Tài liệu Bài giảng môn kỹ thuật điện tử

Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn CHƯƠNG 1: CHẤT BÁN DẪN 1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của ngh ành Điện tử Vào năm 1947, tại phòng thí nghiệm của Bell, John Bardeen v à Walter Brattain đã thành công trong việc phát minh Transistor l ưỡng cực BJT(Bipolar Junction Transistor). Đây là một bước ngoặt đánh dấu sự bắt đầu của thời đại bán dẫn. Phát minh này và một chuỗi phát triển của công nghệ vi điện tử đ ã thật sự làm thay đổi cuốc sống loài người. 1948 Transistor đầu tiên ra đời. Đây là một cuộc Cách mạng của ng ành điện tử. 1950 Mạch điện tử chuyển sang dùng transistor Hệ máy tính dùng linh kiện bán dẫn dạng rời rạc ra đời (thế hệ II) 1960 Mạch tích hợp ra đời (IC:Intergrated Circuit) Hệ máy tính dùng IC ra đời(thế hệ III) 1970 Các mạch tích hợp mật độ cao h ơn ra đời (MSI, LSI, VLSI) MSI: Medium Scale Intergrated Circuit LSI: Large Scale Intergrated Circuit VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit 1980 đến nay Điện tử được ứng dụng rộng rãi trong các lãnh vực như y tế, điều khiển tự động, phát thanh, truyền h ình… 1.2. Linh kiện điện tử: Ta xét hai loại linh kiện cơ bản sau:  Linh kiện thụ động: Có các thông số không đổi dưới tác dụng dòng điện: điện trở, tụ, cuộn cảm…  Linh kiện tích cực: Có các thông số thay đổi dưới tác dụng dòng điện: Diod, Transistor lưỡng cực BJT( Bipolar Junction Transistor):… 1.3. Chất bán dẫn: 1.3.1.Chất bán dẫn thuần: Năng lượng Vùng dẫn của Si Vùng cấm Vùng hoá trị của Si Hình 1.1. Giản đồ năng lượng của Si Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn Hai chất bán dẫn tiêu biểu là: Silicon(Si) và Ge(Germanium). Si là chất bán dẫn mà tại nhiệt độ phòng có rất ít e ở vùng dẫn trong mạng tinh thể. Vì dòng điện tỷ lệ với số lượng e nên dòng điện trong tinh thể rất nhỏ. Ở nhiệt độ phòng, e ở vùng hoá trị nhảy lên vùng dẫn để lại lỗ trống tại vị trí chứa nó mang điện tích dương. Hiện tượng này gọi là sự phát sinh điện tử-lỗ trống. Năng lượng Si Vùng dẫn của Si E V Vùng hoá trị của Si Hình 1.2. Sự di chuyển của điện tử v à lỗ trống trong Si khi có nguồn điện Nếu đặt nguồn điện như hình vẽ thì e di chuyển về cực dương của nguồn. E ở vùng hoá trị cũng có thể di chuyển về cực d ương của nguồn nếu nó có đủ năng lượng để từ mức năng lượng của nó lên mức năng lượng của lỗ trống. Khi e n ày nhập vào lỗ trống thì nó để lại một lỗ trống ở phía sau. V ì thế làm lỗ trống di chuyển về cực âm của nguồn. D òng điện trong chất bán dẫn là tổng 2 thành phần: dòng do e trong vùng dẫn và dòng do lỗ trống trong vùng hoá trị. E di chuyển về cực dương nhanh hơn lỗ trống di chuyển về cực âm v ì khả năng e có đủ năng lượng cần thiết để nhảy l ên vùng dẫn lớn hơn khả năng e có đủ năng lượng để nhảy đến vị trí trống trong v ùng hóa trị. Vì vậy dòng e lớn hơn dòng lỗ trống trong Si. Tuy nhiên dòng này vẫn nhỏ nên Si là cách điện. 1.3.2 Chất bán dẫn tạp: 1.3.2.1. Chất bán dẫn tạp loại N Năng lượng Vùng dẫn của Si Mức năng lượng của tạp chất donor Vùng hoá trị của Si Hình 1.3. Giản đồ năng lượng của chất bán dẫn tạp loại N Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn Chất bán dẫn tạp loại N là chất bán dẫn có được khi pha thêm một chất thuộc nhóm V trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào chất bán dẫn thuần. Ta