Mạch điện tử - Chương 3

.Mạch điện tử cơ bản là giáo trình được biên soạn theo đề cương do Sở Giáo dục và Đào tạo thành phố Hà Nội xây dựng và thông qua. Đây là giáo trình dành cho chuyên ngành đào tạo hệ kỹ thuật v

Mạch điện tử 1

CHUONG 3: ON DINH PHAN CUC (Bias Stability) CHO BUT

3.1 Gidi thiéu

3.2 Anh huéng cla ÿ lên tĩnh diém Q

3.3 Ánh hưởng của nhiệt độ lên tĩnh điểm Q

3.4 Phân tích hệ số ổn định

3.5 Bổ chính nhiệt dùng Diode

3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật

Chương 3

http://www.khvt.com

3.1 Giới thiệu

Tĩnh điểm Q

Sự thay đổi của tĩnh điểm Q: Nhiệt độ, PB, nguồn cung cấp,

3.2 Ảnh hưởng của § lên tĩnh điểm Q

e Tổng quát:

= * Khuếch đại dòng: 7 = đïg +(Ø +l)lcpo = đlp + lcpo

KVL mối nối BE: ⁄„, = IgÑy +Ứgg + 1Ñ,

VCC

Rb —>lÏ =

Xem a = 1; Vee = 0.7(Si) và lcso(Rs + H›) << (Vsa - Var)

= I ~ V pp —0.7

Lưu ý: Phân tích có thể — t†CO ^ R,+R,/B

e

dung cho CB, CE, CC Đa ca ; 3 `

9 e Đề giảm ảnh hưởng của ÿ lên lco, chọn Rạ >> Rs/

R,

Thiét ké: 1 Chon tinh diém Q

2 Chọn Rp = 190 - tính toán mạch phân cực như trong chương 2

Mạch điện tử 1

Các kỹ thuật phân cực sử dụng hồi tiếp (feedback)

e Khái niệm hồi tiếp

e Hồi tiếp dòng (current feedback)

? Vec

| kể Ico _ Vcc —Vepr

— | hay Ipg = 6c — BE _CC Veo -V BE

|

_

-

e Hồi tiếp dòng và áp (current & voltage feedback)

Tco‡r

=fcC =/cÐÄc* Ta tpE †lcor

yp = TCC “BE

“2 Ro t+ Rp + Rz/B

hay: Ïpo = ỨC ~Ÿsr

wf Ø(Re+Rp)+Rạ

Chương 3

http://www.khvt.com

3.3 Ánh hưởng của nhiệt độ lên tĩnh điểm Q

e© Ảnh hưởng của nhiệt độ:

v Điện áp ngưỡng: AV pr = Vpn — p1 — —k(1› — l1) với k = 2.5 mV /°C (Si)

Dòng phân cực nghịch bão hòa: Jcpo2 = Ïcpgoy (,£Œ-”) Ì vớ K = 0.07 /°C

KAT

Alcpo _ !cso2 =! cro _ Jcgoit€ —— -Ï)

e Tinh diém Q: Xem a~ 1 va R, >> Rụ / B; từ công thức tổng quát:

Veep — BE Rp

= lco=—PB_— BE + Topo CO R cBo ( (1+ — R

= Aly = BT +[ 14 lrepol -1]

e Ví dụ: Xét mạch điện trong phần (3.2) với: Rạ = 400; Re = 100; Icg = 10 mA tai 25 °C Tim

sự thay đổi của lca khi nhiệt dé lén dén 55 °C vdi a) Silicon; b) Germanium

Mạch điện tử 1

—3 _

2.5x _ 25) ‘1 Tan) Topo) (;0.07x65-25 7 1

Alco — 0.75 x 107 + 361 RO]

a) Silicon: Iepo; = 1 uA => Alcoa = 0.786 mA

b) Germanium: Ic¢go; = 100 LA = Alceg = 4.35 MA

Nhận xét: i) Alco (Silicon) << Alca(Germanium)

ii) Với Silicon, Alca chủ yếu do AVge

Tổng quát: = Alcg =

3.4 Phan tich hé so 6n dinh (stability analysis)

e« Bài toán: lẹco = lco(lcso, Vgg, B, ) sẽ thay đổi như thế nào khi các biến phụ thuộc thay đổi

e Gia thuyết: Giả sử các biến phụ thuộc thay đổi một lượng nhỏ, sử dụng khai triển Taylor:

CBO BE

e Dinh nghia: Hé sé 6n dinh (stability factors)

Lưu ý 1: Các hệ số ổn định được tính tại điểm Q danh định (nominal Q)

Với các thay đổi nhỏ: Alco ~ dlco; Alcgo ~ dlcgo; AVepe © AVE; AB = dp

Alcoa = SIAlcgo + SvAVBr + SpAB +

http://www.khvt.com

Lưu ý 2: Thực tế, B thay đổi rất nhiều, khi đó Alco vẫn được tính từ công thức trên với S;

Ap

e Xét mach trong phan 3.2: co = aV pp 2 n cae e b)

e +{li-—@ b Tính các hé s6 6n dinh: (Gia sti Re >> Ry / B ~ (1-a)R, )

ol

OV pr R, +(1—a)R, _ R

được tính trực tiếp theo định nghĩa: S8 =

e

e

ie 1+ 8

¥ Tinh Sz: Tính trực tiếp từ định nghĩa, sử dụng # =

Ta BV pp —Viee)

