bai2

Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)

BÀI 2 : MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG
TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT)



MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Giúp sinh viên bằng thực nghiệm khảo sát các vấn đề chính sau đây :

1. Vấn đề phân cực DC CE/BJT-(NPN-PNP) : Xác định điểm làm việc tĩnh Q(V
CEQ
, I
CQ
)
trên họ đặc tuyến ngõ ra , hệ số khuếch đại dòng β .

2. Khảo sát mạch khuếch đại AC ghép RC dạng CE, CC, CB/BJT-NPN :
a. Khảo sát mạch khuếch đại AC CE/BJT-NPN dãy tần giữa (Midrange) : Xác định A
v
,
độ lệch pha ΔΦ.
b. Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại AC CE/BJT-NPN : vẽ biểu đồ
Bode quan hệ Biên độ – tần số A
v
(f), Pha – tần số φ(f), xác định tần số cắt dưới
f
Cl
= min(f
CL1
, f

CL2
) của mạch khuếch đại với giả thiết tụ C
E
bypass hoàn toàn.

3. Khảo sát mạch khuếch đại ghép kiểu Darlington.


THIẾT BỊ SỬ DỤNG

Bộ thí nghiệm ATS-11 và Module thí nghiệm AM-102B.
Dao động ký, đồng hồ VOM và dây nối.

PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phần này nhằm tóm lược những vấn đề lý thuyết thật cần thiết phục vụ cho bài thí nghiệm và
các câu hỏi chuẩn bị để sinh viên phải đọc kỹ và trả lời trước ở nhà.


I.1. CẤU TẠO TRANSISTOR

I.2. TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR


Tùy mức phân cực mà transistor có thể làm việc một trong ba trạng thái :

a. Trạng thái ngưng dẫn :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE phân cực nghịch V
BE
< Vγ (V
BE
= 0 ÷ 0,4V)
thì BJT ngưng dẫn: dòng I
B
= 0, I
C
= 0, và V
CE

≈
V
CC
.
E
C
P N P
+

-
+
-
B
V
BE
V
CB
N P N
-
+
-
+
B
V
BE
V
CB
E C
Hình 2-1
(a) BJT- PNP (b) BJT - NPN
C
E
B
C
E
B
I
C
I

E
I
B
I
C
I
B
I
E
V
BE
: phân cực
thuận mối nối
B-E
V
CB
: phân cực
nghịch mối
nối B-C
V
CB
: phân cực
nghịch mối
nối B-C
V
BE
: phân cực
thuận mối nối
B-E
I

E
= I
B
+ I
C
constICEC
B
)V(fI
=
=

Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)

BCE
III
β
=≈
CC
bb
b
BB
V
RR
R
V
21
2
+
=
21

21
.
bb
bb
BB
RR
RR
R
+
=
)(
25
mAI
h
mVh
C
fe
ie
=
eBB
BEBB
B
RR
VV
I
)1(
β
++
−
=

b. Trạng thái khuếch đại :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE phân cực thuận V
BE
= 0,5 ÷ 0,7V và BC
được phân cực nghịch thì BJT dẫn điện: dòng
I
C
tăng theo I
B
(I
C =
β
I
B
)
c. Trạng thái bảo hòa :
Nếu BJT được phân cực với mối nối BE và BC phân cực thuận , thì transistor dẫn
bão hòa: lúc đó
I
C
không tăng (I
C
<

β
I
B
) và điện thế V
CE
giảm còn rất nhỏ gọi là

V
CE
bão hòa (V
CEsat

≈
0,2V).

I.3. KHUẾCH ĐẠI AC BJT DÃY TẦN GIỮA

I.3.1. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CE:














R
L
: biểu diễn tải được nhìn bởi bộ khuếch đại.

R

B1
, R
B2
, R
C
và R
E
: cung cấp phân cực DC để BJT hoạt động trong miền tuyến tính.

