Bài giảng vi sai xử lý

Bài Giảng
Vi sai xử lý


Phần lớn các linh kiện điện tử đều được cấu tạo từ các chất bán dẫn gọi là linh
kiện điện tử bán dẫn. Như vậy để xét cấu tạo nguyên lý hoat động của các linh
kiện khác nhau thì ta phải xét các loại bán dẫn.
* Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện:
*.1> Chất bán dẫn thuần:
Chất bán dẫ thuần được chế tạo từ Ge, Si (nhóm 4 trong bảng phân loại tuần
hồn).
Mạng liên kết đồng hóa trị Si:
- Ở -2730 C (00K) e  nằm trong mối liên kết bền vững. Độ linh động j=0.
- Khi nhiệt độ tăng e  thu năng lượng đủ bứt ra trở thành điện tử tự do để
lại lỗ trống. Điện tử hóa trị bên cạnh dễ dàng nhảy vào lấp lỗ trống và để lại
lỗ trống chuyển động ngược chiều nhau. Tổng các dịng trong bán dẫn bằng
khơng.
- Nếu bắt microampe kế ta thấy có dịng rất nhỏ chạy qua chất bán dẫn.
Nguyên nhân: các điện tử có sẵn trong chất bán dẫn chuyển động đến dương
nguồn thì có bấy nhiêu điện tử đi khỏi âm nguồn để bù vào lỗ khuyết của
mạng tinh thể. Chiều của dòng điện từ dương nguồn đến microampe kế qua
bán dẫn đến âm nguồn. Với quá trình này làm tiêu hao năng lượng của
nguồn.
*.2> Chất bán dẫn tạp:
Chất bán dẫn tạp là chất bán dẫn được tạo thành nhờ pha các nguyên tố
nhóm III hoặc nhóm V vào. Bán dẫn tạp gồm có hai loại đó là: bán dẫn loại p
và loại n.
Bán dẫn loại n được tạo thành nhờ pha tạp nguyên tố nhóm V trong bảng
phân loại tuần hoàn vào mạng liên kết của mạng tinh thể nguyên chất Silic.
Do có 5 điện tích hóa trị nên khi liên kết trong mạng tinh thể Si thì có 4 điện
tử liên kết cịn một điện tử không liên kết trong mạng liên kết rất yếu với hạt

nhân. Như vậy sau khi pha tạp nguyên tố nhóm V vào thì bán dẫn giàu điện
tử. Chất pha tạp cho điện tử nên nguyên tử pha tạp gọi là Donor( chất cho).
Tương tự như bán dẫn n bán dẫn p được tạo thành nhờ pha tạp nguyên tố
nhóm III vào. Do có ba điện tử hóa trị nên khi pha tạp sẽ thiếu một điện tử tạo
thành lỗ trống . Lỗ trống này sẽ hút các điện tử ở mạng liên kết tạo thành lỗ
trống mới. Cứ như vậy các lỗ trong liên tục được hình thành. Bán dẫn sau khi
pha tạp ta được một bán dẫn thiếu điện tử. Chất pha tạp nhận điện tử nên gọi
là Acceptor (chất nhận).
**> Tiếp giáp p-n:
Bán dẫn p: lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tử là hạt dẫn thiểu số.
Bán dẫn n: điện tử là hạt dẫn đa số, lỗ trống là hạt dẫn thiểu số.
Khi cho hai bán dẫn p và n tiếp xúc nhau do chênh lệch về nồng độ pha tạp
giữa hai bán dẫn nên co hiện tượng khuyếch tán hạt dẫn điện đa số về hai
phía. Kết quả là để lại một lớp ion + và ion – trên bề mặt tiếp giáp gọi là lớp
chuyển tiếp. Khi lớp chuyển tiếp được hình thành thì sự khuyếch tán của các
hạt mang điện đa số bị cản trở nhưng điện trường trong có tác dụng hút các
hạt thiểu số chuyển động trôi qua lớp chuyển tiếp và tạo thành dòng I ng còn


chuyển động khuyếch tán của các hạt đa số tạo thành dòng thuận I th ( I kt ) . Tại
tiếp giáp có sự cân bằng động như sơ đồ dưới đây:

 cân bằng động.  i  0.
Muốn có dịng qua bán dẫn thì phải phá vỡ trạng thái cân bằng động. Muốn
phá vỡ trạng thái cân bằng động bằng cách phân cực.
**.1> Phân cực thuận, phân cực nghịch:
**.1.1> Phân cực thuận:
Nếu Ec>0.5V ngược chiều E tr làm cho bề dày lớp chuyển tiếp co lại,
chiều cao hàng rào điện thế giảm đối với hạt dẫn đa số, chúng chuyển
động sang phía đối diện tạo thành dịng I th gọi là I E ( I kt ) .

