Ứng dụng transistor trong khuếch đại tín hiệu điện

Sự phân cực của transistorDòng các lỗ trống từ E I EP sẽ đợc chỉnh vào B do quá trình khuếch tánnhiệt có xu hớng làm cân bằng nồng độ lỗ trống trong bazơ và vì thế dòng các lỗtrống này

Trờng đại học vinh Khoa Vật lý -*** -

Mai Văn Bình

ứng dụng transistor trong khuếch

đại tín hiệu điện

Khoá luận tốt nghiệp

chuyên ngành Điện tử viễn thông

Vinh – 05/2006 05/2006Lời nói đầu

Để hoàn thành đề tài này, trớc hết tôi xin chân thành cảm ơn đến: thầy

giáo, TS Nguyễn Hoa L ngời đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hớng dẫn tôi

trong suốt thời gian thực hiện đề tài này Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trongkhoa vật lý – 05/2006 khoa công nghệ – 05/2006 trờng Đại học Vinh, đã tạo mọi điều kiện tốtnhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành đề tài của mình

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã cố gắng thể hiện nội dung mangtính cơ bản Các vấn đề đợc trình bày có hệ thống

Do khoảng thời gian và điều kiện có hạn nên không tránh khỏi những thiếusót, rất mong đợc sự góp ý kiến của bạn đọc để đề tài đợc hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Vinh ngày 25 tháng 4 năm 2006 Sinh viên

Việc sử dụng transistor công nghệ cao đã làm cho kích thớc của các máy

vi tính, các thiết bị truyền hình, truyền thanh trở nên gọn nhẹ, hiệu suất sử dụngcao, tốc độ nhanh Tín hiệu truyền đi với độ nhiễu giảm, hình ảnh đợc rõ nét, xử

lý thông tin rất nhanh

Một trong những ứng dụng quan trọng của transistor là sử dụng nó trongcác mạng điện để khuếch đại điện áp hay dòng điện Khuếch đại là quá trìnhnâng cao công suất của tín hiệu mà không làm biến dạng nó Thực chất của quátrình biến đổi năng lợng có điều khiển, ở đây năng lợng của nguồn dòng mộtchiều không có chứa tin tức sẽ biến thành năng lợng xoay chiều có quy luật biến

đổi mang thông tin cần thiết

Để khuếch đại tín hiệu ngời ta sử dụng các tầng khuếch đại dùngtransistor, mỗi tầng khuếch đại bao giờ cũng có phần tử điều khiển đó làtransistor Một bộ khuếch đại gồm có nhiều tầng khuếch đại Đầu vào của bộkhuếch đại đợc nối với nguồn tín hiệu còn đầu ra nối với tải.

Việc nghiên cứu, tìm hiểu bản chất khuếch đại của transistor có ý nghĩa

thực tiễn cao trong đời sống xã hội Do đó, tôi đã chọn đề tài “ứng dụng transistor trong khuếch đại tín hiệu điện” Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa thực

tiễn, bởi lẽ nó phục vụ trực tiếp cho công việc nghiên cứu, học tập của học sinh,sinh viên cũng nh công tác giảng dạy của giáo viên phổ thông và các giảng viên

đại học

Nội dung chính của đề tài này bao gồm:

ChơngI Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các tham số cơ bản của transistorlỡng cực

Chơng II Phân cực và ổn định chế độ làm việc cho transistor

Chơng III Khuếch đại tín hiệu điện dùng transistor lỡng cực

Chơng IV ứng dụng transistor trong mạch khuếch đại công suất

và npn Các miền này đợc phân cách nhau bởi các chuyển tiếp p-n Tơng ứng vớimỗi miền là một cực của transistor Miền bán dẫn ở giữa hai chuyển tiếp p - n đ-

ợc gọi là miền gốc (hay còn gọi là miền bazơ - kí hiệu là B) Miền này có nồng

độ tạp chất nhỏ nhất và độ dày của nó dày cỡ m, điện cực nối với miền này gọi

là cực bazơ Miền có khả năng truyền các hạt dẫn điện vào miền bazơ gọi là miềnphát (hay miền emitơ - kí hiệu là E) Miền emitơ có đặc điểm là có nồng độ tạpchất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực emitơ

