›
›

Kỹ thuật điện tử - Chương 3: Transistor

pdf 103 trang vanle 2800
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Kỹ thuật điện tử - Chương 3: Transistor", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfky_thuat_dien_tu_chuong_3_transistor.pdf

Nội dung text: Kỹ thuật điện tử - Chương 3: Transistor

  1. Kỹ thuật điện tử Hoàng Văn Hiệp Bộ môn Kỹ Thuật máy tính – Khoa Công nghệ thông tin Mob. 091 609 3209 Email: hiephv@it-hut.edu.vn hoangvanhiep1984@gmail.com 1 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  2. Kỹ thuật điện tử Chương 3. Transistor Hoàng Văn Hiệp Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa công nghệ thông tin Trường đại học Bách khoa Hà nội 2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  3. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 3 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  4. 1. Cấu tạo transistor  Transistor là gì được dùng ở đâu?  Transistor là linh kiện bán dẫn được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong các ứng dụng khuếch đại, điều khiển đóng ngắt bằng điện, điều chế tín hiệu hay tạo dao động. Transistor đóng vai trò các khối cơ bản trong các mạch điện của các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại 4 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  5. 1. Cấu tạo transistor  Transistor lưỡng cực cấu tạo gồm các miền bán dẫn pha tạp p và n xen kẽ nhau, tùy theo trình tự sắp xếp các miền p và n mà ta có hai loại cấu trúc điển hình là npn và pnp như hình vẽ: 5 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  6. 1. Cấu tạo của transistor  Ký hiệu  (npn) (pnp)  Transistor có 3 điện cực:  E – Emitter  B – Base (Bazo)  C – Collector  Transistor có 2 tiếp giáp  Tiếp giáp pn giữa Emiter và base gọi là JE  Tiếp giáp pn giữa Collector và base gọi là JC 6 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  7. 1. Cấu tạo của transistor  Mũi tên luôn đặt giữa 2 cực Emiter và base  Chiều của mũi tên hướng từ lớp bán dẫn loại p sang lớp bán dẫn loại n  Hai loại transistor  Tuy nhiên trên thực tế transistor npn được ứng dụng rộng rãi Nghiên cứu chủ yếu transistor loại npn 7 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  8. 1. Cấu tạo của transistor  Về mặt cấu trúc có thể coi transistor như 2 diode mắc đối nhau  Mắc 2 diode như hình trên tạo thành transistor ?  Hiệu ứng transistor chỉ xảy ra khi có sự tác dụng tương hỗ giữa hai tiếp giáp pn (khoảng cách tiếp giáp rất nhỏ) 8 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  9. 1. Cấu tạo của transistor  Chiều dòng điện và điện áp trong transistor 9 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  10. 1. Cấu tạo của transistor  Ký hiệu điện áp đặt vào transistor  Điện áp cấp cho các cực transistor VCC,VBB,VEE  Điện áp trên mỗi cực của transistor VC , VB , VE  Điện áp giữa các cực: VBE , VCE , VCB 10 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  11. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 11 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  12. 2. Nguyên lý làm việc  Transistor có 2 tiếp giáp pn, mỗi tiếp giáp pn có 2 khả năng hoặc phân cực thuận hoặc phân cực ngược. Kết hợp lại, ta có thể có 4 trường hợp hoạt động của transistor như sau:  JE JC Miền làm việc Ứng dụng Phân cực ngược Phân cực ngược Miền cắt Khóa Phân cực thuận Phân cực ngược Miền tích cực Khuếch đại Phân cực thuận Phân cực thuận Miền bão hòa Khóa Phân cực ngược Phân cực thuận Tích cực ngược 12 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  13. 2. Nguyên lý làm việc  Để transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại:  JE phân cực thuận  JC phân cực ngược.  Sự tác động qua lại của 3 lớp bán dẫn trong transistor tạo ra những liên hệ cơ bản trong transistor. 13 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  14. 2. Nguyên lý làm việc  I E I C I B (1) I  C : Hệ số khuếch đại dòng điện (50-250) I B I  C : Hệ số truyền đạt dòng điện (≈1) I E 14 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  15. 