›
›

Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử - Chương 9: Transistor – các phương pháp phân cực

pdf 40 trang haiha333 07/01/2022 5080
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử - Chương 9: Transistor – các phương pháp phân cực", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ky_thuat_dien_dien_tu_chuong_9_transistor_cac_phu.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử - Chương 9: Transistor – các phương pháp phân cực

  1. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 307 CHƯƠNG 09 TRANSISTOR – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC 9.1.TÔNG̉ QUAN VỀ TRANSISTORS: 9.1.1.CẤU TRÚC CỦA TRANSISTORS: Lớp kim loại tiếp xúc Lớp Oxid BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ ba lớp bán dẫn phân cách nhau bởi hai mối nối pn, xem hình H9.1 Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là : vùng Phát (Emitter) ; Nền (Base) và Thu (Collector) . Các hình vẽ dùng biểu diễn cấu trúc vật lý của các loại transistor : pnp và npn trình bày trong hình H9.2. HÌNH H 9.1 Mối nối pn giữa vùng nền và vùng thu được gọi là mối nối nền- thu (Base–Collector Junction) . Tương tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền phát (Base Mối nối Nền –Thu – Emitter Junction). (Base –Collector Junction) Các đầu ra của linh kiện được đặt trên mỗi vùng và ký hiệu Mối nối Nền –Phát bằng các ký tự E (Phát) ; B (Nền) và (Base –Emitter Junction) C( Thu). Transistor Transistor Vùng Nền chứa ít tạp chất npn pnp và rất mỏng so với vùng Phát có nhiều tạp chất nhất và vùng Thu có HÌNH H 9.2 số lượng tạp chất trung bình. Trong hình H9.3, trình bày các ký hiệu cho các loại transistor npn và pnp 9.1.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTORS: Muốn transistor hoạt động như bộ khuếch đại, hai mối nối pn phải được phân cực đúng bằng các nguồn DC ngoài. Trong chương này chúng ta dùng transistor npn khảo sát, nguyên lý hoạt động của transistor pnp được suy ra một cách tương tự ngoại trừ các qui luật về điện tử và lổ trống, cực tính của các HÌNH H 9.3 nguồn áp phân cực và hướng của dòng qua linh kiện. Trong hình H9.4 trình bày phương pháp phân cực cho các transistor npn và pnp để linh kiện tác động như một bộ khuếch đại (amplifier) . Cần nhớ: Mối nối Nền – Phát được phân cực thuận. Mối nối Nền – Thu được phân cực nghịch. Để giải thích hoạt động của transistor, chúng ta cần khảo sát các sự kiện xãy ra bên trong transistor npn. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  2. 308 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 BC phân cực BC phân cực nghịch nghịch Trong hình H9.4 trình bày các mạch phân cực cho transistor npn và pnp. Mối nối BC phân cực nghịch BE phân cực BE phân cực thuận thuận và mối nối BE phân cực thuận. Transistor npn Transistor pnp HÌNH H 9.4: Các mạch phân cực transistor Khi phân cực thuận mối nối pn Nền Phát , vùng nghèo tại mối nối thu hẹp. Khi phân cực nghịch mối nối pn Nền Thu , vùng nghèo tại mối nối mở rộng, hình H9.5. Vì vùng Phát là bán dẫn loại n có nồng độ tạp chất cao đẩy ào ạt các điện tử tự do (trong dảy dẫn) khuếch tán dễ dàng qua mối nối pn Nền Phát để vào lớp bán dẫn p tại vùng Thu. Tại vùng này các điện tử trở thành các hạt tải thiểu, tương tự như trường diode phân cực thuận. Vì vùng Nền hẹp và là bán dẫn cố nồng độ tạp chất thấp nhất , do đó số lượng lỗ trống trong vùng này hữu hạn. Như vậy, một phần nhỏ các điện tử sau khi qua mối nối Nền Phát có thể tái hợp với số lổ trống hữu hạn trong cực nền. Một số rất ít các điện tử không tái hợp đi ra khỏi cực nền là dòng điện tử hóa trị, hình thành dòng điện nhỏ trong cực nền. Phần lớn các điện tử từ cực phát đi vào vùng nền không thực hiện quá trình tái hợp nhưng khuếch tán vào vùng nghèo của mối nối pn Nền Thu. Ngay khi đến vùng này các điện tử được kéo qua vùng mối nối phân cực nghịch do tác động của điện trường tạo bởi lực hấp dẫn giữa các ion dương và âm. Thực sự chúng ta có thể thấy các điện tử được kéo sang vùng nghèo của mối nối phân cực nghịch Nền Thu do điện áp của nguồn ngoài đang đặt trên cực thu. Các điện tử đi ngang qua vùng Thu đến cực Thu và đi về cực dương của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu. Điều này hình thành dòng cực thu IC . Dòng cực thu có giá trị rất lớn hơn so với dòng qua cực nền IB . Đây chính là lý do tạo được độ lợi dòng điện (current gain). 9.1.3.CÁC THÀNH PHẦN DÒNG ĐIỆN QUA TRANSISTORS Transistor npn Transistor pnp HÌNH H 9.6: Thành phần dòng điện qua transistor. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  3. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 309 Trong hình H9.6 trình bày các thành phần dòng điện và hướng của dòng qua transistor npn và pnp. Quan hệ giữa các thành phần dòng điện thỏa định luật Kirchhoff 1 như sau: IIIECB (9.1) Nên nhớ giá trị dòng qua cực nền rất nhỏ so với dòng . Các chỉ số dùng trong các IB IC ký hiệu dòng điện được ghi bằng các chữ in hoa để xác định các thành phần dòng điện này là dòng một chiều DC. Vùng nghèo tại mối nối Nền Thu (B-C) Phân cực Nghịch Dòng điện tử mối nối Nền Thu cực Thu ( IC ) Dòng điện tử cực Nền ( IB ) Phân cực Thuận mối nối Nền Phát Vùng nghèo tại mối nối Nền Phát (B-E) Dòng điện tử cực Phát IIIECB Dòng điện tử Dòng điện tử cực Nền ( IB ) cực Thu ( IC ) HÌNH H 9.5 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  4. 310 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 9.1.4.CÁC THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CỦA TRANSISTORS: Khi các transistor npn hay pnp được kết nối với các nguồn áp DC phân cực, gọi : là nguồn áp VBB DC phân cực thuận mối nối nền phát và là VCC nguồn áp DC phân cực nghịch mối nối nền thu , xem hình H9.7. HÌNH H 9.7  9.1.4.1.HỆ SỐ DC VÀ HỆ SỐ DC : Hệ số được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua DC cực thu so với dòng DC qua cực nền . Ta có: IC IB IC  DC (9.2) IB Hệ số còn được gọi là là thông số của transistor trong mạch tương đương DC hFE tính theo thông số h thường được áp dụng khi thiết kế các mạch khuếch đại dùng transistor. Giá trị của hệ số trong phạm vi từ 20 đến 200 hay lớn hơn.  DCh FE Hệ số được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu so với dòng DC qua cực DC IC phát . Ta có: IE IC DC (9.3) IE Hệ số ít được sử dụng hơn so với hệ số trong quá trình tính toán hay thiết kế. DC DC Giá trị của hệ số trong phạm vi từ 0,95 đến 0,98 hay lớn hơn. DC 9.1.4.2.GIẢI TÍCH ÁP VÀ DÒNG TRONG MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR: Trong mạch phân cực hình H9.8, gọi: : điện áp DC giữa cực nền và cực phát. VBE : điện áp DC giữa cực thu và cực phát. VCE : điện áp DC giữa cực thu và cực nền.2 VCB là áp phân cực thuận mối nối nền phát (BE) và VBB là áp phân cực ngược mối nối nền thu (BC). Khi VCC mối nối BE phân cực thuận, tương tự như diode điện áp giữa mối nối BE là: V0,7V . HÌNH H 9.8 BE Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  5. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 311 Mặc dù trong các transistor thực sự, áp có thể cao đến mức 0,9 V và phụ thuộc vào VBE dòng điện, trong tài liệu này chúng ta dùng giá trị 0,7 V để đơn giản trong quá trình phân tích các vấn đề cơ bản. Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực nền, ta có quan hệ: (9.4) VRIVBB B B BE Suy ra: VVBB BE IB (9.5) RB Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực thu, ta có quan hệ: (9.6) VRIVCC C C CE Suy ra: VVRIVRCE  CC C C CC C DC .I B (9.7) THÍ DỤ 9.1: Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.9, biết transistor có hệ số . Xác định các dòng điện: ;  DC 150 IB ; và các áp và . IC IE VCE VCB GIẢI: Áp dụng quan hệ (9.5), ta có: VVBB BE 5V 0,7V HÌNH H 9.9 I0,43mAB R10kB  Áp dụng quan hệ (9.2) suy ra dòng qua cực thu là: ICDCB  .I 150 0,43 64,5mA Áp dụng quan hệ (9.1) hay định luật Kirchhoff 1, ta có: III64,50,4364,93mAECB Áp dụng quan hệ (9.7) để xác định áp , ta có: VCE VCE 10 100 0,0645 3,55 V Áp dụng định luật Kirchhoff2 ta có: VCB V CE V BE 3,55 0,7 2,85V 9.1.4.3.ĐẶC TUYẾN CỰC THU CỦA TRANSISTOR: Áp dụng mạch điện trong hình H9.10 để xác định đặc tuyến cực thu bằng thực nghiệm. Đặc tuyến cực thu của transistor là đồ thị mô tả quan hệ giữa áp theo dòng , khi chọn VCE IC dòng làm thông số. IB Đặc tuyến cực thu của transistor được trình bày trong hình H9.11. HÌNH H 9.10 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  6. 312 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Vùng ngưng dẫn Vùng Vùng Vùng bảo hoạt động BREAK b. Quan hệ giữa dòng IC theo áp VCE khi thay đổi giá trị của dòng IB hòa DOWN IB1 < IB2 < IB2 < . . . a. Quan hệ giữa dòng IC theo áp VCE tại môt giá trị của dòng IB HÌNH H 9.11: Đặc tuyến cực thu của transistor Giả sử áp được chỉnh để tạo ra giá trị bất kỳ và áp . Tại điều kiện này VBB IB V0VCC các mối nối BE và BC phân cực thuận vì áp trong khi áp . Khi các mối nối V0,7VBE  V0VCE BE và BC phân cực thuận, transistor hoạt động trong vùng bảo hòa. Khi tăng áp , áp tăng dần khi dòng tăng; quá trình được xác định bởi đoạn đặc VCC VCE IC tuyến AB trong hình H9.11a. tăng khi tăng vì duy trì giá trị nhỏ hơn 0,7 V tùy thuộc IC VCC VCE vào sự phân cực thuận mối nối nền thu. Một cách lý tưởng, khi vượt cao hơn giá trị 0,7 V, mối nối BC bắt đầu phân cực VCE nghịch và transistor bắt đầu đi vào vùng hoạt động hay vùng tuyến tính. Khi mối nối BC phân cực nghịch dòng ngừng tăng và duy trì giá trị không đổi tương ứng với giá trị của dòng IC IB khi áp tiếp tục gia tăng. Thực sự dòng có hơi gia tăng giá trị khi gia tăng do độ rộng VCE IC VCE của vùng nghèo tại mối nối nền thu. Hệ quả này do một số ít lổ trống thực hiện quá trình tái hợp trong vùng nền làm hệ số hơi giảm thấp giá trị. Quá trình này được trình bày bằng đoạn BC DC trên đặc tuyến cực thu . Phần đặc tuyến này trình bày quan hệ . I.ICDCB  Khi tăng đến mức đủ lớn, mối nối BC phân cực nghịch đạt đến trạng thái phá vở VCE phân cực nghịch và dòng cực thu gia tăng rất nhanh. Quá trình này được biểu diễn bằng đoạn đặc tuyến phía phải điển C trong hình H9.11a. Các transistor không được tính toán để hoạt động trong vùng phá vở phân cực nghịch của mối nối nền thu. Họ đặc tuyến cực thu là các đồ thị trình bày quan hệ giữa dòng theo áp khi thay đổi IC VCE giá trị , hay chọn dòng làm thông số. Họ đặc tuyến cực thu được trình bày trong hình H9.11b. IB IB Khi transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) mặc dù ta có thể định được giá I0B trị rất nhỏ của dòng . IC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  7. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 313 THÍ DỤ 9.2: Cho mạch dùng xác định đặc tính cực thu như trong hình H9.10, giả sử transistor có hệ số khuếch đại DC , giá trị  DC 100 của dòng khảo sát trong phạm IB vi từ : 5A 25A . Dạng của họ đặc tuyến cực thu được xác định theo phân tích trên trình bày trong hình H9.12 với thông số thay đổi nhày cấp IB tương ứng với 5A . HÌNH H 9.12: Họ đặc tuyến cực thu của transistor 9.1.4.4.VÙNG NGƯNG DẪN (CUT OFF): Như đã trình bày trong mục trên khi dòng ; transistor hoạt động trong vùng ngưng I0B dẫn, trong hình H9.13 cực nền hở mạch mô tả dòng qua cực nền triệt tiêu. Trong điều kiện này, sẽ có dòng điện rò qua cực thu rất nhỏ , ICEO phụ thuôc vào điều kiện nhiệt tác động lên các hạt tải. Trong quá trình giải tích, thường bỏ qua giá trị tại vùng ngưng dẫn và xem như ICEO VV . Trong vùng ngưng dẫn các mối nối CE CC HÌNH H 9.13: Dòng điện rò cực thu I tại trạng thái pn nền phát và nền thu đều phân cực nghịch. CEO ngưng dẫn (cut off). 9.1.4.5.VÙNG BÀO HÒA (CUT OFF): Khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng gia tăng, dòng cực thu cũng gia IB IC tăng theo quan hệ , lúc này áp I.ICDCB  VCE được xác định theo quan hệ (9.6) hay: VVR.ICE CC C C Tóm lại khi và tăng thì giảm. IB IC VCE HÌNH H 9.14: Dòng I tăng làm I tăng và V giảm. B C CE Khi giảm đến trạng thái giá trị bảo hòa VCE Khi transistor bảo hòa dòng I tăng không phụ thuộc vào C , mối nối nền thu bắt đầu phân cực VCE SAT tốc độ tăng của dòng I . B thuận và dòng tăng nhanh. Tại lúc bảo IC hòa quan hệ không còn duy trì chính xác. Áp thường được xác định tại điểm I.ICDCB  VCE SAT khuỷu của đặc tuyến cực thu và có giá trị khoảng V0,4V0,5VCE SAT  đới với transistor Silicon. 9.1.4.6.ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE): Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  8. 314 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Vùng bảo hòa và vùng ngưng dẫn trong đặc tuyến cực thu có quan hệ với đường tải điện DC. Khi cấp nguồn cho transistor hoạt động theo mạch trong hình H9.10 hay H9.14; phương trình cân bằng áp trong mắt lưới chức cực thu phát của transistor được viết theo quan hệ (9.6), ta có: VVR.ICE CC C C Với giá trị và cho VCC RC trước, ta xem áp là hàm theo VCE biến số . Đồ thị mô tả quan hệ IC có dạng đường thẳng VfICE C chính là đường tải DC. Đường thẳng này cắt trục hoành tại điểm có tọa độ VV;I0 tại vùng CE CC C HÌNH H 9.15: Đường tải DC ngưng dẫn. Đường tải DC còn cắt trục V tung tại điểm có tọa độ V0;I CC ; vị trí này nằm sâu trung vùng bảo hòa, xem hình CE C R C H9.15. Phạm vi còn lại của đường tải DC là vùng hoạt động tuyến tính của transistor. THÍ DỤ 9.3: Cho mạch transistor theo hình H9.16, giả sử áp bảo hòa ; xác định V0,2VCE SAT trạng thái hoạt động của transistor. GIẢI Đầu tiên xác định dòng qua cực nền của transsitor theo điều kiện hiện có của mạch điện phân cực theo hình H9.16. HÌNH H 9.16 VV 3V 0,7V BB BE I0,23mAB R10kB  Giả sử transistor hoạt động trong vùng tuyến tính, ta có quan hệ sau: I.I500,23mA11,5mACDCB  Muốn biết transistor có hoạt động trong vùng bảo hòa hay không ta cần xác định giá trị của dòng lúc bảo hòa. Ta có quan hệ sau: IC VVCC CE SAT 10 V 0,2 V I9,8mACSAT R1kC  So sánh kết quả của dòng vừa tìm được với giá trị dòng ta kết luận IC ICSAT IIC CSAT nên transistor đang làm việc trong trạng thái bảo hòa. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  9. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 315 9.1.4.7.ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ LÊN HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI DÒNG : DC HÌNH H 9.17: Ảnh hưởng cũa nhiệt độ lên hệ số khuếch đại DC DC Hệ số khuếch đại hay là thôngsố quan trọng của transistor, khi phân tích hay thiết DC hFE kế ta cần khảo sát thông số này một cách kỹ lưởng và chi tiết hơn. Thực sự không hoàn toàn DC là hằng số, giá trị này thay đổi khi dòng và nhiệt độ môi trường thay đổi , xem hình H9.17. IC Khi duy trì nhiệt độ của các mối nối pn ổn định và gia tăng dòng hệ số tăng đến IC DC mức tối đa. Khi duy trì giá trị không đổi và thay đổi nhiệt độ, thay đổi trực tiếp khi nhiệt độ thay IC DC đổi: nhiệt độ tăng hệ số tăng và ngược lại nhiệt độ giảm hệ số giảm. DC DC Trong các tài liệu kỹ thuật thường cho giá trị hay tại giá trị dòng định trước. Hơn DC hFE IC nữa, với giá trị dòng tại nhiệt độ định trước, hệ số cũng thay đổi theo từng linh kiện dù rằng IC DC các linh kiện này có cùng mã số; sự kiện này phụ thuộc vào phương thức sản xuất của mỗi nhà sản xuất. Hệ số được xác định ứng với giá trị nào đó của dòng và thường là giá trị cực tiểu DC IC mặc dù giá trị cực đại và các giá trị mẫu của đôi khi cũng được đề cập đến trong các DCmin DC tài liệu kỹ thuật. 