Chương 4 TRANSISTOR lưỡng cực - Kỹ thuật Điện tử Electronics Engineeringc

Phân tích mạch BJT một chiều VD1: Xức định cức giứ trị dòng điện và điệp ứp trong mạch... Phân tích mạch BJT một chiều VD 2: Xức định cức giứ trị dòng điện và điệp ứp trong mạch... P

Trang 1

Ch ơng 4

Trang 2

Nội dung

 Cấu trúc transistor và nguyên tắc hoạt động

 Cức đặc tr ng dòng điện – điện ứp

Trang 3

M đầu

 Cức linh kiện 3 c c đ ợc dùng trong rất nhiều ng

dụng: khuếch đại tín hiệu, mạch logic số, mạch nhớ

 Nguyên lý cơ bản: Sử dụng điện ứp gi a 2 c c để

điều khiển dòng điện qua c c th 3.

 BJT đ ợc phứt minh năm 1948 tại BƯll Lab dẫn tới s

phứt triển c a CNTT và kinh tế tri th c.

 Ngày nay, BJT vẫn đ ợc sử dụng rất phổ biến trong

thiết kế mạch rời rạc, mạch t ơng t , mạch cao tần

 BJT có thể kết hợp với MOSFET để tạo ra cức mạch có

tính năng tr khứng vào lớn, công suất tiêu thụ thấp

c a MOSFET và dải tần rộng, khả năng điểu khiển

dòng lớn c a BJT.

Trang 4

Cấu trúc đơn giản hóa và cức chế độ hoạt động

Trang 5

 Chế độ Tích c c : ng dụng khuếch đại

 Chế độ ngắt và bão hòa : ng dụng chuyển mạch

Cấu trúc đơn giản hóa và cức chế độ hoạt động

Trang 6

Hoạt động c a transistor npn trong chế độ tích c c

Trang 7

Trang 8

 Dòng collector : Phần lớn cức ƯlƯctron khuếch tứn sẽ tới

đ ợc vùng nghựo C-B CollƯctor điện ứp d ơng sẽ hút

cức ƯlƯctron đi qua collƯctor tạo thành dòng i c :

 I s : dòng bão hòa (10 -12 A tới 10 -18 A)

 V T : thế nhiệt (~25 mV)

 i c : không phụ thuộc vào v CB

 Dòng Base : i B = i B1 + i B2 Vì i B1 và i B2 đều tỉ lệ với v BE / V T

e

Trang 9

 Dòng Emitter :

 α : hệ số khuếch đại dòng base chung

 Kết luận về dòng c a BJT:

 Dòng i c độc lập với v CB - > CollƯctor hoạt động nh 1

nguồn dòng không đổi với giứ trị điểu khiển b i v BE

 Dòng i = 1/ β.i nên rất nhỏ và i = i + i

v ới

Trang 10

 Cức mô hình mạch t ơng đ ơng (tín hiệu lớn):

Trang 11

Nếu lối vào BE và lối ra CE -> HSKĐ β ->

tên gọi β là HSKĐ dòng E chung

 Cức mô hình mạch t ơng đ ơng (tín hiệu lớn):

Trang 12

 Ví dụ 1: Một transistor npn có I s = 10 -15 A và β=100

đ ợc nối nh sau:

 C c EmittƯr nối đất

 C c BasƯ nối với 1 nguồn dòng 1 chiều không đổi 10ϻA

 C c CollƯctor nối với nguồn 5V qua 1 điện tr R c = 3

k Ω.

(a) Giả thiết transistor hoạt động trong chế độ tích c c,

tính V BE và V CE Dùng cức giứ trị này để kiểm tra chế

độ hoạt động c a transistor.

(b) Thay nguồn dòng bằng 1 điện tr nối với nguồn 5V

Trang 13

Hoạt động trong chế độ bão hòa

 Transistor chuyển sang chế độ bão hòa khi v CB < -0.4V

Trang 14

 Sơ đồ t ơng đ ơng:

Trang 15

 Khuếch đại dòng điện:

 Điện ứp V CE :

 Để xức định chế độ bão hòa, kiểm tra 1 trong 2:

 Lớp tiếp giứp BC phân c c thuận hơn 0.4V?

 Tỉ số i C / i B < β ?

Trang 16

Transistor pnp

 T ơng t npn

Trang 17

Transistor pnp

 Một số điểm l u ý:

 Điện ứp phân c c ng ợc với transistor npn.

 Dòng ch yếu tạo b i chuyển động c a lỗ trống do đó

h ớng dòng điện ng ợc với npn.

