Bài giảng môn Mạch điện tử - Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT
2
Page 1 of 31
MẠCH ĐIỆN TỬ
Chương II
MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG
BJT
*******
1.
2.
3.
4.
Mục tiêu.
Kiến thức cơ bản cần có khi học chương này.
Tài liệu tham khảo liên quan đến chương.
Nội dung:
2.1 Phân cực cố định.
2.2 Phân cực ổn định bằng cực phát.
2.3 Phân cực bằng cầu chia điện thế.
2.4 Phân cực bằng hồi tiếp điện thế.
2.5 Một số dạng mạch phân cực khác.
2.6 Thiết kế mạch phân cực.
2.7 BJT hoạt động như một chuyển mạch.
2.8 Tính khuếch đại của BJT.
2.9 Mạch khuếch đại cực phát chung.
2.10 Mạch khuếch đại cực thu chung.
2.11 Mạch khuếch đại cực nền chung.
2.12 Phân giải theo thông số h đơn giản.
2.13 Phân giải theo thông số h đầy đủ.
Bài tập cuối chương.
5. Vấn đề nghiên cứu của chương kế tiếp.
Ta biết BJT có thể hoạt động trong 3 vùng:
- Vùng tác động: (Vùng khuếch đại hay tuyến tính)
với nối B-E phân cực thuận
nối B-C phân cực nghịch
- Vùng bảo hòa: Nối B-E phân cực thuận
Nối B-C phân cực thuận
- Vùng ngưng: Nối B-E phân cực nghịch
Tùy theo nhiệm vụ mà hoạt động của transistor phải được đặt trong vùng nào. Như vậy,
phân cực transistor là đưa các điện thế một chiều vào các cực của transistor như thế nào để
transistor hoạt động trong vùng mong muốn. Dĩ nhiên người ta còn phải thực hiện một số biện
pháp khác để ổn định hoạt động transistor nhất là khi nhiệt độ của transistor thay đổi.
Trong chương này, ta khảo sát chủ yếu ở BJT NPN nhưng các kết qủa và phương pháp
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 2 of 31
phân tích vẫn đúng với BJT PNP, chỉ cần chú ý đến chiều dòng điện và cực tính của nguồn điện
thế 1 chiều.
2.1. PHÂN CỰC CỐ ÐỊNH: (FIXED-BIAS)
Mạch cơ bản như hình 2.1
Phương pháp chung để phân giải mạch phân cực gồm ba bước:
Dùngmạchđiệnngõvàođểxácđịnhdòngđiệnngõvào(I hoặcI ).
- Bước1 :
B
E
-
: Suy ra dòng điện ngõ ra từ các liên hệ I = I I = I
β
α
Bước 2
C
B C
E
Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn lại (điện thế tại các chân, giữa
- Bước 3:
các chân của BJT...)
Áp dụng vào mạch điện hình 2.1
* Sự bảo hòa của BJT:
Sự liên hệ giữa I và I sẽ quyết định BJT có hoạt động trong vùng tuyến tính hay không.
C
B
Ðể BJT hoạt động trong vùng tuyến tính thì nối thu - nền phải phân cực nghịch. Ở BJT NPN và
cụ thể ở hình 2.1 ta phải có:
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 3 of 31
thì BJT sẽ đi dần vào hoạt động trong vùng bão hòa. Từ điều kiện này và liên hệ I = I ta tìm
β
C
B
đượctrịsốtốiđacủaI ,từđóchọnR saochothíchhợp.
B
B
2.2. PHÂN CỰC ỔN ÐỊNH CỰC PHÁT: (EMITTER - STABILIZED BIAS)
Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định, nhưng ở cực phát được mắc thêm một điện trở
R xuống mass. Cách tính phân cực cũng có các bước giống như ở mạch phân cực cố định.
E
* Sự bảo hòa của BJT:
Tương tự như trong mạch phân cực cố định, bằng cách cho nối tắt giữa cực thu và cực
phát ta tìm được dòng điện cực thu bảo hòa I
Csat
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 4 of 31
Ta thấy khi thêm R vào, I
nhỏ hơn trong trường hợp phân cực cố định, tức BJT dễ bão
Csat
E
hòa hơn.
