giáo trình kĩ thuật điện tử

Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
CHNG 1: CHT BN DN
1.1. S lc v lch s phỏt trin ca ngh nh in t
Vo nm 1947, ti phũng thớ nghim ca Bell, John Bardeen v Walter Brattain
ó thnh cụng trong vi c phỏt minh Transistor l ng cc BJT(Bipolar Junction
Transistor). õy l m t bc ngot ỏnh du s bt u ca thi i bỏn dn. Phỏt
minh ny v mt chui phỏt trin ca cụng ngh vi in t ó tht s lm thay i
cuc sng loi ngi.
1948 Transistor u tiờn ra i. õy l mt cuc Cỏch mng ca ng nh in t.
1950 Mch in t chuyn sang dựng transistor
H mỏy tớnh dựng linh kin bỏn dn dng ri rc ra i (th h II)
1960 Mch tớch hp ra i (IC:Intergrated Circuit)
H mỏy tớnh dựng IC ra i(th h III)
1970 Cỏc mch tớch hp mt cao h n ra i (MSI, LSI, VLSI)
MSI: Medium Scale Intergrated Circuit
LSI: Large Scale Intergrated Circuit
VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit
1980 n nay in t c ng dng rng r ói trong cỏc lónh vc nh y t, iu
khin t ng, phỏt thanh, truyn h ỡnh
1.2. Linh kin in t:
Ta xột hai loi linh kin c bn sau:
Linh kin th ng:
Cú cỏc thụng s khụng i di tỏc dng dũng in: in tr, t, cun cm
Linh kin tớch cc:
Cú cỏc thụng s thay i di tỏc dng dũng in: Diod, Transistor l ng cc
BJT( Bipolar Junction Transistor):
1.3. Cht bỏn dn:
1.3.1.Cht bỏn dn thun:
Hỡnh 1.1. Gin nng lng ca Si
Vựng cm

Vựng dn ca Si
Nng lng
Vựng hoỏ tr ca Si
Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Hai cht bỏn dn tiờu biu l: Silicon(Si) v Ge(Germanium).
Si l cht bỏn dn m ti nhit phũng cú rt ớt e vựng dn trong mng tinh
th. Vỡ dũng in t l vi s lng e nờn dũng in trong tinh th rt nh. nhit
phũng, e vựng hoỏ tr nhy lờn vựng dn li l trng ti v trớ cha nú
mang in tớch dng. Hin tng ny gi l s phỏt sinh in t-l trng.
Hỡnh 1.2. S di chuyn ca in t v l trng trong Si khi cú ngun in
Nu t ngun in nh hỡnh v thỡ e di chuyn v cc dng ca ngun. E
vựng hoỏ tr cng cú th di chuyn v cc d ng ca ngun nu nú cú nng
lng t mc nng l ng ca nú lờn mc nng lng ca l trng. Khi e n y
nhp vo l trng thỡ nú li mt l trng phớa sau. V ỡ th lm l trng di
chuyn v cc õm ca ngun. D ũng in trong cht bỏn dn l tng 2 thnh phn:
dũng do e trong vựng dn v dũng do l trng trong vựng hoỏ tr. E di chuyn v
cc dng nhanh hn l trng di chuyn v cc õm v ỡ kh nng e cú nng
lng cn thit nhy l ờn vựng dn ln hn kh nng e cú nng l ng
nhy n v trớ trng trong v ựng húa tr. Vỡ vy dũng e ln hn dũng l trng trong
Si. Tuy nhiờn dũng ny v n nh nờn Si l cỏch in.
1.3.2 Cht bỏn dn tp:
1.3.2.1. Cht bỏn dn tp loi N
Hỡnh 1.3. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi N
Nng lng
Vựng hoỏ tr ca Si
Mc nng lng ca
tp cht donor
Vựng dn ca Si
V

Vựng dn ca Si
Vựng hoỏ tr ca Si
E
Si
Nng lng
Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Cht bỏn dn tp loi N l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht
thuc nhúm V trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo cht bỏn dn thun.
Ta xột trng hp pha tp P v o cht bỏn dn thun Si. iu n y tng ng lm
xut hin mc nng lng ca tp cht donor sỏt ỏy v ựng dn. Vỡ th nhit
phũng cỏc e ca nguyờn t P nhy lờn vựng dn ca Si. Vỡ vy nguyờn t tp cht
d b ion hoỏ thnh ion dng. Ngoi ra c ch phỏt sinh cp ht dn in t l
trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn thun vi mc yu h n vỡ mc
nng lng ca tp cht donor sỏt ỏyv ựng dn.
Gi n
n
: mt in t trong v ựng dn, p
n
: mt l trng trong vựng hoỏ
tr, thỡ n
n
>>p
n
.Vy dũng in trong cht bỏn dn loi N ch yu do in t to n ờn
gi l ht dn a s, cũn l trng gi l ht thiu s.
1.3.2.2. Cht bỏn dn tp loi P:
Cht bỏn dn tp loi P l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht
thuc nhúm III trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo ch t bỏn dn thun.
Ta xột trng hp pha tp cỏc nguy ờn t As vo cht bỏn dn thun Si. iu n y

