Bài giảng mạch điện tử potx

Ví dụ đường đặc tuyến biên độ của một bộ khuếch đại âm tần tại f Là đường biễu diễn mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại hoặc biên độ của tín hiệu ra với tần số của tín hiêu vào.. Điều này

Bài giảng thương mại điện tử

1

Chương 1

KHUẾCH ĐẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

§1-1 ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI

Công suất của tín hiệu điện là tích số của điện áp và dòng điện P=U.I Do đó để năng luợng tín hiệu lớn hơn có thể gia tăng biên độ điện áp hoặc dòng điện

2 Phân loại

Dựa vào nhiều dấu hiệu để phân loại mạch khuếch đại

a Theo dạng tín hiệu

- Khuếch đại tín hiệu nhỏ

- Khuếch đại tín hiệu lớn

Chúng ta thường hiểu đơn giản mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ là tín hiệu vào – ra đủ nhỏ Hiểu như vậy chua đủ, để hiểu đầy đủ có thể nhắc lại đặc tuyến truyền đạt của transistor như hình vẽ:

b Theo tần số của tín hiệu

- Bộ khuếch đại một chiều (Khuếch đại biến thiên chậm)

- Mạch khuếch đại tần số thấp

- Mạch khuếch đại tần số cao

c Theo phần tử tích cực xây dựng mạch khuếch đại

- Mạch khuếch đại dùng đèn điện tử

- Mạch khuếch đại dùng transistor lưỡng hạt (BJT)

- Mạch khuếch đại dùng transistor trường (FET)

H1-1 Đặc tuyến truyền đạt của transistor

Trên đặc tuyến này chỉ có đoạn đặc tuyến A – B là có

dạng tuyến tính nên IV chỉ thay đổi trong đoạn IBA đến IBB

Và dòng ra thay đổi trong đoạn ICA đến ICB lúc này dòng ra

thay đổi tuyến tính với dòng vào và không bị méo Nếu tín

hiệu vào bé quá hoặc lớn quá thì tín hiệu ra thay đổi không

tỉ lệ với tín hiệu vào nên sinh ra méo dạng Chúng ta gọi bộ

khuếch đại tín hiệu nhỏ là bộ khuyếch đại mà tín hiệu vào

của nó chỉ thay đổi trong vùng tuyến tính của đặc tuyến

truyền dẫn (đoạn AB) Vì vậy bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ

còn gọi là bộ khuếch đại tuyến tính

1

- Mạch khuếch đại dùng tổ hợp mạch (IC)

Do đèn điện tử hiẹn nay hâu như không còn sử dụng nên trong tài liệu này không đề cập đến các mạch khuếch đại dùng đèn điện tử

§1-2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI

1 Sơ đồ khối

Bộ khuếch đại điện tử là bộ khuếch đại 4 cực và thường có sơ đồ khối như sau:

Ký hiệu ► mô tả đây là một bộ khuếch đại

2 Hệ số khuếch đại:

Hệ số khuếch đại là đại lượng đánh giá khuếch đại của một bộ khuếch đại, có ký hiệu là K K được tính theo công thức:

Có ba hệ số khuếch đại chủ yếu đó là:

Hệ số khuếch đại điện áp

v

ra U

en và Zn là sức điện động và trở kháng trong của nguồn tín hiệu đặt vào mạch khuếch đại

Zv là trở kháng vào của mạch khuếch đại: nó đặc trưng cho sự tiêu hao tín hihiệu ở lối vào:

v

v v

H1-3 Đặc tuyến biên độ của bộ KĐ

Đặc tuyến biên độ là đường biểu diễn mối quan hệ giữa

biên độ của tín hiệu ra với biên độ của tín hiệu vào Tức là

)

( v

U  hoặc I ra  f(I v)tại một tần số nào đó Ví dụ

đường đặc tuyến biên độ của một bộ khuếch đại âm tần tại

f

Là đường biễu diễn mối quan hệ giữa hệ số

khuếch đại hoặc biên độ của tín hiệu ra với tần số

của tín hiêu vào Với một bộ khuếch đại chuẩn đặc

tuyến biên độ - tần số có dạng như hình H1-4

Qua đặc tuyến biên độ - tần số chúng ta có thể

xác định được giải thông của một bộ khuếch đại

Là giới hạn tần số mà trong đó hệ số khuếch đại

hoặc biên độ suy giảm đi 0.707 =

2

1 lần

H1-4 Đặc tuyến biên độ tần số

1

Méo tín hiệu là sự sai khác về dạng của tín hiệu ra với tín hiệu vào

Méo tín hiệu do hai nguyên nhân cơ bản là:

- Do đặc tuyến truyền đạt của phần tử khuếch đại không đường thẳng

- Hệ số khuếch đại không đồng đề trong cả dải tần công tác

b Méo phi tuyến

Méo phi tuyến do đặc tuyến biên đông không đường thẳng Điều này dẫn đến khi tín hiệu vào của mạch khuếch đại chỉ có một tần số ω, thì trong thành phần đầu ra xuất hiện các thành phần tần

số lạ nω

Giả sử ở đầu vào chỉ có một tín hiệu xoay chiều U v U vM.cos t thì khi đặc tuyến biên độ của

bộ khuếch đại không đường thẳng thì ta có tín hiệu ra là:

t n U

t U

t U

t U

U

U ra  0  1M.cos  2M.cos2  3M.cos3   nM cos 

Trong đó chỉ có một thành phần U1M có tần số giống tần số tín hiệu vào được gọi là thành phần

cơ bản còn các thành phần có có tần số bội của tần số cơ bản (nω) được gọi là sóng hài nếu n=2 gội

là sóng hài bậc 2, n=3 gọi là sóng hài bậc 3…và nó chính là nguyên nhân dẫn đến méo tín hiệu Khi sóng hài bậc càng cao thì biên độ càng giảm

