Bài giảng Liên kết điện tử

vEc Ev EFEF (a) (b) (c) (d) pp ΔEc GaAs AlGaAsAlGaAs ppn+ ~ 0.2 μm AlGaAsAlGaAs GaAs Fig. 6:46: (a) A double heterostructure diode has two junctions which are between two different bandgap semiconductors (GaAs and AlGaAs). (b) A simplified energy band diagram with exaggerated features. EF must be uniform. (c) Forward biased simplified energy band diagram. (d) Forward biased LED. Schematic illustration of photons escaping reabsorption in the AlGaAs layer and being emitted from the device. Ge Si GaAs Current Voltage~0.1 mA 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Fig.6.4: Schematic sketch of the I-V characteristics of Ge, Si and GaAs pn Junctions From Principles of Electronic Materials and Devices, Second Edition, S.O. Kasap (© McGraw-Hill, 2002) • LED áp dụng trong các mạch: ƒ Chỉ báo, hiển thị ƒ LED 7 đoạn trong các máyphát , máy đo… Diod phát – thu hồng ngoại Là những diod phát- diod thu quang với bức xạ trong lãnh vực hồng ngoại .( bước sóng khoảng1.000nm) Được sử dụng trong các mạch báo động , điều khiển, phát – thu tín hiệu, dữ liệu có tính bảo mật. 8.Diod LASER ƒ Diod khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ của phát xạ kích thích ( Light Amplication by StimulatedEmission of Radiation – LASER). ƒ Giống như diod nối nhưng có thêm bộ phận làm đảo mật độ dân số và cọng hưỡng tạo ra ánh sáng kết hợp có cừơng độ lớn và bức xạ thành chùm tia tập trung rất nhỏ. ƒ Áp dụng trong thông tin sợi quang, kênh không gian(không giây), trong các máy CD, VCD, DVD, mạng máy tính… From Principles of Electronic Materials and Devices, Second Edition, S.O. Kasap (© McGraw-Hill, 2002) Height, H Width W Length, L Fabry-Perot cavity Dielectric mirror Diffraction limited laser beam Polished face Current Dielectric mirror Optical cavity containing active layer Fig. 6.56: A semiconductor lasers have an optical cavity to build-up the required electromagnetic oscillations. Bộ ghép quang(Optrons;Optoisolators;Optocouplers) ƒ Ghép nối LED và linh kiện thu quang vào chung trong một vỏ kín nhằm truyền tín hiệu có tín bảo mật hoặc có độ cách ly điện tốt hơn biến thế ( 1015 Ohm; 7.500V ), tránh nhiễu điện từ xen vào tín hiệu, dữ liệu truyền đi. ƒ Các linh kiện thu quang là : diod, transistor, FET, SCR,DIAC …quang ƒ LED Diod quang (thu); photodiod Các mạch diod • I. Mạch chỉnh lưu • 1.Chỉnh lưu bán kỳ( H.1) VDC 0 II 2II - VODC + = Vpsinwt Vi D RL IL Các công thức { } { } { } 2 0 0 2 0 0 1 1 sin ( ) 2 sin 0 2 cos 1 1 2 2 0,318 0, 45 * 0,318( ) T LDC pi p p p p p LDC p Lhd p LDC p D dt td tV VT V td t d t V V Vt V V V V V V V V v π π π π π ω ωπ ω ω ωπ ωπ π π π π = = = = + = = − = + = = = = = = = − ∫ ∫ ∫ ∫ 2.Chỉnh lưu toàn kỳ ( toàn sóng) a. Chỉnh lưu toàn kỳ 2 diod Vip Vipn1: n2 D1 