2. Nguyên lý làm việc  Chia cả 2 vế phương trình (1) cho IC  I I E 1 B I C I C 1 1 1 1 15 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  16. 2. Nguyên lý làm việc  Hệ số truyền đạt đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán trong vùng base  Hệ số khuếch đại đánh giá tác dụng điều khiển của dòng base đến dòng collector 16 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  17. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 17 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  18. 3. Phần tử 4 cực transistor  Về nguyên tắc có thể dùng 2 trong 3 cực của transistor làm đầu vào và cực thứ 3 còn lại cùng với 1 cực đầu vào làm đầu ra.  Có tất cả 6 cách mắc khác nhau. Nhưng dù mắc thế nào cũng cần có 1 cực chung cho cả đầu ra và đầu vào.  Trong 6 cách mắc đó, chỉ có 3 cách mắc là transistor có thể khuếch đại công suất đó là cách mắc chung Emitter (EC), chung Base (BC) và chung Collector (CC). Ba cách mắc còn lại không có ứng dụng trong thực tế. 18 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  19. 3. Phần tử 4 cực transistor  Từ các cách mắc mạch trong thực tế có thể coi transistor như một phần tử 4 cực gần tuyến tính có 2 đầu vào và 2 đầu ra 19 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  20. 3. Phần tử 4 cực transistor  Có thể có 6 cặp phương trình mô tả quan hệ giữa đầu vào và đầu ra với dòng điện và điện áp là những biến số độc lập  Trong thực tế thường dùng 3 cặp phương trình  Mô tả điện áp vào và ra theo dòng điện vào, ra  Mô tả dòng điện vào và ra theo điện áp vào, ra  Hỗn hợp: Mô tả điện áp vào và dòng ra theo dòng vào và điện áp ra 20 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  21. 3. Phần tử 4 cực transistor  Ma trận trở kháng U r r I U1 f (I1, I 2 ) r11.I1 r12 .I 2 1 11 12 1 U r r I U 2 f (I1, I 2 ) r21.I1 r22 .I 2 2 21 22 2  Ma trận dẫn nạp I g g U I1 f (U1,U 2 ) g11.U1 g12 .U 2 1 11 12 1 I 2 g 21 g22 U 2 I 2 f (U1,U 2 ) g21.U1 g22 .U 2  Ma trận hỗn hợp U1 f (I1,U 2 ) h11.I1 h12 .U 2 U1 h11 h12 I1 I h h U I 2 f (I1,U 2 ) h21.I1 h22 .U 2 2 21 22 2 21 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  22. 3. Phần tử 4 cực transistor  Đặc tuyến tĩnh của transistor: Đồ thị mô tả mối quan hệ của hai đại lượng ở chế độ 1 chiều  Có 4 họ đặc tuyến tĩnh  Đặc tuyến vào: U f (I ) 1 1 U2 const  Đặc tuyến phản hồi: U f (U ) 1 2 I1 const  Đặc tuyến truyền đạt: I f (I ) 2 1 U2 const  Đặc tuyến ra: I f (U ) 2 2 I1 const 22 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  23. 3. Phần tử 4 cực transistor  Tùy theo các mắc mạch cụ thể mà các điện áp và dòng điện có tên gọi cụ thể  Ví dụ: trong cách mắc EC  Đặc tuyến vào: IB = f(UBE) khi UCE = const  Đặc tuyến phản hồi: UBE = f(UCE) khi IB = const  Đặc tuyến truyền đạt: IC = f(IB) khi UCE = const  Đặc tuyến ra: IC = f(UCE) khi IB = const 23 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  24. 3. Phần tử 4 cực transistor  Ví dụ: trong cách mắc BC  Đặc tuyến vào: IE = f(UEB) khi UCB = const  Đặc tuyến phản hồi: UEB = f(UCB) khi IE = const  Đặc tuyến truyền đạt: IC = f(IE) khi UCB = const  Đặc tuyến ra: IC = f(UCB) khi IE = const 24 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  25. 3. Phần tử 4 cực transistor  Ví dụ: trong cách mắc CC  Đặc tuyến vào: IB = f(UBC) khi UEC = const  Đặc tuyến phản hồi: UBC = f(UEC) khi IB = const  Đặc tuyến truyền đạt: IE = f(IB) khi UBC = const  Đặc tuyến ra: IE = f(UEC) khi IB = const 25 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  26. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 26 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  27. 4. Các dạng mắc mạch cơ bản transistor  3 dạng mắc mạch cơ bản  4.1. Mắc Emiter chung  4.2. Mắc Base chung  4.3. Mắc Collector chung 27 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  28. 