CHƯƠNG 09 TRANSITOR - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC

CHƯƠNG 09 TRANSISTOR – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC 9.1.TỔNG QUAN VỀ TRANSISTORS: 9.1.1.CẤU TRÚC CỦA TRANSISTORS: BJT Bipolar Junction Transistor được tạo nên từ ba lớp bán dẫn phân các

CHƯƠNG 09

TRANSISTOR – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC  

9.1.TỔNG QUAN VỀ TRANSISTORS:

9.1.1.CẤU TRÚC CỦA TRANSISTORS:

BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ ba lớp bán dẫn phân cách nhau bởi hai mối nối pn, xem hình H9.1

Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi

là : vùng Phát (Emitter) ; Nền (Base) và Thu

(Collector) Các hình vẽ dùng biểu diễn cấu trúc vật

lý của các loại transistor : pnp và npn trình bày trong

hình H9.2

Mối nối pn giữa vùng nền

và vùng thu được gọi là mối nối thu (Base–Collector Junction) Tương

nền-tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền phát (Base – Emitter Junction)

Các đầu ra của linh kiện được đặt trên mỗi vùng và ký hiệu bằng các ký tự E (Phát) ; B (Nền) và C( Thu)

Vùng Nền chứa ít tạp chất

và rất mỏng so với vùng Phát có nhiều tạp chất nhất và vùng Thu có

số lượng tạp chất trung bình

Trong hình H9.3, trình bày các ký hiệu cho

các loại transistor npn và pnp

9.1.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTORS:

Muốn transistor hoạt động như bộ khuếch

đại, hai mối nối pn phải được phân cực đúng bằng

các nguồn DC ngoài Trong chương này chúng ta

dùng transistor npn khảo sát, nguyên lý hoạt động của

transistor pnp được suy ra một cách tương tự ngoại

trừ các qui luật về điện tử và lổ trống, cực tính của các

nguồn áp phân cực và hướng của dòng qua linh kiện

Trong hình H9.4 trình bày phương pháp phân cực cho các transistor npn và pnp để linh kiện tác động như một bộ khuếch đại (amplifier) Cần nhớ:

Mối nối Nền – Phát được phân cực thuận

Mối nối Nền – Thu được phân cực nghịch

Để giải thích hoạt động của transistor, chúng ta cần khảo sát các sự kiện xãy ra bên trong transistor npn

HÌNH H 9.1

Lớp kim loại tiếp xúc Lớp Oxid

HÌNH H 9.2

Mối nối Nền –Phát (Base –Emitter Junction)

Mối nối Nền –Thu (Base –Collector Junction)

Transistor pnp

Transistor

npn

HÌNH H 9.3

Trong hình H9.4 trình bày

các mạch phân cực cho transistor npn và pnp

Mối nối BC phân cực nghịch

và mối nối BE phân cực thuận

Khi phân cực thuận mối nối pn Nền Phát , vùng nghèo tại mối nối thu hẹp

Khi phân cực nghịch mối nối pn Nền Thu , vùng nghèo tại mối nối mở rộng , hình H9.5

Vì vùng Phát là bán dẫn loại n có nồng độ tạp chất cao đẩy ào ạt các điện tử tự do

(trong dảy dẫn) khuếch tán dễ dàng qua mối nối pn Nền Phát để vào lớp bán dẫn p tại vùng Thu Tại vùng này các điện tử trở thành các hạt tải thiểu, tương tự như trường diode phân cực thuận

Vì vùng Nền hẹp và là bán dẫn cố nồng độ tạp chất thấp nhất , do đó số lượng lỗ trống trong vùng này hữu hạn Như vậy, một phần nhỏ các điện tử sau khi qua mối nối Nền Phát có thể tái hợp với số lổ trống hữu hạn trong cực nền Một số rất ít các điện tử không tái hợp đi ra khỏi cực nền là dòng điện tử hóa trị, hình thành dòng điện nhỏ trong cực nền