 Mối quan hệ dòng điện – điện ứp giống npn ngoại trừ

thay v BE bằng v EB

 Chế độ bão hòa t ơng t npn

 Mô hình t ơng đ ơng tín hiệu lớn t ơng t npn

Trang 18

Transistor pnp

 Mô hình t ơng đ ơng tín hiệu lớn t ơng t npn:

Trang 19

Kí hiệu và Quy ớc

Kí hiệu

Quy ước về chiều

dòng điện

Trang 20

Q uan hệ dòng – ứp c a BJT trong chế độ tích c c

Trang 21

Ví dụ 2

 Transistor trong mạch (a) có β=100 và v BE = 0.7 V tại

i C = 1 mA Thiết kế mạch điện sao cho có dòng 2 mA

qua CollƯctor và điện ứp tại CollƯctor là 5V.

Trang 22

Biểu diễn đồ thị đặc tr ng V-A c a transistor

Trang 23

Hiệu ng Early

▪ Hiệu ứng Early xuất hiện do dòng iC thực tế bị ảnh hưởng bởi vCB

▪ Đường iC-vBE cắt trục hoành tại VA gọi là thế Early

Trang 24

 Dòng i C khi có xỰt tới hiệu ng Early:

 Tr khứng ra tại CollƯctor khác vô cùng :

 Nếu bỏ qua ảnh h ng c a dòng Early:

Hiệu ng Early

Trang 25

Hiệu ng Early

 Tr khứng ra r 0 ảnh h ng lớn tới hệ số khuếch đại

Transistor Do đó, sơ đồ t ơng đ ơng chế độ tín hiệu

lớn EmittƯr chung đổi thành:

Trang 26

Cứch biểu diễn khức c a đặc tr ng EmittƯr chung

Trang 27

Cứch biểu diễn khức c a đặc tr ng EmittƯr chung

 Điện ứp và tr khứng bão hòa

• Trở kháng bão hòa nhỏ

cỡ vài Ohm

• Mô hình đơn giản Transistor trong chế độ bão hòa

Trang 29

 D a trên mạch điện, giả thiết Transistor hoạt động

chế độ tích c c hoặc bão hòa

 Sử dụng cức sơ đồ t ơng đ ơng để tính.

 Kiểm tra lại phân ứp hoặc so sứnh β với β force

Trang 30

Phân tích mạch BJT một chiều

Trang 31

Transistor pnp

Trang 32

 VD1: Xức định cức giứ trị dòng điện và điệp ứp trong

mạch Cho biết β=100.

Trang 33

 VD 2: Xức định cức giứ trị dòng điện và điệp ứp trong

mạch Cho biết β ít nhất bằng 50

Trang 34

mạch Cho biết β ít nhất bằng 50

Trang 35

mạch Cho biết β = 100

Trang 36

mạch Cho biết β = 100

Trang 37

ng dụng BJT trong thiết kế mạch KĐ

 Bộ KĐ điện ứp:

 Đặc tuyến truyền điện ứp:

Trang 38

 Định điểm làm việc để KĐ tuyến tính

Trang 39

Trang 40

 KĐ điện ứp tín hiệu nhỏ:

 HSKĐ âm: Tín hiệu ra ng ợc pha tín hiệu vào

 HSKĐ tỉ lệ với dòng I C và R C

Trang 41

b) Tính HSKĐ điện ứp A V tại điểm phân c c này Nếu 1

tín hiệu sin biên độ 5 mV đ ợc đ a vào V BE , tìm biên

độ tín hiệu lối ra.

c) Tìm V BE khiến transistor tới biên c a chế độ bão hòa

với V CE = 0.3 V.

d) Tìm V CE khiến transistor sang chế độ ngắt 1% (V CE =

0.99 V CC )

Trang 42

 Xức định điểm làm việc bằng đồ thị

Trang 43

Mô hình tín hiệu nhỏ

Trang 44

 Dòng collƯctor và độ dẫn:

Trang 45

 Dòng collƯctor và độ dẫn:

Trang 46

 Dòng BasƯ và tr khứng vào tại BasƯ

Trang 47

 Dòng Emitter và tr khứng vào tại Emitter

Trang 48

 Minh họa tr khứng vào BasƯ và EmittƯr

Trang 49

 HSKĐ điện ứp:

Trang 50

 Tứch thành phần tín hiệu và DC

Trang 51

 Mô hình Hybrid-pi

Trang 52

 Mô hình T

Trang 53

 Cức b ớc phân tích 1 mạch KĐ dùng BJT:

1 Loại bỏ nguồn xoay chiều Xức định điểm làm việc c a

BJT.

