Giáo trình mạch điện tử 1 ths nguyễn vũ thắng

Đề cương mạch điện tử I
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi công nghệ luôn luôn phải vận
động để phù hợp với qúa trình phát triển đó. Tuy nhiên những kiến thức cơ bản để tính
toán và phân tích cấu trúc của các mạch điện tử là hết sức cần thiết. Để phục vụ cho quá
trình học tập của sinh viên và làm tài liệu tham khảo, chúng tôi đã biên soạn cuốn giáo
trình Mạch điện tử 1, bao gồm tích hợp các nội dung kiến thức về lý thuyết và thực hành về
mạch điện tử tương tự để các bạn đọc tiện tham khảo. Bên cạnh đó hầu hết sau mỗi chương
có các bài tập ứng dụng (được đề cập ở cuối giáo trình) để các bạn thuận tiện hơn trong
quá trình học tập.
Do thời gian biên soạn có hạn cũng như trình độ còn nhiều hạn chế rất mong được
sự đóng góp của các bạn đọc để những lần tái bản sau được hoàn chỉnh hơn.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
1
Đề cương mạch điện tử I
Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CƠ SỞ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TỬ
1.1. Khái niệm mạch điện tử và nhiệm vụ của nó.
Các mạch điện tử có nhiệm vụ gia công tín hiệu theo những thuật toán khác nhau
và được phân loại theo dạng tín hiệu cần được xử lý.
Trong thực tế tín hiệu thường tồn tại dưới hai dạng cơ bản: tín hiệu tương tự
(anolog) và tín hiệu số (digital). Tín hiệu tương tự là loại tín hiệu biến thiên liên tục theo
thời gian, còn tín hiệu số là loại tín hiệu đã được rời rạc hoá theo thời gian và lượng tử
hoá về biên độ.
Các tín hiệu (kể cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số) đều có thể được: khuếch đại;
điều chế; ghi nhớ; điều khiển; tách sóng; biến dạng và các mạch điện tử có nhiệm vụ
thực hiện các thuật toán trên. Trong nội dung của cuốn giáo trình này chúng ta chỉ đề cập
tới các mạch điện tử tương tự.
Đối với tín hiệu tương tự người ta đặc biệt quan tâm tới tỷ số S/N (Signal/Noise-
Tín hiệu/Tạp âm) sao cho tỷ số này luôn lớn hơn 1. Để giải quyết vấn đề này người ta
thường quan tâm tới hai thông số chủ yếu là biên độ tín hiệu và độ khuếch đại tín hiệu.
Biên độ tín hiệu thể hiện độ chính xác của quá trình gia công tín hiệu, xác định độ

ảnh hưởng của nhiễu tới hệ thống. Khi biên độ tín hiệu nhỏ thì nhiễu có thể sẽ lấn át tín
hiệu. Vì vậy khi thiết kế hệ thống điện tử cần nâng biên độ ngay ở tầng đầu.
Khuếch đại tín hiệu là chức năng quan trọng nhất của mạch tương tự, nó có thể
thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các phần tử của hệ thống.
Trong vài thập kỷ gần đây với sự ra đời của bộ khuếch đại thuật toán, các mạch tổ
hợp đã mở ra cho ngành kỹ thuật điện tử nhiều thành công mới. Chúng không những đảm
bảo thoả mãn yêu cầu kỹ thuật mà còn có độ tin cậy rất cao và giá thành hạ. Trong tương
lai các nhà thiết kế sẽ càng tạo ra các mạch điện tử tổ hợp trên chíp có các chức năng
ngày một hoàn hảo hơn. Su hướng phát triển là giảm nhỏ kích thước bên trong của mạch
trong chế tạo bằng cách giảm số chủng loại, nhưng tăng tính phổ biến của mạch trong
ứng dụng hay tăng tính sử dụng của từng chủng loại.
1.2. Đặc tính cơ bản và các tham số của diode (Tính dẫn điện, chỉnh lưu, ổn áp,
đặc tuyến Vol - Ampe).
Diode bán dẫn là phần tử một mặt ghép pn. Về cấu tạo và nguyên lý hoạt động
của diode đã được đề cập trong các giáo trình Linh kiện điện tử và Điện tử cơ bản.
Trong phần này chỉ đề cập tới các ứng dụng của diode thông qua đặc tuyến Vol-Ampe
của chúng.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
2
Đề cương mạch điện tử I
Đặc tuyến Vol-Ampe của diode được thể hiện trên hình 1.1
Đường đặc tuyến Vol-Ampe của diode được chia làm ba vùng rõ rệt:
- Vùng 1 gọi là vùng phân cực thuận, dòng điện I
AK
phụ thuộc vào điện áp phân
cực thuận U
AK
. Giá trị của dòng I
AK
rất lớn đó chính là sự khuếch tán có hướng của các

