Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 3: Mạch phân cực Transistor lưỡng cực nối

Nội dung text: Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 3: Mạch phân cực Transistor lưỡng cực nối

1. Điện tử cơ bản Chương 4 . Mạch phân cực Transistor lưỡng cực nối
2. Mạch Transistor Để Transistor hoạt động ta phải cấp điện DC cho các cực B,C,E ( phân cực) để xác định điểm tĩnh điều hành Q ( IB, IC, VCE). Hai mạch transistor cơ bản: ➢ Khuếch đại ➢ Giao hốn tùy theo dạng mạch ta cĩ cách phân cực tương ứng .
3. I.Phân cực mạch khuếch đại ráp CE • 1.Phân cực cố định Áp dụng định luật Kirchhoff về thế ta cĩ : Mạch nền - phát: VCC = RBIB + VBE (1) IB = ( VCC – VBE) / RB (2) Mạch thu - phát: IC =  IB (3) VCC = VCE + RCIC (4) VCE = VCC – RCIC (5)
4. Đường thẳng tải tĩnh: • Phương trình đường tãi tĩnh: IC = ( VCC – VCE ) / RC Ic (mA) ICM = DCLL ( -1/RC) VCC/RC ICQ Q IBQ 0 VCEQ VCC VCE (V)
5. Phân cực cố định có RE Ta có: VVVCC=RIRIIRRBBEEBBE + BE + = BE + +( +1) VVCC− BE I B = RRBE++( 1) IICB=  VVCE= CC −IRRCCE( + ) RE là điện trở ổn định nhiệt Khi T tăng, IC tăng → VE =REIE tăng →VBEgiảm→IB giảm→ IC giảm lại, cân bằng lại.
6. 2. Phân cực bằng cầu phân thế và RE • Mạch điện: R1, R2 điện trở phân cực. RC điện trở cấp điện RE điện trở ổn định nhiệt . Là mạch rất được thơng dụng.
7. Mạch điện tương đương + • Theo định lý Thevenin: VCC VBB = [R2 / (R1+ R2)] VCC (1) RB = R1R2 /( R1+R2) (2) RC IC • Theo định lý Kirchhoff: Q RB + VBB = RBIB + VBE + REIE (3) + VCE IB VBE - + - VBB VVBB− BE RE IE I B = (4) RRBE++( 1)
8. • Mạch thu – phát : IICB=  (5) và : VVCC=RIRICCEE + CE + (6)  +1 VVVCE= CC −(RIRIRRICCEECEC +) = CC − + (7)  VVCE CC −+(RRICEC) (8) Điểm tĩnh điều hành cho bởi ( 4), (5), (8)
9. Đường thẳng tải tĩnh • Phương trình đường Ic (mA) tải tĩnh: ICM DCLL( - 1 / (RC + RE ) VVCE CC I C = − + RRRRCECE++ ICQ Q IBQ với: V CC I CM = RRCE+ 0 VCEQ VCC VCE(V)
10. Vai trị của điện trở ổn định nhiệt RE • Khi nhiệt độ T tăng , ICBO tăng , → IC tăng → VE tăng → VBE = (VBB – VE) giảm → IB giảm → IC giảm lại để chống lại sự gia tăng nĩi trên, giử Transistor khơng hư. • Cách mắc RE được gọi là mạch hồi tiếp âm để làm mạch ổn định nhiệt và cải tiến các đại lượng khác tốt hơn( dãi thơng, tổng trở,nhiễu, biến dạng).
