đồ án môn học kỹ thuật mạch điện tử khuếch đại otl ngõ vào đơn

Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

PHẦN 1

LÝ THUYẾT

Chương 1:
Chương 2:
Chương 3:
Chương 4:
Chương 5:
Chương 6:

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

Diode bán dẫn
Transistor lưỡng cực BJT
Hồi tiếp
Khuếch đại tín hiệu nhỏ
Khuếch đại công suất
Một số vấn đề liên quan

1


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Chương 1: DIODE BÁN DẪN
1.1. Cấu tạo của diode bán dẫn
Gồm một miền tiếp xúc giữa hai bán dẫn khác loại: bán dẫn loại P và bán dẫn
loại N, có tính chất chỉ dẫn điện theo một chiều nhất định, thường được gọi là chuyển

tiếp P-N. Chuyển tiếp P-N với hai điện cực nối ra phía miền P gọi là anơt, phía miền N
gọi là Katôt.
Anôt

P

N

A

Katôt

K

Diode thường và ký hiệu
Vật liệu chế tạo diode chủ yếu là Germanium (Ge) và Silic (Si)
Tuỳ theo phạm vi ứng dụng mà ta có các loại diode khác nhau như: diode chỉnh
lưu, diode Zener, diode biến dung...
1.2. Nguyên lý làm việc của diode
Vì diode có cấu tạo cơ bản dựa trên chuyển tiếp P – N, nên nguyên lý làm việc
của diode dựa trên hiện tượng xảy ra trong chuuyển tiếp P - N
1.2.1. Khi chuyển tiếp P-N chưa có sự phân cực:

Ikhuếch tán
Itrôi N

P

PP
nP

Etxúc
+

-

nn
Pn

Do có sự chênh lệch về nồng độ Pp >> Pn cho nên điện tử
np << nn
khuếch tán từ bán dẫn N sang bán dẫn P (sự khuếch tán của hạt đa sô) tạo nên dịng
khuếch tán có chiều từ P sang N. Trên đường khuếch tán điện tử và lỗ trống sẽ tái hợp
với nhau làm cho vùng ở mặt tiếp xúc có ít hạt dẫn.
Ở bề mặt tiếp xúc bên bán dẫn P có các ion âm, bên bán dẫn N có ion dương,
hình thành miền trung gian ở lớp tiếp xúc sinh ra điện trường tiếp xúc có chiều từ N
→ P. Điện trường này gây ra Itrôi của các hạt tối thiểu số (điện tử ở bán dẫn P, lỗ trống
ở bán dẫn N) và làm cản chuyển động của dòng Ikt. Quá trình này cứ tiếp tục cho đến
một lúc nào đó Itrơi = Ikt.
Ta nói tiếp xúc P - N ở trạng thái cân bằng.
Vậy dòng qua tiếp giáp P - N bằng 0
1.2.2. Khi tiếp xúc P - N phân cực thuận:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

2


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Khi đặt một hiệu điện thế (như hình vẽ) vào tiếp xúc P- N thì xuất hiện một

điện trường ngồi có chiều từ P - N. Nên E tiếp xúc giảm, do đó dịng khuếch tán Ikt tăng
và Itrơi giảm. Dịng chảy qua tiếp xúc P - N chủ yếu là dịng Ikt có chiều từ P → N.
Biểu thức biểu dẫn mối quan hệ giữa dòng và điện áp.
I = Is (e qV/kT - 1)
Is: dịng ngược bão hồ, có giá trị rất nhỏ.
q: điện tích của hạt q = 1,6.10-19Cu
k: hằng số Boltman k = 1,38.10-23 J/0K
T: nhiệt độ (K)
V: điện áp đặt lên hai đầu tiếp xúc P - N
Vậy dòng điện chảy trong tiếp xúc P-N trong trường hợp này phân cực thuận: là
dịng Ikt có chiều từ P → N. đây là đặc trưng chỉnh lưu của tiếp xúc P - N
1.2.3. Khi tiếp xúc P - N phân cực nghịch:

Ikhuếch tán
Itrôi N

P

Etxúc
+

VE
-

ng

Khi tiếp xúc P - N được phân cực nghịch thì điện áp gây ra một điện trường Eng
có chiều từ N → P. Điện trường này cùng chiều với Etx nên tổng điện trường tại vùng
tiếp xúc làm giảm dịng khuếch tán và tăng dịng trơi. Nhưng nồng độ hạt thiểu số rất
bé nên dịng trơi có giá trị rất nhỏ.

I = Is (e

− qV
KT

-1) ≈ -Is

1.3. Đặc tuyến Volt - Ampe
I(mA)
Phâ n cự c thuận

VBR

Vγ

V(v)

Phân cực nghòch

* Đặc tuyến V - A của diode
VBR: điện trở đánh thủng
Vγ: điện áp ngưỡng của diode
Vγ của điện áp Ge (nhiệt độ phịng) = 0,35 V
Đồ án mơn học Kỹ thuật mạch Điện tử

3


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Vγ của điện áp Si (nhiệt độ phòng) = 0,7 V
Khi V > Vγ: diode dẫn (có dịng chạy qua)
V ≥ VBR : dịng do hạt thiểu số tạo ra tăng mạnh.