Để đánh giá méo không đường thẳng ta có hệ số meo không đường thẳng được tính theo công thức:

%

1

2 2

3 2

2

m

nm m

m

U

U U



c Méo tuyến tính (méo tần số)

Là méo do hệ số khuếch đại không đồng đều trong cả dải tần công tác Nguyên nhân chủ yếu là

do trong mạch khuếch đại có các phần tử dẫn điện phụ thuộc vào tần số

như cuộn cảm, tụ điện và đặc biệt là các tụ ký sinh điều đó làm biến dạng tín hiệu đầu ra dẫn đến méo Méo tần số làm hẹp dải thông của mạch khuếch đại

Câu hỏi ôn tập cuối chương

Câu 1: Khuếch đại là gì? Trình bày cách phân loại của các mạch khuếch đại điện tử

Câu 2: Trình bày các thông số đặc trưng cơ bản của mạch khuếch đại

Trong đó:

Us : là tín hiệu vào

Uv : là tín hiệu vào phần tử khuếch đại

Ur : là tín hiệu ra

Uf : là tín hiệu hồi tiếp

K : là hàm truyền của khâu khuếch đại

β : Là hệ số hồi tiếp

Hồi tiếp đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật mạch điện tử tương tự Nó cho phép cải thiện các tính chất của bộ khuếch đại như: trở kháng vào, trở kháng ra, băng thông vv Điều này sẽ được phân tgích kỹ ở phần tiếp theo

2 Phân loại hồi tiếp

Có nhiều dấu hiệu để phân loại hồi tiếp cụ thể như sau:

a Dựa vào pha của tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu vào

- Hồi tiếp âm: là tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu vào

- Hồi tiếp dương: là tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào

b Dựa vào cách lấy tín hiệu hồi tiếp ở đầu ra

- Hồi tiếp điện áp: Là tín hiệu hồi tiếp tỉ lệ với điện áp ra

- Hồi tiếp dòng điện: Là tín hiệu hồi tiếp tỷ lệ với dòng điẹn đầu ra

c Dựa vào cách đưa tín hiệu hồi tiếp trở về đầu vào

- Hồi tiếp nối tiếp: Tín hiệu hồi tiếp nối tiếp với tín hiệu vào

- Hồi tiếp song song: Tín hiệu hồi tiếp mắc song song với tín hiệu vào

Tuy nhiên trong các mạch khuếch đại người ta chỉ sử dụng hồi tiếp âm vì nó cải thiện được các thông số của mạch Còn hồi tiếp dương làm cho mạch hoạt động mất ổn định Tuy nhiên hồi tiép dương có tác dụng trong các mạch dao động, điều này được đề cập trong chương mạch dao động Còn ở đây chỉ phân tích mạch có hồi tiếp âm Tổng hợp lại có 4 mạch hồi tiếp âm chủ yếu như sau

d Các mạch hồi tiếp âm:

1

và trở kháng ra nhỏ là mang muốn của hầu hết các tầng khuếch đại Cả hai yêu cầu đều được đáp ứng trong hồi tiếp điện áp nối tiếp

§2-2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA MẠNG BỐN CỰC HỒI TIẾP

1 Sơ đồ khối tổng quát

Để phân tích và viết phương trình cơ bản của mạng bốn cực có hối tiếp ta xét sơ đồ khối tổng quát của một mạng bốn cực có hồi tiếp như sau:

Trong đó:

- Xv : là tín hiệu vào

- Xr : là tín hiệu ra

- Xht: là tín hiệu hồi tiếp

- Xn : Làd tín hiệu nguồn của bộ khuếch đại

- Xh : là tín hiệu thực đưa vào phần tử khuếch đại

- K : là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại

- β : là hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp

+ Xh = Xv – Xht Nếu tín hiệu vào và tín hiệu hồi tiếp ngược pha

+ Xh = Xv + Xht Nếu tín hiệu vào và tín hiệu hồi tiếp đồng pha

1



.1

'

K

K X

Trong đó : K’ là hàm truyền của một mạng 4 cực có hồi tiếp

Ktp Là hàm truyền toàn phần của nó

Kn Là hàm truyền đạt của khâu ghép Nếu ta gọi Kv = K.β là hệ số khuếch đại vòng



.1

g   v   độ sâu hồi tiếp

Các tham số Kv và g là những tham số để đánh giá mức độ thay đổi các tham số của bộ khuếch đại do hồi tiếp gây ra Và đánh giá độ ổn định của bộ khuếch đại đó

Nếu g > 1 tức K’ < K Tức là mạch hồi tiếp làm giảm hệ số khuếch đại ta có hồi tiếp âm

Nếu g <1 tức K’ > K tức là mạch hồi tiếp làm tăng hệ số khuếch đại ta có hồi tiếp dương Hồi tiếp dương làm tăng hệ số khuếch đại nhưng làm giảm các thông số khác của một mạch khuếch đại đặc biệt là độ ổn định Chính vì vậy nó chỉ sư dụng trong các mạch dao động mà không sử dụng trong các mạch khuếch đại

Nếu g = 1 K’=K có mạch dao động (ở chế độ xác lập)

§2-3 TÁC DỤNG CỦA HỒI TIẾP ÂM

1 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến hệ số khuếch đại

Khi không có hồi tiếp: K là hệ số khuếch đại Khi có hồi tiếp: β là hế số hồi tiếp của khâu hồi tiếp thì hệ số khuếch đại của mạch giảm đí (1 + Kβ) lần so với khi không có hồi tiếp Chi tiết hệ số khuếch đại của khâu khuếch đại, hệ số hồi tiếp của khâu hồi tiếp và hế số khuếch đại của mạch có hồi tiếp được thể hiện ơ bảng 2-1 sau