hạt đa số qua chuyển tiếp pn.
Ứng dụng của vùng 1 để làm các diode chỉnh lưu điện áp, dòng điện
- Vùng 2 gọi là vùng phân cực ngược. Giá trị của dòng I
AK
tăng rất nhỏ cho dù
điện áp U
AK
tăng một lượng khá lớn. Sở dĩ dòng I
AK
tăng chậm như vậy là do sự chuyển
động của các hạt thiểu số qua chuyển tiếp pn.
Ứng dụng của vùng 2 để làm các mạch chỉnh lưu điện áp, các mạch ghim điện
áp
- Vùng 3 gọi là vùng đánh thủng tương ứng khi tăng điện áp phân cực ngược cho
diode tới một giá trị ngưỡng nào đó (U
AKng
) mà ở đó diện tích không gian của tiếp ráp pn
có thể chiếm toàn bộ cả hai vùng bán dẫn p và n. Nếu tăng điện áp phân cực ngược vượt
quá giá trị điện áp ngưỡng thì tiếp ráp pn bị đánh thủng hoàn toàn theo hiệu ứng thác lũ,
cấu trúc một tiếp ráp pn của điốt không còn tồn tại.
Ứng dụng của vùng 3 để làm các phần tử ổn áp (diode zener)
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
3
(1)
0
(3)
Đường lý tưởng
Đường thực tế
U
AK

0
U
AK
I
AK
(2)
-U
AK ng
Hình 1.1
Đề cương mạch điện tử I
1.3. Đặc tính và các tham số cơ bản của transistor lưỡng cực (BJT)
1.3.1. Đặc tính tĩnh và các phương trình cơ bản.
Có hai loại transistor là npn và pnp mà cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng
đã được nghiên cứu trong chương trình môn điện tử căn bản hoặc linh kiện điện tử. Phần
này chỉ nhắc lại một số vấn đề cơ bản của chúng.
Từ quá trình hoạt động của BJT người ta đưa ra các họ đặc tuyến quan trọng
của chúng.
- Họ đặc tuyến vào: I
B
= f(U
BE
) khi giữ các tham số đầu ra cố định.
- Họ đặc tuyến đầu ra: I
C
= f(U
CE
) khi giữ các tham số đầu vào cố định.
- Họ đặc tuyến truyền đạt: I
C
= f(I

B
) khi giữ các tham số đầu ra cố định.
Các BJT này có thể mắc theo emitter chung (EC), base chung (BC), collector
chung (CC). Trong ba cách mắc trên thì cách mắc EC được ứng dụng rộng rãi nhất, vì
vậy trong quá trình khảo sát đặc biệt quan tâm đến cách mắc này.
Để điều khiển BJT có thể dùng dòng emitter I
E
hoặc dòng base I
B
.
Nếu dùng dòng I
E
để điều khiển thì hệ số khuếch đại của BJT được tính theo
biểu thức.
)1.1(
E
C
N
I
I
A =
Trong đó A
N
là hệ số khuếch đại (KĐ) dòng một chiều trong cách mắc BC và A
N
<1.
Nếu dùng dòng I
B
để điều khiển thì hệ số khuếch đại của BJT được tính theo biểu thức
)2.1(

B
C
N
I
I
B
=
Trong đó B
N
là hệ số KĐ dòng một chiều trong cách mắc EC và B
N
>>1. Vì I
E
= I
B
+
I
C
, nên giữa B
N
và A
N
có các mối qua hệ sau:
N
N
N
N
N
N
N

N
B
A
B
B
A
A
A
B
+
=−
+
=
−
=
1
1
1;
1
;
1
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
4
Đề cương mạch điện tử I
1.3.2. Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ.
Đối với tín hiệu nhỏ thì BJT được coi là mạng bốn cực tuyến tính, nên có thể dùng
hệ phương trình của mạng bốn cực (M4C) tuyến tính để biểu diễn giữa các dòng điện,
điện áp vào và ra của BJT. Trong các hệ phương trình của M4C, để mô tả cho BJT
thường hệ phương trình tham số h và hệ phương trình dẫn nạp tham số Y.
Hệ phương trình tham số h và hệ phương trình dẫn nạp tham số Y của một M4C

có dạng sau.
)3.1(
2221212
2121111



+=
+=
UhIhI
UhIhU
)4.1(
2221212
2121111



+=
+=
UYUYI
UYUYI
Các tham số h
ij
và Y
ij
của các hệ phương trình 1.3 và 1.4 được xác định theo
bảng sau.
Bảng 1.1
h
ij

