2.5. PHÂN TÍCH TÀNG KHUẾCH ĐẠI BJT Ở CHẾ Đ ộ TÍN HIỆU NHỎ
2.5.1. Sơ đồ tương đương tham số vật lý của BJT
+ Giữa miền E và miền B là một chuyển tiếp p-n phân cực thuận (chuyển tiếp Je) nên có thể thay thế bởi một diode phân cực thuận, có dòng điện thuận phụ thuộc vào mức độ phân cực của chuyển tiếp Je. Điều này tương đương việc tồn tại một điện trở vi phân (re) của Je
mắc nối tiếp nguồn điện áp một chiều Uk. Ở chế độ xoay chiều, nguồn áp này có điện trở trong bằng 0 nên bị ngắn mạch.
+ Do miền B có nồng độ tạp chất rất nhỏ và do độ rộng miền B rất hẹp nên dòng điện chảy trong miền này gây ra sụt áp đáng kể. Điều này có nghĩa là tồn tại một điện trở khối miền Base (rb) ở giữa chuyển tiếp Jevới cực B.
+ Dòng Collector là dòng các hạt đa số chảy giữa 2 miền B và c, được điều khiển bởi dòng điện Base hay dòng điện emitter nên có thể thay thế đặc tính điện ở vùng này bởi nguồn dòng được điều khiển là pih hoặc aỉe.
+ Giữa miền B và miền c là một chuyển tiếp Jc phân cực ngược (chuyển tiếp Jc) nên tồn tại một dòng điện ngược Ico rất nhỏ chảy từ miền c sang miền B. Điều này tương đương với một điện trở vi phân rất lớn (rc) mắc song song nguồn dòng.
+ Bên trong các chuyển tiếp Jf và Jc luôn tồn tại các điện dung chuyển tiếp, điện dung kỷ sinh liên cực. Ở vùng tần số thấp và trung bình, dung kháng của các tụ điện này rất lớn nên có thể coi hở mạch.
+ Sự biến thiên điện áp Collector, làm điều biến độ dày lớp Base, gây điện áp hồi tiếp ở mạch emitter [13], Trên thực tế, sự hồi tiếp điện áp này rất nhỏ, có thể bó qua.
Từ những phân tích trên, ta có thể đưa ra mô hình tương đương tham số vật lý của BJT ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần số thấp và trung bình như Hình 2.18.
E c
B
E
Hình 2.18. Sơ đồ tương đương tham số vật lý ở tần số thấp và trung bình Trong đỏ:
- Tb - điện trở khối miền Base, có giá trị Tb = 50 -ỉ- 300Q.
- re - điện trở vi phân chuyển tiếp JE, có giá trị phụ thuộc mức độ phân cực của JE.
Theo định nghĩa: r d U B'E
6 dIE
d uBE dir
và là nghịch đảo độ dốc của đặc tuyến vào. Ở nhiệt độ phòng, ta tính được:
UT 26 (mV) r„ ô —L = — — —
If u
(2.47)
(2.48) Thông thường, re = (n. 10 -E n. 100) £2.
- rc - điện trở vi phân chuyển tiếp Jc, có giá trị rất lớn và là nghịch đảo độ dốc của đặc tuyến ra của BJT.
dUr'*-ằ I ---- l ht I
(2.49)
fc d l I l£=const dir lE=const
+ Khi BJT mắc CE: rC(B)= n.lO kíì.
+ Khi BJT mắc CB: rC( B ) = nM íl.
- ale - nguồn dòng phản ảnh khả năng truyền đạt dòng điện của BJT mắc CB - pib - nguồn dòng phản ảnh khả năng khuếch đại dòng điện của BJT mắc CE 2.5.1.1. S ơ đồ tương đương B JT mắc CE
Xét một BJT loại n-p-n mắc CE. Ở chế độ động, sơ đồ tương đương của BJT như Hình 2.19a. Ta đã có:
I c - l ’ c + IcEO - pib + IcEO
trong đó: I ’c = pib là thành phần được điều khiển bởi dòng điện Ib;
Icho là dòng điện rò qua Jc và là thành phần không được điều khiển (chỉ phụ thuộc nồng độ chất pha tạp).
Vì dòng điện rò Ic e o rất nhỏ so với pib, nên có thể xem:
I c ô l ’c = pib
nghĩa là, dòng Ic chỉ có thành phần được điều khiển bởi Ib và rC(E) được xem như một điện trở mắc song song với nguồn dòng pib và có ảnh hưởng đến mạch điện ngõ ra.
Hình 2.19. Sơ đồ tương đương BJT mắc CE Từ sơ đồ Hình 19a, ta tính:
T ’ 11 ' ' U v _ u be V b + ( P + l) I b re _ m n
- Trở kháng vào: rv(E) = - ^ - = = ---7 --- rb 4- (p + l)re
Iv Ib
- T r ở kháng ra: rr(E) = u„
uv =0
I, ubc=0
(2.50)
Khi Ube = 0 = > Ib = 0 => pib = 0, mạch điện được vẽ như Hình 2.20. Giữa c - e, ta có:
fr(E) = rC(E) + (re II n>) ~ rC(E) (2.51)
- Hệ số khuếch đại điện áp:
K - H c e _ P ^ b rc(E) + I ẹ re _ p rr(E)
U b e ỉb - rv(E) rv(E)
- Hệ số khuếch đại dòng điện:
Kj = ^ = ^ = p ĩ ĩ
(2.52)
(2.53)
e
Hình 2,20. Tỉnh trở kháng ra
Từ các kết quả (2.50), (2.51), (2.52) và (2.53), ta có thể thay sơ đồ Hình 2.19a bằng sơ đồ tương đương ở Hình 2.19b.
2.5.I.2. S ơ đồ tương đương B JT mắc CB
X ét sơ đồ tương đương BJT mac*CB ở chế độ động như Hình 2.2la
Hình 2.21. Sơ đồ tương đương BJT mắc CB - Trở kháng vào: rv(B) -_ U y _ U ẹ b _ ~ I ẹ re ~ I ẹ Ị ( P + t y b
- I . Iy -le
r y(B) = re + ( l- a ) .r b
- Trờ kháng ra: Lập luận tương tự như ở mục 2.5.1.1, ta được:
fr<B) = r C(B) + (re II Ib ) ~ r C(B)
- Hệ số khuếch đại điện áp:
v _ U ẹ b ^ ~ a ^erc(B) ~ I b rb rr(B)
^■u T T _ | ằ ơ
u eb 1e-rv(b) r v(B)
(2.54)
(2.55)
(2.56) - Hệ số khuếch đại dòng điện:
„ _ Ir _ Ic _
Ki = l = I =0t l v Ae (2-57>
Từ (2.54), (2.55), (2.56) và (2.57), ta có thể thay sơ đồ Hình 2.2la bằng sơ đồ tương đương ở Hình 2.2 lb.
* Tầng khuếch đại có BJT mắc cc là tầng khuếch đại tải emitter. Sơ đồ tương đương của BJT mắc cc có dạng tương tự như của BJT mắc CE.