BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KĨ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHẦN ĐIỆN TỬ HỌC

Khi mô tả quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của mạng tứ cực trong đó dòng điện vàđiện áp là các biến số độc lập, ta coi hai đại lượng là hàm một biến, còn đại lượng thứ 3là hằng sẽ xác định

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KĨ THUẬT

ĐIỆN – ĐIỆN TỬPHẦN ĐIỆN TỬ HỌC

CHƯƠNG 1 Linh kiện bán dẫn

Tổng số : 05 tiết (lý thuyết: 04 tiết; bài tập, thảo luận: 01 tiết)

A) MỤC TIÊU.

- Hiểu được cấu tạo của lớp chuyển tiếp p-n và các ứng dụng của nó

- Phân tích được đặc điểm cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của các linh kiện bán dẫn:điốt, tranzito, linh kiện bán dẫn quang điện

- Hiểu khái quát về mạch tích hợp tuyến tính và ứng dụng của nó trong kỹ thuật điện tử

- Hợp tác tích cực trong hoạt động học tập chung của lớp, chủ động tự nghiên cứu đểnhận biết và biết cách sử dụng các linh kiện điện tử

B) NỘI DUNG.

Linh kiện điện tử thụ động

Tính chất điện của phần tử trong mạch điện được thể hiện qua mối quan hệ tương hỗ giữađiện áp u trên hai đầu của nó và dòng điện i chạy qua nó Quan hệ i = f (u) gọi là quan hệvol/ampe(V/A) Căn cứ vào quan hệ này ta phân làm hai loại:

- Phần tử tuyến tính : quan hệ V/A là quan hệ bậc nhất

+ Ví dụ : điện trở, tụ điện, cuộn cảm

+ Tính chất: tuân theo nguyên lý chồng chất (nghĩa là tác động tổng cộng bằng tổng các tácđộng riêng lẻ) và không làm phát sinh tần số lạ khi làm việc với điện áp xoay chiều

- Phần tử phi tuyến: quan hệ V/A là quan hệ bậc hai trở lên

+ Ví dụ : điốt, transistor, thiristor

+ Tính chất: không tuân theo nguyên lý chồng chất và làm phát sinh những tần số lạ khi làmviệc với điện áp xoay chiều

1 Điện trở

a Khái niệm, công dụng

* Khái niệm chung:

+ Điện trở là một đại lượng vật lý, đặc trưng cho sự cản trở dòng điện trong một vật dẫn

+ Điện trở là một trong những tính chất cơ bản của vật dẫn, xác định bởi công thức:

l

R = ρ

s Trong đó: R - điện trở (Ω); );

ρ - điện trở xuất (Ω); m);

l - độ dài dây dẫn(m);

s - tiết diện dây dẫn(m2)

+ Trong mạch thuần trở quan hệ điện trở với điện áp và dòng điện theo định luật Ohm

R = U

I Trong đó I, U tương ứng là dòng điện qua điện trở và hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở.+ Mức tiêu hao năng lượng của điện trở được đánh giá bằng công suất toả nhiệt trên nó:

P = I2 R (W)

* Công dụng:

+ Nhằm điều chỉnh thiên áp

2

+ Hạn chế dòng điện: I = U/R  R tăng thì I giảm

+ Điều chỉnh độ khuếch đại

c Một số đặc điểm về cấu tạo

* Đối với điện trở cố định, về cấu tạo thường có 5 loại sau:

+ Điện trở than ép: bột than trộn với chất liên kết nung nóng hoá thể rắn Vỏ bằng giấy phủ gốmhoặc sơn Công suất cỡ 1/4 W

+ Điện trở than có độ ổn định cao: loại phổ biến nhất, có công suất cỡ 1/4W đến vài W

+ Điện trở màng kim loại: lắng kết màng kim loại Niken – Crôm trên thân gốm xẻ rãnh xoắn,ngoài phủ sơn.Công suất cỡ 1/20 W đến vài W

+ Điện trở oxit kim loại: kết lắng màng oxit thiếc trên thanh SiO2, chống nhiệt và chống ẩm tốt.Công suất cỡ 1/2W

+ Điện trở dây quấn: dùng dây kim loại quấn, dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp hay yêucầu dòng điện cao, công suất cỡ 1W đến 100W

* Biến trở thường có cấu tạo chung: thường có cấu tạo như các loại trên song có dạngmột cung tròn nối với một cần con chạy quay được nhờ một trục giữa Con chạy tiếp xúc độngvới vành điện trở nhờ đó mà giá trị điện trở thay đổi theo vị trí của con chạy khi ta quay trục conchạy

d Các thông số kỹ thuật

Điện trở có nhiều tham số kỹ thuật khác nhau: giá trị danh định, dung sai, công suất, đặc

tính điện trở – nhiệt độ, tần số giới hạn song chúng ta cần quan tâm đến 2 thông số cơ bản sau:

* Giá trị danh định: giá trị của điện trở do nhà sản suất quy định, ghi trên thân điện trở Đơn vị là

- Có hai cách ghi giá trị điện trở:

+ ghi bằng các chữ số Arập trực tiếp trên thân điện trở gồm: trị số, đơn vị, dung sai Ví

dụ 8K2D = 8 kilo ôm 200 ôm, dung sai  0.5%

+ ghi bằng vạch màu: thông thường có 4 vạch màu:

Cấp B; C; D : thường dùng trong các thiết bị đo

F; G : thường dùng trong các thiết bị quân sự, hàng không và chuyên dụng

I; K; M : thường dùng trong dân dụng và học tập

2 Tụ điện

a Khái niệm và công dụng

* Khái niệm chung.

- Tụ điện là loại linh kiện có giá trị dòng điện qua nó tỷ lệ với tốc độ biến thiên điện áp trên nótheo thời gian I =C.du

- Cấu tạo chung: chia làm hai loại chính: loại phân cực và loại không phân cực.

+ loại không phân cực: gồm hai hay nhiều vật dẫn điện được ngăn cách với nhau bởi chấtcách điện Chất cách điện thường dùng: Không khí, giấy tẩm hoá chất, màng hữu cơ, mica, gốm

+ loại phân cực: gồm hai điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân, khi

có điện áp tác dụng lên 2 bản cực sẽ xuất hiện một lớp ôxit kim loại không dẫn điện

- Tính chất cơ bản của tụ điện là nạp và phóng điện; cho dòng điện xoay chiều đi qua và ngăndòng một chiều

- Đặc trưng của tụ là: điện dung: C, đơn vị: Fara (F) và các đơn vị dẫn suất: F, nF, pF; 1F = 106

+ Tụ gốm: chất điện môi làm bằng gốm, có kích thước nhỏ gọn, chế tạo rẻ

tiền, giá trị khoảng từ 1pF đến 1F,điện áp làm việc cao, điện trở dò lớn

+ Tụ mi ca tráng bạc: chế tạo đắt tiền, chất lượng cao, dung sai nhỏ, thường sử dụng ở dải tần sốcao

+ Tụ polistiren: gồm các lá kim loại xen giữa là lớp màng mỏng polistiren bọc thành lớp cáchđiện

+ Tụ giấy: chất điện môi là giấy ép, giá trị khoảng từ 1nF đến 1F

+ Tụ hoá: chất điện môi là dung dịch axit boric, bản cực làm bằng lá nhôm mỏng, điện dung khálớn và có phân cực

+ Tụ điện phân: gồm lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại thành dạng hình ống đặttrong vỏ nhôm, giá trị điện dung tương đối lớn từ 0,1 F đến vài nghìn F, điện áp làm việc thấp

và có phân cực

* Tụ có điện dung thay đổi:

+ Tụ điều hưởng dùng điện chất điện môi là không khí, chân không Có cấu tạo dạng xoay(nghĩa là có hai bộ cánh kim loại làm bản cực, một cố định và một xoay được nhờ một trục quay

để điều chỉnh phần diện tích trùng nhau giữa các cánh kim loại), bản cực hình bán nguyệt

+ Tụ tinh chỉnh: Thường dùng mica làm chất điện môi

d Các thông số kỹ thuật.

* Giá trị điện dung danh định: giá trị ghi trên thân tụ do nhà xản suất quy định Thường

có hai cách ghi:

+ Ghi bằng chữ số Arập kèm đơn vị ví dụ: 2F

+ Ghi bằng chữ số và không có đơn vị: ngầm hiểu đơn vị là pF; còn về chữ số thì 2 chữ đầu làchỉ số, số thứ 3 là hệ số nhân Ví dụ: 104  C = 10.104 pF

* Điện áp danh định: điện áp đặt vào hai cực của tụ trong thời gian lâu dài mà không làmhỏng tụ, thường được ghi trên thân tụ

* Dung sai: thường có các cấp:  0.5%  1%;  1%  2%;  2%   5%;

 5%   10%;  20% và lớn hơn

3 Cuộn cảm

a Khái niệm và công dụng.

* Khái niệm chung:

+ Cuộn cảm là loại linh kiện có giá trị điện áp tỷ lệ với tốc độ biến đổi dòng điện qua nó theothời gian U = L dI

dt

+ Cuộn cảm là loại linh kiện điện tử thiết kế riêng cho từng mụch đích sử dụng

+ Cuộn cảm được cuốn bằng dây dẫn điện trên ống hình trụ với lõi không khí Những cuộn cảm

có trị số cao lõi thường làm bằng vật liệu sắt từ,lõi ferit,vật liệu từ tính

L5 : cuộn cảm lõi ferit có cực tính;

L6 : cuộn cảm lõi sắt từ có điện cảm thay đổi

c Thông số kỹ thuật cơ bản.

