Tìm sự thay đổi của ICQ khi nhiệt độ lên đến 55 oC với a Silicon; b Germanium... 3.5 Bổ chính nhiệt dùng Diode x Nhận xét: Thay đổ nhiệt độ ảnh hưởng lên dòng phân cực ICQ chủ yều do 'VB
Trang 1CHƯƠNG 3: ỔN ĐỊNH PHÂN CỰC (Bias Stability) CHO BJT
3.1 Giới thiệu
3.2 Aûnh hưởng của E lên tĩnh điểm Q
3.3 Aûnh 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 Aûnh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật
Trang 23.1 Giới thiệu
9 Tĩnh điểm Q
9 Sự thay đổi của tĩnh điểm Q: Nhiệt độ, E, nguồn cung cấp, …
3.2 Ảûnh hưởng của E lên tĩnh điểm Q
Rb
Rc
Re VBB
VCC
Lưu ý: Phân tích có thể
dùng cho CB, CE, CC
x Tổng quát:
Khuếch đại dòng: IC E IB ( E 1 ) ICBO D IE ICBO
KVL mối nối BE: VBB IBRb VBE IERe
b e
b e
CBO BE
BB CQ
R R
R R
I V
V I
) 1
(
) (
)
(
D
D
x Xét ảnh hưởng của E lên tĩnh điểm Q:
Xem D | 1; VBE | 0.7(Si) và ICBO(Re + Rb) << (VBB - VBE)
E /
7 0
b e
BB CQ
R R
V I
|
x Để giảm ảnh hưởng của E lên ICQ, chọn Re >> Rb / E
e
BB CQ
R
V
I | 0 . 7
Thiết kế: 1 Chọn tĩnh điểm Q
10
b
R
; tính toán mạch phân cực như trong chương 2
Trang 3Các kỹ thuật phân cực sử dụng hồi tiếp (feedback)
x Khái niệm hồi tiếp
x Hồi tiếp dòng (current feedback)
E /
B E
BE CC
CQ
R R
V V
I
hay
B E
BE CC
BQ
R R
V V
I
E
x Hồi tiếp dòng và áp (current & voltage feedback)
E CQ BE
F BQ C
CQ
VCC ICQRC ICQRF VBE ICQRE
E
E /
B E
C
BE CC
CQ
R R
R
V V
I
hay:
B E
C
BE CC
BQ
R R
R
V V
I
) (
E
Trang 43.3 Aûnh hưởng của nhiệt độ lên tĩnh điểm Q
x Aûnh hưởng của nhiệt độ:
9 Điện áp ngưỡng: ' VBE VBE2 VBE1 k ( T2 T1) với k = 2.5 mV / oC (Si)
9 Dòng phân cực nghịch bão hòa: ( )
1
T T K CBO
T
e I
T
I I
T
'
'
'
x Tĩnh điểm Q: Xem D | 1 và Re >> Rb / E; từ công thức tổng quát:
e
b CBO
e
BE BB
CQ
R
R I
R
V V
T
I R
R T
V R
T
e
b BE
e
CQ
'
'
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
'
'
'
'
1 1
¹
·
¨¨
©
§ '
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
'
T
e I
R
R R
k T
CBO e
b e
¹
·
¨¨
©
§
'
CBO e
b e
R
R R
T k I
x Ví dụ: Xét mạch điện trong phần (3.2) với: Rb = 400; Re = 100; ICQ = 10 mA tại 25 oC Tìm sự thay đổi của ICQ khi nhiệt độ lên đến 55 oC với a) Silicon; b) Germanium
Trang 5Tổng quát: 1
100
400 1
100
) 25 55
( 10 5
1
3
¸
¹
·
¨
©
§
u
1
3
36 10
75
a) Silicon: ICBO1 = 1 PA 'ICQ = 0.786 mA
b) Germanium: ICBO1 = 100 PA 'ICQ = 4.35 mA
Nhận xét: i) 'ICQ (Silicon) << 'ICQ(Germanium)
ii) Với Silicon, 'ICQ chủ yếu do 'VBE
3.4 Phân tích hệ số ổn định (stability analysis)
x Bài toán: ICQ = ICQ(ICBO, VBE, E, …) sẽ thay đổi như thế nào khi các biến phụ thuộc thay đổi
x Giả thuyết: Giả sử các biến phụ thuộc thay đổi một lượng nhỏ, sử dụng khai triển Taylor:
¸¸
¹
·
¨¨
©
§ w
w
¸¸
¹
·
¨¨
©
§ w
w
¸¸
¹
·
¨¨
©
§ w
w
E
E d
I dV
V
I dI
I
I
BE
CQ CBO
CBO
CQ CQ
x Định nghĩa: Hệ số ổn định (stability factors)
CBO
CQ CBO
CQ I
I
I I
I S
w
w
| '
'
;
BE
CQ BE
CQ V
V
I V
I S
w
w
| '
'
;
E E
w
| '
' ICQ ICQ S
Lưu ý 1: Các hệ số ổn định được tính tại điểm Q danh định (nominal Q)
Với các thay đổi nhỏ: 'ICQ | dICQ; 'ICBO | dICBO; 'VBE | dVBE; 'E | dE
'ICQ | SI'ICBO + SV'VBE + SE'E + …
Trang 6Lưu ý 2: Thực tế, E thay đổi rất nhiều, khi đó 'ICQ vẫn được tính từ công thức trên với SE
được tính trực tiếp theo định nghĩa:
E
' ICQ S
x Xét mạch trong phần 3.2:
b e
b e
CBO BE
BB CQ
R R
R R
I V
V I
) 1
(
) (
)
(
D
D
Tính các hệ số ổn định: (Giả sử Re >> Rb / E | (1-D)Rb )
9
e
b b
e
b e
CBO
CQ I
R
R R
R
R R
I
I
w
w
1 )
1 ( D
9
e b
e BE
CQ V
R R
R V
I
) 1
w
w
D D
9 Tính SE: Tính trực tiếp từ định nghĩa, sử dụng
E
E D
1 và giả sử bỏ qua ICBO
e b
EE BB
CQ
R R
V V
I
) 1 (
) (
|
E E
e b
e b
CQ
CQ
R R
R R
I
I
) 1 (
) 1 (
2
1 1
2 1
2
E
E E
E
> b b e@ e
CQ
CQ CQ
CQ CQ
R R
R R
I
I I
I I
) 1 (
) (
2 1
1 1
1 2
'
'
E E
E
¼
º
«
¬
ª
¸¸
¹
·
¨¨
©
§ '
' {
e b
e b
CQ CQ
R R
R R
I
I S
) 1 ( 2
1
1
E E
E
E
Trang 7Suy ra:
) 1 (
1 1
2 1
¼
º
«
¬
ª
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
'
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
'
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
|
E
CQ BE
e
CBO e
b CQ
R R
R R
I V
R
I R
R I
CBO
I
T k
VBE ' '
1
E
'
x Mở rộng: ICQ SI ICBO SV VBE S SV VCC SR Re
e
'
'
'
Với
CC
CQ V
V
I S
w
e
CQ R
R
I S
w
|
x Ví dụ: a) Tìm ICQ tại nhiệt độ phòng, sử dụng các giá trị danh định
b) Tính 'ICQ với các thay đổi trên VCC, Re, E; nhiệt độ thay đổi từ 25 – 125 oC
a)
2 1
1
R R
R V
; Rb = R1 // R2
Dùng công thức tổng quát:
b e
b e
CBO BE
BB CQ
R R
R R
I V
V I
) 1
(
) (
)
(
D
D
= 10.6 mA
b) i Tính các hệ số ổn định:
Trang 8b e
b e
I
R R
R R
S
) 1
( D
= 5.25 mA/mA
e
V
R
S | 1 = - 10 mA/V
»
¼
º
«
¬
ª
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
|
e b
e b
CQ
R R
R R
I S
) 1 ( 2
1
1
E E
Tính SVcc và SRe, từ công thức tổng quát:
b e
b e
CBO BE
BB CQ
R R
R R
I V
V I
) 1
(
) (
)
(
D
D
, suy ra:
2 1
1
) 1
( )
1
R R
R V
V R
R V
I S
b e
CC
BB b
e CC
CQ
w
w
w
D
D D
D
= 0.91 mA/V
) 1
(
) (
b e
BE BB
e
CQ R
R R
V V
R
I S
D
| w
w
= - 0.1 mA/:
i Xác định các đại lượng biến thiên:
) 1 (
CBO
T k
VBE '
1
E
CC V
' = 4V
e R
' = 20 :
i Suy ra độ dịch tĩnh điểm Q nhiều nhất
e R
CC V
BE V
CBO I
I
e
'
'
'
Độ dịch tĩnh điểm Q xung quanh giá trị danh định | 9.3 / 2 = r 4.65 mA
Trang 93.5 Bổ chính nhiệt dùng Diode
x Nhận xét: Thay đổ nhiệt độ ảnh hưởng lên dòng phân cực ICQ chủ yều do 'VBE
Giảm SV: Tăng Re, tuy nhiên làm giảm dòng phân cực
Giảm 'VBE: Bổ chính nhiệt
x Bổ chính nhiệt dùng Diode:
Chọn Diode sao cho:
T
V T
'
' '
'
Nguồn dòng:
1
E
EQ D
BQ D
BB
I I
I I
I
Mặt khác: VB VD IDRd VBEQ IEQRe
Suy ra:
)]
1 /(
E
d e
d BB BEQ
D EQ
R R
R I V
V
)]
1 /(
[
/ /
' '
'
' '
'
E
d e
BE D
EQ
R R
T V
T V
T
I
= 0
x Cấu hình thực tế:
- Giải quyết được bài toán lựa chọn Diode thích hợp (matching) với TST
- Sử dụng trong các mạch tích hợp (Integrated Circuit)
Trang 10x Ví dụ: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ lên tĩnh điểm Q
d
D B
b
B
R
V V
R
V
b
B BQ
R
V
I và
d
D B
B
R
V V
d
D B
b
B BB
R
V V
R
V
¨¨ © § ¸¸ ¹ · ¨¨ © § ¸¸ ¹ ·
d b
d b d
D BB
B
R R
R R R
V I
V
¹
·
¨¨
©
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
BEQ d
b
b D d
b
d CC e
e
BEQ B
R R
R V R
R
R V R
R
V
V
Biến thiên theo nhiệt độ: w w I T ¨¨ © § R ¸¸ ¹ · ¨¨ © § R R R w w V TD w V wBEQT ¸¸ ¹ ·
d b
b e
T
V T
w
w w
w
, suy ra:
d b e
EQ
R R R
k T
I
/ 1
1
w
w
Trang 113.6 Aûnh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật
Ví dụ: Transistor 2N1016, Silicon npn
1 Điện trở nhiệt tối đa: Tjc = 0.7 oC/W
2 Công suất tiêu tán tối đa với bộ tản nhiệt lý tưởng tại 25 oC: PC = 150 W
3 Nhiệt độ mối nối tối đa: Tj,max = 140 oC
4 Các thông số cực đại tuyệt đối tại 25 oC:
1) IC = 7.5 A
2) IB = 5 A
3) Breakdown voltage:
a) BVCBO = 30 V b) BVEBO = 25 V c) BVCEO = 30 V
5 Dòng ICBO cực đại tại điện áp VCB cực đại tại 25 oC = 10 mA
6 Hệ số khuếch đại dòng E tại VCE = 4V, IC = 5A: 10 d E d 18
7 Tần số cắt CE (cutoff frequency): fE = 30 kHz
... Thay đổ nhiệt độ ảnh hưởng lên dòng phân cực ICQ chủ yều ''VBE Giảm SV: Tăng Re, nhiên làm giảm dòng phân cực
Giảm ''VBE: Bổ...
BE
CQ CBO
CBO
CQ CQ
x Định nghĩa: Hệ số ổn định (stability factors)
CBO
CQ CBO
CQ I
I... ICQ ICQ S
Lưu ý 1: Các hệ số ổn định tính điểm Q danh định (nominal Q)
Với thay đổi nhỏ: ''ICQ | dICQ; ''ICBO