Upload
thai-thanh-sang
View
265
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
1
ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
ĐIỆN TỬ 1
ThS. Nguyễn Thy Linh
Nội dung:
Chương 2: BJT
2.1. Dòng chảy trong transistor;
2.2. Khuếch đại dòng trong BJT;
2.3. Giải tích mạch BJT bằng đồ thị;
2.4. Tính toán công suất;
2.5. Tụ bypass vô hạn;
2.6. Tụ ghép vô hạn.
2
TRANSISTOR
1948: Transistor (TST) đầu tiên (Bell Lab)
Các loại TST:
TST hai lớp tiếp giáp (Bipolar Junction Transistor-
BJT)
PNP NPN
FET – Field Effect Transistor: TST hiệu ứng trường
P-channel N-channel
3
2.1. Dòng chảy trong BJT
Cấu tạo và ký hiệu
4
EB phân cực thuận
CB phân cực nghịch
Cấu hình B chung – CB (Common Base Configuration)
Mối nối Emitter - Base
Xem mối nối EB như một diode phân cực thuận
hoạt động độc lập
DCLL và đặc tuyến EB
5
Mối nối Emitter - Base
Mạch tương đương đơn giản
vE=VEBQ=Vγ (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium)
6
e
EBQEEEQ
R
VVI
Mối nối Collector - Base
Từ quan hệ: , mạch tương đương
của mối nối CB
7
CBOEC III
Ví dụ 1:
Cho mạch điện như hình vẽ:
α≈1, ICBO ≈ 0; VEE = 2V; Re=1k; VCC=50V; Rc =
20k;
vi=1sinωt. Tính iE và vCB.
8
2.2. Khuếch đại dòng trong BJT
Quan hệ giữa IC và IB (bỏ qua ICBO):
với
Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ
Suy ra:
Xem gần đúng:
9
BC ii1
BBC iii
feBBB
C hiii
i
FEfe hh
Đặc tuyến Volt-Ampere, mạch E chung
Vùng bão hòa:
vCE ≤ VCEsat
Quan hệ giữa iC và iB là không tuyến tính
Vùng chủ động:
VCEsat ≤ vCE ≤ BVCEO
Quan hệ tuyến tính
Giới hạn dòng: IC-cutoff ≤ iC ≤ IC-max
10
CBOBC Iii
Ví dụ 2:
Cho mạch điện như hình vẽ, cấu hình E chung, TST npn. Xác định hệ
số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ.
Ngõ vào
với và
Ngõ ra
Hệ số khuếch đại dòng điện tín hiệu nhỏ
11
bBQb
BEQiBBB iI
R
VvVi
b
BEQBBBQ
R
VVI
b
ib
R
vi
cCQbBQBC iIiIii )(
b
ci
i
iA
Ví dụ 3:
VCC=10V, Rb=10K, Rc=1K. TST: β=100, VBE=0.7V, VCEsat=0.1V. Tìm điều
kiện làm việc (IC và VCE) của TST khi: a) VBB=1.5V and b) VBB=10.7V
a) IB=0.08mA; IC= βIB=8mA
VCE=2V: TST hoạt động
trong vùng tích cực
b) IB=1mA;
Giả sử IC= βIB=100mA => VCE=-90!!!
TST hoạt động trong vùng bão hòa
12
mAKR
VVI
c
CECCC 9.9
1
1.010
2.3. Giải tích mạch BJT bằng đồ thị
Trong giáo trình mạch Điện tử 1, các bộ khuếch
đại được làm việc ở chế độ lớp A: tín hiệu tồn tại
trong cả chu kỳ, méo phi tuyến nhỏ và hiệu suất
thấp.