qV
KT

I E  I 0 S (e  1)
Trong đó: I 0 S : Dòng điện ngược bão hòa.
**.1.2> Phân cực ngược:
E C cùng chiều với E tr làm cho E tr tăng lên. Khi E tr tăng lên thì bề
dày lớp chuyển tiếp tăng lên ngăn cản sự chuyển động của các hạt
dẫn điện đa số. Dòng I kt  0 . Chỉ có các hạt thiểu số chuyển động về
hai phía tạo thành dịng I ng . Chiều của Ing từ dương nguồn đến bán
dẫn p qua bán dẫn n đến âm nguồn. Chỉ số của dòng I ng rất nhỏ vì
các hạt thiểu số vốn có ở điều kiện thường rất ít.
**.2> Đặc tuyến V-A của tiếp giáp p-n:

**.3> Hiện tượng đánh thủng của tiếp giáp p-n:


Nếu E C đủ lớn thì E tr tăng đủ mức làm cho vận tốc của các hạt dẫn
qua lớp chuyển tiếp làm ion hóa các nguyên tử trong lớp chuyển tiếp tạo
thành các cặp điện tử và điện tử trái dấu thứ cấp. Các điện tử, lỗ trống
thứ cấp tiếp tục chuyển động làm ion hóa các nguyên tử khác. Hiện
tượng này tạo ra số lượng hạt dẫn tăng vọt gọi là hiện tượng đánh thủng
kiểu thác lũ.
Khi xảy hiện tượng đánh thủng do phân cực ngược hoặc dòng điện lớn
khi phân cực thuận thì nhiệt lượng bề mặt lớp tiếp xúc tăng lên làm cho
nhiệt độ tại tiếp xúc tăng lên. Nếu không cân bằng nhiệt( tỏa nhiệt ra
môi trường) thi sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng về nhiệt do hiệu ứng
nhiệt độ ( khi nhiệt độ tăng quá cao thì các điện tử thứ cấp sẽ bức ra tạo
thành điện tử tự do. Chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện).
Khi xảy ra hiện tượng đánh thủng kiểu thác lũ khi phân cực ngược thì

khi cắt điện thì bề mặt tiếp xúc p-n trở lại bình thường. Nếu đánh thủng
về nhiệt thì tiếp xúc p-n vẫn bị hủy hoại. Chính vì vậy những điơt,
trasistor, dụng cụ bán dẫn nói chung làm việc với dịng điện lớn ln
ln có kích thước bè mặt lớn để tăng cường diện tích bề mặt tỏa nhiệt,
có thể gắn thêm phiến tản nhiệt nhất là những linh kiện công suất.
**.4> Diode:
Diode là linh kiện bán dẫn gồm một tiếp giáp p-n. Vì vậy, tính chất
của một diode thường có đầy đủ tính chất của một tiếp giáp p-n.
Ở đây ta chỉ xét diode chỉnh lưu. Trong mạch ta sử dụng diode chỉnh
lưu nhưng giữ vai trò ghim áp như một diode Zenner. Muốn như vậy
ta phải chọn điểm làm việc của diode sao cho khi dòng thay đổi lớn
nhưng áp gần như không đổi. Như vậy, ta chọn điểm làm việc của
diode nằm trong đoạn tuyến tính nhất của đặc tuyến truyền đạt (đoạn
nằm trong gạch chéo ở đặc tuyến trên).
Chương 1:
Transistor lưỡng cực: (Bipolar Juntion

Transistor)
1> Cấu tạo:
BJT là một loại linh kiện bán dẫn gồm các lớp bán dẫn loại p và n đặt xen kẽ
nhau trong cùng một đơn tinh thể bán dẫn. Các miền này được phân cách bởi hai
lớp chuyển tiếp p-n. Tùy theo thứ tự bố trí các lớp bán dẫn p và n mà ta có BJT
loại npn hay pnp.


C
B

C
B

E

E

Tương ứng với mỗi miền là một cực của BJT. Miền bán dẫn ở giữa hai lớp
chuyển tiếp p-n gọi là miền gốc (Base – B). Hai miền còn lại bất đối xứng sao
cho một miền có khả năng kích hoạt các hạt tải điện vào miền Base, miền này là
miền phát (Emitter-E), miền kia là miền thu (Collector-C) có khả năng nhận
được tất cả các hạt điện kích từ miền Emitter sang Base.
Nồng độ pha tạp của các miền khác nhau, trong đó:
- Miền Emitter có nồng độ pha tạp lớn nhất, 1019  10 21 nguyên tử.
- Miền Base có nồng độ pha tạp thấp nhất . Nồng độ pha tạp miền Base
càng thấp càng lợi về hệ số truyền đạt.
- Miền Collector có nồng độ pha tạp trung bình 1013  1015 ngun tử.
Do có sự phân bố như vậy nên sẽ hình thành hai lớp chuyển tiếp pn gần nhau:
- Chuyển tiếp Emitter( J e ) giữa miền E-B.
- Chuyển tiếp Collector ( J c ) giữa miền C-B.

