mạch phân cực BJT và FET (powerpoint)

•Phân tích gần đúng: Cấu hình mạch phân áp ngõ vào có thể thay thế bằng mạch điện sau: Điện trở Ri là điện trở tương đương giữa cực B và mass – đã xác định ở phần trước bằng β + 1 RE..

CHƯƠNG 4+6 MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR

II PHÂN CỰC CHO BJT

1 Các dạng mạch phân cực:

a Mạch khuếch đại phân cực định dòng:

Vẽ lạïi mạch

•Xét mạch vòng BE:

BE B

R

V

V

Áp dụng định luật Kirchhoff:

Suy ra dòng điện IB:

Xét mạch vòng CE:

B

I = β

C C CE

b Mạch phân cực bằng cầu phân áp:

•Phân tích chính xác:

2

1 R R

RTh =

2 1

2 2

R R

R V

Xác định điện trở Thevenin RTh Xác định điện áp Thevenin Eth:

Dòng điện IB có thể xác định bằng định luật Kirchhoff:

Thay thế dòng IE = (β + 1) IB vào suy ra dòng IB:

BE

Th B

R R

V

E I

) 1

•Phân tích gần đúng:

Cấu hình mạch phân áp ngõ vào có thể thay thế bằng mạch điện sau:

Điện trở Ri là điện trở tương đương giữa cực B và mass – đã xác định ở phần trước bằng (β + 1) RE Nếu Ri lớn hơn nhiều

so với R2 thì dòng IB nhỏ hơn dòng qua R2 rất nhiều có nghĩa là dòng I1 xấp xỉ bằng dòng I2

Khi đó điện áp trên R2 bằng điện áp VB xác định bởi phương trình:

• Có thể xem Ri = ( β + 1) RE ≅ β RE thì điều kiện để thỏa mãn phép tính gần đúng là

• Xác định điện áp VE:

• Xác định dòng điện IE:

• Và có thể xem:

• Điện áp VCEQ:

**Vậy điểm tĩnh Q không phụ thuộc vào hệ số β

2 1

2

R R

V = −

E

E E

c Mạch phân cực hồi tiếp từ collector :

Xét mạch vòng BE:

Có thể xem:

E E BE

B B C

C

CC I R I R V I R

B C

• Thế vào phương trình trên được:

• Suy ra dòng điện IB:

• Nếu β(RC +RE ) lớn hơn RB rất nhiều thì:

** Vậy khi đó ICQ không phụ thuộc vào hệ số β

B B E

C B

BE

) ( C E

B

BE

CC B

R R

R

V

V I

+ +

−

=

β

E C

BE CC

E C

BE CC

E C

B

BE

CC CQ

R R

V

V R

R

V

V R

R R

V

V I

+

−

= +

−

= +

+

−

=

) (

)

β β

Xét mạch vòng CE:

Áp dụng định luật Kirchhoff được phương trình:

CE E

E C

2 Phân tích đường tải:

 Đường tải dc (DCLL – DC load

line)

• Thiết lập một phương trình ngõ

ra diễn tả mối liên hệ giữa 2 biến

IC và VCE :

• Hay:

•

C C CC

C

CC CE

C

C

R

V V

R

Phương trình trên chính là phương trình đường tải dc của mạch

Đồ thị đường tải DCLL của mạch trên đường đặc tuyến ngõ ra của transistor trên hình sau:

điểm tĩnh Q sẽ di chuyển lên

hoặc di chuyển xuống như hình

định và điện trở Rc thay đổi thì

đường tải sẽ dịch chuyển như

hình b

Nếu RC cố định và Vcc thay đổi thì đường tải dịch chuyển như hình sau

Đường tải ac (ACLL – AC load line):

• Ta có phương trình ngõ ra chỉ với tín hiệu ac:

• Mà và

• Vậy và

0 )