xét trường hợp pha tạp P vào chất bán dẫn thuần Si. Điều n ày tương ứng làm xuất hiện mức năng lượng của tạp chất donor sát đáy v ùng dẫn. Vì thế ở nhiệt độ phòng các e của nguyên tử P nhảy lên vùng dẫn của Si. Vì vậy nguyên tử tạp chất dễ bị ion hoá thành ion dương. Ngoài ra cơ ch ế phát sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗ trống xảy ra giống như cơ chế ở chất bán dẫn thuần với mức độ yếu h ơn vì mức năng lượng của tạp chất donor ở sát đáyv ùng dẫn. Gọi nn: mật độ điện tử trong vùng dẫn, pn: mật độ lỗ trống trong vùng hoá trị, thì nn>>pn.Vậy dòng điện trong chất bán dẫn loại N chủ yếu do điện tử tạo n ên gọi là hạt dẫn đa số, còn lỗ trống gọi là hạt thiểu số. 1.3.2.2. Chất bán dẫn tạp loại P: Chất bán dẫn tạp loại P l à chất bán dẫn có được khi pha thêm một chất thuộc nhóm III trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào chất bán dẫn thuần. Ta xét trường hợp pha tạp các nguyên tử As vào chất bán dẫn thuần Si. Điều n ày tương ứng làm xuất hiện mức năng lượng gọi là mức tạp chất acceptor sát đỉnh vùng hoá trị. Vì vậy nguyên tử tạp chất dễ bị ion hoá th ành ion âm . Ngoài ra cơ chế phát sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗ trống xảy ra giống như cơ chế ở chất bán dẫn thuần với mức độ yếu hơn vì mức tạp chất loại P ở sát đỉnh v ùng hoá trị. Gọi np: mật độ điện tử trong vùng dẫn. Gọi pp: mật độ lỗ trống trong vùng hoá trị., thì np>>pp Vậy dòng điện trong chất bán dẫn loại P chủ yếu do lỗ trống tạo n ên gọi là hạt dẫn đa số, còn điện tử gọi là hạt thiểu số. Năng lượng Vùng dẫn của Si Mức tạp chất acceptor Vùng hoá trị của Si Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của chất bán dẫn tạp loại P 1.4.Tiếp xúc p-n: Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn Cho lớp bán dẫn p, n tiếp xúc nhau, ta có tiếp xúc p -n. 1.4.1. Nguyên lý làm việc: 1.4.1.1. Khi tiếp xúc p-n chưa được phân cực: Điện trường p - + + + n Vùng nghèo Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (n n>>np, pp>>pn ) nên có hiện tượng khuếch tán các hạt dẫn đa số qua n ơi tiếp xúc, tạo nên dòng khuếch tán I kt hướng từ miền P sang miền N. Tại vùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc xuất hiện điện tr ường nội E tx hướng từ vùng N sang vùng P (do ion t ạp chất tạo ra). Nó cản trở chuyển động của d òng khuếch tán và gây ra dòng trôi I tr của các hạt thiểu số có chiều từ N sang P qua mặt tiếp xúc làm Itr tăng, I kt giảm. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng động. Lúc đó Ikt=Itr., dòng qua tiếp xúc bằng 0, hiệu thế tiếp xúc l à 0.1V đối với Ge và 0.4 V đối với Si 1.4.1.2. Khi tiếp xúc p-n được phân cực nghịch : Eng A P N _ - K + Etx V Hình 1.5. Tiếp xúc p-n bị phân cực nghịch Điện trường nội cùng chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tại vùng tiếp xúc tăng làm cho vùng tiếp xúc mở rộng ra, dòng khuếch tán giảm về 0, Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn dòng trôi do E tx gây ra tăng đến một giá trị gọi là dòng ngược bão hoà I S. Dòng này rất nhỏ. Vậy khi phân cực nghịch tiếp xúc th ì không có dòng chạy qua (xem dòng bão hoà ngược bằng không). 