0
2
1
1
11
=
=
U
I
U
h
0
1
2
1
12
=
=
I
U
U
h
0
2
1
2
21
=
=
U

I
I
h
0
1
2
2
22
=
=
I
U
I
h
Y
ij
0
2
1
1
11
=
=
U
U
I
Y
0
1
2

1
12
=
=
U
U
I
Y
0
2
1
2
21
=
=
U
U
I
Y
0
1
2
2
22
=
=
U
U
I
Y

1.4. Đặc tính cơ bản và các tham số của transistor hiệu ứng trường (FET).
1.4.1. Phân loại và các đặc tính cơ bản.
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và ghi nhớ chúng ta có thể phân loại FET (Field
Effect Transistor) theo đồ hình 1.3.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
5
Đề cương mạch điện tử I
Theo sơ đồ phân loại hình 1.3 ta thấy có 6 loại transistor hiệu ứng trường (FET).
Ký hiệu và đặc tuyến của chúng được chỉ ra trong bảng 1.2.
Nếu đặt vào cực cửa G (Gate) và cực nguồn S (Source) một tín hiệu, làm điện áp
U
GS
thay đổi làm cho điện trở giữa cực máng D (Drain) và cực nguồn S thay đổi làm
dòng điện cực máng I
D
thay đổi theo. Vậy FET là một dụng cụ khống chế điện áp. Trong
thực tế, có nhiều FET đối xứng, nghĩa là có thể đổi lẫn cực máng và cực nguồn mà tính
chất của FET không đổi.
- Trong JFET, cực cửa G nối với kênh máng-nguồn qua mặt ghép pn hoặc np. Khi
đặt điện áp phân cực U
GS
đúng chiều quy ước (bảng 1.2) thì diode mặt ghép ngắt, ngược lại
nếu đổi chiều U
GS
thì diode mặt ghép thông, do đó dòng cực cửa I
G
khác không.
- Với MOSFET thì cực cửa G và kênh máng-nguồn được cách ly bởi một lớp
SiO
2

, do đó dòng cực cửa I
G
luôn luôn bằng không.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
6
Đề cương mạch điện tử I
Bảng 1.2: Ký hiệu và các họ đặc tuyến của FET
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
7
Đề cương mạch điện tử I
Kên
h
Loại, ký hiệu
Cực tính
Đặc tuyến
U
DS
I
D
U
GS
U
P
Truyền đạt Ra
n
JFET kênh n
>0 >0 <0 <0
p
JFET kênh p
<0 <0 >0 >0

n
MOSFET kênh
đặt sẵn n
>0 >0 <0 <0
p
MOSFET kênh
đặt sẵn p
<0 <0 >0 >0
n
MOSFET kênh
cảm ứng n
>0 >0 >0 >0
p
MOSFET kênh
cảm ứng
<0 <0 <0 <0
Khi làm việc, dòng cực cửa I
G
của JFET cỡ 1 pA đến 10 nA, còn dòng cửa của
MOSFET nhỏ hơn JFET cỡ 10
-3
lần. Vì vậy điện trở trong của JFET nằm trong khoảng
10
10
÷10
13
Ω và của MOSFET cỡ khoảng 10
13
÷10
15

Ω.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
8
Đề cương mạch điện tử I
Trong các FET kênh n, dòng điện cực máng I
D
giảm (về trị tuyệt đối) khi điện thế
cực cửa giảm, còn trong FET kênh p thì ngược lại. Để đơn giản, sau đây ta chỉ xét FET
kênh n. Trường hợp FET kênh p thì chỉ việc đảo chiều điện áp cung cấp (xem bảng 1.2).
Nếu trong mạch có diode hoặc tụ hóa thì cũng phải đảo chiều mắc các linh kiện này.
JFET và MOSFET kênh đặt sẵn có dòng cực máng I
D
lớn khi điện áp U
GS
= 0, vì
thế các loại FET này còn có tên chung là FET tự dẫn. Ngược lại với MOSFET có dòng
cực máng I
D
= 0 khi điện áp U
GS
= 0 gọi là FET tự ngắt.
Trên đặc tuyến ra của FET hình 1.4 ta thấy khi U
DS
tăng quá lớn thì dòng cực
máng I
D
tăng đột biến, khi đó xảy ra hiện tượng đánh thủng. Điện áp đánh thủng cỡ 20
÷50 V và được xác định theo biểu thức (1.5).
)5.1(
0

GSDSToDST
UUU
GS
U
+=
=
Để thuận tiện cho việc phân tích, người ta chia đặc tuyến vol-ampe của FET ra
làm hai miền:
- Miền triốt có đặc điểm là điện áp máng U
DS
nhỏ và không có hiện tượng thắt
- Miền thắt, ứng với trường hợp U
DSTo
> U
DS
> (U
GS
- U
p
).
Biểu thức gần đúng biểu diễn quan hệ giữa điện áp máng với các điện áp các cực
trong hai miền nói trên được thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3.
Loại
FET
Biểu thức toán học biểu diễn đặc tuyến Vol - Ampe của FET
Miền triốt Miền thắt
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
9
Đề cương mạch điện tử I

MOS-
FET






−−=
2
).(
2
2
2
DS
DSPGS
P
DSS
D
U
UUU
U
I
I
(1.6)
).()1(
2
2
2
P

DSP
DSS
P
GS
DSSD
U
U
I
U
U
II
=−=
(1.7)
J-FET














−
−

−
−
+−
−
−
=
−
2
3
2
3
0
)()(
3
2
PD
GSD
PD
DGSDS
PD
DS
D
UU
UU
UU
UUU
UU
U
II
(1.8)