13
Mạch khuếch đại cơ bản Mạch phân cực
Giải tích mạch BJT bằng đồ thị
Mạch phân cực (Mạch tương đương Thevenin)
Thiết kế
14
1
1 2
BB CC
RV V
R R
1 2
1 2
b
R RR
R R
11 /
b
BB CC
RR
V V 2CC
b
BB
VR R
V
Hoạt động của mạch khuếch đại DC
Ngõ ra
Với ic=αiE≈iE, suy ra:
: DCLL
Ngõ vào
Bỏ qua ICBO: iB=(1-α)iE, =>
Để loại bỏ sự thay đổi của iE do β thay đổi, chọn
Tĩnh điểm Q (ICQ, VCEQ)
15
eELCCECC RiRivV
)( eLCCECC RRivV
eEBEbBBB RivRiV
be
BEBB
be
BEBBE
RR
vV
RR
vVi
1
1)1(
e
BEQBBEQCQ
R
VVII
e
LBBCCCEQ
R
RVVV 1)7.0(
- Các thành phần tức thời của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;
- Các giá trị một chiều của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;
- Các giá trị xoay chiều của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;
16
CE Cv , i
CEQ CQV , I
ce cv , i
Hoạt động của mạch khuếch đại AC
Tín hiệu nhỏ
và
Quan hệ pha: ib tăng, ic, ie tăng, vce giảm.
Bộ khuếch đại có thể được thiết kế tối ưu (sóng ra tốt
nhất) hoặc ở chế độ bất kỳ.
Ở chế độ tối ưu: , thường chưa biết các điện trở
phân cực , .
Ở chế độ bất kỳ: , khi mạch cho trước ,
hoặc , .
17
CQCc Iii CEQCEce Vvv
cmmax CQTUI I1R 2R
CEQV CQI
cmmax CQTUI I
Chế độ tối ưu - maxswing
Thiết kế sao cho sóng ra là lớn nhất và không bị
méo ( hoặc ), thường chưa biết các điện
trở phân cực , .
Đối với các cách mắc bộ khuếch đại khác nhau
CE, CB, CC với giả thiết và ),
maxswing khi:
18
maxCC
cm CQTU
AC DC
VI I
R R
cmmaxILmmaxV
0CEsatV 0C cutoffI
Ví dụ 4:
Tìm Q để có max swing:
DCLL:
Max swing:
19
)2001000(9 CQCEQ IV
2.4. Tính toán công suất
Công thức tổng quát
V(t) = Vav + v(t)
I(t) = Iav + i(t)
20
T
dttItVT
P0
)()(1
T
avav dttiItvVT
P0
))())(((1
T
avav dttitvT
IVP0
)()(1
o Vav, Iav: giá trị trung bình
o v(t), i(t): thành phần thay đổi
theo thời gian có trung bình bằng 0
Công suất tiêu tán trên tải và nguồn cung cấp
Công suất trung bình tiêu tán trên tải (AC)
Giả sử ic=Icmsinωt:
Công suất nguồn cung cấp
21
T
LcacL dtRiT
P0
2,
1
2
2
,Lcm
acL
RIP
CC CC CQP V I
Công suất trung bình trên transistor
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Khai triển:
Suy ra:
Transistor tiêu thụ công suất cực đại khi không có tín
hiệu:
22
2sin
112
2
0
2
0
2 cmCQ
T
cmCQ
T
C
IIdttII
Tdti
T
22
2( ) ( ) cm
C CC L e CQ L e
IP P R R I R R
2( )
C CC L e CQP P R R I
Hiệu suất
• Hiệu suất:
• Xét ví dụ trường hợp maxswing với
Hiệu suất cực đại khi Icm cực đại: max(Icm) = ICQ
Suy ra: max(ŋ)= = 0.25
23
CC
acL
P
P ,
LCC
Lcm
RV
RI
2/
2/2
2
LCC
LCC
RV
RV
2/
8/2
2
2.5. Tụ bypass vô hạn
Tụ bypass (nối tắt) Ce:
tạo dòng phân cực ICQ (C3)
tăng độ ổn định phân
cực (C3)
nhưng giảm hiệu suất (C4)
và giảm hệ số khuếch đại
đối với tín hiệu nhỏ xoay
chiều (C4)
Sử dụng tụ bypass (Giả sử
Ce->∞, đối với tín hiệu xoay
chiều: )
24
25
Tụ ghép: ngăn dòng DC qua tải
26
2.6. Tụ ghép (Coupling Capacitor) vô hạn
Tụ ghép: ngăn dòng DC qua tải
27