùng quy luật với tín hiệu vSnhưng có biên độ lớn hơn nhiều

Tuỳ theo dạng của tín hiệu cần khuếch đại mà chia thành các loại mạchkhuếch đại cơ bản sau:

 Mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm (khuếch đại DC)

 Mạch khuếch đại tín hiệu xoay chiều bao g ồm mạch khuếch đại tần số thấp,trung bình và tần số cao

Trong chương này, ta xét các mạch khuếch đại tần số trung bình

Để đơn giản, giả thiết rằng nguồn tín hiệu vS cần khuếch đại có dạnghình sin, tín hiệu ra trên tải vẫn có dạng hình sin (mạch khuếch đại lý tưởng).Trong điều kiện đó, các đại lượng xoay chiều trong mạch như điện áp vào, dòng

điện vào, điện áp ra trên tải, dòng điện ra trên tải là những đại lượng hình sin

Tín hiệu nhỏ là các đại lượng ở đầu vào, đầu ra biến thiên trong phạm vihẹp Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thường được đặt đầu tiên của một thiết bịkhuếch đại để khuếch đại tín hiệu còn chưa lớn Dưới đây ta khảo sát các mạchkhuếch đại tín hiệu nhỏ theo phương pháp giải tích nghĩa là thay thế các mạch

cụ thể bằng sơ đồ tương đương xo ay chiều, sau đó tính toán các thông số đặctrưng của mạch: hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện , pha của

điện áp vào và điện áp ra

vS

Mạchkhuếch

đại

Rt

rS

rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze.

rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p JC

ib: nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi dßng ib

rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze

rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p JC

ie: nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi dßng ie

CB

rb : điện trở khối vùng Baze.

rc : điện trở vi phân của tiếp giáp JC

ib: nguồn dòng điện được điều khiển bởi dòng ib

4.1.4 Nguyên tắc vẽ sơ đồ tương đương đối với tín hiệu xoay chiều;

Các tụ coi như nối tắt vì các tụ này có dung kháng rất nhỏ (gần như bằngkhông ở tần số làm việc của mạch)

Nguồn một chiều Vcc coi như nối tắt vì giả thiết là nguồn lý tưởng cónội trở bằng 0

E

rbe

 ib rce

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

rS: nội trở nguồn xoay chiều;

CE : nối tắt thành phần xoay chiều ở cực E

Re : Điện trở ổn định nhiệt; Rt : điện trở tải

C1: tụ liên lạc ngõ vào, ngăn thành phần 1chiều về vS

C2: tụ liên lạc ngõ ra, ngăn thành phần 1 chiều về phía tải

 Nguyên lý hoạt động:

Điện áp vào vS đưa đến đầu vào của mạch làm th ay đổi trạng thái hoạt độngcủa BTJ, các dòng điện base ib, ic có thể tăng hay giảm theo điện áp vào vs Điện

áp biến thiên trên điện trở RC tạo nên điện áp xoay chiều trên cực Collector

Điện áp này qua tụ C2 được đưa đến điện trở Rt của mạch khuếch đại

Hình 4.6 Dạng sóng của nguồn tín hiệu, tại cực C, và tại ngõ ra.

4.2.3 Sơ đồ tương đương:

Hình 4.7 Sơ đồ tương đương của mạch CE.

4.2.4 Tính toán tham số của mạch:

4.2.4.1 Điện trở vào của mạch:

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

 e

b b

b e b

b

b

e e b b b

be be

be V

r r

i

i r r

i

i

i r r i i

u r

r R R R

//

) //

(4.3)

Nếu R1//R2 >>rbethì RV=rbe

Hệ số khuếch đại dòng điện Ki là tỷ số của dòng điện ra và dòng điệnvào của mạch

c t b c v b v

t i

i

i i

i i

i i

i

b C

V b V V

t C C t t

i i

r i R i

R R i R i

V i

R

R R r

R

Hệ số khuếch đại dòng điện Ki phụ thuộc vào  của BJT, giá trị điện trởcủa bộ phân áp, điện trở Rc, Rt Nếu ta chọn R1//R2>>rV, Rc>>Rt thì Ki.Mạch EC có hệ số khuếch đại dòng điện lớn

