Giáo trình môn Điện tử cơ bản

g bán dẫn P, electron nhận năng lượng của điện trường chuyển trạng thái từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao, electron ở trạng thái kích thích chuyển xuống mức năng lượng tự phát rồi chuyển xuống mức năng lượng thấp và phát xạ ánh sáng có năng lượng bằng h.f (h: hằng số Plack, f : tần số ánh sáng). Khi xảy ra hiện tượng tái hợp giữa electron với lỗ trống, electron di chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị. Năng lượng của photon tương ứng với sự chuyển dời này được xác định bởi độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn, nó tuỳ thuộc vào vật liệu làm điốt phát quang. Thông số đặc trưng của LED. Độ dài bước sóng ánh sáng phát ra: Thông thường LED không phát ra một bước sóng duy nhất mà nó phát ra một khoảng bước sóng tương đối hẹp. Vì vậy mỗi loại LED thường phát ra một màu sắc nhất định. Chỉ những LED đặc biệt mới phát ra ánh sáng nằm trong vùng không gian nhìn thấy. Người ta có thể chế tạo LED nhiều màu phụ thuộc vào điện áp lối vào hay điện áp mạch điều khiển. Độ dài bước sóng phát ra phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn chế tạo ra nó. Công suất của LED: Đối với các LED phát ra ánh sáng mà mắt thường có thể nhìn thấy được thì công suất từ 100 đến 120 mW, còn các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại thì công suất đạt từ 100 đến 500 mW. Dòng điện và điện áp sụt trên linh kiện: Các LED phát ra ánh sáng nhìn thấy được có dòng điện chạy qua nó khoảng vài mA. Bảng một số thông số của các Điôt phát quang Màu Bước sóng Vật liẹu UD (10mA) Công suất (mW) Hồng ngoại 900 GaAs 1,3-1,5 100-500 Đỏ 655-665 GaP,GaAsP 1,6-1,8 100 Vàng 583 GaP,GaAsP 2,0-2,2 120 Xanh 565 GaP 2,2-2,4 120 Trong kỹ thuật điện tử để tiện cho công việc hiển thị người ta chế tạo ra LED 7 thanh để hiển thị số và ký tự, LED 7 thanh được tạo bằng cách nối 7 điốt phát quang theo sơ đồ chung một cực Anốt(gọi là anốt chung) hoặc chung một cực catốt(gọi là catốt chung) Đặc trưng vôn-ampe của LED. Cách mắc: Để LED hoạt động được phải mắc LED theo chiều phân cực thuận và phảI mắc nối tiếp một điện trở R để hạn chế dòng qua LED khỏi lớn quá giới hạn dòng cho phép. Giá trị của điện trở được xác định tuỳ theo điện áp nguồn cung cấp cho mạch và loại LED được dùng, giá trị của điện trở R được xác định theo biểu thức sau: R = (Vcc – UD)/ID Ví dụ: Có một đèn LED màu đỏ, dòng qua điốt(LED) ID = 5mA, sụt áp trên điốt là 1,7vôn, nguồị nuôi nuôi 5vôn. Điện trở hạn chế dòng qua LED cần chọn có giá trị: R = (5 – 1,7)/5.103 » 660W. Đi ốt phát quang còn gọi là đèn LED, được dùng làm đèn báo tín hiệu xang đỏ vàng trong các dụng cụ điện, điện tử. Nó chính là 2 chất bán dẫn P – N đặt trong bóng thuỷ tinh màu, khi được phân cực thuận với điện áp ngưỡng khoảng 1,8 vôn sẽ có dòng điện đi qua LED. Dưới tác dụng của điện trường các điện tử chuyển động từ cực âm xang cực dương, còn các lỗ trống chuyển động từ cực dương xang cực âm, và từ mối tiếp giáp P – N sẽ phát ra ánh sáng, do điện năng đã chuyển thẳng ra quang năng. Muốn kiểm tra chất lượng điốt phát quang cũng dùng vạn năng