Phần lớn các điện tử từ cực phát đi vào vùng nền không thực hiện quá trình tái hợp nhưng khuếch tán vào vùng nghèo của mối nối pn Nền Thu Ngay khi đến vùng này các điện

tử được kéo qua vùng mối nối phân cực nghịch do tác động của điện trường tạo bởi lực hấp dẫn giữa các ion dương và âm Thực sự chúng ta có thể thấy các điện tử được kéo sang vùng nghèo của mối nối phân cực nghịch Nền Thu do điện áp của nguồn ngoài đang đặt trên cực thu Các điện tử đi ngang qua vùng Thu đến cực Thu và đi về cực dương của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu Điều này hình thành dòng cực thu I C Dòng cực thu có giá trị rất lớn hơn

so với dòng qua cực nền I B Đây chính là lý do tạo được độ lợi dòng điện (current gain)

9.1.3.CÁC THÀNH PHẦN DÒNG ĐIỆN QUA TRANSISTORS

Trong hình H9.6 trình bày các thành phần dòng điện và hướng của dòng qua transistor npn và pnp Quan hệ giữa các thành phần dòng điện thỏa định luật Kirchhoff 1 như sau:

Nên nhớ giá trị dòng qua cực nền I B rất nhỏ so với dòng I C Các chỉ số dùng trong các

ký hiệu dòng điện được ghi bằng các chữ in hoa để xác định các thành phần dòng điện này là dòng một chiều DC

Phân cực Nghịch mối nối Nền Thu

Dòng điện tử cực Thu ( I C )

Dòng điện tử cực Phát

9.1.4.CÁC THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CỦA TRANSISTORS:

Khi các transistor npn hay pnp được kết nối với các nguồn áp DC phân cực, gọi : V BBlà nguồn áp

DC phân cực thuận mối nối nền phát và V CClà nguồn áp DC phân cực nghịch mối nối nền thu ,

xem hình H9.7

9.1.4.1.HỆ SỐ DC VÀ HỆ SỐ DC :

Hệ số DC được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua

cực thu I C so với dòng DC qua cực nền I B Ta có:

C DC B

I I

Hệ số DC còn được gọi là h FE là thông số của transistor trong mạch tương đương tính theo thông số h thường được áp dụng khi thiết kế các mạch khuếch đại dùng transistor Giá trị của hệ số DC  h FE trong phạm vi từ 20 đến 200 hay lớn hơn

Hệ số DC được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu I C so với dòng DC qua cực phát I E Ta có:

C DC E

I I

Hệ số DC ít được sử dụng hơn so với hệ số DC trong quá trình tính toán hay thiết kế Giá trị của hệ số DC trong phạm vi từ 0,95 đến 0,98 hay lớn hơn

9.1.4.2.GIẢI TÍCH ÁP VÀ DÒNG TRONG MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR:

Trong mạch phân cực hình H9.8, gọi:

V là áp phân cực ngược mối nối nền thu (BC) Khi

mối nối BE phân cực thuận, tương tự như diode

điện áp giữa mối nối BE là: V BE 0,7 V

HÌNH H 9.7

HÌNH H 9.8

Mặc dù trong các transistor thực sự, áp V BE có thể cao đến mức 0,9 V và phụ thuộc vào dòng điện, trong tài liệu này chúng ta dùng giá trị 0,7 V để đơn giản trong quá trình phân tích các vấn đề cơ bản

Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực nền, ta có quan hệ:

Suy ra:

BB BE B

Áp dụng quan hệ (9.2) suy ra dòng qua cực thu là: I C  DC B I 150 0,43 64,5mA 

Áp dụng quan hệ (9.1) hay định luật Kirchhoff 1, ta có: I E  I C I B  64,5 0,43 64,93mA 

Áp dụng quan hệ (9.7) để xác định áp V CE, ta có: V CE 10 100 0,0645 3,55 V  

Áp dụng định luật Kirchhoff2 ta có: V CB  V CE V BE  3,55 0,7 2,85 V 

9.1.4.3.ĐẶC TUYẾN CỰC THU CỦA TRANSISTOR:

Áp dụng mạch điện trong hình H9.10 để xác định đặc tuyến cực thu bằng thực nghiệm Đặc tuyến cực thu của transistor là đồ thị mô tả quan hệ giữa áp V CE theo dòng I C, khi chọn dòng I B làm thông số

