6. Chế độ động của transistor
7.1.1. Mạch cung cấp điện âp cho cực th uC
Hình 4.16a lă sơ đồ mạch cung cấp điện âp cho cực C của transistor
Hình 4.16 ab: Cung cấp điện âp cho câc cực của transistor
Trong đó UCC lă nguồn điện âp một chiều. RC lă điện trở cực thu, lăm nhiệm vụ cung cấp điện âp cho cực thu. Ngoăi ra RC còn lă điện trở tải của tín hiệu xoay chiều, tại đđy ta lấy ra tín hiệu đê được khuếch đại.
Trị số của RC được xâc định bởi tọa độ điểm tĩnh (ICo, UCo) trong họ đặc tuyến tĩnh ra theo phương trình:
Co Co CC C I U U R = − Trị số thực tế của RC từ 2,2kΩ ÷ 10kΩ
7.1.2.Mạch cung cấp thiín âp cho cực gốc B
Để thiết lập trị số cần thiết của dòng tĩnh ICo trong mạch cực thu C, ta phải đặt văo giữa cực B vă cực E một điện âp xâc định gọi lă thiín âp. Trị số cần thiết của thiín âp xâc định trín đặc tuyến tĩnh ra của transistor.
Loại NPN cực gốc B phải có điện âp dương so với cực phât E. Loại transistor PNP thì ngược lại. Trị số thiín âp gốc phât UBE của transistor germani lă
77 0,1V ÷ 0,5V, của transistor silic lă 0,5V ÷ 1V. Sự phđn cực được thực hiện nhờ việc sụt âp một chiều qua điện trở RB.
Hình 4.16b cho ta sơ đồ định thiín cho transistor, kiểu định thiín năy được gọi lă phương phâp dịng điện khơng đổi. Trong đó RB lă điện trở định thiín, nó tạo thiín âp cho transistor hoạt động. RB được tính như sau:
Ta có: UCC = RBIBo + UBE IBo lă dòng cực B chế độ tĩnh.
UBE lă độ giảm điện thế giữa cực E vă B, trị số năy rất nhỏ so với nguồn UCC nín có thể bỏ qua, do đó: Bo CC B I U R = Thực tế RB có trị số rất lớn từ 220kΩ ÷ 1MΩ
Khi ta thay đổi trị số của RB thì chế độ hoạt động của transistor thay đổi rất lớn, nín RB được gọi lă điện trở định thiín.
7.2.Ổn định điểm lăm việc cho transistor
Câc tham số của transistor rất dễ bị ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường chung quanh, do dịng điện ngược I0 biến thiín rất mạnh theo nhiệt độ. Nhiệt độ tăng lín sẽ lăm cho họ đặc tuyến di chuyển lín trín, điểm lăm việc tĩnh từ Q chuyển lín Q1 (Hình 4.17)
78 Việc thay đổi điểm lăm việc tĩnh từ Q lín Q1 lăm thay đổi chế độ hoạt động của transistor như gđy mĩo tín hiệu, hệ số khuếch đại bị thay đổi, mạch lăm việc không ổn định, không đâp ứng được những yíu cầu khi thiết kế. Trầm trọng hơn có thể đi đến hỏng transistor. Muốn ổn định điểm lăm việc cho transistor (đưa Q1 về Q) ta thực hiện việc ổn định nhiệt độ cho nó. Phương phâp phổ biến vă đơn giản nhất lă dùng hồi tiếp đm đối với dòng điện hoặc điện âp một chiều, nhằm thay đổi thiín âp khi nhiệt độ thay đổi.
