Bài giảng Mạch điện tử - Chương II: Mạch phân cực và khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT

mA
Khi bảo hòa:
Ta chọn IB=60µA để đảm bảo BJT hoạt động trong vùng bảo hòa
Vậy ta thiết kế: RC=1KΩ
Page 11 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
RB=150KΩ
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:
 ton=td+tr (2.14)
td: Thời gian từkhi có tín hiệu vàođến khi IC tăngđược 10% giá trị cựcđại
tr: Thời gian để IC tăng từ 10% đến 90% giá trị cực đại.
- Khi chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng, BJT phải mất một thời gian là:
 toff=ts+tf (2.15)
ts: Thời gian từkhi mất tín hiệu vàođến khi IC còn 90% so với trị cựcđại
tf: Thời gian từ khi IC 90% đến khi giảm còn 10% trị cực đại.
Thông thường toff > ton
Thí dụ ở 1 BJT bình thường:
Page 12 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
ts=120ns ; tr=13ns
tf=132ns ; td=25ns
Vậy: ton=38ns ; toff=132ns
So sánh với 1 BJT đặc biệt có chuyển mạch nhanh như BSV 52L ta thấy: ton=12ns;
toff=18ns. Các BJT này được gọi là transistor chuyển mạch (switching transistor)
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 VB còn có thành phần xoay chiều
của tín hiệu vi(t) chồng lên.
vB(t)=VB+vi(t)
Các tụ C1 và C2 ở ngõ vào và ngõ ra được chọn như thế nào để có thể xem như nối tắt - dung
kháng rất nhỏ - ở tần số của tín hiệu. Như vậy tác dụng của các tụ liên lạc C1, C2 là cho
thành phần xoay chiều của tín hiệu đi qua và ngăn thành phần phân cực một chiều.
Page 13 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Về BJT, người ta thường dùng mạch tương đương kiểu mẫu re hay mạch tương đương theo
thông số h. Hình 2.20 mô tả 2 loại mạch tương đương này ở 2 dạng đơn giản và đầy đủ
Page 14 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
* Dạng đơn giản
* Dạng đầy đủ
Hình 2.20
Page 15 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Do đó nguồn phụ thuộc βib có thể thay thế bằng nguồn gm.vbe
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 β do nhà sản xuất cho biết
Page 16 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Trị số re được tính từ mạch phân cực:
 Từ mạch tương đương ta tìm được các thông số của mạch.
* Ðộ lợi điện thế:
Dấu - cho thấy vo và vi ngược pha
Page 17 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
 Ðể tính tổng trở ra của mạch, đầu tiên ta nối tắt ngõ vào (vi=0); áp một nguồn giả tưởng
có trị số vo vào phía ngõ ra như hình 2.23, xong lập tỉ số
Khi vi=0 ⇒ ib = 0 ⇒ βib=0 (tương đương mạch hở) nên
Chú ý: Trong mạch cơ bản hình 2.21 nếu ta mắc thêm tụ phân dòng CE (như hình 2.24) hoặc
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 RE (hình 2.26)
Page 18 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
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 RE=0
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
Page 19 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
So sánh hình 2.28 với hình 2.22 ta thấy hoàn toàn giống nhau nếu thay RB=R1//R2 nên
ta có thể suy ra các kết quả:
Chú ý: Trong mạch điện hình 2.27, nếu ta mắc thêm tụ phân dòng CE ở cực phát (hình 2.29)
hoặc nối thẳng cực phát E xuống mass (hình 2.30) thì trong mạch tương đương cũng không còn
sự hiện diện của RE
Các kết quả trên vẫn đúng khi ta cho RE=0
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
Page 20 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
* Ðộ lợi điện thế:
Page 21 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
* Tổng trở ra: : nối tắt ngõ vào (vi=0) ⇒ ib=0 và βib=0
⇒ Zo=RC//RB (2.47)
Chú ý: Cũng giống như phần trước, ở mạch hình 2.31, nếu ta mắc thêm tụ phân dòng CE vào
cực E của BJT hoặc mắc thẳng cực E xuống mass thì các thông số của mạch được suy ra khi cho
RE=0
2.10. MẠCH KHUẾCH ÐẠI CỰC THU CHUNG
Còn gọi là mạch khuếch đại theo cực phát (Emitter fllower). Dạng mạch căn bản như hình
Page 22 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
2.33 và mạch tương đương xoay chiều vẽ ở hình 2.34
Như kết quả được thấy phần sau, điểm đặc biệt của mạch này là độ lợi điện thế nhỏ hơn và
gần bằng 1, tín hiệu vào và ra cùng pha, tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra lại rất nhỏ nên tác
dụng gần như biến thế. Vì các lý do trên, mạch cực thu chung thường được dùng làm mạch đệm
(Buffer) giúp cho việc truyền tín hiệu đạt hiệu suất cao nhất.