9.1.4.8.CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA TRANSISTOR: Transistor cũng như các linh kiện điện tử khác đều có giới hạn trong phạm vi hoạt động. Các giới hạn này được xác định theo thông số định mức qui định bởi các nhà sản xuất và trình bày trong các tài liệu kỹ thuật. Theo tiêu chuẩn, giá trị tối đa cho phép của các thông số transistor bao gồm điện áp: ; ; ; dòng và công suất tiêu tán . Trong đó: VCB VCE VBE IC PD PV.IDCEC (9.8) Tích số của và không được vượt quá mức công suất tiêu tán cực đại cho phép VCE IC và các giá trị và không thể đạt giá trị tối đa cùng lúc. PDmax VCE IC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  10. 316 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 THÍ DỤ 9.4: Cho Transistor trong hình H9.18 có các giá trị cực đại của các thông số như sau: ; ; PDmax 800mW V15VCEmax ICmax 100mA Xác định giá trị tối đa cho phép của nguồn áp có thể điều chỉnh không vượt qua các giới VCC hạn cho phép. Thông số nào sẽ vượt giá trị cho phép trước tiên. GIẢI HÌNH H 9.18 Dòng qua cực nền: VV 5V 0,7V BB BE I0,195mAB R22kB  Dòng qua cực thu: ICDCB  .I 100 0,195 19,5mA Dòng có giá trị nhỏ hơn dòng cực đại cho phép , hơn nữa giá trị này IC ICmax 100mA không phụ thuộc vào áp mà chỉ phụ thuộc vào dòng và hệ số khuếch đại . VCC IB DC Điện áp đặt ngang qua hai đầu điện trở : RC V  R .I 1k 19,5mA 19,5 V RCCC Áp dụng định luật Kirchhoff 2 trong mắt lưới chứa cực thu và phát, ta có: VVV Hay: VVV CC CE RC CE CC RC Khi đạt giá trị tối đa cho phép, ta có quan hệ: VCE VVV1519,534,5V CCmax CEmax RC Công suất tiêu tán trên transistor tại lúc đạt : VCEmax PDCEmaxC V I 15 V 19,5 mA 292,5mW Giá trị tìm được nhỏ hơn giá trị . Tóm lại giá trị đạt giới PD PDmax 800mW V15VCEmax hạn cho phép trước tiên khi thay đổi áp không vượt quá giới hạn 34,5 V. VCC Tuy nhiên nên nhớ khi ngừng cấp dòng cực nền chuyển transistor sang trạng thái ngưng dẫn, áp lúc này đạt giá trị bằng với áp . VCE V34,5VCCmax 9.1.4.9.SỰ THAY ĐỔI CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI THEO NHIỆT ĐỘ: Tương tự như các linh kiện bán dẫn khác, giá trị công suất tiêu tán thường được cho PDmax tại điều kiện nhiệt độ 25oC. Khi nhiệt độ làm việc của môi trường tăng lên giá trị cần hiệu PDmax chỉnh giảm thấp xuống. Hệ số giảm công suất tiêu tán K có đơn vị tính theo mW , gọi P PD oC D là độ thay đổi công suất tiêu tán khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng T , ta có quan hệ sau: PKDPD T (9.9) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  11. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 317 THÍ DỤ 9.5: Cho Transistor bất kỳ có công suất tiêu tán cực đại cho phép là tại 25oC. Hệ P1WDmax số thay đổi công suất tiêu tán của linh kiện là K5 mW . Xác định công suất tiêu tán tối đa PD oC cho phép của linh kiện khi làm việc tại 70oC. GIẢI Áp dụng quan hệ (9.9) ta có: PDPD K T 5 70 25 225mW Suy ra công suất tiêu tán tối đa cho phép của transsitor khi làm việc tại 70oC là: P P P 1000 225 775 mW Dmax 70oo C Dmax 25 C D 9.2.CAĆ CHẾ ĐỘ LAM̀ VIÊC̣ CUẢ TRANSISTOR: 9.2.1.CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI: 9.2.1.1.CÁC ĐẠI LƯỢNG DC VÀ AC: Trước khi trình bày chế độ khuếch đại của transistor, chúng ta cần xác định ký hiệu dùng cho các đại lương dòng, áp và điện trở trong mạch; vì mạch khuếch đại sẽ hoạt động đồng thời với các đại lượng xoay chiều AC và một chiều DC. Trong mục này, chúng ta dùng các ký hiệu chữ in hoa cho dòng (I) và áp ( V ) để biểu thị cho giá trị hiệu dụng, giá trị trung bình và giá trị đỉnh đến đỉnh (peak to peak) của áp AC. Các ký hiệu viết bằng chữ thường dùng biểu diễn các giá trị tức thời cho dòng (i) và áp ( v ). Các đại lượng DC được đánh chỉ số bằng các ký tự in hoa, thí dụ như , hay , IB IC VBE VCE các ký hiệu , , là áp tính từ các cực của transistor tính đến điểm mass chung (nút chuẩn VC VB VE 0V) của mạch. Các đại lượng AC là các đại lượng thay đổi theo thời gian được đánh chỉ số bằng các ký tự in thường, thí dụ như , hay , các ký hiệu , , là áp AC từ các cực của ib ic vbe vce vc vb ve transistor tính đến điểm mass chung (nút chuẩn 0V) của mạch. Các điện trở trong mạch được ký hiệu bằng chữ in hoa R, các nội trở trong transistor được ký hiệu là , . Các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hiệu DC có các chì số lả chữ r' r'e in hoa như: ; các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hệu AC có chỉ số là các RE RB chữ thường như: . Re 9.2.1.2.KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR: Theo các nội dung đã khảo sát nêu trong các mục trên, dòng qua cực thu của transistor được khuếch đại vì bằng tích số dòng qua cực nền với hệ số khuếch đại  . Giá trị dòng điện cực nền thường rất nhỏ so với dòng cực thu và cực phát, do đó có thể xem dòng cực thu và cực phát có giá trị xấp xỉ bằng nhau. Xét mạch điện trong hình H9.19, nguồn áp AC được cung cấp xếp chồng với áp DC vin phân cực tại cực nền bằng cách đấu nối tiếp các nguồn và nối tiếp với điện trở cực nền . VBB RB Điện áp phân cực nối đến cực thu thông qua điện trở . VCC RC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  12. 318 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Nguồn áp AC tạo ra dòng AC qua cực nền dẫn đến dòng AC qua cực thu. Dòng AC qua cực thu tạo áp AC ngang qua điện trở . Tác động của RC transistor trong trường hợp này khuếch đại tín hiệu AC cấp vào cực nền và được đưa ra trên điện trở . Cần nhớ áp AC RC nhận trên đảo pha so với áp RC AC cấp vào trên cực nền. Do mối nối nền phát phân cực a./ Áp AC và áp DC phân cực đấu nối tiếp b./ Dạng áp AC vào và thuận nên điện trở nội xét đối áp AC ra trên cực thu. với tín hiệu AC có giá trị rất HÌNH H 9.19 thấp. Gọi là điện trở nội cực phát xét đối với tín hiệu AC, dòng cực phát tính đối với áp AC là: r'e v b (9.9) iiec r'e Áp AC trên cực thu là bằng với áp AC đặt ngang qua hai đầu điện trở : vC RC vR.iR.iCCcCe  Áp AC tại cực nền được xác định theo quan hệ: vvR.ibinBb được xem là áp AC ra của mạch khuếch đại. Tỉ số của áp và là độ lợp điện áp vC vC vb (hay hệ số khuếch đại áp) của mạch transistor. Av vR.iR cCeC (9.10) Av vr'.ir'beee Vì là điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội điện áp ra nhận được luôn RC r'e có biên độ rất lớn hơn so với điện áp cấp vào. THÍ DỤ 9.6: Cho mạch khuếch đại áp AC dùng transistor như trong hình H9.20; xác định độ lợi điện áp và áp ngõ ra; biết điện trở nội . r'e 50 GIẢI: Áp dụng quan hệ (9.10) ta có: R 1k C A20v r'e 50 Áp AC ngõ ra là : v A .v 20 100mV 2 V out v in HÌNH H 9.20 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  13. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 319 9.2.2.CHẾ ĐỘ ĐÓNG NGẮT: Trong hình H9.21 trình bày nguyên lý hoạt động cơ bản của transistor như một khóa điện dùng đóng ngắt mạch. Trong hình H9.21a transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) vì mối nối nền phát không được a./ Trạng thái ngưng dẫn; Khóa hở b./ Trạng thái bảo hòa; Khóa đóng kín phân cực thuận. Với điều kiện này xem như HÌNH H 9.21 cực thu và phát hở mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương hở mạch. Trong hình H9.21b transistor hoạt động trong vùng bảo hòa (saturation) vì mối nối nền phát và mối nối nền thu được phân cực thuận; dòng cực nền có giá trị đủ lớn tạo ra dòng cực thu đạt đến mức bảo hòa. Với điều kiện này xem như cực thu và phát kín mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương kín mạch. Thực sự khi transistor đạt đến mức bảo hòa, giá trị có giá trị trong khoảng 0,3 V đến 0,5 V. VCEsat 9.2.2.1.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI NGƯNG DẪN: Theo phân tích trên, transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn khi mối nối nền phát không phân cực thuận. Bỏ qua ảnh hưởng c của dòng điện rò, tất cả các dòng điện khác trong mạch có giá trị bằng 0 và áp bằng áp nguồn ngoài . Tóm lại: VCE VCC (9.11) VVCE SAT CC 9.2.2.2.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI BẢO HÒA: Theo phân tích trên, khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng cực nền đủ lớn để tạo dòng qua cực thu cực đại, transistor đạt trạng thái bảo hòa. Khi đạt trạng thái bảo hòa, ta có quan hệ sau: VVCC CE SAT (9.12) ICSAT RC Trong trường hợp giá trị có giá trị rất bé so với ta có thế áp dụng quan hệ: VCE SAT VCC V CC (9.13) ICSAT  RC Giá trị cực tiểu của dòng qua cực nền đủ tạo trạng thái bảo hòa cho transistor thỏa quan hệ sau đây: ICSAT (9.14) IBmin DC Trong thực tế vận hành ta tạo ra dòng có giá trị hơi lớn hơn giá trị xác định IB IBmin theo quan hệ (9.14) để duy trì tốt trạng thái bảo hòa cho transistor. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  14. 320 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 THÍ DỤ 9.7: Cho mạch transistor như trong hình H9.22; xác định: a./ Áp khi VCE V0Vin b./ Dòng để transistor đạt trạng thái bảo hòa, biết IBmin , bỏ qua giá trị áp .  DC 200 VCE SAT c./ Giá trị cực đại của điện trở khi . RB V5Vin GIẢI: a./ Áp dụng quan hệ : , khi dòng VVR.ICE CC C C V0Vin qua cực nền , dòng  transistor ngưng I0AB I.I0ACDCB HÌNH H 9.22 dẫn; suy ra . VV10VCE CC b./ Khi bỏ qua ảnh hưởng của áp , dòng được xác định như sau: VCE SAT IBmin V 10 V CC I10mACSAT  R1kC  ICSAT 10mA I0,05mA50ABmin  DC 200 c./ Giá trị cực đại của điện trở ; áp dụng phương trình cân bằng áp phía cực nền, ta có: RB VV Hay: BB BE VR.IVBB B B BE RB IB Suy ra: VVin BE 5V 0,7V R86kBmax  I50ABmin  THÍ DỤ 9.8: Cho mạch transistor như trong hình H9.23; trong đó đèn LED (Light - Emitting Diode) là diode phát quang khi được phân cực thuận và sẽ không phát sáng khi phân cực nghịch hoặc không được phân cực. Cho dòng điện qua LED khi phát sáng là 30 mA. Áp cấp vào cực nền có dạng xung chữ nhựt. Biết: ; ; ; V9VCC V0,3VCE SAT RC  270 ; . R3,3kB   DC 50 Xác định biên độ của sóng xung chữ nhựt đủ để transistor bảo hòa. Khi tính toán chọn dòng điện qua cực nền bằng 2 lần giá trị để đảm IBmin bảo transistor bảo hòa hoàn toàn. HÌNH H 9.23 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  15. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 321 GIẢI: Trước tiên với các giá trị của phần tử mạch ta xác định giá trị dòng điện trước tiên; ta IBmin có dòng ICSAT xác định theo quan hệ sau: VVCC CE SAT 90,3 ICSAT  0,0322 A 32,2mA RC 270 Suy ra: ICSAT 32,2 IBmin 0,644mA DC 50 Theo yêu cầu của đầu đề thí dụ khi chọn dòng qua cực nền dùng tính biên độ cho áp xung chữ nhựt có giá trị gấp 2 lần , ta có: IBmin IBBmin 2.I 2 0,644 1,288mA Gọi là biên độ xung chữ nhựt , ta có quan hệ sau tại cực nền: Vin Vin R B I B V BE 3,3k  1,288mA 0,7 V 4,95 V Tóm lại biên độ xung chữ nhựt cần có để transistor bảo hòa là V4,95Vin 9.3.HINH̀ DANG̣ VÀ VỊ TRÍ CHÂN RA CUẢ TRANSISTOR: HÌNH H 9.24: Transistor vỏ nhựa dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ. HÌNH H 9.25: Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  16. 322 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 HÌNH H 9.26: Cấu tạo của Transistor package, nhiều transistor chứa trong cùng một vỏ. HÌNH H 9.27: Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn (Transistor công suất). Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  17. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 323 HÌNH H 9.28: Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF transistors). 9.4.CAĆ PHƯƠNG PHAṔ PHÂN CƯC̣ TRANSISTOR: 9.4.1. ĐIỂM LÀM VIỆC DC: 9.4.1.1. PHÂN CỰC DC: Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các bộ khuếch đại hoạt động trong vùng tuyến tính. Nếu bộ khuếch đại không được phân cực đúng điểm làm việc DC đối với tín hiệu áp ngõ vào và ngõ ra, có thể dẫn đến quá trình ngưng dẫn hay bảo hòa khi cấp tín hiệu vào bộ khuếch đại. Trong hình H9.29 trình bày Ký hiệu của bộ khuếch đại các ảnh hưởng khi phân cực DC thích hợp hay không thích hợp cho các bộ khuếch đại đảo pha. Trong hình a tín hiệu ra được khuếch đại, nhưng đảo pha so với a./ Khuếch đại tuyến tính, tín hiệu ra đảo pha và có biên độ lớn hơn tín tín hiệu ngõ vào. Tín hiệu ra dao hiệu vào nhưng không bị sái dạng. động quanh giá trị mức áp VDC phân cực trên ngõ ra. Phân cực không thích hợp sẽ tạo ra sự sái dạng của tín hiệu ra như trường hợp trình bày trong b./ Khuếch đại phi tuyến, tín hiệu ra đảo pha có biên độ lớn hơn tín hiệu vào nhưng bị xén đầu phía trên do transistor ngưng dẫn. hình b và c. Trong hình b phần áp dương của tín hiệu ra bị giới hạn là do điểm Q (điểm làm việc DC) phân cực quá gần vùng ngưng dẫn. c./ Khuếch đại phi tuyến, tín hiệu ra đảo pha và có biên độ lớn hơn tín Trong hình c phần áp âm của hiệu vào nhưng bị xén đầu phía dưới do transistor bảo hòa. tín hiệu ra bị giới hạn là do điểm Q (điểm làm việc DC) phân cực quá HÌNH H 9.29: Khuếch đại tuyến tính và phi tuyến. gần vùng bảo hòa. 9.4.1.2. GIẢI TÍCH MẠCH DÙNG ĐỔ THỊ: Transistor trong hình H9.30 được phân cực khi thay đổi áp và để đạt được các giá VCC VBB trị ; ; và . Họ đặc tuyến cực thu của transistor được trình bày trong hình H9.30b, ta sử IB IC IE VCE dụng các đặc tuyến này để mô tả kết quả đặt được từ phương pháp phân cực DC. Trong hình H9.31, chúng ta xác định 3 giá trị dòng để khảo sát sự thay đổi giá trị của dòng và áp . IB IC VCE Đầu tiên điều chỉnh áp để có được dòng , xem hình H9.31a; từ quan hệ VBB I200AB  suy ra , ta có áp xác định như sau: I.ICDCB  I20mAC VCE Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  18. 324 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 a./ Mạch phân cực b./ Họ đặc tuyến cực thu HÌNH H 9.30: Phân cực transistor dùng đồ thị HÌNH H 9.31: Phân cực thay đổi điểm làm việc Q của transistor. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  19. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 325 VCE V CC R C .I C 10 V (20mA).(220  ) 5,6 V Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q1 xác định trong hình H9.31a . Kế tiếp trong hình H9.31b, giá trị được tăng lên để tạo ra dòng và dòng VBB I300AB  , ta có: I30mAC VCE 10 V (30mA).(220  ) 3,4 V Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q2 xác định trong hình H9.31b. Sau cùng trong hình H9.31c, giá trị được tăng cao hơn để tạo ra dòng VBB IB 400 A và dòng , ta có: I40mAC VCE 10 V (40mA).(220  ) 1,2 V Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q3 xác định trong hình H9.31c. 9.4.1.3. ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE): Cần chú ý khi dòng tăng, IB dòng tăng và áp giảm IC VCE và ngược lại khi dòng giảm, IB dòng giảm và áp tăng. IC VCE Khi điều chỉnh tăng hay giảm áp điểm làm việc DC của VBB transistor sẽ di chuyển trên đường thẳng được gọi là đường tải DC (xem lại mục 9.1.4.6). Đường tải DC cắt trục hoành tại 10V tương ứng với quan hệ VV . Đây là CE CC HÌNH H 9.33: Đường tải DC. điểm ngưng dẫn vì II0CE Thực sự tại vị trí ngưng dẫn ta có dòng rò có giá trị rất nhỏ, thông thường chúng ta bỏ ICBO qua giá trị này. Đường tải DC cắt trục tung tại vị trí đây là điểm bảo hòa của transistor vì I45,5mAC  dòng đạt giá trị tối đa. Thực sự có giá trị áp rất nhỏ đặt ngang qua cực thu và phát và IC VCE SAT dòng hơi nhỏ hơn giá trị , xem hình H 9.33. ICSAT I45,5mAC  Đường tải DC có dạng đường thẳng xác định theo quan hệ hàm như sau: 1 V IfV .V CC (9.15) CCE RR CE CC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  20. 326 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 9.4.1.4. VÙNG LÀM VIỆC TUYẾN TÍNH Vùng dọc theo đường tải DC từ vị trí bảo hòa đến vị trí ngưng dẫn được gọi là vùng làm việc tuyến tính của transistor. Khi transistor hoạt động trong vùng này, điện áp ra được tái tạo một cách tuyến tính với điện áp vào. Trong hình H9.34 trình bày một thí dụ về hoạt động của transistor trong vùng tuyến tính. Khi chưa cấp áp vào cực nền, điểm làm việc Q được xác vin định qua các phép tính sau: VV 3,7V 0,7V BB BE IBQ  300 A R10kB  HÌNH H 9.34: ICQ  DC .I BQ 100 300  A 30mA VCEQ V CC R C .I CEQ 10 V 30mA . 220  3,4 V Giả sử áp sin ngõ vào xếp chồng với áp vin phân cực tạo thành VBB dòng sin tại cực nền có biên độ là 100 A dao động quanh điểm làm việc Q có dòng . Sự kiện IBQ 300 A này đưa đến dòng cực thu có biên độ là 10mA dao động quanh điểm làm việc Q có dòng . Với sự thay I30mACQ đổi của dòng cực nền và dòng cực thu khi cấp áp sin dẫn đến áp giữa cực thu và phát có biên độ là dao động quanh 2,2 V điểm làm việc Q có HÌNH H 9.35: . V3,4VCEQ Điểm A trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với đỉnh dương của áp sin vào . vin Điểm B trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với đỉnh âm của áp sin vào . vin Điểm Q trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với điểm 0 của áp sin vào . vin , và làm thông số của điểm làm việc DC khi không cấp áp sin vào cực nền. VCEQ ICQ IBQ Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  21. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 327 9.4.1.5. SỰ SÁI DẠNG (DISTORSION) : Điểm làm việc Q chọn gần khu vực bảo hòa Điểm làm việc Q chọn gần khu vực ngưng dẫn HÌNH H 9.36: Sự sái dạng áp ngõ ra khi chọn điểm làm việc Q Với nội dung phân tích vùng làm việc tuyến tính như vừa trình bày, điểm làm việc Q được chọn trên đường tải DC ngay vị trí trung điểm để tránh sự sái dạng áp ra sau khi được khuếch đại. Trong hình H9.36 khi chọn điểm làm việc Q lệch về vùng bảo hòa hay ngưng dẫn sẽ làm tín hiệu sin trên ngõ ra bị xén đỉnh dương hay đỉnh âm. Tuy nhiên sự sái dạng áp ngõ ra còn phụ thuôc biên độ của áp sin ngõ vào trên cực nền. Trong hình H9.37 trình bày trường hợp điểm làm việc Q được chọn tại vị trí giữa trên đường tải DC, nhưng biên độ tín hiệu áp vào quá lớn đẩn đến trạng thái xén đỉnh dương và HÌNH H 9.37: Sự sái dạng áp ngõ ra do biên độ áp vào quá lớn đỉnh âm của áp ngõ ra. THÍ DỤ 9.9: Xác định điềm làm việc Q của transistor cho trong mạch hình H9.38. Suy ra biên độ đỉnh của dòng cực nền để mạch hoạt động trong vùng tuyến tính. Biết .  DC 200 GIẢI Với mạch cho trước các thông số, điểm làm việc Q xác định bời cặp giá trị và . IC VCE VVBB BE 10 V 0,7 V IB  0,1979mA HÌNH H 9.38 R47kB  Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  22. 328 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Dòng cực thu : ICDCB  .I 200. 0,1979mA  39,6mA Áp DC đặt ngang qua cực thu và cực phát: VCE V CC R C .I C 20 V 330  . 39,6mA  6,93V Điểm làm việc Q của transistor có giá trị là : và I39,6mACQ V6,93VCEQ Khi transistor ngưng dẫn ta có : I0ACcutoff V 20 V Khi transistor dẫn bảo hòa, ta có: CC ICSAT  0,0606 A  60,6mA RC 330  Với kết quả tính toán được, ta xác định vị trí điểm làm việc Q trên đường tải DC, xem hình H9.39. Điểm làm việc Q được chọn gần vùng bảo hòa, muốn áp ra không sái dạng ta cần có biên độ của dòng xoay chiều qua cực thu giới hạn trong phạn vi . IIC CSAT I CEQ IIC CSAT I CEQ 60,639,621mA Biên độ đỉnh của dòng xoay chiều cấp vào cực nền không tạo sái dạng được xác định theo quan hệ sau: I 21 HÌNH H 9.39 C IB 0,105mA DC 200 9.4.2. PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP: Trong các nội dung trên, chúng dùng hai nguồn DC độc lập để phân cực transistor. Trong thực tế chỉ cần dùng duy nhất một nguồn DC phân cực cho transistor, xem hình H9.40. Trong các đồ mạch nguyên lý để đơn giản hóa, ta thay thế ký hiệu của nguồn áp DC bằng ký hiệu vòng tròn có ghi cực tính nguồn áp phân cực . VCC Điện áp phân cực tại cực nền được cung cấp bằng cầu phân áp dùng điện trở và , với nguồn áp DC cấp vào cầu R1 R2 phân áp là . Trong hình H9.40, có hai dòng nhánh từ nút A đi VCC xuống điểm Gnd (Ground) chung của mạch: một dòng đi qua và R2 thành phần dòng nhánh còn lại qua nối nối BE của transsistor và . RE Nếu dòng qua cực nền rất nhỏ so với dòng qua , mạch phân R2 cực xem như chỉ phụ thuộc vào cầu phân áp bao gồm các điện HÌNH H 9.40 trở và . R1 R2 Trong trường hợp dòng cực nền không đủ nhỏ để bỏ qua khi so sánh với dòng qua , R2 ta cần chú ý đến điện trở nhập tại cực nền RINbase ; điện trở này xuất hiện giữa cực nền đến điểm Gnd và song song với điện trở , xem hình H9.41. R2 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  23. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 329 9.4.2.1. ĐIỆN TRỞ NHẬP TẠI CỰC NỀN : Để xây dựng các quan hệ dùng tính toán điện trở nhận tại cực nền, chúng ta sử dụng sơ đồ Nhìn về cực nền của transistor mạch tương đương trong hình H9.42. Trong đó: là điện áp DC giữa cực nền và Gnd. VIN là dòng DC vào cực nền. IIN Áp dụng định luật Ohm ta có: V IN (9.16) RINbase IIN Áp dụng định luật Kirchhoff áp cho mắt lưới nền phát HÌNH H 9.41 ta có: (9.17) VVR.IIN BE E E Giả thiết , quan hệ (9.17) thu gọn lại như sau: VR.IBE E E (9.18) VR.IIN E E Hơn nữa ta còn có quan hệ : , suy ra: IIEC  DCB .I (9.19) V.R.IIN DC E B Vì dòng điện , so sánh quan hệ (91,6) và (9.19), ta có: IINB R.R (9.20) INbase DC E HÌNH H 9.42 THÍ DỤ 9.10: Xác định điện trở nhập từ cực nền của transistor trong mạch hình H9.43, biết hệ số khuếch đại  DC 125 GIẢI Áp dụng quan hệ (920), ta có: RINbase DC .R E 125. 1k  125k  9.4.2.2. GIẢI TÍCH MẠCH PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP : Xét transistor npn dùng mạch cầu phân áp để phân cực theo hình HÌNH H 9.43 H9.44a. Khi có xét đến điện trở nhập tại cực nền: R.RINbase DC E , gọi điện trở tương đương do ghép song song với từ cực nền xuống điểm Gnd là , ta có: RINbase R2 RBG R.R .R.R INbase 2 DC E 2 (9.21) RBG RRINbase  2 DC .RR E 2 R Hay: R 2 (9.22) BG R 1 2  .R DC E Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  24. 330 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Áp dụng cầu phân áp xác định điện áp là áp từ cực nền xuống đến Gnd. VB R.VBG CC VB (9.23) RRBG 1 Từ kết quả này chúng ta suy ra các đại lượng khác còn lại trong mạch bằng các quan hệ sau đây: (9.24) VVVEBBE là áp từ cực phát xuống đến Gnd. VE HÌNH H 9.44 VE IE (9.25) RE Dòng qua cực phát thỏa quan hệ : I1  IIII CD I. C (9.26) ECBC C DC DC Khi , ta xem như , từ đó suy ra áp giữa hai cực thu phát của transistor: DC 1 IIEC (9.27) VVR.IVVVR.ICE CC C C  E CC E C E THÍ DỤ 9.11: Xác định điểm làm việc của mạch transistor trong hình H9.45, biết hệ số khuếch đại .  DC 100 GIẢI Điện trở nhập từ cực nền: RINbase  DC .R E 100. 560   56k Điện trở tương đương từ cực nền đến Gnd: R.R 56k . 5,6k INbase 2 RBG  5,091k RR56k5,6kINbase   2 Áp từ nền xuống Gnd: VB HÌNH H 9.45 R.V 5,091k .10 V BG CC VB  3,373V RBG   R 1 5,091k 10k Áp từ phát xuống Gnd: VE VEBBE V V 3,373 0,7 2,673V Dòng : IE V 2,673V E I4,77mAE RE 560  Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  25. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 331 Áp dụng quan hệ (9.26) xác định dòng : IC  100 I DC .I .4,77  4,727mA CE  1 100 1 DC Áp : VCE VCE V CC V E R C .I C 10 V 2,673V  1k . 4,727mA 2,6 V 9.4.2.3. GIẢI TÍCH MẠCH PHÂN CỰC DÙNG MẠCH THÉVENIN TƯƠNG ĐƯƠNG : Ngoại trừ phương pháp giải tích mạch phân cực dùng cầu phân áp bằng phương pháp xác định tổng trở nhập như vừa trình bày, chúng ta có thể phân tích mạch phân cực dùng cầu phân áp bằng cách áp dụng định lý Thévénin. Đầu tiên thay thế mạch phân cực nền phát trong hình H9.46a bằng mạch tương tương Thevenin trình bày trong hình H9.46b. Từ nút A xác định mạch HÌNH H 9.46 Thévenin tương đương, ta có: R.V2CC VTH (9.28) RR12 R.R12 RTH (9.29) RR12 Sau khi thay thế mạch phân cực bằng mạch tương đương Thévénin, áp dụng mạch tương đương trong hình H9.46b xác định các thông số khác còn lại trong mạch để suy ra điểm làm việc Q của mạch. Áp dụng định luật Kirchhoff áp trong mắt lưới cực nền phát chứa nguồn ta có: VTH (9.30) VTH R TH .I B V BE R E .I E Vì: (9.31) IIIECB   DCBB .II DCB 1.I Suy ra: VTH  R TH .I B V BE R E . DC 1 .I B Tóm lại: VVTH BE IB (9.32) R1.RTH  DC E Từ quan hệ (9.32) suy ra dòng , dòng và áp I.ICDCB  IE VCE Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  26. 332 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 THÍ DỤ 9.12: Tính lại điểm làm việc của mạchđiện transistor cho trong thí dụ 9.11 bằng phương pháp áp dụng mạch Thévénin tương đương thay thế cho mạch phân cực dùng cầu phân áp. GIẢI 5, 6 k .10 V R.V2CC Áp Thévénin tương đương: VTH  3,5897 3,59 V RR12   10k5,6k Điện trở Thévenin tại cực nền của transistor: R.R 10 k . 5,6 k 12 RTH  3,5897 3,59 RR12   10k5,6k Dòng qua cực nền: VV 3, 59 V 0, 7 V TH BE IB 0,048mA RTH  DC 1 .R E 3,59k  100 1 .560  Dòng qua cực thu: ICDCB  .I 100. 0,048mA 4,8mA Dòng qua cực phát: IECB I I 4,8mA 0,048 4,848mA Áp giữa cực thu và cực nền của transistor: VCE V CC R C .I C R E .I E  10 1k . 4,8mA 560  . 4,848mA 2,49 V So sánh các kết quả tính toán trong hai thí dụ 9.11 và 9.12 cho thấy: điểm làm việc có giá trị các thông số chênh lệch rất nhỏ có thể chấp nhận. Kết quả tính toán hội tụ. 9.4.2.4. KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA MẠCH PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP : Từ phương pháp giải tích dùng mạch tương đương Thévénin, dựa vào các quan hệ (9.30) và (9.31) ta có: R V.IVR.I TH (9.33) TH  1 E BE E E DC VV TH BE (9.34) IE R TH R  1 E DC RTH Khi ta cóR quan hệ (9.34) được viết lại như sau: E  1 DC VVTH BE IE  (9.35) RE Trong quan hệ (9.35) cho thấy dòng không phụ thuộc vào hệ số . Như vậy khi nhiệt IE DC độ thay đổi, hệ số thay đổi theo nhiệt độ nhưng dòng không thay đổi. Nếu dòng DC IE IIEC IB rất nhỏ; mạch phân cực có tính ổn định nhiệt vì điểm làm việc không phụ thuôc vào nhiệt độ. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  27. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 333 9.4.2.5. GIẢI TÍCH MẠCH PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP CHO TRANSISTOR PNP : Như đã biết transistor pnp cần đảo ngược cực tính của các nguồn ngoài phân cực so với mạch phân cực của transistor npn. Yêu cầu này được thực hiện với nguồn cung cấp vào cực thu của trsnsistor âm hơn so với điểm chung Gnd của mạch, xem hình H9.47a; hoặc cấp đầu dương nguồn áp phân cực vào cực phát của transistor pnp, xem hình H9.47b. Thông thường mạch phân cực cho transistor pnp được vẽ lại theo hình H9.48. Phương pháp giải tích về cơ bản thực hiện tương tự như phương pháp đã thực hiện cho transistor npn. Tuy nhiên cần chú ý: a./ Cực âm nguồn cung cấp VCC b./ Cực dương nguồn Transistor pnp dẫn khi mối nối nối vào cực thu cung cấp VEE nối vào cực phát phát nền (EB) phân cực thuận. Nói khác HÌNH H 9.47 hơn điện thế tại cực phát E cao hơn điện thế tại cực nền B; . VVEB Mối nối nền thu (BC) phân cực nghịch, điện thế cực nền B cao hơn điện thế tại cực thu C; . VVBC Để xác định điểm làm việc Q cho transistor pnp, đầu tiên chúng ta vẫn xác định điện trở nhập giữa cực phát và nền khi nhìn từ ngoài vào hai cực nền phát. Công thức áp dụng tương tự theo (9.20) R.RIN DC E (9.36) Suy ra điện trở tương đương giữa cực phát và cực nền khi REB dùng cầu phân áp phân cực. Điện trở tương tương này do điện trở R ghép song song với R .Tương tự như quan hệ (9.22) ta có: 2 IN HÌNH H 9.48 R R 2 (9.37) EB R 1 2  .R DC E Áp cấp vào cực nền xác định theo quan hệ: R.V 1EE (9.38) VB RR1EB Áp đặt vào cực phát xác định theo quan hệ: (9.39) VVVEBEBB V0,7V Dòng qua cực phát xác định theo quan hệ sau: VV EE E (9.40) IE RE Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  28. 334 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Từ giá trị tìm được cho dòng qua cực phát ta suy ra dòng qua cực thu theo quan hệ: IE  I. DC I (9.41) CE  1 DC Cuối cùng áp giữa cực phát và thu xác định theo quan hệ sau: (9.42) VVR.IEC E C C Tương tự như trường hợp transistor npn, với transistor pnp ngoại trừ phương pháp dùng tông trở nhập như vừa trình bày ta cũng có thể áp dụng phương pháp dùng mạch tương đương Thévénin để xác định điểm phân cực. THÍ DỤ 9.13: Áp dụng phương pháp giải tích dùng tổng trở nhập tương đương tại cực phát và cực nền định điểm làm việc cho transistor pnp trong mạch phân cực dùng cầu phân áp hình H9.49. GIẢI Đầu tiên xác định điện trở nhập tại các cực phát và nền: RIN  DC .R E 150.1k   150k Điện trở tương đương giữa hai cực phát và nền khi có thêm cầu phân áp: R 10k R9,375k 2  EB R 10k 1 2 1  .R 150.1k HÌNH H 9.49 DC E Áp cấp vào cực nền: R.V 22k 10 V 1EE VB  7,0119 7 V R1EB   R 22k 9,375k Áp đặt vào cực phát: VVVEBEB 70,77,7V Dòng qua cực phát: VV 10 V 7,7 V EE E I2,3mAE R1kE  Dòng qua cực thu:  150 I  DC .I 2,3 2,284768 2,285mA CE  1 150 1 DC Áp giữa các cực phát thu của transistor: VEC V E R C .I C 7,7V 2,2k  . 2,285mA 2,673V Tóm lại điểm làm việc của transistor pnp là: ICE 2,29mA ; VC 2,67V Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  29. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 335 THÍ DỤ 9.14: Tìm lại điểm làm việc của transistor cho trong thí dụ 9.13, khi áp dụng phương pháp dùng mạch Thévénin thay tương đương cho cầu phân áp. V V GIẢI EE EE VEE Trong hình H9.50 trình bày phương pháp IE thay thế cầu phân áp dùng mạch tương đương R R 2 E RE Thévénin. Điện áp Thévénin được xác định VTH theo quan hệ sau: VEB VE R V VE V TH EB V TH B R.V 22k . 10 V V 1EE B VTH 6,875 V VC V RR   22k10k IB C 12 R R I R 1 C C C Điện trở tương đương của mạch Thévénin được xác định theo quan hệ sau: R.R 22k . 10k HÌNH H 9.50 12 RTH  6,875k RR12   22k10k Áp dụng định luật Kirchhoff áp trong mắt lưới chứa các cực nền phát, ta có: VVR.IVR.IEE TH TH B EB B B Hay R VVV TH .IR.I EE TH EB  1 E E E DC Suy ra: VVV 10 V 6,875 V 0,7 V 2,425 V I EE TH EB 2,319mA E R 6,875k 1,04553k TH R 1k  1 E 150 1 DC Dòng qua cực thu:  150 I DC .I .2,319mA  2,304 2,3mA CE  1 150 1 DC Điện áp giữa cực phát và thu được xác định theo quan hệ sau: VVR.IR.ICE EE E E C C Suy ra: VCE  10 V 1k . 