kế, đặt ở nấc thang đo điện trở X1.000, đo điện trở thuận kim đồng hồ vọt lên gần số 0 và đo điện trở nghịch kim đồng hồ phải nằm im là điốt còn tốt(giống như đo kiểm tra điốt thông thường), còn nếu cả 2 lần đo kim đồng hồ đều ở vô cực hoặc đều bằng nhau là điốt đã bị hỏng. Với nguồn điện một chiều phải nối chúng đúng cực tính(Dương nguồn điện vào cực đầu nhỏ, âm vào cực đầu to) thì chúng mới sáng, còn điện xoay chiều thì đấu thế nào cũng sáng miễn là đúng điện áp. Khi điốt sáng có tính chất gim áp, dòng điện định mức từ 15 ¸ 35 mA, nếu quá mức này phải hạn chế bằng cách nối tiếp thêm điện trở, tính toán R vẫn theo định luật Ôm. 4. Tranzito - BJT. 4.1. Cấu tạo, ký hiệu. - Transitor là một dụng cụ bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn ghép liên tiép lại với nhau - Có 2 khả năng ghép nối là: P-N-P và N-P-N tương ứng với các trasitor thuận và ngược. Transitor gồm có 3 cực: - Cực phát E ( hay là cực êmittor) - Cực góp C ( hay là cực côllector) còn gọi là cực thu - Cực gốc B ( hay là cực Base) còn gọi là cực điều khiển (cực nền) Các trazitor công suất thường có dòng Ic lớn nên cực góp thường gắn nối với vỏ để toả nhiệt tốt, vỏ lại được bắt ốc ép vào bộ tản nhiệt bằng nhôm hay bằng đồng hoặc bắt vào bệ máy. Hiện nay tranzitor NPN Được dùng phổ biến hơn vì khả năng chịu nhiệt tốt hơn ngoại trừ trường hợp P N P C E C E B N P N C E C E B B B Hình 3.5: Cấu tạo và ký hiệu của transistort buộc phải dùng Tranzitor PNP + Nguyên lý làm việc: Để phân tích nguyên lý làm việc của Tranzito (lấy PNP làm ví dụ), ta phải dùng hai N P P IE B Etx Etx EC IB jC jE EB IC C Hình 3.6: Tranzito ở chế độ khuyếch đại điện áp ngoài đặt vào giữa 3 điện cực của Tranzito tức là phải phân cực cho nó. Muốn Tranzito khuyếch đại thì tiếp giáp JE (tiếp giáp P-N giữa E và B) phải phân cực thuận để mở cửa cho điện tử đa số xuất phát ra đi; tiếp giáp JC (tiếp giáp P-N giữa B và C) phải được phân cực ngược để có điện trường gia tốc lôi kéo tập trung các điện tử đa số chạy đến cực C hình thành dòng điện chạy qua Tranzito. Do JE được phân cực thuận ở trạng thái mở, các hạt đa số (lỗ +) từ miền E chạy qua JE tạo nên dòng IE, chúng chạy qua miền B hướng tới JC, trên đường khuyếch tán một số ít lỗ (+) bị tác hợp với điện tử (-) của miền B tạo lên dòng điện IB. Khuyếch tán được tới bờ của JC và được điện trường của gia tốc (do JC phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C tạo nên dòng JC. Mối quan hệ giữa dòng điện của Tranzito là: IE = IB + IC Hệ số khuyếch đại dòng điện của Tranzito (mắc cực phát chung) là: b = IC/IB Hệ số khuyếch đại của b để đánh gia tác dụng điều khiển của dòng IB với dòng IC (có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần). b càng lớn thì hệ số khuyếch đại của Tranzito càng cao. 4.2. Đo kiểm tra và ứng dụng. * Các tham số cơ bản của tranzito: để sử dụng thay thế tranzito chính xác đảm bảo chất lượng cần có sổ tay để tra cứu để tìm ra các thông số cơ bản, các trị số giới hạn lớn nhất cho phép, cụ thể là: - Điện áp làm việc lớn nhất: UCB, UCE, và UBE (Vôn) - Dòng điện cho phép: IC (mA, A) - Công suất lớn nhất: Pmax (mw, w) Ngoài ra khi sử dụng vào mạch khuyếch đại phải so sánh hệ số khuyếch đại b (với tranzito cần thay). Tần số giới hạn (MHz)...vv Về nguyên tắc khi thay thế phải tìm đúng kí hiệu của Tranzito và hàn vào mạch đúng chân EBC rồi điều chỉnh điện trở định thiên nếu cần thiết. Cách kí hiệu và sắp xếp thứ tự chân Tranzito của ác nước không giống nhau. + Tranzito của nhật Cao tần ghi chữ A là bóng thuận (PNP) Cao tần ghi chữ C là bóng ngược NPN). Âm tần thuận (PNP) ghi chữ B. Âm tần ngược NPN) ghi chữ D. + Tranzito Trung Quốc thì kí tự thứ 3 là chữ: G tần số cao, công suất nhỏ. A tần số cao công suất lớn; X tần số thấp công suất nhỏ. D tần số thấp công suất lớn; K là chuyển mạch. Tiêu chuẩn châu Âu thì kí tự thứ 2 là chữ dùng để phân loại: C là tranzito tần số thấp công suất nhỏ; D là tranzito tần số thấp công suất lớn. F là tranzito tần số cao, công suất nhỏ; L là tranzito tần số cao công suất lớn. U là tranzito chuyển mạch, công suất lớn...vv. Tiêu chuẩn Liên Xô (cũ) và tiêu chuẩn mỹ lại được ghi bằng số: Ví dụ tranzito liên xô (cũ) chữ đầu G là Giécmani, K là Silic, số tiếp theo từ 101 đến 399 là công suất nhỏ. Từ 401 đến 699 là công suất trung bình, từ 701 đến 999 là công suất lớn...vv. Chính vì thế mà không có quy ước quốc tế nào mà phải tra cứu để biết các tham số ở các sổ tay, để chính xác chân của tranzito thì có thể dùng vạn năng kế để tìm theo tuần tự như sau. - Xác định cực gốc B: vặn đồng hồ đến nấc thang đo x 100 hoặc 1.000 (tranzito Si), đặt một đầu que đo vào một trong 3 chân, còn que đo kia đặt lần lượt vào hai chân còn lại, nếu kim đồng hồ đều chỉ trị số lớn (hoặc nhỏ) bằng nhau thì chân của que đo đồng hồ không đổi trong khi đo là cực B. - Xác định bóng thuận hay bóng ngược: Tiếp tục đổi que đo dương âm của đồng hồ, nếu que dương (đỏ) của đồng hồ (âm pin nguồn) đặt vào cực B mà số đo nhỏ (cỡ trăm ôm) thì đó là tranzito PNP (bóng thuận), nếu số đo lớn (hàng trăm kilôôm) thì đấy là tranzitoNPN (bóng ngược) - Xác định cực phát E và cực góp C: Khi đã xác định được bóng thuận (PNP)và chân B,còn lại 2 chân, ta đo điện trở 2 chân còn lại 2 lần (đảo que đo) lần 1 đây que đo dương vào 1 chân, que đo âm vào 1 chân mà điện trở khoảng 80 KW (kim vọt lên nhiều), ta đảo que đo ta được điện trở lớn hơn 1 chút, khoảng 100 KW (kim vọt lên ít hơn trước) thì chân đầu ta đặt que đo dương là cực phát E, chân còn lại là cực góp C. Nếu là bóng ngược (NPN) điện trở lớn phải đặt đồng hồ ở mức 1 KW mà đo xong cũng rất khó phân biệt. Kinh nghiệm đo theo kiểu định thiên sẽ dễ dàng, đặt que đo âm của đồng hồ vào một chân, còn que dương dí vào chân còn lại, một tay sờ vào chân B (điện trở người làm R định thiên), nếu kim vọt lên mạnh thì chân que đo âm là cực C và chân dương que đo là cực E. Trường hợp kim không vọ lên nhiều thì cần đảo lại que đo. Tóm lại: muốn xác định chân tranzito trước hết cần xác định cực B và bóng thuận hay bóng ngược sau đó tiếp tục tìm chân E và C. Nếu khi kiểm tra mà các trị số điện trở của 3 chân đều giống nhau (cũng ¥ là hoặc 0) hoặc kim đồng hồ chỉ lung tung là tranzito đã bị hỏng. 4.4. Ký hiệu của tranzito. (hình 3.7) a b c d e h Hình 3.7: Ký hiệu của 1 số loại transistor. a): Tranzito ngược; b) Tranzito thuận; c,d) Tranzito FET; e)Tranzito MOSFET h) Tranzito đơn nối 5. Tranzito trường. 