Điện áp Nối tiếp

Điện áp Song song

Dòng điện nối tiếp

Dòng điện song song

Hệ số khuếch đại khi

không có hồi tiếp

Hệ số khuếch đại khi

Bảng 2-1 Hệ số khuếch đại, hệ số hồi tiếp và hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp

a Hồi tiếp âm điện áp nối tiếp

1

Từ sơ đồ khối của mạch hồi tiếp âm điện áp nối tiếp ta có:

Khi không có hồi tiếp thì hệ số khuếch đại là

Do đó hệ số khuếch đại của mạch sẽ là:

f s r v

r

U U

U U

U

K

s

r f

b Hồi tiếp điện áp song song

Sơ đồ hồi tiếp điện áp song song như hình H2-8 sau:

Công thức tính hệ số khuếch đại của mạch

Khi không có hồi tiếp (I f =0) hệ số khuếch đại sẽ là

I I

I K

I K

s

r f

2 Ảnh hưởng của hồi tiếp đến trở kháng vào

a Hồi tiếp điện áp nối tiếp

Mạch hồi tiếp điện áp nối tiếp có sơ đồ khối như hình vẽ sau:

Mạch hồi tiếp điện áp nối tiêpa được thể hiện chi tiết như ở hình vẽ H2-9

Ta có:

v

v s

v

r s

v

f s v

v v

Z

U K U Z

U U

Z

U U Z

b Hồi tiếp điện áp song song

1

Hồi tiếp điện áp song song được thể hiện chi tiết trong hình vẽ H2-10

Với sơ đồ hồi tiếp điện áp song song ta có trở kháng vào khi có hồi tiếp dược tính theo công thức sau:

I I U

U I

U I

I

U I

U

v r v

v v v

r v

v s

v v s

v vf

Như vậy ta thấy rằng đối với mạch hồi tiếp điện áp song song trở kháng vào giảm đi 1+K.β lần

so với khi không có hồi tiếp Điều này cũng đúng cho cả mạch hồi tiếp dòng điện song song

3 Ảnh hưởng của hồi tiếp đến trở kháng ra

Trở kháng ra chỉ phụ thuộc và hồi tiếp điện áp hay hồi tiếp dòng điện mà không phụ thuộc vào hồi tiếp nối tiếp hay hồi tiếp song song Để thuận tiên ta chỉ nghiên cứu mạch hồi tiếp nối tiếp

a Hồi tiếp điện áp nối tiếp

Trở kháng ra được xác định bằng điện áp cung cấp U gây ra dòng điện I, khi ngắn mạch Us (Us

= 0) điện áp ra được tính:

v

Z I

Nếu Us = 0 thì Uv = - Uf

Vì vậy ta có:

U K Z I U K Z I

U  r  f  r  

U K U Z

1

b Hồi tiếp dòng điện nối tiếp

Trở kháng ra khi có hồi tiếp nối tiếp dòng điện được xác định bằng tín hiệu U ở đầu ra tạo ra dòng điện I khi ngắn mạch Us tỉ số giữa U và I chính là trở kháng đầu ra Trong hình H2-11 chỉ rõ chi tiết hồi tiếp dòng điện nối tiếp giá trị của trở kháng ra được tính như sau:

Với Us = 0 thì Uv = Uf ta có:

I K Z

U U K Z

U U K Z

U

I

r f r

v r





U K

Z r(1 )

).1

Z I

U

Z rf   r 



Như vầy hồi tiếp dòng điện nối tiếp làm trở kháng ra tăng 1+Kβ lần

Bảng tổng kết ảnh hưởng của hồi tiếp đến trở kháng vào ra

Điện áp nối tiêp Dòng điện nối tiêp Điện áp song song Dòng điện song song

Zvf Z v1 K 

Tăng

1 K.

Z v Tăng

1 

Z v Giảm

1 

Z v Giảm

Zrf Z r /1K.

Giảm

1 K.

Z r Tăng

1 

Z r Giảm

1 K.

Z r Tăng

Bảng 2-2 Ảnh hưởng của hồi tiếp đến trở kháng vào và ra

Ví dụ : Xác định hệ số khuếch đại điẹn áp, trở kháng vào và ra của mạch khuếch đại có hồi tiếo điện áp nối tiếp với K=-100, Zv = 10KΩ, Zr = 20KΩ, hệ số hồi tiếp a β=-0.1, b β=-0.5

Giải: Sử dụng các công thức trong phần lý thuyết đã nêu ta có:

a)

 0.1 100 9.09

1

100

1

3 3

5.01

100

4 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến méo tần số:

Theo phân tích ở những phần trên ta thấy rằng khi có hồi tiếp âm có:

5 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến tạp âm và méo phi tuyến

Khi có hồi tiếp âm làm nhỏ tín hiệu nhiễu (ví dụ tiếng ù của nguốn cung cấp) và giảm nhỏ méo phi tuyến

Khi hệ số khuếch đại giảm đi 1 + K.β lần thì độ méo phi tuyến cũng giảm đi 1 + K.β Vì vậy để giảm được méo phi tuyến mà vẫn đảm bảo được hệ số khuếch đại cần thiết ta sử dụng phần tử có hệ

số khuếch đại lớn hoặc số tầng khuếch đại tăng lên

Kết luận: Khi có hồi tiếp âm thì giảm được tạp âm và giảm được méo phi tuyến

6 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến hệ số khuếch đại và dải tần

Theo công thức tính hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp âm là:







1



K

K K

Trong hình H2-11 chỉ ra mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại và tần số làm việc Khi có hồi tiếp

âm dải tần làm việc Bf sẽ rộng hơn dải tần làm việc B khi không có hồi tiếp các giới hạn tần số trên

và dưới được xác định khi hệ số khuếch đại của mạch giảm đi 2 lần (3dB)