2> Nguyên lý làm việc và khả năng khuyếch đại:
Tùy theo thứ tự sắp sếp các miền bán dẫn mà ta chia BJT thành hai loại là PNP
hoặc NPN. Nguyên lý làm việc của 2 loại BJT này là giống nhau. Ta xét
nguyên lý làm việc của NPN.
2.1> Nguyên lý làm việc:
Xét BJT loại NPN:
Khi chưa cấp áp nguồn tại các tiếp giáp p-n do có độ chênh lệch về nồng
độ pha tạp giữa các miền mà sinh ra hiện tượng khuyếch tán ( sự khuyếch tán
của các hạt điện tích (điện tử và lỗ trống)) nên bên trong nó hình thành hai lớp
tiếp giáp J e và J c cân bằng động. Phân cực thuận cho tiếp giáp J e , E tr giảm
chiều cao hàng rào thế đối với các hạt đa số giảm, e  vọt từ E sang B. Nếu C

để hở mạch thì e  di chuyển từ E sang B như dòng phạt xạ bình thường của
một điơt tạo thành dịng từ B sang E như một tiếp giáp p-n thông thường.


Để e  được kéo sang miền C ta tăng E ng của tiếp giáp J c khi đó

e  được E ng kéo sang C tạo thành dòng I C .

Khi điện tử từ E sang B đại đa số đi thẳng về C tạo thành dòng I C một
số ít được tái hợp tại B tạo thành dịng I B
I E  IB  IC
2.2> Chế độ làm việc của BJT:
BJT có 3 chế độ àm việc đó là: ngưng dẫn, khuyếch đại, dẫn bão hòa.
2.2.1> Chế độ ngưng dẫn:
Tiếp giáp J C và tiếp giáp J E phân cực ngược như hình vẽ. Ở chế độ
này BJT được dùng như khóa điện tử.
Ở chế độ này do tiếp giáp J C và tiếp giáp J E phân cực ngược nên chỉ
có dịng phân cực ngược( dịng rị) rất nhỏ. Xem như khơng dịng chạy
qua các tiếp giáp. Ở chế độ này BJT tắt tương ứng với khóa đóng.

Điều kiện để BJT tắt là J E phân cực ngược.
Vbe<=0
2.2.2> Chế độ dẫn khuyếch đại:
Ở chế độ này tiếp giáp J C phân cực ngược và tiếp giáp J E được
phân cực thuận như hình vẽ.
Tiếp giáp J E được phân cực thuận nên hàng rào thế đối với các hạt
dẫn đa số giảm. e  từ E vọt sang B và lỗ trông chuyển dời từ B sang E.
Do bề dày miền B rất nhỏ nên phần lớn điện tử từ miền E sang đều tập
trung tại tiếp giáp J C tạo ra dòng I E rất lớn. Một phần điện tử từ miền
E sang miền B được tái hợp tạo thành dòng I B . Tiếp giáp J C phân cực

ngược nên kéo các hạt dẫn thiểu số ở vùng B là điện tử (do vùng B là


bán dẫnloại p) sang vùng C tạo nên dòng I C . Như vậy dòng I E gồm
hai thành phần đó là dịng I B và dịng I C .

Do nồng độ pha tạp của miền B rất nhỏ so với miền E nên dòng I E rất
lớn so với dịng I B vì thế có thể xem I C  I E .
Chế độ này được sử dụng rộng rải trong kỹ thuật mạch tương tự.
Như vậy để BJT làm việc ở chế độ khuyếch đại thì tiếp giáp J E phân
cực thuận, J C phân cực ngược.
Hệ thức liên hệ giữa các dòng điện:
I E  IB  IC
Hệ thức truyền đạt dòng điện:
I
  C
IE
Hệ số khuyếch đại dòng điện:

IC
IB
Mối quan hệ giữa  và :

 
 1
2.2.3> Chế độ dẫn bão hòa:
Ở chế độ này J E và J C đều phân cực thuận.





Điều kiện để BJT dẫn bão hòa là:
ic
ib 
 min

3> Các sơ đồ ghép của BJT và đặc tuyến của BJT:


Có ba dạng mạch dựa theo cách mắc Emitter chung, Base chung, Collector
chung.
3.1> Cách mắc EC:
Transistor dược mắc theo kiểu Emitter chung (EC) nghĩa là cực E dùng
chung cho cả đầu vào và đầu ra. Tín hiệu vào được đưa vào cực B và E cịn
tín hiệu ra lấy trên cực C và E. Sơ đồ này cho ta hệ số khuyếch đại điện áp
lớn, hệ số khuyếch đại dòng lớn , trở kháng vào có giá trị trung bình. Tín hiệu
ra ngược pha với tín hiệu vào.
Trong ba sơ đồ thì sơ đồ EC là sơ đồ có hế số khuyếch đại dòng, khuyếch
đại áp lớn nhất, hệ số khuyếch đại cơng suất lớn. Trở kháng vào ra có giá tri
trung bình thuận tiện cho việc ghép tải và nguồn tín hiệu.
Tuy nhiên sơ đồ này có nhược điểm đó là dễ bị tác động của nhiễu. Cần phải
có mạch ổn định.
Sơ đồ mạch:

Đặc tuyến ngõ vào: Biễu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa dòng vào ib và
điện áp vào V BE (VCE  const ) .
ib



f (V BE ) VCE  const

Đặc tuyến ngõ ra: Biểu diễn mối quan hệ giữa dòng ra ic và điện áp ra
VCE (ib  const ) .
ic  f (VCE ) ib  const


