tài liệu học tập

• Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các thông số của transistor.. Ảnh hưởng đối với I CBO.[r]

Chương 2:

PHÂN TÍCH MẠCH KHẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ TẦN SỐ THẤP SỬ DỤNG BJT

2.1 Khái quát Transistor

2.2 Transistror lưỡng cực

2.3 Phân cực ổn định phân cực

2.4 Đường tải chiều, xoay chiều và điều kiện max-swing

1 Tên gọi transistor từ ghép Tiếng Anh “Transfer” “resistor” tức điện trở chuyển đổi Nó có ý nghĩa thực khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở

Transitor

2 Transistor có loại sau:

➢ BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor lưỡng cực ➢ FET (Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng

trường FET chia làm hai loại:

+ JFET (Junction FET): FET cổng tiếp giáp

+ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET): FET cổng cách điện

➢ UJT (Unijuntion Transistor): Transistor tiếp giáp

2.2.1 Cấu tạo, kí hiệu, phân loại BJT

a) Cấu tạo: Transistor BJT linh kiện bán dẫn gồn lớp bán dẫn tiếp giáp tạo thành mối nối P-N

• Ba vùng bán dẫn nối ba chân gọi cực phát E(Emitter), cực B(Base) cực thu C(collector)

• Lớp bán dẫn B mỏng nồng độ tạp chất thấp Lớp E C có loại bán dẫn (N P) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hốn vị

• JE tiếp giáp miền Emiter Base, gọi tiếp giáp EB JC tiếp giáp miền Collector Base, gọi tiếp giáp CB

P N P C

E

B

N P N C

E

• Hiện thị trường có nhiều loại Transistor nhiều nước sản xuất thông dụng transistor Nhật bản, Mỹ Trungquốc

• Transistor Nhật : thường ký hiệu A , B , C , D Ví dụ A564, B733, C828, D1555 Transistor ký hiệu A B Transistor thuận PNP ký hiệu C D Transistor ngược NPN Transistor A C thường có cơng suất nhỏ tần số làm

việc cao Transistor B D thường có cơng suất lớn tần số

làm việc thấp

• Transistor Mỹ sản xuất:

2N3055, 2N4073 vv

• Transistor Trung quốc sản xuất : Bắt đầu số 3, hai

chũ Chữ thứ cho biết loại bóng : Chữ A B Transistor

thuận , chữ C D Transistor ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X P loại âm tần, A G loại cao tần Các chữ số sau thứ tự sản phẩm

Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv

1 Dưới tác dụng điện trường phân cực từ nguồn VEE electron từ miền E chuyển động theo hướng từ E đến C qua tiếp giáp JE sang miền B

2 Tại miền B: Một số electron tái hợp với lỗ trống tạo thành dòng IB

3 Đa số electron chuyển động qua tiếp giáp JC sang miền C (do VC >VB); tác dụng điện trường nguồn VCC electron tiếp tục chạy cực thu tạo dòng thu IC

4 Electron từ nguồn VEE chảy vào miền E tạo thành dòng IE Và trình lại tiếp tục

JEphân cực thuận, JCphân cực ngược

(VB > VE và VB < VC )

a) Nguyên lí hoạt động BJT

Kiểu Bazơ chung (CB)

b Các cách mắc bản

Kiểu Emiter chung (CE)

b Các cách mắc bản

Kiểu Colecter chung (CC)

b Các cách mắc bản

2.2.2 CÁC LOẠI ĐẶC TUYẾN CỦA BJT

Mơ hình hóa BJT mạng hai cửa tuyến tính sau:

BJT

I1 I2

V1 V2

Giữa đại lượng vào V1, I1 đại lượng V2, I2 viết cặp phương trình quan hệ:

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

Tuy nhiên thực tế thường hay sử dụng hai hệ phương trình hỗn hợp sau:

1

2

( , ) (I , )