tng ng lm xut hin mc nng lng gi l mc tp cht acceptor sỏt nh
vựng hoỏ tr. Vỡ vy nguyờn t tp cht d b ion hoỏ th nh ion õm . Ngoi ra c
ch phỏt sinh cp ht dn in t l trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn
thun vi mc yu h n vỡ mc tp cht loi P sỏt nh v ựng hoỏ tr.
Gi n
p
: mt in t trong vựng dn.
Gi p
p
: mt l trng trong v ựng hoỏ tr., thỡ n
p
>>p
p
Vy dũng in trong cht bỏn dn loi P ch yu do l trng to n ờn gi l
ht dn a s, cũn in t gi l ht thiu s.
Hỡnh 1.4. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi P
1.4.Tip xỳc p-n:
Vựng hoỏ tr ca Si
Mc tp cht acceptor
Nng lng
Vựng dn ca Si
Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Cho lp bỏn dn p, n tip xỳc nhau, ta cú tip xỳc p -n.
1.4.1. Nguyờn lý lm vi c:
1.4.1.1. Khi tip xỳc p-n cha c phõn cc:
Do cú s chờnh lch ln v nng (n
n
>>n
p

, p
p
>>p
n
) nờn cú hin tng
khuch tỏn cỏc ht dn a s qua n i tip xỳc, to nờn dũng khuch tỏn I
kt
hng
t min P sang min N.
Ti vựng lõn cn hai bờn mt tip xỳc xut hin in tr ng ni E
tx
hng
t vựng N sang vựng P (do ion t p cht to ra). Nú cn tr chuyn ng ca d ũng
khuch tỏn v gõy ra dũng trụi I
tr
ca cỏc ht thiu s cú chiu t N sang P qua
mt tip xỳc lm I
tr
tng, I
kt
gim.
Quỏ trỡnh ny tip din cho n khi t n trng thỏi cõn bng ng. Lỳc
ú I
kt
=I
tr.
, dũng qua tip xỳc bng 0, hiu th tip xỳc l 0.1V i vi Ge v 0.4 V
i vi Si
1.4.1.2. Khi tip xỳc p-n c phõn cc nghch :
Hỡnh 1.5. Tip xỳc p-n b phõn cc nghch

in trng ni cựng chiu vi in trng ngoi nờn tng in trng ti
vựng tip xỳc tng lm cho vựng tip xỳc m rng ra, d ũng khuch tỏn gim v 0,
E
tx
K
+
A
_
-
E
ng
P N
V
+
+
+
-
-
-
in trng
Vựng nghốo
p
n
Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
dũng trụi do E
tx
gõy ra tng n mt giỏ tr gi l dũng ngc bóo ho I
S
. Dũng

ny rt nh.
Vy khi phõn cc nghch tip xỳc th ỡ khụng cú dũng ch y qua (xem dũng
bóo ho ngc bng khụng).
1.4.1.3. Khi tip xỳc c phõn cc thun :
Hỡnh 1.6. Tip xỳc p-n c phõn cc nghch
in trng ni ngc chiu vi in tr ng ngoi nờn tng in trng ti
vựng tip xỳc gim lm cho vựng tip xỳc b thu hp li, cỏc ht a s d dng di
chuyn qua vựng tip xỳc ny, dũng khuch tỏn cú chiu t A n K tng mnh,
dũng trụi do E
tx
gõy ra khụng ỏng k .
Vy khi phõn cc thun tip xỳc th ỡ cú dũng chy qua tip xỳc p-n, nú quan
h vi in ỏp gia hai u tip xỳc nh sau:

11
T
D
D
V
v
S
v
kT
q
SD
eIeIi
Trong ú:
v
D
: in ỏp hai u tip xỳc.
I
S
: dũng bóo ho ngc.
k: hng s Boltman
k =1,38.10
-23
J/
0
K.
q : in tớch ca ht dn, q=1,6.10
-19
C
V
T

: th nhit
nhit phũng V
T
= 25,5mV.
K
_
A
+
-
E
ng
E
tx
P N
V
Chơng 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
1.4.1.4. Kt lun:
Tip xỳc p-n ch cho dũng in chy qua theo mt chiu t p n n. ú
chớnh l tớnh cht chnh lu ca tip xỳc p-n.
1.5. c tuyn V- A
c tuyn V-A ca tip xỳcp-n mụ t mi quan h gia d ũng v in ỏp
trờn hai u tiộp xỳc.
Hỡnh 1.7. c tuyn V-A ca tip xỳc p-n.
V
BR
: in th ỏnh thng l in ỏp ngc ti a m tip xỳc p-n cú th
chu ng khi phõn cc ng c m khụng b hng. Lỳc ny, tip xỳc p-n dn in
c theo c chiu nghch.
1.6. Hin tng ỏnh thng:

Khi in ỏp ngc ln, dũng ln lm cỏc e va chm vo cỏc e c nh khỏc lm
tng s e nờn dũng in tng vt, ngha l tip xỳc p-n dn in c theo c chiu
nghch, phỏ v c tớnh chnh l u ca nú, gi l hin tng ỏnh thng.
Nguyờn nhõn ỏnh thng cú th do in hoc do nhit, v ỡ vy cú ba loi ỏnh
thng c bn: ỏnh thng v in, ỏnh thng v nhit, v ỏnh thng nhit -in.
Trong ú s ỏnh thng v nhit do s tớch lu nhit trong v ựng nghốo. Khi cú
in ỏp ngc ln, dũng in ngc tng lm núng cht bỏn dn, khin nng
ht dn thiu s tng v lm dũng in ngc tng. Quỏ trỡnh c nh th lm cho
nhit vựng nghốo v dũng ng c tng nhanh, dn ti ỏnh thng.
i
D
0.2
v
Si
I
D
Nghch
Thun
V
BR
R
0.7
v
v
D
Ge
Chơng 2: Diod chỉnh lu và các mạch ứng dụng
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
CHƯƠNG 2: DIOD CHỉNH LƯU
và các mạch ứng dụng

