1

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

ĐIỆN TỬ 1

ThS. Nguyễn Thy Linh

Nội dung:

Chương 2: BJT

2.1. Dòng chảy trong transistor;

2.2. Khuếch đại dòng trong BJT;

2.3. Giải tích mạch BJT bằng đồ thị;

2.4. Tính toán công suất;

2.5. Tụ bypass vô hạn;

2.6. Tụ ghép vô hạn.

2

TRANSISTOR

1948: Transistor (TST) đầu tiên (Bell Lab)

Các loại TST:

TST hai lớp tiếp giáp (Bipolar Junction Transistor-

BJT)

PNP NPN

FET – Field Effect Transistor: TST hiệu ứng trường

P-channel N-channel

3

2.1. Dòng chảy trong BJT

Cấu tạo và ký hiệu

4

EB phân cực thuận

CB phân cực nghịch

Cấu hình B chung – CB (Common Base Configuration)

Mối nối Emitter - Base

Xem mối nối EB như một diode phân cực thuận

hoạt động độc lập

DCLL và đặc tuyến EB

5

Mối nối Emitter - Base

Mạch tương đương đơn giản

vE=VEBQ=Vγ (0.7V: Silicon; 0.2V: Germanium)

6

e

EBQEEEQ

R

VVI

Mối nối Collector - Base

Từ quan hệ: , mạch tương đương

của mối nối CB

7

CBOEC III

Ví dụ 1:

Cho mạch điện như hình vẽ:

α≈1, ICBO ≈ 0; VEE = 2V; Re=1k; VCC=50V; Rc =

20k;

vi=1sinωt. Tính iE và vCB.

8

2.2. Khuếch đại dòng trong BJT

Quan hệ giữa IC và IB (bỏ qua ICBO):

với

Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ

Suy ra:

Xem gần đúng:

9

BC ii1

BBC iii

feBBB

C hiii

i

FEfe hh

Đặc tuyến Volt-Ampere, mạch E chung

Vùng bão hòa:

vCE ≤ VCEsat

Quan hệ giữa iC và iB là không tuyến tính

Vùng chủ động:

VCEsat ≤ vCE ≤ BVCEO

Quan hệ tuyến tính

Giới hạn dòng: IC-cutoff ≤ iC ≤ IC-max

10

CBOBC Iii

Ví dụ 2:

Cho mạch điện như hình vẽ, cấu hình E chung, TST npn. Xác định hệ

số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ.

Ngõ vào

với và

Ngõ ra

Hệ số khuếch đại dòng điện tín hiệu nhỏ

11

bBQb

BEQiBBB iI

R

VvVi

b

BEQBBBQ

R

VVI

b

ib

R

vi

cCQbBQBC iIiIii )(

b

ci

i

iA

Ví dụ 3:

VCC=10V, Rb=10K, Rc=1K. TST: β=100, VBE=0.7V, VCEsat=0.1V. Tìm điều

kiện làm việc (IC và VCE) của TST khi: a) VBB=1.5V and b) VBB=10.7V

a) IB=0.08mA; IC= βIB=8mA

VCE=2V: TST hoạt động

trong vùng tích cực

b) IB=1mA;

Giả sử IC= βIB=100mA => VCE=-90!!!

TST hoạt động trong vùng bão hòa

12

mAKR

VVI

c

CECCC 9.9

1

1.010

2.3. Giải tích mạch BJT bằng đồ thị

Trong giáo trình mạch Điện tử 1, các bộ khuếch

đại được làm việc ở chế độ lớp A: tín hiệu tồn tại

trong cả chu kỳ, méo phi tuyến nhỏ và hiệu suất

thấp.

