Mơ hình của BJT:
Tín hiệu vàoVS(t)-VEE+VCCRE RC
Hình 29Tín hiệu raV0(t)Ta xem lại mạch cực nền chung, bây giờ nếu ta đưa vào BJT một nguồn xoay chiều VS(t) cĩ biên độ nhỏ như hình vẽ.
Đây là mơ hình của một mạch khuếch đại ráp theo kiểu cực nền chung. Ở ngõ vào và ngõ ra, ta cĩ hai tụ liên lạc C1 và C2 cĩ điện dung như thế nào để dung kháng XC khá nhỏ ở tần số của nguồn tín hiệu để cĩ thể xem như nối tắt (Short circuit) đối với tín hiệu xoay chiều và cĩ thể xem như hở mạch (open circuit) đối với điện thế phân cực.
Hình 30SiVEEVCCRERC0,7V VCBIC?IEIE++--
Đây là mạch mà chúng ta đã khảo sát ở phần trước. Nguồn điện thế xoay chiều VS(t) khi đưa vào mạch sẽ làm cho thơng số transistor thay đổi. Ngồi thành phần một chiều cịn cĩ thành phần xoay chiều của nguồn tín hiệu tạo ra chồng lên.
Nghĩa là: iB(t) = IB + ib(t) iC(t) = IC + ic(t)
iE(t) = IE + ie(t)
vCB(t) = VCB + vcb(t) vBE(t) = VBE + vbe(t)
Thành phần tức thời = thành phần DC + thành phần xoay chiều.
n+pB’n-ieib’icBCEHình 31Trong mơ hình các dịng điện chạy trong transistor ta thấy: điểm B’ nằm trong vùng nền được xem như trung tâm giao lưu của các dịng điện. Do nối nền phát phân cực thuận nên giữa B’ và E cũng cĩ một điện trở động re giống như điện trở động rd trong nối P-N khi phân cực thuận nên:re = 26IEmV
Ngồi ra, ta cũng cĩ điện trở rb của vùng bán dẫn nền phát (ở đây, ta cĩ thể coi như đây là điện trở giữa B và B’). Do giữa B’ và C phân cực nghịch nên cĩ một điện trở r0 rất lớn. Tuy nhiên, vẫn cĩ dịng điện ic = ?.ie = ?ib chạy qua và được coi như mắc song song với r0.
* ? là độ lợi dịng điện xoay chiều trong cách mắc nền chung:
α = αac= ΔICΔIE = diCdiE = icie
Thơng thường ? hoặc ?ac gần bằng ?DC và xấp xĩ bằng đơn vị. * ? là độ lợi dịng điện xoay chiều trong cách mắc cực phát chung.
β = βac= hfe= ΔiCΔiB = diCdiB = icib
Thơng thường ? hoặc ?ac gần bằng ?DC và cũng thay đổi theo dịng ic. Trị số ?, ? cũng được nhà sản xuất cung cấp.
CEBrorbreBB’ibie?.ie = ?.ibHình 32Như vậy, mơ hình của transistor đối với tín hiệu xoay chiều cĩ thể được mơ tả như sau:
rb thường cĩ trị số khoảng vài chục ?, r0 rất lớn nên cĩ thể bỏ qua trong mơ hình của transistor.
Điện dẫn truyền (transconductance)
Ta thấy rằng, dịng điện cực thu IC thay đổi theo điện thế nền phát VBE. Người ta cĩ thể biểu diễn sự thay đổi này bằng một đặc tuyến truyền (transfer curve) của transistor. Đặc tuyến này giống như đặc tuyến của diode khi phân cực thuận.
ID(mA)IC(mA) = IE00VD(volt)VBE(volt)ID=IO.exp(VD/VT)IC=ICES.exp(VBE/ VT)IC(mA)0VBE(mV)ID=IO.exp(VD/VT)QTiếp tuyến cĩ độ dốc =gm=IC/ VTvbeECB?ECB+-gmvbeHình 33
Người ta định nghĩa điện dẫn truyền của transistor là:
gm= ΔVBEΔic = vbeic(t()t)
Và đĩ chính là độ dốc của tiếp tuyến với đặc tuyến truyền tại điểm điều hành Q. Tương tự như diode, ta cũng cĩ:
IC=ICES.e
VBEVT VT
Trong đĩ, IC là dịng điện phân cực cực thu; ICES là dịng điện rĩ cực thu khi VBE = 0V
VT= KTe (T: nhiệt độ Kelvin)
Ở nhiệt độ bình thường (250C), VT = 26mV
Ta cĩ thể tính gm bằng cách lấy đạo hàm của IC theo VBE.
gm= dVBEdIC = ICESVT .e
VBEVT VT
Ở nhiệt độ bình thường (250C) ta cĩ:gm= 26ICmV
Tổng trở vào của transistor:
BJTiin+-vinHình 34
Người ta định nghĩa tổng trở vào của transistor bằng mơ hình sau đây:
Ta cĩ hai loại tổng trở vào: tổng trở vào nhìn từ cực phát E và tổng trở vào nhìn từ cực nền B.
Tổng trở vào nhìn từ cực phát E: ie = -iin+-vbe = -vinHình 35
ECB
Theo mơ hình của transistor đối với tín hiệu xoay chiều, ta cĩ mạch tương đương ở ngõ vào như sau:
-+EB’Biereibrb-+EB’Biereie
Hình 36Vì ie=(?+1)ib nên mạch trên cĩ thể vẽ lại như hình phía dưới bằng cách coi như dịng ie chạy trong mạch và phải thay rb bằng β + 1rb .