2.1. Cấu tạo:
Diod gồm 1 tiếp xúc p -n và 2 điện cực đa ra từ 2 miền. Điện cực đa ra từ
miền bán dẫn loại p, n lần lợt gọi là cực Anod( A), cực Katod(K).
Ký hiệu:
Đặc tuyến V-A của Diod chỉnh lu và nguyên lý làm việc giống nh của
tiếp xúc p-n.
2.2. Các tham số cơ bản của Diod chỉnh lu
Điện trở 1 chiều:
Điện trở một chiều tại điểm phân cực là tỷ số giữa điện áp trên dòng điện
của diod tại điểm phân cực.
R
DC
= U
AK
/ I
A
Điện trở động (điện trở vi phân):
Điện trở động tại điểm khảo sát là tỷ số giữa biến thiên của điện áp trên
biến thiên của dòng điện tại điểm đó.
Khi Diod phân cực thuận, đặc tuyến của Diod có dạng dốc đứng nên r
d
nhỏ.
r
d
=v
d
/i
d
=

v
D
/

i
D
=dV
D
/dI
D
=26mV/I
D
2.3. Mạch chỉnh lu:
Mạch chỉnh lu có nhiệm vụ biến đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều thành
một chiều để cấp cho tải.
2.3.1. Mạch chỉnh lu 1 nửa chu kỳ(1 bán kỳ):
Sơ đồ mạch và dạng sóng:
Q
v
V
t
t
v
T
A
K
R
Hình 2.1. Dạng sóng và sơ đồ mạch chỉnh lu một nửa chu kỳ.
Chơng 2: Diod chỉnh lu và các mạch ứng dụng
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử

Tác dụng linh kiện:
Biến áp T: biến đổi điện áp lới v
v
xoay chiều thành điện áp xoay chiều v
s
theo yêu cầu.
D: Diod chỉnh lu;
R
t
: điện trở tải
Nguyên lý làm việc:
ở bán kỳ (+): D đợc phân cực thuận, nên D dẫn, có dòng qua tải.
ở bán kỳ (-) : D đợc phân cực nghịch, nên D tắt, không có dòng qua tải.
Vậy ứng với một chu kỳ của điện áp xoay chiều, Diod chỉ dẫn trong 1/2 chu kỳ.
Điện áp trung bình trên tải:






P
Ptb
V
dVdvV

sin
2
1
)(

2
1
0 0
2.3.2. Mạch chỉnh lu 2 nửa chu kỳ :
Sơ đồ mạch và dạng sóng:
Hình 2.2. Dạng sóng va sơ đồ mạch chỉnh lu hai nửa chu kỳ
Tác dụng linh kiện:
Biến áp T 3 dây: tạo ra hai điện áp xoay chiều ngợc pha nhau từ điện áp lới.
D
1
, D
2
: Diod chỉnh lu.; R
T
: điện trở tải
Nguyên lý làm việc:
Giả sử v
1
cùng pha với v
V
, thì v
2
ngợc pha với v
V
.
ở bán kỳ (+) của U
V
: D
1
đợc phân cực thuận, D

2
đợc phân cực nghịch, nên
D
1
dẫn, D
2
tắt, suy ra có dòng qua tải.
ở bán kỳ (-) của U
V
: D
1
đợc phân cực nghịch, D
2
đợc phân cực thuận nên D
1
tắt, D
2
dẫn, suy ra có dòng qua tải.
Vậy ứng với một chu kỳ của điện áp vào xoay chiều thì Diod dẫn điện với cả 2
nửa chu kỳ.
Điện áp trung bình trên tải:






P
Ptb
V

dVdvV
2
sin
2
21
)(
2
2
0 0


v
V
t
t
v
Rt
D2
R
DI
Chơng 2: Diod chỉnh lu và các mạch ứng dụng
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
2.3.3. Mạch chỉnh lu cầu:
Sơ đồ mạch và dạng sóng:
Hình 2.3. Dạng sóng và sơ đồ mạch chỉnh lu cầu chu kỳ
Tác dụng linh kiện:
Biến áp T: biến đổi điện áp lới xoay chiều v
V
thành điện áp xoay chiều v
S

theo yêu cầu
D
1
, D
2
, D
3
, D
4
: cầu Diod.
R
T
: điện trở tải
Nguyên lý làm việc:
ở bán kỳ (+) của v
V
, D
1
, D
3
đợc phân cực thuận( D
2
, D
4
đợc phân cực
nghịch), nên D
1
, D
3
dẫn, có dòng I

1
từ điểm A qua D
1
, R
T
, D
3
về điểm B.
ở bán kỳ (-) của U
V
, D
2
, D
4
đợc phân cực thuận (D
1
, D
3
đợc phân cực
nghịch), D
2
, D
4
dẫn có dòng I
2
từ B qua D
2
, R
T
, D

4
.
Ta chọn: D
1
, D
2
, D
3
, D
4
giống nhau nên I
1
= I
2
=I
T
.
Mạch chỉnh lu cầu gồm 2 nhánh, mỗi nhánh gồm 2 Diod, mắc nối tiếp nhau.
Mỗi Diod chỉ chịu 1/2 điện áp ngợc khi phân cực nghịch, tăng tuổi thọ Diod.
Đây chính là u điểm của mạch chỉnh lu cầu.
v
V
t
t
v
Rt
T
D
2
D