4.1. Mắc EC  Trong cách mắc EC: Emiter được dùng chung làm đầu vào và đầu ra 28 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  29. 4.1. Mắc EC  Dòng điện vào: IB  Điện áp vào: UBE  Dòng ra: IC  Điện áp ra: UCE 29 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  30. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến vào: U f (I ) I f (U ) 1 1 U2 const B BE UCE const  Để xác định đặc tuyến vào giữ nguyên điện áp UCE , thay đổi điện áp UBE và ghi lại các giá trị dòng điện IB tương ứng 30 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  31. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến vào của transistor mắc EC giống như đặc tuyến của diode phân cực thuận : dòng IB trong trường hợp này chính là 1 phần của dòng IE chảy qua chuyển tiếp JE phân cực thuận.  Với UBE=const, khi UCE càng lớn thì IB càng nhỏ và ngược lại. 31 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  32. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra I f (U ) IC f (U CE ) I const 2 2 I1 const B  Để xác định đặc tuyến ra: Giữ cho dòng vào không đổi, thay đổi giá trị UCE và ghi lại các giá trị IC tương ứng (vẽ đồ thị có đặc tuyến ra) 32 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  33. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra  Nhận xét:  Khi UCE nhỏ, độ dốc khá lớn quan hệ IC và UCE gần như đường thẳng  Khi UCE lớn (> 2V) IC gần như không phụ thuộc vào UCE. Trong vùng này giá trị IC bằng khoảng 100 lần IB 33 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  34. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra  Vùng cắt:  JE phân cực ngược: Từ đặc tuyến vào: UBE > 0 thì IB > 0, suy ra với IB 0  IC = 0 (không có dòng chảy qua)  Vùng cắt là vùng nằm dưới đường IB = 0 34 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  35. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra  Vùng bão hòa  JE phân cực thuận: UBE > 0 IB > 0 (từ đặc tuyến vào)  JC phân cực thuận: UBC > 0 UCB < 0  Vùng bão hòa nằm trên đường IB = 0 và nằm bên trái đường VCB = 0  Trong vùng bão hòa: IC nhận giá trị lớn nhất không phụ thuộc vào IB và hệ số khuếch đại β 35 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  36. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra  Vùng tích cực  JE phân cực thuận: UBE > 0 IB > 0 (từ đặc tuyến vào)  JC phân cực ngược: UBC 0  Vùng bão hòa được giới hạn nằm trên đường IB = 0 và nằm bên phải đường VCB = 0  Trong vùng tích cực: IC = βIB 36 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  37. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra  Vùng đánh thủng:  UCE = UCB + UBE  Khi UCE tăng lên quá lớn, UCB tăng lên giống với hiện tượng điện áp ngược trên diode của tiếp giáp pn giữa base và collector ở transistor xảy ra hiện tượng đánh thủng làm hỏng transistor 37 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  38. 4.1. Mắc EC  Đặc tuyến ra 38 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  39. 4.2. Mắc BC  Trong cách mắc B chung: cực B được lấy làm cực chung cho đầu vào và đầu ra 39 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  40. 4.2. Mắc BC  Dòng điện vào: IE  Điện áp vào UEB  Dòng điện ra: IC  Điện áp ra: UCB 40 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  41. 4.2. Mắc BC  Đặc tuyến vào: U f (I ) I E f (U EB ) U const 1 1 U2 const CB  Để xác định đặc tuyến vào giữ nguyên điện áp UCB , thay đổi điện áp UEB và ghi lại các giá trị dòng điện IE tương ứng 41 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  42. 4.2. Mắc BC  Đặc tuyến vào:  Nhận xét:  Vì tiếp giáp JE luôn phân cực thuận nên đặc tuyến vào của transistor mắc B chung cơ bản giống với đặc tuyến của diode phân cực thuận. IE chính là dòng điện qua diode, UEB chính là điện áp trên diode.  So với cách mắc EC, ta thấy dòng điện vào IE ở đây lớn hơn rất nhiều (đơn vị là mA).  Khi UEB = const, IE càng lớn khi điện áp vào UCB càng lớn và ngược lại 42 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  43. 