11. 3.Phân cực bằng điện trở cực thu-nền • Mạch điện thu-nền: VCE = RBIB +VBE (1) IB = (VCE-VBE) / RB (2) và : IICB=  (3) Mạch thu – phát: VCC= RC(IC +IB) +VCE (4) VCE =VC = VCC – RC( IC+IB) (5) Chú ý : Trong (1) nếu chưa biết VC thì phải tính từ VCC= RC ( IC + IB) + RBIB + VBE (1’). IB = ( VCC – VCE) / [ RB +(  +1)RC] (2’)
12. Đường tải tĩnh DCLL • Phương trình DCLL: Ic ( mA) VVCE CC I C = − + ICM DCLL ( - 1/ RC) RRCC ICQ Q IBQ • ICM =VCC/ RC • VCEM = VCC 0 VCEQ VCC VCE(V)
13. Vai trị của điện trở hồi tiếp RB • Để cĩ được sự ổn định nhiệt độ tốt hơn, cần kết hợp cả 2 điện trở RB và RE ( xét ở đoạn sau). • Khi nhiệt độ T tăng→ IC tăng → VCE giảm → VB giảm →IB giảm → IC giảm chống lại sự gia tăng trên, làm mạch ổn định nhiệt độ. • Đây là loại mạch thường sử dụng ở các mạch tiền khuếch đại Micro( máy vi âm)
14. 4.Phân cực bằng điện trở hồi tiếp RB và RE • Mạch thu - nền : VCC= RC(IC+IB)+ RBIB+ + VBE+ REIE (1) = RC(  +1)+RBIB + VBE+ REIE VVCC− BE I B = RRRBCE+( +1)( + ) I = I (3) C  B Mạch thu – phát: VCC= RC(IC+IB)+ VCE + REIE VCE = VCC – ( RC + RE ) IC ( 4)
15. Đường thẳng tãi tĩnh DCLL • Phương trình DCLL: Ic ( mA) VVCE CC I C = − + RRRRCECE++ DCLL( - 1/ (RC + RE) ICM • ICQ Q • ICM =VCC/ ( RC+RE) 0 VCEQ VCC VCE(V)
16. 5.Hệ số ổn định nhiệt S Khi nhiệt độ thay đổi, các thơng số transistor thay đổi như sau: ▪ ICBO tăng gấp đơi khi nhiệt độ tăng lên 10oC.[ 8oC ( Si); 12oC(Ge)]. ▪ tăng gắp đơi khi nhiệt độ tăng 50oC ( Si) ; 80oC ( Ge). o o ▪ VBE giảm theo – 2,2mV / C [ -2,5mV / C (Si); - 1,6mV / oC ( Ge) ]. Vậy dịng thu là hàm số: IC = f ( ICBO,  , VCE )
17. • Sự thay đổi dịng thu cho bởi: IIICCC   dIC(I CBO,, V BE) = dI CBO + d + dVBE IVCBO   BE • Các hệ số ổn định nhiệt: I C S I = I CBO I C S  =   I C S V = V BE
18. Hệ số ổn định nhiệt trong mạch phân cực bằng cầu phân thế và RE. • Ta cĩ: VBB = RBIB + VBE + REIE= RBIB + VBE + RE(IB+IC) = = VBE+ RBIB+REIC+REIB= VBE+ (RB+R IEB)IB+R(EIC (1)+1) I CBO IC = + (2). Thay (2) vào (1): I C  +1 VVBB=(RRIRIB + E) − CBO + BE + E C  Hay:(VVBB− BE ) =(RRIRRIRIB + E) C −( B + E)(  +1) CBO +  E C
19. • Sắp xếp lại: − = +  +11R − +  + (VVBB BE ) (RIRRIB( ) E ) C( B E)( ) CBO Hay: (VVBB− BE ) ( +1)(RRBE + ) IIC=+ CBO RRRRBEBE+( +11) +( + ) Tính được:  ++1 I C ( )(RRBE) S I == I CBO RRBE++( 1) Do : (  + 1 ) RR EB nên: (RRBE+ ) RB S I = =1 + RE RE SI càng nhỏ mạch càng ổn định ( 1- 11), SI = 11 là trị số tối ưu.
20. • Tương tự: − 1 SV = − RRRBEE++( 1) I C (RRRIB+ E)(VVBB − BE ) + B CBO S  ==  2 RRBE+( +1)  • Vì trong cơng thức vẫn cịn chứa cả ICBO, VCE,  nên ta cĩ thể tính theo cách sau: RRBE++( 1) IRRIC =(VVBB − BE ) +( B + E)( +1) CBO  Suy ra: RRRRBEBE+(21 +11) +( + ) II C2 = C1 21 I C2 RRBE++( 2 1)  = 2 IRR C1 BE++(111)
21. • Do đĩ: RRBE++( 1) IRRIC =(VVBB − BE ) +( B + E) CBO  • Hay: −RRBE(− ) +(  −  ) (RRBE+ )  I C =II C2 C1 =2 1 2 1 = II C1 C1 RRRRBEBE+(2 +11)  1 +(  2 + )  1 + I C1 (RRBE) IICC1S I ( 02) S  == +1  1 ( ) RRBE++( 2 1) 12 • Chú ý : Do cách tính các hệ số ổn định phức tạp ,nên ta chỉ xét hệ số SI của mạch trên . KHi đã giải quyết SI tốt thì các sự ổn định khác tưong đối được giải quyết.
22. 6.Phân cực transistor pnp • Thường cĩ 2 dạng phân cực thơng dụng: Chỉ nên đọc khi đã thật quen với mạch transistor npn. • Xem giáo trình ĐTCB • Xem bài tập 2.9 và 2.10 Các cách phân cực bằng nguồn ổn dịng, gương dịng sẻ xét ở chương IC
23. II.Phân cực mạch Transistor Giao hốn 1. Điều kiện phân cực giao hốn Khi ngưng (off): Ic = 0 → VCE = VCC (1) Khi bão hồ: VBE = 0,7V và ICbh) = VCC / RC ( 2) bão hồ Ic(mA) Icbh Q2 =Vcc/Rc ngưng Q1 0 VCC VCE(V)
24. Đường biểu diễn hFE theo dịng IC
25. Để cĩ bão hồ sâu ( chắc chắn bão hồ) phải cĩ: IB > IBbh (3) I Cbh Vcc Vcc I B I Cbh  RRBCI C bh bh  bh  bh RRC B (4)  01 bh  Thường chọn:   bh 0,7 hay:  =  bh 32
26. 2.Mạch Đảo ( Inverter , NOT) + a. Dạng 1: Thoả IB > IBbh →RB <  RC Vcc ▪ Khi Vi = 0V= ViL , Transistor ngưng. RC điện thế ngõ ra Vo = VoH = Vcc = logic 1 RB Vo ▪ Khi Vi = Vcc = ViH , NPN Vi Transistor dẫn bão hồ , Vo = 0V = VoL=logic 0 Ta cĩ bảng chân lý: A F được gọi là cổng NOT NOT 0 1 hay Transistor đảo A F Vi Vo 1 0
27. b. Dạng 2 + Mạch điện: Vcc Thoả điều kiện (4): R 0V → Transistor dẫn bão hồ → VO = 0,2V = VOL=logic 0 Vậy mạch là cổng NOT
28. Ứng dụng cổng NOT Mạch điều khiển LED(a),Điều khiển Rờ-le (Relay) (b): + VCC Vcc +26V 5V Vac RC 220V 220 Relay LED1 RB 26V/12mA RB 2k NPN A Q NOT Vi 2,2k Vi
29. 3. Cổng Logic họ DTL a.Cổng NAND +Vcc Gồm NOT+ AND hay AND + NOT 5V FAB= . RB RC 1k D1 10k Vo NAND B A F A D3 F A 0 0 1 D2 Q F B 0 1 1 B 1 0 1 1 1 0
30. • Phân giải cổng NAND B A Vo • 2 diod dẫn +Vcc 0V 0V Vcc=5V 5V Q ngưng RB RC D1 dẫn 0V 5V 5V 1k D1 10k Vo Q ngưng A D3 F D2 dẫn 5V 0V 5V D2 Q Q ngưng B 2 diod ngưng 5V 5V 0,2V Q dẫn bh
31. b.Cổng NOR họ DTL Gồm cổng NOT+ OR VCC + RC D1 Vo FAB=+ D3 A RB F Q D2 A R1 B A F B B F 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0
32. • Phân giải cổng OR VCC + B A Vo RC D1 2 diod ngưng, 0V 0V Vcc Vo D3 =5V A RB F Q ngưng Q D2 D1 dẫn, Q dẫn 0V 5V 0,2V B R1 5V 0V 0,2V D2 dẫn, Q dẫn 5V 5V 0,2V 2 diod dẫn,Qdẫn
33. 4.Cổng Logic họ TTL a .Cổng NOR +VCC ▪ Khi A=B=0→Q1,Q2 ngưng 5V → Vo = Vcc= VoH = logic 1 RC ▪ Khi A=Vcc , B=0→ Q1 dẫn , Q2 ngưng → Vo → Vo=O,2V = VoL = logic 0 F ▪ KHi A=0,B=Vcc → Q! ngưng, A RB B RB Q2 dẫn → Q1 Q2 → Vo= 0,2V = VoL=logic 0 ▪ Khi A=B=VCC → Q1, Q2 dẫn→ → Vo=0,2V = VoL = logic 0
34. b. Cổng NAND ngõ ra đơn cực • Mạch đơn giản ( xem hình ở sau) • Hiện nay ít sử dụng • Cách hoạt động: ➢A=B=0V : Q1 dẫn→Q2 ngưng→Vo =5V=1 ➢A=5V,B=0V: Q1 dẫn→Q2 ngưng Vo=5V ➢ A=0V,B=5V: Q1 dẫn→Q2 ngưng Vo=5V ➢A=B =5V: Q1 ngưng→Q2 dẫn→Vo=0,2V
35. Cổng NAND chuẩn (họ TTL) ▪ Khi A=B=0 →Q1dẫn→ Q2ngưng Vcc + → Q3 ngưng, Q4 dẫn→ 5V R3 → Vo = 2,4 – 3,6 V = R2 130 = VoH = logic 1 1,6k RB ▪ Khi cĩ hoặc A hoặc B xuống 0 4k Q4 → Q1 dẫn, Q2, D Q3 ngưng, Q4 dẫn Q1 Q2 A B → Vo = VoH = logíc 1 Vo ▪ KHi A=B=Vcc → nối B-E 1 ngưng, Q3 F nhưng nối C-B1 dẫn, R1 1k Q2 dẫn→ Q3 dẫn,Q4 ngưng → Vo=0,2V = VoL
36. Giai thích cách hoạt động: • KHi A=B=0V→ Vcc + 5V Q! dẫn→ Q2 ngưng→ R3 R2 130 Q3 ngưng, Q4 dẫn→ 1,6k RB 4k → VO = 2,4V – 3,6V= Q4 ON D1 = V = ON OH A D3 D C1 Q2 = logic 1 OFF E D2 B1 0V B 0.7V Vo • Khi chỉ cĩ 1 ngõ vào 2,4V Q3 F ON OFF lên cao và 1 ngõ vào thấp: R1 1k → tương tự trên VO=VOH
37. •Khi A=B = Vcc = ViH→ → nối B-E1 ngưng, Vcc nhưng nối B-C1 dẫn + 5V → Q2 dẫn→Q3 dẫn R3 R2 130 và Q4 ngưng 1,6k RB → V = 0,2V→ 4k Q4 O OFF D1 0,4V= A OFF D3 D +5V C1 Q2 = V = ON OL D2 B1 ON B 2,1V Vo = logic 0 +5V F OFF Q3 <0,4V ON R1 1k
38. Bảng sự thật Cổng NAND có ngõ cho phép ( Enable) C B A F 1 x x 1 cấm 0 0 0 1 A 0 0 1 1 B F 0 1 0 1 C 0 1 1 0
39. c. IC họ TTL • Nối 2 ngõ vào A và B của cổng NAND lại với nhau ta cĩ cổng NOT (IC họ TTL) d. Đặc tính chung (chuẩn) của họ IC TTL ViH = 2V Vcc VOH = 2,4V IiH = 40uA IOH = -400uA ViLmax = 0.8V VOLmax= 0,4V IiL=-1,6mA IOL = 16mA FAN OUT = 16mA/1,6 mA= 400uA/40uA = 10
40. FAN OUT
41. OUT IN VOHmax= 5V ViHmax = 5V NM 0,4V VOHmin=2,4VVùng không Dãi ViHmin=2V cho phép bất định NM ViLmax=0,8V VOLmax=,4V0 0,4V 0V Các đặc tính khác sẽ trình bày sau.
42. Độ miễn nhiễu(Noise immunty)-Lề nhiễu VOH VIH VOL VIL • VNH= VOHmin – VIHmin=2,4 – 2 =0,4V Khi VOH = 2,4V thúc vào cổng tải ở sau thì ,cổng này hiểu là mức cao và hoạt động đúng. Khi có xung nhiễu âm > 0,4V thì ViH 0,4V thì ViL> 0,8V nên rơi vào vùng bất định và cổng tải hoạt động sai.Xung nhiễu âm không ảnh hưởng .