3
D
4
D
1
B
A
R
Chơng 2: Diod chỉnh lu và các mạch ứng dụng
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Điện áp trung bình trên tải:






P
Ptb
V
dVdvV
2
sin
2
21
)(
2
2
0 0

2.4. Mạch lọc điện:
Điện áp hay dòng điện sau chỉnh lu tuy có cực tính không đổi nhng dạng
sóng của nó vẫn còn thay đổi một cách có chu kỳ
Nhiệm vụ của mach lọc là cách lọc các sóng có hài bậc cao để điện áp ra
bằng phẳng
Các loại mạch lọc:
Mạch lọc dùng tụ C dùng cho các bộ chỉnh lu có dòng tải bé thờng mắc C
song song với điện trở tải.
Mạch lọc dùng LC cho các bộ chỉnh lu có dòng tải lớn, thay đổi nhiều. Khi L
có giá trị bé, C nạp nhanh đến giá trị đỉnh V
p
. Khi tăng L, dòng nạp cho C tăng
chậm, kéo dài thời gian nạp với biên độ thấp hơn. Khi tăng L đến 1 giá trị tới hạn
thì 1 trong 2 diod dẫn liên tục (mạch chỉnh lu toàn sóng) nên dòng tải đợc cấp
liên tục C hầu nh không xả hoặc nạp và giữ giá trị không đổi là 2V
p
/pi.
Xét mạch lọc dùng tụ C trong mạ ch chỉnh lu một nửa chu kỳ
ở bán kỳ dơng của v
v
, D đợc phân cực thuận, nên D dẫn, có dòng qua R
và đồng thời tụ C đợc nạp điện. Đến lúc v
v
đạt giá trị cực đạ i thì điện áp trên tụ C
cũng đạt giá trị lớn nhất. Sau đó đ iện áp v
v
bắt đầu giảm, nên cực A của D có điện
áp âm hơn cực K nên D bị phân cực nghịch, D tắt. Tụ C xả điện qua R. ở bán kỳ
dơng tiếp theo, quá trình cứ tiếp diễn nh vậy, ta có dạng sóng ra nh hình 2.4.

Hình 2.4. Sơ đồ mạch và dạng sóng mạch chỉnh lu một nửa chu kỳ
có dùng mạch lọc bằng tụ C
C
R
v
V
t
t
v
T
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Chơng 3: TRANSISTOR Lỡng cực BJT
(Bipolar Junction transistor)
Là một linh kiện bán dẫn có ba cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc
hoạt động nh một khoá đóng mở, rất thông dụng trong nghành điện tử. Nó sử
dụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử và lỗ trố ng, vì vậy đợc xếp vào loại hai cực tính.
3.1. Cấu tạo-Nguyên lý hoạt động
Gồm ba lớp bán dẫn p -n-p hoặc n-p-n tạo nên. Vì vậy có hai loại BJT
Hình 3. 1 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại pnp
Hình 3. 2 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại npn
BJT có hai tiếp xúc p -n: tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là J
C
, tiếp xúc p-
n giữa miền B và E gọi là J
E.
Nguyên lý hoạt động
Hình 3 3 . Cách phân cực để BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại
P N P
Collector

Base
Emitter
N P N
Collector
Base
Emitter
C
E
B
C
E
B
N P N
C
B
E
V
BB
V
CC
I
E
I
B
I
C
I
CB0
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử

Ban đầu khi có nguồn V
CC
phân cực nghịch tiếp xúc J
C
thì có dòng ngợc
I
CB0
chảy từ miền C sang B. Dòng này giống nh dòng I
tr
trong Diod, có giá trị nhỏ.
Sau đó có nguồn V
BB
phân cực thuận tiếp xúc J
E
làm cho điện tử từ miền E
dễ dàng di chuyển sang miền B tạo nên dòng I
E
. Hầu hết các điện tử vợt qua vùng
B, băng qua J
C
(tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là J
C
) để đến miền C tạo nên
dòng I
E
. Một số điện tử bị giữ lại trong miền B và chạy về cực B. Lỗ trống trong
miền B chạy về miền E tạo nên dòng I
B
.
Nếu gọi là hệ số truyền đạt dòng điện thì ta c ó I

C
=I
E
+I
CB0
Ta có I
E
=I
B
+I
C
; I
C
=I
E
+I
CB0
=(I
C
+I
B
)+I
CB0
suy ra (1-)I
C
=I
B
+I
CB0
I

C
=(/(1-))I
B
+(1/(1-))I
CB0
=I
B
+(1+)I
CB0
trong đó đợc gọi là hệ số
khuếch đại dòng điện.
Nguyên tắc phân cực cho BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại:
J
E
phân cực thuận v à J
C
phân cực nghịch, nghĩa là đối với BJT loại npn thì phải
thoả mãn V
BE
>0 và V
CB
>0 , đối với BJT loại pnp thì ngợc lại.
3.2. Các cách mắc mạch của BJT
BJT có ba cực, tuỳ theo theo việc chọn cực nào làm cực chung cho mạch
vào và mạch ra mà có ba sơ đồ s au( ta chỉ xét sơ đồ dạng đơn giản hoá)
3.2.1. Mạch CE(Common Emitter)
Tín hiệu cần khuếch đại đợc đa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và E, E là cực chung.
Hình 3.4.Mạch CE
3.2.2. Mạch CB (Common Base)