+ Điện cảm danh định: Thiết kế cho từng loại

+ Tần số làm việc: giải tần số làm việc riêng của từng loại  giải thông tần

+ Điện trở dây quấn: Càng nhỏ càng tốt

+ Điện áp danh định: Điện áp mà khi mắc cuộn cảm vào mạch không bị phá hỏng

+ Nhiệt độ làm việc cực đại: nhiệt độ tối đa cho phép mà cuộn cảm không bị phá hỏng

1.1 Khái quát chung về chất bán dẫn

1.1.1 Khái niệm vùng năng lượng

- Cấu trúc vùng năng lượng của một nguyên tử cô lập có dạng các mức năng lượng rờirạc Khi các nguyên tử liên kết, do tương tác các mức năng lượng đó suy biến thành cácdải gồm nhiều mức sát nhau gọi là các vùng năng lượng

- Tuỳ theo tình trạng các mức năng lượng trong một vùng có bị điện tử chiếm chỗ haykhông, người ta phân biệt 3 loại vùng năng lượng khác nhau:

+ Vùng hoá trị: Tất cả các mức năng lượng đều đã bị chiếm chỗ, không còn trạngthái năng lượng tự do

+ Vùng dẫn: Các mức năng lượng đều còn trống hoặc bị chiếm chỗ một phần.+ Vùng cấm: Không tồn tại mức năng lượng nào để điện tử chiếm chỗ

Tuỳ theo vị trí giữa các vùng trên ta chia chất rắn làm 3 loại:

Chất cách điện (Eg>2eV) Chất bán dẫn điện (Eg≤ 2eV) Chất dẫn điện

1.1.2 Chất bán dẫn dẫn thuần

Bán dẫn thuần điển hình là Silic(Si) và Gemanium(Ge), cấu trúc vùng năng lượng

có độ rộng vùng cấm vào khoảng 1eV (Si = 1,12eV;Ge = 0,66eV), thuộc nhóm IV trongbảng hệ thống tuần hoàn

Ở nhiệt độ thấp, gần 0 K, trong mạng

tinh thể của hai chất này, mỗi nguyên tử có 4

điện tử vành ngoài liên kết với 4 điện tử của

nguyên tử lân cận tạo thành 4 liên kết đồng

hóa trị bền vững, do đó bán dẫn tinh khiết

không có hạt mang điện tự do

Ở nhiệt độ T > 0 K, có sự phát sinh

đồng thời điện tử tự do và lỗ trống do điện tử

hấp thu năng lượng nhiệt, bứt khỏi liên kết

và lỗ trống bằng nhau Nhiệt độ càng cao, thì số điện tử tự do và lỗ trống càng lớn, ta nói

độ dẫn điện của bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng Khi không có điện trường ngoài đặt vàotinh thể bán dẫn thì không xuất hiện dòng điện Khi có điện trường đặt vào, xuất hiệndòng điện, dòng điện trong bán dẫn thuần là dòng chuyển dời có hướng của các điện tử tự

do và lỗ trống (hình 6.1)

Bán dẫn mà dẫn xuất được thực hiện bằng cả hai loại hạt mang điện: điện tử tự do

và lỗ trống, có số lượng bằng nhau được gọi là chất bán dẫn thuần

1.1.3 Chất bán dẫn tạp chất

Để nâng cao tính dẫn điện trong vật liệu bán dẫn ta thực hiện pha thêm tạp chấtvào chất bán dẫn nguyên chất gọi là bán dẫn tạp chất Có hai loại bán dẫn tạp chất điểnhình là loại n và loại p

Bán dẫn loại n là bán dẫn được pha thêm tạp chất là nguyên tố hóa trị V Như vậykhi ghép đôi điện tử vành ngoài để tạo liên kết đồng hóa trị, điện tử vành ngoài củanguyên tố hóa trị V sẽ bị dư, liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử tạp chất và dễ dàng trởthành hạt dẫn tự do Với cơ chế phát sinh như bán dẫn thuần thì số điện tử tự do nhiềuhơn số lỗ trống, ta gọi điện tử tự do là hạt mang điện cơ bản (hay đa số), lỗ trống là hạtmang điện không cơ bản (thiểu số)(hình 6.2)

Bán dẫn loại p là bán dẫn được pha

thêm tạp chất là nguyên tố hoá trị III Như

vậy khi ghép đôi điện tử vành ngoài để tạo

liên kết đồng hóa trị, sẽ có liên kết bị thiếu

điện tử và tạo thành lỗ trống Với cơ chế phát

sinh như bán dẫn thuần thì số lỗ trống nhiều

hơn số điện tử tự do Lỗ trống là hạt mang

điện cơ bản, điện tử tự do là hạt mang điện

không cơ bản (hình 6.3)

Bằng cách chọn loại tạp chất và lượng

tạp chất pha vào bán dẫn, người ta có thể tạo

ra bán dẫn thuộc loại mong muốn và có tính dẫn điện mong muốn Đây chính là một tínhchất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có rất nhiều ứng dụng

1.2 Điốt bán dẫn

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lí làm việc

Điốt là linh kiện bán dẫn được tạo thành từ một tiếp giáp p-n, có hai điện cực Anốt

và Katốt, điện cực Anốt được nối với miền p, điện cực Katốt được nối với miền n Toàn

bộ cấu trúc trên được bọc trong một lớp vỏ bằng kim loại hoặc bằng nhựa

Kí hiệu của điốt được cho ở hình 6.4

8

Hình 6.4 Kí hiệu của điốt Hình 6.3 Cấu trúc mạng tinh thể của

bán dẫn loại p

Nguyên lí hoạt động của điốt thường (điốt chỉnh lưu) tương đương với hoạt độngcủa một tiếp giáp p-n

Lớp tiếp giáp p-n được hình thành khi cho 2 mẫu bán dẫn khác loại, p và n, tiếpxúc công nghệ với nhau Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ tại vùng tiếp xúc xảy rahiện tượng khuyếch tán các hạt đa số qua nơi tiếp giáp làm xuất hiện một dòng điệnkhuyếch tán Ikt hướng từ p sang n Đồng thời sự khuếch tán của các hạt thiểu số tạo nên

dòng Itr rất nhỏ ngược chiều với Ikt Nhờ khuyếch tán mà lỗ trống ở miền p giảm tạo thànhvùng iôn âm, đồng thời điện tử tự do ở miền n cũng giảm tạo thành vùng iôn dương Tạivùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc xuất hiện một lớp điện tích khối do iôn tạp chất tạo ratrong đó nghèo hạt dẫn và có điện trở lớn Do đó xuất hiện 1 điện trường nội bộ hướng từvùng n sang vùng p gọi là điện trường tiếp xúc Etx (hình 6.5)

Điện trường Etx ngăn cản sự khuếch tán các hạt mang điện đa số và thúc đẩy sựkhuếch tán các hạt thiểu số Cường độ của điện trường tăng dần Quá trình này tiếp diễn

sẽ dẫn đến trạng thái cân bằng động Ikt = Itr và không có dòng điện qua tiếp xúc p – n

p– n sao cho cực dương nối vào miền p, cực âm nối vào miền n Điện áp này tạo ra mộtđiện trường ngoài Eng có chiều hướng từ p sang n Khi đó có điện trường ngoài Eng cóchiều ngược với điện trường tiếp xúc Etx nên điện trường tổng ở vùng tiếp xúc giảm (hình6.6) Khi đó bề rộng vùng nghèo giảm làm cho sự khuếch tán diễn ra dễ dàng Các hạtmang điện đa số dễ dàng khuếch tán từ khối này xang khối kia Do mật độ hạt mang điện

đa số lớn nên dòng khuếch tán Ikt lớn, dòng điện này gọi là dòng điện thuận Ith Ta nóitiếp giáp p – n thông

Trong đó: l0: Bề rộng vùng nghèo khi chưa có điện trường ngoài,

l’0: Bề rộng vùng nghèo khi phân cực thuận

Do số lượng hạt dẫn tối thiểu ít, nên dòng điện trôi dạt rất nhỏ Itr ≈ 0 Điện trở tiếpgiáp p - n trong trường hợp này gọi là điện trở thuận, có giá trị nhỏ Rth≈ 0

Khi đặt cực dương vào miền n, cực âm vào miền p Khi đó Eng cùng chiều với Etx

nên điện trường tổng ở vùng tiếp xúc tăng, do đó bề rộng vùng nghèo tăng Nó ngăn cản

Hình 6.2 Cấu trúc mạng tinh thể của

các hạt dẫn đa số khuếch tán từ khối này sang khối kia, do vậy dòng khuếch tán Ikt = 0(hình 6.7)

Như vậy dòng điện qua lớp tiếp giáp p-n mắc theo chiều thuận (từ p sang n) cócường độ lớn, dòng điện qua lớp tiếp giáp p-n mắc theo chiều ngược có cường độ rất nhỏ.Lớp tiếp giáp p-n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p sang n, ta nói lớp tiếp giáp p-n có tínhchất chỉnh lưu

1.2.2 Đặc tuyến, tham số và ứng dụng của điốt

a Đặc tuyến:

Đường đặc tuyến V-A(vol/ampe) của điốt là đồ thị biểu diễn quan hệ giữadòng điện qua điốt và hiệu điện thế đặt vào hai cực của điốt, được chia làm 3 vùng (hình1.8):

+ Vùng 1: Ứng với trường hợp phân cực thuận: Khi tăng UAK, lúc đầu dòng tăng từ từ,sau khi UAK > U0 (thường U0= (0,6÷0,7)V nếu điốt được chế tạo từ vật liệu Silic, U0=(0,2÷0.3) V nếu điốt được chế tạo từ vật liệu Gecmani) thì dòng điện tăng theo điện ápvới qui luật của hàm số mũ

UT = KT/q : đương lượng điện

áp ứng với nhiệt độ T (thế nhiệt)

K = 1,381.1023J/K (hằng số

Bolzman)

q = 1,6 10-19 C

+ Vùng 2: Tương ứng với trường hợp

phân cực ngược với giá trị dòng điện

- - -

- - -

-n p

+ Vùng 3: Gọi là vùng đánh thủng, tương ứng Ung>Ung.max (U đánh thủng).