4.2. Mắc BC  Đặc tuyến ra I 2 f (U 2 ) I const I f (U ) 1 C CB I E const 43 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  44. 4.2. Mắc BC  Đặc tuyến ra  Nhận xét  Từ đặc tuyến ra ta thấy, với IE cố định, IC gần bằng IE và gần như không phụ thuộc vào điện áp ra UCB. Điều này có thể dễ thấy từ công thức: I C .I E  Với 1 44 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  45. 4.3. Mắc CC  Trong cách mắc Collector chung cực C được lấy làm đầu vào và đầu ra của mạch 45 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  46. 4.3. Mắc CC  Dòng điện vào IB  Điện áp vào: UBC  Dòng điện ra: IE  Điện áp ra: UEC 46 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  47. 4.3. Mắc CC  Đặc tuyến vào: U f (I ) I f (U ) 1 1 U2 const B BC U EC const 47 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  48. 4.3. Mắc CC  Đặc tuyến vào: U EC U EB U BC  Với tiếp giáp JE phân cực thuận, UEB luôn giữ cố định (UEB=-0.7V cho Silic, UEB=-0.3V cho Gecmani). Vì vậy, UBC phụ thuộc hoàn toàn vào UEC, các họ đặc tuyến có dạng đường thẳng song song với trục tung. 48 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  49. 4.3. Mắc CC  Đặc tuyến ra: I f (U ) I f (U ) 2 2 I1 const E EC I B const  Muốn xác định đặc tuyến ra: cố định dòng điện vào IB thay đổi các giá trị UEC và ghi lại các giá trị IE tương ứng 49 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  50. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 50 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  51. 5. Phân cực cho transistor  Phân cực cho transistor?  Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi  Phân cực cho transistor bằng dòng cố định  Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Phân cực cho transistor bằng dòng Emitter (tự phân cực) 51 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  52. Phân cực cho transistor (biasing)  Chế độ làm việc của transistor: 52 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  53. Phân cực cho transistor  Nếu chỉ quan tâm đến miền tích cực của transistor:  Tiếp giáp BE phân cực thuận: VBE = 0.7V, Ic = βIB  Tiếp giáp BE phân cực ngược: Không có dòng điện 53 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  54. Phân cực cho transistor  Sử dụng transistor như một bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại A 54 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  55. Phân cực cho transistor  Đặc tuyến truyền đạt của transistor 55 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  56. Phân cực cho transistor  Vo = VCC – IC RC  Khi V1 tăng, IB tăng IC tăng Vo giảm 56 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  57. Phân cực cho transistor  Xét tín hiệu vào V1 trong 2 trường hợp  Trường hợp 1: Tín hiệu vào có phần nằm ngoài vùng tích cực 57 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  58. Phân cực cho transistor  Tín hiệu V1 được di chuyển vào giữa vùng tích cực 58 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  59. Phân cực cho transistor Việc di chuyển tín hiệu đầu vào sao cho nó nằm trong vùng tích cực chính là việc phân cực cho transistor 59 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  60. Phân cực cho transistor?  Phân cực cho transistor là cấp điện áp một chiều để transistor làm việc ở chế độ mong muốn  Ví dụ: Muốn transistor làm việc ở chế độ khuếch đại thì phải phân cực sao cho  JE phân cực thuận  JC phân cực ngược 60 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  61. Đường tải tĩnh & Điểm công tác tĩnh  Đường tải tĩnh (Load line): là đường thẳng quan hệ giữa dòng điện ra và điện áp ra trong mạch cụ thể (khi có tải). Đường tải tĩnh được vẽ trên đồ thị cùng với đặc tuyến ra tĩnh của transistor  Điểm công tác tĩnh (Q point): là điểm giao giữa đường tải tĩnh và đặc tuyến ra của transistor. Điểm công tác tĩnh xác định dòng điện và điện áp trên transistor khi không có tín hiệu đặt vào, nghĩa là xác định điều kiện phân cực tĩnh cho transistor. 