Tín hiệu cần k huếch đại đợc đa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và B, B là cực chung.
Hình 3.5.Mạch CB
Tín hiệu ra
Tín hiệu vào
Tín hiệu vào
C
B
E
Tín hiệu ra
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
3.2.3.Mạch CC(Common Collector)
Tín hiệu cần khuếch đại đợc đa vào giữa cực B và C, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và E, E là cực chung.
Hình 3.6.Mạch CB
3.3. Đặc tuyến tĩnh và các tham số tĩnh của BJT
Đặc tuyến tĩnh diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp một chiều
trên BJT. Có bốn loại đặc tuyến là đặc tuyến vào, ra, truyền đạt dòng điện, hồi tiếp
điện áp. Ta chỉ xét đặc tuyến ra của mạch CE.
Các tham số giới hạn của BJT
Tuỳ theo diện tích mặt tiếp xúc , vật liệu và công nghệ chế tạoMỗi BJT chỉ
cho phép một dòng điện tối đa trên mỗi điện cực là I
Emax
, I
Bmax
, I
Cmax
. Ngoài ra trên
các tiếp xúc J

E
, J
C
có các điện áp cực đại cho phép V
Cbmax
, V
Bemax
, V
Cemax
để không
gây đánh thủng các tiếp xúc.
Tần số giới hạn:
Mỗi BJT chỉ làm việc hiệu quả đến một tần số nhất định vì do ở tần số cao, các
điện dung ở các tiếp xúc p -n tăng. Mặt khác chuyển động của hạ t dẫn qua miền B
I
B1
I
B3
I
B4
I
B2
Miền đánh thủng
Miền dẫn bão hoà
I
C
V
CE
Hình 3.7.Họ đặc tuyến tĩnh ngõ ra của BJT mắc kiểu CE
I

C
=f(V
CE
)
I
B
=const
Tín hiệu vào
Tín hiệu ra
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
không thể coi là tức thời mà chiếm một thời gian đáng kể so với chu kỳ tín hiệu
nên , bị giảm theo tần số.
3.4.Các cách phân cực cho BJT
Về nguyên tắc ta cần hai nguồn để phân cực thuận J
E
và phân cực nghịch J
C
3.4.1. Phân cực bằng dòn g I
B
cố định:
3.4.1.1. Dùng một nguồnV
CC
Điện trở R
B
lấy điện áp từ nguồn V
CC
để phân cực thuận J
E
, điện trở R

C
lấy
điện áp từ nguồn V
CC
phân cực nghịch J
C
, nghĩa là V
BE
>0, V
CB
>0.
CCCCCE
BC
B
BECC
B
RIVV
II
R
VV
I





Hình 3.8. Mạch khuếch đại dùng BJT, phân cực bằng dòng I
B
cố định
Ta thấy dòng I

B
có giá trị không đổi tuỳ thuộc vào V
CC
và R
B
nên mạch có
tên là phân cực bằng dòng I
B
cố định.
Các giá trị của V
CE
và I
C
xác định vị trí điểm làm việc tĩnh Q trên đặc tuyến
ngõ ra của BJT.
Ta cũng có thể xác định điể m làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị.
Từ biểu thức V
CE
=V
CC
-I
C
R
C
ta có I
C
=(-1/R
C
)V
CE

+(1/R
C
)V
CC
(1). Giao điểm
của đờng thẳng có phơng trình nh (1) với đờng biểu diễn mối quan hệ giữa I
C
và V
CE
ứng với dòng I
B
=(V
BB
-V
BE
)/R
B
trên đặc tuyến ngõ ra mạc h EC xác định vị
trí của điểm làm việc tĩnh Q.
RB
VC C
Rc
.
RE
I
B
Ic
I
E
I

B1
I
B3
I
B4
I
B2
=(V
CC
-V
BE
)/R
B
I
C
V
CE
Hình 3.9. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị
V
CC
V
CC
/R
C
Q
V
CEQ
I
CQ
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT

Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
3.4.1.2. Dùng hai nguồn
CCCCCE
BC
B
B
BEBB
B
RIVV
II
R
VV
I





Hình 3.10. Mạch phân cực bằng dòng I
B
cố định dùng hai nguồn
3.4.2. Phân cực bằng hồi tiếp từ collector
Hồi tiếp là sự đa tín hiệu ngõ ra của b ộ khuếch đại trở ngợc lại đầu vào.
Nếu tín hiệu hồi tiếp đa về làm giảm điện áp vào bộ khuếch đại thì gọi đó là hồi
tiếp âm.
Điện trở R
B
dẫn điện áp từ cực C đa ngợc về cực B. Khi nhiệt độ tăng
dòng I
C

, I
E
tăng làm V
C
giảm, thông qua điện trở R
B
làm điện áp phân cực cho cực
B là V
BE
giảm, làm BJT dẫn yếu lại làm giảm dòng I
C
. Điện trở R
B
gọi là điện trở
hồi tiếp âm.
CCCCCE
BC
CB
BECC
B
RIVV
II
RR
VV
I