C

R R

C i I

CQ C

c i I

CEQ ce

v = +

CEQ CE

ce v V

• Vậy phương ngõ ra khi có nguồn tín hiệu ac là:

• Hay:

Phương trình trên chính là phương trình đường tải ac của mạch

)

( )

||

(

1 )

L C

CQ

R R

I

CQ L

C

CEQ CE

L C

R R

V v

R R

)

||

( )

||

(

1

Đồ thị của ACLL và DCLL:

ACLL và DCLL luôn luôn giao nhau tại điểm làm việc tĩnh Q

• Tầm dao động cực đại của tín hiệu ngõ ra

(maxswing):

• Maxswing

có nghĩa là ta chọn giá trị nhỏ nhất của

trong 2 đại lượng và để tín hiệu ra

không bị méo dạng.

• Trong đó đối với mạch đang xét.

[ vce ( p − p ) ] = 2 vce ( p ) = 2 × min[ VCEQ, ICQRac ]

CEQ

V ICQRac

L C

ac R R

3 Hệ số ổn định nhiệt

• Các yếu tố gây bất ổn định điểm làm việc đó là: điện áp nguồn cung cấp, nhiệt độ… Ở đây ta chỉ xét đến yếu tố

nhiệt độ vì nó liên quan đến vấn đề phân cực cho transistor

• Khi nhiệt đồ thay đổi sẽ ảnh hưởng đến các thông số của transistor, thể hiện bởi các tham số sau:

- Dòng rỉ:

Trong đó là độ biến thiên nhiệt độ làm dòng điện bảo hòa ngược tăng gấp đôi thường bằng 10oC

- Hệ số truyền đạt dòng điện , :α β

- Điện áp VBE ứng với IB = const:

*

1 2

2 ) ( )

T T CO

1

1 2

T

T

T T

−+

= β β

C mV

V BE = −(2 ÷ 2,5) /o

∆

Vậy khi nhiệt độ làm việc của transistor bị thay đổi làm các thông số trên của transistor thay đổi theo kết quả là điểm làm việc Q bị dịch chuyển trên đặc tuyến ngõ ra

Tiêu chuẩn đánh giá sự bất ổn định của mạch theo nhiệt độ là

S, các hệ số bất ổn định là:

• Hệ số ổn định dòng điện:

• Hệ số ổn định điện áp:

• Hệ số ổn định hệ số khuếch đại dòng điện:

CO

C CO

I

I I

S

∆

∆

= ) (

BE

C BE

V

I V

Ví dụ : Xét sự bất ổn định nhiệt của mạch hình sau:

Giải:

Xét mạch vòng có chứa VBE

E E

BE B

B

CO E

α CO

C E

CO BE

E B

C

E CO C

BE B

C CO

C CC

R R

I V

R R

I

R I

I V

R I I

I V

− +

E

B E

B E

BE CC

R R

R

R R

R

V

V I

) 1

( )

1 (

)

(

α α

α

− +

+ +

− +

• Thay vào biểu thức (**), ta có:

CO E

B

B E

E B

BE

CC

R R

R

R R

R

V

V I

) 1 (

) 1

( )

1 (

)

(

+ +

+ +

+ +

β

E B

B

E CO

R R

R

R I

S

) 1 (

) 1 (

)

(

+ +

+ +

=

β β

(***)

(1)

• Nếu thì ta có

• Nếu thì ta có

• Nếu thì ta có

) 1 ( +

1 < < β +

E

BR R

) 1 (

R

R I

B

E CO

R R

R

R I

S

) 1 (

) 1 (

)

(

+ +

+ +

=

β β

Và cũng từ công thức (***), ta có:

• Từ công thức (1), (2), (3) ta thấy các hệ số bất ổn định nhiệt này có giá trị biên độ lớn nhất khi khi RE có giá trị nhỏ và RB có giá trị càng lớn Vậy RE đóng vai trò ổn định nhiệt cho mạch

E B

BE

R R

V

S

)1(

1)

(

++

−

=

β β

) 1

(

) 1

( )

(

2 1

1

E B E

B C

R R R

R I

S

+ +

+

=

β β

β

(2)

(3)

) 1 ( +

〉〉 β

E

B

R R

4 Thiết kế mạch phân cực:

Ví dụ 1: Cho mạch như hình vẽ, Hãy xác định R B và R C của mạch để Q(4mA, 10V) Biết transistor có β = 100.