5.1. Phân loại, cấu tạo, ký hiệu. Khác với Tranzito thông thường mà đặc điểm chủ yếu là dòng điện trong cả hai hạt dẫn tạo nên(điện tử tự do và lỗ trống), còn Tranzito trường(còn gọi là Tranzito đơn cực) hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường, điều khiển độ bán dẫn điện của bán dẫn nhờ tác dụng của một điện trường ngoài, dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo ra. G G G D D D S S S a) b) c) Ngoài Tranzito trường trung bình, thường FET(hình b, c) còn có Tranzito trường cực cửa cách ly MOSFET (hình vẽ c) Tranzito trường cũng có 3 chân gồm: cực nguồn(Source), cực máng D (Drenin) và cực cửa G(Gate) là cực diều khiển và cũng có bóng thuận và bóng ngược như Tranzito thông thường. Xác định chất lượng cho Tranzito trường có máy đo đặc biệt cho FET, cũng có thể dùng Ôm kế có điện trở trong cao để kiểm tra. - Giữa cực G và cực D và giữa cực G với cực S, đo điện trở thuận và điện trở ngịch của những cực này 2 chiều phải khác nhau(giống như đo điốt). Tiếp tục đo giữa cực D và cực S phải cho điện trở vài KW và bằng nhau là Tranzito còn tốt, nếu đo GD và GS cả 2 chiều đều như nhau(bằng 0 hoặc bằng ¥) và giữa DS và SD đều bằng 0 hoặc bằng ¥ là Tranzito đã bị hỏng. Tranzito trường có điện trở vào rất lớn(cỡ MW trở lên), xử lý tín hiệu đạt độ tin cậy cao và tiêu hao năng lượng cực ít, tiếng ồn rất nhỏ nên ngày càng được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử, mạch logic C và cả đồ điện dân dụng như quạt điện ...vv. 5.2. Các cách mắc, ứng dụng. MOSFET được chia hai loại là MOSFET kênh liên tục và MOSFET kênh gián đoạn. Mỗi loại kênh liên tục (kênh đặt sẵn) hay gián đoạn ( cảm ứng ) đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hoặc P. Ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra ngược lại cho kênh P. 5.2.1. Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh liên tục Người ta chế tạo sẵn kênh dẫn điện gồm hai vùng bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất cao được nối liền bằng một kênh bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp hơn. Các lớp bán dẫn này được khuyếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P, phía trên kênh dẫn điện có phủ một lớp cách điện SiO2 Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoại lớp ôxít nhưng vẫn cách điện với kênh dẫn, thường cực S được nối chung với nền P 5.2.2. Đặc tính của MOSFET kênh liên tục a. Khi UGS = 0 V Trường hợp này kênh dẫn điện có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp UDS thì dòng ID tăng lên đến một trị số giới hạn là IDSS (dòng ID bão hoà) Điện áp UDS ở tri số IDSS cũng gọi là điện áp ngắt UP giống JFET . - Điện áp định mức – Un (vôn) - Dòng điện định mức – In (Ampe) - Điện áp điều khiển - Ug (vôn) J1 A K G J2 J3 P1 N1 P2 N2 Hình 3.10: Cấu tạo Của thyristo - Dòng điện điều khiển – Ig (mA) 6.2. SCR(thyristo) * Cấu tạo: Thyristo được chế tạo từ 4 lớp bán dẫn P-N-P-N đặt xen kẽ nhau như hình vẽ 