Muïc ñích cuûa phaân cöïc DC laø ñeå thieát laäp giaù trò doøng vaø aùp cuûa transistor khoâng ñoåi ñöôïc goïi laø ñieåm hoaït ñoäng DC hay ñieåm laøm vieäc tónhI. Muïc ñích cuûa phaân [r]
Trang 1Bài 6: TRANSISTOR (tt) B: PHÂN CỰC BJT
Như đã biết transistor phải được phân cực để hoạt động như một bộ khuếch đại Mục đích của phân cực DC là để thiết lập giá trị dòng và áp của transistor không đổi được gọi là điểm hoạt động DC hay điểm làm việc tĩnh
I Mục đích của phân cực:
Điểm hoạt động phải được xác định sao cho tín hiệu AC tại ngõ vào phải được khuếch đại và tái tạo chính xác tại ngõ ra Phân cực không thích hợp sẽ gây ra méo dạng tín hiệu ở ngõ ra
II Điểm làm việc tĩnh:
Điểm làm việc tĩnh hay còn gọi là điểm Q (Quiescence point)
1 Phân tích đồ thị:
Transistor được phân cực với VCC và VBB để định giá trị cho IB, IC, IE và
VCE Đường đặc tuyến collector cho transistor như hình vẽ và chúng ta sẽ dùng hình ảnh này để minh họa ảnh hưởng của phân cực DC Để thực hiện điều này chúng ta sẽ thay đổi giá trị IB và quan sát sự thay đổi của IC và VCE
53
Khuếch đại tuyến tính phân cực
thích hợp
Phân cực ngõ ra bị méo điểm tĩnh quá
gần điểm thắt
Phân cực ngõ ra bị méo điểm tĩnh quá gần
điểm bão hòa
IC (mA )
Q2
Q1
Q3
DC load line
400μ
A300μ
A200μ A
30 40 50
20
1
VCC
VBB
RB
RC
IE
IC 200 Ω 10KΩ
β = 100
0 ÷ 10V
0 ÷ 5V
Trang 2Ta thay đổi VBB để IB = 300μA IC = 30mA và VCE = 4V Q1
IB = 400μA IC = 40mA và VCE = 2V Q2
IB = 200μA IC = 20mA và VCE = 6V Q3
2 Đường tải DC: (DC load line)
Lưu ý rằng khi IB tăng lên thì IC tăng lên và VCE giảm xuống Khi IB
giảm thì IC giảm và VCE tăng lên Vì thế, khi VBB thay đổi, điểm tĩnh Q của transistor di chuyển theo đường thẳng gọi là đường tải DC
Khi VCE = VCC = 10V, transistor tắt bởi vì IB và IC =0 Thực tế có một dòng ngược ICBO rất nhỏ nên VCE < 10V
Khi IC = 50mA, transistor bão hòa bởi vì IC đạt cực đại, VCE =0 và
C
CC
V
I = Thực tế có 1 điện áp rất nhỏ VCE(sat) # 0 vì thế IC
< 50mA
3 Hoạt động tuyến tính của transistor:
Vùng dọc theo đường tải bao gồm tất cả các điểm giữa vùng cắt và vùng bão hòa được gọi là vùng tuyến tính Transistor hoạt động trong vùng này, điện áp ngõ ra là sự tái tạo tuyến tính của điện áp ngõ vào
4 Méo dạng ngõ ra:
Tùy thuộc vào vị trí của điểm Q
trên đường tải mà biên độ của tín hiệu
ngõ ra bị giới hạn Tín hiệu ngõ ra bị
giới hạn do nhiều nguyên nhân: biên độ
tín hiệu vào, vị trí điểm Q…Ta sẽ xem
xét từng trường hợp cụ thể:
54
IC
VCE
Q
ICQ
IBQ
VCEQ
A
B
Bão hòa
A Q B
VCEQ
ICQ
VCE
IC
3 7 V
+ 1 0 V
1
vi
RB
RC 200 Ω 10KΩ
Trang 3Một phần tín hiệu ngõ vào lái transistor vào vùng bão hòa nên biên độ ngõ
ra bị nén (méo)
Một phần tín hiệu vào lái transistor vào vùng tắt nên tín hiệu ngõ ra bị xén (méo)
Do biên độ tín hiệu vào quá lớn nên transistor bị lái vào vùng tắt và vùng bão hòa Khi đỉnh dương bị xén, transistor bị lái vào vùng tắt nhưng không bão hòa Khi đỉnh âm bị xén, transistor bị lái
Ví dụ: Xác định điểm Q và biên độ đỉnh cực đại của IB
ĐS:
IC
VCE
Q
ICQ
IBQ
VCEQ
A
B
ta ét
0
IC
VCE
IBQ
ICQ
VCEQ
Bão hòa
Ta
ét
Q
66.7m A
20V
37.2m A
8.84V
IC
Q IC(peak) = 66.7-37.2
=29.5mA
1 0 V
+ 2 0 V
1
RB
RC
50KΩ
300Ω
Trang 4IB = 186μA.