Miền còn lại có khả năng nhận đợc tất cả các hạt dẫn (lỗ trống - electron)

đợc truyền từ emitơ qua bazơ, miền này gọi là miền góp (hay miền colectơ - kíhiệu là C) Miền này có đặc điểm nồng độ tạp chất trung bình và điện cực nối vớimiền này gọi là cực colectơ

Tiếp giáp p – 05/2006 n giữa emitơ và bazơ gọi là tiếp giáp emitơ (J E ).

Tiếp giáp p – 05/2006 n giữa miền bazơ và miền clectơ có tiếp giáp colectơ (J C)

H 1.Mô hình và ký hiệu của transistor lỡng cực

2 Nguyên lý làm việc.

Có hai loại transistor đó là transistor pnp và npn Nhng nguyên lý làm việccủa cả hai loại này đều giống nhau Để thuận tiện ta xét nguyên lý làm việc củatransistor pnp với những giả thiết sau:

+ Tất cả các quá trình vật lý xẩy ra trong một tinh thể bán dẫn có kích thớcvô cùng lớn

+ Transistor đợc chế tạo từ một tinh thể bán dẫn có bề mặt đợc gia cônghoàn hảo đến mức các hiện tợng xẩy ra trên bề mặt tinh thể không ảnh hởng gì

đến các quá trình vật lý xẩy ra ở trong transistor

+ Các lớp tiếp xúc công nghệ của các chuyển tiếp emitơ và colectơ lànhững mặt phẳng song song vô cùng lớn

+ Các quá trình phân bố các chất trong tinh thể bán dẫn chỉ tiến hành theophơng x

Để transistor làm việc, ngời ta phải đa điện áp một chiều tới các điện cựccủa nó, gọi là phân cực cho transistor ở đây J E đợc phân cực thuận và J C đợcphân cực ngợc nh hình vẽ

-H.2 Sự phân cực của transistor

Dòng các lỗ trống từ E (I EP ) sẽ đợc chỉnh vào B do quá trình khuếch tánnhiệt có xu hớng làm cân bằng nồng độ lỗ trống trong bazơ và vì thế dòng các lỗtrống này sẽ dịch chuyển về phía C Gọi W là độ rộng bazơ, còn L pn là chiều dàikhuếch tán của các lỗ trống trong vùng bazơ Nếu W << L pn, các lỗ trống chuyểndời đến chuyển tiếp colectơ sau khi vợt qua miền bazơ mà không có sự tái hợp

đáng kể Đến chuyển tiếp colectơ, các hạt tải không cơ bản (lỗ trống) sẽ v ợt qua

dễ dàng chuyển tiếp colectơ (lúc này là một điện trờng gia tốc đối với các hạt tảikhông cơ bản) và ra mạch ngoài của C Trên cực C sẽ xuất hiện một dòng điệnlớn có giá trị gần bằng dòng I E Lúc này sẽ phân phối các hạt tải điện trong miềnbazơ sẽ có quy luật nh hình vẽ sau:

c E

P

pp 4

3 2 1 0

X=0 X= W - W

x

x

W W

H.3 Sơ đồ mô tả nguyên lý làm việc của một transisto lỡng cực và phân bố

nồng độ các hạt dẫn không cân bằng trong vùng bazơ của các giá trị khác nhaucủa dòng I E

I EP I CP

ở điểm x = W – 05/2006 W nồng độ các hạt tải điện đợc coi nh bằng không vìchúng ta đã giả thiết rằng W << L pn và tốc độ chuyển dời của các hạt tải khôngcơ bản trong vùng bazơ là vùng vô cùng lớn Đến chuyển tiếp colectơ chúng vợtqua một cách dễ dàng bởi điện trờng gia tốc của chuyển tiếp colectơ.

