CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR

TRANSISTOR –  CÁC  PHƯƠ NG  PHÁP  PHÂN C Ự C

9.2. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA 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 IB, IC hay VBE, VCE..

các ký hiệu VC, VB,VE là áp tính từ các cực của transistor tính đến điểm mass chung (nút chuẩn 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 ib, ic hay vbe, vce.. các ký hiệu vc, vb,ve là áp AC từ các cực của 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 r ', r 'e. Các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hiệu DC có các chì số lả chữ in hoa như: RE; RB.. các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hệu AC có chỉ số là các 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 vinđược cung cấp xếp chồng với áp DC phân cực VBB tại cực nền bằng cách đấu nối tiếp các nguồn và nối tiếp với điện trở cực nền RB. Điện áp phân cựcVCC nối đến cực thu thông qua điện trở RC.

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 RC. Tác động của transistor trong trường hợp này khuếch đại tín hiệu AC cấp vào cực nền và được đưa ra trên điện trở RC. Cần nhớ áp AC nhận trên RC đảo pha so với áp AC cấp vào trên cực nền. Do mối nối nền phát phân cực thuận nên điện trở nội xét đối với tín hiệu AC có giá trị rất thấp.

Gọi r 'elà điện trở nội cực phát xét đối với tín hiệu AC, dòng cực phát tính đối với áp AC là:

e c b e

i i v

  r ' (9.9)

Áp AC trên cực thu là vC bằng với áp AC đặt ngang qua hai đầu điện trở RC:

C C c C e

v  R .i R .i

Áp AC tại cực nền được xác định theo quan hệ:

b in B b

v  v R .i

vC được xem là áp AC ra của mạch khuếch đại. Tỉ số của áp vC và vb là độ lợp điện áp (hay hệ số khuếch đại áp) Av của mạch transistor.

c C e C

v b e e e

v R .i R

A  v  r ' .i  r ' (9.10)

Vì RClà điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội r 'eđiện áp ra nhận được luôn 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:

v C e

R 1k

A 20

r ' 50

   



Áp AC ngõ ra là :

out v in

v  A .v  20 100mV 2 V 

HÌNH H 9.19

a./ Áp AC và áp DC phân cực đấu nối tiếp b./ Dạng áp AC vào và áp AC ra trên cực thu.

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

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 phân cực thuận. Với điều kiện này xem như 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 VCEsat có giá trị trong khoảng 0,3 V đến 0,5 V.

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 VCE bằng áp nguồn ngoài VCC. Tóm lại:

CE SAT CC

V  V (9.11)

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:

CC CE SAT

CSAT C

V V

I R

  (9.12)

Trong trường hợp giá trị VCE SAT có giá trị rất bé so với VCCta có thế áp dụng quan hệ:

CSAT CC C

I V

 R (9.13)

Giá trị cực tiểu của dòng qua cực nền đủ tạo trạng thái bảo hòa cho transistor thỏa quan hệ sau đây:

CSAT

Bmin DC

I  I

 (9.14)

Trong thực tế vận hành ta tạo ra dòng IB có giá trị hơi lớn hơn giá trị IBmin xác định theo quan hệ (9.14) để duy trì tốt trạng thái bảo hòa cho transistor.

HÌNH H 9.21

b./ Trạng thái bảo hòa; Khóa đóng kín a./ Trạng thái ngưng dẫn; Khóa hở

THÍ DỤ 9.7:

Cho mạch transistor như trong hình H9.22; xác định:

a./ Áp VCE khi Vin  0 V

b./ Dòng IBmin để transistor đạt trạng thái bảo hòa, biết

DC 200

  , bỏ qua giá trị áp VCE SAT.

c./ Giá trị cực đại của điện trở RB khi Vin  5 V. GIẢI:

a./ Áp dụng quan hệ : VCE  VCC R .IC C, khi Vin 0 V dòng qua cực nền IB 0 A, dòngIC  DC B.I 0 A transistor ngưng dẫn; suy ra VCE  VCC  10 V.

b./ Khi bỏ qua ảnh hưởng của áp VCE SAT, dòng IBmin được xác định như sau:

CSAT CC C

V 10 V

I 10mA

R 1k

  



CSAT

Bmin DC

I 10mA

I 0,05mA 50 A

  200   



c./ Giá trị cực đại của điện trở RB; áp dụng phương trình cân bằng áp phía cực nền, ta có:

BB B B BE

V  R .I V Hay: B BB BE

B

V V

R I

 

Suy ra:

in BE

Bmax Bmin

V V 5 V 0,7 V

R 86k

I 50 A

 

   

 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:VCC  9 V;VCE SAT  0,3V; RC  270; RB  3,3k;  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 IBmin để đảm bảo transistor bảo hòa hoàn toàn.

HÌNH H 9.22

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

GIẢI:

Trước tiên với các giá trị của phần tử mạch ta xác định giá trị dòng điện IBmin trước tiên; ta có dòng ICSAT xác định theo quan hệ sau:

CC CE SAT CSAT

C

V V 9 0,3

I 0,0322 A 32,2mA

R 270

 

   

Suy ra:

CSAT Bmin

DC

I 32,2

I 0,644mA

  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 IBmin, ta có:

B Bmin

I  2.I  2 0,644 1,288mA

Gọi Vin là biên độ xung chữ nhựt , ta có quan hệ sau tại cực nền:

in B B BE

V R  I V  3,3k 1,288mA 0,7 V 4,95 V 