Bipolar Junction Transitor - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong3_BJT_p2.pdf · - Khuếch đại trung thực, ít méo phi tuyến. Bộmôn KỹThuậtĐiệnTử- ĐHBK 5.2. ác chế độ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

11

CHƯƠNG 3

Bipolar Junction

Transitor

Bùi Minh Thành

Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Tài liệu tham khảo

[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and

Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991

[2] Lê Phi Yên, Nguyên Như Anh, Lưu Phu, Ky thuât

điên tư, NXB Khoa hoc ky thuât

[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:

Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition

(2007)

[4] Slide bài giảng môn Ky thuât điên tư cô Lê Thị Kim

Anh

2


Nội dung

1. Cấu tạo

2. Nguyên tắc hoạt động.

3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản

4. Phân cực cho BJT

4.1) Tính toán phân cực

4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều

4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện maxswing.

4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.

3


Nội dung

5. Phân tích mạch tín hiệu nhỏ

5.1. Các chế độ làm việc của BJT trong mạch khuếch đại

5.2. Các tham số xoay chiều

5.3. Sơ đồ tương đương E chung

5.4. Sơ đồ tương đương B chung.

5.5. Sơ đồ tương đương C chung.

4


Nội dung

1. Cấu tạo








5


4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều

• Đường tải 1 chiều (DC Load Line - DCLL) là đường biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện 1 chiều qua BJT.

• Đường tải xoay chiều (AC Load Line – ACLL) là đường thể hiện mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện tức thời qua BJT.

6

Quy ước:

iC(t), vCE(t): giá trị dòng điện và điện áp tức thời qua BJT

ICQ, VCEQ: giá trị dòng điện và điện áp DC qua BJT

ic(t), vce(t): giá trị dòng điện và điện áp xoay chiều (ac) qua BJT

iC(t) = ICQ + ic(t) vCE(t) = VCEQ + vce(t)



7

Mục đích phân cực DC

Khi thiết kế phân cực cho BJT đồng thời cũng là chọn điểm làm việc cho

BJT.

Khi đó, dạng sóng ở ngõ ra sẽ phụ thuộc vào giá trị điểm phân cực và sự

thay đổi của tín hiệu ở ngõ vào.

vo(t) = VB + A sin t



8

1

1 2

CCb

V RV

R R

1 2/ /bR R R

b

BQ

b E

V VI

R R

CQ BQI I

( )CEQ CQ C EV Vcc I R R ( , )CEQ CQQ V IĐiểm tĩnh



• DCLL

• ACLL

9

( )CE CC C C EV V I R R

CE CC C DCV V I R DC C ER R R

( / / ) 0c L C cei R R v

0c ac cei R v / /ac L CR R R

( ) ( ) 0C CQ ac CE CEQi I R v V

( )CE CEQ C CQ acv V i I R

ACLL



• DCLL

• ACLL

10

CE CC C DCV V I R

( )CE CEQ C CQ acv V i I R

vCE

iC

CCV

CC

DC

V

R

CEQV

CQI CEQ CQ acV I R

CEQ

CQ

ac

VI

R

ACLL

DCLL

O

Q


Nội dung

1. Cấu tạo








11



12

vCE

iC

CCV

CC

DC

V

R

CEQV

CQI CEQ CQ acV I R

CEQ

CQ

ac

VI

R

ACLL

DCLL

O

Với mạch phân cực có sẵn, để dao

động cực đại không bị méo dạng thì

phải chon biên độ của dòng ic và vce

thỏa điều kiện:

min( , )

min( , )

CEQ

cm CQ

ac

cm CEQ CQ ac

Vi I

R

v V I R

Q



13

vCE

iC

CCV

CC

DC

V

R

CEQV

CQICEQ CQ acV I R

CEQ

CQ

ac

VI

R

ACLL

DCLL

O

Điều kiện maxswing: Là điều kiện để

cho mạch có dao động cực đại mà

không bị méo dạng:

Chon điểm Q là điểm nằm giữa

của đường tải ACLL

Q

CEQ CQ acV I R

CEQ CC CQ DCV V I R

CCCQ

DC ac

VI

R R

Từ phương trình DCLL:

Điều kiện maxswing:

CCCQ

DC ac

VI

R R

CEQ CQ acV I R


Nội dung

1. Cấu tạo








14



Tìm giá trị của R1, R2 để điểm tĩnh hoạt động của mạch Q(VCEQ, ICQ)

15

(1 )

b

CQ EQ

E b

V VI I

R R

(1 )E bR R

1 1

10(1 ) 10b E ER R R

Để ICQ không phụ thuộc vào khi

nhiệt độ thay đổi

1

10b ER R 2

CCb

b

VR R

V

1

1

b

b

CC

RR

V

V

Chọn


Nội dung

5. Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT

5.1 Giới thiệu






16


5.1 Giới thiệu

17

in

I,V

- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện hoặc điện áp) từ

biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng của nó.

- Khi xet BJT hoạt động dưới điều kiện tin hiệu nhỏ (sự thay đổi của tin hiệu

vào đủ nhỏ) thì có thể xem BJT như một bộ khuếch đại ac.

