điện tử tương tự Bài tập BJT

Điện tử tương tự và ứng dụng
Bài tập về BJT

Tống Văn On, biên soạn từ Electronic Devices của Thomas L. Floyd, Bộ môn Điện tử, ĐHBK TP HCM


Thí dụ 1: Phân tích DC
Xác định IB, IC, IE, VBE, VCE và VCB trong mạch điện sau. BJT có β = 150.


Thí dụ 1: Phân tích DC
Lời giải:
VBE = 0.7 V
Dòng điện cực nền:
IB = (VBB – VBE)/RB = (5 V – 0.7 V)/(10 kΩ) = 430 µA
Dòng điện cực thu:
IC = β.IB = (150).(430 µA) = 64.5 mA
Dòng điện cực phát:
IE = IB + IC = 64.5 mA + 430 µA = 64.9 mA
Điện áp VCE và VCB:
VCE = VCC – RC.IC = 10 V – (64.5 mA).(100 Ω) = 10 V – 6.45 V = 3.55 V
VCB= VCE – VBE = 3.55 V – 0.7 V = 2.85 V
VC > VB nên tiếp giáp thu-nền JC phân cực nghịch.


Thí dụ 2: BJT bão hòa
Xác định xem có phải BJT trong mạch sau đây bão hòa. Giả định VCE(sat)
= 0.2 V, β = 50


Thí dụ 2: BJT bão hòa

Lời giải:
Trước tiên xác định IC(sat):
IC(sat) = (VCC – VCE(sat))/RC = (10 V – 0.2 V)/1 kΩ = 9.8 V /1 kΩ = 9.8 mA
Xét xem có phải IB đủ lớn để tạo ra IC(sat):
IB = (VBB – VBE)/RB = (3 V – 0.7 V)/10 kΩ = 2.3 V/10 kΩ = 0.23 mA
Tính IC:
IC = β.IB = (50).(0.23 mA) = 11.5 mA
Kết luận:
Như vậy với β cho trước, IB có khả năng tạo ra dòng IC lớn hơn IC(sat)
nên BJT bão hòa và dòng điện cực thu 11.5 mA không bao giờ đạt đến
được. Nếu tăng IB, dòng điện cực thu vẫn duy trì giá trị bão hòa 9.8
mA.


Thí dụ 3: Dòng điện cực đại
Một BJT hoạt động với VCE = 6 V. Nếu công suât tiêu tán nhiệt cực đại
của BJT này là PD(max) = 250 mW, dòng điện lớn nhất ở cực thu mà BJT
chịu được là bao nhiêu?
Lời giải:
Tính IC(max):
IC(max) = PD(max)/VCE = 250 mW/6 V= 41.7 mA
Kết luận:
Đây là dòng cực đại ứng với VCE cho trước. Dòng IC mà BJT chịu được
sẽ tăng khi VCE giảm, miễn là không vượt quá PD(max) và IC(max).


Thí dụ 4: Thông số DC của BJT
BJT trong mạch sau đây có các thông số sau: PD(max) = 800 mW, VCE(max)
= 15 V và IC(max) = 100 mA. Xác định giá trị cực đại của VCC mà BJT không
hoạt động vượt quá những thông số trên. Thông số nào bị vượt quá

trước tiên?


Thí dụ 4: Thông số DC của BJT
Lời giải:
Trước tiên xác định IB và IC:
IB = (VBB – VBE)/RB = (5 V – 0.7 V)/22 kΩ = 4.3 V/22 kΩ = 195 µA
IC = β.IB = (100).(195 µA) = 19.5 mA
IB nhỏ hơn IC(max) nhiều và không thay đổi theo VCC.
Điện áp giảm ngang qua RC và điện áp cấp điện VCC(max):
VRC = IC.RC = (19.5 mA).(1 kΩ) = 19.5 V
VCC = VRC + VCE
Khi VCE = VCE(max) = 15 V
VCC(max) = VRC + VCE(max) = 15 V + 19.5 V = 34.5 V
Khi VCE = VCE(max), công suất tiêu tán nhiệt của BJT là:
PD = (VCE(max)). IC = (15 V).(19.5 mA) = 293 mW.
Vậy công suất không vượt quá PD(max) = 800 mW khi VCC = 34.5 V
Nếu dòng cực nền làm cho BJT ngưng dẫn, VCE(max) sẽ bị vượt quá
trước tiên.


Thí dụ 5: BJT hoạt động như một công tắc

Hình trên minh họa hoạt động cơ bản của BJT như là một công cụ
chuyển mạch.
Ở miền ngưng (tiếp giáp nền-phát JE không được phân cực thuận), BJT
tương đương với công tắc mở (hở mạch giữa C và E) ở điều kiện lý
tưởng.
Ở miền bão hòa (tiếp giáp nền phát JE và tiếp giáp thu-nền JC đều phân
cực thuận và dòng IB đủ lớn làm cho dòng cực thu IC đạt đến giá trị bão

hòa), BJT tương đương với công tắc đóng (nối tắt giữa C và E). Thực tế,
có một điện áp nhỏ rơi trên CE của BJT, có giá trị vài phần mười của
volt gọi là điện áp bão hòa VCE(sat).


