ứng dụng của diode và mạch phân cực transistor

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu
Khoa Điện – Điện Tử
BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Biên soạn: Phạm Văn Tâm


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE

4.1. Diode chỉnh lưu:
Ký hiệu:
Đặc tuyến V-A:
γ
V
V
BR
-I
S
V
D
I
D
+ đối với D làm bằng Si
+ đối với D làm bằng Ge
0.7V V
γ
=
0.3V V
γ
=
A K
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE

Phân cực thuận:
)1(exp −=
T
D
SD
V
V
II
η
mV
q
KT
V
T
26==
Với: ở nhiệt độ thường 27
0
C
:Hằng số phụ thuộc vào vật liệu
21
≤≤
η
V
T
: Hiệu điện thế nhiệt
V
D
: Hiệu điện thế ở 2 đầu diode
K: hằng số Boltzman
T: nhiệt độ Kelvin

q = 1.6x10
-19
C: điện tích
I
S
: dòng điện bão hòa
Phân cực nghịch:
I
D
= 0
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
4.2. Mô hình tương đương gần đúng của Diode
+ -VD
+ Diode lý tưởng:
Khi E 0 : D dẫn :VD = 0
Khi E < 0: D ngắt: hở mạch
VD+ -
≥
+ Diode thường:
D ly tuong
+ -VD
γ
V
γ
V
γ
V
Khi E : D dẫn :V
D
= V

γ

Khi E < : D ngắt: hở mạch
≥
D ly tuong
+ -VD
γ
V
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
4.3. Ứng dụng của Diode
a. Diode trong mạch điện 1 chiều
VD1: Cho mạch như hình vẽ:
Biết E = 5V,R = 220, Diode được làm bằng Si. Tìm V
R
và I
D
Giải
AD K2 ta có:
-E + 0.7 + V
R
= 0 → V
R
= 4.3V
I
D
= I
R
= V
R
/R = 0.02A

VD2: Lặp lại VD1 nhưng đảo chiều diode
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b. Diode trong mạch điện xoay chiều – mạch chỉnh lưu
b.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ
Cho mạch như hình vẽ biết V
i
= V
m
sinωt, Diode được làm bằng Si
+ Vẽ dạng sóng vào ra
+ Tính điện áp trung bình ngõ ra
+ Tính dòng trung bình qua tải
+ Tính điện áp hiệu dụng ngõ ra
+ Điện áp ngược cực đại trên 2 đầu Diode
D
R
L
AC 220V
V
i
+
-
V
o
a
b
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b. Diode trong mạch điện xoay chiều – mạch chỉnh lưu
b.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ
Dạng sóng vào ra:

Điện áp trung bình ngõ ra được tính theo công thức:
0.7
m
DC
V
V
π
−
=
∫
=
T
DC
dttv
T
V
0
)(
1
Vm
v (V)
t
ω
0
π
π
2
v
i
v

o
0.7
Vm – 0.7
Vm
v (V)
t
ω
0
π
π
2
v
i
v
o
TH Diode lý tưởng TH Diode thường
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b. Diode trong mạch điện xoay chiều – mạch chỉnh lưu
b.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ
Dòng trung bình ngõ ra:
L
DC
DC
R
V
I =
Điện áp hiệu dụng ngõ ra được tính theo công thức:
∫
=
T

hd
dttv
T
V
0
2
)(
1
0.7
2
m
hd
V
V
−
=
Điện áp ngược cực đại trên 2 đầu Diode:
V
ngmax
= V
m
Các công thức đối với Diode lý tưởng giống như Diode
thường nhưng bỏ số 0.7
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ với biến thế có điểm giữa:
Cho mạch như hình vẽ biết Vi = Vmsinωt, Diode được làm bằng Si
+ Vẽ dạng sóng vào ra
+ Tính điện áp trung bình ngõ ra
+ Tính dòng trung bình qua tải
+ Tính điện áp hiệu dụng ngõ ra