1.4.1.3. Khi tiếp xúc được phân cực thuận : Eng A P N + - K _ Etx V Hình 1.6. Tiếp xúc p-n được phân cực nghịch Điện trường nội ngược chiều với điện trường ngoài nên tổng điện trường tại vùng tiếp xúc giảm làm cho vùng tiếp xúc bị thu hẹp lại, các hạt đa số dễ dàng di chuyển qua vùng tiếp xúc này, dòng khuếch tán có chiều từ A đến K tăng mạnh, dòng trôi do E tx gây ra không đáng kể. Vậy khi phân cực thuận tiếp xúc th ì có dòng chạy qua tiếp xúc p-n, nó quan hệ với điện áp giữa hai đầu tiếp xúc nh ư sau: v q vD  kT   VDT   iD ISe 1IS e 1       Trong đó: vD: Điện áp ở hai đầu tiếp xúc. IS: dòng bão hoà ngược. k: hằng số Boltman k =1,38.10 -23J/0K. q : điện tích của hạt dẫn, q=1,6.10 -19C VT: thế nhiệt ở nhiệt độ phòng VT = 25,5mV. Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 1: ChÊt b¸n dÉn 1.4.1.4. Kết luận: Tiếp xúc p-n chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều từ p đến n. Đó chính là tính chất chỉnh lưu của tiếp xúc p-n. 1.5. Đặc tuyến V- A Đặc tuyến V-A của tiếp xúcp-n mô tả mối quan hệ giữa dòng và điện áp trên hai đầu tiép xúc. Ge iD ID Si Thuận VBR R Nghịch 0.2 0.7 v v vD Hình 1.7. Đặc tuyến V-A của tiếp xúc p-n. VBR: điện thế đánh thủng là điện áp ngược tối đa mà tiếp xúc p-n có thể chịu đựng khi phân cực ng ược mà không bị hỏng. Lúc này, tiếp xúc p-n dẫn điện được theo cả chiều nghịch. 1.6. Hiện tượng đánh thủng: Khi điện áp ngược lớn, dòng lớn làm các e va chạm vào các e cố định khác làm tăng số e nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc p-n dẫn điện được theo cả chiều nghịch, phá vỡ đặc tính chỉnh l ưu của nó, gọi là hiện tượng đánh thủng. Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, v ì vậy có ba loại đánh thủng cơ bản: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, v à đánh thủng nhiệt -điện. Trong đó sự đánh thủng về nhiệt do sự tích luỹ nhiệt trong v ùng nghèo. Khi có điện áp ngược lớn, dòng điện ngược tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độ hạt dẫn thiểu số tăng v à làm dòng điện ngược tăng. Quá trình cứ như thế làm cho nhiệt độ vùng nghèo và dòng ngược tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng. Bài gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 2: Diod chØnh l­u vµ c¸c m¹ch øng dông CH¦¥NG 2: DIOD CHØNH L¦U vµ c¸c m¹ch øng dông 2.1. CÊu t¹o: Diod gåm 1 tiÕp xóc p-n vµ 2 ®iÖn cùc ®­a ra tõ 2 miÒn. §iÖn cùc ®­a ra tõ miÒn b¸n dÉn lo¹i p, n lÇn l­ît gäi lµ cùc Anod( A), cùc Katod(K). Ký hiÖu: A K §Æc tuyÕn V-A cña Diod chØnh l­u vµ nguyªn lý lµm viÖc gièng nh­ cña tiÕp xóc p-n. 2.2. C¸c tham sè c¬ b¶n cña Diod chØnh l­u  §iÖn trë 1 chiÒu: §iÖn trë mét chiÒu t¹i ®iÓm ph©n cùc lµ tû sè gi÷a ®iÖn ¸p trªn dßng ®iÖn cña diod t¹i ®iÓm ph©n cùc. RDC= UAK / IA  §iÖn trë ®éng (®iÖn trë vi ph©n): §iÖn trë ®éng t¹i ®iÓm kh¶o s¸t lµ tû sè gi÷a biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p trªn biÕn thiªn cña dßng ®iÖn t¹i ®iÓm ®ã. Khi Diod ph©n cùc thuËn, ®Æc tuyÕn cña Diod cã d¹ng dèc ®øng nªn r d nhá. rd=vd/id =  vD /  iD =dVD/dID=26mV/I D Q 2.3. M¹ch chØnh l­u: M¹ch chØnh l­u cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu ®Ó cÊp cho t¶i. 2.3.1. M¹ch chØnh l­u 1 nöa chu kú(1 b¸n kú):  S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng: vV t vT R t H×nh 2.1. D¹ng sãng vµ s¬ ®å m¹ch chØnh l­u mét nöa chu kú. Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 2: Diod chØnh l­u vµ c¸c m¹ch øng dông  T¸c dông linh kiÖn: BiÕn ¸p T: biÕn ®æi ®iÖn ¸p l­íi v v xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu v s theo yªu cÇu. D: Diod chØnh l­u; Rt: ®iÖn trë t¶i  Nguyªn lý lµm viÖc: ë b¸n kú (+): D ®­îc ph©n cùc thuËn, nªn D dÉn, cã dßng qua t¶i. ë b¸n kú (-) : D ®­îc ph©n cùc nghÞch, nªn D t¾t, kh«ng cã dßng qua t¶i. VËy øng víi mét chu kú cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu, Diod chØ dÉn trong 1/2 chu kú. §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:   V 1 1 Vtb  v( )d  V P sin d  P   2 0 2 0  2.3.2. M¹ch chØnh l­u 2 nöa chu kú :  S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng: vV t vRt DI R D2 t H×nh 2.2. D¹ng sãng va s¬ ®å m¹ch chØnh l­u hai nöa chu kú  T¸c dông linh kiÖn: BiÕn ¸p T 3 d©y: t¹o ra hai ®iÖn ¸p xoay chiÒu ng­îc pha nhau tõ ®iÖn ¸p l­íi. D1, D2: Diod chØnh l­u.; R T: ®iÖn trë t¶i  Nguyªn lý lµm viÖc: Gi¶ sö v 1 cïng pha víi v V, th× v2 ng­îc pha víi v V. ë b¸n kú (+) cña U V: D1 ®­îc ph©n cùc thuËn, D 2 ®­îc ph©n cùc nghÞch, nªn D1 dÉn, D2 t¾t, suy ra cã dßng qua t¶i. ë b¸n kú (-) cña UV: D1 ®­îc ph©n cùc nghÞch, D 2 ®­îc ph©n cùc thuËn nªn D 1 t¾t, D2 dÉn, suy ra cã dßng qua t¶i. VËy øng víi mét chu kú cña ®iÖn ¸p vµo xoay chiÒu th× Diod dÉn ®iÖn víi c¶ 2 nöa chu kú. §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:   2V 2 21 Vtb  v( )d  V P sin d  P   2 0 2 0  Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 2: Diod chØnh l­u vµ c¸c m¹ch øng dông 2.3.3. M¹ch chØnh l­u cÇu:  S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng: vV t vRt t T A D4 D1 D3 R B D2 H×nh 2.3. D¹ng sãng vµ s¬ ®å m¹ch chØnh l­u cÇu chu kú  T¸c dông linh kiÖn: BiÕn ¸p T: biÕn ®æi ®iÖn ¸p l­íi xoay chiÒu v V thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu v S theo yªu cÇu D1, D2, D3, D4: cÇu Diod. RT: ®iÖn trë t¶i  Nguyªn lý lµm viÖc: ë b¸n kú (+) cña v V , D1, D3 ®­îc ph©n cùc thuËn( D 2, D4 ®­îc ph©n cùc nghÞch), nªn D 1, D3 dÉn, cã dßng I 1 tõ ®iÓm A qua D 1, RT, D3 vÒ ®iÓm B. ë b¸n kú (-) cña UV, D2, D4 ®­îc ph©n cùc thuËn (D 1, D3 ®­îc ph©n cùc nghÞch), D 2, D4 dÉn cã dßng I 2 tõ B qua D 2, RT, D4. Ta chän: D 1, D2, D3, D4 gièng nhau nªn I 1= I2=IT. M¹ch chØnh l­u cÇu gåm 2 nh¸nh, mçi nh¸nh gåm 2 Diod, m¾c nèi tiÕp nhau. Mçi Diod chØ chÞu 1/2 ®iÖn ¸p ng­îc khi ph©n cùc nghÞch, t¨ng tuæi thä Diod. §©y chÝnh lµ ­u ®iÓm cña m¹ch chØnh l­u cÇu. Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 2: Diod chØnh l­u vµ c¸c m¹ch øng dông §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i:   2V 2 21 Vtb  v( )d  V P sin d  P   2 0 2 0  2.4. M¹ch läc ®iÖn: §iÖn ¸p hay dßng ®iÖn sau chØnh l­u tuy cã cùc tÝnh kh«ng ®æi nh­ng d¹ng sãng cña nã vÉn cßn thay ®æi mét c¸ch cã chu kú NhiÖm vô cña mach läc lµ c¸ch läc c¸c sãng cã hµi bËc cao ®Ó ®iÖn ¸p ra b»ng ph¼ng C¸c lo¹i m¹ch läc:  M¹ch läc dïng tô C dïng cho c¸c bé chØnh l­u cã dßng t¶i bÐ th­êng m¾c C song song víi ®iÖn trë t¶i.  M¹ch läc dïng LC cho c¸c bé chØnh l­u cã dßng t¶i lín, thay ®æi nhiÒu. Khi L cã gi¸ trÞ bÐ, C n¹p nhanh ®Õn gi¸ trÞ ®Ønh V p. Khi t¨ng L, dßng n¹p cho C t¨ng chËm, kÐo dµi thêi gian n¹p víi biªn ®é thÊp h¬n. Khi t¨ng L ®Õn 1 gi¸ trÞ tíi h¹n th× 1 trong 2 diod dÉn liªn tôc (m¹ch chØnh l­u toµn sãng) nªn dßng t¶i ®­îc cÊp liªn tôc C hÇu nh­ kh«ng x¶ hoÆc n¹p vµ gi÷ gi¸ trÞ kh«ng ®æi lµ 2V p/pi. XÐt m¹ch läc dïng tô C trong m¹ ch chØnh l­u mét nöa chu kú ë b¸n kú d­¬ng cña v v, D ®­îc ph©n cùc thuËn, nªn D dÉn, cã