2.3. PHÂN CỰC BẰNG CẦU CHIA ĐIỆN THẾ: (VOLTAGE - DIVIDER BIAS)
Mạch cơ bản có dạng hình 2.3. Dùng định lý Thevenin biến đổi thành mạch hình 2.3b
Trong đó:
Mạch nền - phát:
•
•
V = R I +V +R I
BB
BB B
BE E E
Thay: I =(1+ )I
β
E
B
Suy ra I từ liên hệ: I = I
β
B
C
C
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 5 of 31
* Cách phân tích gần đúng:
Trong cách phân cực này, trong một số điều kiện, ta có thể dùng phương pháp tính gần
đúng. Ðể ý là điện trở ngõ vào của BJT nhìn từ cực B khi có R là:
E
Ta thấy, nếu xem nội trở của nguồn V không đáng kể so với (1+ )R thì R =(1+ )R .
β
β
BE
E
i
E
Nếu R >>R thì dòng I <<I nên I # I , nghĩa là R //R # R . Do đó điện thế tại chân B có thể
i
2
B
2
1
2
2
i
2
được tính một cách gần đúng:
Vì R =(1+ )R # R nên thường trong thực tế người ta có thể chấp nhận cách tính gần
β
β
i
E
E
đúng này khi R
10R .
2
β
≥
E
Khi xác định xong V , V có thể tính bằng:
B
E
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 6 of 31
Trong cách tính phân cực này, ta thấy không có sự hiện diện của hệ số . Ðiểm tĩnh điều
β
hành Q được xác định bởi I và V như vậy độc lập với β. Ðây là một ưu điểm của mạch phân
C
CE
cực với điện trở cực phát R vì hệ số β rất nhạy đối với nhiệt độ mặc dù khi có R độ khuếch
E
E
đại của BJT có suy giảm.
2.4. PHÂN CỰC VỚI HỒI TIẾP ÐIỆN THẾ: (Dc Bias With Voltage Feedback)
Ðây cũng là cách phân cực cải thiện độ ổn định cho hoạt động của BJT
2.5. MỘT SỐ DẠNG MẠCH PHÂN CỰC KHÁC
Mạch phân cực bằng cầu chia điện thế và hồi tiếp điện thế rất thông dụng. Ngoài ra tùy
trường hợp người ta còn có thể phân cực BJT theo các dạng sau đây thông qua các bài tập áp
dụng.
2.5.1. Xác định V , V của mạch hình 2.6
C
B
2.5.2. Xác định V , I của mạch hình 2.7
CE
E
2.5.3. Xác định V , V , V của mạch hình 2.8
C
B
E
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 7 of 31
2.6. THIẾT KẾ MẠCH PHÂN CỰC
Khi thiết kế mạch phân cực, người ta thường dùng các định luật căn bản về mạch điện như
định luật Ohm, định luật Kirchoff, định lý Thevenin..., để từ các thông số đã biết tìm ra các
thông số chưa biết của mạch điện. Phần sau là một vài thí dụ mô tả công việc thiết kế.
Cho mạch phân cực với đặc tuyến ngõ ra của BJT như hình 2.9. Xác định
2.6.1. Thí dụ 1:
V , R , R .
CC
C
B
Từ đường thẳng lấy điện: V =V -R I ta suy ra V =20V
CE
CC C C
CC
Ðể có các điện trở tiêu chuẩn ta chọn: R =470K ; R =2.4K .
Ω
Ω
B
C
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 8 of 31
Chọn
R =1,2M
Ω
B
2.6.3. Thiết kế mạch phân cực có dạng như hình 2.11
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 9 of 31
Ðiện trở R , R không thể tính trực tiếp từ điện thế chân B và điện thế nguồn. Ðể
1
2
mạch hoạt động tốt, ta phải chọn R , R sao cho có V mong muốn và sao cho dòng qua R , R
1
2
B
1
2
gần như bằng nhau và rất lớn đối với I . Lúc đó
B
2.7. BJT HOẠT ÐỘNG NHƯ MỘT CHUYỂN MẠCH
BJT không những chỉ được sử dụng trong các mạch điện tử thông thường như khuếch đại tín
hiệu, dao động... mà còn có thể được dùng như một ngắt điện (Switch). Hình 2.12 là mô hình
căn bản của một mạch đảo (inverter).