−−=
2
).(
2
2
2
DS
DSPGS
P
DSS
D
U
UUU
U
I
I
(1.9)
Khi sử dụng FET, đặc biệt là MOSFET cần phải quan tâm đến điện áp cho phép
cực đại U
GSmax
và U
GDmax
. Trong thực tế để bảo vệ cho MOSFET người ta thực hiện mắc
giữa đầu G và đầu S một diode zener mà điện áp zener của nó lớn hơn điện áp nguồn

cung cấp, sao cho diode đạt hiệu ứng zener khi U
GS
= U
Gsmax
. Tuy nhiên diode zener sẽ
làm giảm điện trở vào của MOSFET.
Điện áp tạp âm của FET thường nhỏ hơn điện áp tạp âm của transistor lưỡng
cực nhiều. Điện áp tạp âm của MOSFET ở tần số thấp lớn hơn điện áp tạp âm của
JFET từ 10 đến 1000 lần. Vì vậy MOSFET chỉ thích hợp cho những sơ đồ ít tạp âm ở
tần số cao. Ở tần số thấp chỉ dùng MOSFET khi yêu cầu điện trở vào lớn mà JFET
không thể thỏa mãn được.
1.4.2. Sơ đồ tương và tần số giới hạn.
Khi mắc FET với sơ đồ SC, ta có phương trình biểu diễn quan hệ giữa dòng điện
ra tức thời và điện áp các cực như sau:
i
D
= f(u
GS
, u
DS
) (1.10)
Vi phân toàn phần biểu thức 1.10 ta được:
)11.1(
DS
DS
D
GS
GS
D
D

u
u
i
u
u
i
i
∆
∂
∂
+∆
∂
∂
≅∆
Từ biểu thức (1.11) suy ra biểu thức đối với tín hiệu nhỏ:
i
D
= g
m
.u
GS
+ g
ds
.u
DS
(1.12)
Trong đó:
)13.1(.
0
S

u
i
u
u
i
g
constu
GS
D
GSu
GS
D
m
DSDS
=
∆
∆
=∆
∂
∂
=
==
)14.1(.
0 constu
DS
D
DSu
DS
D
ds

GSGS
u
i
u
u
i
g
==
∆
∆
=∆
∂
∂
=
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
10
Đề cương mạch điện tử I
Căn cứ vào họ đặc tuyến của FET và điểm làm việc cụ thể trên đó, có thể xác định
được g
m
theo biểu thức (1.13) và g
ds
theo biểu thức (1.14).
Từ biểu thức (1.12) ta vẽ được sơ đồ tương đương tần số thấp của FET đối với tín
hiệu bé như trên hình 1.5.
Ở tần số cao, người ta dùng sơ đồ tương đương hình 1.6, trong đó C
gs
và C
gd
là

điện dung cửa-nguồn và điện dung cửa-máng kể cả điện dung phân bố; C
ds
là điện dung
mặt ghép pn của máng và kênh hoặc nguồn và kênh. Các điện dẫn g
m
và g
ds
xác định theo
các biểu thức (1.13) và (1.14).
Bảng 1.4 cho biết giá trị đặc trưng của các tham số của FET
Bảng 1.4:
Tham số J-FET MOS-FET
S = g
m
(1/Ω) 0,1.10
-3
÷10.10
-3
0,5.10
-3
÷10.10
-3
g
ds
(1/Ω) 10
-6
÷10
-5
10
-5

÷10
-4
C
gd
; C
ds
(pF)
0,1÷2 0,1÷2
C
gs
(pF)
2÷10 2÷10
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
11
Đề cương mạch điện tử I
Để đặc trưng cho tính chất của FET ở tần số cao, dùng tần số giới hạn f
g
. Tại tần
số f
g
hệ số khuếch đại điện áp K
u
của FET giảm
2
lần so với hệ số khuếch đại ở tần số
thấp K
uo
.
1.4.3. Đặc điểm của FET so với BJT và đèn điện tử, ứng dụng của FET.
So với đèn điện tử thì FET có những ưu điểm giống như transistor lưỡng cực như