Đặc tuyến cực thu của transistor được trình

bày trong hình H9.11

HÌNH H 9.9

HÌNH H 9.10

Giả sử áp V BB được chỉnh để tạo ra giá trị I B bất kỳ và áp V CC 0 V Tại điều kiện này các mối nối BE và BC phân cực thuận vì áp V BE  0,7 V trong khi áp V CE  0 V Khi các mối nối

BE và BC phân cực thuận, transistor hoạt động trong vùng bảo hòa

Khi tăng áp V CC, áp V CEtăng dần khi dòng I C tăng; quá trình được xác định bởi đoạn đặc tuyến AB trong hình H9.11a I C tăng khi V CC tăng vì V CEduy trì giá trị nhỏ hơn 0,7 V tùy thuộc vào sự phân cực thuận mối nối nền thu

Một cách lý tưởng, khi V CE vượt cao hơn giá trị 0,7 V, mối nối BC bắt đầu phân cực nghịch và transistor bắt đầu đi vào vùng hoạt động hay vùng tuyến tính Khi mối nối BC phân cực nghịch dòng I C ngừng tăng và duy trì giá trị không đổi tương ứng với giá trị của dòng I B

khi áp V CE tiếp tục gia tăng. Thực sự dòng I C có hơi gia tăng giá trị khi V CE gia tăng do độ rộng của vùng nghèo tại mối nối nền thu Hệ quả này do một số ít lổ trống thực hiện quá trình tái hợp trong vùng nền làm hệ số DC hơi giảm thấp giá trị Quá trình này được trình bày bằng đoạn BC trên đặc tuyến cực thu Phần đặc tuyến này trình bày quan hệ I C  DC B I

Khi V CE ăng đến mức đủ lớn, mối nối BC phân cực nghịch đạt đến trạng thái phá vở phân cực nghịch và dòng cực thu gia tăng rất nhanh Quá trình này được biểu diễn bằng đoạn

đặc tuyến phía phải điển C trong hình H9.11a Các transistor không được tính toán để hoạt động trong vùng phá vở phân cực nghịch của mối nối nền thu

Họ đặc tuyến cực thu là các đồ thị trình bày quan hệ giữa dòng I C theo áp V CE khi thay đổi giá trị I B, hay chọn dòng I B làm thông số Họ đặc tuyến cực thu được trình bày trong hình H9.11b Khi I B  0 transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) mặc dù ta có thể định được giá trị rất nhỏ của dòng I C

HÌNH H 9.11: Đặc tuyến cực thu của transistor

Vùng BREAK DOWN

Vùng

bảo

hòa

Vùng hoạt động

I B1 < I B2 < I B2 <

Vùng ngưng dẫn

THÍ DỤ 9.2:

Cho mạch dùng xác định đặc tính cực thu như trong hình

H9.10, giả sử transistor có hệ số khuếch đại DC DC  100, giá trị của dòng I B khảo sát trong phạm

vi từ : 5 A 25 A   

Dạng của họ đặc tuyến cực thu được xác định theo phân tích

trên trình bày trong hình H9.12 với

thông số I B thay đổi nhày cấp tương ứng với 5 A 

9.1.4.4.VÙNG NGƯNG DẪN (CUT OFF):

Như đã trình bày trong mục trên khi dòng

B

I  0; transistor hoạt động trong vùng ngưng

dẫn , trong hình H9.13 cực nền hở mạch mô tả

dòng qua cực nền triệt tiêu Trong điều kiện này,

sẽ có dòng điện rò qua cực thu rất nhỏ , I CEO

phụ thuôc vào điều kiện nhiệt tác động lên các

hạt tải Trong quá trình giải tích, thường bỏ qua

giá trị I CEO tại vùng ngưng dẫn và xem như

V  V Trong vùng ngưng dẫn các mối nối

pn nền phát và nền thu đều phân cực nghịch

9.1.4.5.VÙNG BÀO HÒA (CUT OFF):

Khi mối nối nền phát phân cực thuận

và dòng I B gia tăng, dòng cực thu I Ccũng gia tăng theo quan hệ I C  DC B I , lúc này áp V CE

được xác định theo quan hệ (9.6) hay:

9.1.4.6.ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE):

HÌNH H 9.12: Họ đặc tuyến cực thu của transistor

HÌNH H 9.13: Dòng điện rò cực thu I CEO tại trạng thái ngưng dẫn (cut off)

HÌNH H 9.14: Dòng I B tăng làm I Ctăng và V CEgiảm

Khi transistor bảo hòa dòng I Ctăng không phụ thuộc vào

tốc độ tăng của dòngI B

Vùng bảo hòa và vùng ngưng dẫn trong đặc tuyến cực thu

có quan hệ với đường tải điện DC Khi cấp nguồn cho transistor hoạt

động theo mạch trong hình H9.10 hay H9.14; phương trình cân bằng

áp trong mắt lưới chức cực thu phát của transistor được viết theo quan

hệ (9.6), ta có: V CE  V CC R I C C

Với giá trị V CC và R C cho trước, ta xem áp V CE là hàm theo biến số I C Đồ thị mô tả quan hệ

 

V  f I có dạng đường thẳng chính là đường tải DC Đường thẳng này cắt trục hoành tại điểm có tọa độ  VCE  V ; ICC C  0 tại vùng ngưng dẫn

 ; vị trí này nằm sâu trung vùng bảo hòa, xem hình

H9.15 Phạm vi còn lại của đường tải DC là vùng hoạt động tuyến tính của transistor

THÍ DỤ 9.3:

Cho mạch transistor theo hình H9.16, giả sử áp bảo hòa V CE SAT 0,2 V; xác định trạng thái hoạt động của transistor

So sánh kết quả của dòng I C vừa tìm được với giá trị dòng I CSAT ta kết luận I C  I CSAT

nên transistor đang làm việc trong trạng thái bảo hòa

HÌNH H 9.15: Đường tải DC

HÌNH H 9.16

9.1.4.7.ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ LÊN HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI DÒNG DC :

Hệ số khuếch đại DC hay h FElà thôngsố quan trọng của transistor, khi phân tích hay thiết

kế ta cần khảo sát thông số này một cách kỹ lưởng và chi tiết hơn Thực sự DC không hoàn toàn

là hằng số, giá trị này thay đổi khi dòng I C và nhiệt độ môi trường thay đổi , xem hình H9.17

Khi duy trì nhiệt độ của các mối nối pn ổn định và gia tăng dòng I Chệ số DCtăng đến mức tối đa

Khi duy trì giá trị I Ckhông đổi và thay đổi nhiệt độ, DC thay đổi trực tiếp khi nhiệt độ thay đổi: nhiệt độ tăng hệ số DCtăng và ngược lại nhiệt độ giảm hệ số DCgiảm

Trong các tài liệu kỹ thuật thường cho giá trị DC hay h FEtại giá trị dòngI Cđịnh trước Hơn nữa, với giá trị dòng I C tại nhiệt độ định trước, hệ số DC cũng thay đổi theo từng linh kiện dù rằng các linh kiện này có cùng mã số; sự kiện này phụ thuộc vào phương thức sản xuất của mỗi nhà sản xuất Hệ số DCđược xác định ứng với giá trị nào đó của dòng I Cvà thường là giá trị cực tiểu

DCmin

 mặc dù giá trị cực đại và các giá trị mẫu của DC đôi khi cũng được đề cập đến trong các tài liệu kỹ thuật

9.1.4.8.CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA TRANSISTOR:

Transistor cũng như các linh kiện điện tử khác đều có giới hạn trong phạm vi hoạt động Các giới hạn này được xác định theo thông số định mức qui định bởi các nhà sản xuất và trình bày trong các tài liệu kỹ thuật Theo tiêu chuẩn, giá trị tối đa cho phép của các thông số transistor bao gồm điện áp: V CB; V CE; V BE; dòng I C và công suất tiêu tán P D Trong đó:

Tích số của V CE và I C không được vượt quá mức công suất tiêu tán cực đại cho phép Dmax

P và các giá trị V CE và I C không thể đạt giá trị tối đa cùng lúc

HÌNH H 9.17: Ảnh hưởng cũa nhiệt độ lên hệ số khuếch đại DC DC

THÍ DỤ 9.4:

Cho Transistor trong hình H9.18 có các giá trị cực đại của các thông số như sau:

Dmax

Xác định giá trị tối đa cho phép của nguồn

áp V CC có thể điều chỉnh không vượt qua các giới hạn cho phép Thông số nào sẽ vượt giá trị cho phép trước tiên

9.1.4.9.SỰ THAY ĐỔI CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI THEO NHIỆT ĐỘ:

Tương tự như các linh kiện bán dẫn khác, giá trị công suất tiêu tán P Dmax thường được cho tại điều kiện nhiệt độ 25o C Khi nhiệt độ làm việc của môi trường tăng lên giá trị P Dmaxcần hiệu chỉnh giảm thấp xuống Hệ số giảm công suất tiêu tán K PD có đơn vị tính theo mWo

9.2.1.1.CÁC ĐẠI LƯỢNG DC VÀ AC:

Trước khi trình bày chế độ khuếch đại của transistor, chúng ta cần xác định ký hiệu dùng cho các đại lương dòng, áp và điện trở trong mạch; vì mạch khuếch đại sẽ hoạt động đồng thời với các đại lượng xoay chiều AC và một chiều DC

Trong mục này, chúng ta dùng các ký hiệu chữ in hoa cho dòng (I) và áp (V) để biểu thị cho giá trị hiệu dụng, giá trị trung bình và giá trị đỉnh đến đỉnh (peak to peak) của áp AC Các ký hiệu viết bằng chữ thường dùng biểu diễn các giá trị tức thời cho dòng (i) và áp (v)

Các đại lượng DC được đánh chỉ số bằng các ký tự in hoa, thí dụ như I B, I C hay V BE, V CE các ký hiệu V C, V B,V E là áp tính từ các cực của transistor tính đến điểm mass chung (nút chuẩn 0V) của mạch

Các đại lượng AC là các đại lượng thay đổi theo thời gian được đánh chỉ số bằng các ký

tự in thường, thí dụ như i b, i c hay v be, v ce các ký hiệu v c, v b,v e là áp AC từ các cực của

transistor tính đến điểm mass chung (nút chuẩn 0V) của mạch

Các điện trở trong mạch được ký hiệu bằng chữ in hoa R, các nội trở trong transistor được

ký hiệu là r ', r ' e Các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hiệu DC có các chì số lả chữ

in hoa như: R E; R B các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hệu AC có chỉ số là các chữ thường như: R e

9.2.1.2.KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR:

Theo các nội dung đã khảo sát nêu trong các mục trên, dòng qua cực thu của transistor được khuếch đại vì bằng tích số dòng qua cực nền với hệ số khuếch đại  Giá trị dòng điện cực nền thường rất nhỏ so với dòng cực thu và cực phát, do đó có thể xem dòng cực thu và cực phát có giá trị xấp xỉ bằng nhau

Xét mạch điện trong hình H9.19, nguồn áp AC v in được cung cấp xếp chồng với áp DC

phân cực V BB tại cực nền bằng cách đấu nối tiếp các nguồn và nối tiếp với điện trở cực nền R B Điện áp phân cựcV CC nối đến cực thu thông qua điện trở R C

Nguồn áp AC tạo ra

dòng AC qua cực nền dẫn đến dòng AC qua cực thu Dòng AC

qua cực thu tạo áp AC ngang qua điện trở R C Tác động của transistor trong trường hợp này khuếch đại tín hiệu AC cấp vào cực nền và được đưa ra trên điện trở R C Cần nhớ áp AC nhận trên R C đảo pha so với áp

AC cấp vào trên cực nền Do

mối nối nền phát phân cực thuận nên điện trở nội xét đối với tín hiệu AC có giá trị rất thấp

Gọi r ' elà điện trở nội cực phát xét đối với tín hiệu AC, dòng cực phát tính đối với áp AC là:

Vì R Clà điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội r ' eđiện áp ra nhận được luôn

có biên độ rất lớn hơn so với điện áp cấp vào

THÍ DỤ 9.6:

Cho mạch khuếch đại áp AC dùng transistor như trong hình H9.20; xác định độ lợi điện áp và áp ngõ ra; biết điện trở nội r ' e  50

GIẢI:

Áp dụng quan hệ (9.10) ta có:

C v e

9.2.2.CHẾ ĐỘ ĐÓNG NGẮT:

Trong hình H9.21

trình bày nguyên lý hoạt động cơ bản của transistor như một khóa điện dùng đóng ngắt mạch

Trong hình

H9.21a transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) vì mối nối nền phát không được phân cực thuận. Với điều kiện này xem như

cực thu và phát hở mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương hở mạch.