Hệ số khuếch đại điện áp Ku là tỷ số của điện áp trên tải và điện áp vàocủa mạch

V s

t C V V t

s

t i

V s V

t t s

T V

T u

R r

R R r

R R

r

R K

R r i

R i v

v v

v K



(4.5)

Nếu R1//R2>>rV, rs rất nhỏ, lớn thì hệ số khuếch đại điện áp Ku lớn

 Dấu trừ biểu thị điện áp ra với điện áp vào ngược pha nhau

R I R I V

V

mA mA

I

I

mA k

V R

V V I

e C C CC

e E C C CC CE

B C

e

BE cc B

55 , 8 ) 5 , 1 )(

3 , 4 ( 15

3 , 4 043 , 0 100

043 0 ) 51 280

(

) 7 0 15

(

) 1 (

5 0 //

600 600

//

280 //

600 6

3 , 4 26

be V

be C T E

T e

r

R R K

k r

R R

r mA

mV

I

V I

V

Câu hỏi mở rộng:

Với sơ đồ mạch như hình 4.8, nếu không có tụ CE thì hệ số khuếch đại

điện áp của mạch như thế nào? Nhận xét và giải thích tại sao

điện áp vì câu hỏi không yêu cầu

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Tính hệ số khuếch đại của mạch (hình 4.8) trong trường hợp không có tụ

CE Từ đó giải thích tác dụng của tụ CE và cách t ính chọn tụ CE như thế nào?

Hệ thống lại các vấn đề cơ bản vừa học

vs: nguồn xoay chiều

rs: nội trở nguồn xoay chiều;

Re : Điện trở ổn định nhiệt

C1: tụ liên lạc ngõ vào, ngăn thành phần 1c về En

C2: tụ liên lạc ngõ ra, cản thành phần 1 chiều về phía tải

Cb : nối tắt thành phần xoay chiều;

Rt : điện trở tải

4.3.3 Sơ đồ tương đương:

Hình 4.11 Sơ đồ tương đương của mạch CE.

4.3.4.Tính toán tham số của mạch:

4.3.4.1 Điện trở vào của mạch:

e b b e

eb eb

r r i

i r r i i

t i

i

i i

i i

i i

i

e C

V e V V

t C C T T

i i

r i R i

R R i R i

V i

R

R R r

R

 Hệ số khuếch đại dòng điện Ki của mạch BC <1

Hệ số khuếch đại điện áp Ku là tỷ số của điện áp trên tải và điện áp vàocủa mạch

V s

t C V V t

s

t i

V s V

t t s

t V

t u

R r

R R r

R R r

R K

R r i

R i v

v v

v K

 Điện áp ra với điện áp vào cùng pha nhau

 Hệ số khuếch đại điện áp Ku của mạch BC >>1

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

4.4.2 Tác dụng linh kiện:

R1,R2, : Điện trở phân cực

VCC: nguồn một chiều

vs: nguồn xoay chiều

rS: nội trở nguồn xoay chiều

Re : Điện trở ổn định nhiệt

C1: tụ liên lạc ngõ vào, ngăn thành phần 1chiều về En

C2: tụ liên lạc ngõ ra, cản thành phần 1 chiều về phía tải

Rt : điện trở tải

4.4.3 Sơ đồ tương đương:

Hình 4.14 Sơ đồ tương đương của mạch khuếch đại CC

4.4.4.Tính toán tham số của mạch:

4.4.4.1 Điện trở vào của mạch:

b b b

b v

R r

r

i

i R r

r i i

u r

Re//

1

) Re//

y i

i

i i

i i

i i

i

b e

V b V V

t E e T T

i i

r i R i

R R i R i

) 1 (

//

.

