điện tử tương tự Bài tập BJT

tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ

Điện tử tương tự ứng dụng Bài tập BJT Tống Văn On, biên soạn từ Electronic Devices Thomas L Floyd, Bộ môn Điện tử, ĐHBK TP HCM Thí dụ 1: Phân tích DC Xác định IB, IC, IE, VBE, VCE VCB mạch điện sau BJT có β = 150 Thí dụ 1: Phân tích DC Lời giải: VBE = 0.7 V Dòng điện cực nền: IB = (VBB – VBE)/RB = (5 V – 0.7 V)/(10 kΩ) = 430 µA Dòng điện cực thu: IC = β.IB = (150).(430 µA) = 64.5 mA Dòng điện cực phát: IE = IB + IC = 64.5 mA + 430 µA = 64.9 mA Điện áp VCE VCB: VCE = VCC – RC.IC = 10 V – (64.5 mA).(100 Ω) = 10 V – 6.45 V = 3.55 V VCB= VCE – VBE = 3.55 V – 0.7 V = 2.85 V VC > VB nên tiếp giáp thu-nền JC phân cực nghịch Thí dụ 2: BJT bão hòa Xác định xem có phải BJT mạch sau bão hòa Giả định VCE(sat) = 0.2 V, β = 50 Thí dụ 2: BJT bão hòa Lời giải: Trước tiên xác định IC(sat): IC(sat) = (VCC – VCE(sat))/RC = (10 V – 0.2 V)/1 kΩ = 9.8 V /1 kΩ = 9.8 mA Xét xem có phải IB đủ lớn để tạo IC(sat): IB = (VBB – VBE)/RB = (3 V – 0.7 V)/10 kΩ = 2.3 V/10 kΩ = 0.23 mA Tính IC: IC = β.IB = (50).(0.23 mA) = 11.5 mA Kết luận: Như với β cho trước, IB có khả tạo dòng IC lớn IC(sat) nên BJT bão hòa dòng điện cực thu 11.5 mA khơng đạt đến Nếu tăng IB, dòng điện cực thu trì giá trị bão hòa 9.8 mA Thí dụ 3: Dòng điện cực đại Một BJT hoạt động với VCE = V Nếu công suât tiêu tán nhiệt cực đại BJT PD(max) = 250 mW, dòng điện lớn cực thu mà BJT chịu bao nhiêu? Lời giải: Tính IC(max): IC(max) = PD(max)/VCE = 250 mW/6 V= 41.7 mA Kết luận: Đây dòng cực đại ứng với VCE cho trước Dòng IC mà BJT chịu tăng VCE giảm, miễn khơng vượt q PD(max) IC(max) Thí dụ 4: Thông số DC BJT BJT mạch sau có thơng số sau: PD(max) = 800 mW, VCE(max) = 15 V IC(max) = 100 mA Xác định giá trị cực đại VCC mà BJT không hoạt động vượt thông số Thông số bị vượt trước tiên? Thí dụ 4: Thông số DC BJT Lời giải: Trước tiên xác định IB IC: IB = (VBB – VBE)/RB = (5 V – 0.7 V)/22 kΩ = 4.3 V/22 kΩ = 195 µA IC = β.IB = (100).(195 µA) = 19.5 mA IB nhỏ IC(max) nhiều không thay đổi theo VCC Điện áp giảm ngang qua RC điện áp cấp điện VCC(max): VRC = IC.RC = (19.5 mA).(1 kΩ) = 19.5 V VCC = VRC + VCE Khi VCE = VCE(max) = 15 V VCC(max) = VRC + VCE(max) = 15 V + 19.5 V = 34.5 V Khi VCE = VCE(max), công suất tiêu tán nhiệt BJT là: PD = (VCE(max)) IC = (15 V).(19.5 mA) = 293 mW Vậy công suất không vượt PD(max) = 800 mW VCC = 34.5 V Nếu dòng cực làm cho BJT ngưng dẫn, VCE(max) bị vượt trước tiên Thí dụ 5: BJT hoạt động cơng tắc Hình minh họa hoạt động BJT công cụ chuyển mạch Ở miền ngưng (tiếp giáp nền-phát JE không phân cực thuận), BJT tương đương với công tắc mở (hở mạch C E) điều kiện lý tưởng Ở miền bão hòa (tiếp giáp phát JE tiếp giáp thu-nền JC phân cực thuận dòng IB đủ lớn làm cho dòng cực thu IC đạt đến giá trị bão hòa), BJT tương đương với cơng tắc đóng (nối tắt C E) Thực tế, có điện áp nhỏ rơi CE BJT, có giá trị vài phần mười volt gọi điện áp bão hòa VCE(sat) Thí dụ 5: BJT hoạt động công tắc Khi BJT ngưng bỏ qua dòng điện rỉ, dòng điện qua BJT 0, VCE(cutoff) = VCC Khi BJT bão hòa, IC(sat) = (VCC – VCE(sat))/RC Giá trị nhỏ IB làm cho BJT bão hòa IB(min) = IC(sat)/β Như điều kiện để BJT bão hòa IB > IB(min) Với mạch BJT hình bên (a) Tính VCE VIN = V (b) Giá trị IB nhỏ để BJT bão hòa β = 200 bỏ qua VCE(sat)? (c) Tính giá trị cực đại RB VIN = V Thí dụ 5: BJT hoạt động cơng tắc Lời giải: (a) Khi VIN = V, BJT ngưng dẫn, tương đương công tắc mở (hở mạch CE) VCE = VCC = 10 V (b) Vì VCE(sat) khơng đáng kể, IC(sat) =VCC/RC = 10 V/1.0 kΩ = 10 mA IB(min) = IC(sat)/β = 10 mA/200 = 50 µA Đây giá trị IB cần để kích bão hòa BJT (c) Khi BJT dẫn, VBE = 0.7 V Điện áp ngang qua RB là: VRB = VIN – VBE = V – 0.7 V = 4.3 V Giá trị RB cực đại ứng với IB(min) là: RB(max) = VRB/IB(min) = 4.3 V/50 µA = 86 kΩ Thí dụ 6: BJT hoạt động công tắc LED mạch điện cần dòng 30 mA để đủ sáng Với giá trị sau mạch điện, xác định biên độ điện áp ngõ vào để bảo đảm BJT bão hòa Hãy sử dụng gấp đơi giá trị tối thiểu dòng IB để BJT chắn bão hòa VCC = V, VCE(sat) = 0.3 V, RC = 220 Ω, RB = 3.3 kΩ, β = 50 VLED = 1.6 V Thí dụ 6: BJT hoạt động cơng tắc Lời giải: Tính dòng IB(min): IC(sat) = (VCC – VLED – VCE(sat))/RC = (9 V – 1.6 V – 0.3 V)/220 Ω = 32.3 mA IB(min) = IC(sat)/β = 32.3 mA/50 = 646 µA Chọn IB: Để chắn chắn BJT bão hòa, IB = 2.IB(min) = 1.29 mA Tính VIN: IB = (VIN – VBE)/RB = (VIN – 0.7 V)/3.3 kΩ VIN = (3.3 kΩ).IB + 0.7 V = (3.3 kΩ).(1.29 mA) + 0.7 V = 4.96 V Thí dụ 7: BJT hoạt động cơng tắc Thí dụ 7: BJT hoạt động cơng tắc Thí dụ 8: Phân cực BJT VTH = [R2/(R1 + R2)].VCC RTH = R1//R2 = (R1.R2)/(R1 + R2) VTH = RTH.IB + VBE + IE.RE = (RTH.IE)/(β + 1) + IE.RE + VBE IE = (VTH – VBE)/[RE + RTH/(β + 1)] ≈ (VTH – VBE)/[RE + RTH/β] IC = IE – IB (hay tính gần IC ≈ IE) VCE = VCC – RC.IC – RE.IE ≈ VCC – IC.(RC + RE) Thí dụ 9: Phân cực BJT Tính IC VEC mạch điện sau Thí dụ 9: Phân cực BJT Lời giải: VTH = [R1/(R1 + R2)].VEE = [22 kΩ/(22 kΩ + 10 kΩ)].10 V = (0.688 kΩ).10 V = 6.88 V RTH = R1//R2 = (R1.R2)/(R1 + R2) = (22 kΩ 10 kΩ)/( 22 kΩ + 10 kΩ) = 6.88 kΩ IE ≈ (VEE – VBE – VTH)/[RE + RTH/β] = (10 V – 6.88 V – 0.7 V)/(1.0 kΩ + 45.9 Ω) = 2.31 mA IC ≈ IE = 2.31 mA VC = RC.IC = (2.31 mA).(2.2 kΩ) = 5.08 V VE = VEE – RE.IE = 10 V – (2.31 mA).(1.0 kΩ) = 7.68 V VEC = VE – VC 7.68 V – 5.08 V= 2.6 V Thí dụ 10: Phân cực BJT Tính IC VCE mạch điện sau, sử dụng xấp xỉ VE = –1 V, IC ≈ IE Lời giải: VE = –1 V IE = (– VEE – V)/RE = [–(–15 V) – V]/10 kΩ = 14 V/10 kΩ = 1.4 mA VC = VCC – IC.RC = 15 V – (1.4 mA).(4.7 kΩ) = 8.4 V VCE = 8.4 V –(– V) = 9.4 V Thí dụ 11: Phân cực BJT Tính IC VCE mạch điện sau Lời giải: IC = (VCC – VBE)/(RC + RB/β) = (10 V – 0.7 V)/(10 kΩ + 180 kΩ/100) = 788 µA VCE = VCC – IC.RC = 10 V – (788 µA).(10 kΩ) = 2.12 V Thí dụ 12: BJT khuếch đại