+ Điện áp ngược cực đại trên 2 đầu Diode
D1
D2
0
V
i
Va
AC 220V
Vb
V
i
V
o
+
-
RL
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ với biến thế có điểm giữa:
+ Dạng sóng vào ra
+ Điện áp trung bình ngõ ra
2( 0.7)
m
DC
V
V
π
−
=
+ Điện áp hiệu dụng ngõ ra
0.7

2
m
hd
V
V
−
=
+ Điện áp ngược cực đại
V
ngmaxD1
= Vng
maxD2
= 2Vm – 0.7
0.7
Vm - 0.7
Vm
V (V)
t
ω
0
π
π
2
v
i
v
o
Vm
V (V)
t

ω
0
π
π
2
v
i
v
o
TH Diode lý tưởng
TH Diode thường
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng cầu Diode:
Cho mạch như hình vẽ biết Vi = Vmsinωt, Diode được làm bằng Si
+ Vẽ dạng sóng vào ra
+ Tính điện áp trung bình ngõ ra
+ Tính dòng trung bình qua tải
+ Tính điện áp hiệu dụng ngõ ra
+ Điện áp ngược cực đại trên 2 đầu Diode
D3
D2D1
0
R
L
D4
AC 220v
a
b
+
-

v
o
V
i
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng cầu Diode:
+ Vẽ dạng sóng vào ra
+ Điện áp trung bình ngõ ra
2( 1.4)
m
DC
V
V
π
−
=
+ Điện áp trung bình ngõ ra
1.4
2
m
hd
V
V
−
=
+ Điện áp ngược cực đại trên 2 đầu D
V
ngmaxD1,D2,D3,D4
= V
m

– 0.7
1.4
Vm – 1.4
Vm
v (V)
t
ω
0
π
π
2
v
i
v
o
Vm
V (V)
t
ω
0
π
π
2
v
i
v
o
TH Diode lý tưởng
TH Diode thường
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE

4.4. Mạch nhân 2
a. Mạch nhân 2 bán kỳ
b. Mạch nhân 2 toàn kỳ
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA DIODE
b. Mạch nhân 2 toàn kỳ
c. Mạch nhân 3, nhân 4
Bán kỳ dương đầu: D
1
dẫn C
1
nạp đến V
C1
= V
m
Bán kỳ âm đầu: D
2
dẫn, C
5
nạp đến V
C5
= 2V
m
Bán kỳ (+) kế tiếp: D
3
dẫn, tụ C
3
nạp đến V
C3
= 2V
m

Bán kỳ (-) kế tiếp: D
4
dẫn, tụ C
6
nạp đến V
C6
= 2V
m
2 đầu C
1
+C
3
= 3V
m
2 đầu C
5
+C
6
= 4V
m
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.1. Mạch phân cực BJT
BJT có thể hoạt động trong 3 vùng:
+ Vùng Khuếch đại hay tuyến tính
-
Mối nối B – E phân cực thuận
-
Mối nối B – C phân cực nghịch
+ Vùng bảo hòa
-

Mối nối B – E phân cực thuận
-
Mối nối B – C phân cực thuận
+ Vùng ngắt
-
Mối nối B –E phân cực nghịch
Quan hệ giữa các dòng qua các cực của TST:
I
E
≈ I
C
= β.I
B
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.1. Mạch phân cực BJT
a. Phân cực kiểu định dòng
R CR B
V C C
R E
Phương pháp chung để giải mạch phân cực:
-
Xét vòng BE kết hợp với điều kiện I
C
=β.I
B
ta tìm được
I
C
,I
B

-
Xét vòng CE tìm V
CE
và vẽ đường tải tĩnh (DCLL)
Biết R
B
, R
C
, R
E
, β
-
Tìm I
CQ
, V
CEQ
-

Vẽ đường tải tĩnh
Xét vòng BE:
I
CQ
= (V
CC
– 0.7)/(R
E
+ R
B
/β) (1)
Xét vòng CE:

V
CEQ
= V
CC
– I
C
(R
C
+ R
E
) (2)
Phương trình đường tải tĩnh DCLL(Vẽ
hàm I
C
theo biến V
CE
)
Từ (2) suy ra:
I
C
=-V
CE
/(R
C
+ R
E
) + V
CC
/(R
C