dßng qua R vµ ®ång thêi tô C ®­îc n¹p ®iÖn. §Õn lóc vv ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i th× ®iÖn ¸p trªn tô C còng ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. Sau ®ã ® iÖn ¸p v v b¾t ®Çu gi¶m, nªn cùc A cña D cã ®iÖn ¸p ©m h¬n cùc K nªn D bÞ ph©n cùc nghÞch, D t¾t. Tô C x¶ ®iÖn qua R. ë b¸n kú d­¬ng tiÕp theo, qu¸ tr×nh cø tiÕp diÔn nh­ vËy, ta cã d¹ng sãng ra nh­ h×nh 2.4. vV t vT C t H×nh 2.4. S¬ ®å m¹ch vµ d¹ng sãng m¹ch chØnh l­u mét nöa chu kú cã dïng m¹ch läc b»ng tô C Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö R Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Ch­¬ng 3: TRANSISTOR L­ìng cùc BJT (Bipolar Junction transistor) Lµ mét linh kiÖn b¸n dÉn cã ba cùc cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu hoÆc ho¹t ®éng nh­ mét kho¸ ®ãng më, rÊt th«ng dông trong nghµnh ®iÖn tö. Nã sö dông c¶ hai lo¹i h¹t dÉn: ®iÖn tö vµ lç trè ng, v× vËy ®­îc xÕp vµo lo¹i hai cùc tÝnh. 3.1. CÊu t¹o-Nguyªn lý ho¹t ®éng Gåm ba líp b¸n dÉn p-n-p hoÆc n-p-n t¹o nªn. V× vËy cã hai lo¹i BJT Emitter P N Collector P C B E Base H×nh 3. 1 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i pnp C Emitter N P Collector N B E Base H×nh 3. 2 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i npn BJT cã hai tiÕp xóc p-n: tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ J C, tiÕp xóc pn gi÷a miÒn B vµ E gäi lµ J E.  Nguyªn lý ho¹t ®éng E IE IC N P IB VBB B C N ICB0 VCC H×nh 3..3 . C¸ch ph©n cùc ®Ó BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Ban ®Çu khi cã nguån V CC ph©n cùc nghÞch tiÕp xóc J C th× cã dßng ng­îc ICB0 ch¶y tõ miÒn C sang B. Dßng nµy gièng nh­ dßng I tr trong Diod, cã gi¸ trÞ nhá. Sau ®ã cã nguån V BB ph©n cùc thuËn tiÕp xóc J E lµm cho ®iÖn tö tõ miÒn E dÔ dµng di chuyÓn sang miÒn B t¹o nªn dßng I E. HÇu hÕt c¸c ®iÖn tö v­ît qua vïng B, b¨ng qua J C (tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ J C) ®Ó ®Õn miÒn C t¹o nªn dßng IE. Mét sè ®iÖn tö bÞ gi÷ l¹i trong miÒn B vµ ch¹y vÒ cùc B. Lç trèng trong miÒn B ch¹y vÒ miÒn E t¹o nªn dßng I B. NÕu gäi  lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn th× ta c ã IC =IE+ICB0 Ta cã IE=IB+IC; IC=IE+ICB0=(IC+IB)+ICB0 suy ra (1-)IC=IB+ICB0 IC=(/(1-))IB+(1/(1-))ICB0=IB+(1+)ICB0 trong ®ã  ®­îc gäi lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn.  Nguyªn t¾c ph©n cùc cho BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i: JE ph©n cùc thuËn vµ JC ph©n cùc nghÞch, nghÜa lµ ®èi víi BJT lo¹i npn th× ph¶i tho¶ m·n V BE>0 vµ V CB>0 , ®èi víi BJT lo¹i pnp th× ng­îc l¹i. 3.2. C¸c c¸ch m¾c m¹ch cña BJT BJT cã ba cùc, tuú theo theo viÖc chän cùc nµo lµm cùc chung cho m¹ch vµo vµ m¹ch ra mµ cã ba s¬ ®å s au( ta chØ xÐt s¬ ®å d¹ng ®¬n gi¶n ho¸) 3.2.1. M¹ch CE(Common Emitter) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung. TÝn hiÖu ra TÝn hiÖu vµo H×nh 3.4.M¹ch CE 3.2.2. M¹ch CB (Common Base) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ B, B lµ cùc chung. C E B TÝn hiÖu vµo H×nh 3.5.M¹ch CB Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö TÝn hiÖu ra Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT 3.2.3.M¹ch CC(Common Collector) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ C, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung. TÝn hiÖu ra TÝn hiÖu vµo H×nh 3.6.M¹ch CB 3.3. §Æc