IC = 37.2mA
VCE = 8.84V
IC(off) = 0
R
V I
C
CE sat
30
20
=
=
=
A
I
I C peak
peak
β 147.5
) ( )
III Phân cực định dòng IB: (Phân cực Base)
Trong phần trước ta đã biết nguồn VBB được dùng để phân cực mối nối
BE Trong thực tế người ta sử dụng nguồn VCC làm nguồn phân cực
như là một nguồn phân cực riêng
Ta có: V R V CC V BE I B R B
B
BE CC B
R
V V
⇒
và I C =β.I B (1)
C B CC C C CC
Chú ý:
Trong phương trình (1) và (2) đều có chứa hệ số β Điều này không thuận
lợi vì sự thay đổi của β sẽ dẫn đến IC và VCE thay đổi theo, do đó
làm thay đổi điểm tĩnh của transistor và làm cho mạch
phân cực này phụ thuộc vào β
Điểm tĩnh Q có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của VBE
và ICBO
(dòng ngược đi qua mối nối BC)
B BE CC
V V
I = −
Khi nhiệt độ tăng lên thì VBE
giảm IB tăng lên Để loại bỏ ảnh
hưởng này thì chọn VCC >> VBE Dòng
ICBO có ảnh hưởng làm tăng điện
áp phân cực vì nó tạo một điện
áp rơi trên RB
Hiện nay, hầu hết các transistor có ICBO rất nhỏ (nA) và có thể
bỏ qua ảnh hưởng của nó nếu VBB >> ICBO.RB
IV Phân cực Emitter:
Loại mạch phân cực này dùng cả hai nguồn âm và nguồn dương Khi đó
V
V B ≅0 và nguồn âm –VEE phân cực thuận mối nối BE
Ta có:
V
V B ≅0
56
V C C
1
VCC
RC
RB
V C C
V C C
1
VBB
VCC
ICBO.RB
ICBO RC
Trang 5V ≅−
E
EE E E
R
V V
I = −
E
I ≅
C C CC
E C
Ví dụ 1:
Ta có V E ≅−V BE =−0.7V
mA K
R
V V I
E
EE E
5
3
9 =
=
−
=
E
I ≅
V R
I V
V C = CC − C C =8.14
V V
V
V CE = C− E =8.84
Ví dụ 2:
Mạch như hình trên, với:
RB =100KΩ, RC = 680Ω, RE = 3.3KΩ
VCC = +15V, VEE = -15V
Ổn định phân cực Emitter:
Ta có: I B.R B+V BE +I E.R E =V EE
Với B βE
I
I ≅
BE EE E
B
I + = −
⇒
β
βB
E
BE EE
R
V V I
+
−
=
⇒
(1)
nếu E βB
R
R >> thì (1)
E
BE EE E
R
V V
⇒
Hơn nữa, nếu VEE >>VBE thì
E
EE E
R
V
Kết luận:
Nếu E βB
R
R >> và VEE >>VBE thì IE sẽ không phụ thuộc vào β và VBE, IE
không đổi thì điểm tĩnh Q sẽ không đổi Vì thế phân cực emitter cung cấp một điểm phân cực ổn định 1 cách hợp lý
Ví dụ:
Khi nhiệt độ thay đổi, transistor có thông số thay đổi như sau:
β = 50 đến 100
VBE = 0.6V đến 0.7V
57
V C C
V C C
1
RB
RC
RE +VCC
-VEE
VB
VC
VE
V C C
V C C
1
50K
1K
5K
+10 V
-10V
VB
VC
VE
V C C
V C C
1
10K
5K
10 K
+20 V
-20V
VB
VC
VE
2
V C C
V C C
- VCC
RC
RE
RB
Trang 6từ hình b) ta tính được:
E E BE T B
với B βE
I
I =
BE
T E E
V = + +
⇒
β
βT
E
BE T
R
V V I
+
−
=
⇒
nếu E βT
R
R >> thì
E
BE T E
R
V V
I = −
Ví dụ:
Transistor có β = 150 Tìm điểm tĩnh Q
ĐS:
VB = 6.67V
VE = 7.37V
IE = IC = 2.63mA
VEC = 2.11V
VI Phân cực hồi tiếp Collector:
Phân cực dạng này rất ổn định vì ít bị
ảnh hưởng bởi β
β tăng theo nhiệt độ, IC tăng lên
C C CC
⇒ giảm Mà VC giảm thì
dòng IB sẽ giảm theo và IC cũng giảm
Kết quả là mạch có khuynh hướng
duy trì giá trị ổn định của IC giữ cho
điểm Q cố định
Phân tích mạch:
B
BE C
V V
I = −
mà V C =V CC −I C R C
và I C =βI B
βB
C
BE CC
R
V V I
+
−
=
⇒
Ví dụ: Tính IC và VCE:
Biết transistor có β = 100
60
V C C
1
V C C
1
100K Ω
10KΩ
Trang 7Tính điểm tĩnh Q của mạch.
ĐS:
IC = 0.845mA
VCE = 1.55V