Chương 2: Đại cương về transistor

Transcript

1 Chương 2: Đại cương về transistor Transistor tiếp giáp lưỡng cực - BJT [ Bipolar Junction Transistor ] Transistor hiệu ứng trường FET [ Field Effect Transistor ]

2 2.1 KHUYẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN MẠCH BẰNG TRANSISTOR

3

4 VÍ DỤ 2.1 Mô hình của bộ khuyếch đại tuyến tính Hãy xác định hệ số khuyếch đại điện áp, A V = v L /v S của mô hình mạch khuyếch đại thể hiện ở hình 2.3, với các điện trở nội của đầu vào và đầu ra là r i và r o ; hệ số khuyếch đại nội của phần tử khuyếch đại, µ; điện trở nội của nguồn tín hiệu là R S, và điện trở tải là R L. Theo hình vẽ, ta có: v in r i r i R S v S v v L in r i ri R S v r R v r R r R i L S i S o L S A V v r RL v r R r R L i S i S o L

5 2.2 TRANSISTOR TIẾP GIÁP LƯỠNG CỰC - BJT

6

7

8 I E = I B + I C (2.1) I C = b I B (2.2)

9

10

11 Xác định vùng làm việc của BJT V V 2 V; V V 1,3 V; V V = 8 V B 1 E 2 C 3 I B V BB V R B B 4 V - 2 V = 50 μ A 40 kω I C V CC R V C C 12 V - 8 V = 4 ma 1 kω I I C B b 80

12 VÍ DỤ 2.2 Xác định vùng hoạt động của BJT Xác định vùng hoạt động của BJT trong mạch ở hình 2.10, khi nguồn điện áp base V BB bị ngắn mạch, V BB = 0; V CC =12 V; R B = 40 k; R C = 1 k; R E = 500.

13 VÍ DỤ 2.3 Xác định vùng hoạt động của BJT Xác định vùng hoạt động của BJT trong mạch ở hình 2.11, khi biết các điện áp: V 1 = V B = 2,7 V; V 2 = V E = 2 V ; V 3 = V C = 2,3 V.

14 Phương pháp chọn điểm làm việc cho BJT I B I BB (2.3) VCE VCC ICRC (2.4) I C V CC CE (2.5) R C V R C

15

16 Ví dụ 2.4: Xác định điểm làm việc DC cho mạch khuyếch đại bằng BJT bằng đồ thị (tức bằng đặc tuyến collector) Xác định điểm làm việc DC, tức là I BQ và I CQ, V CEQ của mạch khuyếch đại hình 2.14, khi biết R B = 62,7 k; R C = 375 ; điện áp các nguồn cung cấp V BB = 10 V; V CC = 15 V; họ đặc tuyến collector như ở hình 2.13; điện áp tiếp giáp BE, V = 0,6 V V V R I 15 V 375I CE CC C C C I B V V R BB BE BB B V R V B 10 V - 0,6 V =150 μ A 62,7 kω V 7 V; I 22 ma; I =150 A CEQ CQ BQ

17 Mạch khuyếch đại bằng BJT

18 Ví dụ 2.5 Mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ bằng BJT Hình 2.17, là mạch khuyếch đại bằng BJT có đặc tuyến collector như ở hình 2.13, R B = 10 k; R C = 375 ; V BB = 2,1 V; V CC = 15 V; V = 0,6 V; Hãy xác định: (1) điểm làm việc DC của BJT; (2) hệ số khuyếch đại dòng danh định, b, tại điểm làm việc; (3) hệ số khuyếch đại điện áp AC, A V = V o /V B. V R I V BB B BQ BEQ I BQ V V V V BB BEQ BB R B R B 2,1 V -0,6 V =150 μ A 10 kω V V R I 15 V -375I CE CC C C C

