Việc cấp nguồn hay phân cực cho tranzistor thực hiện tuỳ theo cách mắc tranzistor và loại tranzistor.
Tranzistor có 3 cách mắc: Bazơ chung, Emitơ chung và Colectơ chung ( hình 4.9). Dù mắc theo cách nào thì mặt ghép emitơ cũng phải phân cực thuận, mặt ghép colectơ phân cực ng−ợc để tranzisto làm việc ở chế độ khuếch đại. Nh−
vậy đối với tranzistor thuận p - n - p thì cực E phải dương hơn cực B, cực B phải
đ−ơng hơn cực C. ở tranzistor ng−ợc thì ng−ợc lại.Gọi điện áp các cực t−ơng ứng là UB, UE, UC ( đo so với điểm chung - điểm "mát" của mạch), xét các tr−ờng hợp mắc khác nhau.Mắc bazơ chung ( hình 4.9a)
UEE= UE - UB > 0, IE > 0
UCB = UC - UB < 0, IC < 0 (4.22)
B BE U
U =
C CE U
U =
a)
E EB U
U = CB C
U
U =
b)
B BE U
U =
E EC U
U =
Hình4.9.Ba cách mắc a)Emitơ chung b)Bazơ chunga) c)Colectơ chung
Dòng IC âm có nghĩa là chiều thực của dòng IC ng−ợc với chiều ký hiệu trên hình vẽ.
Mắc emitơ chung ( hình 4.9b)
UBE = UB - UE <0 , IB < 0
UEC = UE - UC <0 , IC < 0 ( 4.23) Mắc colectơ chung ( hình 4.9c)
UBC = UB - UC > 0, IB > 0
UEC = UE - UC > 0, IE > 0 (4.24)
Với tranzistor n - p - n chiều điện áp và dòng điện ng−ợc với tr−ờng hợp vừa trình bày cho tranzistor p - n- p.
Việc cấp nguồn cho tranzistor nhằm xác định điểm công tác tĩnh trên họ đặc tuýen của nó(Xem giáo trình Cấu kiện điện tử). Điểm công tác tĩnh phải đ−ợc chọn để nếu khuếch đại làm việc ở chế độ A thì miền làm việc không nằm trong các miền cấm. Miền làm việc giới hạn bởi các đ−ờng phân chia miền bão hòa và miền tích cực,
®−êng UCmax, ®−êng cong PCmax, ®−êng UCmax và đ−ờng của miền cắt ( IB = 0) nh− ở hình 4.10.
Trên hình 4.10 miền gạch nghiêng là miền không làm việc hay miền cấm. Điểm 0 gọi là điểm công tác tĩnh hay điểm làm việc tĩnh. Đ−ờng thẳng đi qua điểm 0 và điểm ( ECC, 0) là
đường tải tĩnh xác định bởi phương trình:
Ta xét ví dụ cụ thể trên hình 4.11. Điểm công tác tĩnh đ−ợc xác định bởi
điện áp và dòng điện tĩnh ( tức là khi ch−a có tín hiệu vào) ở các cực của tranzistor, đó là IC0, UC0, IB0 và UB0.
Xét tranzistor mắc emitơ chung hình 4.11a. Đường tải tĩnh xác định bởi
ph−ơng trình:
UC = ECC - IC.Rt ; đó là đường thẳng xác định khi ECC = const và Rt = const, nó đ−ợc dựng bằng cách nối hai điểm có toạ độ là ( ECC, 0) và ( 0, E
R
CC t
).
M iề n b ã o h o à
E c c Ucm a
Uc 0
IB o
Uc o
Ic o Ic
H ×n h 4 .1 0 C h ọ n
® iÓ m
c ô n g tá c
c ủ a tra n z is to
trê n h ọ
đ ặ c tín h ra
t c cc
C R
U
I = E −
IC(mA) 3,0 B
C I
I =30B àA 2,5
D IB=20àA 2,0
1,5 E IB=10àA 1,0
0,5 F IB=0 A UCE
0 3,2 8,8 15,2 21,6 24 V b)
Hình 4.11 a) mạch khuếch đại EC tĩnh b) họ đặc tính ra và đường tải
R b
R t UR t
Uc
Ub
a )
87 Hình 4.11b là đặc tuyến tĩnh của tranzisto với đường tải ứng với ECC = 24v, Rt = 8kΩ.
Điểm A ứng với UC = 24v, IC = 0
Điểm B ứng với UC = 0v , IC = 3mA
Điểm C ứng với UC = 3,2v, IC = 2,6mA
Điểm D ứng với UC = 8,8v , IC = 1,9mA
Điểm E ứng với UC = 15,2v, IC = 1,1mA
Điểm F ứng với UC = 21,6v , IC = 0,3mA
Chọn điểm công tác là điểm D ứng với UC = 8,8v , IC = 1,9mA và IBO = 20àA. Khi cho dòng IB biến thiên từ 10àA đến 30àA thì điện áp UC sẽ biến thiên trong khoảng 3,2v đến 15,2v, dòng IC biến thiên trong khoảng 1,1A đến 2,6mA.