Khi chuyển tiếp p – n bị phân cực ngược, nếu điện áp ngược tăng đến một giá trịkhá lớn nào đó thì dòng điện ngược trở nên tăng vọt, nghĩa là chuyển tiếp P – N dẫn điệnmạnh cả theo chiều ngược, phá hỏng đặc tính van vốn có của nó Hiện tượng này gọi làhiện tượng đánh thủng

Một nguyên nhân khác dẫn đến đánh thủng có thể là do nhiệt vì vậy người tathường phân biệt hai dạng: đánh thủng về điện và đánh thủng về nhiệt Có khi có cả hainguyên nhân đó kết hợp lại với nhau gây ra một dạng đánh thủng thứ ba là đánh thủngđiện nhiệt

Đánh thủng về điện phân làm hai loại: đánh thủng thác lũ và đánh thủng xuyênhầm Đặc tuyến V-A của hai dạng đánh thủng nói trên gần như song song với trục tung.Khi nhiệt độ môi trường tăng, giá trị điện áp đánh thủng theo cơ chế xuyên hầm bị giảm,còn điện áp theo cơ chế thác lũ lại tăng

Đánh thủng về nhiệt xảy ra do sự tích lũy nhiệt trong vùng nghèo Khi có điện ápngược lớn, dòng điện ngược tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độ hạt dẫn tối thiểutăng và do đó làm cho dòng điện ngược tăng nhanh Quá trình cứ thế tiến triển khiến chonhiệt độ vùng nghèo và dòng điện ngược liên tục tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng

b Các tham số cơ bản của điốt:

* Các tham số giới hạn

+ Ung.max là giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt mà tính chất van của nó chưa bị pháhỏng

+ Imax.cp là dòng điện thuận lớn nhất cho phép đi qua khi điốt mở

+ Pcp là công suất tiêu hao cực đại cho phép

+ fmax là tần số làm việc cho phép

* Các tham số làm việc:

+ Điện trở một chiều của điốt Rd

+ Điện trở xoay chiều của điốt rd

c Một số ứng dụng của điốt bán dẫn.

+ Nắn dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều nhờ các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản: mộtnửa chu kì, hai nửa chu kì, cầu, bội áp

+ Dịch mức điện thế một chiều giữa hai điểm khác nhau của mạch điện khi ở chế độ mở.+ Hạn chế biên độ điện áp xoay chiều ở một giá trị ngưỡng cho trước

Điốt tách sóng là một loại điốt chỉnh lưu dùng để tách tín hiệu tần số thấp ra khỏisóng mang cao tần Điốt tách sóng làm việc với các dòng điện nhỏ, tần số cao, nên lớpchuyển tiếp cần có tiết diện nhỏ để giảm điện dung của lớp tiếp giáp p-n

Điốt Zener được tạo ra bằng cách pha tạp đặc biệt, có khả năng làm việc trongvùng đánh thủng mà không bị hỏng Điốt Zener được sử dụng ở phần điện thế ngược của

đặc tuyến, ở khu vực đánh thủng Điốt Zener được sử dụng trong mạch ổn áp, dùng để ổn

định điện áp ra

Hình 6.9 Cấu tạo, kí hiệu tranzito

a) Cấu tạo tranzito pnp; b) Kí hiệu tranzito pnp; c)Cấu tạo tranzito npn; d)Kí hiệu tranzito npn

Điốt biến dung là loại điốt được chế tạo đặc biệt có điện dung đáng kể, có thể

dùng thay cho tụ điện biến đổi Điốt biến dung được dùng nhiều trong lĩnh vực cao tần.

Chúng có kích thước nhỏ, điện dung ký sinh nhỏ và độ tin cậy cao, rất thích hợp chocông nghệ điện tử hiện đại

Điốt phát quang (LED) được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn thích hợp, khi códòng điện thuận chạy qua điốt, ở lớp tiếp giáp p-n có ánh sáng phát ra Màu sắc của ánhsáng phát ra tuỳ thuộc các bán dẫn dùng làm điốt và cách pha tạp chất vào các bán dẫn

đó Điốt phát quang tiêu thụ ít năng lượng, bền, được dùng làm các bộ hiển thị, đèn báo,trong các màn hình quảng cáo, đèn trang trí và thắp sáng

1.3 Tranzito lưỡng cực (BJT)

1.3.1 Cấu tạo

Cấu tạo gồm có 3 miền bán dẫn ghép công nghệ với nhau, theo thứ tự là p-n-phoặc n-p-n Miền bán dẫn thứ nhất gọi là lớp phát (Emito), có đặc điểm là nồng độ tạpchất lớn nhất, điện cực nối với nó gọi là cực phát E Lớp thứ hai gọi lớp gốc (Bazo), cókích thước rất mỏng cỡ •m và nồng độ tạp chất ít nhất, điện cực nối với nó gọi là cực gốc

B Lớp thứ ba có nồng độ tạp chất trung bình gọi là lớp góp (Colecto), điện cực nói với

nó gọi là cực góp C

Như vậy, bất kì tranzito nào cũng hình thành hai tiếp giáp:

+ Tiếp giáp giữa lớp phát với lớp gốc gọi là tiếp giáp phát JE

+ Tiếp giáp giữa lớp gốc với lớp góp gọi là tiếp giáp góp JC

Chiều mũi tên trong ký hiệu của tranzito bao giờ cũng là chiều của điện áp phâncực thuận cho tiếp giáp JE (có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n)

Kí hiệu của tranzito được cho ở hình 6.9

12

1.3.2 Nguyên lý làm việc

Để tranzito làm việc, người ta phải phân cực nó một cách thích hợp Tuỳ theo cáchphân cực mà tranzito có thể làm việc ở ba chế độ khác nhau: Chế độ khuếch đại, chế độbão hoà và chế độ ngắt Ở chế độ khuếch đại tín hiệu điện, người ta phải đưa điện áp mộtchiều tới các điện cực của tranzito sao cho tiếp giáp JE phân cực thuận và tiếp giáp JC

phân cực ngược

Lấy tranzito loại pnp làm ví dụ, sơ đồ phân cực được cho ở hình 6.11

Do tiếp giáp JE được phân cực thuận bằng nguồn UEB, điện trường EEB này có tácdụng gia tốc các hạt dẫn điện đa số (lỗ trống) từ vùng phát qua JE đến vùng gốc tạo thànhdòng điện cực phát IE Do nồng độ các lỗ trống ở vùng phát lớn nên dòng điện cực phát IE

có giá trị lớn

Khi đến vùng gốc, một phần nhỏ lỗ trống sẽ tái hợp với các điện tử đến từ cực âmcủa nguồn UEB tạo thành dòng điện cực gốc IB Do vùng gốc có bề dày mỏng và nồng độcác hạt dẫn điện tử rất ít nên dòng điện cực gốc IB rất nhỏ Phần lớn các lỗ trống còn lạikhuếch tán qua vùng gốc và di chuyển đến tiếp giáp góp JC Tại tiếp giáp góp, điệntrường UCB thuận chiều với các hạt dẫn này nên sẽ cuốn chúng qua tiếp giáp JC sang lớpgóp để tạo thành dòng điện cực góp IC

Để đánh giá mức độ hao hụt của dòng điện cực phát tại vùng cực gốc, người tađưa ra khái niệm gọi là hệ số truyền đạt dòng điện α:

C

E

II

Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng điện cực gốc tới dòng điện cực gópngười ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng:

C

B

II

  (6-2)Thường β = vài chục ÷ vài chăm lần, từ (1-1) và (1-2) ta có quan hệ:  1

 

1.3.3 Các sơ đồ nối cơ bản của tranzito ở chế độ khuếch đại

Khi sử dụng về nguyên tắc ta lấy hai trong số ba cực của tranzito làm đầu vào, cựcthứ ba còn lại cùng với một cực đầu vào làm đầu ra Như vậy có tất cả sáu cách mắcmạch khác nhau Nhưng dù mắc như thế nào cũng cần có một cực chung cho tất cả đầuvào và đầu ra

Trong số sáu cách mắc đó thì chỉ có ba cách mắc là tranzito có thể khuếch đạiđược công suất, đó là cách mắc chung Emito (EC), chung Bazo (BC) và chung Colecto(CC) (hình 6.12) Ba cách mắc còn lại không có ứng dụng trong thực tế

1.3.4 Các họ đặc tuyến tĩnh của tranzito

Mối quan hệ giữa các giá trị cường độ dòng điện (I1, I2) và các hiệu điện thế (U1,

U2) được thể hiện qua các đặc trưng tĩnh, mô tả sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hai đại lượng,khi các đại lượng còn lại có giá trị xác định, coi như các tham số Bằng cách thay đổi cácgiá trị tham số, ta thu được các họ đặc trưng tĩnh Đồ thị diễn tả các họ đặc trưng tĩnh gọi

là các họ đặc tuyến tĩnh

Nhìn chung, dù cho tranzito được mắc vào mạch thế nào, ta luôn có thể coi nónhư một mạng tứ cực, với hai cực vào (U1,I1 là các đại lượng vào) và hai cực ra (U2,I2 làcác đại lượng ra) như ở hình 6.13 Tên gọi của cách mắc xuất phát từ chỗ ta lấy cực nàocủa tranzito làm cực chung cho lối vào và lối ra của mạng tứ cực

14

Hình 6.12 Các cách mắc của trazito ở chế độ khuếch đại.

a) mắc EC; b) mắc BC; c) mắc CC

Hình 6.13 Tranzito như một mạng tứ cực U 1 ,I 1 là các đại lượng ở lối vào;

U 2 ,I 2 là các đại lượng ở lối ra.