Nếu bây giờ điện áp chuyển tiếp E đợc tăng lên (các đờng phân bố 2 và 3)thì nồng độ các lỗ trống ở gần chuyển tiếp E sẽ tăng lên nữa dẫn đến gradiennồng độ các hạt tải điện trong B sẽ tăng lên Kết quả là dòng các lỗ trống chuyểndời đến chuyển tiếp colectơ sẽ tăng lên Tuy nhiên trong thực tế dù chiều dài củavùng B có nhỏ đến đâu chăng nữa, vẫn xẩy ra sự tái hợp của một số lỗ trống trongvùng bazơ và nh vậy dòng I CPsẽ bị mất đi một đại lợng bằng số các hạt tải điện bịtái hợp trong vùng B của transistor Khi đó: I EP = I Eth + I CP

Với IEth là thành phần tái hợp của dòng IE

CP EP

CP

I I

I I

EP CP E

CP i

I I

I I I

 gọi là hiệu suất của E

Hệ số i chỉ ra có bao nhiêu lỗ trống (hay điện tử) từ E đã đến đợc C Nóphụ thuộc vào chế độ làm việc của transistor Sự phụ thuộc của i vào chế độdòng E của transistor đợc biểu diễn nh hình vẽ (H.4.) dới đây:

H.4 Đồ thị phụ thuộc của hệ số i vào các chế độ dòng I E

Do đó transistor ở chế độ làm việc ta có các phơng trình mô tả mối quan

hệ giữa các dòng với nhau:

EP En

E I I

CO Eth En

CO CP

C I I

Trong đó: I CP  i I E là một phần của dòng I C và phụ thuộc vào dòng I E

Dòng I CO thờng đợc gọi là dòng rò của transistor (hay dòng ngợc) là mộtdòng độc lập, có giá trị rất nhỏ, không phụ thuộc vào dòng I E mà chỉ phụ thuộcvào vật liệu bán dẫn làm transistor và nhiệt độ làm việc của transistor

Nh vậy khi transistor ở chế độ làm việc thì I E = I B + I C

1.2 Các tham số cơ bản của transistor

Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán trong vùng bazơ ngời ta địnhnghĩa hệ số truyền đạt dòng điện  của transistor:

i



1 (

B

C E

C

I

I I

H.5 Sơ đồ mô tả transistor làm việc ở chế độ khuếch đại tín hiệu

Từ đó ta có các cặp phơng trình tuyến tính của transistor Cặp phơng trìnhtrở kháng:

) , (

2 1 2

2 1 1

I I f U

I I f U

Cặp phơng trình dẫn nạp: 





) , (

) , (

2 1 2

2 1 1

U U f I

U U f I

Cặp phơng trình hỗn hợp: 





) , (

) , (

2 1 2

2 1 1

U I f I

U I f U

E

Từ hệ phơng trình dẫn nạp, mạng 4 cực này là tuyến tính, do đó ta lấy viphân toàn phần ta có: I 1 = y 11 U 1 + y 12 U 2

I 2 = y 21 U 1 + y 22 U 2

1 Hệ tham số Y

0 1

1 11

1 12

2 21

2 22

y gọi là dẫn nạp ra của transistor

Căn cứ vào hệ phơng trình trở kháng, do 4 cực trong mạng là tuyến tính nên: U1 Z11.I1Z12.I2

U2 Z21.I1Z22.I2

2 Hệ tham số Z

0 1

1 11

1 12

2 21

2 22

1 11





U I

U

0

1 2

1 12





I U U

2 1

2 21





U I

I

0

1 2

2 22





I U

I

Giữa các tham số trở kháng (Z), dẫn nạp (Y), và hỗn hợp (H) có mối liên

hệ và có thể chuyển đổi từ hệ tham số này sang hệ tham số khác

1.3 Các chế độ làm việc của transistor

1 Chế độ ngắt

ở chế độ này các chuyển tiếp emitơ (J E ) và colectơ (J C ) đều phân cực ngợc.Qua lớp chuyển tiếp chỉ có một dòng điện rất nhỏ đi qua, đó là dòng rò (dòng ng-ợc) của chuyển tiếp colectơ ICO Còn dòng ngợc của chuyển tiếp emitơ IEO có thể

bỏ qua so với dòng ICO (nh hình vẽ H.6.a)