D2 VL RL i1 i2 Công thức chỉnh lưu toàn kỳ { } { } { } 2 0 0 2 0 2 0 1 1 sin ( ) 2 sin sin 2 2 2cos ( cos 1 1 2 2 2 0,636 0,9 )2( * 0,636 )( T LDC pi p p p p p LDC p Lhd Dp LDC Dp dt td tV VT V td t td t V V Vt t V V V V V V VV V v π π π π π π π ω ωπ ω ω ω ωπ ω ωπ π π π π = = = = + = = − + − = + = = = = = −= = − ∫ ∫ ∫ ∫ b.Cầu chỉnh lưu ( 4Diod) Xét mạch chỉnh lưu toàn kỳ 4 diod : VoDC D4 D2D3 D1 =Vpsinwt Viac 50Hz Bridge RL ILDC Bán kỳ dương VL IL1 VD1 0 II VD3 RL Bán kỳ âm 0 II 2II VD4 RL IL2 VD2 3.Cách hoạt động của mạch : • Mạch được sử dụng khi chỉnh lưu trực tiếp từ nguồn điện cung cấp, hoặc khi cuộn thứ cấp không có điểm giữa. ƒ Bán kỳ dương: Diod D1 và D3 phân cực thuận nên dẫn ,D2 và D4 phân cực nghịch nên ngưng.Có dòng i1 qua diod D1 –tãi RL – D3 . ƒ Bán kỳ âm: Diod D2 và D3 phân cực thuận nên dẫn.D1 và D3 ngưng. Có dòng i2 qua D2- RL-D4. Công thức : ( )2 2 / 2 /LDC ODC ip D ipV V V V Vπ π≡ = − ≅ Mạch điện chỉnh lưu bán kỳ cĩ lọc VoDC =Vpsinwt Viac 50Hz RL ILDC + C D 3.Mạch lọc a. Mạch lọc trong chỉnh lưu bán kỳ ƒ Do tụ lọc có trị số lớn,nên dạng sóng nạp nhanh và xả chậm , nên dạng sóng ra khá thẳng ( phẳng) ƒ Ta có hình vẽ sau ( với cách vẽ phóng đại): ƒ Vcmax =Vp Vrp Vrpp 0 II Vcmin VLDC 4II Công thức chỉnh lưu và lọc • Theo hình vẽ ta có : • Với điện thế tụ xã cho bởi: • m ax m in m ax m in 2 c c L D C rp p c c V VV V V V += = − ( ) Lt t CRC p ptV V e V eτ− −= = Do thời hằng rất lớn nên ta có T2/ RLC rất bé, ta có thể khai triển theo cấp số Taylor với biến x bé như sau Ta có: Điện thế trung bình ngõ ra: LCRτ = ( ) ( ) 2 2 2 2min 2 211 ... 2! 1 C c p L L p L TTV V VT T CR CR TV CR ⎛ ⎞⎜ ⎟= = − + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎛ ⎞≅ −⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ ( )2 2 1 1 2 2 p p L LDC p L TV V C TRV V CR + − ⎛ ⎞= = −⎜ ⎟⎝ ⎠ *Và tính được điện thế dợn sóng đỉnh đỉnh: Và trị số đỉnh điện thế dợn sóng( bán kỳ): Do thời gian xả T2 rất lớn xem như bằng chu kỳ T, ta được( T = 1/f = 1/50 ): ( ) ( )2 2 2 1 2 2 rpp p p p L L rpp p rp L T TV V V VC CR R V V T V CR = − − = = = 1 0 , 0 11 1 2 0 , 0 11 2 L D C p p L L p r p p L L V V Vf C CR R V V V f C CR R ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ = = b.Mạch lọc trong chỉnh lưu toàn kỳ • Tương tự ta có: • Ta có dạng sóng ngõ ra: VoDC D4 D2D3 D1 =Vpsinwt Viac 50Hz Bridge RL ILDC + C ƒ Dạng sóng ngõ ra mạch chỉnh lưu và lọc toàn kỳ: Vcmax = Vp Vrp Vrpp VLDC T2 =T Vcmin Do thời gian xã điện gần bằng nữa chu kỳ T2 = T/2 = 1/2f nên thay vào công thức trên ta có kết quả: • Điện thế trung bình ngõ ra: • Trị số đỉnh điện thế dợn sóng: 1 0 , 0 0 51 1 4 0 , 0 0 51 4 L D C p p L L p r p p L L V V Vf C CR R V V V f C CR R ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ = = 0 , 0 0 51 4 p r p p L L