Khi mô tả quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của mạng tứ cực trong đó dòng điện vàđiện áp là các biến số độc lập, ta coi hai đại lượng là hàm một biến, còn đại lượng thứ 3

là hằng sẽ xác định được 4 họ đặc tuyến tĩnh tổng quát:

- Đặc tuyến tĩnh vào: Là quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch vòng đầu vào khigiữ điện áp ra cố định Là hàm: U1 = f(I1)/ U2 = const

- Đặc tuyến tĩnh ra: Là quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch vòng đầu ra khi giữdòng điện vào cố định Là hàm: I2 = f(U2)/ I1 = const

- Đặc tuyến phản hồi: U1 = f(U2) / I1 = const

- Đặc tuyến truyền đạt: I2 = f(I2) /U2 = const

Tuỳ theo cách mắc mà ta có các quan hệ cụ thể

a) Sơ đồ Emito chung (EC):

Sơ đồ nguyên lí cho ở hình 6.14

Ta có các họ đặc tuyến tĩnh sau:

+ Họ đặc tuyến tĩnh vào: IB = f(UBE) khi UCE = const

+ Họ đặc tuyến tĩnh ra: IC = f(UCE) khi IB = const

+ Họ đặc tuyến phản hồi: UBE = f(UCE) khi IB = const

+ Họ đặc tuyến truyền đạt: IC = f(IB) khi UCE = const

Hình 6.15 Họ đặc tuyến vào EC

Hình 6.14 Sơ đồ nguyên lý cách mắc EC

Hình 6.16 Họ đặc tuyến ra EC

Đặc tuyến vào giống như đặc tuyến thuận của tiếp giáp p-n vì dòng Ib lúc này làmột phần của dòng tổng IE chảy qua chuyển tiếp emito phân cực thuận Khi UBE > U0 thìdòng IB tăng nhanh theo UBE Ứng với một giá trị của UBE khi tăng UCE thì đặc tuyến dịchsang phải, dòng IB giảm, vì: khi tăng UCE tức là UCE = UCB + UBE, coi UBE = const, tức làtăng UCB, điện áp ngược của tiếp giáp JC tăng vùng nghèo mở rộng chủ yếu về miền bazơpha tạp ít, do đó khả năng tái hợp của điện tử và lỗ trống trong miền gốc giảm  do đódòng IB giảm.

Họ đặc tuyến ra chia làm 3 vùng: tuyến tính, bão hoà, cắt dòng:

+ Vùng 1 (vùng cắt dòng): với tiếp giáp góp JC phân cực ngược, tiếp giáp JE được phâncực không (uBE=0) hoặc phân cực ngược Dòng điện trên cực góp chỉ là dòng điệnngược của tiếp giáp JC (iC=iCB0  0)

+ Vùng 2 (vùng khuếch đại): với tiếp giáp góp JC phân cực ngược, tiếp giáp phát JE phâncực thuận

+ Vùng 3 (vùng bão hòa): là vùng mà với mọi giá trị iB khác nhau thì dòng iC chỉ có mộtgiá trị cố định (với các tham số xác định của mạch) Khi đó điện áp giữa các cực củatranzito rất nhỏ và tranzito có thể xem như quy tụ thành 1 điểm

Họ đặc tuyến truyền đạt biểu thị mối quan hệ IC = f(IB) khi UCE = const được suy ra từ

họ đặc tuyến ra hoặc bằng cách giữ nguyên UCE, thay đổi dòng IB, ghi kết quả giá trị dòng

IC tương ứng trên trục tọa độ

b Sơ đồ bazơ chung (BC): Sơ đồ nguyên lí cho ở hình 6.17.

Đặc tuyến vào cũng giống như đặc tuyến thuận của điốt, khi tăng UEB thì dòng IE

tăng tương ứng Ứng với cùng một giá trị của UEB khi tăng UCB thì dòng IE tăng, vì khităng UCB làm điện áp phân cực ngược tại IC tăng, điện trường ngược tại vùng này chính làđiện trường thuận đối với các hạt dẫn điện đa số ở miền phát làm cho các hạt dẫn điện từmiền gốc chuyển sang miền góp tăng, IC tăng do đó IE tăng (hình 6.18)

Đặc tuyến ra là các đường thẳng gần như song song nhau vì IC ≈ IE (thường IC ≤

IE) Khi UCB tănglên IC chỉ tăng không đáng kể, chứng tỏ hầu hết các hạt dẫn từ miềnemito đều đến được miền colecto Đặc tuyến ra không xuất phát từ gốc 0 (hình 6.19) Khi

UCB= 0 vẫn tồn tại dòng IC≠ 0 Vì khi đó trên tiếp giáp JC vẫn tồn tại một điện trường tiếpxúc hướng từ miền n sang miền p, nó đẩy các hạt dẫn điện từ miền gốc sang miền góp, do

đó IC ≠ 0

c Sơ đồ Colecto chung (CC): Sơ đồ nguyên lí cho ở hình 6.20.

Họ đặc tuyến vào của sơ đồ CC có dạng khác hẳn, nó không xuất phát từ gốc 0, vìtrong cách mắc này điện áp vào UBC phụ thuộc rất nhiều vào điện áp ra UEC Khi UBC tăng,

UEC = const, khi đó UEB giảm làm giảm dòng IB Dòng IB giảm về bằng 0 khi UBC = UEC,khi đó UEB= 0 (hình 6.21)

Họ đặc tuyến ra tương tự như họ đặc tuyến ra của sơ đồ mắc EC bởi vì coi IC ≈ IE

1.4 Transistor trường FET (Field Effect Transistor)

1.4.1 Tranzito trường có cực cửa tiếp giáp JFET

- Cấu tạo và kí hiệu: hình 6.23

Trên một khối bán dẫn loại n có nồng độ tạp chất thấp, người ta tạo ra xung quanh

nó một lớp bán dẫn loại pcó nồng độ tạp chất cao Toàn bộ cấu trúc lấy ra ba điện cực:cực nguồn S (Source), cực máng D (Drain), cực cửa G (Gate)

Hình 6.20 Sơ đồ nguyên lý cách mắc CC

Hình 6.22 Họ đặc tuyến ra CC Hình 6.21 Họ đặc tuyến vào CC

(a): c u t oấu tạo ạo

Giữa cực S và cực D hình thành nên một kênh dẫn điện loại n và nó được cách lyvới cực cửa G bởi một lớp tiếp giáp p-n Ta gọi là JFET kênh n Cực cửa G đóng vai trò

là cực điều khiển khi thay đổi điện áp đặt vào nó

Tương tự, nếu ta lấy bán dẫn p làm đế để tạo nên kênh dẫn điện loại p ta đượcJFET kênh p

- Nguyên lý hoạt động: Lấy loại JFET kênh n làm ví dụ

Để JFET làm việc ta phân cực cho nó bởi hai nguồn điện áp: UDS > 0, UGS < 0.Giữa cực D và cực S có một điện trường mạnh do nguồn điện cực máng UDS cungcấp, nguồn này có tác dụng đẩy các hạt điện tích đa số (điện tử) từ cực nguồn S tới cựcmáng D, hình thành nên dòng điện cực máng ID

Điện áp điều khiển UGS < 0 luôn làm cho tiếp giáp p-n bị phân cực ngược, do đó

bề rộng vùng nghèo tăng dần khi UGS < 0 tăng dần Khi đó tiết diện dẫn điện giảm dần,điện trở R kênh dẫn tăng lên làm dòng ID giảm xuống và ngược lại

Điện áp điều khiển UGS có tác dụng điều khiển đối với dòng điện cực máng ID:+ Trường hợp UDS > 0, UGS = 0 trong kênh dẫn xuất hiện dòng điện ID có giá trị phụ thuộcvào UDS

+ UDS > 0, UGS < 0 tăng dần, bề rộng vùng nghèo mở rộng về phía cực D vì với cách mắcnhư hình vẽ thì điện thế tại D lớn hơn điện thế tại S, do đó mức độ phân cực ngược tăngdần từ S tới D dẫn đến tiết diện kênh dẫn giảm dần làm cho dòng ID giảm dần

Nếu xét riêng sự phụ thuộc của ID vào từng điện áp khi giữ cho điện áp còn lạikhông đổi ta nhận được hai quan hệ hàm quan trọng của JFET:

+ ID = f1(UDS)/ UGS = const  họ đặc tuyến ra của JFET

+ ID = f2(UGS)/ UDS = const  họ đặc tuyến truyền đạt của JFET

18

Hình 6 23 Cấu tạo và ký hiệu của tranzito trường kênh n

Hình 6.24 Họ đặc tuyến của JFET kênh n

Đặc tuyến ra chia làm ba vùng:

+ Vùng gần gốc (vùng I): Dòng ID tăng gần như tuyến tính theo UDS vì khi đó kênh dẫnđóng vai trò như một điện trở thuần cho đến khi đặc tuyến bị uốn mạnh tại điểm A Tại

đó bắt đầu xuất hiện hiện tượng thắt kênh, dòng ID hầu như không tăng theo UDS Hoành

độ điểm A gọi là điện áp thắt kênh

+ Vùng bão hoà (vùng II): Dòng ID hầu như không phụ thuộc vào UDS nhưng phụ thuộcmạnh vào UGS Khi UGS < 0 tăng dần, dòng ID càng giảm, hiện tượng thắt kênh xảy rasớm hơn, điểm thắt kênh dịch dần về gốc toạ độ Đây là vùng JFET làm việc như mộtphần tử khuếch đại, dòng ID được điều khiển bằng điện áp UGS

+ Vùng đánh thủng (vùng III): Khi UDS có giá trị lớn, dòng ID tăng đột biến do tiếp giápp-n bị đánh thủng tại khu vực gần cực D do điện áp ngược đặt lên tiếp giáp p-n tại vùngnày là lớn nhất

Qua đồ thị đặc tuyến ra, ta rút ra nhận xét sau:

+ Khi đặt trị số UGS âm dần, điểm uốn A xác định ranh giới hai vùng tuyến tính và bãohòa dịch dần về phía gốc tọa độ Hoành độ điểm A (ứng với một trị số nhất định của UGS)cho xác định một giá trị điện áp gọi là điện áp bão hòa cực máng UDS0 (còn gọi là điện ápthắt kênh) Khi UGS tăng, UDS0 giảm.