2 Tính cức thông số c a mô hình tín hiệu nhỏ:

3 Loại bỏ nguồn 1 chiều bằng cứch ngắn mạch nguồn thế

và h mạch nguồn dòng.

4 Thay BJT bằng mô hình tín hiệu nhỏ (hybrid-pi hoặc T)

5 Phân tích mạch điện để tính cức đại l ợng cần.

Trang 54

 VD: Tính HSKĐ v o /v i c a mạch sau biết β=100.

Trang 55

 Điều chỉnh mô hình tín hiệu nhỏ có tính tới hiệu ng

Early

Trang 56

Mô hình tín hiệu nhỏ - Tổng hợp

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Cức mạch khuếch đại BJT cơ bản

 3 cấu hình KĐ cơ bản:

Trang 60

 3 cấu hình KĐ cơ bản:

Trang 61

 Đặc tính c a mạch KĐ:

Trang 62

 Tr khứng vào

Trang 63

 Tr khứng ra

Trang 64

 Hệ số khuếch đại điện ứp h mạch

Trang 65

 HSKĐ toàn cục:

Trang 66

 HSKĐ lớn

 Ta sẽ khảo sứt:

Khuếch đại EmittƯr chung (CE)

Trang 67

Khuếch đại EmittƯr chung (CE)

Trang 68

Khuếch đại EmittƯr chung với tr khứng EmittƯr

Trang 69

Trang 70

Trang 71

Khuếch đại BasƯ chung (CB)

Trang 72

Trang 73

Trang 74

Khuếch đại Collector chung (CC) – Lặp lại EmittƯr

Trang 75

Khuếch đại CollƯctor chung (CC) – Lặp lại EmittƯr

Trang 76

Trang 77

Trang 78

S cần thiết c a mạch lặp lại Emitter

Trang 79

Tóm tắt và so sứnh cức mạch KĐ

 KĐ EmittƯr chung phù hợp khi cần HSKĐ lớn

 Thêm tr khứng EmittƯr tăng phẩm chất c a mạch KĐ

nh tăng tr khứng vào nh ng gây giảm HSKĐ

 KĐ BasƯ chung có tr khứng vào thấp nh ng đứp ng

tần số rộng nên chỉ dùng cho 1 số ng dụng cụ thể

hoặc kết hợp với tầng KĐ EmittƯr chung.

 Bộ lặp lại EmittƯr th ờng dùng nh 1 bộ đệm điện ứp

để ghỰp nguồn có tr khứng lớn với tải tr khứng nhỏ

hoặc dùng làm lối ra cho mạch KĐ nhiều tầng.

Trang 80

Phân c c cho cức mạch khuếch đại BJT

 Mục tiêu:

 Thiết lập dòng 1 chiều không đổi qua Collector dù thay

đổi nhiệt độ hay HSKĐ β.

 Định điểm làm việc (I C , V EC ) sao cho đạt đ ợc tín hiệu

khuếch đại lớn nhất.

Trang 81

 2 cấu hình dễ thấy nh ng không hiệu quả:

Trang 82

 Cấu hình phân c c kinh điển:

Trang 83

 Cấu hình phân c c phổ biến:

 Để I E (do đó I C ) không nhạy với biến thiên nhiệt độ và

β:

 Th ờng chọn:

 VBB = VCB = ICRC = 1/3 VCC

 R1 và R2 sao cho RB nhỏ và dòng qua chúng từ IE tới 0.1IE

 Phản hồi âm tạo ra b i R E : Giả sử dòng I E tăng -> V E

tăng -> V giảm -> dòng I giảm -> dòng I giảm

Trang 84

 Cấu hình phân c c dùng nguồn cộng trừ:

Tương tự cấu hình

phân cực kinh điển

với VBB thay bằng VEE

Trang 85

 Phân c c sử dụng điện tr phản hồi từ CollƯctor về

Base:

Trang 86

 Phân c c sử dụng nguồn dòng:

 Dòng I không phụ thuộc R B và β nên R B có thể lớn.

Trang 87

Cức mạch khuếch đại BJT rời rạc

 Mạch KĐ EmittƯr chung

Trang 88

 Mạch KĐ EmittƯr chung:

Trang 89

với điện tr R E

Trang 90

với điện tr R E

Trang 91

 Mạch KĐ BasƯ chung

Trang 92

 Mạch KĐ BasƯ chung

Trang 93

 Mạch lặp lại EmittƯr

Trang 94

 Mạch lặp lại EmittƯr

Tiêu đề	Chương 4 Transistor lưỡng cực - Kỹ thuật Điện tử Electronics Engineering
Trường học	Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điện tử
Thể loại	Giáo trình

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	2,9 MB