Đặc tuyến truyền đạt: Biểu diễn mối quan hệ giữa dòng ra và dòng vào
ic  f (ib ) . ic   .ib
3.2> Cách mắc BC:
Transistor mắc kiểu Base chung (BC) là cực B được dùng chung cho cả đầu
vào và đầu ra. Tín hiệu ra lấy trên cực B và cực C. Tín hiệu được đưa vào
cực B và cực E. Hệ số khuyếch đại điện áp lớn, khơng có khuyếch đại về
dịng điện (hệ số khuyếch đại <1), hệ số khuyếch đại cơng suất trung bình.
Trở kháng ra lớn, trở kháng vào nhỏ, điện áp vào cùng pha với tín hiệu vào.
Sơ đồ này được dùng trong khuyếch đại điện áp cao tần.
Sơ đồ mạch:

Đặc tuyến ngõ vào: Biễu diễn mối quan hệ giữa dòng vào ib và điện áp
vào VBE khi VCB  const .
ib  f (V EB ) VCB  const


Đặc tuyến ngõ ra: Biễu diễn mối quan hệ giữa dòng ra ic và áp ra VCE khi
i E  const .
ic  f (VCB ) i E  const

3.3> Cách mắc CC:
Transistor mắc kiểu C chung là cực C dùng chung cho cả đầu vào và đầu

ra. Dòng và điện áp vào được đưa vào cực B và cực C. Dòng và điện áp ra
được lấy ra ở cực E và cực C. Hệ số khuyếch đại dòng lớn khơng có
khuyếch đại về điện áp (hệ số khuyếch đại <1), hệ số khuyếch đại cơng suất
trung bình. Trở kháng ra nhỏ, trở kháng vào lớn, tín hiệu ra cùng pha với tín
hiệu vào. Sơ đồ này thường được dùng phối hợp trở kháng tải thấp với
nguồn tín hiệu có trở kháng cao. Thường dùng làm bộ khuyếch đại đệm.
Sơ đồ mạch:


Đặc tuyến ngõ vào: Biễu diễn mối quan hệ dòng vào ib và điện áp vào
V BC khi VBE  const .
ib  f (V BC ) V EC  const

Đặc tuyến ngõ ra: Biễu diễn mối quan hệ giữa dòng ra ib và điện áp ra
VCE khi ib  const .
ie



f (VCE ) ib  const


4> Tham số giới hạn và thông số của của transistor:
4.1> Dòng cực C cho phép:
Khi transistor làm việc ở điều kiện I C  I C max thì hệ số  bị giảm mạnh. Do
đó, để có hệ số ß đủ lớn khi chọn dòng làm việc I C nên lấy I C  I C max .
4.2> Điện áp đánh thủng VCE 0 :
Khi điện áp VCE  VCE 0 thì transistor bị đánh thủng, dịng I E ( hay I C ) tăng
cao, đây là hiện tượng đánh thủng kiểu thác lũ. Trasistor bị đánh thủng thường
bị hỏng vĩnh viễn hoặc tính năng yếu. Do đó, lúc làm việc transistor luôn đặt

trong điều kiện VCE  VCE 0 .(co sai khong, vi sao vce>vce0…)
4.3> Công suất tiêu tán cực đại tại cực C ( PC max ):
Khi dịng chạy qua tiếp xúc J C thì sẽ làm nóng cực C với cơng suất
PC  VCE .I C .
Khi BJT làm việc với PC  PC max thị BJT bị quá nhiệt và dễ bị hỏng vĩnh viễn.
Tóm lại, không được để BJT làm việc quá lâu nên để BJT làm việc với
PC  PC max .
4.4> Thông số cơ bản của BJT:
Xét mơ hình BJT tham số vật lý.
Vì
miền
C,E
có
nồng
độ
pha
tạp
cao
nên
RC  0, R E  0  C  C ' , E  E ' với E ' ,C ' là điểm bất kỳ trong miền
E,C.
Miền B có nồng độ pha tạp thấp nên rb  0 thường thì rb  20  30 .
Do vậy mơ hình tham số vật lý của BJT là:




re : Điện trở thuận của tiếp giáp BE .





VT
: re khoảng cỡ vài chục đến vài trăm Omh.
IE
Trong đó VT là điện áp nhiệt. Đối với Si thì VT  25mV .
rC : Điện trở ngược của tiếp giáp BC. rC có giá trị rất lớn.
C b'e : Điện dung tạo ra do lớp chuyển tiếp J E sinh ra.
re 

C be' có dung kháng rất bé  100 pF .
Giả sử BJT làm việc ở tần số 1KHz .
1
10 7
X Cb 'e 

 1,6 M rất lớn so với re bỏ
2
2 .1000.100.10 12
qua C b'e .



C b'c : Điện dung tạo ra do lớp chuyển tiếp J C sinh ra.
C b'c  C b'e nên bỏ qua C b'c



C 0 : Điện dung ra. Vì C 0 rất nhỏ nên bỏ qua C 0 .





Vb  ib .rbb '  ie .re  ib Rbb '  (1   )re  ib .rbe

Với rbe  ( Rbb '  (1   )re )   .re  

VT
IE

Mạch chuẩn của BJT tham số vật lý là:

5> Phân cực và ổn định điểm làm việc:
5.1> Phân cực:
Về nguyên tắc, việc phân cực cho BJT làm việc trong chế độ khuyếch đại phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
- Tiếp giáp J E phân cực thuận và tiếp giáp J C phân cực nghịch.
- Dòng iC phải lớn hơn rất nhiều so với dòng ngược iC 0 .