Chọn như trường hợp này thì khuếch đại làm việc ở chế độ tuyến tính, có thể bỏ qua mÐo phi tuyÕn.
4.4.2. ổn định điểm công tác của tranzisto
Việc cấp nguồn cho tranzisto vừa phải bảo đảm chọn đ−ợc điểm công tác tĩnh, vừa phải đảm bảo ổn định điểm công tác đó. Nguyên nhân làm điểm công tác tĩnh bị xê dịch chủ yếu là do nhiệt độ môi trường thay đổi. Dòng ngược IC 00 của mặt ghép colectơ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng 8 ữ 100C thì
dòng này tăng gấp đôi nên điểm làm việc bị xê dịch. Thông thường người ta sử dụng hồi tiếp âm trên các điện trở cấp nguồn cho tranzisto để ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi, gọi tắt là ổn định nhiệt.Lẽ dĩ nhiên khi điện áp nguồn thay đổi cũng sẽ làm thay đổi điểm công tác, tuy nhiên sự thay đổi này ít hơn nhiều so với sự ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ.
4.4.3. Các cách cấp nguồn cho tranzisto
Người ta thường dùng một nguồn điện áp một chiều ECC để cấp nguồn ( phân cực) cho cả hai mặt ghép emitơ và colectơ. Vấn đề đặt ra là phải chọn đ−ợc dòng IBO ( hay điện áp UBO), vì nó quyết định dòng ICO vì IC0 = β.IB0.Nh− vậy muốn có dòng tĩnh IC 0 phải cấp cho bazơ một điện áp nào đó, gọi là thiên áp. Để cấp thiên áp cho bazơ thường dùng sơ đồ định dòng bazơ và sơ đồ định áp bazơ.
a)Cấp nguồn bằng định dòng bazơ:
Sơ đồ hình 4.12a là mạch emitơ chung dùng tranzisto thuậnĐiện trở Rbđ−ợc
đấutừ cực B đến âm nguồn nên cực B có điện thế âm so với cực phát E, mặt ghép emitơ phân cực thuận tạo nên dòng tĩnh IBO qua Rb.
Ta có: UBE 0 = ECC- IB0Rb nên I E U
BO R
CC BEO
b
= −
. Vì UBE 0 << ECC nên
I E
R hayR E
BO I
CC b
b C BO
≈ ≈ (4.26)
Nh− vậy chọn Rb sẽ chọn đ−ợc IBO và tức là chọn đ−ợc IC 0. Mặt ghép colectơ đ−ợc phân cực ng−ợc với điện áp từ vài Von đến vài chục Von.
ở sơ đồ bazơ chung ( hình 4.12b) điện trở Rb cũng được đấu tương tự, cực B
đ−ợc đấu "mát" qua tụ Cb, theo xoay chiều điểm "b" là điểm "mát".
Mạch cấp nguồn bằng định dòng bazơ ( hình 4.12a) thực tế làm việc kém ổn
định và ch−a có biện pháp ổn định nhiệt. Để ổn định nhiệt có thể gây hồi tiếp âm trên điện trở Rb bằng cách đấu Rb với cực C của tranzistor ( hình 4.12a). Khi nhiệt
độ tăng thì dòng ICO sẽ tăng. Vì UC = ECC - IC.RC nên khi dòng IC tăng thì UC giảm, tức là thế của điểm C sẽ giảm nên IB sẽ giảm. Dòng IB giảm sẽ gây giảm dòng IC, tức là hồi tiếp âm đã khử sự tăng của dòng IC theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ giảm, dòng IC giảm thì quá trình sẽ ng−ợc lại. Nh− vậy hồi tiếp âm trên Rb làm ổn định
điểm công tác tĩnh của tranzisto. Hồi tiếp này lại làm giảm hệ số khuếch đại. Để khắc phục nh−ợc điểm này ng−ời ta phân Rb thành hai điện trở R1 và R2 nh− ở
_EC C
RC
Rb IC 0
IE0
IE0
-Ecc
R2
Cb RC R1
-Ecc Rb
+ +
a) b) c)
Hình 4.12 Cấp nguồn bằng định dòng bazơ a) sơ đồ EC b)sơ đồ BC c)sơ đồCC RE
-ECC
RC R1R2
H×nh 4.13+
C
-ECC
RC
R1
R2
+
UBE
UR2
Hình 4.14 Cấp nguồn cho mạch emitơ chung bằng định áp bazơ
89 hình 4.13. ởđây tụ Cb ngắn mạch tín hiệu xoay chiều xuống "mat" triệt bỏ hồi tiếp âm theo tần số tín hiệu. Đối với những biến thiên chậm do nhiệt độ gây lên thì
tại Cb không ngắn mạch nên không ảnh hưởng gì đến
Các mạch trên tuy đã ổn định đ−ợc chế độ công tác khi nhiệt độ thay đổi, nh−ng không thể tăng độ ổn định lên cao vì điểm công tác tĩnh và độ ổn định nhiệt của mạch phụ thuộc lẫn nhau ( thông qua Rb). Đó chính là một nh−ợc điểm gây khó khăn cho vấn đề thiết kế loại mạch này.