3.10 giữa các lớp bán dẫn này hình thành các chuyển tiếp J1, J2, J3, thyristo a) P1 P2 P2 N1 N1 N2 K K A A G G b) Hình 3.11: a) Sơ đồ tương đương b) Ký hiệu của thyristo là dụng cụ 3 chân cực được ký hiệu bằng các chữ A(anốt), chữ K (catốt) và G (cực điều khiển). Cực anốt nối với thành phần bán dẫn P trước, còn catốt nối với thành phần bán dẫn N sau, cực điều khiển G nối với thành phần bán dẫn P sau. * Nguyên lý làm việc: Có thể xem thyristo được tạo ra bởi 2 transistor: P1N1P2 và N1P2N2 thể hiện trên hình vẽ 3.11 * Đặc tuyến vôn-ampe của thyristo Đặc tuyến chia làm 4 miền gồm miền dẫn thuận, miền dẫn ngược, miền chắn thuận, miền chắn ngược. - Trường hợp phân cực ngược thyristo với UAK< 0. Đặc tuyến ở đoạn này có thể coi như hai điốt phân cực ngược mắc nối tiếp (J1 và J3) Dòng qua thyristo chính là dòng rò ngược của điốt, nếu tăng điện áp ngược đến một giá trị nhất định thì 2 tiếp giáp J1 và J3 sẽ lần lượt bị đánh thủng, dòng ngược qua thyristo tăng lên đột ngột, nếu không có biện pháp ngăn chặn, dòng ngược này sẽ làm hỏng thyristo. Vùng đặc tuyến ngược của thyristo trước khi bị đánh thủng gọi là miền chắn ngược. - Trường hợp phân cực thuận thyristo với UAK> 0 + Khi cực điều khiển G hở mạch (IG=0), tiếp giáp J1 và J3 lúc này được phân cực thuận còn J2 phân cực ngược, khi UAK còn nhỏ, dòngqua Thyristo quyết định chủ yếu bởi dòng rò nược qua J2. Xét chung cho cả thyristo thì dòng điện chảy qua thyristo lúc này là dòng rò thuận IFX. Giá trị điển hình của dòng rò thuận (IFX) và dòng rò ngược (IRX) khoảng 100mA. Nếu IG = 0 thì dòng rò thuận sẽ giữ nguyên giá trị ban đầu. Khi tăng UAK lên tới giá trị xấp xỉ điện áp đánh thủng chuyển tiếp J2 (gọi là điện áp đánh thủng UBE) thì dòng rò IC0 trong thyristo đủ lớn làm cho 2 transistor trong sơ đồ tương đương mở và lập tức chuyển hẳn xang trạng thái bão hoà. Thyristo chuyển xang trạng thái mở, nội trở của nó đột ngột giảm đi, điện áp sụt giữa hai cực A và K cũng giảm xuống đến một giá trị UE gọi là điện áp dẫn thuận. Phương pháp chuyển thyristo từ khoá sang mở bằng cách tăng dần UAK gọi là kích mở bằng điện áp thuận. + Khi IC ¹ 0, nghĩa là giữa cực G và cực K có một điện áp sao cho J3 phân cực thuận.Dòng IG do UGK cung cấp sẽ cùng với dòng ngược vốn có trong thyristo IC0 làm cho T2 có thể mở ngay với điện áp UAK nhỏ hơn nhiều giá trị kích mở lúc IG = 0. Dòng IG càng lớn thì UAK cần thiết tương ứng để mở thyristo càng nhỏ. Chú ý rằng nếu ngay từ đầu điện áp UGK đã cung cấp một dòng IC lớn hơn dòng mở cực tiểu của T2, nhưng điện áp UAK vẫn chưa đủ lớn để phân cực thuận cho T1 và T2 thì thyristo cũng vẫn chưa mở. Như đặc tuyến của thyristo mức dòng điều khiển IC tăng từ IG1 đến IG4 tương ứng với mức điện áp UAK giảm xuống từ U1 đến U4. Đây là phương pháp kích mở thyristo bằng dòng trên cực điều khiển. Điện áp dẫn thuận UF có thể viết: UF = UBE1 + UBE2 = UBE2 + UCE1.