kích thước nhỏ, điện áp cung cấp nhỏ, công suất cung cấp nhỏ (vì không có sợi đốt), độ
tin cậy cao. So với transistor lưỡng cực, FET có những ưu điểm đặc biệt là không yêu cầu
dòng vào (trở kháng vào lớn) nhưng nó lại có đặc điểm là độ dốc g
m
nhỏ và nhạy cảm đối
với điện tích tĩnh. Vì những lý do đó FET ít được dùng trong mạch rời rạc. Dùng FET
trong mạch tích hợp sẽ tiết kiệm được công suất cung cấp. Vì vậy trong mạch rời rạc FET
chỉ được dùng khi yêu cầu trở kháng vào lớn và tạp âm nhỏ. Bảng 1.5 tóm tắt những ứng
dụng cơ bản của FET.
Bảng 1.5
Đặc điểm Phạm vi ứng dụng
Trở kháng vào lớn
Tầng khuếch đại sơ bộ nối với micro điện dung
Tầng khuếch đại sơ bộ trong camera hình
Tầng vào của các thiết bị mua
Điện trở ra lớn (miền thắt)
Mạch hạn dòng
Mạch dao động
Điện dung ghép hồi tiếp nhỏ Khuếch đại cao tần không có trung hòa
Tạp âm nhỏ
Khuếch đại điện áp nhỏ, đặc biệt đồi với nguồn tín
hiệu có trở kháng trong lớn
Đặc tuyến truyền đạt bậc hai Tầng trộn tần (giảm hài bậc cao)
Chương II: MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT
2.1. Phân cực cố định.
Mạch cơ bản như hình 2.1
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
12
Đề cương mạch điện tử I
Phương pháp chung để phân tích mạch phân cực gồm ba bước:

- Bước 1: Dùng mạch điện đầu vào để xác định dòng điện đầu vào (I
B
hoặc I
E
).
- Bước 2: Suy ra dòng điện đầu ra từ các quan hệ giữa các đại lượng I
C
= βI
B
; I
C
= αI
E
- Bước 3: Dùng mạch điện đầu ra để tìm các thông số còn lại (điện áp tại các chân,
giữa các chân của BJT ).
Áp dụng vào mạch điện hình 2.1:
- Mạch điện đầu vào của bộ khuếch đại ta có:
E
cc
= R
B
.I
B
+ U
BE
B
BEcc
B
R
UE

I
−
=⇒
(2.1)
Với U
BE
= 0,7 V nếu BJT là Si và U
BE
= 0,3 V nếu BJT là Ge
Từ đó suy ra: I
C
= βI
B
- Xét mạch điện đầu ra của bộ khuếch đại ta có;
E
cc
= I
C
.R
C
+ U
CE
hay U
CE
= E
cc
– R
C
.I
C

(2.2)
Biểu thức (2.2) chính là phương trình đường tải tĩnh của bộ khuếch đại
* Sự làm việc bão hòa của BJT:
Sự liên hệ giữa các dòng điện I
C
và I
B
sẽ quyết định BJT có hoạt động trong vùng
tuyến tính hay không. Ðể BJT hoạt động thì tiếp ráp B-C (J
c
) phải phân cực ngược. Ở
BJT npn và cụ thể ở hình 2.1 ta phải có:
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
13
Đề cương mạch điện tử I
U
C
> U
B
= U
BE
ít nhất là vài vol.
Mà U
C
= E
cc
– R
c
.I
C

= U
CE
> U
BE
= 0,7 V
Từ đó suy ra:
)3.2(
7,0
C
CC
C
R
VE
I
−
<
Nếu
C
CC
C
R
VE
I
7,0−
→
thì BJT sẽ đi dần vào hoạt động trong vùng bão hòa. Từ điều
kiện này và liên hệ I
C
= βI
B

ta tìm được trị số tối đa của I
B
, từ đó chọn R
B
sao cho thích hợp.
Nếu I
C
≅
C
CC
R
E
hay U
CE
≅ 0 (thực ra chỉ khoảng 0,2 V) thì U
C
< U
B
, tiếp ráp B-C phân
cực thuận, BJT hoàn toàn nằm trong vùng bão hòa và dòng điện:
C
CC
C
R
E
I
=
gọi là dòng điện colectơ bão hòa I
Cbh
)4.2(

C
CC
Cbh
R
E
I
=
2.2. Phân cực ổn định bằng cực Emitter.
Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định, nhưng ở cực emitter được mắc thêm
một điện trở R
E
xuống mass. Cách tính phân cực cũng có các bước giống như ở mạch
phân cực cố định. Xem hình 2.2
- Ở mạch điện đầu vào ta có: E
cc
= R
B
.I
B
+ U
BE
+ R
E
.I
E
Thay I
E
= (1+β).I
B
( )

)5.2(
β1
-
EB
BECC
B
RR
UE
I
++
=
Từ biểu thức 2.5 suy ra dòng điện I
C
từ liên hệ: I
C
= βI
B
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
14
Đề cương mạch điện tử I
- Ở mạch điện đầu ra ta có: E
CC
= R
C
.I
C
+ U
CE
+ R
E

.I
E
Trong đó I
E
= I
B
+ I
C
≅ I
C
( )
)6.2(
CECccCE
IRREU
+−=⇒
* Sự bão hòa của BJT:
Tương tự như trong mạch phân cực cố định, bằng cách cho nối tắt giữa cực
collector và cực emitter ta tìm được dòng điện cực collector bão hòa I
Cbh
)7.2(
EB
CC
Cbh
RR
E
I
+
=
Ta thấy khi thêm R
E

vào, I
Cbh
nhỏ hơn trong trường hợp phân cực cố định, tức BJT
dễ bão hòa hơn.
2.3. Phân cực bằng cầu chia điện áp.
Mạch cơ bản có dạng hình 2.3. Dùng định lý Thevenin biến đổi thành mạch hình 2.3b
Trong đó:
( )
9.2.
)8.2(
.
//
21
2
21
21
21
RR
R
EU
RR
RR
RRR
CCBB
BB
+
=
+
==
- Ở mạch điện đầu vào (mạch B-E) ta có:

U
BB
= R
BB
I
B
+ U
BE
+ R
E
I
E
Thay: I
E
= (1+β)I
B

Suy ra:
)10.2(
)1(
EBB
BEBB
B
RR
UU
I
β
++
−
=

ThS-Nguyễn Vũ Thắng
15
Đề cương mạch điện tử I
Từ đó suy ra I
C
từ liên hệ: I
C
= βI
B
- Ở mạch điện đầu ra (mạch C-E) ta có:
U
CE
= E
CC
- I
C
R
C
- R
E
I
E
Vì I
C
≅ I
E
nên: U
CE
= E
CC

- (R
C
+ R
E
) I
C
(2.11)
Ngoài ra: U
C
= E
CC
- R
C
I
C
U
B
= U
BB
- R
B
.I
B
U
E
= R
E
.I
E
≅ R

E
.I
C
* Sự bão hòa của BJT: Tương tự như trước ta có: I
Cbh
=
EBB
cc
RR
E
+
Cách phân tích gần đúng:
Trong cách phân cực này, trong một số điều kiện, ta có thể dùng phương pháp tính
gần đúng. Ðể ý là điện trở đầu vào của BJT nhìn từ phía cực bazơ B khi có R
E
là:
Ta thấy, nếu xem nội trở của nguồn U
BE
không đáng kể so với (1+β)R
E
thì
R
i
=(1+β)R
E
. Nếu R
i
>>R
2
thì dòng I

B
<< I
2
nên I
1
≅ I
2
, nghĩa là R
2
//R
i
≅ R
2
. Do đó điện áp
tại chân B có thể được tính một cách gần đúng:
21
2
.
RR
R
EU
ccB
+
≅
Vì R
i
= (1+β)R
E
≅ βR
E

nên thường trong thực tế người ta có thể chấp nhận cách
tính gần đúng này khi βR
E
≥ 10R
2
.
Khi xác định xong U
B
, U
E
có thể tính bằng:
BEBE
UUU
−=
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
16
Đề cương mạch điện tử I
Và
C
E
E
E
I
R
U
I ≈=
CECccCE
IRREU )(
+−=
Trong cách tính phân cực này, ta thấy không có sự hiện diện của hệ số β. Ðiểm làm

việc tĩnh Q được xác định bởi I
C
và U
CE
hoàn toàn độc lập với β. Ðây là một ưu điểm của
mạch phân cực với điện trở cực emitơ R
E
vì hệ số β rất nhạy đối với nhiệt độ mặc dù khi
có R
E
độ khuếch đại của BJT có suy giảm. Vì vậy điện trở R
E
còn gọi là điện trở hồi tiếp
và ổn định nhiệt cho bộ khuếch đại.
2.4. Phân cực bằng hồi tiếp điện áp.
Ðây cũng là cách phân cực cải thiện độ ổn định cho hoạt động của BJT (hình 2.5)
- Xét mạch điện đầu vào của bộ khuếch đại.
E
cc
= R
C
.I + R
B
.I
B
+ U
BE
+ R
E
.I

E
Với I = I
C
+ I
B
= I
E
≅ I
C
= βI
B
)12.2(
))(1(
-
ECB
BECC
B
RRR
UE
I
+++
=
β
- Xét mạch điện đầu ra của bộ khuếch đại.
Chú ý I
C
= βI
B
U
CE

= E
cc
– (R
C
+ R
E
)I
C
(2.13)
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
17
Đề cương mạch điện tử I
2.5. Một số dạng mạch phân cực khác.
Mạch phân cực bằng cầu chia điện áp và hồi tiếp điện áp rất thông dụng. Ngoài
ra tùy trường hợp người ta còn có thể phân cực BJT theo các dạng sau đây thông qua
các bài tập áp dụng.
1. Xác định U
C
, U
B
của mạch hình 2.6
2. Xác định U
CE
, I
E
của mạch hình 2.7
3. Xác định U
C
, U
B

, U
E
của mạch hình 2.8
2.6. Thiết kế mạch phân cực.
Khi thiết kế mạch phân cực, người ta thường dùng các định luật căn bản về mạch
điện như định luật Ohm, định luật Kirchoff, định lý Thevenin , để từ các thông số đã
biết tìm ra các thông số chưa biết của mạch điện. Sau đây là một vài thí dụ mô tả công
việc thiết kế.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
18
Đề cương mạch điện tử I
2.6.1. Thí dụ 1: Cho mạch phân cực với đặc tuyến đầu ra của BJT như hình 2.9. Xác
định E
CC
, R
C
, R
B
.

