mạch phân cực BJT và FET (powerpoint)

CHÖÔNG 4+6
MAÏCH PHAÂN CÖÏC TRANSISTOR


I. GIỚI THIỆU:

Đối với BJT việc phân cực để hoạt động trong vùng tuyến
tính cần phải chú ý:
Mối nối B-E phải phân cực thuận với điện áp phân cực
vào khoảng 0,6 đến 0,7V.
Mối nối B-C phải phân cực ngược với điện áp phân cực
nằm trong giới hạn cực đại của transistor.


II. PHÂN CỰC CHO BJT
1. Các dạng mạch phân cực:
a. Mạch khuếch đại phân cực đònh dòng:

Vẽ lạïi mạch


•Xét mạch vòng BE:

Áp dụng đònh luật Kirchhoff:

+ VCC = I B RB + VBE

Xét mạch vòng CE:

Suy ra dòng điện IB:
V − VBE

I B = CC
RB

I C = βI B
Áp dụng đònh luật Kirchhoff:

VCC = VCE + I C RC
Suy ra:

VCE = VCC − I C RC


b. Mạch phân cực bằng cầu phân áp:


•Phân tích chính xác:
Dùng mạch tương đương Thevenin

Xác đònh điện trở Thevenin RTh

RTh = R1 R2

Xác đònh điện áp Thevenin Eth:

ETh = VR 2 = VCC

R2
R1 + R2

Dòng điện IB có thể xác đònh bằng đònh luật Kirchhoff:

ETh − I B RTh − VBE − I E RE = 0
Thay thế dòng IE = (β + 1) IB vào suy ra dòng IB:

ETh − VBE
IB =
RTh + ( β + 1) RE
Phương trình mạch vòng CE không có gì thay đổi – kết quả
được:

VCE = VCC − I C ( RC + RE )


•Phân tích gần đúng:
Cấu hình mạch phân áp ngõ vào có thể thay thế bằng mạch
điện sau:

Điện trở Ri là điện trở tương đương giữa cực B và mass – đã
xác đònh ở phần trước bằng (β + 1) RE . Nếu Ri lớn hơn nhiều
so với R2 thì dòng IB nhỏ hơn dòng qua R2 rất nhiều có nghóa
là dòng I1 xấp xỉ bằng dòng I2.


Khi đó điện áp trên R2 bằng điện áp VB xác đònh bởi phương
trình:
R2VCC
VB =
R1 + R2

• Có thể xem Ri = (β + 1) RE ≅ βRE thì điều kiện để thỏa mãn phép
tính gần đúng là

β R E ≥ 10R2

• Xác đònh điện áp VE:

VE = VB − VBE

• Xác đònh dòng điện IE:
• Và có thể xem:
• Điện áp VCEQ:

VE
IE =
RE

I CQ ≅ I E
VCEQ = VCC − I C ( RC + RE )

**Vậy điểm tónh Q không phụ thuộc vào hệ số β.


c. Mạch phân cực hồi tiếp từ collector :

Xét mạch vòng BE:

VCC = I C' RC + I B RB + VBE + I E RE
Có thể xem:

I C' ≅ I C = βI B

I E ≅ IC


• Thế vào phương trình trên được:
• Suy ra dòng điện IB:

VCC = VBE + β I B ( RC + RE ) + RB I B
IB =

Và:

VCC − VBE
RB + β ( RC + RE )

ICQ = βIB

• Nếu β(RC +RE ) lớn hơn RB rất nhiều thì:

I CQ

VCC − VBE
VCC − VBE
VCC − VBE
=β
=β
=
RB + β ( RC + RE )
β ( RC + RE ) RC + RE

** Vậy khi đó ICQ không phụ thuộc vào hệ số β.


Xét mạch vòng CE:
Áp dụng đònh luật Kirchhoff được phương trình:

VCC = I E RE + VCE + I 'C RC
/
I
Do C ≅ I C và I E ≅ I C nên:

VCC = I C ( RE + RC ) + VCE
Hay:

VCE = VCC − I C ( RE + RC )

Kết luận: Trong các dạng mạch phân cực nếu điện trở RE đủ lớn thì
điểm làm việc Q không phụ thuộc vào hệ số β của transistor.