it

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử

Vậy

t t V

V i

R

R r

R

Hệ số khuếch đại dòng điện lớn

Hệ số khuếch đại điện áp Ku là tỷ số của điện áp ra tải và vào của mạch

V s

t E V V T

s

t i

V s V

t t s

T V

T u

R r

R R r

R R

r

R K

R r i

R i v

v v

v K

=100; Rn=100; Vcc=15V Tính hệ số khuếch đại điện áp của mạch

Bài tập 5: So sánh 3 loại trên và rút ra ưu nhược điểm của từng loại

mạch và ứng dụng

4.5 Mạch khuếch đại công suất:

Mạch khuếch đại công suất là mạch khuếch đại tín hiệu lớn (tín hiệu màkhoảng biến thiên biên độ lớn )

Ta xét mạch khuếch đại âm tần dùng khuếch đại công suất làm việc ởdải tần số thấp, BW: 20 Hz – 20 KHz Tín hiệu điện lấy từ datric (phần tử biến

đổi đại lượng phi điện  đại lượng điện )  qua tầng khuếch đại sơ bộ thìbiên độ điện áp tìn hiệu đủ lớn ( vài V ) nhưng chưa đử công suất để kéo tải Vìvậy phải có một tầng cuối làm nhiệm vụ nâng công suất tín hiệu để cấp cho tải,

đó chính là tầng khuếch đại công suất

Các chế độ làm việc cơ bản của mạch khuếch đại công suất:

4.5.1 Chế độ A:

Dòng điện ra iC xuất hiện ở cả hai nửa chu kỳ của tín hiệu vào

Hình 4.15 Dạng sóng của điện áp vào và dòng ra i C

uv

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Hình 4.16 Dạng sóng của điện áp vào và dòng ra i C

Tín hiệu ra bị méo dạng trầm trọng, để khắc phục ta dùng hai BJT thayphiên nhau dẫn trong hai nửa chu kỳ thì sẽ khôi phục được dạng gốc của tínhiệu tuy nhiên vẫn còn méo xuyên tâm do đặc tuyến vào của BJT sinh ra

4.5.3 Chế độ AB:

Ta cấp phân cực ban đầu cho BJT để khắc phục méo xuyên tâm

Các mạch khuếch đại công suất cơ bản:

4.5.4 Mạch khuếch đại công suất chế độ A

4.5.4.1 Mạch khuếch đại công suất chế độ A tải ghép trực tiếp:

H ỡnh 4.18 Dạng súng của điện ỏp và dũng ra.

) )(

( 8 1

2

) (

2

) 2

1

min max

min max

min max

CEmin max

Cp Cp

CE CE

Cp Cp

CE r

I I

V V

I I

V V

Vậy căn cứ vào hỡnh vẽ khi ta vẽ đường tải trờn họ đặc tuyến ra ta hoàn

toàn xỏc định được cụng suất ra

Ta nhận được cụng suất ra lớn nhất khi cú điều kiện sau:

2 V

V CEp

min max

CC

CC CE

CE V

V V

1 8

V R

V I 4

CC CCC

2 CC C

Hiệu suất cực đại của mạch điện đ ược xỏc định :

max= P

P

V R

V R

4.5.3.2 Mạch khuếch đại công suất chế độ A tải ghép biến áp:

Sơ đồ mạch tương tự như hình 4.17 Tuy nhiên tải Rckhông được ghéptrực tiếp vào cực C của BJT mà được ghép qua biến áp Nhờ đó hiệu suất đượctăng lên gấp đôi là 50%

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

Trong tầng khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi xung quanh

điểm tĩnh So với tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ nó chỉ khác là biên độ của nólớn, tầng khuếch đại chế độ A hay dùng sơ đồ CE