Mạch emitơ chung đợc coi nh hở mạch, dòng trong mạch B sẽ có giá trịbằng dòng ICO nhng ngợc dấu

Trong nhiều trờng hợp chế độ ngắt của transistor cũng đợc sử dụng màkhông cần đến nguồn điện áp giữa bazơ và emitơ (nh hình vẽ H.6.b và H.6.c)

b

e

ec

a)

c r

ở hình H 6 c điện áp UBE = 0 sẽ làm xuất hiện dòng IRC rất nhỏ Dòng IRC

về độ lớn có giá trị gần bằng ICO Trong cả 2 trờng hợp ở hình H.6.b và H.6.c thì

điện áp giữa cực C và cực E đợc xác định nh sau:

C RC C C

Ta có:

C

C RC

H.7 Sơ đồ làm việc của transistor ở chế độ bão hòa

Thực ra điện áp U CEvẫn có một giá trị nào đó rất nhỏ trong chế độ này, giátrị này cỡ vài chục mV Trên thực tế thì ngời ta sử dụng giá trị thông dụng U CE = 0,3 V

ở chế độ này, transistor làm việc giống nh một phần tử tuyến tính củamạch điện, không có quá trình khuếch đại dòng điện hay điện áp

3 Chế độ khuếch đại

ở đây, lớp chuyển tiếp emitơ đợc phân cực thuận, còn lớp chuyển tiếpcolectơ đợc phân cực ngợc

ở chế độ này, transistor làm việc với các quá trình điều khiển dòng và điện

áp Trong mạch điện, transistor hoạt động nh một phần tử tích cực có khả năngkhuếch đại, phát tín hiệu… Do đó đây là chế độ làm việc thông dụng nhất của Do đó đây là chế độ làm việc thông dụng nhất củatransistor

H 8 Sơ đồ làm việc củatransistor ở chế độ khuếch đại

4 Đặc trng I C = f(U C )của transistor trong sơ đồ mạch điện bazơ chung

Trên hình H.9 là đồ thị đặc trng I C = f(U BC ) với ranh giới các miền làm việc

ở các chế độ ngắt, chế độ bão hoà và chế độ khuếch đại với I E = const, dòng I C

tăng dần và bằng  I E một cách độc lập với U C Hay nói cách khác, họ các đặctrng I C =f (U CB ) chính là một sự tịnh tiến đặc trng I E = 0 lên một đại lợng  .IE

b e

ecc

rc

I co

chế độ khuếch đại

chế độ ngắt chế độ bảo hoà

H.9 Đồ thị đặc trng I  C f(U BC)với danh giới các miền làm việc ở chế độ ngắt,chế độ bão hòa và chế độ khuếch đại với I E = const, dòng I C tăng dần và bằng

q CB

Miền làm việc U CB > 0: điốt đợc phân cực ngợc dòng I C sẽ bị giới hạn bởidòng ICO có giá trị nhỏ nhất Dòng IC ở hai chế độ nối tiếp nhau là chế độ ngắt vàchế độ khuếch đại nh sau:

) 1 (





KT qU CO E C

CB

e I I

biểu thức (1.2) cho thấy, Transistor ở chế độ ngắt (I C = 0) khi:

) 1 (



KT qU CO E

CB

e I I

Điều kiện (1.3) là điều kiện cân bằng dòng của hai điốt của các lớp chuyển tiếpcolectơ và emitơ với U BE = - U CB

1 2 3

Chơng II

Phân cực và ổn định chế độ làm việc cho

transistor

2.1 Nguyên tắc phân cực cho transistor

Muốn transistor làm việc nh một phần tử tích cực thì các tham số củatransistor phải thỏa mãn điều kiện thích hợp Những tham số này của transistor

nh ở chơng trớc đã biết, phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân cực các chuyển tiếpcolectơ và emitơ Nói một cách khác các giá trị tham số phụ thuộc vào điểm côngtác của transistor Một cách tổng quát, dù transistor đợc mắc theo kiểu nào, muốn

nó làm việc ở chế độ khuếch đại cần có các điều kiện sau:

- Chuyển tiếp emitơ (JE) luôn luôn phân cực thuận

- Chuyển tiếp colectơ (JC) luôn luôn phân cực ngợc

ở đây ta xét transistor loại pnp

Gọi U E , U B , U C lần lợt là điện thế của cực emitơ, bazơ, colectơ, căn cứ vào

điều kiện phân cực kể trên thì giữa các điện thế này phải thoả mãn điều kiện: U E

> U B > U C (1)

+ + C - - C

U CB

H 11 Điện áp và dòng phân cực của transistor mắc BC

Chiều mũi tên là hớng dơng của điện áp và dòng diện, khi đó cực tích của

H.12 Điện áp và dòng phân cực của transistor mắc EC

Chiều mũi tên là chiều dơng của điện áp và dòng điện, khi đó cực tính của

điện áp và dòng điện nh sau:

H.13 Điện áp và dòng điện phân cực của transistor mắc CC

Dựa vào chiều quy định trên sơ đồ và điều kiện (1) ta có cực tính của điện

Để hiểu rõ về đờng tải tĩnh và điểm công tác tĩnh, ta xét transistor npn mắcemitơ chung nh sơ đồ sau:

H.14 Sơ đồ mạch chung emitơ có tải

Phơng trình quan hệ dòng điện và điện áp ở mạch có dạng:

U CE = E CC - I C Rt nếu nh điện áp phân cực U BElàm cho transistor khoá, khi ấy I C =

0 và

U CE = E CC– 05/2006 (0 Rt) = E CC = 20 (V)

Nh vậy, điểm có toạ độ (I C = 0, U CE = 20V) là điểm A trên đặc tuyến ra.Giả thiết rằng U BE tăng làm cho transistor mở và I C = 0,5 mA khi ấy U CE = 20 V – 05/2006 0,5 mA 10 K = 20 V - 5 V = 15 V , trên đặc tuyến ra đó là điểm B có toạ độ (0,5

mA; 15V) bằng cách tăng U BE, làm tơng tự nh trên ta có thể vẽ đợc đặc tuyến ratĩnh và đờng tải tĩnh

Một số toạ độ: Điểm C ứng với I C = 1 mA, U CE =10 V.

Điểm D ứng với I C = 1,5 mA, U CE = 5V Điểm E ứng với I C = 2 mA, U CE = 0 V.Nối các điểm A, B, C, D, E ta sẽ đợc một đờng thẳng đó là đờng tải tĩnh với

R t = 10 K.

Nh vậy đờng tải tĩnh chính là đồ thị biến thiên của dòng IC theo điện áp

U CE ứng với điện trở tải R tvà điện áp nguồn E CC nhất định Trong 3 giá trị I C , I B và

U CE chỉ cần biết một rồi căn cứ vào từng giá trị tải xác định 2 giá trị còn lại

ở đây ta xét đờng tải tĩnh với điện áp nguồn E CC = 20 V và Rt = 10 K

H.15 Đồ thị biểu diễn đặc tuyến ra tĩnh và đờng tải tĩnh

2 Điểm công tác tĩnh

Là điểm đợc chọn trên đờng tải tĩnh Điểm công tác tĩnh có nhiệm vụ xác

định giá trị dòng I C và điện áp U CE khi không có tín hiệu vào Khi có dòng tínhiệu vào thì dòng I B biến đổi theo sự biến đổi biên độ của tín hiệu, dẫn tới I C biến

đổi, kết quả là điện áp ra trên tải biến đổi giống nh quy luật biến đổi của tín hiệu

đầu vào Ta chọn nguyên lý nh ở phần 1 với đờng tải tĩnh là 10 K Khi đó ta giảthiết chọn điểm công tác tĩnh Q ứng với IB = 20 A, I C = 1 mA, U CE = 10 V Trênhình vẽ thì điểm Q trùng với điểm C

Khi I B tăng 20 A đến 40 A khi đó IC = 1,95 mA và U CE = U CC – 05/2006 I C Rt =

20 (V) – 05/2006 1,95 (mA) 10 (K) = 0,5 (V) khi này I B = + 20  A thì U CE= - 0,95 (V).