I.3.1.A. Khảo sát DC:





⇒

I.3.1.B. Khảo sát AC:
Để có mạch tương đương (Hình 1c.) cần biết như sau :
Bất kỳ node nào mà điện áp tại đó đúng bằng hằng số (constant) thì được coi như nối
đất về mặc AC. Nội trở của tất cả các nguồn cung cấp được giả thiết bỏ qua, không đáng kể
so với các thông số của mạch ⇒ Do đó, các node nguồn cung cấp được nối đất về mặt AC.
Các t
ụ C
1
, C
2
, C
E
hoạt động ngắn mạch (short circuits) tại các tần số thuộc dãy giữa

(midrange). Giả định này xác định miền dãy giữa.
Các điện dung dây nối và của linh kiện có tác dụng hở mạch (open circuits) tại các
tần số thuộc dãy giữa.
Ngõ vào của BJT được xem như một diode có điện trở AC là h
ie
. Dòng base i
b
chảy
vào trong linh kiện. Ngõ ra của BIT được xem như một nguồn dòng i
c
= h
fe
.i
b
với điện trở ra
là 1/h
oe




Hình 2.2a. Dạng mạch CE
Hình 2.2b
. Mạch tương đương DC
+
Ce
Re
Rc
VCCVCC
Rc

Rb2
Vi
Rb2
Re
+
C1
Rb1 Rb1
0
+
C2
RL
Vo
0
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
iei
C
fev
hR
R
hA
+
⋅−≅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

+
⋅
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−=⋅==
iebb
bb
LCe
Ce
fe
i
b
b
o
i
o
i
hRR
RR
RRh
Rh
h
i

i
i
i
i
i
A
21
21
0
0
//
//
//)/1(
//)/1(
()
[]
)////(
]////)/1).[(////(
)////(
)////(
.
1
////)/1(..
21
021
21
21
0
iiebb
LCeiebb

ie
fe
iiebb
iebb
ie
LCefe
i
b
b
b
b
o
i
o
v
RhRR
RRhhRR
h
h
RhRR
hRR
h
RRhh
v
v
v
i
i
v
v

v
A
+
⋅−=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⋅−=⋅==
ieiebbi
hhRRZ ≈= ////
21
CCoeo
RRhZ ≈= //)/1(

Các thông số của mạch khuếch đại:












Trong
trường hợp : R
b1
và R
b2
>> h
ie
, (1/h
oe
) và R

L
>> R
C
:

Vậy: Mạch CE có chức năng khuếch đại dòng và khuếch đại áp.
Chiến lược thiết kế mạch khuếch đại AC với độ lợi A
v
theo yêu cầu có thể được thực
hiện dựa vào biểu thức của A
v
. Trước tiên, thông qua việc ấn định điểm làm việc tĩnh Q (I
CQ
,
V
CEQ
) trên họ đặc tuyến ngõ ra i
c
= f(v
ce
), ta xác định được các giá trị R
B1
, R
B2
, R
C
. Đối với
một linh kiện BJT đã cho (xác định được h
fe
và (1/h

oe
)) thì độ lợi của bộ khuếch đại sẽ phụ
thuộc vào R
C
và R
i
. Nếu R
C
được cho thì độ lợi có thể được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi
R
i
.
i
c
=
h
fe
i
b
i
b
Hình 2.2c. Mạch tương đương AC dãy tần giữa
1/hoe RL
Vo
hie
B
Vi
E
Zi
C

Zo
Rc
Rb1//Rb2

Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)

BCE
III
β
=≈
CC
bb
b
BB
V
RR
R
V
21
2
+
=
321
//
bbbBB
RRRR +=
)(
25
mAI
h

mVh
C
fe
ie
=
eBB
BEBB
B
RR
VV
I
)1(
β
++
−
=

I.3.2. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CC:

R
i
: được thêm vào để kiểm soát dòng điện ngõ vào từ nguồn v
1
.

I.3.2.A. Khảo sát DC:





⇒

I.3.2.B.
Khảo sát AC:










Vậy

: Mạch CC không có chức năng khuếch đại áp. Mạch CC có tổng trở vào lớn,
tổng trở ra nhỏ, thường được dùng để phối hợp trở kháng giữa các tầng khuếch đại.





[]
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
+
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⋅=⋅==
ifeeieBB
feeieBB

feeie
fee
i
b
b
b
b
o
i
o
v
RhRhR
hRhR
hRh
hR
v
v
v
i
i
v
v
v
A
).//(
).//(
.
.
1
..

fe
BBiie
eo
h
RRh
RZ
)//(
//
+
=
[ ]
).//(
. feeieBBii
hRhRRZ ++=
: r
ấ
t l
ớ
n
: r
ấ
t nh
ỏ
≤
1
Rb3Vi
Ri
BB
VCC
+

C2
+
C1
Re
R
Rb2
Re
Rb1
VCC
V
BB
Vo
00
Hình 2-3c : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ
i
b
BB
Re.hfe
C
Vi
Vo
B
Zi
Ri hie
R
Zo
Hình 2-3a : Mạch khuếch đại ghép CC Hình 2-3b : Mạch tương đương AC
Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)
1.
//

1
//
1
≤≈
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
−=⋅==
fb
ibe
e
LC
ob
C

ob
fb
i
e
e
o
i
o
i
h
hR
R
RR
h
R
h
h
i
i
i
i
i
i
A
Cobo
RhZ ///1=
ibibei
hhRZ ≈= //
⎥
⎦

⎤
⎢
⎣
⎡
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=⋅==
ib
LC
ob
fb
i
e
e
o
i
o
v
h
RR
h
h
v
i
i

v
v
v
A
1
.)////
1
(
I.3.3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP KIỂU CB:














I.3.3.A. Khảo sát DC
: Tương tự như mạch CE

I.3.3.B. Khảo sát AC:

Vậy
: Mạch CB không có chức năng khuếch đại dòng.





Hình 2-4a : Mạch khuếch đại ghép CB Hình 2-4b : Mạch tương đương DC
VCC
Rb2
Re
Vo
Vi
Re
Rb1
0

Rc
+
Cb
Rb1
0
+
C2
VCC
Rc
+
C1
RL
Rb2

i
e
hfb.ie

i
i
i
o
Hình 2-4c : Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

1/hob
Vi
E
ZoZi
hib
B

C
Rc RL
Re
Vo


Bài 2 : Mạch Khuếch Đại Dùng Transistor Lưỡng Cực (BJT)

]A[
PR
VV
I
23
CECC
C
+
−
=
]A[
R
V
I
2
2R
B
=

PHẦN II
: TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM
Sau khi đã hiểu kỹ những vấn đề lý thuyết được nhắc lại và nhấn mạnh ở PHẦN I, phần này

bao gồm trình tự các bước phải tiến hành tại phòng thí nghiệm.
Như vậy, SV cần thực hiện, mắc mạch, đo đạc, hiểu kỹ và ghi nhận kết quả. Sau mỗi bài thí
nghiệm, GV hướng dẫn sẽ kiểm tra và đánh giá kết quả thí nghiệm củ
a SV.

II.1. PHÂN CỰC BJT NPN (Mạch A2-1)
II.1.1 Sơ đồ nối dây:
(hình 2-1)

♦

Cấp nguồn +12V của nguồn DC POWER SUPPLY cho mạch A2-1
- Chốt
+12V của mạch
⇔
chốt +12V

- Chốt
GND của mạch
⇔
chốt GND
của nguồn DC POWER SUPPLY.
♦

Ngắn mạch các
mA kế.

♦

Khảo sát BJT NPN C1815.

II.1.2 Các bước thí nghiệm :
1.

Chỉnh biến trở P1 để
V
CE

có các giá trị theo bảng A2-1. Đo điện áp rơi trên R2
(V
R2
),

ghi vào
Bảng A2-1. Tính I
B
, I
C
, và hệ số khuếch đại dòng
β
.

Bảng A2- 1
Điện áp V
CE
[v]
Thông số

cần đo
Thông số tính toán Nhận xét

V
R2
[V]

β = h
fe

= I
c
/ I
b

Trạng thái hoạt động của BJT
(Ngưng dẫn, Khuếch đại, Bão hòa)

≈ V
CC




= 5.5 V ÷ 6.5V



= 0.1 ÷ 0.2V

Hình 2-1: Phân cực mạch khuếch đại CE dùng BJT-NPN (Mạch A2-1)