1.4. Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P - N
Khi chuyển tiếp P - N bị phân cực nghịch thì dịng ngược Is nhỏ. Khi tăng điện
áp phân cực nghịch đến một giá trị nào đó thì dịng Is tăng mạnh làm cho chuyển tiếo P
- N dẫn điện được theo chiều ngược. Chuyển tiếp P - N bị đánh thủng.
* Đánh thủng về điện (có hai loại: đánh thủng thác lũ, đường hầm )
* Đánh thủng về nhiệt
* Đánh thủng về nhiệt điện.
Đánh thủng thác lũ xảy ra ở chuyển tiếp P - N có nồng độ pha tạp thấp (vùng
điện tích khơng gian lớn)
Đánh thủng đường hầm xảy ra ở chuyển tiếp P - N có nồng độ pha tạp cao
(vùng điện tích khơng gian hẹp).
Khi Vpc nghịch lớn: điện trường nội lớn → gia tốc cho các hạt dẫn thiểu số (n là
lỗ trống và p là điện tử). Các hạt này chuyển động mạnh va chạm vào các điện tử khác
làm phát sinh hạt dẫn điện mới. Quá trình cứ tiếp diễn → Is tăng mạnh. Ta nói chuyển
tiếp P -N bị đánh thủng.
Đối với chất bán dẫn Si có Vz = 5,6V (đánh thủng đường hầm)
1.5. Các thông số cơ bản của diode
1.5.1. Điện trở một chiều: (điện trở thuận, điện trở nghịch)
Rdc =

V
I

V: điện áp giữa hai đầu diode.
I: dòng chạy qua diode.
1.5.2. Điện trở xoay chiều: (điện trở thuận, điện trở nghịch)

rAC =

ΔV
ΔI

ΔV: khoảng biến thiên điện áp.
ΔI: khoảng biến thiên dòng điện.
1.5.3. Dòng điện thuần IF:
Là dòng điện tối đa chảy qua diode khi diode được phân cực thuận.
1.5.4. Điện áp ngưỡng (Vγ):
Là điện áp tối thiểu để diode dẫn.
1.5.5. Điện áp ngưỡng cực đại: (Vng/max) - PIV
Là điện áp tối đa đặt lên diode mà diode không bị đáng thủng.

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

4


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT
2.1. Cấu tạo
BJT được tạo thành bởi hai chuyển tiếp P-N nằm rất gần nhau, có ba lớp bán
dẫn và tuỳ theo trình tự sắp xếp P-N mà ta có hai loại BJT PNP và NPN
E

N

P

N

C

E

P N

P

C

B

B

C
B

B
E

E

Lớp bán dẫn thứ nhất gọi là lớp Emitter (miền Emitter), cực được lấy ra từ miền
Emitter gọi là cực Emitter (cực E).
Lớp bán dẫn thứ hai gọi là miền Base (gốc), cực được lấy ra từ miền này là cực
Base (cực B).
Lớp bán dẫn thứ ba gọi là miền Collector (thu), cực được lấy ra từ miền này là

cực Collector (cực C).
Nồng độ pha tạp của các miền là hoàn tồn khác nhau:
- Miền Emitter có nồng độ pha tạp lớn nhất 1019 ÷ 1021 ngun 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 nguyên tử.
Do có sự phân bố như vậy sẽ hình thành các lớp chuyển tiếp P-N gần nhau.
- Chuyển tiếp Emitter (JE) giữa miền E-B.
- Chuyển tiếp Collector (JC) giữa miền C-B.
2.2. Nguyên lý hoạt động & khả năng khuếch đại của BJT
Xét BJT loại N-P-N làm ví dụ: Ta có sơ đồ mạch điện như hình vẽ:
JE

JC

IC

C

E
N

P

N

IE

RE

ICBo

B IB
E2

E1

Nguồn E1 (có sức điện động một vài vơn) làm cho chuyển tiếp JE phân cực
thuận. Nguồn E2 (thường cỡ 5 – 20 vôn) làm cho chuyển tiếp collector JC phân cực
nghịch. E1, E2 được gọi là các nguồn điện áp phân cực. RE, RC là các điện trở phân cực.
Khi chưa cấp nguồn tại các tiếp giáp P-N, do có sự chênh lệch về nồng độ pha
tạp giữa các miền nên sinh ra các hiện tượng khuếch tán (sự khuếch tán của các hạt
điện tích (điện tử và lỗ trống) nên bên trong nó hình thành hai tiếp giáp JE và JC cân
bằng động. Khi có nguồn E2, chuyển tiếp JC bị phân cực nghịch thì có dịng ICBo
chạy từ N sang P (chiều của lỗ trống). Dòng ICBo nhỏ cỡ 0,01 đến 0,1µA.
Đồ án mơn học Kỹ thuật mạch Điện tử

5


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Khi có nguồn E1 thì JE được phân cực thuận nên các điện tử ở miền N dễ dàng
khuếch tán qua miền P. Đồng thời lỗ trống ở miền P khuếch tán qua miền N. Trên
đường khuếch tán chúng tái hợp lại với nhau.
Do nồng độ lỗ trống của miền P rất ít nên chỉ có một số điện tử được tái hợp, số
cịn lại di chuyển đến JC. Do JC được phân cực nghịch nên các điện tử từ miền P dễ
dàng di chuyển qua JC đến miền C tạo nên dịng IC có chiều từ N đến P.
Lượng điện tích từ dương nguồn E1 đến miền B để bù lại số lỗ trống bị tái hợp
tạo nên dịng IB.