Ta thấy điện thế ngõ ra của V là đảo đối với điện thế tín hiệu áp vào cực nền (ngõ vào).
C
Lưu ý là ở đây không có điện áp 1 chiều phân cực cho cực nền mà chỉ có điện thế 1 chiều nối
vào cực thu.
Mạch đảo phải được thiết kế sao cho điểm điều hành Q di chuyển từ trạng thái ngưng dẫn
sang trạng thái bảo hòa và ngược lại khi hiệu thế tín hiệu vào đổi trạng thái. Ðiều này có nghĩa
là I =I
0mA khi I =0mA và V =V
=0V khi I =I
(thật ra V
thay đổi từ
≈
C
CEO
B
CE
CEsat
C
Csat
CEsat
0,1V đến 0,3V)
- Ở hình 2.12, Khi V =5V, BJT dẫn và phải thiết kế sao cho BJT dẫn bảo hòa.
i
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 10 of 31
Ở mạch trên, khi v =5V thì trị số của I là:
i
B
Thử điều kiện trên ta thấy:
nên thỏa mãn để BJT hoạt động trong vùng bảo hòa.
- Khi v =0V, I =0mA, BJT ngưng và I =I =0mA; điện thế giảm qua R lúc này là 0V,
i
B
C
CEO
C
do đó:
V =V -R I =5V
C
CC C C
- Khi BJT bảo hòa, điện trở tương đương giữa 2 cực thu-phát là:
Nếu coi V
có trị trung bình khoảng 0,15V ta có:
CEsat
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 11 of 31
Như vậy ta có thể coi R #0 khi nó được mắc nối tiếp với điện trở hàng K .
Ω
Ω
sat
- Khi v =0V, BJT ngưng, điện trở tương đương giữa 2 cực thu-phát được ký hiệu là R
i
cut-off
Kết qủa là giữa hai cực C và E tương đương với mạch hở
Xác định R và R của mạch điện hình 2.15 nếu I =10mA
Thí dụ:
C
B
Csat
Khi bảo hòa:
Ta chọn I =60 A để đảm bảo BJT hoạt động trong vùng bảo hòa
µ
B
Vậy ta thiết kế: R =1K
Ω
C
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 12 of 31
R =150K
Ω
B
Trong thực tế, BJT không thể chuyển tức thời từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn hay
ngược lại mà phải mất một thời gian. Ðiều này là do tác dụng của điện dung ở 2 mối nối của
BJT.
Ta xem hoạt động của BJT trong một chu kỳ của tín hiệu (hình 2.16)
-
Khi chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, BJT phải mất một thời gian là:
t =t +t (2.14)
on
d
r
t :ThờigiantừkhicótínhiệuvàođếnkhiICtăngđược10%giátrịcựcđại
d
t : Thời gian để IC tăng từ 10% đến 90% giá trị cực đại.
r
-
Khi chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng, BJT phải mất một thời gian là:
t =t +t
f
(2.15)
off
s
t :ThờigiantừkhimấttínhiệuvàođếnkhiICcòn 90%sovớitrịcựcđại
s
t : Thời gian từ khi I 90% đến khi giảm còn 10% trị cực đại.
f
C
Thông thường t > t
off
on
Thí dụ ở 1 BJT bình thường:
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 13 of 31
t =120ns
; t =13ns
s
r
t =132ns
; t =25ns
f
d
Vậy: t =38ns ; t =132ns
on
off
So sánh với 1 BJT đặc biệt có chuyển mạch nhanh như BSV 52L ta thấy: t =12ns;
on
t =18ns. Các BJT này được gọi là transistor chuyển mạch (switching transistor)
off
2.8. TÍNH KHUẾCH ÐẠI CỦA BJT
Xem mạch điện hình 2.17
Giả sử ta đưa một tín hiệu xoay chiều có dạng sin, biên độ nhỏ vào chân B của BJT
như hình vẽ. Ðiện thế ở chân B ngoài thành phần phân cực V còn có thành phần xoay chiều
B
của tín hiệu v (t) chồng lên.
i
v (t)=V +v (t)
B
B
i
Các tụ C và C ở ngõ vào và ngõ ra được chọn như thế nào để có thể xem như nối tắt - dung
1
2
kháng rất nhỏ - ở tần số của tín hiệu. Như vậy tác dụng của các tụ liên lạc C , C là cho
1
2
thành phần xoay chiều của tín hiệu đi qua và ngăn thành phần phân cực một chiều.
