BJT Transistor nghiên cứu cơ chế hoạt động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 3

Bipolar Junction
Transitor
Bùi Minh Thành
Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM

1


Tài liệu tham khảo
[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and
Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991
[2] Lê Phi Yến, Nguyễn Như Anh, Lưu Phú, Kỹ thuật
điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật
[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:
Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition
(2007)
[4] Slide bài giảng môn Kỹ thuật điện tử cô Lê Thị Kim
Anh

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

2

Nội dung
1. Cấu tạo
2. Nguyên tắc hoạt động.
3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản
4. Phân cực cho BJT
4.1) Tính toán phân cực
4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều
4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện
maxswing.
4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

3


Nội dung
5. Phân tích mạch tín hiệu nhỏ
5.1. Các chế độ làm việc của BJT trong mạch khuếch đại
5.2. Các tham số xoay chiều
5.3. Sơ đồ tương đương E chung
5.4. Sơ đồ tương đương B chung.
5.5. Sơ đồ tương đương C chung.

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

4


Nội dung
1. Cấu tạo

2. Nguyên tắc hoạt động.
3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản
4. Phân cực cho BJT
4.1) Tính toán phân cực
4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều
4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện
maxswing.
4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

5


4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều
• Đường tải 1 chiều (DC Load Line - DCLL) là đường biểu
diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện 1 chiều
qua BJT.
• Đường tải xoay chiều (AC Load Line – ACLL) là đường
thể hiện mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện tức
thời qua BJT.
Quy ước:
 iC(t), vCE(t): giá trị dòng điện và điện áp tức thời qua BJT
 ICQ, VCEQ: giá trị dòng điện và điện áp DC qua BJT
 ic(t), vce(t): giá trị dòng điện và điện áp xoay chiều (ac) qua BJT
iC(t) = ICQ + ic(t)
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

vCE(t) = VCEQ + vce(t)
6

4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều
Mục đích phân cực DC
Khi thiết kế phân cực cho BJT đồng thời cũng là chọn điểm làm việc cho
BJT.
Khi đó, dạng sóng ở ngõ ra sẽ phụ thuộc vào giá trị điểm phân cực và sự
thay đổi của tín hiệu ở ngõ vào.
vo(t) = VB + A sin t

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

7


4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều
VCC R1
Vb 
R1  R2

Rb  R1 / / R2


I BQ 

Vb  V
Rb   RE

ICQ   I BQ

VCEQ  Vcc  ICQ ( RC  RE )

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Điểm tĩnh

Q(VCEQ , ICQ )
8


4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều
• DCLL
VCE  VCC  IC ( RC  RE )
VCE  VCC  IC RDC



RDC  RC  RE

• ACLL
ic ( RL / / RC )  vce  0

ic Rac  vce  0



Rac  RL / / RC

(iC  ICQ ) Rac  (vCE  VCEQ )  0
 ACLL

vCE  VCEQ  (iC  ICQ ) Rac

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

9


4.2) Đường tải 1 chiều và xoay chiều
• DCLL

iC

VCE  VCC  IC RDC

I CQ 

VCC
RDC

VCEQ
Rac
ACLL

DCLL

I CQ

Q

VCEQ  ICQ Rac
vCE

O

VCEQ

VCC

• ACLL

vCE  VCEQ  (iC  ICQ ) Rac
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

10


Nội dung
1. Cấu tạo
2. Nguyên tắc hoạt động.
3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản
4. Phân cực cho BJT
4.1) Tính toán phân cực
4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều
4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện
maxswing.
4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

11

4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện maxswing.
Với mạch phân cực có sẵn, để dao
động cực đại không bị méo dạng thì
phải chọn biên độ của dòng ic và vce
thỏa điều kiện:

icm  min( I CQ ,

VCEQ
R ac

iC

I CQ 

VCC
RDC

DCLL

I CQ

Q

VCEQ  ICQ Rac
vCE

O

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Rac
ACLL

)

vcm  min(VCEQ , I CQ Rac )

VCEQ

VCEQ

VCC

12


4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện maxswing.
iC
Điều kiện maxswing: Là điều kiện để
cho mạch có dao động cực đại mà
không bị méo dạng:
VCC
 Chọn điểm Q là điểm nằm giữa
RDC
của đường tải ACLL

VCEQ  ICQ Rac

VCEQ  VCC  ICQ RDC

I CQ

ACLL

Q

I CQ

VCEQ  ICQ Rac
vCE

VCC

RDC  Rac

O

I CQ
Điều kiện maxswing:

Rac
DCLL

Từ phương trình DCLL:



I CQ 

VCEQ

VCC

RDC  Rac

VCEQ

VCC

VCEQ  ICQ Rac
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

13


Nội dung
1. Cấu tạo
2. Nguyên tắc hoạt động.
3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản
4. Phân cực cho BJT
4.1) Tính toán phân cực
4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều
4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện
maxswing.
4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

14

4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.
Tìm giá trị của R1, R2 để
điểm tĩnh hoạt động của
mạch Q(VCEQ , ICQ)
I CQ  I EQ 

Vb  V
RE  (1   ) Rb

Để ICQ không phụ thuộc vào  khi
nhiệt độ thay đổi

RE  (1   ) Rb


Chọn

1
1
Rb 
RE   RE
10(1   )
10
1
Rb 
 RE
10

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK



Rb
R1 
Vb
1
VCC

R2  Rb

VCC
Vb
15


Nội dung
5. Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT
5.1 Giới thiệu
5.2. Các chế độ làm việc của BJT trong mạch khuếch đại
5.3. Các tham số xoay chiều
5.4. Sơ đồ tương đương E chung
5.5. Sơ đồ tương đương B chung.
5.6. Sơ đồ tương đương C chung.

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

16


5.1 Giới thiệu

- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện hoặc điện áp) từ
biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng của nó.
- Khi xét BJT hoạt động dưới điều kiện tín hiệu nhỏ (sự thay đổi của tín hiệu
vào đủ nhỏ) thì có thể xem BJT như một bộ khuếch đại ac.

I,V
I,V
in

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

BỘ
KHUẾCH ĐẠI

out

17


5.1 Giới thiệu
- Độ lợi là tỉ số của một lượng tín hiệu (dòng điện hoặc điện áp) thay đổi ở ngõ ra
và ngõ vào. Ký hiệu là Ai hoặc AV.

I out i o (rms )

I in
i i (rms )
Vout v o (rms )
Av 


Vin
v i (rms )
Pout
AP 
 A v. A i
Pin
Ai 

+ Độ lợi dòng:

+ Độ lợi áp:

+ Độ lợi công suất:

A > 1: bộ khuếch đại tín hiệu.
A < 1: bộ suy giảm tín hiệu.
Nhắc lại:
+ giá trị rms: trị hiệu dụng (để tính cho tín hiệu ac).
+ giá trị amp: trị biên độ (hoặc đỉnh – peak).

(rms ) 

(amp )
2

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

18

5.1 Giới thiệu
Điện trở ngõ vào của một bộ khuếch đại là tổng trở tương đương tại các đầu ngõ
vào của nó.

Vin
R in 
( DC)
I in

v in
rin 
(ac)
i in

Công suất ngõ vào ac

Định nghĩa tương tự cho điện trở và công suất ngõ ra.

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

19


5.1 Giới thiệu
Ảnh hưởng của điện trở nguồn đối với mạch khuếch đại
A

* Khuếch đại áp
- Điện áp vào bộ KĐ:

 rin 
.v s
v in  
 rs  rin 
 Điện áp ra :

 rin 
.v s
v out  A v .v in  A v .
 rs  rin 

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

 Để có độ lợi áp là Av thì rin >>rs .

20


5.1 Giới thiệu
* Khuếch đại dòng

- Dòng ngõ vào bộ KĐ:

 Dòng ngõ ra :

 rs 
.i s
i in  
 rs  rin 

 rs 
.i s
i out  A i .i in  A i .
 rs  rin 

 Để có độ lợi dòng là Ai thì rs >>rin .
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

21


5.1 Giới thiệu
Ảnh hưởng của điện trở tải
- Một bộ khuếch đại ac dùng để cung
cấp áp, dòng hoặc/và công suất cho
một tải ở ngõ ra.
- Tải có thể là loa, anten, còi, động cơ
điện hoặc bất kỳ 1 thiết bị hữu ích nào.
- Khi phân tích mạch này, ta thay thế
bằng 1 điện trở tải RL.
Áp ra trên tải:

 rL 
.v out 
v L  
 ro  rL 

để có áp rơi tối đa trên tải
thì rL>>ro.

Xét cả ảnh hưởng của nguồn thì độ lợi áp từ nguồn đến tải:

 rin   rL 
vL
.

 A V .
vs
 rs  rin   ro  rL 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

22


5.1 Giới thiệu
Một cách tương tự khi xét đến bộ khuếch đại dòng, ta có:

Dòng trên tải:

 ro 
.i out
i L  
 ro  rL 

 để có áp rơi tối đa trên tải thì ro>>rL.
Độ lợi dòng tổng:

 rs   ro 
iL
.


 A i .
is
 rs  rin   ro  rL 
Để truyền công suất cực đại thì cần có sự phối hợp trở kháng:
- Từ nguồn tín hiệu đến bộ khuếch đại: rs = r in.
- Từ bộ khuếch đại đến tải: rout = rL.

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

23


Nội dung
5. Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT
5.1 Giới thiệu
5.2. Các chế độ làm việc của BJT trong mạch khuếch đại
5.3. Các tham số xoay chiều
5.4. Sơ đồ tương đương E chung
5.5. Sơ đồ tương đương B chung.
5.6. Sơ đồ tương đương C chung.

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

24


5.2. Các chế độ làm việc của BJT trong mạch khuếch đại
iC

Chế độ A (Lớp A)
Khi chọn điểm Q nằm khoảng
giữa đoạn MN trên đường tải
xoay chiều, ta nói phần tử KĐ
làm việc ở chế độ A. Đặc điểm
của chế độ này là:

IBmax

C
iCmax
ICQ

M


Q


N

iCmin
- Khuếch đại trung thực, ít méo phi tuyến.


vCEQ

D

IBmin

VCE

- Dòng và áp tĩnh luôn khác không. Biên độ dòng và áp xoay chiều lấy ra tối đa chỉ
bằng dòng và áp tĩnh. Do đó hiệu suất thấp (25%).
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

25