Ta có quan hệ:IB + IC + ICBo = IE
IE tỷ lệ với số điện tử ở miền E phát xạ (đi vào) miền B.
IB tỷ lệ với số điện tử tái hợp trong miền B.
IC tỷ lệ với số điện tử từ miền E đến miền C.
Gọi α = số điện tử đến được cực C/số điện tử từ miền E đi vào miền B
= IC/IE < 1.
α gọi là hệ số truyền dòng điện (0,9 đến 0,99).
Gọi β = IC/IB >> 1 là hệ số khuyếch đại dịng điện.
Thơng thường ICBo rất nhỏ nên IE = IB + IC
B

B

B

Mối quan hệ giữa α & β :
α
β=
α +1
Chế độ làm việc như trên của BJT (JE phân cực thuận, JC phân cực nghịch) gọi
là chế độ khuếch đại. Ngồi ra, BJT cịn làm việc ở chế độ khố. Ở chế độ đó, hoặc cả
hai chuyển tiếp JE, JC đều phân cực nghịch, hoặc cả hai đều phân cực thuận.
- Khi JE, JC đều phân cực nghịch (trạng thái khoá).
- Khi JE, JC đều phân cực thuận (trạng thái dẫn bảo hồ, cịn gọi là trạng thái
mở), BJT liên tục giao hoán giữa hai trạng thái này.
2.2.1 Chế độ ngưng dẫn:
Tiếp giáp JC và JE phân cực ngược. Ở chế độ này BJT được dùng như một khoá
điện tử. Do tiếp giáp JC và JE phân cực ngược nên chỉ có dịng phân cực ngược (dịng
rị) rất nhỏ. Nên xem như khơng có dịng chạy qua các tiếp giáp. Ở chế độ này BJT tắt.
Điều kiện để BJT tắt là JE phân cực ngược, tương ứng VBE ≤ 0.

B

+VCC

C
E

2.2.2 Chế độ dẫn khuếch đại:
Ở chế độ này JC phân cực ngược và JE phân cực thuận.
Tiếp giáp JE phân cực thuận nên hàng rào thế đối với các hạt dẫn đa số giảm,
electron chuyển từ E sang B và lỗ trông 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 giap JC tạo ra dòng IE rất lớn.
Một phần điện tử từ miền E sang miền B được tai hợp taọ thanh dòng IB.Tiếp giáp JC
được phân cực ngược nên kéo các hạt dẫn tiểu số ở vùng B là điện tử (do B là loại p)
sang vùng C tạo nên dòng IC. Như vậy dòng IE gồm hai thành phần là dòng IB và IC.
Do nồng độ pha tạp của miền B rất nhỏ so với miền E, nên dịng IE rất lớn so
với IB cho nên có thể xem IC ≈ IE.
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

6


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Chế độ này sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật mạch tương tự. Như vậy BJT
làm việc ở chế độ khuếch đại từ tiếp giáp JE phân cực thuận còn tiếp giáp JC phân cực
ngược.
Hệ thức liên hệ giữa các dòng điện:
IE =IC + IB
Hệ thức truyền đạt dòng điện:

α=

IC
IE

Hệ số khuếch đại dòng điện:
β=

IC
IB

2.2.3 Chế độ dẫn bão hòa:
Ở chế độ này JE và JC đều phân cực thuận.
Điều kiện BJT dẫn bảo hoà là: ib

ic

≥

β min

2.3. Ba sơ đồ của BJT
Như đã biết, BJT có 3 điện cực: Emitter, Base, Collector. Tuỳ theo việc chọn
điện cực nào làm nhánh chung cho mạch vào và mạch ra mà có 3 sơ đồ cơ bản sau:
2.3.1. Mạch Base chung (BC):
IE

IC

* Transistor NPN mắc kiểu BC

VBE

IB

VCB

Trong mạch này, tín hiệu cần khuếch đại đưa vào giữa cực E và cực B, tín hiệu
sau khi khuếch đại lấy ra giữa cực C và B. Rõ ràng cực B là nhánh chung của mạch
vào và mạch ra.
2.3.2. Mạch Emitter chung (EC):
IB

* Transistor NPN mắc kiểu EC

IC
VCE

VBE

IE

Trong mạch này, cực E là cực chung giữa mạch vào và mach ra. Dòng điện vào
là IB, dòng điện ra IC, điện áp vào VBE, điện áp ra VCE.
2.3.3. Mạch Collector chung (CC):
IB
VBC

