Bài Giảng Transistor 2 Lớp Tiếp Giám BJT

11/2/2012 MẠCH Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM ĐIỆN TỬ Chương giáp Transistor lớp tiếp - BJT 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Nội dung • • • • • Giới thiệu Dòng chảy BJT Phân cực BJT Giải tích mạch BJT đồ thị 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 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Giới thiệu • • • 1948: Transistor (Bell Lab) Các loại transistor (TST): BJT, FET BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor • • Cấu tạo: lớp tiếp xúc p-n ghép đối đầu Phân loại: pnp & npn • Hoạt động phân cực: tắt, bão hòa, dẫn khuếch đại & đảo • Ký hiệu: cực B, C & E Hình dạng BJT thực tế hai lớp tiếp giáp 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Dòng chảy • Với BJT BJT-npn: Có dòng • Với BJT-pnp: khuếch tán, dòng lỗ trống dòng ngược 11/2/2012 Dòng Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM chảy BJT • Vùng khuếch đại: • EB: Phân cực thuận • CB: Phân cực IC nghịch ⇒ IE = I B + IC = αI E + IB = (1 − α )I E I Đặt Lưu ý: cấu I CBO B β= =  −α  α 1−α hình B chung (CB – common Base Configuration) α  I C − I CBO − I CBO α hệsố khuếch đại dòng 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mối nối Emitter – Base (EB) • Xem mối nối EB Diodephân cực thuận hoạt độc lập (iD = iE; vD = vEB) • DCLL V EE EB đặc tuyến iE= • − v R Mạch tương e EB + R đương e đơn giản vE = VEBQ = Vγ (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium) rId = 0= EQ R e động 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mối nối Collector – Base • (CB) I C = αI E + I CBO Từ quan hệ: nối CB  mạch tương đương mối IE E IC C E IE IC VEBQ αIE Diode lyù ICBO VEBQ αIE töôûng IB IB B B C 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mối nối CB ICBO ≈ 0; VEE V í d ụ : Cho mạch điện hình vẽ: α ≈ 1, = 50V; = Re = 1k; Rc 20k; vi = 1sinωt Tính iE VCC E Re vCB C B iE = Rc vi V iE V EE E C Re (mA) vCB = −VCC + Rc iC = −VCC + Rc i E iC C VEE = 1.3 + 1.0 sin ωt Re CC Rc v i VEBQ V EE + vi − V EBQ = 2V; B VCC v CB vCB = −V CC +R = −24 + 20 sin ωt c V EE − V EBQ R e + Rc R e vi (V) Hệ số khuếch đại tín hiệu xoay chiều: Av = 20 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Khuếch đại dòng BJT iC ≈ β × i B Quan hệ iC iB (bỏ qua ICBO): ∆iC =β với × ∆iB + ∆β × iB β Hệ số khuếch đại ∆tín hiệu nhỏ ∆i Suy ra: C ∆i B Xem gần đúng: Lưu ý: =β + ∆iB iB= h fe h fe ≈ β ≡ hFE β TST loại thay đổi theo TST β = α 1−α 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 10 Khuếch đại dòng BJT V í d ụ : Cho mạch điện hình vẽ Xác định hệ số khuếch đại dòng tín hiệu (CE – Common Emitter configuration) nhỏ npn Transistor C Cấu hình E i i • Ngõ vào: B Rb vi chung VBB B C R iB = Với CC • Ngõ ra: I BQ = = I BQ + ib ib = Rb c E V VBB + vi − VBEQ VBB − VBEQ R b iC ≈ β × iB = β × (I BQ + ib ) = Hệ số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ Ai = ic ib =β vi R b I CQ + ic 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch 43 đại E chung Mạch tương đương TST: Độ lợi dòng thuận h = fe ic ib = Q hfe ∆iC ≈h Q B ∆i : =β FE Trở kháng ngõ vào h h=ie : v be ie ib = Q ∆v BE ∆i B ≈h Q fe ∆v BE ∆i E ≈ mh Q fe VT I CQ 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 44 Mạch khuếch đại E chung V í d ụ : Cho mạch sau, giả sử a Tĩnh điểm Q: VBB I CQ 10 = V BB − V BE Re + Rb / β ≈ V BB − V BE Re VCEQ = VCC − (Rc + Re )I CQ = hFE = 50 Xác định: Tĩnh điểm Q b Mạch bỏ qua c tương đương tín hiệu nhỏ, giả hoe hre Độ sử lợi dòng Ai = iL / ii d Trở kháng ngõ vào nhìn từ nguồn dòng 10 × 50 e 24 = 4V = a R b= 10 + 50 = hfe Trở kháng= 8.3K ngõ nhìn từ tải 1K 10 + 50 − 2.2 = 15V = 1.5mA; 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại E 45 chung b) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ: h ie =h Bỏ qua 25mV fe hoe = 50 1.5 I CQ 25 = 833Ω hre c) Độ lợi dòng A : A i= i iL = ib ii i L = (−50) ib Rc = - 39.6; Rc + R L i L ib ib ii ii ( Rb // ri ) = ( Rb // ri ) + hie d) Trở kháng ngõ vào: Z i = ri // Rb // hie = 700Ω e) Trở kháng ngõ ra: Zo = RC 3.8K = 0.85 ⇒A i = (0.85)(-39.6) = -34 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 46 Mạch khuếch đại E chung V í d ụ : Tìm độ lợi dòng mạch khuếch giả sử: hre = 10-4 h0e đại ví dụ 