Vậy:Rin = vbeie = β + 1rb +re= rb+ (β + 1)β + 1 re
Đặt: hie = rb+(?+1).re Suy ra:Rin = β + 1hie
BEC+-vbe = vinib = iinHình 37Rin=re+ β + 1rb ≈re
Tổng trở vào nhìn từ cực nền B:
Xem mơ hình định nghĩa sau (hình 37): Mạch tương đương ngõ vào:
+-EB’Bibrbiere-+EB’Bibrbib
Hình 38
Do ie=(?+1)ib nên mạch hình (a) cĩ thể được vẽ lại như mạch hình (b). Vậy:Rin = vbeib = rb+ (β + 1)re= hie
Người ta đặt: r?=(1+?).re??re
Thơng thường ?re>>rb nên: Rin=hie ?r???re Ngồi ra,re= 26IEmV ≈ 26ICmV = IC1
26mV
= gm1 ; Vậy:rπ= gmβ vàre = gm1
Ta chú ý thêm là:re≈ vbeie = gm1 ⇒gmvbe=ie≈ic =βib; ⇒gmvbe=βib
Hiệu ứng Early (Early effect)
Ta xem lại đặc tuyến ngõ ra của transistor trong cách mắc cực phát chung. Năm 1952. J.Early thuộc phịng thí nghiệm Bell đã nghiên cứu và hiện tượng này được mang tên Ơng. Ơng nhận xét:
Ở những giá trị cao của dịng điện cực thu IC, dịng IC tăng nhanh theo VCE (đặc tuyến cĩ dốc đứng).
Ở những giá trị thấp của IC, dịng IC tăng khơng đáng kể khi VCE tăng (đặc tuyến gần như nằm ngang).
01020304050VCE(volt)Early voltageVCE = -VA = -200VIC(mA)0VCE(volt)IC(mA)ICQVCEQQ?IC = ICQ?VCE = VCE -(-VA) = VCE + VA ? VAHình 39Nếu ta kéo dài đặc tuyến này, ta thấy chúng hội tụ tại một điểm nằm trên trục VCE. Điểm này được gọi là điểm điện thế Early VA. Thơng thường trị số này thay đổi từ 150V đến 250V và người ta thường coi VA = 200V.
Người ta định nghĩa tổng trở ra của transistor:
r0= ΔVCEIC = VCEIC− ( −− 0VA) = VCEIC+VA
Thường VA>>VCE nên:r0= VAIC = 200ICV
Mạch tương đương xoay chiều của BJT:
Với tín hiệu cĩ biện độ nhỏ và tần số khơng cao lắm, người ta thường dùng hai kiểu mẫu sau đây:
Kiểu hỗn tạp: (hybrid-?)
Với mơ hình tương đương của transistor và các tổng trở vào, tổng trở ra, ta cĩ mạch tương đương hỗn tạp như sau:
BCEvbeibrbr?gmvberoicHình 40(a) Kiểu mẫu re: (re model)
Cũng với mơ hình tương đương xoay chiều của BJT, các tổng trở vào, tổng trở ra, ta cĩ mạch tương đương kiểu re. Trong kiểu tương đương này, người ta thường dùng chung một mạch cho kiểu ráp cực phát chung và cực thu chung và một mạch riêng cho nền chung.
• Kiểu cực phát chung và thu chung:
BC (E)E (C)vbeib?re?ibroicHình 40(b)IBICvàoraKiểu cực phát chungIBIEvàoraKiểu cực thu chung
• Kiểu cực nền chung
BCBiere?ieicHình (c)roIEICvàoraKiểu cực nền chung
Thường người ta cĩ thể bỏ ro trong mạch tương đương khi RC quá lớn. Kiểu thơng số h: (h-parameter)
Nếu ta coi vbe và ic là một hàm số của iB và vCE, ta cĩ: vBE = f(iB,vCE) và iC = f(iB,vCE)
Lấy đạo hàm:
vbe=dvBE= δvBEδiB diB+ δvBEδvCEdvCE
ic=diC= δiCδiBdiB+ δvCEδiC dvCE
Trong kiểu mẫu thơng số h, người ta đặt:
hie= δvBEδiB ;hre= δvCEδvBE;hfe= β = δiCδiB; hoe= δvCEδiC
Vậy, ta cĩ:
vbe = hie.ib + hre.vce ic = hfe.ib + hoe.vce
Từ hai phương trình này, ta cĩ mạch điện tương đương theo kiểu thơng số h: BCEvbeibhiehrevcehfeib
Hình 41vce~+-
hre thường rất nhỏ (ở hàng 10-4), vì vậy, trong mạch tương đương người ta thường bỏ hre.vce.
So sánh với kiểu hỗn tạp, ta thấy rằng:
hie=rb+ (β + 1)re=rb+rπ
Do rb<<r? nên hie = r? Nếu bỏ qua hre, ta thấy:
Do đĩ,gmvbe= hfeib=hfevbe hfe; Haygm= hfehie
Ngồi ra,r0= hoe1
Các thơng số h do nhà sản xuất cho biết.
Trong thực hành, r0 hay hoe1 mắc song song với tải. Nếu tải khơng lớn lắm (khoảng vài chục K? trở lại), trong mạch tương đương, người ta cĩ thể bỏ qua r0 (khoảng vài trăm K?).
BCEvbeibr?gmvberoicHình 42BCEvbeibhiehfeibic
Mạch tương đương đơn giản: (cĩ thể bỏ r0 hoặc hoe1 ) Bài tập cuối chương
1. Tính điện thế phân cực VC, VB, VE trong mạch:
?=100/Si
1. Tính IC, VCE trong mạch điện: ?=100/SiIC
1.