* Tổng trở ra Zo
Nối tắt ngõ vào (vi=0), áp 1 điện thế vo ở ngõ ra
Page 23 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Chú ý:
- Mạch khuếch đại cực thu chung cũng có thể được phân cực bằng cầu chia điện thế như
hình 2.36. Các công thức trên mạch phân giải trên vẫn đúng, chỉ cần thay RB=R1//R2
- Mạch cũng có thể được mắc thêm 1 điện trở RC như hình 2.37. Các công thức trên vẫn
đúng khi thay RB=R1//R2. Tổng trở vào Zi và tổng trở ra Z0 không thay đổi vì RC không làm
ảnh hưởng đến cực nền và cực phát. RC đưa vào chỉ làm ảnh hưởng đến việc xác định điểm
tĩnh điều hành.
2.11. MẠCH KHUẾCH ÐẠI CỰC NỀN CHUNG
 Dạng mạch thông dụng và mạch tương đương xoay chiều như hình 2.38
Page 24 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Phân giải mạch tương đương ta tìm được:
2.12. PHÂN GIẢI THEO THÔNG SỐ h ÐƠN GIẢN
2.12.1 Mạch khuếch đại cực phát chung.
2.12.2 Mạch khuếch đại cực thu chung.
2.12.3 Mạch khuếch đại cực nền chung.
Việc phân giải các mạch dùng BJT theo thông số h cũng tương đương như kiểu mẫu re.
Ở đây ta sẽ không đi sâu vào các chi tiết mà chỉ dừng lại ở những kết quả quan trọng nhất của
mạch. Các thông số h thường được nhà sản xuất cho biết. Ngoài ra ta cần nhớ đến các liên hệ
giữa 2 mạch tương đương
2.12.1. Mạch khuếch đại cực phát chung
Thí dụ ta xem mạch hình 2.39a và mạch tương đương hình 2.39b
Page 25 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Phân giải mạch tương đương ta tìm được
- Tổng trở vào Zi=R1//R2//Zb (2.56)
 với: Zb=hie+(1+hfe)RE#hie+hfeRE
- Tổng trở ra: Zo=RC (2.57)
Ghi chú: Trường hợp ta mắc thêm tụ phân dòng CE hoặc mạch điện không có RE (chân E
Page 26 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
mắc xuống mass) thì trong mạch tương đương sẽ không có sự hiện diện của RE
Các kết quả sẽ là:
2.12.2. Mạch khuếch đại cực thu chung
Xem mạch hình 2.40a với mạch tương đương 2.40b
- Tổng trở vào: Zi=R1//R2//Zb
- Tổng trở ra: Mạch tính tổng trở ra như hình 2.40c
Page 27 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Thông thường hie << hfeRE ⇒ Av # 1
- Ðộ lợi dòng điện:
2.12.3. Mạch khuếch đại cực nền chung
Dạng mạch và mạch tương đương như hình 2.41
Phân giải mạch tương đương ta tìm được:
Page 28 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
2.13. PHÂN GIẢI THEO THÔNG SỐ h ÐẦY ÐỦ
Ðiểm quan trọng trong cách phân giải theo thông số h đầy đủ là công thức tính các thông số
của mạch khuếch đại có thể áp dụng cho tất cả các cách ráp. Chỉ cần chú ý là ở mạch cực phát
chung là hie, hfe, hre, hoe; ở mạch cực nền chung là hib, hfb, hrb, hob và ở mạch cực thu chung là
hic, hfc, hrc, hoc.
Mô hình sau đây là mạch tương đương tổng quát của BJT theo thông số h một cách đầy đủ,
ở đó người ta xem BJT như một tứ cực.
Khác với phần trước, ở đây độ lợi dòng điện Ai được xác định trước.
Page 29 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Nếu hoRL << 1 ⇒ Ai # hf
Ta tìm lại được dạng quen thuộc Zi=hi nếu số hạng thứ hai rất nhỏ so với số hạng thứ nhất
- Tổng trở ra Zo
Là tỉ số của điện thế ngõ ra và dòng điện ngõ ra khi ngõ vào nối tắt (vs=0)
Page 30 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....
Ta sẽ tìm lại được dạng quen thuộc Zo=1/ho khi số hạng thứ hai (của mẫu số) không đáng
kể so với số hạng thứ nhất.
Giảng viên: Trương Văn Tám
Page 31 of 312
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\2....