Bài giảng mạch điện tử chương 2 transistor 2 lớp tiếp giáp BJT

Khuếch đại dòng trong BJT fe B B B i i Quan hệ giữa iC và iB bỏ qua ICBO: với Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ Suy ra: Xem gần đúng: Lưu ý:  của các TST cùng loại có thể thay đổi theo t

MẠCH ĐIỆN TỬ

Chương 2

Transistor 2 lớp tiếp giáp - BJT

• Sơ đồ tương đương thông số H-chế độ tín hiệu nhỏ

• Phân tích mạch khuếch đại dùng BJT

• Mạch khuếch đại E chung

• Mạch khuếch đại B chung

• Mạch khuếch đại C chung

Giới thiệu

• 1948: Transistor đầu tiên (Bell Lab)

• Các loại transistor (TST): BJT, FET

• BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lớp tiếp giáp

• Cấu tạo: 2 lớp tiếp xúc p-n ghép đối đầu nhau

• Phân loại: pnp & npn

• Ký hiệu: 3 cực B, C & E

• Hoạt động phân cực: tắt, bão hòa, dẫn khuếch đại & đảo

Hình dạng BJT trong thực tế

C B

CBO E

I I

Lưu ý: cấu hình B chung (CB – common Base Configuration)

Mối nối Emitter – Base (EB)

• Xem mối nối EB như một Diode phân cực thuận hoạt động độc lập (iD = iE; vD = vEB)

• DCLL và đặc tuyến EB

• Mạch tương đương đơn giản

e

EE EB

e

E

R

V v

R

vE = VEBQ = V (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium)

rd = 0

e

EBQ EE

Mối nối Collector – Base (CB)

• Từ quan hệ:

 mạch tương đương của mối nối CB

CBO E

tưởng

Mối nối CB

Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ:   1, ICBO  0; VEE = 2V;

Re = 1k; VCC = 50V; Rc = 20k; vi = 1sin  t Tính iE và vCB

t R

V v

V i

e

EBQ i

EE

E     1 3  1 0 sin 

E c CC

C c CC

i e

c

e

EBQ EE

c CC

R

R R

V

V R V

Khuếch đại dòng trong BJT

fe B

B B

i i

Quan hệ giữa iC và iB (bỏ qua ICBO): với

Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ

Suy ra:

Xem gần đúng:

Lưu ý:  của các TST cùng loại có thể thay đổi theo từng TST

Khuếch đại dòng trong BJT

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ Xác định hệ số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ

 Cấu hình E chung (CE – Common Emitter configuration)

 Transistor npn

1 2

b

BEQ i

BB

R

V v

V

b

BEQ BB

R

v

i 

c CQ

b BQ

i

i A

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung

IC-cutoff  iC  ICmax

CBO B

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung

B

R

V V

 V CE V CC  I C R c

mA K

R

V V

I

c

CE CC

1

1.0

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung (cont)

Mạch phân cực

• 2 nguồn đơn/1 nguồn đôi

• 1 nguồn đơn

• Ổn định phân cực

• β thay đổi  điện trở

• Nguồn phân cực thay đổi  diode Zener

• Vγ thay đổi  diode

Dùng 2 nguồn đơn:

Mối nối B-C

• Điều kiện để tiếp xúc B-C phân cực ngược

• Có thể kiểm tra theo

BB CC

BB C

B

C C CC CEsat

CC C

Dùng 1 nguồn đôi:

• Tại mối nối B-E:

• Tại mối nối B-C (phân cực ngược)

Ta kiểm tra theo điều kiện VCE

Dùng 1 nguồn đơn: dùng biến đổi Thevenin

Mạch phân cực



V

Ổn định phân cực:

Mạch phân cực



B E

R R

Ổn định phân cực:

Nguồn phân cực thay đổi:

Mắc thêm diode zener

Mạch phân cực

Ổn định phân cực:

thay đổi: mắc thêm diode

Diode dùng ổn định mối nối B-E

Mạch phân cực

V

Giải tích mạch BJT bằng đồ thị

1 2

3

RL

Re R1

RL

Rb

Re

Mạng phân cực (Mạch tương đương Thevenin):

CC

R R

R V

2 1

b

V V

R R

/ 1

1  

2 1

2 1

R R

V

V R

R2 

• Bỏ qua ICBO: iB = (1-)iE, suy ra:

• Để loại bỏ sự thay đổi của iE do  thay đổi, chọn Re >> Rb/(1+)