61 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  62. Đường tải tĩnh & Điểm công tác tĩnh  Phương trình đường tải tĩnh khi mắc EC  UCE = VCC – IC Rt  Nếu điện áp phân cực làm transistor khóa tức IC = 0 UCE = VCC  Nếu UCE = 0 IC = VCC / Rt  Nối 2 điểm trên vẽ được đường tải tĩnh của mạch  Thấy rằng đường tải tĩnh chính là đồ thị biến thiên dòng IC theo điện áp UCE khi ứng với nguồn VCC và điện trở Rt cụ thể 62 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  63. Đường tải tĩnh & Điểm công tác tĩnh 63 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  64. Đường tải tĩnh & Điểm công tác tĩnh 64 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  65. Đường tải tĩnh & Điểm công tác tĩnh  Chọn điểm công tác Q hợp lý (thường là ở giữa đường tải tĩnh) Biên độ cực đại của điện áp ra đảm bảo không méo tín hiệu là lớn  Chọn điểm công tác tĩnh nằm trên đường tải tĩnh, nếu yêu cầu điện áp ra không nghiêm ngặt về độ méo có thể chọn điểm bất kỳ trên đường tải tĩnh 65 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  66. Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay dổi  Transistor là linh kiện rất nhạy cảm với nhiệt độ  Trong datasheet của transistor thường ghi dải nhiệt độ giới hạn, ngoài dải nhiệt độ này transistor có thể bị hỏng  Ngay cả trong dải giới hạn nhiệt độ bình thường thì sự biến thiên của nhiệt độ cũng ảnh hưởng lớn đến các tham số của transistor 66 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  67. Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay dổi  Hai đại lượng nhạy cảm với nhiệt nhất là điện áp emiter – base UBE và dòng ngược IcBo o  Hệ số nhiệt độ của UBE = -2.2 mV/ C  Hệ số nhiệt độ của IcBo : Dòng ngược tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10oC 67 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  68. Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay dổi  Khi transistor làm việc có hệ thức IIIC. B (1 ). CBo (2)  Khi nhiệt độ tăng, dòng điện ngược ICBo tăng làm cho IC tăng, IC tăng làm tăng sự va chạm giữa các hạt và làm nhiệt độ tăng. Nhiệt độ tăng lại làm cho IcBo tăng, quá trình cứ thế lặp lại làm hệ rất mất ổn định, hiện tượng này gọi là hiệu ứng quá nhiệt. Hiệu ứng quá nhiệt làm thay đổi điểm công tác tĩnh và có thể làm hỏng transistor. 68 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  69. Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay dổi  Nhiệt độ tăng làm UBE tăng, UBE tăng làm IC tăng, tuy nhiên ảnh hưởng của UBE đến IC không lớn như ICBo.  Khi nói ảnh hưởng của nhiệt độ đến điểm công tác thường chỉ nói đến tác động của ICBo. 69 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  70. Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay dổi  Hệ số ổn định nhiệt I S C I CBo  Hệ số ổn định nhiệt cho biết mức độ thay đổi của IC khi ICBo thay đổi. Như vậy, hệ số ổn định nhiệt S càng nhỏ thì tính ổn định nhiệt càng cao. 70 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  71. Hệ số ổn định nhiệt I S C ICBo IIIC B1 cBo II I CB cBo 1 II1 S CC I III cBo CBB1 1 IC 71 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  72. 5. Phân cực cho transistor  Phân cực cho transistor?  Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi  Phân cực cho transistor bằng dòng cố định  Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Phân cực cho transistor bằng dòng Emitter (tự phân cực) 72 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  73. Phân cực cho transistor bằng dòng cố định (phân cực bằng dòng base)  Cách mắc mạch 73 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  74. Phân cực cho transistor bằng dòng cố định (phân cực bằng dòng base)  Áp dụng định luật Kirchhoff về vòng điện áp cho vòng (E,R1,BE) ta có: E I B R1 U BE 0 E U BE E 0.7 I B R1 R1 Dòng điện IB=const không phụ thuộc vào các tham số của transistor nên mạch được gọi là mạch phân cực bằng dòng (IB) cố định. 74 