+R
E
)
Đây là đường thẳng đi qua 2 điểm
A
1
(V
CC
, 0); A
2
(0, V
CC
/(R
C
+ R
E
))
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.1. Mạch phân cực BJT
b. Phân cực hồi tiếp từ collector
Biết R
1
, R
2
, R
3
, β
-
Tìm I
CQ

, V
CEQ
-

Vẽ đường tải tĩnh
R 3
V C C
R 1
R 2
Tại A1: TST ngắt
Tại A2: TST dẫn bão hòa
Xét vòng BE:
I
CQ
= (V
CC
– 0.7)/(R
1
+ R
3
+ R
2
/β)
Xét vòng CE:
V
CEQ
= V
CC
– I
C

(R
1
+ R
3
)
Phương trình đường tải tĩnh
DCLL: Giống mạch phân cực
kiểu định dòng
Đường tải tĩnh
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.1. Mạch phân cực BJT
c. Phân cực kiểu phân áp
Biết R
B1
, R
B2
, R
C
, R
E
, β
-
Tìm I
CQ
, V
CEQ
-

Vẽ đường tải tĩnh
R E

R B 1
V C C
R B 2
R C
RC
+
-
RE
Vt h
Rt h
VCC
AD Định lý Thevenin:
Với: V
th
= V
CC
.R
B2
/(R
B1
+R
B2
)
R
th
= R
B1
.R
B2
/(R

B1
+ R
B2
)
Xét vòng BE:
I
CQ
= (V
th
– 0.7)/(R
E
+ R
th
)
Xét vòng CE:
V
CEQ
= V
CC
– I
C
(R
C
+ R
E
)
Phương trình đường tải tĩnh DCLL:
Giống mạch phân cực kiểu định
dòng
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR

5.2. Mạch phân cực JFET
a. Mạch phân cực cố định
Phương pháp chung để giải mạch phân cực JFET
Xét vòng GS kết hợp với phương trình đặc tuyến truyền đạt,I
G
=0
ta tìm được V
GS
, I
D
, vẽ đặc tuyến truyền đạt, đường phân cực
Xét vòng DS, I
D
= I
S
ta tìm được V
D
, V
S
, V
DS
. . .
+
+
Biết R
D
, R
G
, V
DD

, V
GG
, điện áp thắt kênh V
P
, dòng máng
bão hòa I
DSS
-
Tìm V
GS
, I
D
, V
DS
-
Vẽ đặc tuyến truyền đạt, đường phân cực
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.2. Mạch phân cực JFET
Xét vòng GS ta có:
Với I
G
=0
Thay vào phương trình đặc tuyến truyền đạt
2
P
GS
DSSD
)
V
V

(1II −=
Ta tìm được I
D
Xét vòng DS ta có:
Ta tìm được V
DS
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
5.2. Mạch phân cực JFET
Vẽ đặc tuyến truyền đạt và đường phân cực:
2
)1(
P
GS
DSSD
V
V
II −=
:Đường phân cực
:Đặc tuyến truyền đạt
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
b. Mạch phân cực tự cấp
Biết R
D
, R
G
,R
S
, V
DD
, điện áp thắt kênh V

P
, dòng máng bão
hòa I
DSS
-
Tìm V
GS
, I
D
, V
DS
-
Vẽ đặc tuyến truyền đạt, đường phân cực
Xét vòng GS ta có:
)2()1(
2
P
GS
DSSD
V
V
II −=
Phương trình đặc tuyến truyền đạt
(1)
Từ (1) và (2) ta được PT bậc 2 theo V
GS
; với điều kiện:|V
GS
| < |V
P

| và V
GS
< 0;
giải tìm được V
GS
và I
D
Xét vòng DS ta có:
Ta tìm được V
DS
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
Đặc tuyến truyền đạt, đường phân cực
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
c. Mạch phân cực bằng cầu chia điện thế
CHƯƠNG 5: MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR
c. Mạch phân cực bằng cầu chia điện thế
Kết hợp với pt đặc tuyến truyền đạt ta tìm được V
GS
, I
D
Xét vòng DS ta tìm được V
DS
Đặc tuyến truyền đạt, đường phân cực