)1(
Hình 3.12. Mạch phân cực bằng hồi tiếp từ collector
3.4.3. Phân cực bằng dòng Emitter
Mạch dùng hai điện trở R
B1
, R
B2
tạo thành cầu phân áp để phân cực thuận J
E
,
R
C
lấy điện áp từ nguồn V
CC
phân cực cho J
C
. R
E
là điện trở ổn định nhiệt
áp dụng định lý Thevenin, ta có sơ đồ mạch tơng đơng
(a)
R B
V C C
.
R c
RB1
VCC
.
Rc

RERB2
R B B
R c
V C C
.
V B B
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
(b)
Hình 3.13.
(a)Mạch phân cực bằng dòng Emitter
(b) Mạch tơng đơng theo định lý Thevenin
Trongđó
21
21
2
//;
BBBB
BB
BCC
BB
RRR
RR
RV
V


EECCCCCEBC
EBB
BEBB

B
RIRIVVII
RR
VV
I


;;
)1(


Ta biết khi nhiệt độ tăng, ba tham số của BJT sẽ thay đổi , đó là V
BE
, , I
C
.
Trong ba kiểu phân cực trên , kiểu phân cực bằng định dòn g Emitter cho ta dòng I
C
ổn định nhất vì dòng I
C
hầu nh không phụ thuộc vào vì I
C
V
BB
/R
E
nếu chọn
V
BB
>>V

BE
Bài tập :
Cho sơ đồ mạch nh hình 3.13a. Biết rằng R
B1
=32k; R
B2
=6,8k; Rc=3k;
R
E
=1,5k; R; =100;Vcc=15V. Xác định điểm làm việc tĩnh và biểu diễn nó trên
đặc tuyến ngõ ra.
Giải:
VRRIVRIRIVV
mAmAII
mA
R
VV
I
V
RR
RV
V
kkkRRR
ECCCCeECCCCCE
BC
E
BEBB
B
BB
BCC

BB
BBBB
6,95,4*012,015)(
2,1012,0.100
012,0
5,1*1016,5
7,06,2
)1(R
6,2
8,632
8,6*15
6.58.6//32//
BB
21
2
21

RBB
Rc
VCC
VBB
RE
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Hình 3.14. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị
15V
9,6
I
B1
I
B3
I
B4
I
B2
=0,012mA
I
C
(mA)
V
CE
(V)
15/4,5
Q

1,2
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Mạch khuếch đại là mạch điện tử trong đó với một sự biến đổi nhỏ của
đại lợng điện ở đầu vào sẽ gây ra sự biến đổi lớn của đại lợng điện của đầu
ra. Các phần tử cơ bả n của mạch điện là BJT có thể mắc theo sơ đồ B, E, C
Nội dung của chơng này trình bày các kiểu mạch khuếch đại tín hiệu
nhỏ cơ bản dùng BJT nh mạch EC, BC, CC và các mạch khuếch đại công suất
(khuếch đại tín hiệu lớn). Từ đó ta tính toán các thông số của mạch nh hệ số
khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, dạng sóng tại các vị trí trong
mạch
Mục đích của chơng này giúp sinh viên nắm đợc nguyên lý làm việc
của các mạch khuếch đại, các thông số cơ bản để ứng dụng trong việc thiết kế
mạch.
Các chỉ tiêu cơ bản của một mạch khuếch đại:
Hình 4.1. Mạng bốn cực đại diện cho mạch khuếch đại.
Nguồn tín hiệu v
S
đợc đa đến ngõ vào của linh kiện điện tử, nh BJT
Nhờ vai trò hoạt động của BJT, trên điện trở tải R
t
sẽ nhận đợc tín hiệu đã
đợc khuếch đại nghĩa là tín hiệu này biến thiê n cùng quy luật với tín hiệu v
S
nhng có biên độ lớn hơn nhiều.
Tuỳ theo dạng của tín hiệu cần khuếch đại mà chia thành các loại mạch
khuếch đại cơ bản sau:
Mạch khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm (khuếch đại DC).
Mạch khuếch đại tín hiệu xoay chiều bao g ồm mạch khuếch đại tần số thấp,

trung bình và tần số cao.
Trong chơng này, ta xét các mạch khuếch đại tần số trung bình.
Để đơn giản, giả thiết rằng nguồn tín hiệu v
S
cần khuếch đại có dạng
hình sin, tín hiệu ra trên tải vẫn có dạng hình sin (mạch khuếch đại lý tởng).
Trong điều kiện đó, các đại lợng xoay chiều trong mạch nh điện áp vào, dòng
điện vào, điện áp ra trên tải, dòng điện ra trên tải là những đại lợng hình sin.
Tín hiệu nhỏ là các đại lợng ở đầu vào, đầu ra biến thiên trong phạm vi
hẹp. Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thờng đợc đặt đầu tiên của một thiết bị
khuếch đại để khuếch đại tín hiệu còn cha lớn. Dới đây ta khảo sát các mạch
khuếch đại tín hiệu nhỏ theo phơng pháp giải tích nghĩa là thay thế các mạch
cụ thể bằng sơ đồ tơng đơng xo ay chiều, sau đó tính toán các thông số đặc
trng của mạch: hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện , pha của
điện áp vào và điện áp ra
v
S
Mạch
khuếch
đại
R
t
r
S
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
4.1. Sơ đồ tơng đơng của BJT đối với tín hiệu nhỏ xoay chiều theo tham
số chuẩn:
4.1.1. Mạch CE (Common Emittter):
Hình 4.2. Sơ đồ tơng đơng của BJT đối với mạch CE

Trong đó r
be
=r
b
+ (1+ )r
e
(4.1a)
r
e
: điện trở vi phân của tiếp xúc J
E
.
r
e
=26mV/ I
E
. (4.1b)
r
b
: điện trở khối vùng Baze.
r
c
: điện trở vi phân của tiếp giáp J
C
.
i
b
: nguồn dòng điện đợc điều khiển bởi dòng i
b
.