7 Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến độ ổn đinh hệ số khuếch đại

H2-11 Đặc tuyến tần số của mạch KĐ khi có hồi tiếp

Nếu K. 1, hệ số khuếch đại của mạch

trong mạch khuếch đại khá lớn, ngược lại

ở tần số cao đặc tuyến dốc xuống, dung

kháng trong mạch khuếch đại rất nhỏ Do

vậy hệ số khuếch đại của mạch ở các tần

K f

K f

1

d

K f

K f

%20.)1000).(

1.0(

1

K

d

K f

b Hệ số khuếch đại của mạch

Nếu không có hồi tiếp thì hệ số khuếch đại của mạch là:

L m v

H2-12 Mạch khuếch đại nối tiếp điện áp dùng JFET

Một phần tín hiệu ra thông qua cặp

điện trở R1 và R2 được đưa trở về đầu

vào Điện áp này chính là điện áp hồi tiếp

Uf và nối tiếp với nguồn tín hiệu Us nên

có mạch hồi tiếp điện áp nối tiếp

1

Khi có hồi tiếp:

Hệ số hồi tiếp:

2 1

2

R R

R U

g R R

R R

R g K

K K

.1

.1

2 1

2 1

2 1

1

R R

R R

K K R

R

R R R

D t

D t

1010

10.10

Hệ số khuếch đại khi chưa có hồi tiếp

80

202

K R

2 Mạch hồi tiếp âm dòng điện nối tiếp:

Là mạch lấy một phần dòng điện đầu ra đưa trở về nối tiếp với nguồn tín hiệu vào:

a Sơ đồ hồi tiếp dòng điện nối tiếp dùng transistor

-

+

-

Đây là mạch khuếch đại dùng transistor,

đòng điện hồi tiếp nối tiếp được lấy từ cực

Emiter Dòng điện này qua điện trở RE tạo ra

điện áp hồi tiếp ngược pha với nguồn tín hiệu

vào Kết quả làm nhỏ điện áp Ur Muốn bỏ hồi

tiếp dòng điện nối tiếp về mặt thành phần xoay

chiều chỉ cần loại bỏ RE hoặc mắc thêm tụ có

giá trin đủ lớn song song với điện trở RE

H2-13 Mạch KĐ hồi tiếp âm dòng điện nối tiếp

1

b Tính các thông số

Sơ đồ tương đương của mạch

Khi có hồi tiếp

Hệ số khuếch đại

fe

e ve

fe e

e ve fe

s

r

f

R h h h

R h

h R

R h h

K

K U

I

K

.1

r

rf

h

R h R K

Z

e fe ve ve

e fe ve

v

h

R h h

K Z

c fe c

vf c s r s

c r s

r

uf

R h h

R h R

K R U

I U

R I U

U

K

r

R h

h U

H2-14 Sơ đồ tương đương

Khi không có hồi tiếp

Dựa vào sơ đồ tương đương của

H2-14 ta có:

fe e

ve b

fe b v

r

R h

h R

h I

h I U

I K

v

r f

Hệ số khuếch đại điện áp khi có hồi tiếp

Hệ số khuếch đại điện áp khi không có hồi tiếp

3,2935

,7

10.2,

3 Mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp song song sử dụng JFET

a Sơ đồ mạch và sơ đồ tương đương

b Công thức tính hệ số khuếch đại điện áp

Khi không có hồi tiếp Uf = 0

Hệ số khuếch đại

s D m v

f

R U

f s D m s

r f

R R g R

R R R g K

K I

U

K

f D

m s

s D m f

f s D m s

s S

r uf

R R g R

R R

g R

R R g R

R R R g U

I I

U K

1

1

Ví dụ: Tính hệ số khuếch đại khi không có hồi tiếp và khi có hồi tiếp cho mạch khuếch đại hồi tiếp điện áp song H2-15 với các thông số của mạch gm = 5 mS, RD = 5,1K, Rs = 1K, và Rf = 20K

10.1,5).(

10.5(10.20

10.20)

5,25(

f D

m

uf

R R g R

R R

g

K

Câu hỏi ôn tập cuối chương Phần câu hỏi lý thuyết

Câu 1: Trình bày khái niệm, phân loại và các loại mạch hồi tiếp

Câu 2: Trình bày phương trình cơ bản của mạng bốn cực có hồi tiếp

Câu 3: Trình bày ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến hệ số khuếch đại của mạch

Câu 4: Trình bày ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng vào của mạch khuếch đại

Câu 5: Trình bày ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến trở kháng ra của mạch khuếch đại

Câu 6: Trình bày ảnh hưởng của hồi tiếp âm méo tần số, dải tần và độ ổn định hệ số khuếch đại Câu 7: Vẽ mạch điện và công thức tính hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp nối tiếp dùng transistor trường JFET

Câu 8: Vẽ mạch điện và công thức tính hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm dòng điện nối tiếp dùng transistor lưỡng hạt BJT

Câu 9: Vẽ mạch điện và công thức tính hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm điện áp song song dùng transistor trường JFET

Cho mạch khuếch đại sử dụng JFET

bên Hãy cho biết đây là mạch khuếch đại

sử dụng hồi tiếp nào Tính hệ số khuếch

đại khi không có hồi tiếp và khi có hồi

tiếp đối với mạch khuếch đại với các

-

+

-

Bài 2

Cho mạch khuếch đại sử dụng BJT bên

Hãy cho biết đây là mạch khuếch đại sử dụng

hồi tiếp nào Tính hệ số khuếch đại điện áp của

mạch với các số liệu cụ thể như sau:

Rb = 510, Rc = 2,7K, Re = 670, Us =

10mv rms, hfe = 120, hve = 850, nguồn cung

cấp UCC = 16V

Cho mạch khuếch đại sử dụng JFET bên Hãy

cho biết đây là mạch khuếch đại sử dụng hồi tiếp

nào Tính hệ số khuếch đại khi không có hồi tiếp và

khi có hồi tiếp với các thông số của mạch gm = 7

mS, RD = 5,1K, Rs = 1K, và Rf = 20K

1

Chương 3

MẠCH TẠO THIÊN ÁP

§3-1 ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

BJT (Bipolar Juction Transistor)

BJT có 3 cực cơ bản là Emitter (E), Base (B), và Collector (C)

Miền Emitter có nồng độ pha tạp cao đóng vai trò phát xạ các hạt dẫn điện cực nối với miền này gọi là cực Emitter

Miền Base được pha tạp ít nhất, độ rộng nhỏ so với kích thược toàn bộ transistor (tỷ lệ 3,8 : 0,025 = 152 : 1) đóng vai trò truyền đạt hạt dẫn điện cực nối với miền này gọi là cực Base

Miền Collector pha tạp ít hơn E nhiều hơn B, đóng vai trò thu gom các hạt tải điện Điện cực nối với miền này gọi cực Collector

Trong transistor hình thành 2 tiếp giáp P-N là:

Tiếp giáp giữa miền Emitter và miền Base gọi là tiếp giáp Emitter kí hiệu JE

Tiếp giáp giữa miền Collector và miền Base gọi là tiếp giáp Collector kí hiệu JC

B + -

B +

1

Trường hợp 1: Khi tiếp giáp collector không phân cực còn tiếp giáp emitter phân cực thuận như hình H3-2 Lúc này miền điện tích không gian của tiếp giáp emitter giảm Mức giảm tùy thuộc vào điện áp phân cực dẫn đến các hạt tải điện đa số sẽ khuếch tán từ miền emitter sang miền base Trường hợp 2: Khi tiếp giáp emitter không phân cực còn tiếp giáp collector phân cực ngược, không có dòng của các hạt đa số chỉ có dòng của các hạt thiểu số

thành dòng IC Dòng IC này được tạo thành bởi hai thành phần: dòng của các hạt đa số từ miền emitter và dòng của các hạt thiểu số Dòng của các hạt thiểu số được gọi là dòng rò ký hiệu là ICB0, dòng ICB0 có giá trị cỡ nA tới vài A

Nếu cực Base chung có cách mắc Base chung ký hiệu là OB hay CB

Nếu cực Emitter chung có cách mắc Emitter chung ký hiệu là OE hay CE

Nếu cực Collector chung có cách mắc Colletor chung ký hiệu là OC hay CC

Trường hợp 3: Tiếp giáp emitter JE phân

cực thuận còn tiếp giáp colletor JC phân cực

ngược Do JE phân cực thuận nên các hạt dẫn

điện khuếch tán qua tiếp giáp emitter tới miền

base tạo thành dòng IE Tại miền base các hạt đa

số này chủển thành các hạt thiểu số, một phần

tái hợp với các hạt tải điện ở miền base tạo

thành dòng IB Do độ rộng của miền B rất

mỏng, tiếp giáp colletor phân cực ngược nên

dưới tác động UBB sẽ bị cuốn sang collector tạo

1

Đặc tuyến của mạch OB có 2 đặc tuyến cơ bản đó là đặc tuyến vào và đặc tuyến ra

Trong đó đặc tuyến vào: Là dường biễu diễn mối quan hệ giữa dòng vào IE và điện áp vào UBE

khi điện áp ra UBC không thay đổi như vậy ứng với mỗi giá trị điện áp UBC sẽ có một đường đặc tuyến ra và nó có dạng như hình vẽ H3-6

Đặc tuyến ra: Là đường biễu diễn mối quan hệ giữa dòng ra IC và điện áp ra UCB khi dòng vào IE

không thay đổi như vậy mỗi giá trị của dòng vào có một đường đặc tuyến ra Tổng hợp tất cả các đường đặc tuyến vào ta có họ đặc tuyến ra như hình vẽ H3-6

Đặc tuyến ra dược chia làm 3 vùng chủ yếu:

H3-7 Sơ đồ minh họa dòng I C khi I E = 0

Khi transistor hoạt động ở vùng tích cực có mối

quan hệ gần đúng I  E I C

Vùng cắt là vùng mà ở đó dòng IC = 0 Trong

vùng cắt tiếp giáp Emitter và tiếp giáp collector đều

phân cực ngược

Vùng bão hòa là vùng ở bên trái đường UCB = 0

trên đặc tuyến ra Trong vùng bão hòa tiếp giáp

Emitter và tiếp giáp collector đều phân cực thuận

1

E

C ac

A

 còn độ lớn của IC cỡ mA Vùng tích cực của cách mắc OE là miền ở bên phải đường nét đứt

UCEbh và phía trên đường Ib = 0

Vùng phía trái đường UCEbh là vùng bão hòa Vùng cắt là vùng phía dưới đường Ib = 0 Trong vùng tích cực tiếp giáp emitter phân cực thuận còn tiếp giáp collector phân cực ngược, vùng này để khuếch đại điện áp hoặc khuếch đại dòng điện, hoặc khuếch đại công suất

Theo đặc tuyến ra thì Ib = 0 thì dòng I C 0điều này được giải thích như sau

I I

C

Khi Ib = 0, chọn  0,996ta có:

996,011

Như vậy nếu , khi dòng Ib = 0, thì dòng I C 250.1A0.25mA

Dòng IC lúc đó chính là dòng ICE0 Như vậy

0 0 0



B

I CB CE

I I

E

I I

4 Mạch Collector chung OC, CC

Đặc tuyến vào và đặc tuyến ra của cách mắc CC tương tự như cách mắc CE, bằng cách thay IC