Đối với vật liệu Silic thì điện áp bão hoà của transistor silic vào cỡ 0,2 vôn, còn UBE như đã biết cỡ khoảng 0,7 vôn. Như vậy suy ra UF = 0,9 vôn. Trên phần đặc tuyến thuận phần mà thyristo chưa mở gọi là miền chắn thuận, miền thyristo đã mở gọi là miền dẫn thuận (hình vẽ 3.12). Quan sát miền chắn thuận và miền chắn ngược của thyristo thấy có dạng giống như đặc tuyến ngược của Điốt chỉnh lưu thông thường. Miền chắn ngược IG3 IG2 IG4 U4 U3 U2 U1 IG1 Miền chắn thuận Miền dẫn thuận U I Hình 3.12: Đặc tuyến vôn - ampe của thyrito Sau khi các điều kiện kích mở kết thúc, muốn duy trì cho thyristo luôn mở thì phải đảm bảo cho dòng thuận IE lớn hơn một giá trị nhất định gọi là dòng ghim I4(là giá trị cực tiểu của dòng IE). Nếu trong quá trình thyristo mở, IG vẫn được duy trì thì giá trị dòng ghim tương ứng sẽ giảm đi khi dòng IG tăng(hình vẽ 3.12).Trong các sỏ tay thuyết minh của các nhà sản xuất còn ký hiệu IHC để chỉ dòng ghim khi cực G hở mạch và IHX để chỉ dòng ghim đặc biệt khi giữa cực G và K được nối nhau bằng điện trở phân cực đặc biệt. * Tham số của thyristo. Hai tham số quan trọng cần chú ý khi chọn các thyristo là dòng điện và điện áp cực đại mà thyristo có thể làm việc không bị đánh thủng thuận và ngược, điện áp dẫn thuận cực đại đảm bảo cho thyristo chưa mở theo chiều thuận chính là điện áp thuận, điện áp này thường được ký hiệu là UFom hoặc URXM đối với trường hợp G nối với điện trở phân cực. Với ý nghĩa tương tự, người ta định nghĩa điện áp chắn ngược cực đại là UROM hoặc URXM, dòng điện thuận cực đại là IROM hoặc IRXM. Công suất tổn hao cực đại FAM là công suất lớn nhất cho phép khi thyristo hoạt động bình thường. Điện áp khống chế UG là điện áp ngưỡng cần để mở thyristo khi UAK = 6 vôn. Những tham số vừa nêu trên đây thường được cho trong các sổ tay linh kiện điện tử ở nhiệt độ 250C. Với những thyristo làm việc ở chế độ xung tần số cao còn phải quan tâm đến thời gian đóng mở thyristo tm là thời gian chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở và tđ là thời gian chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái đóng của thyristo. * Một số ứng dụng của thyristo.(mạch báo động) Sơ đồ nguyên lý mạch thể hiện trên hình vẽ 3.13. - Bình thường ánh sáng phát ra từ LED được PD (điốt thu quang) nhận, làm cho PD dẫn bão hoà nên sụt áp qua R2 nhiều dẫn đến VG của SCR thấp nên SCR tắt. - Khi có người đi ngang qua khu vực giữa LED và PD thì PD tắt (do bị che ánh sáng) nên không còn sụt áp qua R2, lúc này áp +UCC đi qua R2 đến G đủ lớn đến ngưỡng kích cho SCR làm cho SCR dẫn nên rơle hoạt động làm đóng công tắc K2 kích hoạt còi báo hoặc sáng đèn. R1 RL K2 +UCC +UCC LED PD Hình 3.13: Mạch báo động sử dụng thyristo K1 R2 Do tính tự giữ của SCR, nên SCR vẫn tiếp tục dẫn khi có người lướt ngang qua LED và PD trong một tích tắc thì PD dẫn trở lại làm cho VG sụt thấp làm mất áp kích cho SCR, muốn làm tắt SCR thì ta phải tắt công tắc K1 ra (công tắc K1 hở ra). Thyristo còn được sử dụng trong mạch khống chế như mạch khống chế xung, mạch khống chế pha...vv. Bài 2: Các mạch điện cơ bản 1. Mạch khuếch đại đơn. 1.1. Mạch mắc theo kiểu E-C (CE: Common Emitter) Sơ đồ mạch khuyếch đại E chung như hình 4.1a, tín hiệu vào ở cực gốc B và ra ở cực C, ở trạng thái xoay chiều các tụ điện liên lạc và tụ phân dòng CE có tổng trở rất nhỏ nên coi như bị nối tắt. Hình 