Còn khi I B giảm từ 20  A đến 0  A thì ICgiảm xuống chỉ còn 0,05 mA

khi đó U CE = 20 (V) – 05/2006 0,05 (mA) 10 (K) = 19,5 (V) do đó I B = - 20 A chonên U CE = + 9,5 (V) Nh vậy với Q là điểm công tác tĩnh thì ở đầu ra của mạch cóthể nhận đợc sự biến đổi cực đại điện áp U CE = 9,5 (V). Việc chọn điểm côngtác tĩnh trên hoặc dới điểm Q sẽ dẫn đến biến thiên cực đại của điện áp ra trên tải(đảm bảo không méo dạng) đều nhỏ hơn 9,5 (V) Hay nói một cách khác là để cóbiên độ điện áp cực đại không làm méo dạng tín hiệu, điểm công tác tĩnh phảichọn ở giữa đờng tải tĩnh

2.3 ổn định chế độ làm việc cho transistor khi nhiệt độ thay đổi

Transistor là một linh kiện rất nhạy cảm với nhiệt độ vì vậy trong những sổtay hớng dẫn sử dụng ngời ta thờng cho dải nhiệt độ làm việc cực đại củatransistor

+ Từ 00C đến 550C: Dải nhiệt độ làm việc của các hệ thống điện tử dândụng

+ Từ - 250C đến 750C: Dải nhiệt độ làm việc của các hệ thống điện tử côngnghiệp

+ Từ - 600C đến 1250C: Dải nhiệt độ làm việc của các hệ thống điện tửdùng cho mục đích quân sự

ở đây hệ thống sẽ làm việc ở một môi trờng nhiệt độ không thay đổi và ổn

định Chúng ta có thể ổn định bằng cách điều khiển điểm làm việc của transistor

theo một tiêu chuẩn kỹ thuật định trớc Nếu môi trờng nhiệt độ thay đổi và không

ổn định, để cho hệ thống đảm bảo độ tin cậy thì chúng ta phải:

- Giảm đến mức thấp nhất có thể các hiệu ứng gây nên bởi các thông sốnhạy cảm với nhiệt độ của transistor nh  , U BE , I CO

- Giảm bớt các thăng giáng có thể có của các nguồn nuôi sử dụng

- Giảm bớt sự phân tán giữa các linh kiện sử dụng

- Thực hiện các biện pháp bù nhiệt

Ngoài giới hạn nhiệt độ kể trên thì transistor sẽ bị hỏng không làm việc.Ngay cả trong khoảng nhiệt độ cho phép transistor làm việc bình thờng thì sựbiến thiên nhiệt độ nhất là điện áp emitơ - bazơ UBE và dòng ngợc I CO

Ví dụ: Đối với transistor si lic, hệ số nhiệt độ của U BE (

Ta có:

I C = I B + (  1) I CO

ICO tăng làm I C tăng (I,  không đổi) Dòng IC tăng nghĩa là mật độ cáchạt dẫn qua chuyển tiếp colectơ tăng lên làm cho sự va chạm giữa các hạt vớimạng tinh thể tăng, sự va chạm này làm nhiệt độ tăng hơn nữa kéo theo dòng ICOtăng, chu kỳ lặp lại nh trên làm dòng I Cvà nhiệt độ của transistor tăng mãi Hiệntợng này gọi là hiệu ứng quá nhiệt Hiệu ứng này đa tới làm thay đổi điểm côngtác tĩnh và nếu không có biện pháp hạn chế thì sự tăng nhiệt độ có thể làm hỏngtransistor Do nhiệt độ thay đổi ảnh hởng rất lớn đến dòng I C mà chủ yếu là do I COtăng Vì vậy ta phải hạn chế sự tăng dòng I CO để transistor làm việc ở chế độ ổn