1, = 10-4 mho Mạch tương đương: Ngõ ra: [(1 / hoe ) // Rc ] i = −h fe [(1/ h oe ) // R c] + R L ⇒ L ib = - 36.7 ib vce = RliL = - 36.7×103 × ib 10-4 Sử dụng KVL ngõ vào: vb = 830ib vce = (830 – 3.67)ib ∼ 830ib N hậ n xét : Ảnh hưởng không đáng kể hre + 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch 47 đại E chung Sử dụng KCL ngõ vào: ii = v b Suy ra:  1+  10K  Ai =  + ib = 830ib 8.3K  iL i L ib ii = i b ii  + hưởng + ib = 1.183ib  10000 8300   = (−36.7)(1/1.183) = -31  N hậ n xét : So sánh với ví dụ (Ai = -34), ảnh không đáng kể  hoe lên Ai 11/2/2012 Mạch Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM khuếch 48 đại B chung Các thông số hybrid: veb = hib(-ie) + hrbvcb hfbie + hoevcb ic = Lưu ý: Chiều qui ước fe − v eb ie, ic Xác định thông số hybrid: Dùng mạch tương đương CE ie =i b +i c = (1 + h fe )ib = (1 + h ) h ie 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch 49 khuếch đại B chung h = ib Trở kháng ngõ vào h :ib Độ lợi điện áp ngược Độ lợi dòng thuận Dẫn nạp ngõ hrb hrb : −i i : hfb v eb h fb ≈ = 10 4i v cb =0 h = fe +1 cb = EQ I = h h fe fe+ hob : Sử dụng mạch tương đương CE có hoe: Từ mạch CE: ic = - ihoe = (hfe +1)ib ⇒ = + vcb vce = (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) + (-ib)(hie) ib; ⇒ vcb ≈ (-ib)(hfe + 1)(1/hoe) = (ic)(hfe + 1)(1/hoe) veb hoe ic h ob= = ⇒ Theo định nghĩa: i =0 1+h v cb Nhậ n xé t VT e c v = hie v eb : Thường bỏ qua – i ie = e fe : i) hrb hob thường nhỏ: Bỏ ii) Các thông số hybrid CB (hib, hfb, hob) có cách lấy qua 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại B chung 50 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại B chung Ví dụ 3: a) Xác định thông số CB ví dụ 1, cho 1/hoe = 10K b) TST sử dụng cấu hình CB với ri = 100; RL = 5K Xác h h felợi =dòng oeo = 16Ω; định độ 0.98 h A;=i ; ibáp Avh,ietrở kháng vào h obZ = i; rahZ = 2×10-6; h rb = fb= 1+ + h fe + h fe h fe Mạch Từ vítương dụ đương: 1: hfe = 50; hie = 0.83K; hoe = 10 –4 mho; hre = Suy ra: Ai = iL 100   − 500 +  100 + 16  500 = (−0.98) ii = 0.83 A v= vL v i = RL iL ir ii = 41.5 Zi = 16Ω Z = 51 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại C chung • Tính chất: • • Độ lợi áp Av ≈ Trở kháng ngõ vào lớn, trở kháng ngõ nhỏ: Impedance transformer • Phân tích: • Mạch tương đương dùng thông số hybrid cấu hình CC Thay TST mạch tương đương cấu hình CE: • Biến đổi tương đương sử dụng thông số hybrid cấu hình CE 52 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM Mạch khuếch đại C chung Thay TST mạch tương đương cấu hình CE: Nhìn từ cực B: vb = vbe + ieRe Dovbe = ibhie ieRe = (hfe + 1)ibRe [ ⇒ vb = ib hie + ib (h fe + 1)Re ⇒ vaø Av = ve v i =   hie ] ⇒ Mạch tương đương (chuẩn ib) (1 + h fe ) Re + (1 + h fe Z i = hie + (h fe + 1)Re )Re  Rb //[hie + (1 + h fe ) Re ]   ] r )R [  i + R b // h ie + (1 + h fe e 53 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 54 Mạch khuếch đại C chung • Nhìn từ cực E: • Biến đổi Thevenin ngõ vào: Thay TST mạch tương đương CE: • , vi = ri ib + vbe + v e KVL: ib = • Do ⇒ , v i= ,  h  ei h fe , ri   fe+ Z o= h + ib +1  ie   đương ⇒ Mạch tương , ⇒ h + hib ie + v e ( ri +1 fe v be chuẩn ie) = hie ib = hie ei h fe = +1 hib ie 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 55 Mạch khuếch đại C chung • • Phản ánh trở kháng: Phản ánh từ Emitter • • • • → Base (chuẩn ib) Dòng / (hfe + 1) (Ví dụ: ie Trở kháng × → ie/(hfe + 1)) (hfe + 1) (Ví dụ: Re Áp: Không đổi (Ví du: ve → → 1)) Re(hfe + ve) → • →) Phản ánh từ Base Emitter Trở kháng / (hfe + 1) (Ví (chuẩn dụ: r’i ier’ i / (hfe + 1)) •• Dòng × (hfe + 1) (Ví dụ: ib → ib(hfe + 1)) Áp: Không đổi 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 56 Mạch khuếch đại C chung V í d ụ : Phân tích mạch sau dùng đổi •Biến A i = −h fe mạch tương đương: ri Rc Rc + R L , , phản ánh trở kháng 11/2/2012 Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM 57 Mạch khuếch đại C chung sau: Ví dụ : Tính v1 v2 mạch đảo pha (phase inverter) Phản ánh trở kháng cực E lên mạch cực B ⇒ ⇒ v 1= v i c= h i Nếu chọn i Re (h fe + 1) Rb R b+ r (ri // iR ) + h =fbh e ⇒ Mạch tương đương (b) fb v1 R b ie + R e(h Dòng i : fe+ 1) Ngõ cực C: e hfbRc (≈ Rc) = Re ⇒ v2 = - v1 : Đảo v = −i R ie = e c c = −h v1 R fb e Rc R e v1