4.1.2. Mạch BC ( Common Base ):
Hình 4.3. Sơ đồ tơng đơng của BJT đối với mạch CB
Trong đó r
eb
= r
e
+ r
b
/(1+ ) (4.2)
r
e
: điện trở vi phân của tiếp x úc J
E
.
r
e
=26mV/ I
E
.
r
b
: điện trở khối vùng Baze.
r
c
: điện trở vi phân của tiếp giáp J
C
.
i
e
: nguồn dòng điện đợc điều khiển bởi dòng i

e
C
B
E
Điện áp ra
Điện áp vào
rbe
ib
rce
B
Điện áp vào
Điện áp ra
C
reb
ie
E
rcb
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
4.1.3. Mạch CC: (Common Collector)
Hình 4.4. Sơ đồ tơng đơng của BJT đối với m ạch CC
Trong đó r
be
=r
b
+ (1+ )r
e
r
e
: điện trở vi phân của tiếp xúc J

E
.
r
e
=26mV/ I
E
.
r
b
: điện trở khối vùng Baze.
r
c
: điện trở vi phân của tiếp giáp J
C
.
i
b
: nguồn dòng điện đợc điều khiển bởi dòng i
b
4.1.4. Nguyên tắ c vẽ sơ đồ tơng đơng đối với tín hiệu xoay chiều;
Các tụ coi nh nối tắt vì các tụ này có dung kháng rất nhỏ (gần nh bằng
không ở tần số làm việc của mạch)
Nguồn một chiều Vcc coi nh nối tắt vì giả thiết là nguồn lý tởng có
nội trở bằng 0.
4.2. Mạch khuếch đại CE
4.2.1. Sơ đồ mạch:
Hình 4.5. Sơ đồ mạch khuếch đại CE
4.2.2. Tác dụng linh kiện:
R
1

,R
2
: Điện trở phân cực;
R
C
: Điện trở tải cực C.
Vcc: nguồn một chiều;
v
S
: nguồn xoay chiều.
C
B
E
rbe
ib
rce
Điện áp vào
Điện áp ra
v
t
Re
C2
Vcc
Rc
CE
C
1
Rt
v
S

R1
R2
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
r
S
: nội trở nguồn xoay chiều;
C
E
: nối tắt thành p hần xoay chiều ở cực E.
Re : Điện trở ổn định nhiệt; R
t
: điện trở tải.
C
1
: tụ liên lạc ngõ vào, ngăn thành phần 1chiều về v
S
.
C
2
: tụ liên lạc ngõ ra, ngăn thành phần 1 chiều về phía tải.
Nguyên lý hoạt động:
Điện áp vào v
S
đa đến đầu vào của mạch làm th ay đổi trạng thái hoạt động
của BTJ, các dòng điện base i
b
, i
c
có thể tăng hay giảm theo điện áp vào v

s
. Điện
áp biến thiên trên điện trở R
C
tạo nên điện áp xoay chiều trên cực Collector.
Điện áp này qua tụ C
2
đợc đa đến điện trở R
t
của mạch khuếch đại.
Hình 4.6. Dạng sóng của nguồn tín hiệu, tại cực C, và tại ngõ ra.
4.2.3. Sơ đồ tơng đơng:
Hình 4.7. Sơ đồ tơng đơng của mạch CE.
4.2.4. Tính toán tham số của mạch:
4.2.4.1. Điện trở vào của mạch:
v
S
t
t
v
C
v
Rt
t
B
C
i
t
Rt
i

b
Rc
rce
R1//R2
r
S
v
S
rbe
ib
i
V
i
c
E
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử


eb
b
bebb
b
eebb
b
be
be
beV
rr
i

irri
i
irri
i
u
r
rRRR








1
1
//)//(
21
(4.3)
Nếu R
1
//R
2
>>r
be
thì R
V
=r
be

4.2.4.2. Hệ số khuếch đại dòng điện K
i
Hệ số khuếch đại dòng điện K
i
là tỷ số của dòng điện ra và dòng điện
vào của mạch.
c
t
b
c
v
b
v
t
i
i
i
i
i
i
i
i
i
K
Ta có:

bC
VbVV
tCCtt
ii

riRi
RRiRi


//
Vậy
t
tC
V
V
i
R
RR
r
R
K
//

(4.4)
Hệ số khuếch đại dòng điện K
i
phụ thuộc vào của BJT, giá trị điện trở
của bộ phân áp, điện trở Rc, R
t
. Nếu ta chọn R
1
//R
2
>>r
V

, Rc>>R
t
thì K
i
.
Mạch EC có hệ số khuếch đại dòng điện lớn.
4.2.4.3. Hệ số khuếch đ ại điện áp K
u
Hệ số khuếch đại điện áp K
u
là tỷ số của điện áp trên tải và điện áp vào
của mạch.