13

Mạch khuếch đại cơ bản Mạch phân cực

Giải tích mạch BJT bằng đồ thị

Mạch phân cực (Mạch tương đương Thevenin)

Thiết kế

14

1

1 2

BB CC

RV V

R R

1 2

1 2

b

R RR

R R

11 /

b

BB CC

RR

V V 2CC

b

BB

VR R

V

Hoạt động của mạch khuếch đại DC

Ngõ ra

Với ic=αiE≈iE, suy ra:

: DCLL

Ngõ vào

Bỏ qua ICBO: iB=(1-α)iE, =>

Để loại bỏ sự thay đổi của iE do β thay đổi, chọn

Tĩnh điểm Q (ICQ, VCEQ)

15

eELCCECC RiRivV

)( eLCCECC RRivV

eEBEbBBB RivRiV

be

BEBB

be

BEBBE

RR

vV

RR

vVi

1

1)1(

e

BEQBBEQCQ

R

VVII

e

LBBCCCEQ

R

RVVV 1)7.0(

- Các thành phần tức thời của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;

- Các giá trị một chiều của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;

- Các giá trị xoay chiều của điện áp cực C-E và dòng điện tại C;

16

CE Cv , i

CEQ CQV , I

ce cv , i

Hoạt động của mạch khuếch đại AC

Tín hiệu nhỏ

và

Quan hệ pha: ib tăng, ic, ie tăng, vce giảm.

Bộ khuếch đại có thể được thiết kế tối ưu (sóng ra tốt

nhất) hoặc ở chế độ bất kỳ.

Ở chế độ tối ưu: , thường chưa biết các điện trở

phân cực , .

Ở chế độ bất kỳ: , khi mạch cho trước ,

hoặc , .

17

CQCc Iii CEQCEce Vvv

cmmax CQTUI I1R 2R

CEQV CQI

cmmax CQTUI I

Chế độ tối ưu - maxswing

Thiết kế sao cho sóng ra là lớn nhất và không bị

méo ( hoặc ), thường chưa biết các điện

trở phân cực , .

Đối với các cách mắc bộ khuếch đại khác nhau

CE, CB, CC với giả thiết và ),

maxswing khi:

18

maxCC

cm CQTU

AC DC

VI I

R R

cmmaxILmmaxV

0CEsatV 0C cutoffI

Ví dụ 4:

Tìm Q để có max swing:

DCLL:

Max swing:

19

)2001000(9 CQCEQ IV

2.4. Tính toán công suất

Công thức tổng quát

V(t) = Vav + v(t)

I(t) = Iav + i(t)

20

T

dttItVT

P0

)()(1

T

avav dttiItvVT

P0

))())(((1

T

avav dttitvT

IVP0

)()(1

o Vav, Iav: giá trị trung bình

o v(t), i(t): thành phần thay đổi

theo thời gian có trung bình bằng 0

Công suất tiêu tán trên tải và nguồn cung cấp

Công suất trung bình tiêu tán trên tải (AC)

Giả sử ic=Icmsinωt:

Công suất nguồn cung cấp

21

T

LcacL dtRiT

P0

2,

1

2

2

,Lcm

acL

RIP

CC CC CQP V I

Công suất trung bình trên transistor

Theo định luật bảo toàn năng lượng:

Khai triển:

Suy ra:

Transistor tiêu thụ công suất cực đại khi không có tín

hiệu:

22

2sin

112

2

0

2

0

2 cmCQ

T

cmCQ

T

C

IIdttII

Tdti

T

22

2( ) ( ) cm

C CC L e CQ L e

IP P R R I R R

2( )

C CC L e CQP P R R I

Hiệu suất

• Hiệu suất:

• Xét ví dụ trường hợp maxswing với

Hiệu suất cực đại khi Icm cực đại: max(Icm) = ICQ

Suy ra: max(ŋ)= = 0.25

23

CC

acL

P

P ,

LCC

Lcm

RV

RI

2/

2/2

2

LCC

LCC

RV

RV

2/

8/2

2

2.5. Tụ bypass vô hạn

Tụ bypass (nối tắt) Ce:

tạo dòng phân cực ICQ (C3)

tăng độ ổn định phân

cực (C3)

nhưng giảm hiệu suất (C4)

và giảm hệ số khuếch đại

đối với tín hiệu nhỏ xoay

chiều (C4)

Sử dụng tụ bypass (Giả sử

Ce->∞, đối với tín hiệu xoay

chiều: )

24

25

Tụ ghép: ngăn dòng DC qua tải

26

2.6. Tụ ghép (Coupling Capacitor) vô hạn

Tụ ghép: ngăn dòng DC qua tải

27