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  75. Phân cực cho transistor bằng dòng cố định (phân cực bằng dòng base)  Vì transistor làm việc ở miền tích cực nên EUBE IICB (1) R1  Áp dụng định luật Kirchhoff vòng Collector – Emitter EIRUC.02 CE EUCE IC (2) R2  Phương trình (2) chính là phương trình đường tải tĩnh của mạch 75 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  76. Phân cực cho transistor bằng dòng cố định (phân cực bằng dòng base)  Từ (1) và (2) xác định điểm làm việc tĩnh (Q point) của mạch  Thấy rằng Q point trong mạch phân cực bằng dòng base phụ thuộc vào hệ số khuếch đại β  Mà β là đại lượng không ổn định, nó thay đổi theo nhiệt độ  Việc phân cực mà Q point thay đổi theo β là không tốt 76 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  77. Phân cực cho transistor bằng dòng cố định (phân cực bằng dòng base)  Tính hệ số ổn định nhiệt I S C ICBo IIIC B1 cBo II I CB cBo 1 II1 S CC I III cBo CBB1 1 IC ISB 01  Hệ số ổn định nhiệt khá lớn, cách phân cực này chỉ áp dụng cho các mạch có yêu cầu về ổn định nhiệt không cao 77 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  78. 5. Phân cực cho transistor  Phân cực cho transistor?  Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi  Phân cực cho transistor bằng dòng cố định  Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Phân cực cho transistor bằng dòng Emitter (tự phân cực) 78 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  79. Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Cho E,R1,R2, beta. Giả sử transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại.  a. Tính IB,IC,IE, UCE  b. Viết phương trình đường tải tĩnh, Q point  c. Xét điều kiện của R1, R2 để transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại. 79 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  80. Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Xét mạch vào: EIRIRU2. 2B . 1 BE 0 EIIRIRU(C B )21 B BE 0 IICB EIRIRU( 1)B21 B BE 0 EUBE I B RR12( 1) EUBE IC (1) RR12( 1) 80 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  81. Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Xét mạch ra: EIIRU(C B )2 CE 0 1 EIRUC(1 )2 CE 0 1 UEIRCE C (1 )2 (2)  Từ (1) và (2) Xác định điểm làm việc tĩnh Q point (UCE, IC) 81 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  82. Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Xác định hệ số ổn định nhiệt  Xét mạch vào EIIRIRU(C B )21 B BE 0 EURBE 2 IIBC. RRRR1 2 1 2 IRB 2 IRRC 12 I 11 S C I IR CBo 1 .B 1 . 2 IRRC 12  Từ đó thấy được để mạch làm việc ở chế độ khuếch đại ổn định: R2 >> R1 82 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  83. 5. Phân cực cho transistor  Phân cực cho transistor?  Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi  Phân cực cho transistor bằng dòng cố định  Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi  Phân cực cho transistor bằng dòng Emitter (tự phân cực) 83 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  84. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp  Định lý Thevenin-Norton M A A A i Z AB Y eAB B B B (a) (b) (c)  (a). Phần mạch ban đầu  (b). Phần mạch tương đương nguồn áp (ĐL Thevenin)  (c). Phần mạch tương đương nguồn dòng (ĐL Norton) 84 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  85. Định lý thevenin – Norton  Định lý thevenin (chuyển nguồn áp tương đương)  U’AB = UAB khi hở mạch AB  Z’AB = ZAB khi tắt tất cả các nguồn trong mạch ban đầu  Ngắn mạch các nguồn áp  Hở mạch các nguồn dòng 85 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  86. Định lý thevenin – Norton  Định lý Norton (chuyển nguồn dòng tương đương)  I’AB = IAB khi ngắn mạch AV  Z’AB = ZAB khi tắt tất cả các nguồn trong mạch ban đầu  Hở mạch các nguồn áp  Ngắn mạch các nguồn dòng 86 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  87. Nguyên lý xếp chồng  Trong một mạch có nhiều nguồn tác động thì dòng điện trong một nhánh bằng tổng đại số các dòng điện do từng nguồn độc lập gây ra trong nhánh đó. 87 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  88. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp 88 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  89. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp R1R2 RB R1 R2 E.R U 2  B Áp dụng thevenin: R1 R2 89 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  90. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp U B I B RB U BE I E RE 0 Mà I E I C I B I B (1 )I CBo I B U B I B RB U BE I B (1 )I CBo I B RE 0 U B I B RB (1 )RE U BE (1 )I CBo RE 90 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  91. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp  Vì giá trị của IcBo rất nhỏ có thể bỏ qua U B U BE I B RB (1 )RE  Do đó: UUB BE IC RRBE(1 ) (*) RRBE(1 ) ()UUUUB BE B BE (1) IC (1 )RREE 91 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  92. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp  Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng đầu ra: EIRUIRC C CE E E 0 1 EIRUIRC C CE C E 0 1 EIRUIRC C CE C E 0 EU I CE C 1 RRCE EUCE  1 IC (2) RRCE 92 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  93. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp  Từ (1) và (2) xác định điểm làm việc tĩnh của mạch phân cực bằng chia áp  Nhận xét: Điểm làm việc tĩnh của mạch phân cực bằng chia áp không phụ thuộc vào hệ số β tức là ổn định hơn 1  Công thức thiết kế của (*): RR(1 ) BE10 93 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  94. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp  Hệ số ổn định nhiệt  Xét mạch vào: U B I B RB U BE I E RE 0 U B I B RB U BE (I C I B )RE 0 U B U BE RE I B I C . RB RE RB RE I B RE II1 S CC I R R I III C E B cBo CBB1 1 I  Mà hệ số ổn định nhiệt: C 1 S R 1. E RREB 94 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  95. Phân cực cho transistor bằng dòng Emiter tự phân cực – phân cực bằng chia áp 1 S R 1. E RREB  Khi RB << RE S ≈ 1 hệ tương đối ổn định khi nhiệt độ thay đổi 95 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  96. Nội dung chương 3  1. Cấu tạo transitor  2. Nguyên lý hoạt động  3. Phần tử 4 cực transistor  4. Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor  5. Phân cực cho transistor  6. Sơ đồ tương đương transistor 96 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  97. 6. Sơ đồ tương đương transistor  6.1. Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều  6.2. Sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều 97 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  98. 6.1. Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều  Sơ đồ tương đương miền tích cực  Linh kiện:  Điện trở RBB  Nguồn 1 chiều V0  Nguồn dòng phụ thuộc βIB  Nguồn dòng độc lập ICE0 98 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  99. 6.1. Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều  Sơ đồ tương đương miền bão hòa  Linh kiện:  Điện trở RBB  Nguồn 1 chiều V0 99 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  100. 6.1. Sơ đồ tương đương chế độ 1 chiều  Sơ đồ tương đương miền cắt  Linh kiện:  Nguồn dòng độc lập ICE0 100 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  101. 6.2. Sơ đồ tương đương chế độ xoay chiều  Tín hiệu nhỏ tần số thấp  Linh kiện:  rb: điện trở liên kết Ohmic giữa điện cực B và miền Base trung hòa  re: điện trở vi phân của tiếp giáp Emitter 101 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  102. Bài tập Bài 1.  Biết: E=+12V, R1=20KΩ, R2=4KΩ, R3=4KΩ, R4=1KΩ, . a) Xác định dòng điện và điện áp trên các cực của transistor ở chế độ một chiều DC. b) Vẽ đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh Q. c) Xác định hệ số ổn định nhiệt 102 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  103. Bài tập Bài 2.  E=10V, R3=1.8KΩ,  IC=2mA,UCE=5V.  Tính giá trị của các điện trở còn lại trong sơ đồ R1/R2,R4? 103 Electronic Technique – HiepHV KTMT