ĐIỆN TỬ 1 - CHƯƠNG 2 BJT potx

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
v
E
=V
EBQ
=V
γ
(0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium)
6
e
EBQEE
EQ
R
VV
I
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, I
CBO
≈ 0; V
EE

= 2V; R
e
=1k; V
CC
=50V; R
c
=
20k;
v
i
=1sinωt. Tính i
E
và v
CB.
8
2.2. Khuếch đại dòng trong BJT
Quan hệ giữa I
C
và I
B
(bỏ qua I
CBO
):
với
Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ
Suy ra:
Xem gần đúng:
9
BC
ii

1
BBC
iii
feB
BB
C
hi
ii
i
FEfe
hh
Đặc tuyến Volt-Ampere, mạch E chung
 Vùng bão hòa:
v
CE
≤ V
CEsat
Quan hệ giữa i
C
và i
B
là không tuyến tính
 Vùng chủ động:
V
CEsat
≤ v
CE
≤ BV
CEO
Quan hệ tuyến tính

Giới hạn dòng: I
C-cutoff
≤ i
C
≤ I
C-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
bBQ
b
BEQiBB
B
iI
R
VvV
i
b
BEQBB
BQ
R
VV

I
b
i
b
R
v
i
cCQbBQBC
iIiIii )(
b
c
i
i
i
A
Ví dụ 3:
V
CC
=10V, R
b
=10K, R
c
=1K. TST: β=100, V
BE
=0.7V, V
CEsat
=0.1V. Tìm điều
kiện làm việc (I
C
và V

CE
) của TST khi: a) V
BB
=1.5V and b) V
BB
=10.7V
a) I
B
=0.08mA; I
C
= βI
B
=8mA
V
CE
=2V: TST hoạt động
trong vùng tích cực
b) I
B
=1mA;
Giả sử I
C
= βI
B
=100mA => V
CE
=-90!!!
TST hoạt động trong vùng bão hòa
12
mA

KR
VV
I
c
CECC
C
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
12
BB CC
R
VV
RR
12
12
b

RR
R
RR
1
1 /
b
BB CC
R
R
VV
2
CC
b
BB
V
RR
V
Hoạt động của mạch khuếch đại DC
 Ngõ ra
Với i
c
=αi
E
≈i
E
, suy ra:
: DCLL
 Ngõ vào
Bỏ qua I
CBO

: i
B
=(1-α)i
E
, =>
Để loại bỏ sự thay đổi của i
E
do β thay đổi, chọn
 Tĩnh điểm Q (I
CQ
, V
CEQ
)
15
eELCCECC
RiRivV
)(
eLCCECC
RRivV
eEBEbBBB
RivRiV
be
BEBB
be
BEBB
E
RR
vV
RR
vV

i
1
1
)1(
e
BEQBB
EQCQ
R
VV
II
e
L
BBCCCEQ
R
R
VVV 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 C
v ,i
CEQ CQ
V , I
ce c
v ,i
Hoạt động của mạch khuếch đại AC
 Tín hiệu nhỏ
và
 Quan hệ pha: i

b
tăng, i
c
, i
e
tăng, v
ce
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 CQTU
II
1
R
2
R
CEQ
V
CQ
I
cmmax CQTU

II
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
max
CC
cm CQTU
AC DC
V
II
RR
cmmax
I
Lmmax
V
0
CEsat
V
0
C cutoff
I
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) = V
av
+ v(t)
I(t) = I
av
+ i(t)
20
T
dttItV
T
P
0
)()(
1
T
avav
dttiItvV
T
P
0
))())(((
1
T
avav

dttitv
T
IVP
0
)()(
1
o V
av
, I
av
: 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 i
c
=I
cm
sinωt:
 Công suất nguồn cung cấp
21
T
LcacL
dtRi
T
P
0
2
,

1
2
2
,
Lcm
acL
RI
P
CC CC CQ
P 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
2
sin
11
2
2
0
2
0
2
cm
CQ
T
cmCQ

T
C
I
IdttII
T
dti
T
2
2
2
( ) ( )
cm
C CC L e CQ L e
I
P P R R I R R
2
()
C CC L e CQ
P P R R I
Hiệu suất
• Hiệu suất:
• Xét ví dụ trường hợp maxswing với
Hiệu suất cực đại khi I
cm
cực đại: max(I
cm
) = I
CQ
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) C
e
:
 tạo dòng phân cực I
CQ
(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
C
e
->∞, đối với tín hiệu xoay
chiều: )
24
25