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 14 of 31
Về BJT, người ta thường dùng mạch tương đương kiểu mẫu r hay mạch tương đương theo
e
thông số h. Hình 2.20 mô tả 2 loại mạch tương đương này ở 2 dạng đơn giản và đầy đủ
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 15 of 31
* Dạng đơn giản
* Dạng đầy đủ
Hình 2.20
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 16 of 31
Do đó nguồn phụ thuộc i có thể thay thế bằng nguồn g .v
β
b
m be
2.9. MẠCH KHUẾCH ÐẠI CỰC PHÁT CHUNG
2.9.1 Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực cố định và ổn định cực
phát.
2.9.2 Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực bằng cầu chia điện thế
và ổn định cực phát.
2.9.3 Mạch khuếch đại cực phát chung phân cực bằng hồi tiếp điện thế và ổn định
cực phát.
Tín hiệu đưa vào cực nền B, lấy ra ở cực thu C. Cực phát E dùng chung cho ngõ vào và ngõ
ra
2.9.1. Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực cố định và ổn định cực phát
Mạch cơ bản như hình 2.21 và mạch tương xoay chiều như hình 2.22
Trị số do nhà sản xuất cho biết
β
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 17 of 31
Trị số r được tính từ mạch phân cực:
e
Từ mạch tương đương ta tìm được các thông số của mạch.
* Ðộ lợi điện thế:
Dấu - cho thấy v và v ngược pha
o
i
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 18 of 31
Ðể tính tổng trở ra của mạch, đầu tiên ta nối tắt ngõ vào (v =0); áp một nguồn giả tưởng
i
có trị số v vào phía ngõ ra như hình 2.23, xong lập tỉ số
o
Khi v =0 i = 0
i =0 (tương đương mạch hở) nên
b
⇒
⇒ β
i
b
Trong mạch cơ bản hình 2.21 nếu ta mắc thêm tụ phân dòng C (như hình 2.24) hoặc
Chú ý:
E
nối thẳng chân E xuống mass (như hình 2.25) thì trong mạch tương đương xoay chiều sẽ không
còn sự hiện diện của điện trở R (hình 2.26)
E
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 19 of 31
Phân giải mạch ta sẽ tìm được:
Thật ra các kết quả trên có thể suy ra từ các kết quả hình 2.22 khi cho R =0
E
2.9.2. Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực bằng cầu chia điện thế và ổn
định cực phát
Ðây là dạng mạch rất thông dụng do có độ ổn định tốt. Mạch cơ bản như hình 2.27 và
mạch tương đương xoay chiều như hình 2.28
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
2
Page 20 of 31
So sánh hình 2.28 với hình 2.22 ta thấy hoàn toàn giống nhau nếu thay R =R //R nên
B
1
2
ta có thể suy ra các kết quả:
Trong mạch điện hình 2.27, nếu ta mắc thêm tụ phân dòng C ở cực phát (hình 2.29)
Chú ý:
E
hoặc nối thẳng cực phát E xuống mass (hình 2.30) thì trong mạch tương đương cũng không còn
sự hiện diện của R
E
Các kết quả trên vẫn đúng khi ta cho R =0
E
2.9.3. Mạch khuếch đại cực phát chung phân cực bằng hồi tiếp điện thế và ổn định cực
phát
Mạch tổng quát như hình 2.31 và mạch tương đương xoay chiều được vẽ ở hình 2.32
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2.... 1/23/2000
Tải về để xem bản đầy đủ
31 trang
21580
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Mạch điện tử - Chương 2: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_mon_mach_dien_tu_chuong_2_mach_phan_cuc_va_khuech.pdf