IE

* Transistor NPN mắc kiểu CC

VCE

IC

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

7


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Trong mạch này, tín hiệu cần khuếch đại đưa vào giữa cực B và C. Tín hiệu sau
khi khuếch đại lấy ra giữa cực E và C. Nên C là nhánh chung của mạch vào và mạch
ra, do đó gọi là mạch collector chung.
2.4. Đặc tuyến Vôn – Ampe của BJT
Đặc tuyến Vôn – Ampe là đồ thị diễn tả các mối tương quan giữa dịng điện và
điện áp trên BJT.
BJT có ba họ đặc tuyến cơ bản:
- Đặc tuyến vào: Nêu quan hệ giữa dòng và áp ở ngõ vào.
- Đặc tuyến ra: Nêu quan hệ giưũa dòng và áp ở ngõ ra.
- Đặc tuyến truyền đạt dòng điện: Quan hệ giữa dòng điện ra và dòng
điện vào (khi áp ngõ ra = const).
2.4.1. Mạch Base chung (BC):
2.4.1.1. Đặc tuyến vào: Mô tả quan hệ giữa dòng vào IE với điện áp đầu vào VBE ứng
với các giá trị điện áp khác nhau của áp ra VCB. Ta có họ đặc tuyến vào của mạch BC:
IE = f(VBE)
VCB = const

IE (mA)

VCB1

VCB2
(VCB1 > VCB2)

vBE (V)
Họ đặc tuyến vào tĩnh của BJT mắc BC
2.4.1.2. Họ đặc tuyến ra: Ta có họ đặc tuyến ra của BC:
IC = f(VCB)
IE = const
IC(mA)

Vùng khuếch đại
IE = 3 mA

Vùng dẫn bão hoà

3

IE = 2 mA
2

Vùng đánh thủng
chuyển tiếp JC

IE = 1 mA
1

IE = 0 mA

ICBo

Họ đặc tuyến ra tĩnh của BJT mắc BC.
Họ đặc tuyến này có những đặc điểm sau:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

8

VCB(V)


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

- Đặc tuyến gần như song song với trục hoành, cắt trục tung ở các tung độ khác
nhau.
- Đường thấp nhất trên hình vẽ chỉ cách trục hồnh một khoảng rất hẹp. Tung
độ này chính là giá trị dòng ngược Collector (ICBo).
- Trị số IE càng tăng, đặc tuyến càng dịch lên phía trên, nghĩa là IC càng tăng
theo.
- Có thể chia họ đặc tuyến ra thành 3 vùng: Vùng khuếch đại, vùng bảo hoà và
vùng đánh thủng.
2.4.1.3. Đặc tuyến truyền đạt dòng điện:

IC (mA)
VCB1

( VCB1 > VCB2)

VCB2

IE (mA)

Họ đặc tuyến truyền đạt dòng điện của BJT mắc BC
2.4.2. Mạch Emitter chung (EC):
Tương tự như mạch BC, mạch này cũng có 3 họ đặc tuyến cơ bản
2.4.2.1. Đặc tuyến vào: Phản ánh quan hệ giữa dòng và áp của chuyển tiếp JE ở ngõ
vào. Ta có họ đặc tuyến vào mắc kiểu EC:
IB = f(VBE)
VCE = const
2.4.2.2. Đặc tuyến ra: So với đặc tuyến ra của mạch BC, họ đặc tuyến này của mạch
EC có vài điểm khác:
- Đường thấp nhất phản ánh giá trị dịng điện ngược Collector (ICEo) và
ICEo > ICBo.
Vùng dẫn
Bão hồ

IC(mA)

Vùng khuếch đại

Ib=100μA
Ib=80μA
Ib=60μA
Ib=40μA

6
5
4

Vùng đánh thủng

Ib=20μA
Ib=0μA

3
2
1

VCE(V)

Họ đặc tuyến ra tĩnh của BJT mắc kiểu EC
2.4.2.3. Đặc tuyến truyền đạt dòng điện:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

9


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

IC = f(IB)

VCE = const.
2.4.3. Mạch Collector chung (CC):
Họ đặc tuyến vào có tính chất lý thuyết của mạch CC, trên thực tế ít dùng:
IB = f(VBC)
VCE = const
Họ đặc tuyến ra:
IE = f(VEC)

IB = const

Đặc tuyến truyền đạt dịng điện thì gần giống đặc tuyến tương ứng của mạch
EC bởi vì IE ≈ IC.
IE = f(IB)
VCE = const
2.5. Phân cực và ổn định điểm làm việc cho BJT
2.5.1. Yêu cầu điểm làm việc tĩnh và tiêu chuẩn đánh giá:
Xét mạch phân cực cho BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại. Khi phân cực cho
transistor thì tuỳ theo giá trị của các điện áp phân cực, ở trạng thái tĩnh mỗi dòng và áp
trên BJT có một giá trị xác định. Những tổ hợp giá trị đó xác định trên các đặc tuyến
một điểm hoạt động nhất định gọi là điểm làm việc tĩnh. Nhưng do ảnh hưởng của sự
biến động điện áp nguồn, của nhiệt độ môi truờng và các nhân tố khác, điểm làm việc
tính bị xê dịch. Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ là đáng quan tâm nhất.
Cụ thể, dòng ngược collector của BJT tăng nhanh theo nhiệt độ dẫn đến hệ số
khuếch đại β cũng tăng theo nhiệt độ, điện áp trên chuyển tiếp emitter VBE ứng với một
dòng điện IS = const giảm khi nhiệt dộ tăng.
Trong ba ảnh hưởng trên, thì ảnh hưởng theo nhiệt độ của ICBo là lớn nhất Do
đó, để đánh giá độ ổn định người ta đưa ra hệ số S gọi là hệ số ổn định nhiệt.
S = ∆IC/∆ICBo
Trường hợp lý tưởng, S = 1 mạch ổn định nhất. Nếu S càng lớn mạch càng kém
ổn định.
Ta có:
IC = βIB + (1+β)ICBo
∆IC = β∆IB + (1+β)∆ICBo
Chia cả hai vế cho ∆IC ta có:
1 = β. ∆IB/∆IC + (1+β). ∆ICBo/∆IC
Suy ra:
S = ∆IC/∆ICBo = (1+β)/(1-β.∆IB/∆IC)
2.5.2. Phân cực cho BJT:
Về nguyên tắc, việc phân cực cho BJT làm việc trong chế độ khuếch đại phải
đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tiếp giáp JE phân cực thuận, tiếp giáp Jc phân cực ngược.
- Dòng IC phải lớn hơn rất nhiều so với dòng ngược ICO.
- Phải đảm bảo yêu cầu về công suất, nhiệt độ.
Mạch phân cực là mạch chia điện áp các cực E, B, C để BJT làm việc được đảm
bảo tiếp giáp BE phân cực thuận,tiếp giáp BC phân cực ngược.
Việc dùng cả EB và EC trong một sơ đồ là không thuận tiện ta có thể bỏ EB thay
vào đó là các mạch điện trở cung cấp điện áp sao cho VBE =EB, gọi là mạch phân cực.
B