— CO ~

Ry +(P+I)R,

— Jco: _ Ø› Ry +(0(+DÐR, — lcø2 ~lcợi _ Alco AB(Ry +R.)

và giả sử bỏ qua lcso

lcoi — Øị Rp + (Po +R Jcoi Ico, =P [Rp + (Bo +1) R,

Mạch điện tử 1

Suy ra: Alco ~ ‘1 + nh JMeo — a lave “| Cel ] b r c [so +

Trong do: Al cRo = TJGpOoI (Gan — 1)

AV pr — —kAT

AP = By — Py

e MỞ rộng: Alco — SrAlcpo + Sy AV pr + SpAB + Sy AV cc + Sp, AR,

e Vidu: a) Tim Icq tại nhiệt độ phòng, sử dụng các giá trị danh định

b) Tinh Alcg với các thay đổi trên Vẹc, Rạ, B; nhiệt độ thay đổi từ 25 — 125 °C

ky

Vag = 2042V a) V pp = Vcc R +R, ; Rp = H; [| Ha

R,=5k0 ŠR,=500Q Dùng công thức tổng quát:

Šilicon; 49 <8<99; 8 mai ^ 75 —

ñ, = 455 0 Tego = 0.1 uA at 25°C Ic = a pp VBE) _ !cBo (Re r Ry) _ 10.6 mA

Vang = 0.7 V at 25°C Q R,+(1-a@)R,

R,=500Q ©R,=100+1090

b) e Tính các hệ số ổn định:

http://www.khvt.com

R,+R

R, +(1—a@)R,

|

Šy #——— =-10mA/V

e

5| 1) bt *e |=20116 ma

B, ) Rp +(Ao+ DR,

Z(pp — Ứpg )* lcgo(R, + R,)

Tinh Svec VA Spe, tli cong thức tổng quát: 7x» = , suy ra:

“we UC Y Y ce R +(1-@)R, ”

Voc R, + dd —a)R, Vee R, +(1 —a)R, Ry +2

Sp, = CƠ „ — đỮAg BE =- 0.1 mA/Q

e Xác định các đại lượng biến thiên:

AFcgo = Icgoi(e*S“ -1) = 0.11 mA AB = BP, — B, = 50 AR, = 202

AV pr = —kAT = -250 mV AFcc = 4V

e Suy ra độ dịch tĩnh điểm Q nhiều nhất

Alco — IS Al cRo| + Sy AV ag + Sp AB| + Ste AVcc + Sp, AR, =9.3mA

Độ dịch tĩnh điểm Q xung quanh giá trị danh định x 9.3 / 2 = + 4.65 mA

3.5 Bổ chính nhiệt dùng Diode

Mạch điện tử 1

e Nhận xét: Thay đổ nhiệt độ ảnh hưởng lên dòng phân cực lca chủ yều do AVạz

=> Giảm Sy: Tăng Hạ, tuy nhiên làm giảm dòng phân cực

Giảm AVạz: Bổ chính nhiệt e« Bổ chính nhiệt dùng Diode:

— L⁄ 1 Collector

circuit

YD

V, B

Om bị R, gq | R,

Vp —Vero +L pp ka

Suy ra: Ïro =

⁄ R,+[R¿/(0+D)|

e Cấu hình thực tế:

{| nd toad

| circuit

Chương 3

Chon Diode sao cho; ——~ = —24

Nguồn dòng: /»» - + BB = Ïn + D lpo =ln BO D + J gQ 8+1

Mặt khác: p — Vn + TpRg = VBEO + go,

AT R +[Rua/@0+ DỊ

-_ Giải quyết được bài toán lựa chon Diode

thích hợp (matching) với TST

- Su dung trong các mạch tích hợp (Integrated Circuit)

http://www.khvt.com

e« Ví dụ: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên tĩnh điểm Q

= Vv, ‹iển ri | Lem R, " gn, Ieql R,

| | | ¬ - 1

Mạch tương g đương: / pp = Q: 4 BB R, + R, + Jpạa; Bo: 9 giả sử Ïpg¿a BO << — va Ip R, B << R,

=> [pp ® B48 ? = Vp =| Tpg +—= bid

mm e Ro) R,+Rz ° Rp+Nị ~V’BEO

Biến thiên theo nhiệt độ: “Z2 =| -Ì bp Vp ©" BEO

Vi hai TST la giéng nhau: 2 = 882 — _¢ guy ra: 22 = * |

Mạch điện tử 1

3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật

Ví dụ: Transistor 2N1016, Silicon npn

1 Điện trổ nhiệt tối đa: 0;„ = 0.7 °C/W

2 Công suất tiêu tán tối đa với bộ tản nhiệt lý tưởng tại 25 °C: Pc = 150 W

3 Nhiệt độ mối nối tối đa: Tj max = 140 °C

4 Các thông số cực đại tuyệt đối tai 25 °C:

1) lc=7.5 A

2)lạ=5 A

3) Breakdown voltage:

a) BVoso = 30 V b) BVego = 25 V c) BVceo = 30 V

5 Dong Icgo cuc dai tại điện áp Vẹs cực đại tại 25 °C = 10 mA

6 Hệ số khuếch đại dòng ÿ tại Vẹz = 4V, lẹ = 5A: 10 <B <18

7 Tần số cắt CE (cutoff frequency): fs = 30 kHz

1P

Chương 3

http://www.khvt.com

II