Thí dụ 5: BJT hoạt động như một công tắc
Khi BJT ngưng và bỏ qua dòng điện rỉ, dòng điện qua BJT bằng 0,
VCE(cutoff) = VCC
Khi BJT bão hòa, IC(sat) = (VCC – VCE(sat))/RC
Giá trị nhỏ nhất của IB còn làm cho BJT bão hòa là IB(min) = IC(sat)/β
Như vậy điều kiện để BJT bão hòa là IB > IB(min)
Với mạch BJT ở hình bên
(a) Tính VCE khi VIN = 0 V
(b) Giá trị IB nhỏ nhất bằng bao nhiêu để
BJT bão hòa nếu β = 200 và bỏ qua
VCE(sat)?
(c) Tính giá trị cực đại của RB khi VIN = 5 V


Thí dụ 5: BJT hoạt động như một công tắc
Lời giải:
(a) Khi VIN = 0 V, BJT ngưng dẫn, tương đương công tắc mở (hở mạch
CE)
VCE = VCC = 10 V
(b) Vì VCE(sat) không đáng kể,
IC(sat) =VCC/RC = 10 V/1.0 kΩ = 10 mA
IB(min) = IC(sat)/β = 10 mA/200 = 50 µA
Đây là giá trị IB cần để kích bão hòa BJT.
(c) Khi BJT dẫn, VBE = 0.7 V. Điện áp ngang qua RB là:
VRB = VIN – VBE = 5 V – 0.7 V = 4.3 V

Giá trị RB cực đại ứng với IB(min) là:
RB(max) = VRB/IB(min) = 4.3 V/50 µA = 86 kΩ


Thí dụ 6: BJT hoạt động như một công tắc

LED ở mạch điện cần dòng 30 mA để đủ sáng. Với những giá trị sau của
mạch điện, hãy xác định biên độ của điện áp ngõ vào để bảo đảm BJT
bão hòa. Hãy sử dụng gấp đôi giá trị tối thiểu của dòng IB để BJT chắc
chắn bão hòa. VCC = 9 V, VCE(sat) = 0.3 V, RC = 220 Ω, RB = 3.3 kΩ, β = 50
và VLED = 1.6 V.


Thí dụ 6: BJT hoạt động như một công tắc
Lời giải:
Tính dòng IB(min):
IC(sat) = (VCC – VLED – VCE(sat))/RC = (9 V – 1.6 V – 0.3 V)/220 Ω = 32.3 mA
IB(min) = IC(sat)/β = 32.3 mA/50 = 646 µA
Chọn IB:
Để chắn chắn BJT bão hòa, IB = 2.IB(min) = 1.29 mA
Tính VIN:
IB = (VIN – VBE)/RB = (VIN – 0.7 V)/3.3 kΩ
VIN = (3.3 kΩ).IB + 0.7 V = (3.3 kΩ).(1.29 mA) + 0.7 V = 4.96 V


Thí dụ 7: BJT hoạt động như một công tắc


Thí dụ 7: BJT hoạt động như một công tắc

Thí dụ 8: Phân cực BJT

VTH = [R2/(R1 + R2)].VCC
RTH = R1//R2 = (R1.R2)/(R1 + R2)
VTH = RTH.IB + VBE + IE.RE = (RTH.IE)/(β + 1) + IE.RE + VBE
IE = (VTH – VBE)/[RE + RTH/(β + 1)] ≈ (VTH – VBE)/[RE + RTH/β]
IC = IE – IB (hay tính gần đúng IC ≈ IE)
VCE = VCC – RC.IC – RE.IE ≈ VCC – IC.(RC + RE)


Thí dụ 9: Phân cực BJT
Tính IC và VEC của mạch điện sau.


Thí dụ 9: Phân cực BJT
Lời giải:
VTH = [R1/(R1 + R2)].VEE = [22 kΩ/(22 kΩ + 10 kΩ)].10 V = (0.688 kΩ).10 V
= 6.88 V
RTH = R1//R2 = (R1.R2)/(R1 + R2) = (22 kΩ. 10 kΩ)/( 22 kΩ + 10 kΩ) = 6.88
kΩ
IE ≈ (VEE – VBE – VTH)/[RE + RTH/β] = (10 V – 6.88 V – 0.7 V)/(1.0 kΩ + 45.9
Ω) = 2.31 mA
IC ≈ IE = 2.31 mA
VC = RC.IC = (2.31 mA).(2.2 kΩ) = 5.08 V
VE = VEE – RE.IE = 10 V – (2.31 mA).(1.0 kΩ) = 7.68 V
VEC = VE – VC 7.68 V – 5.08 V= 2.6 V


Thí dụ 10: Phân cực BJT

Tính IC và VCE của mạch điện sau, sử dụng xấp xỉ VE = –1 V, IC ≈ IE

Lời giải:
VE = –1 V
IE = (– VEE – 1 V)/RE = [–(–15 V) – 1 V]/10 kΩ = 14 V/10 kΩ = 1.4 mA
VC = VCC – IC.RC = 15 V – (1.4 mA).(4.7 kΩ) = 8.4 V
VCE = 8.4 V –(– 1 V) = 9.4 V


Thí dụ 11: Phân cực BJT
Tính IC và VCE của mạch điện sau

Lời giải:
IC = (VCC – VBE)/(RC + RB/β) = (10 V – 0.7 V)/(10 kΩ + 180 kΩ/100) = 788
µA
VCE = VCC – IC.RC = 10 V – (788 µA).(10 kΩ) = 2.12 V


Thí dụ 12: BJT khuếch đại