V V V f C CR R = = Chú ý: Khi có Vp(hay Vop) nhõ, ta phãi kể đến VD và thay Vop bằng ( Vop’): ƒ Mạch chỉnh lưu và lọc 1 bán kỳ và toàn kỳ 2 diod: • VopỈ Vop’=Vip – VD ƒ Macïh lưu toàn kỳ 4 diod ( cầu chỉnh lưu): • Vop Ỉ Vop’ = Vip – 2VD Thành phần dợn sĩng (AC) 2 2 2 3 ( ) 20 0 3 3 1 1 3 3 3 r T T rp rp r hd rp V Vt dt tV T T T T v VT T ⎛ ⎞⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠ ∫ • Trị hiệu dụng điện thế dợn sĩng Điện thế xã cĩ dạng sĩng tam giác r p r V tv T = Hệ số dợn sóng r • Định nghĩa: • ( )( ) ( )( ) 2 2 ( ) ( ) 2 1 3 3 2 1 ; 2 1 23 43 p L r p p r p pr h d r p d L p L D C d t k L p d b k L V T CR V V T VV V f CR V V V f CR CR = = = = = ⇒r h r h r h r V V V = = Kết quả: Với f = 50Hz ™Chỉnh lưu bán kỳ: ™Chỉnh lưu toàn kỳ: ( )( ) ( ) 658001 10 ( ) ( ) ( )3 2 LL r bk C Ff C RR − = = Ω ( )( ) ( ) ( ) 629001 10 ( ) ( ) ( )3 4 0,29 ( ) ( ) ( % LL L r tk C Ff C RR C F tk rR − = = Ω = Ω III. Bộ cấp điện DC 1.Bộ cấp điện đơn giản ƒ Macïh gồm các thành phần chủ yếu sau: • VAC Điện thế khu vực ƒ Trong hầu hết các thiết bị điện tử bán dẫn đều sử dụng biến thế hạ thế . Biến thế Ch.lưu Lọc Tải ¾Cách phân giải mạch tương tự như đã khảo sát ở trên. Trong thưcï tế( thiết kế) phải xét đến các chỉ tiêu kỹ thuật sau: Biến thế: ƒTỉ số vòng: V2 / V1 = n2 / n1 ƒDòng điện : I1 / I2= n2 / n1 ƒCông suất : P1 = P2Ỉ V1I1 = V2 I2 ¾Diod chỉnh lưu hoặc cầu diod: ƒ Điện thế cưcï đại, PIV ƒ Dòng điện cưcï đại, Isurge ƒ Công suất, dải nhiệt độ ¾ Tụ điện lọc: ƒ Trị số điện dung C ƒ Điện thế làm việc ( W.V) 2.Bộ cấp điện ổn định đơn giản a.Mạch điện: Rs điện trở giới hạn dòng RL điện trở tải =VLDC VoDCViDC Vz Rs RL I1 IL Iz Các cơng thức mạch ổn áp Zener • Điện thế ngõ ra: VODC = VLDC = VZ • Dịng điện: I1 = IZ + IL Ỉ IZ = I 1 - IL I1 = (ViDC – VZ) / RS IL = VLDC / RL • Cơng suất tiêu tán :PZ= VZ IZ < PZM PRS = I 12 RS PL = VL2 / RL Điều kiện để Zener hoạt đông • Khi chưa mắc diod Zener phải có: ƒ Khi có mắc diod Zener , ta có: • • ( )LLDC iDC Z L S R IV V V R R = >+ ( ) ODC Z ZM Zk Z ZM Z V V P III I I V = < < = Điều kiện thiết kế mạch ổn áp a) Chọn Rs để diod Zener luôn hoạt động trong 2 điều kiện xấu nhất là có cùng một lúc các trường hợp sau: + ViDCmin và ILmax: min max min min min max (1) iDC Z Z L ZK Z S iDC Z S Z L V VI I I I R V VR I I −= − ≥ = −⇒ ≤ + + ViDCmaz và ILmin ( ) ( ) max mi max min ma n ma x min min x max max mi m n ax (2) 1 2 iDC iDC ZZ S Z L Z L iDC Z Z L Z S iDC Z S Z L V VI I V V V VR I R V VR I I I I I I − − − = − ≤ ⇒ ≥ + ≤ +⇒ ≤= − + 2. Chọn Rs khi có tải hở • Khi tải hở IL=0 và do đó IZ = I1max : • Ta cũng có thể xét trực tiếp điều kiện công suất : • • max 1max iDC Z Z ZM S V VI I I R −= = ≤ Z Z Z MZVP I P= ≤ Các đại lượng đặc trưng Ta cĩ các định nghĩa sau: Do diod Zener thực tế cĩ điện