Điện tử viễn thông chapter 3 khotailieu

CHƯƠNG 3: ỔN ĐỊNH PHÂN CỰC (Bias Stability) CHO BJT 3.1 Giới thiệu 3.2 nh hưởng β lên tónh điểm Q 3.3 nh hưởng nhiệt độ lên tónh điểm Q 3.4 Phân tích hệ số ổn đònh 3.5 Bổ nhiệt dùng Diode 3.6 nh hưởng nhiệt độ thông số kỹ thuật Chương 3.1 Giới thiệu Tónh điểm Q Sự thay đổi tónh điểm Q: Nhiệt độ, β, nguồn cung cấp, … 3.2 Ảûnh hưởng β lên tónh điểm Q • Tổng quát: Khuếch đại dòng: I C KVL moái noái BE: V BB Rc VCC ⇒ I CQ Rb VBB Re α (V BB • Xét ảnh hưởng β lên tónh điểm Q: Xem α ≈ 1; VBE ≈ 0.7(Si) vaø ICBO(Re + Rb) > Rb / β ⇒ I CQ Chương = = βI B + ( β + 1) I CBO = αI E + I CBO = I B Rb + V BE + I E Re − V BE ) + I CBO ( Re + Rb ) Re + (1 − α ) Rb β Re 10 ≈ V BB − 0.7 Re ; tính toán mạch phân cực chương 2 Các kỹ thuật phân cực sử dụng hồi tiếp (feedback) • Khái niệm hồi tiếp • Hồi tiếp dòng (current feedback) VCC − V BE RE + RB / β VCC − V BE hay I BQ = βR E + R B I CQ = • Hồi tiếp dòng áp (current & voltage feedback) VCC ≈ I CQ RC + I BQ R F + V BE + I CQ R E I CQ R F ⇔ VCC = I CQ RC + + V BE + I CQ R E β ⇒ I CQ hay: Chương = I BQ VCC − V BE RC + R E + R B / β VCC − V BE = β ( RC + R E ) + R B 3.3 nh hưởng nhiệt độ lên tónh điểm Q • nh hưởng nhiệt độ: Điện áp ngưỡng: ∆V BE = V BE − V BE1 = − k (T2 − T1 ) với k = 2.5 mV / oC (Si) Dòng phân cực nghòch bão hòa: I CBO ( ) = I CBO1 e K (T2 −T1 ) với K = 0.07 / oC ∆I CBO I CBO − I CBO1 I CBO1 ( e K∆T − 1) ⇒ = = ∆T ∆T ∆T • Tónh điểm Q: Xem α ≈ Re >> Rb / β; từ công thức tổng quát: R V BB − V BE + I CBO (1 + b ) Re Re ∆I CQ ∆V BE ⎛ Rb ⎞ ∆I CBO ⎟⎟ ⇒ =− + ⎜⎜1 + R e ∆T ∆T ⎝ R e ⎠ ∆T ∆I CQ ⎛ e K∆T − ⎞ k ⎛ Rb ⎞ ⎟ ⎟⎟ I CBO1 ⎜⎜ = + ⎜⎜1 + ⇒ ⎟ Re ⎝ Re ⎠ ∆T ⎝ ∆T ⎠ k ∆T ⎛ Rb ⎞ ⎟⎟ I CBO1 e K∆T − + ⎜⎜1 + ⇒ ∆I CQ = Re ⎝ Re ⎠ ⇒ I CQ ≈ ( ) • Ví dụ: Xét mạch điện phần (3.2) với: Rb = 400; Re = 100; ICQ = 10 mA taïi 25 oC Tìm thay đổi ICQ nhiệt độ lên đến 55 oC với a) Silicon; b) Germanium Chương ∆I CQ Tổng quát: ∆I CQ 2.5 × 10 −3 (55 − 25) ⎛ 400 ⎞ 0.07×( 55− 25) −1 = + ⎜1 + ⎟ I CBO1 e 100 ⎝ 100 ⎠ = 0.75 × 10 −3 + 36 I CBO1 ( ) a) Silicon: ICBO1 = µA ⇒ ∆ICQ = 0.786 mA b) Germanium: ICBO1 = 100 µA ⇒ ∆ICQ = 4.35 mA Nhận xét: i) ∆ICQ (Silicon) > Rb / β ≈ (1-α)Rb ) ∂I CQ R e + Rb Rb SI = ≈ 1+ = ∂I CBO Re + (1 − α ) Rb Re ∂I CQ −α = ≈− SV = ∂V BE Re + (1 − α ) Rb Re Tính Sβ: Tính trực tiếp từ đònh nghóa, sử