7.2.1.Hồi tiếp đm điện âp
Hình 4.28: Ổn định nhiệt độ bằng phương phâp hồi tiếp đm điện âp
Điện trở định thiín RB thay vì đấu văo nguồn cung cấp lại đấu văo cực C của transistor. RB được đấu từ đầu ra (cực C) về lại đầu văo (cực B) nín gọi lă hồi tiếp (feedback), vì điện âp ra vă điện âp văo ngược pha nhau nín ta có hồi tiếp đm điện âp (Hình 4.28)
Ta có: UB = UC - RBIB
Cực phât E đấu với đất nín UB chính lă UBE. Khi nhiệt độ tăng thì dịng điện cực thu IC tăng theo. Từ phương trình đường thẳng tải:
UC = UCC - RCIC
Ta thấy khi IC tăng thì điện âp cực thu giảm xuống. Điện âp năy theo điện trở RB cung cấp thiín âp cho cực B của transistor, thiín âp giảm lăm transistor hoạt động yếu đi, dòng điện cực thu IC giảm.
79 Phương phâp hồi tiếp đm điện âp đơn giản, nhưng kĩm hiệu quả, nó chỉ được âp dụng khi nhiệt độ thay đổi ít. Ngoăi ra vì RB đưa điện âp xoay chiều của tín hiệu từ đầu ra trở lại đầu văo nín có hồi tiếp đm tín hiệu, lăm giảm hệ số khuếch đại.
7.2.2.Hồi tiếp đm dòng diện
Trong trường hợp cần có độ ổn định cao hơn, ta dùng sơ đồ hơì tiếp đm dịng điện (Hình 4.19). Phần lớn câc mạch khuếch đại dùng transistor đều âp dụng phương phâp năy. Đđy lă sơ đồ nguyín lý cơ bản nhất của mạch khuếch đại dùng transistor.
Hình 4.19: Ổn định nhiệt độ bằng phương phâp hồi tiếp đm dòng điện RB1 vă RB2 lăm thănh một cầu phđn âp để đặt văo cực B một điện âp cần thiết cho transistor hoạt động.
RE lă điện trở cực E, nó gđy hồi tiếp đm dịng diện để ổn định nhiệt độ cho transistor.
UE lă độ giảm điện thế một chiều qua RE. UBE lă hiệu điện thế gốc phât Ta có: UBE = UB - UE ⇒ UE + UBE = UB
Khi nhiệt độ tăng thì dịng điện cực thu IC vă dòng điện cực phât IE đều tăng. Hiệu số điện thế UBE giảm xuống, lăm điện âp phđn cực cho cực B giảm. Dòng cực thu IC giảm theo, điểm hoạt động được ổn định.
80 Thực tế ta chọn: E RC 4 1 3 1 R = ÷
Phđn cực như trín đưa đến một khuyết điểm lă bộ chia thế RB1 vă RB2 lăm tổn hao năng lượng. Hơn nữa, điện trở RE ngoăi việc thực hiện hồi tiếp đm đối với dòng điện một chiều để ổn định nhiệt độ, lại cịn thực hiện hồi tiếp đm đối với tín hiệu xoay chiều, lăm giảm hệ số khuếch đại. Nhằm loại bỏ hồi tiếp đm đối với tín hiệu xoay chiều, ta mắc thím một tụ điện CE. Tụ CE được gọi lă tụ phđn dịng, nối tắt tín hiệu xoay chiều xuống đất, loại bỏ hồi tiếp đm đối với tín hiệu.
Tóm tắt chương
Transistor lưỡng cực (BJT) lă một dụng cụ bân dẫn được sử dụng để khuếch đại tín hiệu hoặc lăm thănh một cơng tắc điện tử. BJT được tạo bởi hai lớp chuyển tiếp PN ghĩp liín tiếp nhau trín cùng một phiến đơn tinh thể. (Xem hình 4.1). Tùy theo thứ tự sắp xếp ta có hai loại transistor NPN.Transsistor NPN ký hiệu như hình 4.2ab. Vùng giữa của lă vùng cực gốc B lă nơi nhận tín hiệu văo để khuếch, vùng phải của B lă vùng cực phât E. Vùng còn lại lă vùng cực thu C. Dòng điện
trong BJT do cả hai loại hạt tải điện lă điện tử vă lỗ trống tạo nín.