Phương trình đường tải tĩnh: U
CE
= E
CC
- R
C
I
C
ta suy ra E
CC

= 20 V

Ω=⇒== kRmA
R
E
I
C
C
CC
Cbh
5,28
Ngoài ra:
Ω=⇒
=
−
=
−
=
kR
A
R
VV
R
UE
I
B
BB
BECC
B
5,482

40
7,020
µ
Ðể có các điện trở tiêu chuẩn ta chọn: R
B
= 470 kΩ; R
C
= 2,4 kΩ.
2.6.2. Thí dụ 2: Thiết kế mạch phân cực có dạng hình 2.10 với I
C
= 2 mA, U
CE
= 10 V.
Điện trở R
C
và R
E
không thể tính trực tiếp từ các thông số đã biết. Việc đưa điện trở
R
E
vào mạch là để ổn định điều kiện phân cực. R
E
không thể có trị số quá lớn vì sẽ làm
giảm U
CE
(làm giảm độ khuếch đại của transistor). Nhưng nếu R
E
quá nhỏ thì độ ổn định
của bộ khuếch đại sẽ kém. Bằng thực nghiệm người ta thường chọn U
E

bằng khoảng 1/10
giá trị nguồn cung cấp E
CC
.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
19
Đề cương mạch điện tử I
Ω=
−−
=
==
Ω=
−−
=
Ω=≅=
==
−
M
I
UUE
R
mA
I
I
k
I
UUE
R
k
I

U
I
U
R
VEU
B
EBECC
B
C
B
C
ECECC
C
C
E
E
E
E
CCE
3,1
10.33,13
4
1
2
10
1
3
β
Chọn: R
B

=1,2 MΩ

2.6.3. Thiết kế mạch phân cực có dạng như hình 2.11
Ta có:
VUUU
k
mA
V
I
UUE
R
k
I
U
RVVU
EBEB
C
ECECC
C
C
E
ECCE
7,2
4
2
8
12.
10
1
=+=

Ω==
−−
=
Ω==⇒==
Ðiện trở R
1
, R
2
không thể tính trực tiếp từ điện áp cực bazơ và điện áp nguồn cung
cấp. Ðể mạch hoạt động tốt, ta phải chọn R
1
, R
2
sao cho có điện áp U
B
mong muốn và sao
cho dòng điện qua R
1
, R
2
gần như bằng nhau và rất lớn đối với dòng điện base I
B
. Lúc đó
Ω=≤ kRR
E
8
10
1
2
β

Ta có thể chọn:
VE
RR
R
UkR
CCB
7,2;8,6
21
2
2
=
+
=Ω=
Suy ra: R
1
≅ 43,57 kΩ
Có thể chọn; R
1
= 39 kΩ hoặc 47 kΩ
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
20
Đề cương mạch điện tử I
2.7. BJT hoạt động như một chuyển mạch.
BJT không những chỉ được sử dụng trong các mạch điện tử thông thường như
khuếch đại tín hiệu, dao động mà còn có thể được dùng như một chuyển mạch điện tử
(Switch). Hình 2.12 là mô hình căn bản của một mạch đảo (inverter).
Ta thấy điện áp đầu ra của U
C
là đảo pha đối với điện áp tín hiệu đưa vào cực base
của BJT (đầu vào). Lưu ý là ở đây không có điện áp 1 chiều phân cực cho cực base mà

chỉ có điện áp 1 chiều đưa vào cực collector của BJT.
Mạch đảo pha phải được thiết kế sao cho điểm làm việc tĩnh Q di chuyển từ trạng thái
không dẫn (không hoạt động) sang trạng thái bão hòa và ngược lại khi điện áp tác động của
tín hiệu đầu vào thay đổi trạng thái (thay đổi cực tính). Ðiều này có nghĩa là I
C
=
0
CE
I
≅ 0
mA (đây chính là dòng điện ngược collector do các hạt dẫn thiểu số chuyển động bên trong
BJT), khi I
B
= 0 mA và U
CE
= U
CEbh
= 0 V khi I
C
= I
Cbh
(thật ra U
CEbh
thay đổi khoảng từ 0,1
V đến 0,3 V).
- Ở hình 2.12, Khi U
i
= 5 V, BJT dẫn và phải thiết kế sao cho BJT dẫn bão hòa.
Dòng điện I
Cbh

được định nghĩa:
C
CC
Cbh
R
E
I =
Giá trị của dòng điện I
B
để BJT hoạt động trong vùng bão hòa có thể được tính gần
đúng:
β
Cbh
B
I
I
=
min
.
Điều kiện để BJT bão hào là: I
B
>
β
Cbh
I
Trên mạch 2.12, khi u
v
= 5 V thì trị số của I
B
là:

A
R
Uu
I
B
BEv
B
µ
63
=
−
=
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
21
Đề cương mạch điện tử I
Và:
mA
R
E
I
C
CC
Cbh
1,6
==
Thử điều kiện trên ta thấy:
A
I
AI
Cbh