+ Tương tự với điểm B: Ứng với các giá trị UGS âm hơn, việc đánh thủng tiếp giáp P-Nxảy ra sớm hơn, với những giá trị UDS nhỏ hơn

Từ đặc tuyến truyền đạt ta có nhận xét: xuất phát từ một giá trị UGS0, tại đó ID = 0, gọi

là điện áp khóa (còn kí hiệu Up) Độ lớn UGS0 bằng UDS0 ứng với đường UGS=0 trên họ đặctuyến ra Khi tăng UGS, ID tăng gần như tỉ lệ do độ dẫn điện của kênh tăng theo mức độgiảm phân cực ngược của tiếp giáp P-N Lúc UGS = 0, ID = ID0 Giá trị ID0 là dòng tĩnh cựcmáng khi không có điện áp cực cửa Khi có UGS < 0, ID < ID0 và được xác định bởi :

2 GS

+ IDmax là dòng cực đại qua JFET, ứng với UGS = 0 V (≈ 50mA)

+ UDSmaxcp ≈ UB / (1,2 ÷ 1,5) xấp xỉ vài chục vôn

+ Điện trở trong: ri = rDS = ∂UDS / ∂ID ≈ 0,5 MΩ, thể hiện độ dốc của đặc tuyến ra trongvùng bão hoà

+ Hỗ dẫn truyền đạt: Cho biết tác dụng điều khiển của điện áp cực cửa UGS tới dòng điệncực máng ID

1.4.2 Tranzito trường có cực cửa cách ly MOSFET

Trên hai khối bán dẫn n+ lấy ra hai điện cực là cực nguồn S và cực máng D Phíađối diện với kênh dẫn sau khi phủ một lớp cách điện SiO2 lấy ra điện cực thứ ba gọi làcực cửa G

Nếu trong quá trình chế tạo, cực S đã được nối với phiến đế thì MOSFET có bacực: S, D, G Trường hợp phiến đế chưa được nối với S mà được dẫn ra ngoài như là cựcthứ tư, cực này gọi là cực đế

- Nguyên lý làm việc:

+ Với kênh n đặt sẵn:

Khi UDS > 0; UGS > 0, các điện tử tự do từ vùng đế được hút về phía gần cực cửa Glàm cho kênh dẫn có nồng độ hạt dẫn tăng lên, điện trở của kênh dẫn giảm dẫn đến dòng

ID tăng, ta nói MOSFET làm việc ở chế độ giàu

Nếu UGS < 0, một số điện tử từ kênh dẫn bị đẩy ra khỏi kênh dẫn làm cho các hạtdẫn điện của kênh dẫn giảm dẫn đến điện trở kênh tăng làm cho dòng ID giảm, ta nóiMOSFET làm việc ở chế độ nghèo

20

Hình 6.25 Cấu tạo và kí hiệu MOSFET kênh n đặt sẵn.

Hình 6.26 Cấu tạo và kí hiệu MOSFET kênh n cảm ứng.

+ Loại MOSFET kênh n cảm ứng chỉ làm việc ở chế độ giàu.

1.5 Mạch tích hợp tuyến tính (IC tuyến tính)

1.5.1 Khái quát chung về IC

Một IC (vi mạch) được coi là linh kiện tích hợp trên nó nhiều linh kiện rời rạc đểthực hiện một chức năng nhất định nào đó Tuy nhiên nó không đơn thuần là sự tổ hợptrực tiếp, đơn giản mà phải tuân theo những nguyên tắc cơ bản sau:

+ Chọn loại linh kiện sao cho ít tốn diện tích nhất và để tăng mức độ tích hợp cần thaythế các linh kiện rời rạc bằng các linh kiện thụ động

+ Sử dụng tối đa các tải tích cực trên các colector, nghĩa là các nguồn dòng có trở khángcao

+ Tính đến các điốt kí sinh phân cực ngược trong mạch

+ Hạn chế bớt các chân ra để không cần thiết phải dùng các vỏ có kích thước lớn

+ Chú ý đến công suất cực đại cho phép tiêu tán cử vi mạch để dùng hoặc không dùngcác vỏ có cách điện toả nhiệt

+ Chọn công nghệ thích hợp cho tất cả các linh kiện của mạch

Qúa trình chế tạo vi mạch rất phức tạp và phải tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật côngnghệ một cách tuyệt đối Lấy ví dụ: Để chế tạo ra một Transistor trong vi mạch phải trải

Hình 6.27 Đặc tuyến của MOSFET kênh n đặt sẵn a) Đặc tuyến ra; b) Đặc tuyến truyền đạt

b) a)

Vùng

g n ần

g c ốc

qua 7 lần quang khắc và thứ tự các quá trình được thực hiện trong lò nung với nhiệt độgiảm dần để quá trình sau không làm hư hại đến quá trình khác.

Ưu điểm của vi mạch:

+ Kích thước nhỏ gọn

+ Độ tin cậy và chắc chắn cao

+ Độ linh hoạt cao

+ Tiêu thụ năng lượng ngày càng được giảm bớt

+ Sự tiến bộ của khoa học công nghệ đã cho phép có thể thực hiện nhiều chức năng trênmột vi mạch

Nhược điểm của vi mạch:

+ Trang thiết bị cho nghiên cứu và sản xuất trong vi mạch mới rất cao

+ Công suất tiêu tán của mỗi mạch bị hạn chế

+ Cuộn cảm không thể tích hợp trong vi mạch được

+ Người sử dụng không thể tác động vào vi mạch được

Mặc dù vậy vi mạch vẫn được dùng ngày càng nhiều và đặc biệt là trong lĩnh vực

vi xử lí bởi trong lĩnh vực này tín hiệu có công suất nhỏ và yêu cầu chức năng xử lí cao

và phức tạp

Theo quan điểm chức năng xử lý và gia công tín hiệu ở cổng vào, tín hiệu nhậnđược sau khi qua IC ở cổng ra, có thể chia các linh kiện IC thành 3 nhóm lớn: Nhóm 1thuộc về các vi điện tử tuyến tính (IC tuyến tính), nhóm 2 thuộc về các vi điện tử số chỉlàm việc với các tín hiệu biến thiên rời rạc theo thời gian (các biến và hàm trạng thái).Nhóm 3 là các IC thuộc về quá trình thực hiện giao tiếp tín hiệu liên tục với tín hiệu rờirạc và ngược lại Tuy nhiên người ta còn chia IC theo các chức năng mà chúng thựchiện, theo dải tần số mà chúng làm việc, hay theo mức độ năng lượng mà chúng gia công,tiêu thụ, hay thường gặp hơn theo công nghệ đã thực hiện chế tạo ra

1.5.2 IC tuyến tính

Cấu tạo và kí hiệu điển hình của IC tuyến tính như hình 6.28,6.29:

22

Bên trong có 3 tầng chủ yếu Tầng đầu vào là mạch khuyếch đại vi sai dùng cặpBJT T1,T2 có tải động là T3 và có T7 làm một nguồn dòng ổn định Tầng tiếp theo là tầngkhuyếch đại phức hợp kiểu Darrlington cũng có tải động là T6 Tầng cuối cùng là tầngkhuyếch đại công suất đẩy kéo dùng hai transistor là T8 và T9.

Quan hệ điện áp UR = k0.UV chỉ thể hiện trong 1 vùng UV có biên độ rất nhỏ Khibiên độ UV tăng, UR sẽ không tăng theo mà giữ ở một trong hai giá trị giới hạn dương ởmức cố định Umax gọi là mức bão hoà dương hay âm ở mức cố định Umin. gọi là mức bãohoà âm Giá trị Umax, Umin thấp hơn giá trị nguồn nuôi từ 1 – 3V

Nhờ những ưu thế của mạch tích hợp, mạch tích hợp tuyến tính được ứng dụng ởhầu hết các lĩnh vực mạch điện tử với nhiều mức độ khác nhau: khuếch đại tín hiệu, phát

và biến đổi tín hiệu, chỉnh lưu, mạch so sánh tín hiệu

1.6 Linh kiện bán dẫn quang điện

1.6.1 Quang điện trở

- Đặc điểm cấu tạo: là linh kiện bán dẫn điện không có lớp chuyển tiếp p-n, thường làm

từ vật liệu hỗn hợp AIIIBIV, như CdSe, ZnS, CdS Quang điện trở làm việc thụ động, khi

bị chiếu sáng xuất hiện thêm hạt dẫn tự do làm độ dẫn điện của bán dẫn tăng

- Ứng dụng: làm công tắc ánh sáng, điều chỉnh sự hội tụ trong máy chiếu phim, ghépquang học

1.6.2 Photo điốt

- Đặc điểm cấu tạo: Là linh kiện có một lớp bán dẫn p-n, có khả năng làm việc trongvùng phân cực ngược lâu dài Khi lớp chuyển tiếp được chiếu sáng sẽ phát sinh dòngquang điện có độ lớn phụ thuộc tỷ lệ với cường độ chiếu sáng

- Ứng dụng: làm công tắc ánh sáng, mạch kết hợp với LED sử dụng rộng rãi trong điềukhiển tự động, điều khiển từ xa, thiết bị báo động, thiết bị báo cháy và các bộ ghép quanghọc

C) TÀI LIỆU HỌC TẬP

[1] Nguyễn Thế Khôi, Hồ Tuấn Hùng (2007), Giáo trình điện tử học, NXB ĐHSP [2] Đỗ Xuân Thụ (1998), Kĩ thuật điện tử, NXBGD, Hà Nội.