2,319mA 2,2k  . 2,304mA 2,612  2,61V Tóm lại điểm làm việc của transistor pnp là: I2,3mA;V2,61VCEC So sánh kết quả tìm được cho điểm làm việc của transistor trong các thí dụ 9.13 và 9.14 ta nhận thấy kết quả có sai lệch nhưng rất nhỏ, có thể chấp nhận và xem như kết quả tính từ các phương pháp trên hội tụ. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  30. 336 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 9.4.3.PHÂN CỰC CỰC NỀN (BASE BIAS): Phương pháp phân cực này thường được áp dụng trong các mạch điều khiển (hay lái – driver) các relay điện từ. Mạch phân cực cực nền trình bày trong hình H9.51. Phương pháp phân cực transistor hoạt động trong vùng tuyến tính được trình bày sau đây. Áp dụng định luât Kirchhoff áp cho mắt lưới chứa cực thu nền ta có quan hệ sau: (9.43) VR.IVCC B B BE Dòng qua cực nền được xác định theo quan hệ: HÌNH H 9.51 VV CC BE (9.44) IB RB Từ quan hệ (9.44) suy ra quan hệ dùng xác định dòng qua cực thu : VV I.I  CC BE .  (9.45) CDCB R DC B Áp dụng định luât Kirchhoff áp cho mắt lưới chứa cực thu phát ta có quan hệ sau: VR.IVCC C C CE Hay: VVR.ICE CC C C (9.46) Từ quan hệ (9.45) cho thấy dòng phụ thuộc vào hệ số khuếch đại . Do đó khi IC DC nhiệt độ thay đổi, hệ số thay đổi làm dòng thay đổi tương ứng; như vậy điểm làm việc DC IC của transistor thay đổi, mạch phân cực không ổn định khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Hơn nữa với các transistor có cùng mã số nhưng do phương thức sản xuất của nhà chế tạo, hệ số của các transistor này cũng thay đổi trong phạm vi khá rộng làm ảnh hưởng đến mạch phân DC cực. Trong quá trình sửa chửa, với mạch phân cực cực nền khi thay thế các transistor bị hư hỏng, nên điều chỉnh lại các điện trở cho phù hợp với giá trị của transistor mới dùng thay thế. DC THÍ DỤ 9.15: Xác định điểm làm việc của transistor trong mạch phân cực theo hình H9.52 khi nhiệt độ thay đổi. Biết rằng khi nhiệt độ thay đổi, nếu hệ số tăng từ 85 đến 100 thì áp giảm từ 0,7 V đến 0,6 V. DC VBE GIẢI Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 85 V0,7VBE Áp dụng các quan hệ (9.45) và (9.46) ta có: VV 12 V 0,7 V I  CC BE . .85 9,605mA C1 RDC 100k B V V R .I 12V 560  . 9,605mA  6,62 V HÌNH H 9.52 CE 1 CC C C Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  31. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 337 Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 100 V0,6VBE VV 12 V 0,6 V I  CC BE . .100 11,4mA C2 RDC 100k B V V R .I 12V 560  . 11,4mA  5,62 V CE 2 CC C C Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: IC DC VBE II C2 C1 11,4 9,605 IC % .100 .100  18,69% I 9,605 C1 Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: VCE DC VBE VV CE 2 CE 1 5,62 6,62 VCE % .100 .100  15,11% V6,62 CE 1 9.4.4.PHÂN CỰC CỰC PHÁT ( EMITTER BIAS): Phương pháp phân cực cực phát dùng các nguồn dương và nguồn âm để phân cực. Trong hình H9.53, nguồn áp dùng phân cực thuận cho VEE mối nối nền phát. Trong hình H9.53a trình bày điện thế của các cực E,B,C của transistor so với điểm Gnd của mạch. Trong hình H9.53b mạch điện được vẽ lại chi tiết để dễ dàng phân tích xác định điểm HÌNH H 9.53 làm việc cho transistor. Áp dụng định luật Kirchhoff áp cho mắt lưới chứa cực nền và cực phát, ta có: (9.47) VVR.IR.IEE BE B B E E Thay thế quan hệ giữa các dòng và vào (9.47) ta có: IB IE R VV B R.I EE BE  1 E E DC Hay VVEE BE IE (9.48) R B R  1 E DC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  32. 338 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Dòng qua cực thu là:  I. DC I CE  1 DC Áp dụng định luật Kirchhoff áp cho mắt lưới chứa cực thu và phát ta có quan hệ sau: (9.49) VVVR.IR.ICC EE CE C C E E Suy ra: VVVR.IR.ICE CC EE C C E E (9.50) Trong quan hệ (9.48) dòng phụ thuộc hệ số và áp . Khi chọn giá trị IE DC VBE RB R , quan hệ (9.48) được viết lại như sau: E  1 DC VV EE BE (9.51) IE  RE Từ quan hệ (9.51) cho thấy dòng độc lập đối với hệ số khuếch đại IE DC Hơn nữa khi chọn giá trị rất lớn hơn so với quan hệ (9.51) được viết lại như sau: VEE VBE V EE (9.52) IE  RE RB Tóm lại khi thực hiện đúng điều kiện R và VV , dòng I không E  1 EE BE E DC phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ , suy ra điểm làm việc ổn định khi nhiệt độ thay đổi . THÍ DỤ 9.16: Xác định điểm làm việc của transistor trong mạch phân cực theo hình H9.54 khi nhiệt độ thay đổi. Biết rằng khi nhiệt độ thay đổi, nếu hệ số tăng từ 85 đến 100 thì áp giảm từ 0,7 V DC VBE đến 0,6 V. GIẢI Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 85 V0,7VBE Áp dụng quan hệ (9.48) xác định dòng : IE VV 20 V 0,7 V I EE BE  1,7289 1,73mA E1 R 100k B 10k RE  1 85 1 HÌNH H 9.54 DC Dòng qua cực thu là:  85 I DC .I .1,7289  1,70885 1,71mA C1  1851E DC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  33. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 339 Áp đặt ngang qua hai cực thu phát được xác định theo quan hệ (9.50) VCE V 20 V 20 V 4,7k  . 1,71mA  10k . 1,73mA 14,663V CE 1 Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 100 V0,6VBE VV 20 V 0,6 V I EE BE  1,7652 1,765mA E2 R 100k B R 10k  1 E 100 1 DC  100 I DC .I .1,7652  1,7477 1,748mA C2  1E 100 1 DC V 20 V 20 V 4,7k  . 1,748mA  10k . 1,765mA 14,134 V CE 2 Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: IC DC VBE II C2 C1 1,748 1,71 IC % .100 .100  2,22% I1,71 C1 Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: VCE DC VBE VV CE 2 CE 1 14,134 14,663 VCE % .100 .100  3,61% V 14,663 CE 1 9.4.5.PHÂN CỰC HỒI TIẾP CỰC THU (COLLECTOR-FEEDBACK BIAS): Mạch phân cực hồi tiếp cực thu trình bày trong hình H9.55, trong đó điện trở cực nền được nối đến cực thu thay vì nối về nguồn áp VCC theo một số mạch phâncực khác đã trình bày. Phương pháp hồi tiếp này tạo ra hiệu ứng “chỉnh cân bằng” (offsetting) để duy trì ổn định điềm làm việc Q. Khi dòng gia tăng sẽ tạo điện áp đặt ngang qua hai đầu điện IC trở gia tăng tươg ứng; làm điện thế tại cực thu giảm thấp. RC VC Khi điện thế giảm, dẫn đến dòng giảm kéo theo giảm. VC IB IC Tóm lại dòng cân bằng. Quá trình lý luận ngươc lại tương tự IC khi dòng I giảm. Quá trình giải tích mạch phân cực hồi tiếp cực thu thực HÌNH H 9.55 C hiện như sau: Áp dụng định luật Kirchhoff áp ta có quan hệ: (9.53) VR.IIR.IVCC C C B B B BE Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  34. 340 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 I Thay quan hệ: C va (9.53) ta có: IB DC I VR.IRR. C V (9.54) CC C C C B  BE DC Suy ra: RR VR CB .IV CC C C BE DC Tóm lại: VVCC BE IC (9.55) RR R CB C  DC Áp đặt ngang qua cực thu và phát được xác định theo quan hệ: VCE (9.56) VR.IIVCC C C B CE Hay: 1 VVR.1.I (9.57) CE CC C  C DC Từ quan hệ (9.55) cho thấy dòng điện cực thu phụ thuộc vào các thông số và . DC VBE RR Trong trường hợp CBvà , dòng điện cực thu viết gần đúng theo dạng sau: RC VVCC BE DC V CC điều này cho thấy dòng trong điều kiện này không thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. IC  IC RC Tóm lại nếu mạch phân cực hồi tiếp cực thu thỏa các điều kiện vừa nêu thi điểm làm việc Q ổn định khi nhiệt độ thay đổi. THÍ DỤ 9.17: Xác định điểm làm việc của transistor trong mạch phân cực theo hình H9.56 khi nhiệt độ thay đổi. Biết rằng khi nhiệt độ thay đổi, nếu hệ số tăng từ 100 đến 125 thì áp giảm từ 0,7 V DC VBE đến 0,6 V. GIẢI Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 100 V0,7VBE Áp dụng quan hệ (9.55) ta có: VV 10 V 0,7V I0,769mA CC BE  C1 RR 10k 100k  R CB 10k C 100 DC HÌNH H 9.56 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  35. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 341 Áp đặt ngang qua cực thu và phát được xác định theo quan hệ: VCE 11 V V R . 1 .I 10V 10k  . 1 .0,769mA  2,233V CE 1 CC C  C 100 DC Xác định điểm làm việc tại lúc và :  DC 125 V0,6VBE VV 10 V 0,6V I0,864mA CC BE  C2 RR 10k 100k  R CB 10k C  125 DC 11 V V R . 1 .I 10V 10k  . 1 .0,864mA  1,29V CE 2 CC C  C 125 DC Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: IC DC VBE II C2 C1 0,864 0,769 IC % .100 .100 12,35% I 0,769 C1 Phần trăm thay đổi giá trị khi tăng và giảm do nhiệt độ thay đổi: VCE DC VBE VV CE 2 CE 1 1,29 2,233 VCE % .100 .100 42,23% V2,233 CE 1 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  36. 342 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 BÀI TẬP CHƯƠNG 9 BÀI TẬP 9.1 Trong hình H9.57, cho dòng điện I50AB  và áp đặt ngang qua hai đầu điện trở là 5V . Xác RC định hệ số và hệ số . DC DC ĐÁP SỐ:  100 ; 0,99 DC DC HÌNH H 9.57 BÀI TẬP 9.2 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.58. Xác định : a./ Các dòng điện ; và . IC IB IE b. / Hệ số khuếch đại DC ĐÁP SỐ: a./ ; ; I34,04mAC IB  702 A I34,74mAE HÌNH H 9.58 b./  DC 48,49 BÀI TẬP 9.3 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.59. Xác định : a./ Các điện áp ; và . VCE VBE VCB b./ Transistor hoạt động trong vùng tuyến tính hay trong vùng bảo hòa. ĐÁP SỐ: a./ ; . I1,1mAB I55,13mAC ; . V5,1VCE  V4,38VCB  HÌNH H 9.59 BÀI TẬP 9.4 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.60. Xác định : a./ Các điện áp ; và . VEC VEB VBC b./ Transistor hoạt động trong vùng tuyến tính hay trong vùng bảo hòa . ĐÁP SỐ: a./ ; . I85,19AB I10,65mAC  V3,85V ; V3,15V . EC BC HÌNH H 9.60 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  37. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 343 BÀI TẬP 9.5 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.61. Xác định các dòng điện ; và , biết IC IB IE . DC 0,98 ĐÁP SỐ: ; ; I1,3mAE IC 1,274mA I26AB  HÌNH H 9.61 BÀI TẬP 9.6 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.62, cho .Xác định :  DC 100 a./ Các dòng điện ; và . IC IB IE b./ Các điện áp ; và . VCE VBE VCB c./ Khi nhiệt độ gia tăng, nếu hệ số  thay đổi từ 100 DC đến 150 và thay đổi từ 0,7V đến 0,6 V tìm . HÌNH H 9.62 VBE IC ĐÁP SỐ: a./ ; ; IE  930 A I9,21AB IC  921 A b./ V10,7V ; V10V c./ II  I 13A CE CB CC 150 C  100 BÀI TẬP 9.7 Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.63, cho . Xác định :  DC 100 a./ Các dòng điện ; và . IC IB IE b./ Các điện áp ; và . VEC VEB VBC c./ Nếu hệ số thay đổi từ 100 đến 150 khi nhiệt độ gia DC tăng, tìm sự thay đổi của dòng . IC ĐÁP SỐ: a./ ; ; I1,5mAE I14,85AB   IC 1,485mA b./ ; V8,7VEC V8VBC HÌNH H 9.63 BÀI TẬP 9.8 Cho mạch transistor trong hình H9.64. a./ Xác định các giao điểm của đường tải DC với hệ trục tọa độ của đặc tuyến cực thu. b./ Xác định điểm làm việc của transistor, biết hệ số khuếch đại .  DC 50 c./ Nếu muốn phân cực lại transistor với dòng , ta cần chỉnh nguồn áp có giá trị I20AB  VBB HÌNH H 9.64 bao nhiêu? Tính lại điểm làm việc. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  38. 344 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 BÀI TẬP 9.9 Cho mạch transistor trong hình H9.65, xác định: a./ Các giao điểm của đường tải DC với hệ trục tọa độ của đặc tuyến cực thu. b./ Điểm làm việc của transistor. ĐÁP SỐ: a./ ; . I20,5mACSAT V8VCE SAT b./ ; I6mAC V5,66VCE BÀI TẬP 9.10 HÌNH H 9.65 Cho mạch transistor phân cực dùng cầu phân áp theo hình H9.66. a./ Khi áp dụng phương pháp giải tích mạch dùng điện trở nhận tương đương giữa cực nền và cực phát, nếu muốn RINbase 10.R 2 thì hệ số khuếch đại của transistor là bao nhiêu? DC b./ Với mạch hiện có trong hình H9.66, khi thay điện trở bằng R2 biến trở , xác định giá trị cực tiểu của làm VR2 15k VR2 transistor bảo hòa. c./ Theo điều kiện của câu b, khi chỉnh biến trở có giá trị là 2kΩ; VR2 áp dụng các phương pháp phân tích mạch dùng tổng trở nhập và phương pháp thay thế tương đương Thévénin để định điểm làm việc HÌNH H 9.66 của transistor. BÀI TẬP 9.11 Cho mạch transistor phân cực dùng cầu phân áp theo hình H9.67, khi áp dụng phương pháp giải tích dùng mạch tương đương Thévénin để định điểm làm việc, xác định: a./ Áp và điện trở tương đương . VTH RTH b./ Điểm làm việc của transistor. ĐÁP SỐ: a./ ; . V2,18VTH R11,37kTH  b./ ; I1,33mAC  V4,74VCE BÀI TẬP 9.12 Cho mạch transistor phân cực dùng HÌNH H 9.67 cầu phân áp theo hình H9.68, khi áp dụng phương pháp giải tích dùng mạch tương đương Thévénin để định điểm làm việc, xác định: a./ Áp điện áp giữa cực nền xuống điểm Gnd chung của mạch. VB b./ Điểm làm việc của transistor. c./ Công suất tiêu tán trên transistor. d./ Nếu tăng giá trị điện trở gấp 2 lần giá trị hiện có, định lại điểm RE làm việc của transistor. ĐÁP SỐ: a./ V10,41V b./ I1,56mA ; V8,3V B C EC HÌNH H 9.68 c./ d./ ; P13mWD IC  841 A V9,53VEC  Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  39. K Ỹ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 345 BÀI TẬP 9.13 Cho mạch transistor phân cực cực nền theo hình H9.69, biết hệ số khuếch đại của transistor là tại nhiệt độ 25oC.  DC 110 a./ Tính dòng , và áp tại môi trường nhiệt độ 25oC. IB IC VCE b./ Mạch transistor trên được sử dụng trong môi trường có nhiệt độ thay đổi từ 0oC đến 70oC. Biết hệ số khuếch đại khuếch đại giảm DC 50% tại 0oC và tăng lên 75% tại 70oC. Giả sử áp không thay đổi VBE theo nhiệt độ , khảo sát sự thay đổi dòng và áp trong phạm vi IC VCE nhiệt độ thay đổi từ 0oC đến 70oC. ĐÁP SỐ: a./ I 553,3 A ; I60,87mA ; V2,913V B C CE HÌNH H 9.69 b./ Tại 0oC : ; I30,43mAC  V5,957VCE  Tại 70oC : ; IC  106,52mA V1,65VCE  BÀI TẬP 9.14 Cho mạch transistor phân cực cực phát theo hình H9.70, biết hệ số khuếch đại của transistor là .  DC 100 a./ Tính điện thế tại các cực transistor so với điểm Gnd của mạch. b./ Giả sử giá trị cho trong đầu đề ở tại 25oC, khi nhiệt V0,7VBE độ tăng lên 100oC giá trị giảm theo hệ số : o . Nếu hệ VBE 2,5 mV / C số xem như không ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ, xác DC định sự thay đổi dòng . IE c./ Khi nào có thể bỏ qua ảnh hưởng sự thay đổi theo nhiệt độ DC trong mạch phân cực cực phát. HÌNH H 9.70 ĐÁP SỐ: a./ ; ; I17,6AB  IC  1,761mA ; IE  1,779mA ; VCE  4,327V HÌNH H 9.71 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
  40. 346 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 ; ; VB  0,387 V VE  1,087 V V3,24VC  BÀI TẬP 9.15 Cho mạch transistor phân cực cực phát theo hình H9.71, biết hệ số khuếch đại của transistor là .  DC 100 a./ Tính điện thế tại các cực transistor so với điểm Gnd của mạch. b./ Tính công suất tiêu tán trên transistor theo điều kiện của câu a. ĐÁP SỐ: a./ ; ; ; IB  149,6 A IC  16,455mA IE  16,605mA ; ; ; V6,766VCE  VB  1,496 V V2,196VE  V4,57VC  b./ PD  111,33mW BÀI TẬP 9.16 Cho mạch transistor phân cực cực nền có hồi tiếp theo hình H9.72, xác định: a./ Điểm làm việc của transistor. b./ Điện thế tại các cực transistor so với điểm Gnd của mạch c./ Tìm giá trị để giảm dòng thấp xuông 25%. RC IC d./ Công suất tiêu tán trên transistor tính theo câu a và c. ĐÁP SỐ: a./ ; ; ; I11,7AB  I1,052mAC  VCE  1,086 V b./ ; ; V0,7VB V0VE VC  1,086 V c./ RC  2521 d./ ; P1,14mWD  P0,78mWD  HÌNH H 9.72 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009