B
µ
β
µ
8,4863 =>=
Nên thỏa mãn để BJT hoạt động trong vùng bão hòa.
- Khi U
v
= 0 V, I
B
= 0 µA, BJT không dẫn và I
C
= I
CEO
≅ 0 mA; điện áp giảm qua
R
C
lúc này là 0 V, do đó:
U
C
= V
CC
- R
C
I
C
= 5 V
- Khi BJT bão hòa, điện trở tương đương giữa 2 cực C-E là:
Ω===
0

1,6
0
mA
V
I
U
R
Cbh
CEbh
CE
Nếu coi U
CEbh
có trị trung bình khoảng 0,15V ta có:
Ω==
6,24
1,6
15,0
mA
V
R
CE
Như vậy ta có thể coi R
CE
≅ 0 Ω khi nó được mắc nối tiếp với điện trở hàng kΩ.
- Khi U
v
= 0 V, BJT ngưng, điện trở tương đương giữa 2 cực C-E được ký hiệu là
R
cut-off
Ω∞=≈=

−
00 CE
CC
CE
CE
offcut
I
E
U
U
R
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
22
Đề cương mạch điện tử I
Kết qủa là giữa hai cực C và E tương đương với mạch điện bị hở mạch
Thí dụ: Xác định R
C
và R
B
của mạch điện hình 2.15 nếu I
Csat
= I
Cbh
= 10 mA
Khi bão hòa:
Ω==⇒
==
k
I
E

R
mA
R
E
I
Cbh
CC
C
C
CC
C
1
10

và
A
I
I
DC
Cbh
B
µ
β
40==
Ta chọn I
B
= 60µA để đảm bảo BJT hoạt động trong vùng bão hòa
Ω=
−
=⇒

−
=
M
I
VU
R
R
UU
I
B
v
B
B
BEv
B
155,0
7,0
Chọn I
B
= 150 kΩ (Giá trị tiêu chuẩn), vậy
A
I
A
k
UU
I
CbhBEv
B
µ
β

µ
4062
150
=>=
Ω
−
=
Vậy ta thiết kế: R
C
= 1 kΩ
R
B
= 150 kΩ
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
23
Đề cương mạch điện tử I
Trong thực tế, BJT không thể chuyển tức thời từ trạng thái ngưng sang trạng thái
dẫn hay ngược lại mà phải mất một thời gian. Ðiều này là do tác dụng của điện dung ở 2
tiếp ráp của BJT.
Ta xem hoạt động của BJT trong một chu kỳ của tín hiệu (hình 2.16)
- Khi chuyển từ trạng thái không dẫn sang trạng thái dẫn, BJT phải mất một
thời gian là:
t
on
= t
d
+ t
r
(2.14)
t

d
: Thời gian từ khi có tín hiệu vào đến khi dòng điện I
C
tăng được 10%
giá trị cực đại
t
r
: Thời gian để dòng điện I
C
tăng từ 10% đến 90% giá trị cực đại.
- Khi chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái không dẫn, BJT phải mất một
thời gian là:
t
off
= t
s
+t
f
(2.15)
t
s
: Thời gian từ khi mất tín hiệu vào đến khi dòng điện I
C
còn 90% so với
trị cực đại
t
f
: Thời gian từ khi dòng điện I
C
là 90% đến khi giảm còn 10% trị cực đại.

Thông thường t
off
> t
on
Thí dụ ở 1 BJT bình thường:
t
s
= 120 ns ; t
r
= 13 ns
t
f
= 132 ns ; t
d
= 25 ns
Vậy: t
on
= 38 ns ; t
off
= 132 ns
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
24
Đề cương mạch điện tử I
So sánh với 1 BJT đặc biệt có chuyển mạch nhanh như BSV 52L ta thấy: t
on
= 12 ns;
t
off
= 18 ns. Các BJT này được gọi là transistor chuyển mạch (switching transistor)
2.8. Tính khuếch đại của BJT.

Xem mạch điện hình 2.17
Giả sử ta đưa một tín hiệu xoay chiều có dạng sin, biên độ nhỏ vào chân B của
BJT như hình vẽ. Ðiện áp ở chân B ngoài thành phần phân cực U
B
còn có thành phần
xoay chiều của tín hiệu u
v
(t) chồng lên.
u
B
(t) = U
B
+ u
i
(t)
Các tụ C
1
và C
2
ở đầu vào và đầu ra được chọn như thế nào để có thể xem như nối
tắt - dung kháng rất nhỏ - ở tần số của tín hiệu. Như vậy tác dụng của các tụ ghép nối
tầng C
1
, C
2
là cho thành phần xoay chiều của tín hiệu đi qua và ngăn thành phần phân cực
một chiều.
ThS-Nguyễn Vũ Thắng
25
0

0
t
t
u
v
(t)
Hình 2.18:
0
t
0
t
u
B
(t)
u
C
(t)
u
D
(t)