các loại mạch phân cực cho BJT

4.1 GIỚI THIỆU ĐIỂM LÀM VIỆC Q:Mạch phân cực cho transistor là mạch cung cấp năng lượng một chiều DC cho transistor cho lớp chuyển tiếp JE và JC phân cực để xác định trạng thái làm viêc

PHÂN CỰC CHO TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT

(BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR)

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

4.1 GIỚI THIỆU ĐIỂM LÀM VIỆC Q:

Mạch phân cực cho transistor là mạch cung cấp năng lượng một chiều DC cho transistor (cho lớp chuyển tiếp JE và JC

phân cực) để xác định trạng thái làm viêc của BJT.Để thiết kế một mạch điều khiển hay một mạch khuếch đại, ta phải thiết

kế mạch phân cực chế độ tĩnh DC và chỉ khi BJT được phân cực ở một trong các chế độ xác định như chế độ ngắt , chế độ dẫn hoạc chế độ bão hòa, lúc đó mạch mới có thể hoàn thành chức năng tiếp theo là khuếch đại tín hiệu xoay chiều.

Đối với BJT, ta phải xác định vị trí tĩnh điểm Q trên họ đặng tuyến ngõ ra

Giả sử đặc tuyến ngõ ra IC=f(VCE)|IB=const của mạch mắc EC

Khi mạch được phân cực ở

Qo:JE phân cực thuận, JC

phân cực ngược, BJT phân

cực ở chế độ dẫn

I Bmin ≤ I BQ ≤ I Cmax

I CEO ≤ IBQ ≤ I Cmax

V CEsat ≤ V CEQ ≤ V CEmax

I CQ2 = I Cmax

V CEQ2 =V CEsat = 0.2V≈0

P CEQ2 = I Cmax V CEsat≈0

Khi mạch được phân cực ở Q1:JE phân cực nghịch, JC phân cực nghịch, mạch điện

Chế độ phân cực DC của BJT thường bị phụ thuộc vào:

•Nhiệt độ tác động lên mạch

•Nhiệt độ môi trường.

•Nhiệt độ tích lũy trong linh kiện bán dẫn khi hoạt dộng

trong thời gian dài.

 Cần phải thiết kế có sự ổn định nhiệt độ, để khi có sự

thay đổi nhiệt độ thì sự thay đổi của điểm làm việc là nhỏ nhất, sự ổn định điểm làm việc được chỉ định bởi hệ số ổn định S.

Dòng rỉ:

Trong đó là độ biến thiên nhiệt độ làm dòng điện bão

1

1 2

T

T

T T

VBE   ( 2  2 , 5 ) /o



Hệ số truyền đạt dòng điện:

Điểm làm việc của điện tích Q khi nhiệt độ thay đổi:

Tiêu chuẩn đánh giá sự bất ổn của mạch theo nhiệt độ là S, các hệ số bất ổn định là:

V

I V

B B

( 1)

B

E CBO

B E

R R

S I

R R

1 1

R

) 1 (

1    

E

BR

E B

BE

R R

V

S

) 1 (

1 )

E B E

R I

R S

R R

Từ công thức trên, ta thấy các hệ số bất ổn định nhiệt

Tóm lại sự thay đổi của dòng IC theo các thông số của Transistor khi nhiệt độ thay đổi là:

Để mạch ổn định thường chọn:

Tóm lại, khi nhiệt độ tăng cao, điểm Q bị dịch chuyển tại các vị trí Q0, Q1, Q2 do đó có thể đánh giá sự thay đổi đó qua công thức bất ổn định:

Lý tưởng nhất khi S = 1 mạch ổn định nhất Để tính toán S ta xét mạch khuếch đại được phân cực sử dụng BJT loại NPN (Si).

S 

VBB = IBRBB +VBE + IERE

IC =  IE + ICEO

 CEO

C C

E

B E

B E

BE BB

R R

R R

R R

V

V I

) 1

( )

1 (

Ta thay vi phân 2 vế ta được

) 1

B E

CBO

C

R R

R R

BB E

R R

R

R S

) 1 (

) 1 (

Thường để mạch ổn định ta thường chọn

Ta nhận được

Theo khung mạch vòng kín VCC, RB, VBE ta có phương trình phân cực như sau:

BE B

BE CC

BQ

R

V R

V V

, 0 2 , 0

) ( 7

, 0 6 , 0

Ge V

Si V

Phương trình đường tải tĩnh => V CEQ V CC  I CQ R C

Điểm Q được xác định trên đồ thị đặc tuyến ngõ ra hình trên Q(ICQ;VCQ) là giao điểm của đặc tuyến phi tuyến của BJT và đường tải tĩnh DCLL (Direct current load line).

Phân tích mạch phân cực của BJT là xác định trạng thái làm việc của mạch điện tử, là

vị trí của tĩnh điểm Q trên đồ thị họ đặc tuyến ngõ ra.