19

20 V BB R R1 R 1 2 V CC (2.6) RB R1 R (2.7) 2 V I R V I R [ R ( b 1) R ] I V BB B B BE E E B E B BE (2.8) b 1 V I R V I R I R R V b CC C C CE E E C C E CE (2.9) I B R B VBB VBE ( b 1) R E (2.10); b 1 V V I R R b CE CC C C E (2.11)

21 Ví dụ 2.6 Mạch phân cực BJT thực tế Hãy xác định điểm phân cực DC của transistor cho mạch ở hình 2.20, tức là tính các dòng (tĩnh) DC, I BQ và I CQ, V CEQ, khi các điện trở, R 1 = 100 k; R 2 = 50 k; R C = 5 k; R E = 3 k; V CC = 15 V; V = 0,7 V. V BB R R1 R 1 2 V CC 100 kω = 15 V = 5 V 100 kω +50 kω RB R1 R2 33,3 kω I B VBB V VBB V BE 5 V -0,7 V 128 μa R ( b 1) R R ( b 1) R 33 k k B E B E b VCE VCC IC RC RE 15 V -128 μa5 kω + 3 kω = 4,72 V b 100 V 4,72 V; I 1, 28 ma; I 128 μa CEQ CQ BQ

22 2.3 MÔ HÌNH TÍN HIỆU LỚN CỦA BJT

23

24 Ví dụ 2.7 Mạch điều khiển LED Hãy thiết kế mạch khuyếch đại bằng transistor để cung cấp nguồn cho LED. LED yêu cầu chuyển sang sáng (dẫn) [ON] và tắt (ngưng dẫn) [OFF] tuân theo tín hiệu on-off từ cổng ra số của máy tính. Mạch như ở hình Các đại lượng đã cho gồm máy tính: điện trở ra = R B = 1 k; V on = 5 V; V off = 0 V; I = 5 ma. Transistor: V CC = 5 V; V = 0,7 V; b = 95. LED: V LED = 1,4 V; I LED > 15 ma; P max = 100 mw. Tính điện trở collector, R C, để cho transistor hoạt động ở vùng bảo hòa khi mức điện áp ra từ máy tính là 5 V; mức công suất tiêu tán bởi LED.

25 Mạch khuyếch đại tín hiệu-lớn dùng trong nhiệt kế điện tử diode Mạch như ở hình V CC = 12 V; b = 188,5; V BE = 0,75 V; R S = 0,5 k; R B = 10 k; đáp ứng điện áp của diode theo nhiệt độ (hình 2.27), cần phải tính điện trở collector và điện áp ra của transistor theo nhiệt độ. Sử dụng diode 1N914 và transistor 2N3904.

26 v I R V D BQ B BEQ 0 I BQ v D V R B BEQ 1,1 V -0,75 V = 35 μ A 10 kω I bi 188,5 35 μa = 6,6 ma CQ BQ V I R V CC CQ C CEQ 0 R C V CC V I CQ CEQ 12 V -6 V = 0,909 kω 6,6 ma

27 2.4 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG

28

29

30

31

32

33

34

35 Bảng 2.1 Các vùng làm việc và phương trình của MOSFET tăng cường kênh-n Vùng ngắt: v GS < V GSth và i D 0 Vùng tuyến tính (Ohmic): v DS < 0,25(v GS V GSth ), v GS > V GSth (điện trở máng-nguồn tương đương) i D v r DS DS Vùng bão hòa: v DS (v GS V GSth ), v GS > V GSth k id ( vgs VGSth ) 2 Vùng đánh thủng: v DS > V BDS 2 r DS 1 k( v V ) GS GSth

36 VÍ DỤ 2.8 Xác định điểm-q trên đặc tuyến ra của MOSFET Xác định điểm-q tức mức dòng máng tĩnh (dc), I DQ và điện áp mángnguồn tĩnh, V DSQ của MOSFET trong mạch ở hình 2.32, với V GG = 2,4 V; V DD = 10 V; R D = 100; và MOSFET trong mạch có họ đặc tuyến dòng máng như ở hình 2.32