BÔ

KHUÊCH ĐAIout

I,V


5.1 Giới thiệu

18

)rms(i

)rms(i

I

IA

i

o

in

outi

)rms(v

)rms(v

V

VA

i

o

in

outv

iv

in

outP A.A

P

PA

- Đô lơi là ti sô của một lượng tin hiệu (dòng điện hoặc điện áp) thay đổi ở ngo ra

và ngo vào. Ky hiệu là Ai hoặc AV.

+ Đô lơi dong:

+ Đô lơi ap:

+ Đô lơi công suât:

A > 1: bô khuếch đại tín hiêu.

A < 1: bô suy giảm tín hiêu.

Nhăc lại:

+ gia tri rms: tri hiêu dụng (đê tính cho tín hiêu ac).

+ gia tri amp: tri biên đô (hoăc đinh – peak).

2

)amp()rms(


5.1 Giới thiệu

19

Điên trơ ngo vao cua môt bô khuếch đại la tông trơ tương đương tại cac đâu ngo

vao cua no.

)DC(I

VR

in

inin )ac(

i

vr

in

inin

Công suât ngo vao ac

Đinh nghia tương tự cho điên trơ va công suât ngo ra.


5.1 Giới thiệu

20

A

Ảnh hương cua điên trơ nguôn đối với mạch khuếch đại

- Điên áp vào bô KĐ:

s

ins

inin v.

rr

rv

Điên áp ra :

s

ins

invinvout v.

rr

r.Av.Av

Đê có đô lơi áp là Av thì rin >>rs .

* Khuếch đại áp


5.1 Giới thiệu

21

* Khuếch đại dòng

- Dòng ngõ vào bô KĐ:

s

ins

sin i.

rr

ri

Dòng ngõ ra :s

ins

siiniout i.

rr

r.Ai.Ai

Đê có đô lơi dòng là Ai thì rs >>rin .


5.1 Giới thiệu

22

Ảnh hưởng của điện trở tải

- Môt bô khuếch đại ac dùng đê cung

câp áp, dòng hoăc/va công suât cho

môt tải ơ ngõ ra.

- Tải có thê là loa, anten, còi, đông cơ

điên hoăc bât kỳ 1 thiết bi hữu ích nào.

- Khi phân tích mạch này, ta thay thế

bằng 1 điên trơ tải RL.

out

Lo

LL v.

rr

rv

Áp ra trên tải: đê có áp rơi tối đa trên tải

thì rL>>ro.

Xét cả ảnh hương cua nguôn thì đô lơi áp từ nguôn đến tải:

Lo

L

ins

inV

s

L

rr

r.

rr

r.A

v

v


5.1 Giới thiệu

23

Môt cách tương tự khi xét đến bô khuếch đại dòng, ta có:

Lo

o

ins

si

s

L

rr

r.

rr

r.A

i

i

Đê truyền công suât cực đại thì cân có sự phối hơp trơ kháng:

- Từ nguôn tín hiêu đến bô khuếch đại: rs = r in.

- Từ bô khuếch đại đến tải: rout = rL.

out

Lo

oL i.

rr

ri

Dong trên tải:

đê co ap rơi tối đa trên tải thì ro>>rL.

Đô lơi dong tông:


Nội dung


5.1 Giới thiệu






24



25

Chế độ A (Lớp A)

D

C

VCE

iC

IBmin

IBmax

iCmax

iCmin

Q

ICQ

vCEQ

M

N

Khi chọn điểm Q nằm khoảng

giữa đoạn MN trên đường tải

xoay chiều, ta nói phần tử KĐ

làm việc ở chế độ A. Đặc điểm

của chế độ này là:

- Dong va ap tinh luôn khac không. Biên đô dong va ap xoay chiều lây ra tối đa chi

bằng dong va ap tinh. Do đo hiêu suât thâp (25%).

- Khuếch đại trung thực, ít méo phi tuyến.



26

Chế độ B (Lớp B)

Đinh nghia hiêu suât : đo bằng tỷ số giữa công suât

cua tín hiêu xoay chiều đưa ra trên tải và tông công

suât tâng khuếch đại tiêu thụ cua nguôn cung câp.

Chế đô A thường dùng trong các tâng khuếch đại tín

hiêu nhỏ.

Khi chọn điểm Q nằm trùng với D (hoặc N) thì

phần tử khuếch đại làm việc ở chế độ B lý tưởng

(hoặc thực tế). Đặc điểm của chế độ này là:

- Méo phi tuyến trâm trọng.

- Hiêu suât cao. (Bmax = 78.5%).

- Thường dùng trong các tâng khuếch đại công suât (tâng cuối cua các thiết bi

khuếch đại). Đê khăc phục méo phi tuyến, đoi hỏi mạch phải có 2 vế đối xứng thay

phiên làm viêc trong 2 nữa chu kỳ (gọi là mạch “đẩy kéo”).