dụng α ⇒ I CQ ⇒ β (V BB − V EE ) Rb + ( β + 1) Re β R + ( β1 + 1) Re = b β1 Rb + ( β + 1) Re = β 1+ β giả sử bỏ qua ICBO ≈ I CQ I CQ1 ⇒ I CQ − I CQ1 I CQ1 = ∆I CQ I CQ1 = ∆β ( Rb + R e ) β1 [Rb + ( β + 1]) Re ∆I CQ ⎛ I CQ1 ⎞ ⎡ Rb + R e ⎤ ⎟⎟ ⎢ = ⎜⎜ ⇒ Sβ ≡ ⎥ ∆β β R ( β ) R + + e⎦ ⎝ ⎠⎣ b Chương ⎛ I CQ1 ⎞ ⎡ Rb + R e ⎛ Rb ⎞ ⎛ ⎞ ⎤ ⎟⎟ ⎢ ⎟⎟ ∆I CBO − ⎜⎜ ⎟⎟ ∆V BE + ⎜⎜ Suy ra: ∆I CQ ≈ ⎜⎜1 + ⎥ ∆β + β ( β ) R R R R + + ⎝ ⎝ e⎠ e⎦ e⎠ ⎝ ⎠⎣ b ∆I CBO = I CBO1 ( e K∆T − 1) Trong đó: ∆V BE = − k∆T ∆β = β − β • Mở rộng: ∆I CQ = S I ∆I CBO + SV ∆V BE + S β ∆β + SV ∆VCC + S R ∆Re CC e ∂I CQ ∂I CQ ≈ Với SV ; SR ≈ CC e ∂VCC ∂Re • Ví dụ: a) Tìm ICQ nhiệt độ phòng, sử dụng giá trò danh đònh b) Tính ∆ICQ với thay đổi VCC, Re, β; nhiệt độ thay đổi từ 25 – 125 oC a) V BB = VCC R1 ; Rb = R1 // R2 R1 + R2 Dùng công thức tổng quát: I CQ = α (V BB − V BE ) + I CBO ( Re + Rb ) = 10.6 mA Re + (1 − α ) Rb b) ♦ Tính hệ số ổn đònh: Chương R e + Rb = 5.25 mA/mA Re + (1 − α ) Rb SV ≈ − = - 10 mA/V Re ⎛ I CQ1 ⎞ ⎡ Rb + Re ⎤ ⎟⎟ ⎢ = 0.0116 mA S β ≈ ⎜⎜ ⎥ ⎝ β1 ⎠ ⎣ Rb + ( β + 1) Re ⎦ SI = α (V BB − V BE ) + I CBO ( Re + Rb ) , suy ra: Re + (1 − α ) Rb R1 α = 0.91 mA/V = Re + (1 − α ) Rb R1 + R2 Tính SVcc SRe, từ công thức tổng quát: I CQ SVCC = S Re ∂I CQ α ∂V BB = Re + (1 − α ) Rb ∂VCC − α (V BB − V BE ) = ∂VCC ∂I CQ = ≈ = - 0.1 mA/Ω ∂Re [Re + (1 − α ) Rb ] ♦ Xác đònh đại lượng biến thiên: ∆I CBO = I CBO1 ( e K∆T − 1) ∆V BE = − k∆T = -250 mV = 0.11 mA ∆β = β − β1 = 50 ∆VCC = 4V ∆Re = 20 Ω ♦ Suy độ dòch tónh điểm Q nhiều ∆I CQ = S I ∆I CBO + SV ∆V BE + S β ∆β + SVCC ∆VCC + S Re ∆Re = 9.3 mA Độ dòch tónh điểm Q xung quanh giá trò danh đònh ≈ 9.3 / = ± 4.65 mA Chương 3.5 Bổ nhiệt dùng Diode • Nhận xét: Thay đổ nhiệt độ ảnh hưởng lên dòng phân cực ICQ chủ yều ∆VBE ⇒ Giảm SV: Tăng Re, nhiên làm giảm dòng phân cực Giảm ∆VBE: Bổ nhiệt • Bổ nhiệt dùng Diode: Chọn Diode cho: Suy ra: I EQ = V D − V BEQ + I BB Rd Re + [ Rd /( β + 1)] • Cấu hình thực tế: ⇒ ∆V D ∆V BE = ∆T ∆T I EQ Nguồn dòng: I BB = I D + I BQ = I D + Mặt khác: V B = V D + I D Rd = V BEQ + I EQ Re ∆I EQ ∆T = β +1 ∆V D / ∆T − ∆V BE / ∆T =0 Re + [ Rd /( β + 1)] - Giải toán lựa chọn Diode thích hợp (matching) với TST - Sử dụng mạch tích hợp (Integrated Circuit) Chương • Ví dụ: Xác đònh ảnh hưởng nhiệt độ lên tónh điểm Q VB VB − VD V V − VD + + I BQ ; giả sử I BQ