b)Cấp nguồn bằng định áp bazơ
Sơ đồ có dạng hình 4.14. Mạch này gồm hai phần:
-Mạch định áp bazơ ( tạo điện áp bazơ ổn định). R1, R2 gọi là cặp điện trở định thiên.
-Điện trở RE làm nhiệm vụ ổn định nhiệt.
- Ub là sụt áp trên điện trở R2, cũng chính là điện thế của điểm B so với
"mat", nó là điện áp xác định dòng IB0. Dòng qua R2 là E
R R
CC
1 + 2 . Qua R1 cã
dòng E
R R
CC
1 + 2 và dòng IB0.
UB = UR2 = ECC - (IB0 +
2 1 R R
ECC
+ )R1.
Chọn R1 và R2 ( hai điện trở định thiên) sao cho IB0 <<
2 1 R R
ECC
+ th× UB
2 1
. 2
R R
R ECC
≈ + . Nh− vậy chọn R1 và R2 càng nhỏ thì càng tốt. Tuy nhiên nếu chọn R1, R2 nhỏ thì công suất tổn hao trên chúng lại lớn, đồng thời làm giảm trở kháng vào của mạch khuếch đại. Để dung hòa mâu thuẫn trên người ta chọn
E
b R
R R
R
R R ≥
= +
2 1
2 1.
. Điện trở RE làm nhiệm vụ ổn định nhiệt. Trên RE tồn tại một hồi tiếp âm dòng điện nên làm giảm hệ số khuếch đại. Muốn cho hồi tiếp âm chỉ xẩy ra đối với những biến thiên chậm theo nhiệt độ mà không giảm hệ số khuếch
đại ta mắc CE song song với điện trở RE. Hồi tiếp âm đối với những biến thiên chậm theo nhiệt độ trên RE diễn ra nh− sau:
Giả sử nhiệt độ tăng làm tăng dòng IC, dẫn đến tăng IE ( vì IE = IC + IB), làm tăng sụt áp trên RE là URE = RE. IE ; URE tăng làm cho UBE = UR2- URE giảm nên dòng IB giảm. IB giảm làm IC giảm về trị số ban đầu. Khi dòng IC giảm thì quá trình xảy ra ng−ợc lại.
Sơ đồ cấp nguồn hình 4.14 là sơ đồ thông dụng nhất trong kỹ thuật điện tử.
c) Cấp nguồn cho tranzisto tr−ờng:
Việc cấp nguồn cho tranzistor trường thường sử dụng sơ đồ định thiên tự
động nh− trên hình 4.15. Để đảm bảo có điện áp UG0 trên cực cửa, trong mạch cực nguồn ng−ời ta mắc
điện trở RS, còn cực cửa G đ−ợc đấu "mat" qua điện trở RG. Khi có dòng máng chảy qua RS, trên RS sẽ có
điện áp một chiều ID0.RS. Vì dòng cực máng của tranzistor tr−ờng chảy qua RG rất nhỏ nên sụt áp trên RG là URG có thể coi bằng 0, nh− vậy điện thế cực G có thể coi là bằng điện thế "mat", nghĩa là ở mức IDORS so với điểm S ( cực nguồn). Điện áp một chiều
đặt trên RS chính là thiên áp cực G. Dĩ nhiên trên RS nếu không mắc song song CS thì sẽ tồn tại hồi tiếp
âm nối tiếp theo dòng điện.