tuyÕn tÜnh vµ c¸c tham sè tÜnh cña BJT §Æc tuyÕn tÜnh diÔn t¶ mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu trªn BJT. Cã bèn lo¹i ®Æc tuyÕn lµ ®Æc tuyÕn vµo, ra, truyÒn ®¹t dßng ®iÖn, håi tiÕp ®iÖn ¸p. Ta chØ xÐt ®Æc tuyÕn ra cña m¹ch CE. IC IC=f(VCE) MiÒn dÉn b·o hoµ I B=const IB4 IB3 IB2 MiÒn ®¸nh thñng IB1 VCE H×nh 3.7.Hä ®Æc tuyÕn tÜnh ngâ ra cña BJT m¾c kiÓu CE  C¸c tham sè giíi h¹n cña BJT Tuú theo diÖn tÝch mÆt tiÕp xóc , vËt liÖu vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o…Mçi BJT chØ cho phÐp mét dßng ®iÖn tèi ®a trªn mçi ®iÖn cùc lµ I Emax, IBmax, ICmax. Ngoµi ra trªn c¸c tiÕp xóc J E, JC cã c¸c ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp V Cbmax, VBemax, VCemax ®Ó kh«ng g©y ®¸nh thñng c¸c tiÕp xóc. TÇn sè giíi h¹n: Mçi BJT chØ lµm viÖc hiÖu qu¶ ®Õn mét tÇn sè nhÊt ®Þnh v× do ë tÇn sè cao, c¸c ®iÖn dung ë c¸c tiÕp xóc p -n t¨ng. MÆt kh¸c chuyÓn ®éng cña h¹ t dÉn qua miÒn B Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT kh«ng thÓ coi lµ tøc thêi mµ chiÕm mét thêi gian ®¸ng kÓ so víi chu kú tÝn hiÖu nªn , bÞ gi¶m theo tÇn sè. 3.4.C¸c c¸ch ph©n cùc cho BJT VÒ nguyªn t¾c ta cÇn hai nguån ®Ó ph©n cùc thuËn J E vµ ph©n cùc nghÞch J C 3.4.1. Ph©n cùc b»ng dßn g IB cè ®Þnh: 3.4.1.1. Dïng mét nguånV CC §iÖn trë R B lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån V CC ®Ó ph©n cùc thuËn J E, ®iÖn trë R C lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån V CC ph©n cùc nghÞch J C, nghÜa lµ V BE>0, VCB>0. V  VBE I B  CC RB VCC RB I C  I B Rc Ic IB VCE  VCC  I C RC IE RE . H×nh 3.8. M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT, ph©n cùc b»ng dßng I B cè ®Þnh Ta thÊy dßng I B cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi tuú thuéc vµo V CC vµ RB nªn m¹ch cã tªn lµ ph©n cùc b»ng dßng I B cè ®Þnh. C¸c gi¸ trÞ cña V CE vµ IC x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra cña BJT. Ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh ®iÓ m lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ. Tõ biÓu thøc V CE=VCC-ICRC ta cã I C=(-1/RC)VCE+(1/RC)VCC(1). Giao ®iÓm cña ®­êng th¼ng cã ph­¬ng tr×nh nh­ (1) víi ®­êng biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a I C vµ VCE øng víi dßng I B=(VBB-VBE)/RB trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra m¹c h EC x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q. IC IB4 IB3 VCC/RC ICQ IB2=(VCC-VBE)/RB Q IB1 VCEQ VCC VCE H×nh 3.9. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT 3.4.1.2. Dïng hai nguån VC C IB  Rc VBB  VBE RB B RB B I C  I B VB B VCE  VCC  I C RC . H×nh 3.10. M¹ch ph©n cùc b»ng dßng I B cè ®Þnh dïng hai nguån 3.4.2. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collector Håi tiÕp lµ sù ®­a tÝn hiÖu ngâ ra cña b é khuÕch ®¹i trë ng­îc l¹i ®Çu vµo. NÕu tÝn hiÖu håi tiÕp ®­a vÒ lµm gi¶m ®iÖn ¸p vµo bé khuÕch ®¹i th× gäi ®ã lµ håi tiÕp ©m. §iÖn trë R B dÉn ®iÖn ¸p tõ cùc C ®­a ng­îc vÒ cùc B. Khi nhiÖt ®é t¨ng dßng IC, IE t¨ng lµm V C gi¶m, th«ng qua ®iÖn trë R B lµm ®iÖn ¸p ph©n cùc cho cùc B lµ VBE gi¶m, lµm BJT dÉn yÕu l¹i lµm gi¶m dßng I C. §iÖn trë R B gäi lµ ®iÖn trë håi tiÕp ©m. VC C VCC  VBE IB  RB  (1   ) RC Rc RB I C  I B VCE  VCC  I C RC . H×nh 3.12. M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collector 3.4.3. Ph©n cùc b»ng dßng Emitter M¹ch dïng hai ®iÖn trë RB1, RB2t¹o thµnh cÇu ph©n ¸p ®Ó ph©n cùc thuËn J E, RC lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån V CC ph©n cùc cho J C. RE lµ ®iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt ¸p dông ®Þnh lý Thevenin, ta cã s¬ ®å m¹ch t­¬ng ®­¬ng VC C (a) Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö RB1 Rc RB2 RE . Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT VCC Rc RBB (b) RE VBB H×nh 3.13. (a)M¹ch ph©n cùc b»ng dßng Emitter (b) M¹ch t­¬ng ®­¬ng theo ®Þnh lý Thevenin Trong®ã V BB  VCC R B 2 ; R BB  R B1 // R B 2 R B1  R B 2 IB  V BB  V BE ; I C   I B ; VCE  VCC  I C RC  I E R E R BB  (1   ) R E Ta biÕt khi nhiÖt ®é t¨ng, ba tham sè cña BJT sÏ thay ®æi , ®ã lµ V BE, , IC. Trong ba kiÓu ph©n cùc trªn , kiÓu ph©n cùc b»ng ®Þnh dßn g Emitter cho ta dßng I C æn ®Þnh nhÊt v× dßng I C hÇu nh­ kh«ng phô thuéc vµo  v× ICVBB/RE nÕu chän VBB>>VBE Bµi tËp : Cho s¬ ®å m¹ch nh­ h×nh 3.13a. BiÕt r»ng R B1=32k; RB2=6,8k; Rc=3k; RE =1,5k; R; =100;Vcc=15V. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh vµ biÓu diÔn nã trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra. Gi¶i: R BB  R B1 // R B 2  32k // 6.8k  5.6k V BB  IB  VCC R B 2 15 * 6,8   2,6V R B1  R B 2 32  6,8 V BB  V BE 2,6  0,7   0,012mA R BB  (1   ) R E 5,6  101 * 1,5 I C   I B  100.0,012mA  1,2mA VCE  VCC  I C RC  I E Re  VCC  I C ( RC  R E )  15  0,012 * 4,5  9,6V Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT IC(mA) IB4 IB3 15/4,5 1,2 Q IB2=0,012mA IB1 VCE(V) 9,6 15V H×nh 3.14. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 4: M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT Ch­¬ng 4: M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT M¹ch khuÕch ®¹i lµ m¹ch ®iÖn tö trong ®ã víi mét sù biÕn ®æi nhá cña ®¹i l­îng ®iÖn ë ®Çu vµo sÏ g©y ra sù biÕn ®æi lín cña ®¹i l­îng ®iÖn cña ®Çu ra. C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña m¹ch ®iÖn lµ BJT cã thÓ m¾c theo s¬ ®å B, E, C Néi dung cña ch­¬ng nµy tr×nh bµy c¸c kiÓu m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá c¬ b¶n dïng BJT nh­ m¹ch EC, BC, CC vµ c¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt (khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lín). Tõ ®ã ta tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch nh­ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn, d¹ng sãng t¹i c¸c vÞ trÝ trong m¹ch... Môc ®Ých cña ch­¬ng nµy gióp sinh viªn n¾m ®­îc nguyªn lý lµm viÖc cña c¸c m¹ch khuÕch ®¹i, c¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó øng dông trong viÖc thiÕt kÕ m¹ch. C¸c chØ tiªu c¬ b¶n cña mét m¹ch khuÕch ®¹i: rS vS M¹ch khuÕch ®¹i Rt H×nh 4.1. M¹ng bèn cùc ®¹i diÖn cho m¹ch khuÕch ®¹i. Nguån tÝn hiÖu v S ®­îc ®­a ®Õn ngâ vµo cña linh kiÖn ®iÖn tö, nh­ BJT... Nhê vai trß ho¹t ®éng cña BJT, trªn ®iÖn trë t¶i R t sÏ nhËn ®­îc tÝn hiÖu ®· ®­îc khuÕch ®¹i nghÜa lµ tÝn hiÖu nµy biÕn thiª n cïng quy luËt víi tÝn hiÖu v S nh­ng cã biªn ®é lín h¬n nhiÒu. Tuú theo d¹ng cña tÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i mµ chia thµnh c¸c lo¹i m¹ch khuÕch ®¹i c¬ b¶n sau:  M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu biÕn thiªn chËm (khuÕch ®¹i DC).  