trở rz nên điện thế ngõ ra : VoDC = Vz + Izrz (1) thay vào cơng thức I1 = IZ+IL (2) ta được: iD C o D C o D C z L s z V V V V I R r − −= + (3)z s LoDC iDC Z z s z S r RV V V I r R r R = + ++ + VoDC + VZ rz IzVz ZZV I=Δ Δ Suy ra: ƒ Hệ số điều thế: Sv = dVODC / dViDC = [rz /( rz + Rs )] ƒ Độ ổn định điện thế ra: VR = dVODC / VODC = = [rz /( rz + Rs )][dViDC/VODC] ƒ Tổng trở ra : Ro = dVODC / IODC = rz // Rs=[rzRs/( rz + Rs )] ƒ Hệ số truất thải dợn sĩng: RRR(dB) = 20log(Vri / Vro) = 20log[(RS + rz)/ rz] IV.Mạch xén (cắt) • 1.Mạch xén song song a.Mạch xén trên • Vi > 0,6V: Diod dẫnỈ Vo = VD = +0,6V • Vi < 0,6V: Diod ngưngỈ Vo = Vi ( bán kỳ âm) VoVi DIODE 1k sin 1/2 b.Mạch xén dưới • Vi > 0,6V: Diod ngưngỈ Vo = Vi ( bán kỳ dương) • Vi > 0,6V: Diod dẫnỈ Vo = VD = - 0,6V VoVi DIODE 1k sin 1 c. Mạch xén trên và dưới • Vi > 0,6V: Diod D2 dẫnỈ Vo = +0,6V • Vi < 0,6V: Diod D1 dẫnỈ Vo = - 0,6V VoVi D2D1 Rs 2.Mạch xén dùng diod Zener a. Mạch xén trên Vi > 0 : Diod Zener phân cực nghịch dẫn huỷ thácỈ Vo = Vz Vi < 0 : Diod Zener phân cực thuận , dẫn như diod thườngỈ Vo = - 0,6V VoVi Rs ZENER Vz -0,6V b.Mạch xén dưới VoVi Rs ZENER -Vz 0,6V ƒ Vi > 0 : Diod Zener phan cực thuận , dẫn như diod thườngỈ Vo = + 0,6V ƒ Vi < 0 : Diod Zener phan cực nghịch dẫn huỷ thacỈ Vo = - Vz C.Mạch xén trên và dưới Vi >0: Diod Zener 2 dẫnỈ Vo = +Vz2 Vi< 0: Diod Zener 1 dẫnỈ V0 = - Vz1 VoVi Vz2 - Vz1 Rs Vz2 Vz1 V.Mạch nâng ƒ Là mạch cộng thêm thành phần DC vào tín hiệu AC. ƒ Mạch gồm C,R và diod.Thường chọn thời hằng RC >> 10 T ƒ Cĩ nhiều dạng mạch tuỳ theo cách mắc diod. 1.Mạch nâng điện thế DC dương Ở bán kỳ âm, diod dẫnỈVo = - 0,7V Ở bán kỳ dương tiếp theo diod ngưngỈtụ C nạp đầy với điện thế (Vp-VD)+Vp – VD = 9,3V+10 – 0,7 = 19,3V Điện thế trung bình 10-0,7 = 9,3V Vo C RD -10V +10 -0,7V +19,3V 3. Mạch nâng cĩ phân cực trước • Bán kỳ âm:Vi < - 5V, Diod ngưngỈVo = - (VD +VDC) = - (0,7V+4,3V) = - 5V • Bán kỳ dương tiếp theo: Diod ngưngỈ tụ nạp đầy 10V +5V= 15V Vậy tín hiệu ra vẫn 20Vpp nhưng với trị trung bình +5V. ¾ Mạch thường dùng để nâng điện thế thềm của tín hiệu video trong truyền hình. Vo C RD -10V +10 -5V +15V + 4,3V 2. Mạch nâng điện thế DC âm Ở bán kỳ dương, diod dẫnỈ Vo = + 0,7V Ở bán kỳ âm tiếp theo diod ngưngỈtụ C đầy với điện thế -[(Vp-VD)+Vp – VD ]= -(9,3V+10 – 0,7) = -19,3V Điện thế trung bình – (10-0,7) = -9,3V Vo C R D -10V +10 -19,3V +0,7V 3.Cổng logic dùng diod a.Cổng AND : F = A.B F = 1 khi và chỉ khi cĩ 2 ngõ vào đều ở mức cao,F = 0 khi cĩ 1 ngõ vào xuống thấp. Với : 1 = mức cao = 4.3 – 5 V 0 = mức thấp = 0 – 0,7V B A F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 F VCC Vo B AF B A D1 D2 R • Phân giải cổng AND 2 diod D1, D2 đều dẫn D1 dẫn, D2 ngưng D1ngưng, D2 dẫn D1 và D2 đều ngưng B A Vo 0V 0V 0,7V 0V 5V 0,7V 5V 0V 0,7V 5V 5V 5V b.Cổng OR: F= A +B • F = 1 Khi chỉ cần cĩ 1 biến lên mức cao . • Mức cao = 4,3 – 5 V • Mức thấp = 0V B A F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Vo B AF B A D1 D2 R Phân giải mạch cổng OR Diod D1 và D2 ngưng D1 dẫn, D2 ngưng D1 ngưng, D2 dẫn D1 và D2 đều dẫn B A Vo 0V 0V 0V 0V 5V 4,3V 5V 0V 4,3V 5V 5V 4,3V Điện tử cơ bản Ch. 3 Transistor lưỡng cực nối (Bipolar junction Transistor) I. Cấu tạo • Gồm 2 nối tiếp xúc ghép xen kẽ nhau. • Cĩ 2 loại Transistor nối: npn và pnp (h. 1) • C C C C • n p • B B B B • p n • n p • E E E E loại npn loại pnp Sự phân bố điện tích cân bằng nhiệt động n p n - - - - + + + - - - - - - - - + + + - - - - - - - - - - - - - Ei + Ei - - - - - - + - - - vùng hiếm vùng hiếm - - - - - - II. Các kiểu hoạt động-Phân cực • Cĩ 4 kiểu phân cực Nối phát-nền EB tùy theo cách cấp điện phc.ngược phc. thuận -Ngưng -Bão hồ Nối phc.ng -Tác động thuận thu-nền -Tác động nghịch CB Ngưng (Off) Tác động thuận (Forward active) Tác động nghịch ( Reverse active) Bảo hồ ( On Saturation ) phc. th 4 kiểu hoạt động của BJT 1.Cả 2 nối EB và CB đều phân cực nghịch : Do 2 nối đều ngưng dẫnỈ BJT ngưng dẫn Eex Eex (off) n p n vùng hiếm rộng VEE VCC Ei Ei 2.Cả 2 nối EB và CB đều phân cực thuận: Do 2 nối đều dẫn các hạt tải cùng chạy vào vùng nền.Mà vùng nền hẹp nên bị tràn ngập các hạt tảiỈ BJT dẫn bão hịa(On). • Eex Eex vùng hiếm hẹp • VEE VCC Ei Các kiểu hoạt động trên khơng sử dụng riêng biệt mà kết hợp nhau trong hoạt động giao hốn ( chuyển mạch) • Ic • Q1 • Q2 VCE 3.Phân cực thuận EB, Phân cực nghịch CB: Do tác động của điện trường ngồi,các điện tử tự do bị đẩy vào cực nền. Tại đây do cực nền hẹp nên cĩ chỉ 1 số ít đttd bị tái kết, đa số đttd cịn lại đều bị hút về cực thuỈ BJT dẫn mạnh ( kiểu tác động thuận rất thơng dụng trong mạch khuếch đại) . Engồi Engồi - + - + InE E i Ei InC I E IpE ICO IC + - + VEE IB - + VCC ự g ị , p ự ậ Cách hoạt động giống như ở kiểu 3 nhưng các hạt tãi di chuyển theo chiều từ cực thu sang cực phát . Do cấu trúc bất đối xứng các dịng thu và dịng phát đều nhõ hơn ở kiểu tác động nghịchỈ BJT dẫn theo kiểu tác động nghịch. . n p n Eex Eex Ei Cách phân cực tác động nghịch này ít được sử dụng , ngoại trừ trong IC số do cấu trúc đối xứng nên các cực thu C và cực phát E cĩ thể thay thế vị trí cho nhau. Chú ý: 1.Trong phần khảo sát transistor hoạt động khuếch đại ta xét đến kiểu tác động (BE phân cực thuận, CB phân cực nghịch) 2.Phần hoạt động giao hốn sẽ xét đến sau. 3.Biểu thức dịng điện trong BJT • Theo định luật Kirchhoff ta cĩ: IE = IB + IC (1) • Theo cách hoạt động của BJT vừa xét cĩ: IE = InE + IpE = InE (2) IC = Inc + Ico (3) Gọi hệ số truyền đạt dịng điện phát – thu : số đ t td đến cực thu InC InC sốđttd phát đ từ cực phát InE IE Thay vào (3) cho: Ic = IE + ICO = IE + ICBO (4) α α α α α • Hệ số truyền dịng điện rất bé cơng thức (4) thường chỉ sử dụng trong cách ráp cực nền chung ( CB). • Trong các trường hợp thơng dụng khác ( như cách ráp CE) ta chuyển đổi thành dạng như sau bằng cách viết lại thành: • Với: ( )9998,095,01 ÷≤α ( )1 1 (5) 1 1C BB CO CO II II Iα β βα α= + = + +− − αβα αβ −=+−= 1 11; 1 Nhận xét • Độ lợi dịng(độ khuếch đại) rất lớn ( 20 – 500) • Dịng rĩ rất bé ở nhiệt độ bình thường nhưng lại tăng nhanh theo nhiệt độ . • Ở nhiệt độ bình thường ( nhiệt độ trong phịng),ta cịn lại biểu thức đơn giản : IC = IB ( 6) • Tổng quát ta cĩ thể sử dụng (1) và (6) trong các phép tính phân giãi và thiết kế mạch trasnsistor. β ( ) ( )1 1EO CO CBOI I Iβ β= + ≈ + β 1. linh kiện điều khiển băng dịng điện. 2. linh kiện điều khiển bằng hạt tải thiểu số. 3. TRANSISTOR là chử viết tắt của từ TRANSfert resISTOR (Điện trở chuyển ). 4.Đối với transistor loại pnp, cách lý luận về hoạt động cũng giống như ớ transistor npn nhưng thay đttd bằng lổ trống, nên chiều dịng điện ngược lại. Chú ý:Transistor cịn được gọi là: III.Các cách ráp và Đặc tuyến V-I • Cĩ 3 cách ráp (xác định từ ngõ vào và ngõ ra của mạch transistor) : CB, CE, CC ( EF) 1. Cách ráp cực nền chung (CB) vo + - vi Q RE RC Ci Co RL + VEE + VCC 2.Cách ráp cực phát chung ( CE) Do: Tín hiệu vào nền – phát BE Tín hiệu ra thu – phát CE Cả 2 ngõ vào và ra cĩ cực phát chung Vo+ - vi Q RB RC Ci Co RL + VBB + VCC 3. Cách ráp thu chung (CC hay EF) • Mạch điện • Hoặc: Vo + - vi Q RB RE Ci Co + VBB + VCC Vo+ - vi Q RB RE Ci Co RL + VBB + VCC 4. Đặc tuyến cách ráp CE • Gồm cĩ 3 dặc tuyến thơng dụng sau: a. Đặc tuyến vào IB = f ( VBE) VCE = Cte IB( mA) VCE= 1V 2V 4 Q 0 0,7 VBE ( V) b. Đặc tuyến ra IC = f ( VCE ) IB =Cte vg bảo hồ vùng tác động IC ( mA) 60uA 6 IB = 50uA 40uA 4 QB 30uA QA 20uA 2 10uA 0uA 0 5 10 15 20 25 VCE (V) vùng ngưng ( cut off) C. Đặc tuyến truyền IC = f ( IB) VCE = Cte Ic ( mA) • Trong dãi thay đổi nhõ của IB,IC thay đổi tuyến tính. • Khi dịng IB lớn , IC khơng cịn tuyến tính ( sẽ xét trong chương 0 IB ( A) mạch khuếch đại) μ 4.Độ lợi (độ khuếch đại) dịng • Tại điểm tĩnh điều hành QA ta cĩ: • Tại điểm tĩnh điều hành QB, ta cĩ: 3 6 3,8 3,810 95 40 4010A C Q B mAI AI β μ − −= = = = 3 6 4,2 4,210 105 40 4010 C QB B mAI AI β μ − −= = = = Đường thẳng tải tĩnh ( DCLL) • Phương trình đường thẳng tãi tĩnh : Từ ( 5) viết lại: IC = ( VCC – VCE)/ RC = -VCE / RC + VCC /RC ( 7) Đường tải tĩnh đựợc vẽ trên đặc tuyến ra qua 2 điểm xác định sau: Cho IC = 0 Ỉ VCEM = VCC (Điểm M) Cho VCE = 0 Ỉ ICM = VCC/ RC (Điểm N) nối 2 điểm M và N lại ta cĩ được đường tải tĩnh • Giao điểm đường tải tĩnh và đường phân cực IB chọn trước cho ta trị số điểm tĩnh Q. Đường thẳng tải tĩnh • Vẽ Ic (mA) ICM = Vcc/Rc ICQ Q 0 