• Điểm tĩnh Q (ICQ, VCEQ):

e E BE

b B

b e

BE BB

b e

BE BB

E

R R

v V

R R

v V

1(

e

BEQ BB

EQ CQ

R

V

V I

CC CEQ

R

R V

V

e E L

C CE

CC v i R i R

) ( L e

C CE

CC v i R R

Giải tích mạch BJT bằng đồ thị

• Tín hiệu nhỏ:

• Quan hệ pha:

ib tăng, ic, ie tăng, vce giảm

Điều kiện để iC có thể dao động cực đại (max swing):

(Giả sử VCEsat = 0 và IC-cutoff = 0)

e L

CC CQ

R R

i  

CEQ CE

v  

RL 1k

1

 = 100

+9V 9  VCEQ  ICQ( 1000  200 )

mA R

R

V I

e L

VBB = VBE + ICQ(1.1Re) = 0.7 + (3.75E-3)(1.1)(200) = 1.525 V Suy ra:

RL 1k

b

V V

R R

/1

BB

CC b

V

V R

Tụ Bypass vô hạn

Re: + Tạo dòng phân cực ICQ và tăng độ ổn định phân cực

_ Giảm hiệu suất;

_ Giảm hệ số khuếch đại đối với tín hiệu nhỏ xoay chiều

R  

DC

CC CE

DC

C

R

V V

R

I   1 

c L

Tụ Bypass vô hạn

 

DC

CC ac

CQ DC

CQ

R

V R

I R

ac DC

CC CQ

R R

V I





ac DC

CC CEQ

R R

V V



32

ac CQ

DC

CC CE

DC

C

R

V V

R

I   1 

c L

Tụ ghép (coupling capacitor) vô hạn

ac DC

CC CQ

R R

V I





ac DC

CC CEQ

R R

V V

/

1



c c L

c

R R

R i





Dòng qua tải (AC):

Tụ ghép: Ngăn dòng DC qua tải

b) Mạch tương đương

vB = vBE + vEXem vBE  VBE = 0.7

Mở rộng - Mạch phân cực Base – Injection

• Xét mạch Emitter Follower với phân cực Base–Injection sau:

vi

R2

Cb

Re VCC

RL Ce

V

V I

e

BEQ CC

CC

I

I R V

V



Mở rộng

• Nguồn của mạch khuếch đại

• Có thể thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch khuếch đại để thay

đổi mức DC của ngõ ra (Vẫn bảo đảm TST phân cực đúng)

DC

C

R

V V

V R

Ví dụ: Chọn RCICQ = VCCMức DC ngõ ra: v0-DC = 0 (Không cần dùng tụ coupling ngõ ra)

Chế độ tín hiệu nhỏ

• Mô hình tương đương mạng 2 cửa dạng hybrid

• Mô hình tương đương E chung

• Mô hình tương đương B chung

• Phân tích mạch chế độ tín hiệu nhỏ

• Mạch CE

• Mạch CB

• Mạch CC

• Kỹ thuật phản ánh trong BJT: bảo toàn áp

• Mô hình tương đương mạch khuếch đại

Các thông số Hybrid

• Với TST :

• Định nghĩa:

• Trở kháng ngõ vào khi ngắn mạch ngõ ra

• Độ lợi áp ngược (reverse voltage gain) khi hở mạch ngõ vào

• Độ lợi dòng thuận (forward current gain) khi ngắn mạch ngõ ra

• Dẫn nạp ngõ ra khi hở mạch ngõ vào

2

1 0 1

v h



1

1 0 2

v h



2

2 0 1

f v

i h



1

2 0 2

o i

i h

Lưu ý: v1, i1, v2, i2, là các đại lượng tín hiệu nhỏ

-Các thông số hybrid h phụ thuộc vào tĩnh điểm Q của TST

-Các thông số hybrid h cho các cấu hình khác nhau (CE, CB, CC) được ký hiệu bằng cách thêm vào các chỉ số thích hợp (e, b, c)

Ví dụ: hfe là hf cho cấu hình CE, …

Mạch khuếch đại E chung

• Mạng 2 cửa: 4 chân ( 4 cực )

• BJT : 3 chân

 1 chân dùng chung cho 2 cửa

• Mô hình tương đương E chung

25

( )

0 0

CQ fe

re oe

mV

I h

h h

11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 42

Xác định các hệ số hybrid cho cấu hình CE:

1.Độ lợi điện áp ngược hre :