B

B

Mạch phân cực có các dạng như sau:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

10


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

- Mạch phân cực bằng dòng cố định.
- Mạch phân cực bằng điện áp phản hồi.
- Phân cực bằng cầu phân áp.
2.5.2.1. Mạch phân cực bằng dịng cố định:
+VCC
RC

RB
IC

IB

VCE

VBE

Theo sơ đồ trên ta có:
VB=IB.RB + VBE → IB=

VB − VBE
RB

IC= β .IB
Ta có: VCC = IE.RC + VCE → VCE = VCC – IE.RC
Hệ số ổn định nhiệt S:
IB =f(IC) =const
IB độc lập với IC nên IB đối với IC là một hàm hằng
B

dI
ΔI B
= B =0
ΔI C
dI C
1+ β
S=
= 1+β (lớn)
ΔI B
1_ β

ΔI C

Như vậy S phụ thuộc vào β, do đó mạch kém ổn định. Ta thường mắc thêm điện
trở RE để ổn định nhiệt. Ta có:
VBE = VB – IE.RE
Khi nhiệt độ tăng làm IC, IE tăng làm VBE giảm sẽ làm giảm các dòng IC, IE.
Nên RE được gọi là điện trở ổn định nhiệt.
Hệ số ổn định nhiệt lúc này:
S = RB/[RE + RB/(1+β)]
Để S không phụ thuộc vào β, phải chọn RE >> RB/(1+β). Thực tế thường chọn:
RE = 10 RB/βmin
2.5.2.2. Mạch phân cực bằng điện áp phản hồi:
Theo sơ đồ mạch ta có:
- Tính IB:
+VCC
Với VCC = (IB +IC).RC +IB.RB + VBE
RC
=IB((1+ β ).RC +RB) +VBE
B

B

B

B

B

B

→ IB =
B

VCC − V BE
(1 + β ).RC + RB

IB

- Tính IC: IC = β .I B
- Tính VCE: Ta có VCC = (IB +IC).RC + VCE.
VCE = VCC - (IB +IC).RC
- Hệ số ổn định nhiệt S:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

11

IC
VCE

RB

VBE


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Ta có: VCC = (IB +IC).RC + IB.RB+ VBE.
= IB(RC+RB) + IC.RC + VBE
B

B

→ IB = -

V − VBE
RC
.IC + CC
RC + RB
RC + RB

S = (1+β)/ [1+β(RC/RC+RB)]
Nếu RC>> RB thì S→ 1.
RC: gọi là điện trở tải cực C của BJT, RC không được quá lớn.
2.5.2.3. Phân cực bằng cầu phân áp:
B

B

VCC
RC

R1

VCC
RC

IC

IB

IB

IC

VCE
R2

IE

Trong đó:

VB =

+_

VB

VBE
RE

B

R1 .R2
R1 + R2

Tính IB: Ta có VB = IB.RB + VBE + IE.RE
= IB. [RB + (1 + β ).RE ] +VBE
B

→IB =

VB − V BE
RB + (n + β ).RE

Tính IC: IC = β .I B
Tính VCE: Ta có VCC = I C .RC + VCE + I E .RE
Xem IC ≈ IB
→ VCC = I C ( RC + RE ) + VCE
→ VCE = VCC − I C .( RC + RE )
Hệ số ổn định nhiệt S:
Ta có: VB = I B .RB + VBE + I E .RE
= I B .( RB + RE ) + I C .RE + VBE
→ IB =

