Transistor 2 Lớp Tiếp Giám BJT

Chương 2: Transistor lớp tiếp giáp - BJT Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-1 Nội dung  Giới thiệu  Dòng chảy BJT  Phân cực BJT  Giải tích mạch BJT đồ thị  Sơ đồ tương đương thơng số H  Mạch khuếch đại E chung  Mạch khuếch đại B chung  Mạch khuếch đại C chung Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-2 Giới thiệu  1948: Transistor (Bell Lab)  Các loại transistor (TST): BJT, FET  BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lớp tiếp giáp Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-3 Dòng chảy BJT Dòng chảy BJT EB: Phân cực thuận CB: Phân cực nghịch I C = αI I CB O E + IE =IB+ ⇒ IC I CB 1(1 − αC )I− IO I BB= = α  α  CB E −− α Đặt β = I O 1− α Lưu ý: cấu hình B chung (KChoBa Đi–ện –  α Configuration) 2-4 Mối nối Emitter – Base (EB) Xem mối nối EB Diode phân cực thuận hoạt động độc lập (iD = =  DCLL đặc iE; vD vEB) V EE tuyến DCLL: i E v + R EB R EB =− e e  Mạch tương đương đơn giản v E VE = Vγ (0.7V: Germanium) = BQ Silicon; 0.2V: rd = Khoa Điện – Điện tử ĐHBK I Tp.HCM = V EE − Re VEBQ 2-5 Mối nối Collector – Base (CB)  Từ quan hệ: I C mối nối CB = αI E I I E VE BQ Diode lý tưởn g C E αIE IB C ICB O + I CB O mạch tương đương , E VE BQ I I E C αI E IB B Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM C B 2-6 Mối nối CB Ví dụ Cho mạch hình vẽ: α ≈ 1, ICB ≈ 0; VE = 1: 1k; VC = 50V; Rc = vi = 1sinωt 2V; =điện O E 20k; (mA) Tính =iE1.3và ReR E C C + 1.0 i E = VE + − e E viReVEB sin ωt BRc vCB v VE i i EE C Re E vi VEBQ C VEE VC C i C B R c VC C R vC = Q c iC = −VCC VEE BCB =−V −VCC + Rc+ CC RRcei−E + R v R e c VEBQ i v + vCB = −24 + 20 sin (V) Hệ ωt số khuếch đại tín hiệu xoay chiều: Av = 20 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-7 Khuếch đại dòng BJT α Quan hệ iC iB (bỏ qua ICBO): iC ≈ β với β = 1− Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ α ∆i C×=iBβ + ∆β ∆β ∆i = iB = h fe Suy ra: β+ × ∆iB × iB ∆i C B h fe ≈ β Lưu ý: β TST loại thay đổi theo TST ≡ hFE B Xem gần ∆i đúng: Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-8 Khuếch đại dòng BJT Ví dụ : Cho mạch điện hình vẽ Xác định hệ số đại dòng tín hiệu nhỏ khuếch Cấu hình E chung (CE – Common Emitter configuration) Transistor npn iB Rb vi VBB C B i E C Rc •Ngõ vào: với: VCC I VB + − = iB B I + viRVBE BQ = VBB −b Q i = viib BQ = Rb VBEQ b Rb iC ≈ β × × (I BQ + I C + Q ic Hệ số khuếch đại dòng ib ) = iB = β i c β Ai = =tín hiệu i •Ngõ ra: 2-9 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung •Vùng bão hòa: vC ≤ VCE Quan hệ iC iB E sat không •Vù chủ động: VCE ≤ vC ≤ tuyếnngtính BV C sat E Quan hệ tuyến tính: EO iC = β × iB IC- ≤ iC ICm Giớ hạnax cutoffi ≤ dòng: Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM + β I αCB O 2-10 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) Sử dụng nguyên lý xếp chồng (Superposition): DC: 2n đổi AC: TínChương hiệu nhỏ: Biế mạch tương đương Xác đònh hệ số hybrid cho cấu hình CE: • Độ lợi điện áp ngược hr : Thường nhỏ, bỏ qua • Dẫn nạp ngõ ho : e hoe = ic = e : Hệ số góc đặc tuyến (iC,vCE) Q ∆ Q ib = vc ∆i Thường h0o ≤ 10- S, (1/hoe) // iB e Điện – Điện tử - ĐHBK ⇒KhoaBỏ qua hTp.HCM oe e C RL (≈ ÷ 2K) 2-28 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) Mạch tương đương TST: ° Độ lợi dòng thuận hf : h fe = i icb = Q ∆i e CB Q ≈ h FE = β • Trở kháng∆i ngõ vào hi : hie = vb eib Q = ∆v ∆i B BE e ≈ h fe ∆v ≈ mh fe VT Q ∆i E Q I CQ BE Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-29 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) Ví dụ 1: Cho mạch sau, giả sử hfe= = 50 Xác đònh: a)Tónh điểm Q hFE b)Mạ ch tương đương tín bỏ qua ho hr hiệ u nhỏ , giả c)Độ lợi dò ng sử A i = iL / ii e e d)Trở ngrangõ e)Trở khákhá ng ngõ nhìn từvà tảio 1K a) Tónh điểm Q: 10 VB = 10 + 5024 = 4V dòng nhìn từ nguồn 10 × 50 = 8.3K Rb = 10 + 50 VBB − VBE ≈ = − = 1.5mA; 2.2 R e + R b / R VBB − VBE Ree)KIho=C15V a ĐQiện – VCE β B I CQ = 2-30 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: hie = h fe 25mV 25 = 50 = 833Ω 1.5 I Bỏ qua hoCQ hre, mạch đương tín hiệu nhỏ: e tương = iL Li iibb ii i = (−50) Rc i i = ( Rb // L = - 39.6; Rc + b r ( iR) b // hi ib Trở kháR d) ng ii ri ) + e L ngõ vào: c) Độ lợi dòng Ai : Ai = i Z i = ri // = 700Ω e) Trở kháng ngõ ra: R b // hie Z o = RC = Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM = 0.85 ⇒ Ai = (0.85)(-39.6) = -34 2-31 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) Ví dụ 2: Tìm độ lợi dòng mạch khuếch đại ví dụ 1, giả sử: - = 10- mho hr = 10 h 4 Mạ e ch tương đương: e Ngõ ra: [(1 / fe [(1/oe h c) // L i = hoe ) // Rc ] b 36.7 ib ⇒ vc = RliL = R ]+R i L = −h e 36.7×103 × ib 10- × Sử dụ n g KVL ngõ o : vc = (830 – ng đáng kể Nhận xét 1: nh hưởng hr khô e ≈ 830ib vb = 830ib + Khoae Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 3.67)ib 2-32 Mạch khuếch đại E chung (Common Emmiter - CE) Sử dụng KCL ngõ vào:     + + ii v b + ib = 8.3K  + ib 830ib =Suy ra: i L i L=i b 1.183ib  10000 = = (−36.7)(1/1.183) = -31 A i 10 i ib 8300  Kt 2:=So sá  -34), ảnh hưởng lên Nhận xé i ví dụ ( = i nh ivớ ho A i không đáng kể  e i Ai Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-33 Mạch khuếch đại B chung (Common Base – CB) •Các thông số hybrid: ve = hib (- hrbv + fbie b ih cb e) + Lưu iýc: Chiề hoeuvqui cb ước = ie, ic •Xác đònh thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE ie = ib + ic = (1 + h Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM fe )ib h = (1 + −v fe hie eb ) 2-34 Mạch khuếch đại B chung (Common Base – CB) , suy ra: Trở kháng ngõ vào hib: hib = ve = ve = hie = VT bi 10−b–ie v cb = h fe + Độ lợi điện áp ngược hr : hr : Thường bỏ IEQ i ≈ qu b b h fe i = h = Độ lợi dòng thuận hfb : fb ie v cb = h fe + a c Dẫn nạp ngõ ho : Sử dụng mạch tương đương CE có ho : Từ mạ c h CE: i ho = (hfe b ⇒ vcb= v+ce = (-ib)(hfe + e e +1)ib 1) iicb)= - ib; eb (1/hoe) + (⇒ vv c ≈ (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) = (ic) (hie ) = ic = bhob (h• Theo đònh nghóa: fe + 1)(1/h ⇒ vcb ie = fe oe) hoe ic hob = v c ie = +h Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-35 Mạch khuếch đại B chung (Common Base – CB) Nhận xét: i) hr ho thường nhỏ: Bỏ qua ii)b Cá cb tương thônứgngsố hybrid lấy thông số CE chia cho CB (hib, hfb, hob) (1+hfe) Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM có cách 2-36 Mạch khuếch đại B chung (Common Base – CB) Ví dụ 3: a Xác đònh thông số CB ví dụ TST trê1/h ni đượ c sử dụng cấu hình CB ) 1, cho oe = 10K Xá c đònh độ lợ dò n g A i ; áp Av , trở kháng vớ i r i = 100; R L = 5K hoe = 10 –4 mho; hre = = 50; hie = 0.83K; bTừ ví dụ 1: hfe o Zi; Zo Suy ra: ) h fb = h = 0.98 ; hib = hie = 16Ω; hob = = 2×10- hrb = 1fe+ + hfe h 1hoe + h6fe; Mạch tương fe đương: Ai i = (−0.98) 500 100 500 +  L  = = 0.83 − ii 100 + 16  Zi = Av = v = RL = 41.5 v r i i i i 16Ω L iL 500K Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-37 Mạch khuếch đại C chung (Common Collector – CC) •Tính chất: transformer •Phân tích: CE Độ lợi áp Av ≈ - Trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ - Mạch tương đương dùng thông số hybrid cấu hình CC nhỏ : Impedance Biế n đổ i tương đương sử dụng thông số hybrid cấu hình - Thay TST mạch tương đương cấu hình CE: Nhìn từ cực B: vb vb + ieRe vb = ibh ieRe = (hfe ⇒ ibhie + ieb ie⇒ Mạ h tương = veb =Do + c1)i bRe đương (chuẩn ib) ⇒(h fe v h e+(1 + h)RfeKhoa ) RreĐiệ+n Rb //[)Rhie  Av v+i =1)R (1 + – ie fe e i b ie fe e ] [ e ]   2-38 Mạch khuếch đại C chung (Common Collector – CC) Z i hi + (h fe + Nhìn từ =cựce E:1)Re Biến đổi Thevenin ngõ vào: KVL: , ⇒ h fe + 1i hib +  i  Thay TST mạch tương đương CE: , v = ri i vb + e i Do b i ib ++ 1e vàvve b = hie = hi i+e1 = hib h h = e e i b i e ,  , fe r  v = fe + i ⇒ Mạch tương đương Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-39 Mạch khuếch đại C chung (Common Collector – CC) ⇒ + ri Z o hi , + h b Phả=n ánh trở fe kháng: Phản ánh từ Emitter → Base Dòng / (hfe + 1) (chuẩ (Ví dụn: iieb) + 1)) Trở ng × (hfe + 1) (Ví → ie/(h fe + 1)) dụ: Re → Re(hfe p: Không đổi (Ví du: ve → ) ng / (hfe + 1) (Ví dụ: r’i Trởvekhá → in / h(h + 1)) Phảr’ n từfe Base → Emitter (chuẩn ie) 2-40 Mạch khuếch đại C chung (Common Collector – CC) Ví dụ 4: Phân tích mạch sau dùng phản ánh trở kháng Biến đổi mạch tương đương: , Ai = −h fe r Rc , Rc + ri + +i (h + RL [hie fe 1)Re ] Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 2-41 Mạch khuếch đại C chung (Common Collector – CC) Ví dụ 5: Tính v1 v2 mạch đảo pha (phase inverter) sau: Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B ⇒ Mạch tương đương (b) ⇒ h Rb v1 Re (h fe + 1) Dòng ie : ie = Rb + ri (ri // Rb ) + ie + Re (h fe + 1) Re h Ngõ cực C: v = −ic Rc = −h fb R v1 c i = fb h e i = fb R R ⇒ v1 = v i v1 e Nếu chọn hfb (≈ Rc) = Re ⇒ v2 = Rc v1 : Đảo pha ce 2-42