Trong hình H9.21b transistor hoạt động trong vùng bảo hòa (saturation) vì mối nối nền phát và mối nối nền thu được phân cực thuận; dòng cực nền có giá trị đủ lớn tạo ra dòng cực thu đạt đến mức bảo hòa Với điều kiện này xem như cực thu và phát kín mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương kín mạch Thực sự khi transistor đạt đến mức bảo hòa, giá trị V CEsat có giá trị trong khoảng 0,3 V đến 0,5 V

9.2.2.1.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI NGƯNG DẪN:

Theo phân tích trên, transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn khi mối nối nền phát không phân cực thuận Bỏ qua ảnh hưởng c của dòng điện rò, tất cả các dòng điện khác trong mạch có giá trị bằng 0 và áp V CE bằng áp nguồn ngoài V CC Tóm lại:

9.2.2.2.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI BẢO HÒA:

Theo phân tích trên, khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng cực nền đủ lớn để tạo dòng qua cực thu cực đại, transistor đạt trạng thái bảo hòa Khi đạt trạng thái bảo hòa, ta

C

V I

b./ Khi bỏ qua ảnh hưởng của áp V CE SAT, dòng I Bmin được xác định như sau:

CC CSAT

Cho dòng điện qua LED khi phát sáng là 30

mA Áp cấp vào cực nền có dạng xung chữ nhựt Biết:V CC  9 V;V CE SAT 0,3V; R C  270;

B

Xác định biên độ của sóng xung chữ nhựt

đủ để transistor bảo hòa Khi tính toán chọn dòng

điện qua cực nền bằng 2 lần giá trị I Bmin để đảm bảo transistor bảo hòa hoàn toàn

HÌNH H 9.22

HÌNH H 9.23

GIẢI:

Trước tiên với các giá trị của phần tử mạch ta xác định giá trị dòng điện I Bmin trước tiên; ta

có dòng I C SAT xác định theo quan hệ sau:

CC CE SAT CSAT

Tóm lại biên độ xung chữ nhựt cần có để transistor bảo hòa là V in  4,95 V

9.3.HÌNH DẠNG VÀ VỊ TRÍ CHÂN RA CỦA TRANSISTOR:

HÌNH H 9.24: Transistor vỏ nhựa dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ.

HÌNH H 9.25: Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ.

HÌNH H 9.26: Cấu tạo của Transistor package, nhiều transistor chứa trong cùng một vỏ.

HÌNH H 9.27: Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn (Transistor công suất).

9.4.CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC TRANSISTOR:

9.4.1 ĐIỂM LÀM VIỆC DC:

9.4.1.1 PHÂN CỰC DC:

Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các bộ khuếch đại hoạt động trong vùng tuyến tính Nếu bộ khuếch đại không được phân cực đúng điểm làm việc DC đối với tín hiệu áp ngõ vào và ngõ ra, có thể dẫn đến quá trình ngưng dẫn hay bảo hòa khi cấp tín hiệu vào bộ khuếch đại

Trong hình H9.29 trình bày

các ảnh hưởng khi phân cực DC thích hợp hay không thích hợp cho các bộ khuếch đại đảo pha

Trong hình a tín hiệu ra được khuếch đại, nhưng đảo pha so với tín hiệu ngõ vào Tín hiệu ra dao động quanh giá trị mức áp V DC

phân cực trên ngõ ra

Phân cực không thích hợp sẽ tạo ra sự sái dạng của tín hiệu ra như trường hợp trình bày trong hình b và c

Trong hình b phần áp dương của tín hiệu ra bị giới hạn là do

điểm Q điểm làm việc DC) phân cực quá gần vùng ngưng dẫn

Trong hình c phần áp âm của tín hiệu ra bị giới hạn là do điểm Q (điểm làm việc DC) phân cực quá

gần vùng bảo hòa.