− RE
V − VBE
.I C + B
RB + RE
RB + RE

ΔI B dI B
RE
==
ΔI C dI C
RB + RE

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

VCE
VBE

IE

VCC
.R2
R1 + R2

RB =R1 // R2 =

RB

12

RE


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

→S =

1+ β
β .ΔI B
1−
ΔI C

=

1+ β
β .RE
1+
RB + RE

Nếu thoã mãn điều kiện: RB << (1+β)RE thì S = (RB+RE)/RE
B

B

Nhận xét: Ta thấy RE càng lớn, RB càng nhỏ thì mạch càng ổn định. Nhưng RE
quá lớn sẽ gây sụt áp trên RE làm giảm biên độ tín hiệu ra. Do đó phải mắc thêm tụ
CE//RE với giá trị đủ lớn để không ảnh hưởng đến tín hiệu xoay chiều.
B

2.5.3. 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 IB, IC, IE là các dịng 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 sử dụng chế độ xoay chiều khi khi đó 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 trên dịng điện và điện
áp BJT khi khơng có tín hiệu đặc vào (vi =0) nghĩa là xác định điều kiện phân cực cho
BJT.
Sơ đồ BJT mắc theo kiểu EC
Sơ đồ mạch:
+VCC
RC

RB

Vi

CP1

IB

CP2

Ur

IC

IE

RE

Rt

Chế độ tĩnh của BJT mắc theo kiểu EC được xác định bởi 5 tham số IB, IC, IE,
VCE, VBE. Trong đó có trước một tham số, các tham số khác được xác định dựa vào đặc
tuyến vào ra của BJT.
Hệ số dặc tuyến vào: IB =f( VBE ) khi VCE =const
Hệ số đặc tuyến ra: IC =f(VCE) khi VBE = const
B

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

13


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Quan hệ đó được xác định đặc trưng bởi đường tải tĩnh:
IC =f(VCE).

VCC/(RC+ RE)

IC (mA)

Theo sơ đồ ta có phương trình đường tải tĩnh:

Ib=100μA

VCC – ICRC – VCE – IERE = 0

Ib=80μA

ICQ
VCC - VCE
(2.1) với IC = βIB và IC ≈ IE
⇒ IC =
RC + RE

Ib=40μA

Q

Ib=20μA

Theo (2.1) ta vẽ được đường tải tĩnh như sau:

Ib=0μA

VCE(V)
VCEQ

Độ dốc đường tải tĩnh:

VCC

dI C
-1
=
dVCE RC + RE

Về phương diện xoay chiều: cực C, E xem như nối tắt.
VCC + iC.RC = 0 ⇒ iC = -

VCC
RC

Mà: IC =ICQ + iC ⇒ iC =IC - ICQ
VCE =VCEQ+VCC ⇒ VCC =VCE – VCEQ.
IC – ICQ = -

1
.(VCE – VC) (2.2). Với ICQ: dịng tĩnh.
RC

Và (2.2) chính là phương trình đường tải động
Độ dốc đường tải động

1
1
>
RC
RC + RE

Giao điểm giữa đường tải tĩnh và đặc tuyến ra ứng với dòng bảo hoà IBo
là điểm làm việc tĩnh Q, để biên độ VCE lớn nhất ta chọn VCE nằm giữa đoạn (0, VCEQ).
Do đó điểm làm việc 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.

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

14


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Chương 3: HỒI TIẾP
3.1. Khái niệm
Mạch hồi tiếp là mạch lấy một phần năng lượng ở ngõ ra đưa về đầu vào để
làm tăng độ ổn định của mạch và cải thiện chất lượng của mạch.
3.2. Phân loại
Để phân loại hồi tiếp người ta dựa vào ba cơ sở.
3.2.1. Theo dạng tín hiệu hồi tiếp:
Mạch hồi tiếp điện áp là mạch lấy điện áp ra để tạo điện áp hồi tiếp đưa trở lại
đầu vào.

Mạch hồi tiếp dòng điện là mạch lấy dòng điện ra để tạo điện áp hồi tiếp đưa
trở lại đầu vào.
3.2.2 Theo cách ghép với tín hiệu vào:
Hồi tiếp song song là khi điện áp nguồn tín hiệu và điện áp hồi tiếp ghép song
song nhau, hay nói cách khác hồi tiếp song song là khi hai tín hiệu: tín hiệu nguồn và
tín hiệu hồi tiếp cùng đưa vào một cực của một transistor.
Hồi tiếp nối tiếp là khi điện áp nguồn tín hiệu và điện áp hồi tiếp ghép nối tiếp.
Nói cách khác hồi tiếp nối tiếp là khi tín hiệu nguồn và tín hiệu hồi tiếp đưa vào hai
cực khác nhau của một transistor.
3.2.3. Theo tác dụng khuếch đại:
Hồi tiếp âm là hồi tiếp mà tín hiệu đưa về ngược pha so với tín hiệu vào. Hồi
tiếp âm tuy làm giảm hệ số khuếch đại của mạch nhưng cải thiện chất lượng của bộ
khuếch đại nên được dùng phổ biến trong lĩnh vực khuếch đại.
Hồi tiếp dương có tín hiệu đưa về đồng pha với tín hiệu vào. Hồi tiếp dương
tuy làm tăng hệ số khuếch đại nhưng làm mất tính ổn định của mạch. Hồi tiếp dương
được dùng trong mạch dao động.
Trong đồ án này, ta chỉ đề cập đến hồi tiếp âm.
3.3. Lưu đồ chuẩn của bộ khuếch đại có hồi tiếp
Xn

Kn

Xv

Xh

Xht

K

Xr

Kht
K’