Thường rất nhỏ, bỏ qua

1.Dẫn nạp ngõ ra hoe: Hệ số góc của đặc tuyến (iC,vCE) tại Q

Thường hoe  10- 4 S, và (1/hoe) // RL ( 1  2K)  Bỏ qua hoe

Sử dụng nguyên lý xếp chồng (Superposition):

i i

v

i h

B

C

b ce

Q i

i Q

i

i h

CQ

T fe E

BE fe

B

BE b

be ie

I

V mh

Q i

v h

Q i

v Q

Mạch tương đương của TST:

Mạch khuếch đại E chung

Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử hfe = hFE = 50 Xác định:

7.4/

b e

BE BB

CQ

R

V V

R R

V V

I



CQ e

c CC

5 1

25 50

25 



CQ

fe ie

I

mV h

h

i

b b

L i

L i

i

i i

i i

i

A  

L c

c

b

L

R R

R i

b

i b i

b

h r

R

r R

(

) //

(

ie b

Mạch khuếch đại E chung

Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng của mạch khuếch đại trong ví dụ 1, giả sử: hre = 10-4 và h0e = 10-4 mho

b L c

oe

c

oe fe

R R

h

R

h h

) /

1 [(

] //

) /

1 [(

Ngõ ra:

Sử dụng KVL ngõ vào: vb = 830ib + 10-4 vce = (830 – 3.67)ib  830ib

Nhận xét 1: Ảnh hưởng của hre là không đáng kể

Mạch tương đương:

= - 36.7 ib

 vce = RliL = - 36.7103  ib

b b

b b

b

K K

v

8300

1 10000

1 830

3 8

1 10

L i

L i

i

i i

i i

Mạch khuếch đại E chung

eb fe

b fe c

b e

h

v h

i h i

i

)1

()

1(

Các thông số hybrid:

veb = hib(-ie) + hrbvcb

ic = hfbie + hoevcb Lưu ý: Chiều qui ước của ie, ic

Xác định các thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE

Mạch khuếch đại B chung

i

eb ib

I

V h

h v

i

v i

fe

oe e

cb

c ob

h

h i

v

i h

Mạch khuếch đại B chung

c fb

h

h v

i

i h

Nhận xét: i) hrb và hob thường rất nhỏ: Bỏ qua

ii) Các thông số hybrid CB (hib, hfb, hob) có được bằng cách lấy các thông số

CE tương ứng chia cho (1+hfe)

11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 50

Mạch khuếch đại B chung

h

h h

fe

ie ib

h

h h





oe ob

h

h h

1005

500

500)

98.0(

R v

a) Xác định các thông số CB của ví dụ 1, cho 1/hoe = 10K

b) TST trên được sử dụng trong cấu hình CB với ri = 100; RL = 5K Xác

Thay TST bằng mạch tương đương cấu hình CE:

Mạch khuếch đại C chung

• Tính chất:

• Độ lợi áp Av  1

• Trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ ra nhỏ: Impedance transformer

• Phân tích:

• Mạch tương đương dùng thông số hybrid cấu hình CC

• Biến đổi tương đương sử dụng thông số hybrid cấu hình CE

e fe

ie

và

Mạch khuếch đại C chung

 fe e

b ie b

b i

e fe ie

b

e fe ie

e fe

i

e v

R h

h R

r

R h

h R

R h

h

R h

v

v A

)1

(//

)1

(//

)1

(

)1

Mạch khuếch đại C chung

o

h

r h

Z

e be

b i

b ie

h

i h

i h

ib e



 Mạch tương đương (chuẩn ie)

Mạch khuếch đại C chung

• Phản ánh trở kháng:

• Phản ánh từ Emitter  Base (chuẩn ib)

• Dòng / (hfe + 1) (Ví dụ: ie  ie/(hfe + 1))

• Trở kháng  (hfe + 1) (Ví dụ: Re  Re(hfe + 1))

• Áp: Không đổi (Ví du: ve  ve)

• Phản ánh từ Base  Emitter (chuẩn ie)

Mạch khuếch đại C chung

Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh trở kháng

•Biến đổi mạch tương đương:

i

i L

c

c fe

i

R h

h r

r R

R

R h

A

) 1 (

Mạch khuếch đại C chung

Ví dụ 5: Tính v1 và v2 của mạch đảo pha (phase inverter) sau:

Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B  Mạch tương đương (b)

) 1 (

) //

(

) 1 (

ie b

i

fe e

i b

b i

h R h

R r

h R r

R

R v

fb c

R

v h

i h

R

R h

R i v

e

c fb c