U I

I

U R  R R 10.10100

Vậy hệ số khuếch đại điện áp sẽ là:

500200

U K

V

R U

Như vậy nguyên tắc khuếch đại ở đây chính là việc truyền đạt dòng điện từ mạch có điện trở thấp sang mạch điện trở cao Chính vì vậy, transistor là từ ghép của 2 từ tiếng Anh: transfer (truyền đạt) và resistor (điện trở)

2 Các tham số giới hạn của transistor

Đối với mỗi Transistor có một vùng làm việc trên đặc tuyến ra Nếu transistor hoạt động trong vùng này sẽ có tỷ lệ tín hiệu ra trên tín hiệu vào là lớn nhất với độ méo nhỏ nhất Vùng làm việc này được giưới hạn bởi một vài tham số như: dòng IC lớn nhất ICmax, điện áp UCE lớn nhất UCEmax (đối với cách mắc CE)

Xét sơ đồ CB như hình H 3-11 bên

Theo đặc tuyến vào và đặc tuyến ra của mạch

Với transistor có đặc tuyến ra như hình

H3-12 ICmax = 50mA, UCEmax = 20V Đường

UCEbh trên đặc tuyến là giá trị nhỏ nhất của

UCE, thông thường UCEbh = 0,3V

Công suất tiêu hao lớn nhất được định

nghĩa:

PCmax = UCE.IC

Trên họ dặc tuyến ra ta có thể vẽ được

đường cong công suất bằng cách nối tất cả

các điểm có công suất PCmax = UCE.IC Điều

này có thể thực hiện như sau

C

Chọn IC giữa 2 khoảng trên IC = 25mA có UCE = 12V

Nối 3 điểm trên ta có đường cong công suất

Như vậy, vùng hoạt động của transistor bị giới hạn bởi các tham số

max max

max 0

C C

CE

CE CE CEbh

C C CE

P I U

U U U

I I I

§3-4 VẤN ĐỀ PHÂN CỰC CHO TRANSISTOR LƯỠNG HẠT (BJT)

1 Khái quát chung

Để cho transistor lưỡng cực hoạt động ta phải phân cực cho nó, nghĩa là đưa một điẹn áp một chiều từ bên ngoài vào các tiếp giáp emitter và collector với giá trị và cực tính phù hợp Điẹn áp một chiều này sẽ thiết lập chế độ một chiều cho transistor Khi phân cực nếu:

Trường hợp 1: Tiếp giáp emitter phân cực thuận, còn tiếp giáp phân cực collector phân cực ngược transistor hoạt động ở trong vùng tích cực Khi tính toán chế độ một chiều trong vùng này ta thường sử dụng các công thức:

B C

C B E

BE

I I

I I I

V U

.1

7,0

Trường hợp 2: Tiếp giáp emitter phân cực ngược, transistor sẽ làm việc trong vùng cắt

Trường hợp 3: Tiếp giáp emitter và collector đều phân cực thuận, transistor sẽ làm việc trong vùng bão hòa

Chú ý rằng để transistor khuếch đại tín hiệu phải phân cực cho nó hoạt động ở vùng tích cực

2 Điểm làm việc tĩnh

Khi phân cực cho transistor, dòng điện và điện áp một chiều sẽ thiết lập cho transistor một điểm

cố định trên đặc tuyến ra, điểm này gọi là điểm làm việc tĩnh (Còn gọi là điểm công tác tĩnh và thường ký hiệu là điểm Q) Để cho transistor khuếch đại được tín hiệu, điểm làm việc Q phải nằm trong vùng tích cực, nếu chọn được điểm Q thích hợp thì biên độ tín hiệu ra có thể lớn mà không bị méo (Thường ở giữa đặc tuyến ra)

Khi tính toán các mạch cấp áp một chiều là tìm các giá trị IC, IB, UBE, và UCE (tọa độ của điểm làm việc Q trên họ đặc tuyến ra)

§3-4 PHÂN CỰC CỐ ĐỊNH

1 Sơ đồ mạch phân cực cố định

a Sơ đồ mạch phân cực cố định và sơ đồ tương đương như sau:

1

Để Phân tích chế độ mộtc chiều ta có thể bỏ qua các tụ điện và sử dụng sơ đồ tương đương

b Công thức tính các tham số một chiều

R

U U



Từ công thức trên ta thấy do UCC và UBE luôn không đổi vì thế RB sẽ quyết định giá trị dòng IB,

và giá trị của dòng IB này sẽ không đổi vì vậy gọi mạch này là mạch phân cực cố định

Từ mạch ra ta có các công thức cơ bản sau:

E C

U   (UC và UE lần lượt là điện thế trên các cực collector và emitter

Ví dụ: Hãy tính các giá trị ở chế độ một chiều IB, IC, UCE, UBC của mạch H3-13 với các thông số

cụ thể như sau: RC = 2,2K, RB = 240K, C1 = C2 = 10F, UCC = 12V,  50

A V

V R

U U

I

B

BE CC

10.240

7,012

I

I C  B 50.47,08 2,35

V V

R I U

U CE  CC  C C 12 2,35.103.2,2.103 6,83

V U

U B  BE 0,7

V U

U C  CE 6,83

V V

V U

Đối với sơ đồ hình H-13, quan hệ giữa dòng

điện ra IC và điện áp UCE khi có tải RC

UCE = UCC – IC.RC

Phương trình trên là phương trình đường tải

tĩnh Để vẽ đường tải tĩnh ta cần xác định hai

điểm: Điểm hứ nhất cho UCE = 0 suy ra

Q 3

Q2

B

BE CC

10.3

7,0

U 1

C CC R

U 2

C CC R

Ví dụ: Cho mạch phân cực cố định có đường tải

tĩnh và điểm làm việc tĩnh Q như hình H3-17 Hãy tính

U I

C C

3

R

U I

b Công thức tính tham số một chiều

Khi có điện trở RE mạch sẽ ổn định hơn

Xét mạch vào vòng base – collector theo

I B

H3-19

Thay vào phương trình trên ta có:

0.)