Vs
tC
V
V
ts
t
i
VsV
tt
s
T
V
T
u
Rr
RR
r

R
Rr
R
K
Rri
Ri
v
v
v
v
K






//

(4.5)
Nếu R
1
//R
2
>>r
V
, r
s
rất nhỏ, lớn thì hệ số khuếch đại điện áp K
u

lớn.
Dấu trừ biểu thị điện áp ra với điện áp vào ngợc pha nhau.
Bài tập 1:
Cho sơ đồ mạch nh hình vẽ sau.
v
t
Re
C2
Vcc
Rc
CE
C
1
Rt
v
S
R1
Hình 4.8. Mạch khuếch đại CE
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
R
1
=280 k; Rc=1 k; Re=0,5 k; Rt=1 k;
=100; r
S
=0 ; V
CC
=15V. Tính hệ số khuếch đại điện áp của mạch.
Trớc hết tính chế độ tĩnh của mạch

VkmAVRRIV
RIRIVV
mAmAII
mA
k
V
R
VV
I
eCCCC
eECCCCCE
BC
e
BEcc
B
55,8)5,1)(3,4(15
3,4043,0.100
043.0
)51280(
)7.015(
)1(R
1

Hình 4.9. Sơ đồ tơng đơng của mạch ở hình 4.8
83
006.0
5.0
//
600600//280//
6006
3,4
26
1




e
tC
u
beV
be
C
T
E
T
e
r
RR

K
krRR
r
mA
mV
I
V
I
V
r
Câu hỏi mở rộng:
Với sơ đồ mạch nh hình 4.8, nếu không có tụ CE thì hệ số khuếch đại
điện áp của mạch nh thế nào? Nhận xét và giải thích tại sao.
Trả lời:
Nếu không có tụ C
E
thì trong sơ đồ tơng đơng của mạch sẽ có Re nối
giữa cực E và điểm đất. Nh vậy điện áp xoay chiều v
S
sẽ bị rơi một phần trên
Re nên làm cho điện áp đặt lên tiếp xúc J
E
của BJT bị giảm. Nên điện áp ra trên
tải sẽ bị giảm theo, vì vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch gi ảm. Ta chỉ cần
nhận xét và giải thích nh vậy chứ không cần phải tính lại hệ số khuếch đại
điện áp vì câu hỏi không yêu cầu.
Bài tập 2
B
C
i

t
Rt
i
b
Rc
rce
R1
r
S
v
S
rbe
ib
i
V
i
c
E
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Tính hệ số khuếch đại của mạch (hình 4.8) trong trờng hợp không có tụ
CE. Từ đó giải thích tác dụng của tụ CE và cách t ính chọn tụ CE nh thế nào?
Hệ thống lại các vấn đề cơ bản vừa học.
4.3. Mạch khuếch đại CB
4.3.1. Sơ đồ mạch:
Hình 4.10 . Sơ đồ mạch khuếch đại CB
4.3.2. Tác dụng linh kiện:
R
1
,R

2
,R
C
: Điện trở phân cực.
Vcc: nguồn một chiều.
v
s
: nguồn xoay chiều.
r
s
: nội trở nguồn xoay chiều;
Re : Điện trở ổn định nhiệt.
C
1
: tụ liên lạc ngõ vào, ngăn thành phần 1c về E
n
.
C
2
: tụ liên lạc ngõ ra, cản thành phần 1 chiều về phía tải.
C
b
: nối tắt thành phần xoay chiều;
R
t
: điện trở tải.
4.3.3. Sơ đồ t ơng đơng:
Hình 4.11. Sơ đồ tơng đơng của mạch CE.
4.3.4.Tính toán tham số của mạch:
4.3.4.1. Điện trở vào của mạch:

Ta có: R
v
= Re //r
eb
(4.6)
Rc
r
S
V
S
Rt
Re
C2
R2
C1
VCC
R1
Cb
i
e
Rt
reb
r
S
Re
v
S
i e
Rc
rcb

i
V
i
C
i
t
Chơng 4: Mạch khuếch đại dùng BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
trong đó




1
b
e
e
eebb
e
eb
eb
r
r
i
irri
i
v
r
(4.7)
4.3.4.2. Hệ số khuếch đại K

i
Hệ số khuếch đại K
i
là tỷ số của dòng điện ra tải và dòng điện vào
của mạch
C
t
e
c
V
e
V
t
i
i
i
i
i
i
i
i
i
K
Ta có:

eC
VeVV
tCCTT
ii
riRi

RRiRi


//
Vậy
t
tC
V
V
i
R
RR
r
R
K
//

(4.8)
Hệ số khuếch đại dòng điện K
i
của mạch BC <1.
III.4.3. Hệ số khuếch đại điện áp K
u
Hệ số khuếch đại điện á p K
u
là tỷ số của điện áp trên tải và điện áp vào
của mạch.

Vs
tC

V
V
ts
t
i
VsV
tt
s
t
V
t
u
Rr
RR
r
R
Rr
R
K
Rri
Ri
v
v
v
v
K

//
.
(4.9)
Điện áp ra với điện áp vào cùng pha nhau.
Hệ số khuếch đại điện áp K
u
của mạch BC >>1.
K
u
càng lớn khi R
n
càng nhỏ.
Bài tập 3:
Cho sơ đồ mạch nh hình 4.11. R
1
=68 k; R
2
=22 k; Rc=1 k; Re=1
k; Rt=1 k; =100; r
S
=100; V
CC
=15V
Tính hệ số khuếch đại điện áp của mạch.
4.4. Mạch khuếch đại CC
4.4.1. Sơ đồ mạch:
Hình 4.12. Sơ đồ mạch khuếch đại kiểu CC
VCC

Re
C1
R2
v
S
r
S
Rt
R1
C2
Q