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:
Khuếch đại
Giao hoán

tùy theo dạng mạch ta có 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 có :
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)
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 tăng ? VE =REIE tăng ?VBEgiảm?IB giảm? IC giảm lại, cân bằng lại.

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 thông dụng.
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)
Mạch thu – phát :


và :











Điểm tĩnh điều hành cho bởi ( 4), (5), (8)

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)
Vai trò của điện trở ổn định nhiệt RE
Khi nhiệt độ T tăng , ICBO tăng ,  IC tăng  VE tăng  VBE = (VBB – VE) giảm  IB giảm  IC giảm lại để chống lại sự gia tăng nói trên, giử Transistor không 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 thông, 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’)
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)


Vai trò của điện trở hồi tiếp RB
Để có 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 tăng IC tăng  VCE giảm  VB giảm IB giảm  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)
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)

5.Hệ số ổn định nhiệt S
Khi nhiệt độ thay đổi, các thông số transistor thay đổi như sau:
ICBO tăng gaáp đôi khi nhiệt độ tăng lên
10oC.[ 8oC ( Si); 12oC(Ge)].
tăng gắp đôi khi nhiệt độ tăng 50oC ( Si) ; 80oC ( Ge).
VBE giảm theo – 2,2mV / oC [ -2,5mV / oC (Si); - 1,6mV / oC ( Ge) ].
Vậy dòng thu là hàm số:
IC = f ( ICBO, , VCE )


Sự thay đổi dòng thu cho bởi:



Các hệ số ổn định nhiệt:


Hệ số ổn định nhiệt trong mạch phân cực bằng cầu phân thế và RE.
Ta có:
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:


Sắp xếp lại:


Hay:


Tính được:



Do : nên:





SI càng nhoû mạch càng ổn định ( 1- 11), SI = 11 là trị số tối ưu.

















SI càng nhõ càng




Tương tự:




Vì trong công thức vẫn còn chứa cả ICBO, VCE,
nên ta có thể tính theo cách sau:


Suy ra:


Do đó:


Hay:






Chú ý : Do cách tính các hệ số ổn định phức tạp ,nên ta chỉ xét hệ số SI của mạch trên . KHi đã giải quyeát SI tốt thì các sự ổn định khác tưong đối được giải quyết.
6.Phân cực transistor pnp
Thường có 2 dạng phân cực thông dụng:










Chỉ nên đọc khi đã thật quen với mạch transistor npn.
Xem giáo trình ĐTCB
Xem bài tập 2.9 và 2.10
Các cách phân cực bằng nguồn ổn dòng, gương dòng sẻ xét ở chương IC


II.Phân cực mạch Transistor Giao hoán
1. Điều kiện phân cực giao hoán
Khi ngưng (off):
Ic = 0  VCE = VCC (1)
Khi bão hoà:
VBE = 0,7V và ICbh) = VCC / RC ( 2)
bão hoà Ic(mA)
Icbh Q2
=Vcc/Rc
ngưng
Q1
0 VCC VCE(V)

Đường biểu diễn hFE theo dòng IC

Để có bão hoà sâu ( chắc chắn bão hoà) phải có:
IB > IBbh (3)








Thường chọn:

hay:


2.Mạch Đảo ( Inverter , NOT)
a. Dạng 1: Thoả IB > IBbh RB < RC
Khi Vi = 0V= ViL , Transistor ngưng.
điện thế ngõ ra
Vo = VoH = Vcc = logic 1
Khi Vi = Vcc = ViH ,
Transistor dẫn bão hoà ,
Vo = 0V = VoL=logic 0
Ta có bảng chân lý:
được gọi là cổng NOT
hay Transistor đảo
b. Dạng 2
Mạch điện:
Thoả điều kiện (4): RB < RC
Khi Vi =0V  VBE = 0V
Transistor ngưng
 VO = VCC= VOH =logic 1
Khi Vi >0V  Transistor dẫn bão hoà
 VO = 0,2V = VOL=logic 0
Vậy mạch là cổng NOT
Ứng dụng cổng NOT
Mạch điều khiển LED(a),Điều khiển Rờ-le
(Relay) (b):
3. Cổng Logic họ DTL
a.Cổng NAND
Gồm NOT+ AND hay AND + NOT




A
F
B



Phân giải cổng NAND



2 diod dẫn
Q ngưng

D1 dẫn
Q ngưng

D2 dẫn
Q ngưng

2 diod ngưng
Q dẫn bh

b.Cổng NOR họ DTL
Gồm cổng NOT+ OR




A
B F


Phân giải cổng OR



2 diod ngưng,
Q ngưng
D1 dẫn, Q dẫn

D2 dẫn, Q dẫn

2 diod dẫn,Qdẫn
4.Cổng Logic họ TTL
a .Cổng NOR
Khi A=B=0Q1,Q2 ngưng
 Vo = Vcc= VoH = logic 1
Khi A=Vcc , B=0 Q1 dẫn ,
Q2 ngưng 
 Vo=O,2V = VoL = logic 0
KHi A=0,B=Vcc  Q! ngưng,
Q2 dẫn 
 Vo= 0,2V = VoL=logic 0
Khi A=B=VCC  Q1, Q2 dẫn
 Vo=0,2V = VoL = logic 0

b. Cổng NAND ngõ ra đơn cực
Mạch đơn giản ( xem hình ở sau)
Hiện nay ít sử dụng
Cách hoạt động:
A=B=0V : Q1 dẫnQ2 ngưngVo =5V=1
A=5V,B=0V: Q1 dẫnQ2 ngưng Vo=5V
A=0V,B=5V: Q1 dẫnQ2 ngưng Vo=5V
A=B =5V: Q1 ngưngQ2 dẫnVo=0,2V
Cổng NAND chuẩn (họ TTL)

Khi A=B=0 Q1dẫn Q2ngưng
 Q3 ngưng, Q4 dẫn
 Vo = 2,4 – 3,6 V =
= VoH = logic 1
Khi có hoặc A hoặc B xuống 0
 Q1 dẫn, Q2,
Q3 ngưng, Q4 dẫn
 Vo = VoH = logíc 1
KHi A=B=Vcc  nối B-E 1 ngưng,
nhưng nối C-B1 dẫn,
Q2 dẫn Q3 dẫn,Q4 ngưng
 Vo=0,2V = VoL


Giai thích cách hoạt động:
KHi A=B=0V
Q! dẫn Q2 ngưng
Q3 ngưng, Q4 dẫn
 VO = 2,4V – 3,6V=
= VOH =
= logic 1
Khi chỉ có 1 ngõ vào
lên cao và 1 ngõ vào thấp:
 tương tự trên VO=VOH
Khi A=B = Vcc = ViH
 nối B-E1 ngưng,
nhưng nối B-C1 dẫn
 Q2 dẫnQ3 dẫn
và Q4 ngưng
 VO = 0,2V
0,4V=
= VOL =
= logic 0
Bảng sự thật
Cổng NAND có ngõ cho phép ( Enable)

C B A F

1 x x 1 cấm

0 0 0 1 A

0 0 1 1 B F

0 1 0 1
C
0 1 1 0

c. IC họ TTL
Nối 2 ngõ vào A và B của cổng NAND lại với nhau ta có cổng NOT (IC họ TTL)
d. Đặc tính chung (chuẩn) của họ IC TTL
ViH = 2V Vcc VOH = 2,4V
IiH = 40uA IOH = -400uA

ViLmax = 0.8V VOLmax= 0,4V
IiL=-1,6mA IOL = 16mA
FAN OUT = 16mA/1,6 mA= 400uA/40uA = 10
FAN OUT

OUT IN
VOHmax= 5V ViHmax = 5V
NM
0,4V
VOHmin=2,4V
ViHmin=2V
NM ViLmax=0,8V VOLmax=,4V0 0,4V 0V
Các đặc tính khác sẽ trình bày sau.


Vùng
không
cho phép




Dãi
bất định
Độ miễn nhiễu(Noise immunty)-Lề nhiễu
VOH VIH
VOL VIL
VNH= VOHmin - VIHmin=2,4 - 2 =0,4V
Khi VOH = 2,4V thúc vào cổng tải ở sau thì ,cổng này hiểu là mức cao và hoạt động đúng.
Khi có xung nhiễu âm > 0,4V thì ViH < 2V, nên rơi vào vùng bất định và cổng tải sẽ hoạt động sai.
VNL= ViLmax - VOLmax= 0,8V- 0,4V = 0,4 V
Tương tự, khi xung nhiễu dương>0,4V thì ViL> 0,8V nên rơi vào vùng bất định và cổng tải hoạt động sai.Xung nhiễu âm không ảnh hưởng .