Mạch này có ưu điểm là tín hiệu ra trung thực, tuy nhiên hiệu suất thấp

do biên độ dòng điện và điện áp xoay chiều cực đại chỉ bằng dòng điện và điện

áp tĩnh

4.5 5 Cỏc mạch khuếch đại chế độ B

Mạch điện khuếch đại chế độ B phải d ựng ớt nhất là 2 transistor cú cựngcực tớnh hay khỏc cực tớnh (P hoặc N) Khi cần tăng cụng suất ra, ở mỗi tầngcụng suất cuối thường hay dựng 2 transistor ở mỗi nhỏnh, mắc kiểu Darlingt ơn.Nếu tầng cụng suất dựng 2 transistor cựng c ực tớnh thỡ tầng kớch phải là tầng

đảo pha để cấp 2 tớn hiệu ng ược pha ở cửa vào

4.5.6 Mạch đẩy kộo biến ỏp

Ưu điểm của mạch này là ở chế độ tĩnh sẽ khụng ti ờu thụ dũng do nguồn

cung cấp nếu khụng cú tổn hao tr ờn transistor Mặt khỏc, vỡ khụng cú dũng mộtchiều chảy qua biến ỏp n ờn khụng gõy mộo do bóo hũa t ừ Hiệu suất của mạch

đạt lớn nhất, khoảng 78,5%

Nhược điểm của nú là mộo xuyờn tõm lớn khi tớn hiệu vào nhỏ, khi cả 2

vế khuếch đại khụng được cõn bằng

Như mạch hỡnh trờn đó chỉ rừ, ở nửa chu kỳ dương của tớn hiệu đầu vào, T1

phõn cực nghịch nờn khụng dẫn, T2 phõn cực thuận nờn dẫn Ở nửa chu kỳ õmthỡ qỳa trỡnh xảy ra ngược lại Lỳc chưa cú tớn hiệu (Uv = 0) thỡ T1, T2 đều tắt,

sẽ khụng cú dũng nguồn VCC chạy qua biến ỏp mà chỉ cú dũng ngược ICE rấtnhỏ chảy qua

Tại thời điểm chuyển tiếp giữa quỏ tr ỡnh dẫn, ngắt của T1 và T2 sẽ gõy nờnhiện tượng mộo dạng súng, gọi l à mộo dạng xuyờn tõm

4.5.7 Mạch khuếch đại công suất chế độ AB đẩy kéo không dùng biến áp:

Chương 4: Mạch khuếch đại dùng BJT

4.5.7.1 Mạch OTL(Output Transformer Less)

Ta xét sơ đồ mạch đơn giản sau (không xét đến mạch phân cực)

Hì nh 4.19 Mạch khuếch đại công suất OTL

2 BJT trên là 2 BJT bổ phụ có các tham số đối xứng n hau

ở chế độ tĩnh, tụ C được nạp điện đến giá trị Ec/2 ở bán kỳ âmcủa uth, BTT dưới dẫn, tụ C đóng vai trò là nguồn cung cấp cho nó và tảiloa, còn BJT trên tắt Giải thích tương tự, ở bán kỳ dương của uth, BTTtrên dẫn, nguồn Vcc và tụ C cung cấp cho nó và tải loa Dòng xoaychiều ic lần lượt chảy qua tải trong từng bán kỳ tương ứng, tạo nên điện

áp xoay chiều trên tải

4.5.7.2 Mạch OCL (Output Capacitor Less)

Ta xét sơ đồ mạch đơn giản sau (không xét đến mạch phân cực)

Hì nh 4.19 Mạch khuếch đại công suất OTL

2 BJT trên là 2 BJT bổ phụ có các tham số đối xứng nhau

ở bán kỳ dương của vth, BTT trên dẫn, còn BJT trên tắt ở bán kỳ âm của

điện áp vào, BTT dưới dẫn, BJT trên tắt Dòng xoay chiều ic lần lượtchảy qua tải trong từng bán k ỳ tương ứng, tạo nên điện áp xoay chiềutrên tải