Xn: là đại lượng đầu vào của mạch
Kn: là hàm truyền của mạch vào
Xv: là đại lượng ra của Xn cũng chính là đại lượng vào của mạch có hồi tiếp.
Xh: là đại lượng trực tiếp vào bộ khuếch đại
K: là hệ số khuếch đại của mạch khi khơng có hồi tiếp.
Xr: là đại lượng ra
Kht: là hệ số khuếch đại của mạch hồi tiếp.
Xht: là đại lượng ra của mạch hồi tiếp.
Khi khơng có hồi tiếp thì Ktp = Kn.K
Khi có hồi tiếp thì K’tp = Kn.K’
Ta có quan hệ:
Xr = K.Xh (3.1)
Đồ án mơn học Kỹ thuật mạch Điện tử

15


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Xv = Kn.Xn (3.2)
Xht = Kht.Xr (3.3)
Xh = Xv - Xht (3.4) từ các biểu thức trên ⇒ Xh =Xv - Kht.Xr =Xv –
Kht.K.Xh.
⇒Xv = Xh.(1+ Kht.K)
Hệ số khuếch đại khi có hồi tiếp:

K’ =

K .X h
Xr
K
=
=
Xv
X h (1 + K ht .K ) 1 + K .K ht

Hệ số khuếch đại toàn phần
K’tp = Kn.K’ =

K .K n
K .K n
=
g
1 + K .K ht

Với g =1 + K.Kht: Độ sâu hồi tiếp
Kv =K.Kht: Hệ số khuếch đại vịng
Nếu ⎥ g⎥ > 1 thì ⎥ K’⎥ <⎥ K⎥ ⇒ hồi tiếp âm
Nếu ⎥ g⎥ < 1 thì ⎥ K’⎥ >⎥ K⎥ ⇒ hồi tiếp dương
Trường hợp đặc biệt |Kv| = |K.Kht| >> 1 thì K’ = Xr/Xv ≈ 1/Kht.
Khi hồi tiếp qua nhiều tầng khuếch đại:
K’ = Kn/(1 + Kn.Kht)
Vì Kv = Kn.Kht >> 1 nên K’ = 1/Kht
Nhận xét:
- Một hệ thống khép kín có hệ số khuếch đại vịng rất lớn, K’ hầu như khơng
phụ thuộc vào tính chất của mạch mà chỉ phụ thuộc vào tính chất của mạch hồi tiếp. Vì

vậy, muốn xây dựng bộ khuếch đại chính xác, phải dùng linh kiện chính xác trong
khâu hồi tiếp (điện trở).
- Hàm truyền toàn phần giảm đi g lần.
- Như vậy hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại của mạch.
3.4. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm dến mạch khuếch đại
3.4.1. Ảnh hưởng đến trở kháng vào Zv, trở kháng ra Zr của mạch khuếch đại:
Hồi tiếp âm làm thay đổi trở kháng vào của phần mạch nằm trong vòng hồi tiếp.
Sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào phương pháp mắc mạch hồi tiếp về đầu vào mà
không phụ thuộc vào phương pháp lấy tín hiệu ở đầu ra để đưa vào mạch hồi tiếp. Vì
vậy, để tính trở kháng vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp ta phân biệt hai trường hợp:
Hồi tiếp nối tiếp và hồi tiếp song song.
Hồi tiếp âm nối tiếp: Zv tăng g lần (g = 1 + Kht.K).
Hồi tiếp âm song song: Zv giảm g lần.
Nhận xét: Zv và Zr chỉ phụ thuộc vào song song hay nối tiếp chứ không phụ thuộc vào
hồi tiếp dòng hay hồi tiếp điện áp.
Hồi tiếp âm cũng làm biến đổi trở kháng ra của bộ khuếch đại. Sự biến đổi này
không phụ thuộc vào phương pháp dẫn tín hiệu hồi tiếp về đầu vào mà chỉ phụ thuộc
phương pháp nối đầu ra bộ khuếch đại với đầu vào mạch hồi tiếp. Do đó, để tính trở
kháng ta phân biệt trường hợp hồi tiếp điện áp và hồi tiếp dòng điện
Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng Zr
Hồi tiếp âm điện áp làm giảm Zr
Nhận xét: Zr chỉ phụ thuộc vào hồi tiếp dòng điện hay điện áp chứ không phụ thuộc
vào hồi tiếp nối tiếp hay song song.
3.4.2. Ảnh hưởng đến dải rộng của tín hiệu và méo phi tuyến:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

16


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Nhờ hồi tiếp âm dòng điện dải động của bộ khuếch đại được mở rộng. Khi
khơng có hồi tiếp âm thì tồn bộ tín hiệu được đưa đến đầu vào bộ khuếch đại, do đó
Xh = Xv. Khi có hồi tiếp âm chỉ có một phần tín hiệu được đặt vào bộ khuếch đại:
Xh = Xv – Xht = Xv – Kht.Xr = Xv – Kht.Xh.K
⇒ Xh =

Xv
X
= v
1 + K ht .K
g

Nhận xét:
Đại lượng điện giảm đi g lần nên méo phi tuyến sinh ra do đoạn cong vênh đầu
đặc tuyến vào cũng giảm đi g lần.
Khi đại lượng đặt trực tiếp vào bộ khuếch đại giảm g lần thì dải rộng tăng lên g
lần.