D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP CHƯƠNG VÀ THẢO LUẬN

1 Tại sao khi sử dụng linh kiện bán dẫn, người ta rất quan tâm đến yếu tố nhiệt độ?

2 Hãy giải thích hoạt động của các loại điốt

3 Phân tích cấu tạo và hoạt động của Tranzito lưỡng cực

4 Hãy thiết lập phương trình họ đặc tuyến tĩnh và vẽ đường đặc tuyến vào, ra của cáchmắc BC, CC

5 Tại sao các vi mạch lại chiếm ưu thế hơn trong việc chế tạo mạch điện tử

6 Cho mạch điện như hình vẽ 7.32, biết: UCC = + 12 V; RC = 2,7K; RE = 470;  = 150;

a Xác định chế độ dòng điện và điện áp một chiều trên các cực của Tranzito

b Vẽ đường tải một chiều và xác định điểm làm việc tĩnh trên đồ thị

CHƯƠNG 2 Mạch khuyếch đại

Số tiết : 07 (lý thuyết: 05 tiết ; bài tập, thảo luận: 02 tiết)

A) MỤC TIÊU.

- Hiểu được khái quát chung về khuếch đại tín hiệu: các tham số cơ bản, các chế độ làmviệc của một tầng khuếch đại; vấn đề hồi tiếp trong mạch khuếch đại, nối tầng khuếchđại

- Vẽ và phân tích hoạt động của một số loại mạch khuếch đại cụ thể dùng tranzito: mạchkhuếch đại điện thế âm tần, khuếch đại công suất, khuếch đại một chiều

- Tích cực trong hoạt động học tập chung của lớp, chủ động tự nghiên cứu lí thuyết đểthiết kế mạch khuếch đại theo yêu cầu đặt ra và giải các bài toán cơ bản liên quan đếnmạch khuếch đại

2.1.1 Khái niệm chung

Bộ khuếch đại là thiết bị dùng để làm tăng các tham số tín hiệu điện (U,I,P), gồmmạch vào nối với nguồn tín hiệu cần khuếch đại, mạch ra được nối với tải Nó là thiết bịcho phép biến đổi tín hiệu nhỏ (bé) ở đầu vào thành tín hiệu đầu ra có công suất lớn

Thực chất khuếch đại là một quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển, trong

đó năng lượng của nguồn một chiều (không chứa đựng thông tin) được biến đổi thànhnăng lượng xoay chiều (mang thông tin) và là quá trình xử lý thông tin dạng tương tự.Phần tử cơ bản tạo nên tầng khuếch đại là phần tử điều khiển và điện trở tải R, trong đóphần tử điều khiển có nội trở trong thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển đưa tới đầuvào, do đó điều khiển được quy luật biến đổi của dòng điện, điện áp mạch ra theo quyluật biến đổi biến đổi của dòng điện, điện áp vào nhưng với biên độ lớn hơn nhiều lần

Sơ đồ khối tổng quát của một tầng khuyếch đại:

2.1.2 Các tham số cơ bản của tầng khuếch đại

- Hệ số khuếch đại K:

K =

Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một sốphức: K= |K| Exp(jφk).Phần modun |K| thể hiện quan hệ về cường độ ( biên độ) giữa cácđại lượng đầu ra và đầu vào, phần góc pha φk thể hiện độ dịch pha giữa chúng và nhìnchung độ lớn của |K| và φk thể hiện độ dịch pha giữa chúng và nhìn chung độ lớn của |K|

và φk phụ thuộc vào tần số ω của tín hiệu vào Nếu biểu diễn |K| = f1 (ω) ta nhận đượcđường cong gọi là đặc tính biên độ - tần số của tầng khuếch đại Đường biểu diễn φk= f2

(ω) được gọi là đặc tính pha – tần số của nó

Hệ số khuếch đại là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của bộ khuếch đại,

cho biết tín hiệu ở lối ra lớn hơn bao nhiêu lần so với tín hiệu ở lối vào:

+ Hệ số khuếch đại điện áp:

.

r

v

UKU

+ Hệ số khuếch đại công suất :

 , Trong đóU. v,I.v,P.v là các đại lượng ở lối vào;U.r,I.r,P.r là các đại lượng ở lối ra



Với: U1m là biên độ sóng hài cơ bản (bậc 1) có tần số ω

U2m , U3m Unm là biên độ các sóng hài bậc cao có tần số 2ω, 3ω, nω

7.2.3 Các chế độ làm việc của một tầng khuếch đại

Để tranzito là việc bình thường, tin cậy ở một chế độ xác định cần hai điều kiện sau: + Phân cực tính cho tranzito để xác định chế độ làm việc tĩnh

+ Ổn định chế độ làm việc tĩnh để trong quá trình làm việc, chế độ của tranzitohoàn toàn phụ thuộc vào tín hiệu vào

Khi thoả mãn điều kiện trên, điểm làm việc tĩnh P của tranzito sẽ cố định ở mộtđiểm trên đường tải một chiều

Xét một mạch khuếch đại như hình 7.2 (sơ đồ mắc theo kiểu EC):

+ Khi Uvào = 0 (chưa có tín hiệu vào-Tranzito làm viêc ở chế độ 1 chiều): phương trình đường tải tĩnh (đường tải một chiều): UCE = EC – ICRC

Phương trình đường tải tĩnh đi qua các điểm A(Ec; 0); B(0; EC/RC);

+ Khi Uvào ≠ 0: phương trình đường tải động (đường tải xoay chiều)

Điểm làm việc tĩnh P khi đó được xác định bởi tọa độ (UCE0, IC0) hoặc (UCE0,IB0) Tùy theo v trí c a i m l m vi c t nh (P) trên àm việc tĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các ệc tĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các ĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các ường tải tĩnh, người ta phân ra cácng t i t nh, ngải tĩnh, người ta phân ra các ĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các ường tải tĩnh, người ta phân ra cáci ta phân ra các

ch ế độ làm việc khác nhau của một tầng khuếch đại ộ làm việc khác nhau của một tầng khuếch đại àm việc tĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các l m vi c khác nhau c a m t t ng khu ch ệc tĩnh (P) trên đường tải tĩnh, người ta phân ra các ộ làm việc khác nhau của một tầng khuếch đại ần ế độ làm việc khác nhau của một tầng khuếch đại ạoi

A

+ P nằm giữa hai khoảng M N, trong đó M và N là những giao điểm củađường thẳng tải với các đường đặc tuyến ra tĩnh ứng với các chế độ tớihạn của tranzito

+ Vùng làm việc gây méo nhỏ nhất

+ Hiệu quả biến đổi năng lượng là thấp nhất

+ Tín hiệu ra thay đổi dạng như tín hiệu vào

+ Ứng dụng: là chế độ làm việc cơ bản của tầng khuyếch đại điện áp vàtầng khuếch đại công suất đơn

B

+ P trùng với điểm N

+ Vùng làm việc gây méo lớn nhất

+ Hiệu quả biến đổi năng lượng khá lớn

+ Tín hiệu ra chỉ có một nửa chu kỳ của tín hiệu vào

+ Ứng dụng: được dùng trong tầng khuếch đại công suất đẩy-kéo

AB

+ P nằm trong khoảng PN gần với N (P dịch về phía N)

+ Là chế độ trung gian của chế độ A và B

+ Vùng làm việc gây méo ít

+ Hiệu quả biến đổi năng lượng cao

+ Tín hiệu ra bị xén bớt một phần so với tín hiệu vào

+ Ứng dụng: được dùng trong tầng khuếch đại công suất đẩy-kéo

7.2 Phân cực và ổn định điểm làm việc tĩnh của Tranzito

7.2.1 Nguyên tắc chung phân cực cho tranzito

Muốn tranzito làm việc ở chế độ khuếch đại cần thoả mãn các điều kiện sau: + Tiếp giáp JE phân cực thuận

+ Tiếp giáp JC phân cực ngược

Nếu ta gọi UE, UB, UC lần lượt là điện thế của các cực emitor, bazơ, colector thìvới transistor loại pnp ta có: UE > UB > UC (7-1)+ Đối với mạch mắc EC thì: UBE = UB – UE < 0 IB < 0

Với tranzito npn thì ngược lại: UE < UB < UC (7-2)

Hướng dòng điện và điện áp thực tế trong transistor npn ngược với transistor loại pnp

7.2.2 Đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh

Đường tải tĩnh được vẽ trên họ đặc tuyến ra tĩnh để nghiên cứu mối quan hệ giữadòng điện và điện áp trên các cực của tranzito khi mắc nó trong một mạch cụ thể nào đó

Điểm làm việc tĩnh (hay còn gọi là điểm phân cực) là giao điểm của đường tải tĩnhvới đường đặc tuyến ra tĩnh xác định dòng điện và điện áp trên tranzito khi không có tínhiệu vào hay xác định điều kiện phân cực cho tranzito.

Giao điểm của đường tải tĩnh AB với đặc tuyến ra tĩnh tại giá trị IB = IB0 gọi làđiểm làm việc tĩnh P Từ P gióng xuống các trục toạ độ tìm được IC0, UCE0 Các giá trị IB0,

IC0, UCE0 xác định chế độ tĩnh của tranzito khi chưa có tín hiệu vào

7.2.3 Ổn định điểm công tác tĩnh khi nhiệt độ thay đổi

Tranzito là linh kiện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, hai đại lượng phụ thuộc rõ rệtnhất vào nhiệt độ là điện áp UBE và dòng điện ngược ICBo Nhưng ảnh hưởng của nhiệt độtới dòng ICB0 lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của nhiệt độ tới điện áp UBE Do đó, khi nóitới ổn định nhiệt cho tranzito là nói tới ổn định nhiệt cho dòng ICBo Khi ICBO tăng làm cho

IC tăng, mật độ các hạt dẫn qua chuyển tiếp colecto tăng lên làm cho sự va chạm giữa cáchạt với mạng tinh thể tăng Hiệu ứng này làm thay đổi điểm công tác tĩnh, bởi vậy khi nóinhiệt độ làm ảnh đến điểm công tác tĩnh thường chỉ quan tâm đến dòng ICBo với hàm chỉ

sự thay đổi của dòng IC khi dòng ICBo tăng

Để đánh giá độ ổn định nhiệt của tranzito người ta đưa ra hệ số ổn định nhiệt củatranzito:

C CBo

I S I

tĩnh

Trong đó IC  IB  (1   ).ICBo

Biến đổi ta có:

C

B CBo

C

I 1 S

nhỏ có thể bỏ qua → B C

B

EIR

 IC = .IB; (7-5)







C

B CBo

b Phân cực tranzito bằng điện áp phản hồi.

Một phần điện áp ra UCE được đưa về

đầu vào qua RB tạo nên dòng IB điều khiển

cho sơ đồ (hình 7.5)

Ở cách mắc này, lợi dụng sự tăng của

dòng IC làm giảm dòng IB dẫn tới dòng IC

giảm, đưa dòng IC quay trở về giá trị ban đầu

Ta có phương trình điện áp ở mạch ra:

S không cố định mà phụ thuộc vào RB và RC Nếu chọn RB << RC thì S gần tới 1 đơn vị

do vậy mặc dù có RB thì hệ số ổn định nhiệt S không giảm xuống nhỏ hơn 1

Sơ đồ này có độ ổn định nhiệt tốt hơn mạch phân cực bằng dòng không đổi, tuynhiên cả hai mạch phân cực này không thể tăng độ ổn định nhiệt lên cao vì điểm làm việctĩnh và độ ổn định nhiệt của mạch phụ thuộc

lẫn nhau nên chất lượng ổn định không cao

đó chính là một nhược điểm gây khó khăn

cho vấn đề thiết kế loại mạch này

c Phương pháp tự phân cực.

Trong sơ đồ này, điện trở R1, R2 tạo

thành bộ phân áp tạo điện áp UB đặt vào cực

Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý tương

đương, ta có các công thức tính sau:

Hình 7.7 Sơ đồ tương đương mạch

tự phân cực theo định lí Tevenin

U

BE

R R có giá trị nhỏ nhất và không phụ thuộc vào RC

do đó sơ đồ phân cực này được sử dụng nhiều trong thực tế

7.3 Hồi tiếp

Hồi tiếp là quá trình đưa một phần tín hiệu từ đầu ra quay về đầu vào vớimục đích thay đổi các tham số cũng như chế độ làm việc cho bộ khuếch đại Hồitiếp cho phép cải thiện các tính chất của

bộ khuếch đại, nâng cao về chất lượng

Giả sử bộ khuếch đại có hệ số

khuếch đại K. , mạch hồi tiếp có hệ số

truyền đạt . (hình 2.8), nói chung là những

Uht: tín hiệu hồi tiếp

Ta hãy xét một thí dụ hồi tiếp điện áp

nối tiếp hay được dùng, có sơ đồ như hình 7.9

U

K =U

Nếu  =k, thì exp(j) = exp(j) = -1, nên K  K

Hình 7.8 Sơ đồ hồi tiếp trong mạch khuếch đại

Hình 2.9 Sơ đồ hồi tiếp điện áp nối tiếp

ta có hồi tiếp dương.

Để đánh giá mức độ ổn định của bộ khuếch đại, ta đưa vào tỷ số dK

K gọi là hệ sốkhông ổn định Hệ số này càng nhỏ thì hệ càng ổn định Ta hãy tính hệ số không ổn địnhkhi có hồi tiếp bằng cách lấy vi phân biểu thức của Kht (7-10):

Trở kháng vào khi có hồi tiếp âm cũng tăng lên Thật vậy, vì UVUYUht mà

âm còn làm giảm hệ số méo tần số và méo pha, làm cho đặc tuyến tần số bằng phẳnghơn Vì vậy hồi tiếp âm được dùng trong hầu hết các bộ khuếch đại

Xét tương tự với hồi tiếp dương, ta thấy hồi tiếp dương tuy có làm tăng hệ số khuếch đạinhưng lại làm giảm độ ổn định, giảm trở kháng vào Vì thế, hồi tiếp dương không đượcdùng trong khuếch đại Tuy nhiên, trong hồi tiếp dương, nếu .K tiến đến xấp xỉ bằng 1,thì .

7.4.1 Tầng khuếch đại Emito chung (EC)

- Sơ đồ nguyên lý cho ở hình 7.10

Trên sơ đồ, các tụ C1, C2 là các tụ nối tầng Tụ C1 ngăn ảnh hưởng của nguồn tínhiệu đến chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại theo dòng một chiều đồng thời dẫn tínhiệu xoay chiều đến cực gốc của tranzito Tụ C2 để ngăn thành phần một chiều không choqua tải và dẫn tín hiệu xoay chiều từ cực góp ra tải Bộ phân áp R1, R2 để xác định chế độtĩnh của tầng (xác định UB0) Điện trở RE để tạo phản hồi âm theo thành phần dòng mộtchiều IE để ổn định điểm làm việc tĩnh của tầng khuếch đại khi nhiệt độ thay đổi Tụ CE đểngăn phản hồi âm theo thành phần dòng xoay chiều IE, là phản hồi làm giảm hệ số khuếchđại của tầng khuếch đại Dòng điện tĩnh của phần tử điều khiển IC được tạo thành do dòngđiện tĩnh IE thông qua sự điều khiển của RE và dòng IB.

- Nguyên lý hoạt động của tầng khuếch đại:

+ Khi chưa có tín hiệu vào (uv = 0) thì tầng khuếch đại làm việc ở chế độ tĩnh với phụ tảitĩnh Khi đó dòng điện trong tầng khuếch đại và điện áp giữa các điểm là dòng điện vàđiện áp một chiều, ura= 0 Khi đó phương trình đường tải tĩnh là:

RC tạo nên điện áp xoay chiều trên Colecto Điện áp này thông qua tụ C2 sẽ được đưa tớiphụ tải

Khi có tín hiệu vào (uvào ≠ 0) thì dòng iB thay đổi, iB được coi là tổng của thànhphần một chiều IB0 (xác lập trong chế độ tĩnh) và thành phần xoay chiều do uvào tạo ra: iB=

IB0+ iB~ iB = IBM sint

Hình 7.10 Tầng khuếch đại Emito chung Hình 7.11 Chế độ làm việc tĩnh

iC = IC0 + ICM sintDòng iC tạo trên điện trở RC một lượng điện áp biến thiên, chính điện áp biến thiên nàyđược đưa tới đầu ra Do đó đường tải động phải đi qua điểm làm việc tĩnh.

Đường tải động biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp cực góp với thành phần xoaychiều của dòng điện cực góp

sẽ dao động xung quanh điểm làm việc tĩnh Từ đó ta thấy nếu muốn tín hiệu ra không bịméo so với tín hiệu vào thì điểm làm việc trong chế độ động (ứng với tín hiệu vào là lớnnhất hoặc bé nhất) không được rơi vào vùng bão hòa cũng như vùng cắt dòng trên đặctuyến Tức là:

Các tụ điện CE, CC là các tụ điện ký sinh của các tiếp giáp trên tranzito, CE là điệndung của tiếp giáp phát, CC là điện dung của tiếp giáp góp, CP là điện dung ký sinh củaphụ tải Ở những tần số thấp và trung bình thì trở kháng của các tụ điện ký sinh CE, CC cógiá trị lớn

- Các tham số cơ bản:

Khi tầng khuếch đại làm việc với tín hiệu hình sin với tần số trung bình thì trởkháng các tụ C1, C 2 nhỏ, CE, CC, CP lớn, do đó có thể bỏ qua ảnh hưởng của các tụ nàytrong sơ đồ thay thế

34

Hình 7.12 Sơ đồ tương đương tầng khuếch đại EC làm việc ở chế độ tín hiệu bé.

+ Điện trở vào của tầng: RV = (R1//R2//rv):

r R

 (7-14)Nếu coi Rv  rv và rC >> (RC//Rt) thì biểu thức tính hệ số khuếch đại dòng gần đúng là:

 Hệ số này tương đối lớn Nếu RC >> Rt thì K  

+ Hệ số khuếch đại điện áp: U r t t i t



 (7-15)

ta thấy  càng lớn và điện trở mạch ra của tầng càng lớn so với điện trở mạch vào thì hệ

số khuếch đại càng lớn, thường vào cỡ 20 đến 100

+ Hệ số khuyếch đại công suất: KP = Ku.Ki, khoảng (0,2  5).103

.

+ Điện trở ra: Rr = (RC//rC) Vì rc >>RC nên Rr  RC

Tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại dòng và áp khá lớn, nếu chọn RC đủ lớn thì

KI ≈ β do đó hệ số khuếch đại công suất lớn Đây là tầng khuếch đại đảo pha, tín hiệu rangược pha so với tín hiệu vào Mạch khuếch đại mắc theo kiểu EC được dùng khá phổbiến vì có các tham số tốt

7.4.2 Tầng khuếch đại Colecto chung (CC)

- Sơ đồ nguyên lý cho ở hình 7.13

35

Hình 7.13 Tầng khuếch đại Colecto chung

Phân áp R1, R2 làm nhiệm vụ chọn điểm làm việc tĩnh Các tụ C1, C2 là các tụ nốitầng Điện trở RE dùng để tạo điện áp rơi xoay chiều từ đó dẫn qua tụ C2 sang phụ tải Việc tính toán chế độ một chiều của tầng khuếch đại góp chung giống như tínhtoán trong tầng khuếch đại phát chung Việc tính toán chế độ xoay chiều trong chế độ tínhiệu bé được dựa trên sơ đồ thay thế tương đương Để đơn giản, giả thiết tầng khuếchđại làm việc ở tần số trung bình, khi đó bỏ qua sự ảnh hưởng của các tụ điện.

+ Mạch khuếch đại CC tuy không khuếch đại được điện áp (hệ số khuếch đại điện áp KU

= 1) nhưng vẫn khuếch đại được công suất, do đó nó thường được mắc ở tầng ra củamạch khuếch đại công suất để dễ dàng phối hợp trở kháng

+ Điện áp ra vẫn giữ nguyên pha như ở đầu vào, biên độ coi như bằng biên độ điện ápđầu vào (được gọi là mạch khuếch đại lặp lại)

7.4.3 Tầng khuếch đại Bazo chung (BC)

- Sơ đồ nguyên lý cho ở hình 7.14

Các phần tử Ec, RE để xác định dòng tĩnh IE Các phần tử còn lại cũng chức nănggiống như sơ đồ EC

Vị trí của điểm làm việc tĩnh được chọn bằng phương pháp dòng điện cực gốc ổnđịnh với điện trở RB Tụ C1 đảm bảo trên điện trở RB chỉ có thành phần một chiều Việctính toán tầng khuếch đại gốc chung theo thành phần xoay chiều đối với tín hiệu bé đượcthực hiện trên sơ đồ thay thế tương đương Để đơn giản, giả thiết tầng khuếch đại làmviệc ở tần số trung bình, khi đó bỏ qua sự ảnh hưởng của các tụ điện

R

 (7-18)+ Hệ số khuếch đại điện áp: C t

u

R // RK



 (7-19)

- Đặc điểm:

+ Hệ số khuếch đại Ku và Ki bé hơn ở kiểu mắc EC

+ Mạch khuếch đại BC không làm đảo pha tín hiệu vào

+ Điện trở đầu vào nhỏ, khoảng (10 ÷ 50)Ω); Điện trở vào nhỏ là nhược điểm cơ bản củatầng BC vì tầng đó sẽ là tải lớn đối với nguồn tín hiệu vào, do đó tầng khuếch đại BCthường được dùng làm cuối trong bộ khuếch đại nhiều tầng

7.5 Ghép giữa các tầng khuếch đại

Trong thực tế tín hiệu đầu vào thường rất nhỏ (mV hoặc •V) mà điện áp đầu ra đòihỏi có giá trị đủ lớn, hệ số khuếch đại lên tới hàng nghìn hàng vạn lần, một tầng khuếchđại không thể đảm nhiệm được mà phải ghép nhiều tầng khuếch đại với nhau

Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại nhiều tầng:

Trong sơ đồ này, tín hiệu ra của tầng đầu hay của tầng trung gian bất kỳ sẽ là tínhiệu vào của tầng sau và tải của một tầng sẽ là điện trở vào của tầng sau đó Điện trở vào

và ra của bộ khuếch đại được tính theo tầng đầu và tầng cuối

Khi đó hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại nhiều tầng bằng tích hệ số khuếch đạicủa mỗi tầng (tính theo số lần): K = Ku1.Ku2.Ku3 Kun

Một linh kiện muốn làm được nhiệm vụ ghép tầng thì phải đồng thời làm tốt hainhiệm vụ sau:

+ Về mặt điện một chiều: phải cách ly hoàn toàn tầng trước và tầng sau

Hình 7.15 Sơ đồ ghép giữa các tầng khuếch đại

+ Về mặt điện xoay chiều: phải nối thông được hoàn toàn từ tầng trước sang tầngsau, tổn hao thất thoát là ít nhất.

Việc ghép giữa các tầng khuếch đại có thể dùng tụ điện hoặc máy biến áp

có nhiệm vụ khử các thành phần xoay chiều sang tầng khuếch đại khác và chạy về quanguồn cung cấp

Việc tính toán các tham số cho mỗi tầng khuếch đại được thực hiện như cách tínhtoán trong các sơ đồ khuếch đại dùng tranzito với việc thay Rt của tầng trước bằng Rv củatầng sau Như vậy việc tính toán sẽ bắt đầu từ tầng cuối cùng lần lượt cho đến tầng đầu tiên

Ảnh hưởng của tụ nối tầng thể hiện rất rõ khi Ku 0 khi f0 Nghĩa là trị số của tụ

có ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại ở miền tần thấp.Do đó,điện dung các tụ phải chọn saocho ở dải tần thấp thì dung kháng của tụ phải rất nhỏ đối với tổng trở vào của tầng sau đểsụt áp trên tụ nhỏ, không ảnh hưởng đến tín hiệu truyền đi

+ Ưu điểm: Mạch điện đơn giản, gọn nhẹ, bền chắc được dùng rộng rãi trong các mạch rờirạc, chế độ làm việc một 1 chiều đã được xác định của hai tầng không ảnh hưởng lên nhau.+ Nhược điểm: Đặc trưng khuếch đại không đồng đều trong dải tần số làm việc (mạchkhông khuếch đại được tín hiệu có tần số thấp); khó thích ứng trở kháng, hiệu suất nhỏ

do luôn có sụt áp một chiều qua tải và gây nên sự di pha có thể ảnh hưởng tới tính ổnđịnh của bộ khuếch đại

- Ghép tầng bằng máy biến áp và tụ điện

+ Sơ đồ ghép tầng cho ở hình 7.17

38

Hình 7.16 Sơ đồ ghép tầng bằng điện trở và tụ điện

Mỗi tầng khuếch đại có điểm làm việc tĩnh được chọn nhờ bộ phân áp R1,R2, RE ,

CE có tác dụng ổn định nhiệt cho điểm làm việc tĩnh Tụ C1 ngăn cản thành phần mộtchiều tác động vào nguồn, tụ C2 dẫn dòng xoay chiều và ngăn cản thành phần một chiều

ra cuộn thứ cấp máy biến áp

+ Ưu điểm: Sụt áp một chiều trên cuộn sơ cấp có trị số nhỏ, điều này cho phép tăng hiệusuất của mạch cũng như tăng biên độ điện áp ra Ngoài ra, biến áp có thể dễ dàng phốihợp trở kháng rất tốt giữa tầng trước và tầng sau, giữa tải và tầng ra, dễ dàng thực hiệnmạch ra đối xứng

7.6 Tầng khuếch đại công suất

7.6.1 Khái quát chung về khuếch đại công suất (KĐCS).

Tầng khuếch đại công suất là tầng cuối cùng mắc với tải ngoài để nhận được côngsuất tối ưu theo yêu cầu của phụ tải

Tầng KĐCS có thể dùng tranzito lưỡng cực hoặc IC khuếch đại công suất Theocách mắc tải có thể chia thành tầng có biến áp ra và không có biến áp ra

Ba chế độ thường dùng cho tầng KĐCS là: chế độ A, B và AB Chế độ A đượcdùng trong tầng khuếch đại công suất đơn, đảm bảo tín hiệu ra méo ít nhất, nhưng hiệu suấtlại nhỏ nhất, khoảng 20% và công suất ra tải chỉ vài W Chế độ B, khi có tín hiệu vào, dòngcolecto chỉ xuất hiện ứng với nửa chu kỳ dương, còn nửa âm của chu kỳ tranzito khóa Ởchế độ B hiệu suất của tầng ra cao (60-70%) và có khả năng cho công suất ra tải lớn Tuynhiên méo  với chế dộ này lớn Chế độ AB là chế độ trung gian giữa A và B khi điểm làmviệc tĩnh được dịch chuyển lên trên điểm làm việc tĩnh của chế độ B

7.6.2 Tầng khuếch đại công suất đơn (có biến áp ra)

Hình 7.17 Sơ đồ ghép tầng bằng biến áp và tụ

Sơ đồ mạch khuếch đại công suất dùng tranzito làm việc ở chế độ A mắc theomạch phát chung EC được trình bày như hình 2.18 Trong sơ đồ, điểm làm việc tĩnhđược chọn nhờ bộ phân áp R1,R2, ổn định vị trí làm việc được thực hiện nhờ RE,CE.Máy biến áp có nhiệm vụ phối hợp trở kháng đầu ra lớn của tầng với trở kháng nhỏ củaphụ tải

Vì đây là tầng khuếch đại công suất, dòng và áp thường lớn do đó việc lựa chọn

bộ phân áp, bộ ổn định cho điểm làm việc tranzito phải thật cẩn thận Trong sơ đồ thì RE

được chọn không quá vài chục Ω); nên việc lựa chọn CE để khử hồi tiếp dòng xoay chiềuphải phù hợp Trong chế độ một chiều thì tải chỉ có RE do đó đường tải tĩnh gần nhưthẳng đứng Điểm làm việc tĩnh P được lựa chọn sao cho công suất tỏa ra trên cực gópcủa tranzito phải nhỏ hơn công suất cho phép trên cực góp của tranzito đã chọn

Các tham số cơ bản như sau: Số liệu ban đầu dùng để tính toán là công suất ra tải

Pt và điện trở tải Rt.+ Điện trở tải xoay chiều quy về cuộn sơ cấp của MBA:

+ Công suất tiêu thụ của nguồn cung cấp: P0 = EC.ICO (7-22)+ Hiệu suất của mạch colecto (hiệu suất năng lượng của tranzito):

Hình 7.18 Tầng khuếch đại công suất đơn làm việc ở chế độ A a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đặc tuyến của tầng khuếch đại công suất đơn

40

S ơ đồ nguyên lý ồ nguyên lý nguyên lý