Nếu vị trí điểm Q tại điểm Q2(ICQ2;VCEQ2), lúc này PQ2=ICQ2.VCEQ2 ≠ 0 Mạch đang được phân cực ở trạng thái dẫn khuếch đại.

Nếu vị trí điểm Q tại điểm Q3(ICQ3; VCEQ3), lúc này ICQ3=ICmax; VCEQ3= VCEsat≈ 0,1V

Do đó PQ3= ICQ3.VCEQ3 ≈ 0 Ta có thể xác định nhanh các mức giá trị trong vùng bão hòa như sau: Do dòng điện bão hòa ICsat tương đối cao còn điện áp VCE xem như bằng 0V Áp dụng định luật Ohm để tính điện trở mối nối CE:

CE CE

I

V I

V R

Đối với mạch phân cực cố định khi transistor ở chế độ bảo hòa thì sơ

đồ mạch như hình dưới, điện áp rơi trên RC chính bằng Vcc và dòng điện

IC bão hòa có giá trị:

C

CC Csat

4.3.2 Mạch phân cực định dòng IB có điện trở RE (RE khác 0):

Mạch phân cực BJT có thêm điện trở cực E

Xét khung mạch vòng kín VCC, VBE, RE khung (1) ta có:

E E BE

B B

B B

Xét khung (2) ta có phương trình đường tải tĩnh DCLL:V CC  I E R E V CE  I C R C

Thay thế IE IC và suy ra điện áp VCE: V CEQ V CC  I CQ ( R C  R ) E

Điện áp tại cực Emitter VE: V E  I E R E V RE

Điện áp tại cực Collector VC: V C V CE V E Hay V C V CC I C R C

Điện áp tại cực Base VB:

B B CC

B V I R

) 1 (

) 1 (

B E

E

B E

R R

R R

R

R

R S

4.3.3.Mạch phân cực cầu phân áp:

B B

B CC

TH

R R

R V

V





Theo mạch vòng (1), dòng điện IB có thể xác định bằng định như sau:

B1 B 2

R V V

E

E E

Điểm tĩnh Q không phụ thuộc vào hệ số 

4.3.4.Mạch phân cực hồi tiếp từ Collector:

E E BE

B B C

E E

RB mắc hồi tiếp có tác dụng ổn định và bảo vệ mạch

Khi IC trên tải tăng do nhiệt độ tăng hoặc do chập mạch trên tải Chuyển tiếp JC đang phân cực nghịch bị đánh thủng làm hỏng BJT RB mắc hồi tiếp để bảo vệ BJT giảm sự thay đổi trên tải tự động ổn định mạch

Điện trở hồi tiếp RB nhằm ổn định mạch theo phương trình phân cực nhưsau:

Theo khung mạch vòng (2) ta có:

4.4.4.Phân tích đường tải một chiều DCLL:

Đường tải DCLL

Mối liên hệ giữa 2 biến IC và VCE ;

C C CC

Khi giá trị điện trở RB thay đổi dẫn tới dòng điện IB thay đổi theo, kếtquả là điểm tĩnh Q sẽ di chuyển lên hoặc di chuyển xuống như hình a.Nếu điện áp VCC và IB giữ cố định và điện trở RC thay đổi thì đường tải

sẽ dịch chuyển như hình b

a) Điểm Q thay đổi theo dòng I B b) Sự thay đổi R C .

Nếu RC cố định và VCC thay đổi thì đường tải dịch chuyển như hình:

Đường tải một chiều DCLL hợp với trục VCE một góc α, khi đó ta có:

C

1 tg

R

1 tg

( R R )



HayNhư vậy tùy theo yêu cầu thiết kế và giá trị VCC ta có các đường tảiDCLL khác nhau

4.5 THIẾT KẾ MẠCH PHÂN CỰC:

4.5.1.Thiết kế mạch kiểu định dòng:

Ví dụ 4.8:Cho đặc tính của transistor hãy xác định Vcc, R B và R C của mạch

Ví dụ 4.9:Cấu hình mạch phân cực hình vẽ có các thông số cho trước

I CQ = ½ I CSat , I CSat = 8mA và  = 110 Hãy xác định R C , R E và R B

4.5.2 Thiết kế mạch kiểu cầu phân áp:

Ví dụ 4.10: Cho I CQ = 2mA và V CEQ = 10V , hãy xác định R 1 và R C của mạch điện như hình vẽ.

4.5.2.Thiết kế mạch phân cực với điện trở ổn định cực E (RE):

Ví dụ 4.11: Hãy xác định các giá trị điện trở của mạch điện hình vẽ với

điểm làm việc và điện áp nguồn cung cấp cho trong mạch cho trước.

4.5.3.Thiết kế mạch phân cực phân áp với điện trở RE

Ví dụ 4.12: Hãy xác định các giá trị điện trở của mạch điện hình vẽ với

điểm làm việc và điện áp nguồn cung cấp cho trong mạch khi biết V CC và

I C = 10mA.