2. Phân tích đường tải:
 Đường tải dc (DCLL – DC load
line)
• Thiết lập một phương trình ngõ
ra diễn tả mối liên hệ giữa 2 biến
IC và VCE :

VCE = VCC − I C RC
• Hay:

VCC
1
IC = −
VCE +
RC
RC

Phương trình trên chính là phương trình đường tải dc của mạch .
•


Đồ thò đường tải DCLL của mạch trên đường đặc tuyến ngõ ra
của transistor trên hình sau:
Nếu dòng điện IB thay đổi bởi
các giá trò khác nhau của RB thì
điểm tónh Q sẽ di chuyển lên
hoặc di chuyển xuống như hình
a. Nếu điện áp Vcc và IB giữ cố
đònh và điện trở Rc thay đổi thì
đường tải sẽ dòch chuyển như
hình b.

(a)

(b)


Nếu RC cố đònh và Vcc thay đổi thì đường tải dòch chuyển như
hình sau

Đường tải ac (ACLL – AC load line):
• Ta có phương trình ngõ ra chỉ với tín hiệu ac:

ic ( RC || RL ) + vce = 0
• Hay

• Mà

• Vậy

1
ic = −
vce
( RC || RL )

iC = ic + I CQ
ic = iC − I CQ

và

và

vCE = vce + VCEQ

vce = vCE − VCEQ


• Vậy phương ngõ ra khi có nguồn tín hiệu ac là:

• Hay:

1
(iC − I CQ ) = −
(vCE − VCEQ )
( RC || RL )

Phương trình trên chính là phương trình đường tải ac của mạch .

VCEQ
1
iC = −
vCE +
+ I CQ
( RC || RL )
( RC || RL )


Đồ thò của ACLL và DCLL:

ACLL và DCLL luôn luôn giao nhau tại điểm làm việc tónh Q.


• Tầm dao động cực đại của tín hiệu ngõ ra
(maxswing):
• Maxswing[ vce ( p − p )] = 2vce ( p ) = 2 × min[VCEQ , I CQ Rac ]
có nghóa là ta chọn giá trò nhỏ nhất của
I CQ Rac
VCEQ
trong 2 đại lượng

và
để tín hiệu ra
không bò méo dạng.
Rac = RC || RL
• Trong đó
đối với mạch đang xét.


3. Hệ số ổn đònh nhiệt
• Các yếu tố gây bất ổn đònh điểm làm việc đó là: điện áp
nguồn cung cấp, nhiệt độ…. Ở đây ta chỉ xét đến yếu tố
nhiệt độ vì nó liên quan đến vấn đề phân cực cho transistor.
• Khi nhiệt đồ thay đổi sẽ ảnh hưởng đến các thông số của
transistor, thể hiện bởi các tham số sau:
T2 −T1
- Dòng rỉ:

I CO (T2 ) = I CO (T1 )2

∆T *

Trong đó là độ biến thiên nhiệt độ làm dòng điện bảo hòa
ngược tăng gấp đôi thường bằng 10oC.
- Hệ số truyền đạt dòng điện α, β :
T2 − T1
β T2 = β T1 (1 +
)
75
- Điện áp VBE ứng với IB = const:
∆VBE = −(2 ÷ 2,5)mV / o C

Vậy khi nhiệt độ làm việc của transistor bò thay đổi làm các
thông số trên của transistor thay đổi theo kết quả là điểm làm
việc Q bò dòch chuyển trên đặc tuyến ngõ ra


Tiêu chuẩn đánh giá sự bất ổn đònh của mạch theo nhiệt độ là
S, các hệ số bất ổn đònh là:
• Hệ số ổn đònh dòng điện:
∆I C
S ( I CO ) =
∆I CO

• Hệ số ổn đònh điện áp:

∆I C
S (VBE ) =
∆VBE
• Hệ số ổn đònh hệ số khuếch đại dòng điện:

∆I C
S (β ) =
∆β


Ví dụ : Xét sự bất ổn đònh nhiệt của mạch hình sau:

Giải:
Xét mạch vòng có chứa VBE

VCC = I B RB + VBE + I E RE

(*)


ta coù:
hay
Vaø:

I C = αI E + I CO
IE =

I C + I CO
α

I B = I E − IC =

I C − I CO
− IC
α

Thay IE vaø IB vaøo phöông trình (*)
I −I

I +I 
VCC =  C CO − I C  RB + VBE +  C CO  RE
 α

 α


I CO
 (1 − α ) RB + RE 
( RE − RB )
= IC × 
+
V
+
BE

α
α



Ruùt ra:

(VCC − V BE )
RE + RB
IC = α
+
I CO
R E + RB (1 − α ) RE + RB (1 − α )

(**)



Thay =
vaứo bieồu thửực (**), ta coự:

+1

(VCC VBE )
RE + RB
IC =
+ ( + 1)
I CO
RB + ( + 1) RE
RB + ( + 1) RE
Vaọy

RE + RB
S ( I CO ) = ( + 1)
RB + ( + 1) RE

(1)

(***)