M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xoay chiÒu bao g åm m¹ch khuÕch ®¹i tÇn sè thÊp, trung b×nh vµ tÇn sè cao. Trong ch­¬ng nµy, ta xÐt c¸c m¹ch khuÕch ®¹i tÇn sè trung b×nh. §Ó ®¬n gi¶n, gi¶ thiÕt r»ng nguån tÝn hiÖu v S cÇn khuÕch ®¹i cã d¹ng h×nh sin, tÝn hiÖu ra trªn t¶i vÉn cã d¹ng h×nh sin (m¹ch khuÕch ®¹i lý t­ëng). Trong ®iÒu kiÖn ®ã, c¸c ®¹i l­îng xoay chiÒu trong m¹ch nh­ ®iÖn ¸p vµo, dßng ®iÖn vµo, ®iÖn ¸p ra trªn t¶i, dßng ®iÖn ra trªn t¶i lµ nh÷ng ®¹i l­îng h×nh sin. TÝn hiÖu nhá lµ c¸c ®¹i l­îng ë ®Çu vµo, ®Çu ra biÕn thiªn trong ph¹m vi hÑp. M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá th­êng ®­îc ®Æt ®Çu tiªn cña mét thiÕt bÞ khuÕch ®¹i ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cßn ch­a lín. D­íi ®©y ta kh¶o s¸t c¸c m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá theo ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch nghÜa lµ thay thÕ c¸c m¹ch cô thÓ b»ng s¬ ®å t­¬ng ®­¬ng xo ay chiÒu, sau ®ã tÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®Æc tr­ng cña m¹ch: hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn , pha cña ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p ra ... Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 4: M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT 4.1. S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña BJT ®èi víi tÝn hiÖu nhá xoay chiÒu theo tham sè chuÈn: 4.1.1. M¹ch CE (Common Emittter): B §iÖn ¸p vµo C §iÖn ¸p ra rbe rce ib E H×nh 4.2. S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña BJT ®èi víi m¹ch CE Trong ®ã rbe=rb+ (1+ )re (4.1a) re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp xóc J E. re=26mV/ I E . (4.1b) rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze. rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p J C. ib : nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i b. 4.1.2. M¹ch BC ( Common Base ): E §iÖn ¸p vµo C reb §iÖn ¸p ra rcb ie B H×nh 4.3. S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña BJT ®èi víi m¹ch CB Trong ®ã reb= re + rb/(1+ ) (4.2) re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp x óc JE. r e=26mV/ I E . rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze. rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p J C. ie: nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i e Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 4: M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT 4.1.3. M¹ch CC: (Common Collector) B C §iÖn ¸p vµo rbe rce ib E §iÖn ¸p ra H×nh 4.4. S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña BJT ®èi víi m ¹ch CC Trong ®ã rbe=rb+ (1+ )re re : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp xóc J E. re=26mV/ I E . rb : ®iÖn trë khèi vïng Baze. rc : ®iÖn trë vi ph©n cña tiÕp gi¸p J C. ib: nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi dßng i b 4.1.4. Nguyªn t¾c vÏ s¬ ®å t­¬ng ®­¬ng ®èi víi tÝn hiÖu xoay chiÒu; C¸c tô coi nh­ nèi t¾t v× c¸c tô nµy cã dung kh¸ng rÊt nhá (gÇn nh­ b»ng kh«ng ë tÇn sè lµm viÖc cña m¹ch) Nguån mét chiÒu Vcc coi nh­ nèi t¾t v× gi¶ thiÕt lµ nguån lý t­ëng cã néi trë b»ng 0. 4.2. M¹ch khuÕch ®¹i CE 4.2.1. S¬ ®å m¹ch: Vcc R1 Rc C2 C1 vt CE R2 vS Re Rt H×nh 4.5. S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i CE 4.2.2. T¸c dông linh kiÖn: R1,R2 : §iÖn trë ph©n cùc; RC : §iÖn trë t¶i cùc C. Vcc: nguån mét chiÒu; vS: nguån xoay chiÒu. Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö