BJT Transistor nghiên cứu cơ chế hoạt động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CHƯƠNG Bipolar Junction Transitor Bùi Minh Thành Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp HCM Tài liệu tham khảo [1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and Circuits,2nd Ed , Macmillan 1991 [2] Lê Phi Yến, Nguyễn Như Anh, Lưu Phú, Kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Allan R Hambley, Electrical Engineering: Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition (2007) [4] Slide giảng môn Kỹ thuật điện tử cô Lê Thị Kim Anh Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động Ba sơ đồ kết nối Phân cực cho BJT 4.1) Tính tốn phân cực 4.2) Đường tải chiều đường tải xoay chiều 4.3) Dao động cực đại không méo dạng điều kiện maxswing 4.4) Thiết kế phân cực cho mạch Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung Phân tích mạch tín hiệu nhỏ 5.1 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại 5.2 Các tham số xoay chiều 5.3 Sơ đồ tương đương E chung 5.4 Sơ đồ tương đương B chung 5.5 Sơ đồ tương đương C chung Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động Ba sơ đồ kết nối Phân cực cho BJT 4.1) Tính tốn phân cực 4.2) Đường tải chiều đường tải xoay chiều 4.3) Dao động cực đại không méo dạng điều kiện maxswing 4.4) Thiết kế phân cực cho mạch Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4.2) Đường tải chiều xoay chiều • Đường tải chiều (DC Load Line - DCLL) đường biểu diễn mối quan hệ điện áp dòng điện chiều qua BJT • Đường tải xoay chiều (AC Load Line – ACLL) đường thể mối quan hệ điện áp dòng điện tức thời qua BJT Quy ước:  iC(t), vCE(t): giá trị dòng điện điện áp tức thời qua BJT  ICQ, VCEQ: giá trị dòng điện điện áp DC qua BJT  ic(t), vce(t): giá trị dòng điện điện áp xoay chiều (ac) qua BJT iC(t) = ICQ + ic(t) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK vCE(t) = VCEQ + vce(t) 4.2) Đường tải chiều xoay chiều Mục đích phân cực DC Khi thiết kế phân cực cho BJT đồng thời chọn điểm làm việc cho BJT Khi đó, dạng sóng ngõ phụ thuộc vào giá trị điểm phân cực thay đổi tín hiệu ngõ vào vo(t) = VB + A sin t Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4.2) Đường tải chiều xoay chiều VCC R1 Vb  R1  R2 Rb  R1 / / R2  I BQ  Vb  V Rb   RE ICQ   I BQ VCEQ  Vcc  ICQ ( RC  RE ) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Điểm tĩnh Q(VCEQ , ICQ ) 4.2) Đường tải chiều xoay chiều • DCLL VCE  VCC  IC ( RC  RE ) VCE  VCC  IC RDC  RDC  RC  RE • ACLL ic ( RL / / RC )  vce  ic Rac  vce   Rac  RL / / RC (iC  ICQ ) Rac  (vCE  VCEQ )   ACLL vCE  VCEQ  (iC  ICQ ) Rac Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4.2) Đường tải chiều xoay chiều • DCLL iC VCE  VCC  IC RDC I CQ  VCC RDC VCEQ Rac ACLL DCLL I CQ Q VCEQ  ICQ Rac vCE O VCEQ VCC • ACLL vCE  VCEQ  (iC  ICQ ) Rac Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 10 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại Định nghĩa hiệu suất : đo tỷ số công suất của tín hiệu xoay chiều đưa tải tởng công suất tầng khuếch đại tiêu thụ của nguồn cung cấp Chế độ A thường dùng tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ iCma Chế độ B (Lớp B) x iC C iCQ Khi chọn điểm Q nằm trùng với D (hoặc N) phần tử khuếch đại làm việc chế độ B lý tưởng (hoặc thực tế) Đặc điểm chế độ là: iCmi - Méo phi tuyến trầm trọng - Hiệu suất cao (Bmax = 78.5%) n IBma M x  Q  N vCE Q D IBmin VC E - Thường dùng tầng khuếch đại công suất (tầng cuối của thiết bị khuếch đại) Để khắc phục méo phi tuyến, đòi hỏi mạch phải có vế đối xứng thay phiên làm việc chu kỳ (gọi mạch “đẩy kéo”) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 26 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại Thực tế, người ta dùng chế độ AB (trung gian iC chế độ A B): điểm Q chọn phía điểm N gần điểm Lúc phát huy ưu điểm chế độ, giảm bớt méo phi tuyến, C hiệu suất chế độ B Chế độ khóa hay chế độ đóng ngắt (lớp D) iCmax BJT làm việc chế độ đóng ngắt (Switch BJT) Tuỳ theo giá trị điện áp vào mà BJT làm việc trạng thái đới lập: -Trạng thái khóa (tắt): Q nằm phía điểm N iCQ M  IBmax Q  N IBmin iCmin vCEQ D VCE - Trạng thái dẫn bảo hòa (mở): Q nằm phía điểm M (gần điểm C) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 27 Nội dung Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 5.1 Giới thiệu 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại 5.3 Các tham số xoay chiều 5.4 Sơ đồ tương đương E chung 5.5 Sơ đồ tương đương B chung 5.6 Sơ đồ tương đương C chung Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 28 5.3 Các tham số xoay chiều - Mục đích việc chuyển sơ đồ tương đương làm cho mạch tính tốn đơn giản dễ dàng - Khi biến thiên tín hiệu vào đủ nhỏ để tạo thay đổi dòng áp ngõ nằm đặc tính giới hạn BJT, ta xem BJT phần tử cực tuyến tính: I1 I2 I1, V1(i1, v1): dòng áp ngõ vào V1 Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK V2 I2, V2(i2, v2): dòng áp ngõ 29 5.3 Các tham số xoay chiều Tuỳ theo sơ đồ cụ thể BJT (BC, EC hay CC) đại lượng điện áp hay dòng điện cực tương ứng, đồng thời tùy theo loại BJT( NPN hay PNP) mà chúng có dấu chiều thích hợp Tuỳ theo việc chọn biến hàm để mô tả mối quan hệ ngõ vào BJT mà ta có loại tham sớ đặc trưng cho BJT Biến I1 , I2 V1,V2 I1,V2 V1,I2 v2,I2 V1,I1 Hàm V1,V2 I1,I2 V1,I2 I1,V2 V1,I1 V2,I2 Tham số z Tham số y Tham số h Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 30 5.3 Các tham số xoay chiều Bộ tham số h  dV1    dI    V1 = f(I1,V2) I2 = f(I1,V2) Ý nghĩa tham số h11 (hi )  h21 (hf )  v1 i1 i2 i1 i2 h22 (ho)  v2 v1 h12 (hr )  v2 v2  v2  i1  i1  V1 V1 dI  dV2 I1 V2 I I dI  dV2 I1 V2  v1 = h11i1 + h12 v2 i2 = h21i1 + h22 v2 Trở kháng vào của BJT áp xoay chiều ở ngõ bị ngắn mạch hi () Hệ số khuếch đại dòng điện (đợ lợi dòng) của BJT áp xoay chiều ở ngõ bị ngắn mạch h f Điện dẫn của BJT dòng xoay chiều ở ngõ vào bị hở mạch h ( S ) O Hệ số truyền ngược điện áp (hời tiếp điện áp) của BJT dòng xoay chiều ở ngõ vào bị hở mạch hr Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 5.3 Các tham số xoay chiều Bộ tham số h V1 = f(I1,V2) I2 = f(I1,V2) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK  v1 = h11i1 + h12 v2 i2 = h21i1 + h22 v2 5.3 Các tham số xoay chiều Mạch tương đương BJT i2 i1 -h12.v2: Sự truyền điện áp theo chiều ngược (hiện tượng hồi tiếp nội BJT); h12 bé (104  103 ) nên bỏ qua -h21 i1: Phản ánh khả khuếch đại BJT, nguồn có nội trở lớn hi v1 v2 h11 1/h22 h21 i1 h12 v2 -Điện dẫn h22: độ dốc đặc tuyến  BJT Thông thường h22 bé  h22 bỏ qua i1 Sơ đồ tương đương đơn giản hóa BJT: Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK i2 v1 v2 hi hf i1 33 Nội dung Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 5.1 Giới thiệu 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại 5.3 Các tham số xoay chiều 5.4 Sơ đồ tương đương E chung 5.5 Sơ đồ tương đương B chung 5.6 Sơ đồ tương đương C chung Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 34 5.4 Sơ đồ tương đương E chung vbe mVT mVT h fe hie  vce0   ib I BQ I CQ Ở nhiệt độ phòng VT = 25mV hie  25h fe I CQ Sơ đồ tương đương: Tính tốn chi tiết trình bày lớp Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 35 Nội dung Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 5.1 Giới thiệu 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại 5.3 Các tham số xoay chiều 5.4 Sơ đồ tương đương E chung 5.5 Sơ đồ tương đương C chung 5.6 Sơ đồ tương đương B chung Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 36 5.5 Sơ đồ tương đương C chung Tính tốn chi tiết trình bày lớp Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 37 Nội dung Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT 5.1 Giới thiệu 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại 5.3 Các tham số xoay chiều 5.4 Sơ đồ tương đương E chung 5.5 Sơ đồ tương đương C chung 5.6 Sơ đồ tương đương B chung Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 38 5.6 Sơ đồ tương đương B chung IE E rs RE E1 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK IC C RC B RL VL E2 39 5.6 Sơ đồ tương đương B chung Tính tốn chi tiết trình bày lớp Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 40 ... bớt méo phi tuyến, C hiệu suất chế độ B Chế độ khóa hay chế độ đóng ngắt (lớp D) iCmax BJT làm việc chế độ đóng ngắt (Switch BJT) Tuỳ theo giá trị điện áp vào mà BJT làm việc trạng thái đới lập:... Tử - ĐHBK 26 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại Thực tế, người ta dùng chế độ AB (trung gian iC chế đợ A B): điểm Q chọn phía điểm N gần điểm Lúc phát huy ưu điểm chế độ, giảm bớt méo... ĐHBK 24 5.2 Các chế độ làm việc BJT mạch khuếch đại iC Chế độ A (Lớp A) Khi chọn điểm Q nằm khoảng đoạn MN đường tải xoay chiều, ta nói phần tử KĐ làm việc chế độ A Đặc điểm chế độ là: IBmax