- Phải đảm bảo các yêu cầu về công suất, nhiệt độ.
Mạch phân cực là mạch chia điện áp ở các cực E, B, C để BJT làm việc được
đảm bảo tiếp giáp BE phân cực thuận và tiếp giáp BC phân cực ngược.
Việc dùng cả E b và E c trong một sơ đồ là không thuận tiện, ta có thể bỏ E b
thay vào đó là các mạch điện trở cùng cấp điện áp sao cho V BE  E b gọi là
mạch phân cực.
Mạch phân cực có các dạng như sau:
- Mạch phân cực bằng dòng cố định.
- Mạch phân cực bằng cầu chia áp.

- Mạch phân cực dung hồi tiếp âm điện áp.
5.1.1> Mạch phân cực bằng dòng cố định;
Sơ đồ mạch:

Rb dẫn điện áp dương từ VCC đến cực B làm cho VBE tương đương với
nguồn E b .
Phương trình điện áp cực B:
VCC  I B .R B  V BE  0
VCC  VBE
 IB 
RB
I C   .I B
Phương trình điện áp cực C:
VCC  I C .RC  VCE  0
VCE  VCC  I C .RC
Để BJT làm việc được thì VBE  0,6  0,7V .
Điểm làm việc tĩnh Q (VCE , I C ) .
Hệ số ổn định nhiệt
d IB
I B

 0
I C
d IC
S 

1 
 1 
I B
1 

I C


Hệ số ổn định nhiệt phụ thuộc vào . Trong khi đó  của BJT thường
rất lớn nên hệ số ổn định nhiệt của mạch lớn nên mạch có độ ổn định
nhiệt thấp.
Mạch khơng ổn định, khi dịng đi qua BJT thì sinh nhiệt làm cho các
hạt dẫn phụ tăng lên nên các dòng tự động tăng lên. Để ổn định thì ta
mắc thêm RE .
Tuy nhiên khi đầu vào có tín hiệu thì sụt áp trên RE là V RE ngược
pha với với tín hiệu vào làm giảm hệ số khuyếch đại. Để khắc phục ta
mắc thêm vào tụ C E song song với RE để ngăn sụt áp xoay chiều trên
điện trở RE .
Sơ đồ mạch:

Tính tốn mạch khi có RE :
Phương trình điện áp cực B:
VCC  I B .R B  V BE  I E .R E  0 (1)
VCC  I B .R B  V BE  1   .R E  0
VCC  VBE
 IB 
RB  (1   ) RE
I C   .I B
Phương trình điện áp cực C:
VCC  I C .RC  VCE  I E .R E  0
VCE  VCC  I C .( RC  R E ) coi I C  I E
Để BJT làm việc được thì VBE  0,6  0,7V .
Điểm làm việc tĩnh Q (VCE , I C ) .
Từ (1)  V BE  VCC  I C ( RC  R E )
Khi các dòng I B , I C , I E tăng do nhiệt độ thì VBE giảm. Khi VBE giảm

(áp phân cực giảm) dòng I B giảm kéo theo dòng I C   .I B và dòng
I E  (1   ) I B giảm. Như vậy dòng trong mạch ổn định mạch ổn
định nhiệt.
5.1.2> Mạch phân cực bằng hồi tiếp âm điện áp:


Sơ đồ mạch:
RF dẫn điện áp dương từ cực Collector về cực Base làm cho VBE  0
tương đương nguồn E b . (phân cực thuận cho BJT).
Khi nhiệt độ tăng các dòng I E , I B , I C tăng làm áp phân cực VBE
giảm.Khi áp phân cực giảm làm cho dòng I E , I B , I C giảm về giá trị ban
đầu.
RF được xác định bằng cơng thức sau:
Phương trình mạch chân B:
VCC  ( I B  I C ).RC  I B .R F  V BE  0
VCC  (1   ).I B .RC  I B .R F  V BE  0
VCC  VBE
 IB 
RF  (1   ).RC
I C   .I B
Phương trình mạch chân C:
VCC  ( I B  I C ).RC  I E .R E  VCE  0
 VCE  VCC  I E .( RC  R E )
Điểm làm việc tĩnh Q (VCE , I C ) .
Hệ số ổn định nhiệt:
VCC  ( I B  I C ).RC  I B .RF  VBE  I E RE

VCC  I B .( RC  RF )  I C .RC  VBE  I E RE
 IB  

RC .I C
V  V BE
I C R E
 CC

RC  RF
RC  R F
RC  RF

I B dI B
R  R E

 C
I C dI C
RC  RF
1 
S
1
RC  R E
1 .
RC  R F
Như vậy điện áp phản hồi qua điện trở RF trong mạch phân cựclàm tăng
độ ổn định nhiệt đồng thời làm giảm hệ số khuyếch đại tín hiệu xoay chiều.
Ta thấy rằng, không thể nâng độ ổn định nhiệt lên cao được vì điểm cơng
tác tĩnh và độ ổn định nhiệt nhiệt độ của mạch phụ thuộc lẫn nhau.