VCEQ VCEM= VCC VCE(V) IV . Mạch phân cực cơ bản • Mạch phân cực bằng 2 nguồn cấp điện riêng: Tính được trị số điểm Q: VBB = RB IB + VBE (1) IB = ( VBB- VBE) / RB (2) IC = IB (3) VCC = RCIC + VCE (4) Ỉ VCE = VCC- RCIC (6) VBE VCE QRB RC + VBB + VCCIB IC β IC ( mA) Bão hồ 60uA 6 IB = 50uA IBQ =40uA 4 o QB 30uA 20uA 2 ngưng 10uA 0uA 0 5 10 15 20 25 VCE (V) VCEQ VCC Thí dụ : Với Vcc=18V; Rc = 3k , dịng IBQ = 40uA Tính được Q ( IC = 4mA , ( VCE = 6V , ( VBE = 0,7V cho trước Ω Vai trị của đường thẳng tải tĩnh • Phân giải mạch Transistor. • Xác định điểm tĩnh điều hành Q. • Cho biết trạng thái hoạt động cũa transistor ( tác động, bão hồ, ngưng). • Mạch khuếch đại cĩ tuyến tính hay khơng. • Thiết kế mạch khuếch theo ý định ( chọn trước điểm tĩnh Q , tính các trị số linh kiện) Chú ý: • Độ lợi dịng điện thay đổi theo vị trí điểm tĩnh điều hành Q. • Điểm tĩnh điều hành Q thay đổi vị trí theo điện thế phân cực transistor và cịn thay đổi theo tín hiệu xoay chiều ( AC) tác động vào mạch . • Ta sẽ xét các dạng mạch phân cực (DC) khác ở chương 4 và sự khuếch đại trong chế độ động ( AC) ở chương 5 . • Độ lợi dòng • Theo hình trên ta có: • IC = 4 mA và IB = 40 A • Tính được độ lợi dòng : o Transistor có tính khuếch đại dòng o Độ lợi dòng có thể tính nhanh từ đồ thị. • μ 4 100 4 CQ BQ mAI AI β μ= = = Độ lợi dịng và thế ở chế độ động (AC) • Xét đồ thị sau • Ta cĩ: - Độ lợi dịng - Độ lợi thế ( ) ( )2 12 1 4 2 100 40 20 C C C i ac B B BQ Q mAI I I A I I I A β μ −Δ −= = = = =Δ − − 2 1 2 1 6 12 200 0,68 0,65 CE CECE v BE BEBE QQ V V VA V V V Δ − −= = = =−Δ − − Phân giải bằng đồ thị iC ( mA) iB (uA) 6 IB= 60uA 60 ic 4 40 40 ib ICQ Q IBQ Q 2 20 20 0,68 0 5 10 15 20 vCE 0,65 V(BEQ vBE(V) VCEQ VCC vbe vce Điện tử cơ bản Chương 4 . Mạch phân cực Transistor lưỡng cực nối 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: ¾ Khuếch đại ¾ Giao hốn tùy theo dạng mạch ta cĩ cách phân cực tương ứng . 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) + - VCE + VBE - + Vcc Q RB RC IB IC IE β 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) Phân cực cố định có RE Ta có: Khi T tăng, IC tăngỈ VE =REIE tăngỈVBEgiảmỈIB giảmỈ IC giảm lại, cân bằng lại. ( ) ( ) ( ) 1 1 B B E E B B ECC BE BE CC BE B B E C B C C ECE CC V V VR I R I I R R V VI R R I I V V I R R β β β = + + = + + + ⇒⎡ ⎤⎣ ⎦ −= + + = = − + RE là điện trở ổn định nhiệt 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. + VCC Q R1 R2 Rc RE Mạch điện tương đương • Theo định lý Thevenin: VBB = [R2 / (R1+ R2)] VCC (1) RB = R1R2 /( R1+R2) (2) • Theo định lý Kirchhoff: VBB = RBIB + VBE + REIE (3) (4) + VBE + VCE -- VCC QRB RC RE + VBB IB IC IE ( )1BB BEB B E V VI R Rβ −= + + • Mạch thu – phát : và : Điểm tĩnh điều hành cho bởi ( 4), (5), (8) (5)C BI Iβ= ( ) ( ) (6) 1 (7) (8) C C E ECC CE C C E E C E CCE CC CC C E CCE CC V VR I R I V V VR I R I R R I V V R R I β β = + + ⎡ ⎤⎛ ⎞+= − + = − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦ − + Đường thẳng tải tĩnh • Phương trình đường Ic (mA) tải tĩnh: ICM DCLL( - 1 / (RC + RE ) ICQ Q IBQ với: 0 VCEQ VCC VCE(V) CE CC C C E C E V VI R R R R =− ++ + CC CM C E VI R R = + Vai trị của điện trở ổn định nhiệt RE • Khi nhiệt độ T tăng , ICBO tăng , Ỉ IC tăngỈ VE tăngỈ VBE = (VBB – VE) giảmỈ IB giảmỈ 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). 3.Phân cực bằng điện trở cực thu-nền • Mạch điện thu-nền: VCE = RBIB +VBE (1) IB = (VCE-VBE) / RB (2) và : (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’) C BI Iβ= β + - VCE + VBE - + Vcc QIB IC IE RB RC +IBIC Đường tải tĩnh DCLL • Phương trình DCLL: Ic ( mA) ICM DCLL ( - 1/ RC) ICQ Q IBQ • ICM =VCC/ RC • VCEM = VCC 0 VCEQ VCC VCE(V) CE CC C C C V VI R R = − + 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 tăngỈ IC tăngỈ VCE giảmỈ VB giảmỈIB giảmỈ 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) 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 IC = IB (3) Mạch thu – phát: VCC= RC(IC+IB)+ VCE + REIE VCE = VCC – ( RC + RE ) IC ( 4) β ( )( )1CC BEB B C E V VI R R Rβ −= + + + β + - VCE + VBE - + Vcc QIB IC IE RB RC +IBIC RE Đường thẳng tãi tĩnh DCLL • Phương trình DCLL: Ic ( mA) DCLL( - 1/ (RC + RE) ICM • ICQ Q • ICM =VCC/ ( RC+RE) 0 VCEQ VCC VCE(V) CE CC C C E C E V VI R R R R = − ++ + 5.Hệ số ổn định nhiệt S Khi nhiệt độ thay đổi, các thơng số transistor thay đổi như sau: ƒ ICBO tăng gấp đơi khi nhiệt độ tăng lên 10oC.[ 8oC ( Si); 12oC(Ge)]. ƒ tăng gắp đơi khi nhiệt độ tăng 50oC ( Si) ; 80oC ( Ge). ƒ VBE giảm theo – 2,2mV / oC [ -2,5mV / oC (Si); - 1,6mV / oC ( Ge) ]. Vậy dịng thu là hàm số: IC = f ( ICBO, , VCE )β β • Sự thay đổi dịng thu cho bởi: • Các hệ số ổn định nhiệt: ( ), , C C C E CBO BE CBOC BE CBO I I IdI V dI d dI VBI Vββ β ∂ ∂ ∂= + +∂ ∂ ∂ C CBO C C BE I V IS I IS IS V β β ∂= ∂ ∂= ∂ ∂= ∂ 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+RE)IB+REIC (1) IC = + (2). Thay (2) vào (1): Hay: BIβ ( )1 CBOIβ + ( ) 1CB E CBO E CBB BEIV VR R I R Iββ β ⎡ ⎤⎛ ⎞+= + − + +⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦ ( ) ( ) ( )( )1B E C B E CBO E CBB BEV V R R I R R I R Iβ β β− = + − + + + • Sắp xếp lại: Hay: Tính được: Do : nên: SI càng nhỏmạch càng ổn định ( 1- 11), SI = 11 là trị stối ưu. ( ) ( ) ( )( ) ( ) 1 1 1 B EB B B E C C B O B E B E V V R R I I R R R R β β β β − + += ++ + + + ( )( ) ( ) 1 1 C B E I CBO B E R RIS I R R β β + +∂= =∂ + + ( )1 E BR Rβ + ( ) 1B E BI EE R R RS RR += = + ( ) ( )( ) ( )( )1 1B C B E CBOBB BE ERV V R I R R Iβ β β− = + + − + + • Tương tự: • Vì trong cơng thức vẫn cịn chứa cả ICBO, VCE, nên ta cĩ thể tính theo