9.4.1.2 GIẢI TÍCH MẠCH DÙNG ĐỔ THỊ:

Transistor trong hình H9.30 được phân cực khi thay đổi áp V CC và V BB để đạt được các giá trị I B ; I C; I E và V CE Họ đặc tuyến cực thu của transistor được trình bày trong hình H9.30b, ta sử dụng các đặc tuyến này để mô tả kết quả đặt được từ phương pháp phân cực DC Trong hình

H9.31, chúng ta xác định 3 giá trị dòng I B để khảo sát sự thay đổi giá trị của dòng I C và áp V CE

Đầu tiên điều chỉnh áp V BB để có được dòng I B  200 A , xem hình H9.31a; từ quan hệ

I   .I suy ra I C  20mA, ta có áp V CE xác định như sau:

HÌNH H 9.28: Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF transistors).

HÌNH H 9.29: Khuếch đại tuyến tính và phi tuyến.

Ký hiệu của bộ khuếch đại

hiệu vào nhưng không bị sái dạng

hiệu vào nhưng bị xén đầu phía trên do transistor ngưng dẫn

hiệu vào nhưng bị xén đầu phía dưới do transistor bảo hòa

HÌNH H 9.30: Phân cực transistor dùng đồ thị

b./ Họ đặc tuyến cực thu a./ Mạch phân cực

HÌNH H 9.31: Phân cực thay đổi điểm làm việc Q của transistor.

CE CC C C

Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q 1 xác định trong hình H9.31a

Kế tiếp trong hình H9.31b, giá trị V BB được tăng lên để tạo ra dòng I B  300 A và dòng

C

I  30mA, ta có:

CE

Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q 2 xác định trong hình H9.31b

Sau cùng trong hình H9.31c, giá trị V BB được tăng cao hơn để tạo ra dòng I B  400 A

và dòng I C  40mA, ta có:

CE

Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q 3 xác định trong hình H9.31c

9.4.1.3 ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE):

Cần chú ý khi dòng I B tăng, dòng I C tăng và áp V CEgiảm

và ngược lại khi dòngI B giảm, dòng I C giảm và áp V CEtăng Khi điều chỉnh tăng hay giảm

áp V BB điểm làm việc DC của transistor sẽ di chuyển trên đường thẳng được gọi là

đường tải DC (xem lại mục

9.1.4.6)

Đường tải DC cắt trục

hoành tại 10V tương ứng với quan hệ V CE  V CC Đây là điểm ngưng dẫn vì I C  I E  0

Thực sự tại vị trí ngưng dẫn ta có dòng rò I CBO có giá trị rất nhỏ, thông thường chúng ta bỏ qua giá trị này

Đường tải DC cắt trục tung tại vị trí I C  45,5mA đây là điểm bảo hòa của transistor vì dòng I C đạt giá trị tối đa Thực sự có giá trị áp rất nhỏ V CE SAT đặt ngang qua cực thu và phát và dòng I C SAT hơi nhỏ hơn giá trị I C  45,5mA, xem hình H 9.33

Đường tải DC có dạng đường thẳng xác định theo quan hệ hàm như sau:

V 1

9.4.1.4 VÙNG LÀM VIỆC TUYẾN TÍNH

Vùng dọc theo đường tải DC từ vị trí bảo hòa đến vị trí ngưng dẫn được gọi là vùng làm việc tuyến tính của transistor Khi transistor hoạt động trong vùng này, điện áp ra được tái tạo một cách tuyến tính với điện áp vào

Trong hình H9.34 trình bày một thí dụ về hoạt động của transistor trong vùng tuyến tính Khi chưa cấp áp v in vào cực nền, điểm làm việc Q được xác định qua các phép tính sau:

BQ

này đưa đến dòng cực thu có biên độ là

10mAdao động quanh

điểm làm việc Q có dòng

CQ

I  30mA Với sự thay đổi của dòng cực nền và dòng cực thu khi cấp áp sin dẫn đến áp giữa cực thu và phát có biên độ là

2,2 V dao động quanh điểm làm việc Q có

CEQ

Điểm A trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với đỉnh dương của áp sin vào v in

Điểm B trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với đỉnh âm của áp sin vào v in

Điểm Q trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với điểm 0 của áp sin vào v in