4.1b là mạch tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu E chung. Trên mạch tương đương có thể tính các thông số kỹ thuật của mạch: CE+ Vi Vi Hình 4.1: a) Mạch khuyếch đại kiểu E chung; b) Mạch tương đương +VCC RB1 RC V0 RB2 RE RC r0 V0 rC rb ib iC iC E B C a)+ b)+ * Tổng trở ngõ vào: (» vài kilôôm) * Tổng trở ngõ ra: r » vài chục kilôôm đến vài trăm kilôôm Do r0 có trị số rất lớn nên trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua r0. * Độ khuyếch đại dòng điện: (vài chục đến vài trăm lần) * Độ khuyếch đại điện áp: * Góc pha: điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đảo pha nhau. 1.2. Mạch mắc theo kiểu B-C (CB: Common Base) Sơ đồ mạch khuyếch đại E chung như hình 4.2a, tín hiệu vào ở cực E và ra ở cực C. ở trạng thái xoay chiều, các tụ liên lạc và tụ điện phân dòng CB có tổng trở rất nhỏ nên được coi như nối tắt. Hình vẽ 4.2b là mạch tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu B chung. RB2 +VCC RB1 RC RE CE+ V0 a)+ Vi E C re ic rb ib Vi V0 B b) Hình 4.2: a) Mạch khuyếch đại kiểu B chung; b) Sơ đồ tương đương Các thông số kỹ thuật của mạch được tính như sau: * Tổng trở ngõ vào: (» vài chục ôm) * Tổng trở ngõ ra: (» vài trăm kilôôm vì BC phân cực ngược) * Độ khuyếch đại dòng điện: * Độ khuyếch đại điện áp: * Góc pha: Điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau. 1.3. Mạch khuyếch đại kiểu C chung (CC: Common Collector) Sơ đồ mạch khuyếch đại C chung như hình 4.3a, trong đó cực C được nối thẳng lên nguồn +VCC và nguồn +VCC được gọi là mass đối với xoay chiều, vì có tụ lọc nguồn rất lớn. Hình vẽ 4.3b là sơ đồ tương đương của transistor khi lắp ráp kiểu C chung. Các thông số kỹ thuật của mạch điện được tính như sau: * Tổng trở ngõ vào: (» vài trăm kilôôm) * Tổng trở ngõ ra: Điện trở RB là điện trở tương đương của cầu phân áp RB1 song song RB2. Khi đứng từ ngõ ra nhìn vào transistor, ta thấy điện trở RB song song nội trở của nguồn rs. Thường điện trở RB rất lớn so với rs nên điện trở tương đương của RB song song rs cũng chính là rs. Mạch tương đương như hình vẽ 4.4. Tổng trở ngõ ra là: Theo mạch tương đương thì các điện trở rs, rb, và bre ghép nối tiếp nhau và song song với điện trở tải RE. Ta có: Suy ra: hay (» vài chục ôm) Hình 4.3: a) Mạch khuyếch đại kiểu C chung; b) Sơ đồ tương đương C RB2 +VCC RB1 RE a) V0 C Vs rs rb V1 V0 RB RE B E C ib Ic Ic rc b) Hình 4.4: Mạch tương đương tổng trở ngõ ra rs RE rb ib ic * Độ khuyếch đại dòng điện: * Độ khuyếch đại điện áp: (vì ) * Góc pha: Khi VB tăng làm IB tăng và IE tăng nên VE cũng tăng theo, do đó điện áp của tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau. UCC Ur RL RE1 RC T2 T1 UV RE2 RE RE CE CE + + Hình 4.5: Mạch khuyếch đại Cascode 2. Mạch ghép phức hợp. 2.1. Mạch khuếch đại Cascode. Đặc điểm của của mạch khuyếch đại Cascode là dùng 2 tầng khuyếch đại mắc nối tiếp (hình vẽ 4.5). Tầng thứ hai mắc kiểu BC để tăng tần số cắt, giảm tạp nhiễm(vì nộivào của tầng thứ nhất mắc kiểu EC nhỏ nên hệ số khuyếch đại Của tầng này nhỏ), giảm thiểu hiệu ứng miller ở tần số cao. Tầng thứ nhất mắc kiểu EC, làm việc ở điện áp ấp, hệ số khuyếch đại điện áp nhỏ (cũng nhằm giảm hiểu hiệu ứng miller của tụ ở tần số cao). Song hệ số khuyếch đại điện áp toàn mạch lại lớn (khoảng vài trăm lần) Ví dụ tính toán cho mạch khuyếch đại Cascode thực tế sau (hình 4.6) UCC = 18V Ur2 20mF Ce 1,1kW Re 4,7kW RB3 5,6kW RB2 6,8kW RB1 1,8kW RC C4 5mF C1 = 10mF C2 = 5mF UV1 T1 T2 Ur1 Hình 4.6: Minh hoạ cho ví dụ b1=b2=200 UBE=26mV Giải: - Tính các thông số DC hoặc Từ b1 = b2 ta có: hoặc Dòng Ib1 rẽ mạch qua bRE mà nó được mắc song song với RB3 = 4,7KW Vì bRE 100(1,1K) = 110 KW có giá trị lớn hơn rất nhiều lần RB3 nên có thể bỏ qua hiệu ứng IB1 lên mạch RE. Từ cách tính gần đúng, có thể coi IB2 » IB1. áp phân cực: Và: mA Điện trở tiếp giáp BE của T1 là: ; Từ IE1 » IE2, ta có: re2 = 6,12W. Tính thông số AC: Tải của T1 là trở vào của T2 tức là trở tiếp giáp EB của nó, nên: RL1 = re2 Vậy: (hệ số khuyếch đại nhỏ nên giảm được hiệu ứng miller) Và: Vậy: 2.2. Mạch khuếch đại Dalington. Mạch khuyếch đại Dalington kiểu cơ bản được mô tả như hình vẽ 4.7. Đặc điểm của nó là có điện trở vào lớn, điện trở ra nhỏ, hệ số khuyếch đại dòng lớn, hệ số khuyếch đại điện áp » 1 trên tải emitter. * Cách phân cực của mạch này giống như một tầng lặp emitter dùng hồi tiếp dòng điện ở emitter, chú ý rằng dòng emitter của tầng thứ nhất chính là dòng bazơ của tầng thứ hai Hai Transistor sẽ tương đương với RB IB B RE E IE IC C +UCC Hình 4.7: Sơ đồ Dalington Cơ bản RB = 3,3MW RE = 390W UBE = 1,6v bD = 8.000 +UCC = 18v Hình 4.8 một Transistor có bD = b1b2 và UBE = 1,6v, khi đó dòng cực gốc được tính: Do bD rất lớn nên: Điện áp phân cực là: Ví dụ: Tính điện áp và dòng điện phân cực như hình 4.8 Giải: Với: * Mạch tương đương xoay chiều. Một mạch Dalington lặp emitter như hình 4.9. Tín hiệu được đưa vào qua tụ C1, tín hiệu Vr được đưa qua tụ C2. mạch tương đương như hình vẽ 4.10 Tính trở kháng AC: Dòng bazơ chạy qua rv là: Vì: Þ Þ RB = 3,3MW UV RE = 390W UBE = 1,6V bD = 8.000 C2 = 0,5mF +UCC (+18V) C1 = 0,5mF UV IV IB rV bDIB Ur Ir RE RB Hình 4.9: Sơ đồ dùng Darlington lặp Hình 4.10: Sơ đồ Darlington lặp emitter tương đương Trở kháng vào nhìn từ bazơ của Transistor: Þ trở kháng vào của mạch. * Hệ số khuyếch đại dòng: - Dòng điện ra trên RE: với Þ Hệ số khuyếch đại của mạch là: với Þ * Trở kháng ra AC(hình 4.11.a, b) US ZV UV rV RB RE RL Ur Zr bDIB Ur RE rV IB Ir bDIB Hình 4.11a:Trở kháng AC Hình 4.11b: Sơ đồ tương đươngAC để tính Zr Ta có: mặt khác: RE rV IB bDIB Hình 4.11c: Sơ đồ tương đương ACđể tính KU c) Ur UV * Hệ số khuyếch đại điện áp: Ta có: Mạch khuếch đại vi sai. RE UCC RC1 RC2 UC1 UC2 UV1 UV2 -UEE T1 T2 Hình 4.12: Mạch khuyếch đại vi sai Sơ đồ mạch khuyếch đại vi sai được thể hiện trên hình vẽ 4.12. Chú ý rằng mạch gồm 2 đầu vào, 2 đầu ra và cực emiter của hai đầu transistor được nối với nhau, mạch làm theo nguyên lý cầu cân bằng nếu 2 transistor được chế tạo cùng điều kiện và RC1 = RC2 = RC. Điện áp ra được lấy giữa 2 colleter đối với đất (kiểu không đối xứng). Tuỳ theo cách đưa tín hiệu vào mà có các chế độ khác nhau: - Đưa tín hiệu một đầu vào, còn một đầu nối đất – Chế độ đơn. - Hai đầu vào đưa ha