I f V V

I f V

= =

2.2.2 CÁC LOẠI ĐẶC TUYẾN CỦA BJT

❖ Khi khảo sát đặc tuyến tĩnh Transistor người ta giữ đại lượng không đổi khảo sát phụ thuộc hàm số hai đại lượng cịn lại, sở ta có đặc tuyến sau:

Đặc tuyến vào (quan hệ dòng điện điện áp lối vào) I1 = f(V1) V2 = const

Đặc tuyến (quan hệ dòng điện điện áp lối ra) I2 = f(V2) I1 = const

Đặc tuyến truyền đạt (sự phụ thuộc dòng điện theo dòng điện vào

I2 = f(I1) V2 = const

Đặc tuyến phản hồi: V1 = f(V2) I1 = const

❖ dạng đặc tuyến đầu sử dụng nhiều Tùy thuộc kiều mắc mà số dòng chân cực tương ứng

c1 Đặc tuyến ngõ vào

+ VCE không đổi

+ Thay đổi nguồn áp VBB để thay đổi VBE

+ Khi VBE có giá trị từ đến Vk : IB = 0

+ Khi VBE  Vk : IB tăng theo hàm số mũ.

( )

B BE

I = f V

Khi VCE = const

2.2.2 CÁC LOẠI ĐẶC TUYẾN CỦA BJT

20 40

IC (mA)

IB (A) 20 40 60 80

0

c2 Đặc tuyến truyền dẫn

(I )

C B

I = f

Khi VCE = const

2.2.2 CÁC LOẠI ĐẶC TUYẾN CỦA BJT

Đặc tuyến truyền dẫn

Đặc tuyến truyền

dẫn IC /VBE Biểu

thị mối quan hệ

giữa dòng IC và

điện áp VBE khi

VCE khơng đổi.

+ Chỉnh dịng tương tự đặc tuyến ngõ vào.

+ Dạng giống đặc tuyến ngõ vào IC lớn

hơn nhiều lần: IC =  IB .

c3 Đặc tuyến ngõ ra (sơ đồ E chung)

+ điều chỉnh nguồn VCC để thay đổi điện áp VCE.

+ VB < Vk thì IB = 0; IC = 0

+ phải tạo điện áp phân cực VBE để tạo

dòng IB sau tăng VCE để đo dịng IC

( )

B

C CE I const

I = f V =

Đặc tuyến ngõ ra

• Vùng có IB= gọi chế độ cắt dịng, lúc IC≈

• Vùng có IB vừa phải, IC chịu điều khiển IC : chế độ khuếch đại tích cực

• Vùng có IB tương đối lớn, IC lớn, IB tác dụng điều khiển IC : chế độ bão hòa

• Các thơng số kĩ thuật BJT - loại cấu trúc BJT: NPN hay PNP - Độ lợi dòng chiều DC

- Tần số giới hạn (tần số cắt) fB (mạch CE); f (mạch CB) - Dòng rò ngược ICBO; IEBO

- Thế bão hòa VCE(sat); VBE(sat)

- Tạp âm NF

Các thông số giới hạn bao gồm:

- Điện áp làm việc tối đa: (VCEO; VCBO; VEBO)max;

- Dòng tải tối đa (IC) max;

- Dòng phân cực (IB) max;

- Công suất tiêu tán cực đại Pcmax;

• Ảnh hưởng nhiệt độ thông số transistor

Ảnh hưởng ICBO

Dòng điện rỉ ICBO dòng hạt tải thiểu số, nhiệt độ tăng dịng ICBO tăng theo hàm mũ

Ảnh hưởng độ khuếch đại: độ khuếch đại thay đổi theo dòng điện IC Khi nhiệt độ tăng làm dòng điện IC tăng β tăng theo

Ảnh hưởng phân cực VBE

Điện áp phân cực VBE khoảng 0,6V đến 0,7V cho transistor Si khoảng 0,1V đến 0,3V cho transistor Ge Khi nhiệt độ tăng, VBE bị giảm Thông thường nhiệt độ tăng 10C V

BE giảm khoảng

2,4mV

Thông số kỹ thuật:

Điện áp cực đại: VCBO= 40V VCEO = 40V

VEBO = 5V Dòng điện cực đại: IC = 200mA Nhiệt độ làm việc: -55oC ~ 150oC

Transistor 2N3906 có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép với thành mối nối P-N, thuộc

loại transistor thuận PNP Transistor 2N3906 sản xuất theo chuẩn TO92, thứ tự chân

từ trái qua phải: E B C

Transistor 2N3906 transistor công suất 1.5W, nhiên tần số làm việc cao

2.3 Phân cực ổn định phân cực

2.3.1 Quan hệ dòng điện

Dòng Colecter IC

Tỉ lệ với dòng emitter IE

Dòng chảy qua lớp tiếp xúc C-B phân cực ngược ICBO (rất nhỏ) (dòng điện rỉ)

IC =  IE + ICBO   IE

E B C

◼  độ khuếch đại dòng điện chiều

◼  hệ số truyền đạt dòng điện chiều  =

IC IE

 = IC IB

2.3 Phân cực ổn định phân cực

2.3.1 Quan hệ dòng điện

1  



= −

Các công thức liên hệ

Ví dụ1 :

2.3 Phân cực ổn định phân cực

Phân cực transistor cung cấp điện áp nguồn chiều cho cực Để BJT làm việc chế độ khuếch đại cần phân cực cho tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp CE phân cực ngược.

Điều kiện dẫn mở transistor: Loại npn, VBE = 0,6V ÷ 0,7V với Si

= 0,2V ÷ 0.3V với Ge VCE = 1/ ÷ 2/ VCC

Cách tạo áp phân cực VBB (kiểu mắc E chung):

▪ Phân cực từ hai nguồn riêng rẽ VBB và VCC

▪ Phân cực từ nguồn VCC và dung mạch điện trở để lấy áp VBB đặt vào cực B Có dạng sau:

+ Dùng điện trở RB tạo phân cực kiểu nguồn dòng cố định + Dùng điện trở RB tạo phân cực kiểu hồi tiếp điện áp;

2.3.2 Phân cực hai nguồn điện riêng.

B B BE BB

BB BE

B

B

I R V V

V V I R + = −  =

C C CE CC

CE CC C C

I R V V

V V I R

+ =

 = −

a Mạch phân cực đơn giản khơng có RE

1

2

Phương trình định luật Kiêcshop cho mạch vịng

Phương trình định luật

Ví dụ 2:

b Ổn định phân cực RE

𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 ⇒ 𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝛽𝐼𝐵𝑅𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 ⇒ 𝐼𝐵 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵 + 𝛽𝑅𝐸

Phương trình định luật Kiêcshop cho mạch vịng

𝐼𝐶𝑅𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 ⇒ 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶𝑅𝐶 − 𝐼 𝐶𝑅𝐸 ⇒ 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸)

Phương trình định luật

35

Ví dụ 3: 𝑅𝐵 = 180𝑘Ω; 𝑅𝐶 = 1𝑘Ω; + V𝐶𝐶 = 15𝑉; 𝛽 = 100

Tìm IB; IC; VCE

𝐼𝐵 =

𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵

= 15𝑉 − 0,7𝑉

180𝑘Ω = 79,44𝜇𝐴

𝐼𝐶 = 𝛽𝑑𝑐 𝐼𝐵 = 100.79,44𝜇𝐴 ≈ 7,94𝑚𝐴

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 = 15 − 7,94𝑚𝐴 × 1𝑘Ω = 7.06𝑉

36

Tính điện áp chân: VE ;VB ;VC?

VCC = IB.RB + VBE + IE.RE VCC = IB.RB + VBE + .IB.RE VCC = IB (RB + .RE) + VBE 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵 + 𝛽 ⋅ 𝑅𝐸 =

12𝑉 − 0,6𝑉

520𝑘Ω + (100 × 0,5𝑘Ω) ≅ 20𝜇𝐴

Dịng điện cực thu ngõ ra: IC = .IB = 100  20A = 2mA  IE

VE = IE.RE = 2mA  0,5k = 1V VB = VE + VBE = 1V + 0,7V = 1,7V

VC = VCC – (IC.RC) = 12V – (2mA  2,5k) = 7V

2.3.4 Phân cực kiểu hồi tiếp điện áp

( )

( )

CC C B C B B BE C

CC C C B C BE CC BE

C

B C C

V R I I I R V I

38

Ví dụ 5:

𝑅𝐵 = 330𝑘Ω; 𝑅𝐶 = 2.2𝑘Ω; + V𝐶𝐶 = 15𝑉; 𝛽 = 150

Tìm điểm làm việc transistor

( )

( )

CC C B C B B BE C

CC C C B C BE CC BE

C

B C C

V R I I I R V I

39

40

2.3.5 Phân cực cầu phân áp

Dùng định lí Thevenin biến đổi thành mạch

VBB RTh ETh

1

1

B B

B B B B

B B

R R

R R R R

R R =  = + 2 B BB CC B B R V V R R = + (1 ) BB BE BB B B BE E E B

B E

V V

V I R V R I I

R  R

−

= + +  =

+ +

C B

I = I

( )

CC C C CE E E CE CC C C E

41

2.3.5 Phân cực cầu phân áp

Dùng định lí Thevenin biến đổi thành mạch

VBB RTh ETh

Sự bão hòa BJT:

s

CC C at

C E

V I

R R

=

Ví dụ 6:

𝑅𝐵1 = 27𝑘Ω; 𝑅𝐵2 = 5.1𝑘Ω; 𝑅𝐶 = 1𝑘Ω; 𝑅𝐸 = 240Ω; + V𝐶𝐶 = 15𝑉; 𝛽 = 100

𝑉𝐵 = 𝑅𝐵2

𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 𝑉𝐶𝐶 = 2.38𝑉

𝑉𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 = 1.68𝑉 𝐼𝐸 = 𝑉𝐸

𝑅𝐸 = 7𝑚𝐴 𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸 = 7𝑚𝐴

Ví dụ 6:

1 2

1

B B B B B B

B B

R R R R R R

R R

=  =

+

(1 )

BB B B BE E E BB BE

B

B E

V I R V R I V V

I

R  R

2.4 Đường tải chiều, đường tải xoay chiều điều kiện max-swing

2.4.1 Đường tải chiều (Đường tải tĩnh (DCLL))

Sơ đồ mạch phân cực hai nguồn riêng mắc E chung: khơng có tín hiệu đặt vào IB khơng đổi (dòng phân cực tĩnh)

CE CC C C

Phương trình đường tải tĩnh: CC C CE C C V I V R R = − +

Vẽ đồ thị đường tải tĩnh: • điểm cắt đường tải với

trục tung:

VCE = 0; IC = VCC/RC • điểm đường tải cắt với

trục hoành:

IC = 0; VCE = VCC

2.4.1 Đường tải chiều (Đường tải tĩnh (DCLL))

Điểm bão hòa

Điểm

▪ Đường tải tĩnh quỹ tích điểm Q

▪ Giao điểm đường đặc tuyến với đường tải tĩnh tọa độ điểm phân cực Q

BB BE BQ

B

CQ BQ

CEQ CC CQ C

V V

I

R

I I

V V I R

 − =

=

= −

Ví dụ

CE CC C C

V =V − I R

2.4.2 Đường tải xoay chiều (ACLL)

2.4.2 Đường tải xoay chiều (ACLL)

1 CC

C CE

DC DC

V

I V

R R

= − +

1 CEQ CQ ac

C CE

ac ac

V I R

i v

R R

+

2.4.3 Điều kiện max swing