I

I I

ở đây dòng IB từ nguồn một chiều cung cấp cho transistor sẽ không đổi,bởi vậy ngời ta gọi điều kiện phân cực này là phân cực bằng dòng không đổi Tr-ờng hợp thứ nhất ta dùng nguồn một chiều + E (H.16.a)

Trong mạch colectơ có thể viết: E = I C Rt + U CE (2.6)

Biểu thức (2.6) đợc gọi là phơng trình đờng tải, ở đây giá trị E và Rt cố

định, từ (2.6) có thể thấy rằng I C tăng thì U CE giảm và ngợc lại I C giảm thì U CEtăng

Trờng hợp thứ hai ta dùng 2 nguồn một chiều U BB và E C (hình 17.b) haimạch điện ở H 16.a và H.16 b là tơng đơng nhau Nếu E C = U BB thì H.16 b cóthể thay thế bằng H.16.b

Ta có thể xét tính ổn định nhiệt của hai sơ đồ trên Do I B = const nên:

đó độ ổn định nhiệt kém

2.5 Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi

Trong phần 2.4 mạch phân cực transistor bằng dòng cố định có nhiệt độ ổn

định không cao, hơn nữa khi dòng IC tăng làm cho điện áp U CE giảm Khi này

điện áp này làm dòng I Ctrở lại giá trị ban đầu Nh vậy ta có thể dùng mạch phâncực cho Transistor bằng điện áp phản hồi Khi I C tăng lên nhờ dòng I CO(khi nhiệt

độ tăng) thì I B giảm, và quay trở lại làm giảm I C trở lại giá trị ban đầu ở đâymạch phân cực điện áp phản hồi bao hàm cơ chế dòng I B cảm biến theo điện áp(hoặc dòng ở mạch ra)

U CE

H 17 Phân cực bằng điện áp phản hồi điện áp colectơ - bazơ

Điểm công tác tĩnh xác định nh sau:

E = ( I C + I B ) Rt + U CE (2.8) Mặt khác:

E = (I C + I B ) Rt + I B R B + U BE (2.9)Nếu coi U BE rất nhỏ, có thể bỏ qua đợc ta có:

Rt I E





(2.12)Lấy vi phân hai số biểu thức (2.12) theo I Cta có:

C

B B

C

B

I

I Rt R

Rt dI

I

B CO

Rt R







 ).

1 (

) ).(

1 (

Điện áp phản hồi âm qua điện trở R B trong mạch phân cực làm tăng độ ổn

định đồng thời lại làm giảm hệ số khuếch đại tín hiệu xoay chiều

Mạch phân cực điện áp phản hồi âm có độ ổn định nhiệt độ tốt hơn mạchphân cực dòng cố định, tuy nhiên loại mạch phân cực này không ổn định nhiệt

độ lên cao vì điểm công tác tĩnh và độ ổn định nhiệt độ của mạch phụ thuộc lẫnnhau

2.6 Phân cực cho transistor bằng dòng emitơ (tự phân cực)

Sơ đồ mạch điện:

R E , C Ebộ ổn định nhiệt U B = const

R R

ER



2 1 2

24

R 1

R

R t

R E

+E

-E

U CE

I g

I C

I B

+ V1 10V

RB

R t

R

t I C

U CE

hoá mâu thuẫn này trên thực tế thờng chọn R B = R E Ta có thể thay sơ đồ H.18bằng sơ đồ H.19 (tơng đơng sau).

Ta có: I E = I B + I C = ( + 1) I B

Do đó điện áp giữa emitơ và mát bằng:U E = I E R E = ( + 1) I B R E đại lợng (

 + 1) là đại lợng không thứ nguyên nên có thể liên hệ với I Btạo thành dòng (

+ 1) I B hoặc liên hợp với R E để tạo thành điện trở ( + 1).R E

Do I CO rất nhỏ nên sơ đồ mạch điện H 19 có thể biểu diễn bằng sơ đồ hình

9 sau:

H.20 Sơ đồ tơng đơng mạch bazơ của sơ đồ H.19

Từ H.20 ta có dòng bazơ tại điểm phân cực:

+ +

R B

U BE

B

R

).

1 (  

I B

U B

I C

UCE IC

I BQ =

E

R 1) + ( 





B

BE B

R

U U

(2.17)Suy ra: I CQ =  I BQ (2.18)

Mạch có tác dụng ổn định nhiệt nh sau:

Giả sử nhiệt độ tăng lên, dòng I C tăng lên và kéo theo dòng qua emitơ IEtăng, dần đến UE tăng, làm giảm điện áp giữa hai cực UBE khi đó dòng IB giảm, dovậy làm cho IC giảm xuống Ngợc lại khi nhiệt độ giảm, dòng IC giảm xuống kéotheo dòng qua emitơ IE giảm, dẫn đến UE giảm, làm tăng điện áp giữa 2 cực bazơ

và emitơ UBE, khi đó dòng I B tăng, do vậy làm cho I C tăng lên Nh vậy, dòng IC

đ-ợc ổn định khi nhiệt độ thay đổi, làm cho điểm làm việc của Transistor ổn định

Trong mạch này R E gây hồi tiếp âm để ổn định chế độ làm việc vì vậy nócũng làm giảm hệ số khuếch đại của mạch Để R E không làm ảnh hởng đến hệ sốkhuếch đại của mạch thì ta mắc thêm tụ CE song song với điện trở R E Tụ C Ecó tácdụng nối tắt (ngắn mạch) đối với thành phần tín hiệu xoay chiều

Sau đây ta xét độ ổn định nhiệt của mạch phân cực bằng dòng emitơ Từbiểu thức (2.16) ta có:

I B =

E B

E C E B

BE B

R R

R I R R

U U

R

R I

I dI

dI

E B

E C

B C

Ta thấy hệ số ổn định nhiệt phụ thuộc vào

, nên S phụ thuộc vào hệ số

K2 Do đó hệ số ổn định nhiệt tiến tới cực tiểu (độ ổn định cao nhất) khi K 2có giátrị nhỏ nhất Do đó, để cho mạch ổn định phải thiết kế sao cho R E có giá trị cànglớn càng tốt, và giá trị RB càng nhỏ càng tốt

2.7 ảnh hởng của nhiệt độ lên các tham số của transistor

Trong kỹ thuật ngời ta thờng để ý đến các tham số của transistor chịu ảnhhởng của nhiệt độ, để khắc phục nó phục vụ cho công nghệ hiện đại và lợi íchkinh tế

ở đây xin nêu ra sự ảnh hởng của nhiệt độ lên các tham số của linh kiệnbán dẫn transistor Do có đặc tính tốt hơn nên trong thực tế ngời ta dùng 2 loạitransistor đó là transistor làm từ silic và transistor làm từ Gecmani

Bảng giá trị điển hình của một số tham số chịu ảnh hởng nhiều của nhiệt độ

Vật liệu làm transistor I Co (A) U BE (V)  t 0 C

SiGe

SiGe

SiGe

10 -6

10 – 05/2006 3

10 -213030

0,80,40,60,20,250,51

2015505010095

- 6,5

- 6,5+ 2,5+ 25+175+ 75

Đối với hai loại transistor làm từ silic và gecmani, khi nhiệt độ tăng UBEgiảm, còn  lại tăng

ảnh hởng của nhiệt độ đến các tham số của transistor silic làm việc trongkhoảng nhiệt độ từ – 05/2006 650C đến + 1750C, còn transistor Gecmani từ – 05/2006 630C đến+750C

ở nhiệt độ phòng đối với transistor silic I CO chỉ cỡ nano ampe, cho nên nếu

nó thay đổi thì cũng không gây ảnh hởng đáng kể đến I C và ảnh hởng của nhiệt

độ đến điểm công tác tĩnh của transistor chủ yếu thông qua U BE Còn đối vớitransistor Gecmani thì ngợc lại tại nhiệt độ phòng I CO khá lớn cho nên khi nhiệt

độ thay đổi ảnh hởng của dòng ICO đến tham số của transistor chiếm u thế Nên

hệ số ổn định nhiệt là không ổn định