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

17


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

Chương 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
4.1. Mạch khuếch đại EC
4.1.1. Sơ đồ mạch:
VCC

RC
CP2

R1

CP1

IB

Vo

VCE
VBE

Rn

Un

IC

R2

RE

IE

RE

Rt

4.1.2. Các linh kiện:
VCC : nguồn cung cấp 1 chiều.
R1, R2: cầu phân áp
RC: điện trở tạ cực C
Rt: điện trở tải xoay chiều
CP1, CP2: Tụ liên lạc ngõ vào và ngõ ra.
CE: Tụ thoát xoay chiều emitter
Rn: nội trở của nguồn tín hiệu xoay chiều
Un: Nguồn tín hiệu xoay chiều cần khuếch đại
4.1.3. Nguyên lý hoạt động:
Giả sử mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ xoay chiều, tần số trung bình
ZC = 1/ω.C = 2.π.f.C

(f : tần số trung bình)

Ở bán kỳ dương của Un thì Un ↑ → VB↑ → (ib, ic, ie)↑ → vo↓
Ở bán kỳ âm của Un thì Un↓ → VB↓ → (ib, ic, ie)↓→ vo ↑
Sự thay đổi của vo theo tín hiệu Un sẽ được tụ CP2 dẫn đến ngõ ra và vo đó chính
là điện áp xoay chiều có biên độ lớn hơn rất nhiều so với Un.

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

18


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

4.1.4. Tính tốn các tham số của mạch:
Sơ dồ tương đương:
Ie C

B

Iv

Rn

rbe

R1//R2

rce

βIb

Rc

Rt

Ur

Un
E

β ib nguồn dòng được phản ánh từ cực B về cực C của BJT.

Nguyên tắc:
- Nguồn cung cấp xem như nối mạch
- Các tụ xem như nối tắt.
4.1.4.1. Trở kháng vào của mạch:

RV = (R1//R2) //rbe
Với rv = rbe là điện trở vào của BJT mắc EC.
rbe = rb + (1+β)re; re = 26mV/IE.
(Ta có: ui = ibrb +iere = ib(rb + (1 + β )re).
⇒ rv =

ui
=rb + (1+ β )re)
ib

Trở kháng vào: Rv =(R1 // R2) // [rb + (1 + β )re ]
Nếu (R1 // R2) >> rbe thì Rv = rbe(1+β)
4.1.4.2. Trở kháng ra của mạch:
Zr = rce // RC // Rt.Vì rce lớn hơn rất nhiều RC và Rt nên ta có
Zr ≈ RC //Rt
4.1.4.3. Hệ số khuếch đại dịng điện
ki =

it
iv

Ta có: it = Ut/Rt = ic.(Rc//Rt)/Rt; iv = ib.rbe/Rv
⇒ ki =

Rv
.β
rbe

.

RC // Rt
Rt

Nếu chọn R1//R2 >> rbe thì ki = β.RC/(RC+Rt)
4.1.4.4. Hệ số khuếch đại điện áp ku:
ku =

Rt
RC
Rt
R
Ur
it Rt
=
= ki.
=
.β .
. v
U n iv ( Rn + Rv )
Rn + Rv
RC + Rt
Rn + Rv rbe

Nếu chọn (R1//R2) >> rbe thì ku =

RC
Rt
.β .
RC + Rt
Rn + rbe

Nhận xét: Mạch khuếch đại EC vừa khuếch đại dịng vừa khuếch đại áp và có điện áp
ra ngược pha với điện áp vào.

Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

19


Khuếch đại OTL ngõ vào đơn

4.2. Mạch khuếch đại BC
4.2.1. Sơ đồ mạch:

iE

iC
RC

RE

Rt

Rn

R1

R2

Un

+Vcc

4.2.2. Nguyên lý hoạt động:
Ở bản kỳ (+) tín hiệu vào làm ie↓ →ic↓ → uc↑ → tín hiệu ra tăng.
Ở bản kỳ (-) tín hiệu vào làm ie↑ →ic↑ → uc↓ → tín hiệu ra giảm.
4.2.3. Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu bé:
B

Ic

Iv

RE

Rn

rbe

C

αIe

Rc

Rt

Ur

Un

4.2.4. Tính tốn các tham số của mạch:
rbelà điện trở vi phân tiếp xúc BE từ vài ôm đến vài chục ôm
4.2.4.1. Trở kháng vào:
Ta có: Rv = rbe // RE
rbe = re +

rb
1+ β

→ Rv = RE // (re +

(nhỏ)
rb
)
1+ β

4.2.4.2. Trở kháng ra của mạch:
Zr = RC // Rt (vì rcb >> RC,Rt)
4.2.4.3. Hệ số khuếch đại dòng diện ki:
i
iv

ki = t =

it i c i e
i c ie iv

it.Rt = ic. (Rt//RC) → it/ic = (Rt//Rc)/Rt
ic/ie = α

ie.reb = iv.Rv → ie/iv = Rv/reb
R
α .RC
ki =
. v <1
Rt + RC reb

4.2.4.4. Hệ số khuếch đại điện áp ku:
Đồ án môn học Kỹ thuật mạch Điện tử

20