D

C

VC

E

iC

IBmin

IBma

xiCma

x

iCmi

n

Q

iCQ

vCE

Q

M

N



27

Thực tế, người ta còn dùng chế độ AB (trung gian

giữa chế đô A và B): điểm Q chọn ở phía trên điểm

N và gần điểm này. Lúc đó phát huy được ưu điểm

của mỗi chế độ, giảm bớt méo phi tuyến, nhưng

hiệu suất kém hơn chế độ B.

Chế độ khóa hay chế độ đóng ngắt (lớp D)

BJT có thể làm việc ở chế độ đóng ngắt (Switch

BJT).

Tuỳ theo giá trị điện áp vào mà BJT có thể làm

việc ở 2 trạng thái đôi lập:

-Trạng thái khóa (tắt): khi Q nằm ở phía dưới

điểm N.

- Trạng thái dẫn bảo hòa (mở): khi Q nằm ở phía

trên điểm M (gần điểm C).

VCED

C

iC

IBmin

IBmaxiCmax

iCmin

Q

iCQ

vCEQ

M

N


Nội dung


5.1 Giới thiệu






28



29

- Mục đich của việc chuyển về sơ đồ tương đương là làm cho mạch

tính toán đơn giản và dễ dàng hơn.

- Khi sự biến thiên ở tín hiệu vào đủ nhỏ để tạo sự thay đổi về dòng

và áp ở ngõ ra nằm trong đặc tính giới hạn của BJT, ta có thể xem

BJT là một phần tử 4 cực tuyến tính:

V2

I2

V1

I1

I1, V1(i1, v1): dòng và áp ở ngo

vào.

I2, V2(i2, v2): dòng và áp ở ngo ra.



30

Tuỳ theo từng sơ đồ cụ thể của BJT (BC, EC hay CC) thì các đại lượng

trên sẽ là những điện áp hay dòng điện trên các cực tương ứng, đồng

thời tùy theo loại BJT( NPN hay PNP) mà chúng có dấu hoặc chiều

thích hợp.

Tuỳ theo việc chọn biến và hàm để mô tả môi quan hệ giữa các ngõ

vào và ra của BJT mà ta có các loại tham sô đặc trưng cho BJT.

Biên I1, I2 V1,V2 I1,V2 V1,I2 v2,I2 V1,I1

Hàm V1,V2 I1,I2 V1,I2 I1,V2 V1,I1 V2,I2

Tham sô z Tham sô y Tham sô h



31

Bộ tham số h

V1 = f(I1,V2)

I2 = f(I1,V2)

v1 = h11i1 + h12 v2

i2 = h21i1 + h22 v2

2

111

1 0

( )

v

vh hi

i

Ý nghĩa của từng tham số

Trơ kháng vào cua BJT khi áp xoay chiều ơ ngõ ra bi

ngăn mạch.

2

221

1 0

( )

v

ih hf

i

Hê số khuếch đại dòng điên (đô lơi dòng) cua BJT khi

áp xoay chiều ơ ngõ ra bi ngăn mạch.

1

222

2 0

( )

i

ih ho

v

Điên dẫn ra cua BJT khi dong xoay chiều ơ ngo vao bi

hơ mạch.

1

112

2 0

( )

i

vh hr

v

Hê số truyền ngươc về điên áp (hôi tiếp điên áp) cua

BJT khi dòng xoay chiều ơ ngõ vào bi hơ mạch.

2

2

21

1

22

2

2

11

1

11

dVV

IdI

I

IdI

dVV

VdI

I

VdV

( )ih

fh

( )Oh S

rh



32

Bộ tham số h

V1 = f(I1,V2)

I2 = f(I1,V2)

v1 = h11i1 + h12 v2

i2 = h21i1 + h22 v2



33

v1

hi

h11

h12 . v2

h21 . i11/h22

v2

i1

i2Mạch tương đương của BJT

-h12.v2: Sự truyền điện áp theo

chiều ngược (hiện tượng hồi tiếp nội

bộ của BJT); h12 rất be ( )

nên có thể bỏ qua

-h21 . i1: Phản ánh khả năng

khuếch đại của BJT, nguồn này có

nội trở rất lớn

-Điện dẫn ra h22: độ dôc đặc tuyến

BJT. Thông thường h22 rất be

bỏ qua

4 310 10

22

1

h

v1

hihf . i1

v2

i1 i2

Sơ đồ tương đương đơn

giản hóa của BJT:


Nội dung


5.1 Giới thiệu






34



35

0ce

T febe Tie v

b BQ CQ

mV hv mVh

i I I

Ở nhiệt độ phòng VT = 25mV

25 fe

ie

CQ

hh

I

Sơ đồ tương đương:

Tính toán chi tiết sẽ được trình bày trên lớp


Nội dung


5.1 Giới thiệu






36



37



Nội dung


5.1 Giới thiệu






38



39

VL

ICIE

B

E C

E2E1

RERC RLrs



40


Documents

Bipolar Junction Transitor - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong3_BJT_p2.pdf · - Khuếch đại trung thực, ít méo phi tuyến. Bộmôn KỹThuậtĐiệnTử- ĐHBK 5.2. ác chế độ