1(

BE CC

B

R R

U U

I

)

1( 







Với công thức trên ta có thể vẽ được một

mạch nối tiếp như hình H3-18

V R

R

U U

I

E B

BE CC

7,020)

I

I C  B (50).(40,1 )2,01

V K

K mA V

R R I U

U CE  CC  C( C E)20 (2,01 ).(2 1 )13,97

V V

V K

mA V

R I U

U C  CC C C 20 (2,01 ).(2 )20 4,02 15,98

V V

V U

U

U E  C CE 15,98 13,97 2,01 hoặc có thể tính theo công thức

V K

mA R

I R

I

U E  E E  C E (2,01 ).(1 )2,01.103.1032,01

V V

V U

U

U B  BE  E0,7 2,01 2,71

V V

V U

CC C

Cbh

R R

U I

Trong các mạch phân cực trước, sự phân cực

dòng điện ICQ và điện áp UCEQ là một hàm số của

hệ số khuếch đại dòng điện () Trong khi đó,là

nhạy cảm với nhiệt độ, giá trị thực tế của thường

không được xác định chính xác Vì thế xây dựng

một mạch phân cực ít phụ thuộc hoặc độc lập với

 là vô cùng quan trọng Với sơ đồ của mạch phân

áp như hình H3-21 nếu chọn được các tham số của

Ngắn mạch nguồn cung cấp UCC như hình H3-23a

ta có điện trở tương đương:

1

Nguồn tương Utd từ hình H3-23b ta có thể tính được giá trị của điện áp nguồn tương đương:

2 1

2 2

R R

U R U

R td



Điện áp và dòng điện cực E được tính:

E CQ E

E E BE B

R

U I U U

Từ đó điện áp UCE được tính như sau:

UCE = UCC – ICRC - IERE

UCEQ = UCC – IC(RC + RE)

Với cách tính gần đúng trên, rõ ràng giá trị dòng điện ICQ và điện áp UCEQ hoàn toàn độc lập với

hệ số khuếch dại dòng điện 

Ví dụ: Xác định UCE và IC trong sơ đồ H3-21 với giá trị các linh kiện như sau:

V U

F C

C K R

K R

K R

H3-24 Sơ đồ tương đương Thevenin

Từ phương pháp tính điện trở tương đương và điện

áp tương đương ta có thể vẽ lại sơ đồ mạch đầu vào

như hình vẽ H3-24

0

BE td B

R R

U U

I

)

1( 

Đầu vào của mạch phân áp có thể được vẽ lại như

hình H3-25 Trở kháng giữa base và emitter là điện trở

2

R R

1

V R

22.9,3

2 1

R

U I

I

E

E E

10.5,1

3,1

R I U

U CE  CC  C( C E)220,867.103(10.1031,5.103)12,03

4 Transistor bão hòa

Dòng ICbh trong mạch phân áp tương tự như mạch phân cực emitter Khi transistor bão hòa, 0



Cbh

E C

CC C

Cbh

R R

U I

Đường tải tĩnh được xác định như mạch phân cực cố định

§3-6 MẠCH PHÂN CỰC HỒI TIẾP ÂM ĐIỆN ÁP

1 Sơ đồ mạch điện

2 Tính các tham số của mạch

Vậy dòng IB là:

Mạch phân cực hồi tiếp âm điện áp được cho như

hình H3-26 Một đường hồi tiếp từ cực C về cực B làm

cho mạch đạt được sự ổn định đáng kể Tuy nhiên điểm

làm việc Q (được xác định bởi ICQ và UCEQ) không hoàn

toàn độc lập với , nhưng ổn định hơn so với mạch

phân cực ổn định hoặc phân cực emitter

Vòng base-emmiter được vẽ như hình H3-27 theo

định luật Kirchhoff ta có kết quả sau:

R R R

U U

'

R R

U I

B B





Trong đó: U’ = UCC – UBE ; R’ = RC + RE

Điện áp UCE có thể tính theo công thức sau:

UCE = UCC – IC(RC + RE)

Ví dụ: xác định IC và UCE của mạch H3-26 với các giá trị linh kiện như sau:

90,

10,

2,1,

250,

7,4,

R R R

U U I

E C B

BE CC

3,9)

(

6 3

A I

I C  B 90.11,91 1070 1,07

V V

V V

R R I U

CC C

Cbh

R R

U I

§3-7 MẠCH PHÂN CỰC CHO JFET

1 Khái quát chung

Ta biét rằng mức độ phân cực cho một transistor lưỡng cực có thể được thiết lập bằng các công thức cơ bản là:

E C B

Đối với transistor trường FET mối quan hệ giữa đầu ra và đầu vào lại không tuyến tính giữa ID

và UGS có thể làm phức tạp hóa khi phân tích FET ở chế độ một chiều

Sự khác biệt giữa BJT và FET là: Điều khiển đầu vào cho BJT là dòng điện, còn FET là điện áp Các công thức chung của FET là

IG = 0

ID = IS

Và đối với JFET và MOSFET kênh dẫn có sẵn thì công thức Shockley cho quan hệ giữa đầu ra

và đầu vào là:

1

2)1

(

P

GS DSS

D

U

U I

Còn đối với MOSFET kênh dẫn cảm ứng (Kênh dẫn không có sẵn) thì công thức Shockley cho quan hệ giữa đầu ra và đầu vào là:

2)

(

) ()

on D

U U

I k

H3-29 Sơ đồ tương đương

D

1

2)1

(

P

GS DSS

D

U

U I

Từ phương trình ta có thể vẽ được đường đặc tuyến truyền đạt của mạch như sau:

Đồ thị dặc tuyến tĩnh đi qua 3 điểm: (0, IDSS), (UP, 0) và )

4

,2(U P I DSS

Do theo công thức Shockley thì khi

2

P GS

I

I 

Điểm làm việc Q: Do UGG cố định nên ta sẽ có giá trị của UGS = -UGG từ đó xác định dòng ID

tương ứng Và điểm giao nhau giữa đường thẳng UGS = -UGG và đặc tuyến tĩnh sẽ chính là điểm làm việc Q

mA mA

U

U I

I

P

GS DSS

)8(

)2(110)1

2 2

R I U

I DQ = 5,6mA

-2 -4 -6 -8

- Phương pháp đồ thị:

Vẽ đường đặc tuyến truyền đạt của mạch với 3

điểm đăch biệt là (-8,0), (-4, 2,5), (0, 10)

Vẽ đường UGSQ = -UGG = -2 V

Giao điểm 2 đường này là điểm làm việc Q

Và tung độ của Q chính là giá trị IDQ = 5,6mA

b Phương trình và đặc tuyến tĩnh, điểm làm việc Q

- Phương trình và đặc tuyến tải tĩnh

Ở chế độ tĩnh (một chiều) tụ điện được coi hở mạch Điện trở RG được coi là ngắn mạch vì IG =

0 dẫn đến URG = 0 Từ đó ta có sơ đồ tương đương như hình H3-34 Dòng chạy qua điện trở RS là dòng IS nhưng IS = ID

Điện áp trên điện trở RS là:

Lưu ý: Ở đây UGS là hàm của của dòng ID và không cố định như sơ đồ phân cực cố định

Thay giá trị điện áp UGS vào phương trình Shockley ta có

2

2 2

)

.1(

).(1

)1

(

p

S D DSS D

P

S D DSS

P

GS DSS

D

U

R I I

I

U

R I I

U

U I

H3-34 Sơ đồ tương đương

U U

S D

.1(

P

S DQ DSS

DQ

U

R I I

I   Thay các thông số IDSS và UP vào phương trình này ta có thể tính được giá trị của dòng IDQ = 2,6mA thay giá trị dòng IDQ vào phương trình đặc tuyến tải tĩnh ta tính được giá trị của điện áp UGSQ = -2,6V

Từ phương trình UGS = -ID.RS đây là phương

trình của một đường thẳng nên cần chỉ cần xác định

2

S DSS S

D GS DSS

D

R I R I U

I

Nối 2 điểm này ta có đường đặc tuyến tải tĩnh

Giao điểm của đường này và đặc tuyến tĩnh sẽ là

I DSS /2

Q Đặc tuyến tĩnh

.1(

P

S D DSS

D

U

R I I

2,6

-2,6

1

Giao điểm của đường này và đặc tuyến tĩnh sẽ là điểm làm việc Q của mạch và tọa độ của điểm làm việc Q sẽ có giá trị IDQ=2,6mA và điện áp UGSQ= -2,6V

4 Sơ đồ phân cực phân áp

a Sơ đồ mạch điện và sơ đồ tương đương

Ở sơ đồ phân cực phân áp đối với transistor trường JFET (hình H3-37) các linh kiện được bố trí giống như mạch phân cực phân áp cho BJT, nhưng ở trạng thái tĩnh sự phân tích ở hai sơ đồ hoàn toàn khác nhau Đối với FET, IG = 0, nhưng độ lớn của IB của sơ đồ emitter chung trong BJT lại ảnh hưởng đến đầu vào và đầu ra của mạch

b Đặc tuyến tải tĩnh và phương tính các tham số

Dòng IB trong sơ đồ phân cực phân áp đối với BJT chính là đại lượng liên kết giữa cửa vào và cửa ra, còn đối với FET thì vai trò này lại là UGS Ở chế độ tĩnh, ta có sơ đồ tương đượng hình H3-

H3-38 Sơ đồ tương đương

(

P

GS DSS

D

U

U I

Như các mạch đã phân tích trên ta dễ dàng vẽ

được đường đặc tuyến tĩnh như trên hình H3-39

- Đặc tuyến tải tĩnh

Do IG = 0 nên IR1=IR2 từ sơ đồ tương đương ta

có giá trị điện áp UG là:

Q Đặc tuyến tĩnh

Đặc tuyến tải tĩnh

U GS = U G -I D R S

U G

I D =U G /R S

1

2 1

2

R R

U R

R

U I

Nối 2 điểm này ta có đường đặc tuyến tải tĩnh Giao điểm của đường này và đặc tuyến tĩnh sẽ là điểm làm việc Q của mạch và giá trị tĩnh tương ứng của nó là IDQ và UGSQ Khi các gía trị này được xác định thì ta có:

UDS = UDD – ID(RD + RS)

UD = UDD – ID.RD

US = ID RS

2 1

2 1

R R

U I

R R







c Ví dụ: Hãy tính các giá trị IDQ, UGSQ, UD, US, UDS, UDG của sơ đồ cấp phân cực phân áp

H3-37 Với các linh kiện có giá trị như sau:

UDD = 16V, IDSS = 8mA, UP = -4V, R1 = 2,1M, R2 = 270K, RC = 2,4K, RS = 1,5K,

F C

F C

C1 2 10 , S 20

Giải:

Mặt khác ta có

V M

M

V k

R R

,2

)16).(

270(

2 1

,1

(

P

GS DSS

D

U

U I

I   ta dễ dàng vẽ được đặc tuyến

tĩnh với 3 điểm đặc biệt có tọa độ (-4V,0)

(-2mA, 2V) (0, 8mA) như đã trình bày ở mục

trước

Vẽ đặc tuyến tải tĩnh:

Từ phương trình đặc tuyến tải tĩnh

S D G