V

V R

Ví dụ 2: Hãy xác định các giá trị điện trở của mạch điện hình sau với điểm làm việc Q(2mA; 10V) và điện áp nguồn cung cấp cho trong mạch.

V E CC 20 2

10

1 10

V I

V R

C

E E

E

22

V I

V V

V I

V R

C

E CE

V I

V V

V R

B

E BE

CC

33 , 13

2 7

, 0 20

µ

Ví dụ 3: Hãy xác định các giá trị điện trở của mạch điện hình sau với điểm làm việc Q(10mA; 8V) và điện áp nguồn cung cấp cho trong mạch.

V V

V

V E CC 20 2

10

1 10

V I

V R

C

E E

E E

V I

V V

V I

V R

C

E CE

20

V V

V V

V

VB = BE + E = 0 , 7 + 2 = 2 , 7

• Khi đó có thể chọn:

R V

2 1

− Ω

V

R

V R

B

7 , 2

20

2 2

1

III MẠCH PHÂN CỰC FET

• Một sự khác nhau rõ rệt giữa phân tích transistor BJT và transistor FET là đối tượng điều khiển đối với transistor BJT là dòng điện còn đối với transistor FET là điện áp

• Mối quan hệ tổng quát có thể được áp dụng để phân tích dc cho tất cả các mạch khuếch đại dùng FET:

D

V

V I

I

T GS

D k V V

1 JFET

a Mạch phân cực cố định

• Ta có

• Do VGG là điện áp cung cấp cố

định nên điện áp VGS cũng có

giá trị cố định nên mạch được

gọi là mạch phân cực cố định

• Dòng điện ID được xác định

D

V

V I

I

Phân tích bằng đồ thị đòi hỏi phải vẽ đồ thị của phương trình Shockley

• Trong hình trên ta vẽ đường thẳng tại điểm có giá trị điện áp VGS = -VGG , đường thẳng này cắt đồ thị của phương trình Shockley tại 1 điểm – điểm này còn được gọi là điểm làm việc Q Điểm tĩnh Q có tọa độ VGS và ID

• Điện áp VDS có thể được xác định: VDS = VDD − IDRD

b Mạch tự phân cực:

• Ta có:

• Và:

• Thay giá trị điện áp VGS vào

phương trình Shockley được:

Đưa phương trình trên về dạng:

Giải phương trình tìm dòng điện ID

S D

R I R

V

S =

S D S

V = − = −

2 2

2

1 1

P

S D DSS

P

GS DSS

D

V

R

I I

V

R

I I

V

V I

I

0

2 1

2 + k I + k =

(DCLL)

Phương pháp trình bày ở trên là phương pháp toán học Phương

pháp thứ hai là phương pháp giải bằng đồ thị:

• Đầu tiên ta phải vẽ đặc tính truyền đạt Bước tiếp theo ta sẽ vẽ đồ thị của phương trình đường thẳng DCLL

• Điện áp VDS có thể xác định bằng phương trình:

)

D DD

c Mạch phân cực bằng cầu phân áp:

• Điện áp cực G được xác định bởi phương trình:

2

R R

• Thay giá trị điện áp VGS vào phương trình Shockley được:

• Đưa phương trình trên về dạng:

• Giải phương trình tìm dòng điện ID

• Hoặc giải bằng pp đồ thị

2 2

1 1

DSS P

GS DSS

D

V

R I

V I

V

V I

I

0

2 1

2 + k I + k =

• MOSFET tương tự xem SGK.