37 VÍ DỤ 2.9 Tính điểm-q của MOSFET Xác định điểm-q tức mức dòng máng tĩnh (dc), I DQ và điện áp mángnguồn tĩnh V DSQ của MOSFET trong mạch ở hình 2.32, với V GG = 2,4 V; V DD = 10 V; R D = 100. MOSFET trong mạch có họ đặc tuyến dòng máng như ở hình 2.32 k 2ID 295mA 2 2 ( V V ) (2,8V 1,4V) GS GSth 97mA / V 2 2 k 2 97 ma / V 2 IDQ ( vgs VGSth ) (2,4 V -1,4 V) = 48,5 ma 2 2 VDSQ VDD RDI DQ 10 V -100 Ω 48,5 ma = 5,15 V

38 VÍ DỤ 2.10 Mạch tự phân cực bằng MOSFET Xác định điểm-q cho mạch tự phân cực bằng MOSFET như ở hình 2.33a, với V DD = 30 V; R D = 10 k; R 1 = R 2 = 1,2 M; R S = 1,2 k; V GSth = 4 V; k = 0,9 ma/v 2. Hãy chọn R S để có V DSQ = 8 V.

39 MOSFET kênh-p và các cấu kiện CMOS

40 Cổng tương tự hai chiều bằng MOSFET

41 2.6 MOSFET NGHÈO VÀ JFET * MOSFET nghèo kênh-n

42

43

44

45

46

47 Transistor hiệu ứng trường kiểu tiếp giáp - JFET

48

49

50 Bảng 2.2 Các vùng làm việc và phương trình của MOSFET kiểu nghèo và JFET kênh-n Vùng ngắt: v GS < - V GSOFF và i D 0 Vùng tuyến tính [Ohmic]: v DS < 0,25(v GS - V GSOFF ), v GS > - V GSOFF (điện trở máng-nguồn tương đương) vds id r DS Vùng bão hòa: v DS (v GS - V GSOFF ), v GS > - V GSOFF r DS DSS V 2 GSOFF 2 I ( v V ) GS GSOFF i D I DSS vgs (1 ) V GSOFF Vùng đánh thủng: v DS > V BDS 2

51 Ví dụ 2.11 Cách xác định vùng làm việc của JFET Xác định vùng làm việc của mỗi JFET ở hình 2.42, với V DD = 15 V; R D(a) = 500 ; R D(b) = 1,45 k; V GSOFF = - 4 V; I DSS = 10 ma. v V R i DS DD D D v V R i DS DD D D =15 V -0,5 kω 10 ma =10 V =15 V-1,45 kω 10 ma = 0,5 V

52 Ví dụ 2.12 Phân cực cho JFET Thiết kế mạch phân cực cho JFET như ở hình 2.43, để hoạt động ở vùng bảo hòa với mức dòng máng, I DQ = 4 ma và điện áp máng-nguồn, V DSQ = 10 V, khi biết V GSOFF = - 3 V; I DSS = 6 ma; V DD = 30 V. i D I DSS v V GS 1 GSOFF I I I I V I V I 2 DSS 2 DSS DSS v GS vgs DQ GSOFF DQ GSOFF DQ 2 0,166vGS vgs 0,5 0

53 Chương 3 Các mạch khuyếch đại và chuyển mạch bằng transistor 3.1 MÔ HÌNH TÍN HIỆU NHỎ CỦA BJT

54

55

56 VÍ DỤ 3.1 Xác định hệ số khuyếch đại vòng hở AC của bộ khuyếch đại emitterchung Hãy xác định điểm-q và hệ số khuyếch đại vòng hở AC của mạch khuyếch đại ở hình 3.4, mạch khuyếch đại sử dụng transistor npn 2N5088 khi nguồn điện áp base, V BB = 6 V; V CC = 12 V; R B = 100 k; R C = 0,5 k; R E = 100 ; V = 0,6 V; b fe = 350.