Transistor do Mỹ sản xuất bắt đầu bằng 2N sau đó lă câc con số. Transistor của Nhật bắt đầu bằng 2SA, 2SB, 2SC, 2SD sau đó lă câc con số chỉ thứ tự sản phẩm. Transistor do Trung quốc sản xuất bắt đầu bằng số 3, tiếp theo lă hai chũ câi sau đó lă câc con số chỉ thứ tự sản phẩm. Xĩt một transistor loại PNP. Khi chưa có điện âp đặt văo, sự phđn bố điện thế trong 3 vùng E B C (xem hình 4.4a) Chiều cao của hăng răo điện thế ở cả hai lớp tiếp xúc S1 vă S2 đều lă Utx.Để transistor hoạt động, ta phải phđn cực thuận tiếp giâp BE bằng bộ nguồn E1, phđn cực nghịch cho tiếp giâp BC bằng bộ nguồn E2.(xem hình 4.4b). Trong đó
E2 >> E1. Nếu ta đưa tín hiệu biến thiín văo E vă mắc tải ở C thì transistor hoạt động ở chế độ động (xem hình 4.5). Có 3 câch mắc cơ bản của transistor lă E chung, B chung vă C chung. Mỗi câch mắc có một tính chất riíng. Họ đặc tuyến tĩnh của transistor lă sự liín hệ giữa 4 đại lượng: dòng điện văo IV, dòng điện ra IR, điện âp văo IV vă điện âp ra IR, khi ta chưa đưa tín hiệu văo đầu văo của transistor vă đầu ra của transistor chưa mắc tải. Họ đặc tuyến tĩnh của transistor mắc E chung được khảo sât bằng sơ đồ thí nghiệm hình 4.9. Họ đặc tuyến tĩnh văo của một transistor lă tập hợp câc đường biểu diễn của hăm số: IV = f (UV) khi UR = const.
81
Đặc tuyến tĩnh văo của một Transistor mắc E chung có dạng như hình 4.10. Họ đặc tuyến tĩnh ra của một transistor lă tập hợp câc đường biểu diễn của hăm
số: IR = f (UR) khi IV = const. Họ đặc tuyến tĩnh ra như hình 4.11. Từ họ đặc tuyến văo vă ra ta xâc định: Điện trở văo h11E, hệ số hồi tiếp điện âp
h12E, điện dẫn ra h22E, hệ số khuếch đại dòng điện: h21E. Hình 4.12 lă sơ đồ thí nghiệm để vẽ đường thảng tải bằng thực nghiệm.
Muốn transistor hoạt động trước hết ta phải chọn điểm hoạt động ban đầu Q cho transistor. Ta có thể coi transistor như một mạng bốn cực tuyến tính với quy ước chiều dịng điện như hình 4.14. Ta chuyển sơ dồ ngun lý sang sơ đồ tương đương (Hình 4.15).Ta tính được hệ số khuếch đại dòng diện Ki:
T22 22 21 1 2 i R h 1 h i i K + =
= vă hệ số khuếch đại điện âp KU:
T11 11 T 21 1 2 U ΔhR h R h u u K + − = =
Ta định thiín cho transistor với quy định điện âp như sau: Sơ đồ nguyín lý của mạch khuếch đại dùng transistor được mơ tả ở hình 4.19
Băi tập ơn tập chương
1/ Trình băy ký hiệu, cấu tạo vă hình dạng của BJT 2/ Trình băy ngun lý hoạt động của transistor.
3/ Trình băy ngun lý khuếch đại tín hiệu của transistor.
4/Vẽ vă phđn tích đặc tuyến tĩnh văo của transistor mắc E chung 5/ Vẽ vă phđn tích đặc tuyến tĩnh văo của transistor mắc E chung 6/ Trình băy câc phương phâp ổn định nhiệt độ cho transistor.
Câc nhiệm vụ học tập
- Sinh viín nắm vững câc hiện tượng, câc tính chất vật lý có liín quan đến việc phđn cực thuận vă phđn cực ngịch tiếp giâp PN
- Tải từ internet datasheet của một transistor lưỡn cực ví dụ C828. Phđn tích câc tham số có ghi ở datasheet.
- Vẽ, phđn tích họ đặc tuyến tĩnh văo vă ra của transistor.
- Vẽ, phđn tích câch phđn cực có hồi tiếp đm điện âp của transistor.
- Sinh viín tìm kiếm câc loại transistor đê học bằng câch mua ở thị trường hoặc thâo ở câc thiết bị điện tử hỏng. Tìm câch nhận diện từng loại transistor, xâc định chất lượng của chúng.
82
Câc đề tăi sinh viín
Đề tăi 1: Nghiín cứu transistor 2SC1061 ở những vấn đề sau: a/Xâc định loại (NPN hay PNP) của transistor.
b/Lắp râp một mạch thí nghiệm để vẽ họ đặc tuyến tĩnh văo. c/Tiến hănh lấy số liệu vă vẽ họ đặc tuyến tĩnh văo.
d/ Phđn tích họ đặc tuyến vẽ được.
Đề tăi 2: Nghiín cứu transistor 2SC1061 ở những vấn đề sau: a/Xâc định loại (NPN hay PNP) của transistor.
b/Lắp râp một mạch thí nghiệm để vẽ họ đặc tuyến tĩnh ra. c/Tiến hănh lấy số liệu vă vẽ họ đặc tuyến tĩnh ra.
d/ Phđn tích họ đặc tuyến vẽ được.
Đề tăi 3: Nghiín cứu transistor ở những vấn đề sau: a/Xâc định loại (NPN hay PNP) của transistor.
b/Lắp râp một mạch thí nghiệm để vẽ đường thẳng tải. b/Vẽ đường thẳng tải bằng lý thuyết.
c/Tiến hănh lấy số liệu vă vẽ đường thẳng tải bằng thực nghiệm. d/ Phđn tích đường thẳng tải thu được.
Câc cđu hỏi đânh giâ
Cđu 19 Transistor PNP có ký hiệu như hình vẽ năo sau đđy:
a/ Hình a b/ Hình b c/Hình c d/ Hình d
Cđu 2/ Transistor PNP có ký hiệu như hình vẽ năo sau đđy:
a/ Hình a b/ Hình b c/Hình c d/ Hình d
83 a/ Vừa E chung vừa B chung b/ Vừa E chung vừa C chung c/ Vừa C chung vừa B chung d/ E chung
Cđu 4/ Khi Transistor được mắc theo kiểu E chung thì hệ số khuếch đại dịng điện
của nó lă: a/ = >1 B E i I I K b/ = >1 B C i I I K c/ = >1 E C i I I K d/ = >1 C E i I I K
Cđu 5/ Một transistor mắc E chung. Nếu RC = 4,7kΩ, IC = 1 mA, nguồn cung cấp
UCC = 12V thì điện âp tại cực C (UC) có trị số lă :
a/ UC = 0V b/ UC = 12V c/ UC = 7,3V d/UC = 9V
Cđu 6/ Transistor ở hình sau được mắc theo kiểu:
a/ E chung b/ B chung c/ C chung d/ phức hợp
Cđu 7/Người ta nói transistor đê lăm một cuộc câch mạng lần thứ hai vì những ưu
điểm sau đđy:
a/ Kích thước nhỏ, trọng lượng bĩ, tiíu thụ ít năng lượng so với đỉn điện tử b/ Khuếch đại được tín hiệu
c/ Khơng bị ảnh hưởng của nhiệt độ trong quâ trình hoạt động d/ Cđu a vă c đúng
Cđu 8/ Để transistor hoạt động, điện âp đo được tại câc cực E, B, C của nó phải
tuđn theo một trong câc điều kiện năo sau đđy ?
84