5.1.3> Mạch phân cực kiểu cầu chia điện thế:
Sơ đồ mạch:

Dòng I pa chạy qua R1 và R2 gây ra sụt áp trên R2 là V R 2  I pa R 2 có cực
tính âm đưa vào cực Emitter. VR 2 đóng vai trị như nguồn E b .
Áp dụng định lý Thyvenin và định lý Norton ta biến đổi mạch thành mạch
tương đương sau:

Trong đó RB và VB được xác định như sau:
VCC .R2
VB
R .R
VB 
RB 
 1 2  R1 // R2
VCC
R1  R2
R1  R2
I ngmt
Phương trình mạch chân B:
V B  I B .R B  V BE  I E R E  0
V B  I B R B  V BE   I B R E
V  VBE
IB  B
RB   .RE
I C   .I B
Phương trình mạch chân C:
VCC  I C .RC  VCE  I E R E  0


 VCE  VCC  I C ( RC  R E ) vì I E  I C .
Điểm làm việc tĩnh Q (VCE , I C ) .

Chú ý dòng I pa phải » 10.I B để VB ổn định khi I B thay đổi.
Tính tốn R1 , R2 :
Vì I pa » 10.I B nên chọn I pa  10.I B
VB
V
VB
 B 
I pa 10.I B 10.I C

V  VB
V
VB
R1  CC
 B 
I pa  I B 10.I B 10.I C

I C cho trước và VB chọn khi thiết kế.
Mạch không ổn định nhiệt. Khi nhiệt độ tăng các hạt dẫn phụ tăng
lên nên các dòng tự tăng lên. Để ổn định nhiệt ta mắc thêm RE . Tuy
nhiên khi đầu vào có tín hiệu thì sụt áp trên RE là V RE ngược pha
với với tín hiệu vào làm giảm hệ số khuyếch đại. Để khắc phục ta
mắc thêm vào tụ C E song song với RE để ngăn sụt áp xoay chiều
trên điện trở RE .
Hệ số ổn định nhiệt:
VB  I B .RB  VBE  I E .RE
R2 

VB  I B .( RB  RE )  VBE  I C .RE
 IB  

R E .I C
V  VBE
 B
RB  RE RB  RE

I B dI B
RE


I C dI C
RB  RE
1 
S
RE
1 .
RB  RE
Nếu RE » RB thì S 1.
Như vậy để mạch ổn định phải thiết kế sao cho RE càng lớn càng tốt. Nhưng
nếu RE quá lớn thì sụt áp xoay chiều trên RE sẽ làm giảm hệ số khuyếch đại
của mạch. Để khắc phục ta mắc tụ C E song song với RE . Tụ C E có trị số sao
cho đối với tín hiệu xoay chiều thì trở kháng của nó gần bằng 0 cịn đối với
tín hiệu một chiều thì nó xem như hở mạch.
Ưu điểm của mạch phân cực này là hệ số ổn định nhiệt không phụ thuộc vào
RC nghĩa là không phụ thuộc vào điểm công tác.
5.2> Đường tải tĩnh và điểm làm việc:
Đường tải tĩnh được vẽ trên đặc tuyến ra tĩnh của BJT để nghiên cứu dòng
điện và điện áp ra tĩnh khi nó mắc trong mạch cụ thể nào đó. (Khi có tải).


Khi tín hiệu vào vi  0 thì các dịng I B , I C , I E là các dòng tải tĩnh, điện áp
tại các cực B, C, E là điện áp cố định. Trạng thái tĩnh này gọi là trạng thái tĩnh
một chiều. Khi vi  0 thì các giá trị dòng điện và điện áp đầu vào và đầu ra
biến thiên trong phạm vi nhỏ quanh giá trị tĩnh ban đầu. Để khảo sát mạch ta
phải sử dụng chế độ xoay chiều khi đó đường tải tĩnh sẽ dốc hơn và đi qua
điểm làm việc tĩnh Q.
Điểm làm việc tĩnh là điểm nằm trên đường tải xác định dịng điện và điện
áp trên transistor khi khơng có tín hiệu đặt vào, nghĩa là xác định điều kiện
phân cực cho transistor.
Xét sơ đồ BJT mắc theo kiểu EC.
Sơ đồ mạch:

Chế độ tĩnh của BJT mắc kiểu EC được xác định bởi 4 tham số
I B , I C , I E , VCE , V BE . Trong đó, thường có trước một tham số, các tham số
khác được xác định dựa vào đặc tuyến vào ra của BJT.
Họ đặc tuyến vào: I B  f (VBE ) khi VCE  const .
Họ đặc tuyến ra: I C  f (VCE ) khi I B  const .
Quan hệ ràng buộc đó được đặc trưng bởi đường tải tĩnh:
I C  f (VCE )
Theo sơ đồ trên ta có phương trình đường tải tĩnh:
VCC  I C RC  VCE  I E R E  0
V  VCE
Suy ra I C  CC
(1) xem như I C  I E
RC  RE
Theo biễu thức (1) ta vẽ được đường tải tĩnh như sau:


dI C
1


dVCE
RC  RE
Về phương diện xoay chiều tụ C E xem như nối tắt:
V
VCC  iC RC  0 Suy ra iC   CC
RC
Mà:
I C  I CQ  iC  iC  I C  I CQ
Độ dốc đường tải tĩnh:

VCE  VCEQ  VCC  VCC  VCE  VCEQ

1
(VCE  VCEQ ) (2)
RC
I CQ : là dịng tĩnh.
(2) chính là phương trình đường tải động.
1
1
Độ dốc đường tải động:

RC RC  RE
Giao điểm đường tải tĩnh và đặc tuyến ra ứng với dòng vào I B0 là điểm
I C  I CQ  

làm việc tĩnh Q. Để biên độ VCE lớn nhất thì chọn VCE nằm giữa đoạn
(0, VCEQ ). Do đó điểm tĩnh Q nằm giữa đường tải động.
Sau khi đã chọn được điểm tĩnh ta sẽ thiết lập vị trí của nó trên thực tế
bằng cách: Đặt lên các cực BJT những điện áp một chiều vấn đề còn lại là

ổn định điểm làm việc tĩnh để đảm bảo yêu cầu chất lượng của mạch.
5.3> Hiện tượng trơi điểm làm việc:
Đặc tính của BJT làm việc trong miền tích cực được đặc trưng bởi ba tham
số  , I C 0 , V BE . Sự thay đổi của ba tham số này là nguyên nhân dẫn đến sự
thay đổi của điểm làm việc tĩnh.
Do đó, ổn định điểm làm việc chỉ có độ ổn định dịng I C 0 là có lợi hơn vì
khi  hay nhiệt độ thay đổi thì điểm làm việc khơng đổi, chỉ có dịng I C 0
thay đổi.
Nếu biết được quan hệ I C  f (V BE , I C 0 ,  ) của mạch thì ta có thể tính
tốn được lượng thay đổi của I C theo các tham số của nó như biểu thức sau:


I C
I
I
.I C 0  C .  C .VBE
I C 0

VBE
Các thành phần vi phân gọi là hệ số ổn định. V BE , I C 0 , I C ,  là đại
lượng trôi, chúng đều phụ thuộc vào nhiệt độ.
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của điện áp trơi đến điện áp ra, ta có hệ số
khuyếch đại điện áp trôi:
VC 0
K tr 
V BE0
I C 

VC 0 : Lượng biến đổi điện áp một chiều giữa đầu ra bộ khuyếch đại
và đất.

Độ lợi toàn mạch càng cao thì mức trơi càng lớn.
Như vậy, hiện tượng trôi điểm làm việc tĩnh là sự thay đổi điểm làm việc
ban đầu đã được phân cực do ảnh hưởng của nhiệt độ.
Hệ số ổn định nhiệt: Khi nhiệt độ thay đổi thì V BE , I C 0 ,  thay đổi nhưng
dòng I C 0 thay đổi nhiều nhất với BJT Si nên ta có thể bỏ qua sự thay đổi
của VBE ,  .
Để xét tính ổn định của một mạch khi nhiệt độ thay đổi ta dùng hệ số ổn
định nhiệt S:
I C
1 
ST 

I
I CB0
1  B
I C
S càng nhỏ thì BJT càng ổn định nhiệt.
Để điểm làm việc tĩnh ổn định thì khi phân cực phải làm giảm ảnh
hưởng của nhiệt độ.

6> Sơ đồ cung cấp và ổn định nhiệt cho BJT:
6.1> Cung cấp và ổn định điểm làm việc bằng hồi tiếp âm dòng điện một
chiều:
Xét sơ đồ EC:

Dùng định lý Thyvenin ta có sơ đồ tương đương như hình trên.
Phương trình mạch chân B:
V B  V BE  I b .R B  I E .R E  0
Tính tốn sao cho VBE > Vγ làm cho tiếp giáp JE phân cực thuận.

 Nguyên tắc ổn định:
Khi I C tăng do nhiệt độ mặt ghép tăng hoặc do nồng tạp chất trong BJT
tăng, thì dịng I E tăng nên điện áp rơi trên RE : V RE  I E R E tăng. Điện áp tại
cực cực B do cầu chia điện áp R1 , R2 hầu như không đổi nên VBE giảm.
V BE  I B  I C  kéo dòng I C về giá trị ban đầu.
Ngược lại, khi I C  I E  V RE  I E R E  V BE  I B  I C  kéo
dòng I C trở về giá trị ban đầu.
Trong sơ đồ mạch trên, RE giữ nhiệm vụ hồi tiếp âm dòng điện một chiều
để ổn định điểm làm việc tĩnh. Để tránh hồi tiếp âm xoay chiều tín hiệu trên
RE làm giảm hệ số khuyếch đại của mạch ta mắc tụ C E song song với RE
để ngăn chặn sụt áp xoay chiều vì tụ C E về phương diện xoay chiều xem
như nối tắt. Thường chọn VRE  1  2V .
Hệ số ổn định nhiệt:
1 
ST 
1 
I B
1 
I C
6.2> Cung cấp và ổn định nhiệt bằng hồi tiếp âm điện áp:
Sơ đồ mạch:

RB vừa là điện trở phân cực vừa là điện trở hồi tiếp.
Chọn RB thích hợp để BJT làm việc ở chế độ khuyếch đại.
VCC  ( I B  I C ) RC  I B RB  V BE
VCC  I B ( RB  RC )  I C RC  VBE
Ta có:  I B 

VCC  VBE

RC I C

RB  RC
RB  RC

I B dI B
RC


I C dI C
RB  RC
Hệ số ổn định nhiệt:
1 
ST 
RC
1 
R B  RC


Nếu chọn RC » RB thì S T  1 .
RC là điện trở tải không được quá lớn.
6.3> Ảnh hưởng của các thông số  , I 0C , V BE đến độ ổn định của mạch:
6.3.1> Ảnh hưởng của  :
Xét sơ đồ mạch như hinh vẽ mục 6.1:
Phương trình mạch chân B:
V B  I B .R B  V BE  I E .R E  I 0C .R B  0
IE
R B  V BE  I E .R E  I 0C R B  0
1 
V  V BE  I 0C .R B

 IE  B
R
RE  B
1 

VB 

Coi dòng I E  I C thì dịng I C sẽ khơng phụ thuộc vào  nếu
R
RE  B
1 
Thực tế thì điều kiện này ln thỏa mãn vì (1   )R E  RB khi thiết
kế.
6.3.2> Ảnh hưởng của V BE , I 0C :
Thường thì đối với BJT Ge ít phụ thuộc vào VBE mà chỉ phụ thuộc vào
I 0C . Chỉ có BJT Si thì phụ thuộc khá lớn vào VBE , ít phụ thuộc vào I 0C .
Xét mạch ở mục 6.1:
Từ phương trình mạch chân B ta có:
R
VBE  VB  I E ( B  RE )  I 0C .RB
1 
Khi nhiệt độ tăng dòng I E , I 0C tăng lên. Chọn V B  I 0C .R B có thể bỏ
qua sự ảnh hưởng của I 0C . Khi nhiệt độ tăng dòng I E tăng nên
V BE  V B  I E .R E  . Khi V BE  theo lý thuyết dụng cụ bán dẫn thì áp phân
cực cho tiếp giáp BE giáp nên dòng I B  I E  . Như vậy, đối với mạch
trên thì mạch ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
Chương2:
1> Mạch EC:
Sơ đồ mạch:

Khuyếch đại tín hiệu nhỏ


Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ:

Chức năng các linh kiện:
R1 , R2 : Điện trở phân cực cho BJT.
RC
: Điện trở tải cưc C của BJT.
RE
: Điện trở ổn định nhiệt.
Rt
: Điện trở tải.
Rn
: Nội trở nguồn tín hiệu.
En
: Nguồn tín hiệu.
CE
: Tụ ngăn sụt áp xoay chiều trên RE.
C1
: Tụ liên lạc ngõ vào.
C 2 : Tụ liên lạc ngõ ra.
1.1> Trở kháng vào của mạch:
Trở kháng vào của BJT:
Theo mơ hình tương đương vật lýcủa BJT ta có:
rv  rbe  rb  (1   )re
Trở kháng vào của mạch:
Rv  Rb // rv  Rn  Rn  rbe
Với R b  ( R1 // R2 ), rbe  rb  (1   )re
Do Rb» rbe bỏ qua Rb.

1.2> Trở kháng ra của mạch:
Rr  rce // RC // Rt . Vì rce rất lớn so với R C , Rt nên bỏ qua rce
 R r  RC // Rt


1.3>

1.4>

Hệ số khuyếch đại dòng điện:

ur
i
R
 i ( R // Rt )  ( RC // Rt )
 RC
Ki  t  t  b C


iv
ib
Rt .ib
Rt
RC  Rt
Hệ số khuyếch đại điện áp:
u
Ku  r
uv
ur   ib ( RC // Rt // rce )    ib ( RC // Rt )
uv  iv ( Rn  rbe // Rb )

iv  I  ib
I .Rb  ib .rbe  I  ib

rbe
Rb

rbe
)
Rb
r
 u v  ib (1  be )( Rn  rbe // Rb )
Rb
 iv  ib (1 

 ib ( RC // Rt )
 ( RC // Rt )

r
r
ib (1  be )( Rn  rbe // Rb )
(1  be )( Rn  rbe // Rb )
Rb
Rb
r
Khi RB » rbe  rbe // Rb  rbe và 1  be  1
Rb
( R // Rt )
 K u   C
Rn  rbe
Hệ số khuyếch đại công suất:( K P )

 Ku 

1.5>

ur

uv

K p  K i .K u
1.6> Hệ số ổn định nhiệt:
1 
ST 
 .RC
1
RC  Rt
1.7> Mối quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào:
Ở
bán
kì
dương
của
tín
hiệu
vào
dịng
ib iC   .ib  vc  VCC  ic .RC tín hiệu ra giảm.
Ở
bán
kì
âm

của
tín
hiệu
vào
dịng
ib  iC   .ib  vC  VCC  iC .RC  tín hiệu tăng.
Như vậy, đối với sơ đồ EC thì tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào.
2> Mạch BC:
Sơ đồ mạch: