Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

70
ĐIỆN TỬ BẢN ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ TS. NGUYỄN LINH NAM

Transcript of Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Page 1: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TS. NGUYỄN LINH NAM

Page 2: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Chương 3:

BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Page 3: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mục tiêu của chương: - Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến,

nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của BJT

- Vẽ được sơ đồ tương đương của BJT

- Giải thích và tính toán được các mạch điện tử ứng dụng cơ bản dùng BJT

- Áp dụng được các kiến thức về BJT trong thực tế

Page 4: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BJT (Bipolar Junction Transistors)

E (Emitter): phát ra các hạt mang điện. C (Collector): thu các hạt điện phát ra tư chân E. B (Base): điều khiên dong điện chảy trong transistor, chảy tư chân E vào chân C.

E

E

C

C

B

B

npn pnp

Page 5: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Các tham số cơ bản của BJT ở chế độ khuếch đại

CBOEC IαII

α: 0.95→0.99

BCE III

CBOEB IIα1I

α

II

β

1

α

II

α

α1I CBO

CCBO

CB

β là hệ số khuếch đại

Nếu bỏ qua giá trị rất nhỏ của dong ICBO

BC βII

CBE II1βI

Page 6: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Vùng khuếch đại hay tuyến tính Nối B-E phân cực thuận Nối B-C phân cực nghịch Vùng bảo hòa Nối B-E phân cực thuận Nối B-C phân cực thuận Vùng ngưng Nối B-E phân cực nghịch

CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG

Page 7: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH KHOÁ ĐIỆN TỬ (MẠCH XUNG SỐ)

MẠCH KHUẾCH ĐẠI

Page 8: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

KHOÁ ĐIỆN TỬ (MẠCH XUNG SỐ) Khóa điện tử: trạng thái đóng (con gọi là trạng thái dẫn) trạng thái ngắt (con gọi là trạng thái tắt)

tác động của tín hiệu điều khiên ở ngõ vào

Thay bằng khóa BJT

Page 9: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

KHÓA ĐIỆN TỬ Khóa điện tử: trạng thái đóng (con gọi là trạng thái dẫn) trạng thái ngắt (con gọi là trạng thái tắt)

tác động của tín hiệu điều khiên ở ngõ vào

Khoá transistor (BJT)

BJT có thể làm việc ở một trong hai trạng thái: -Trạng thái tắt: dòng qua transistor bằng 0,

transistor khoá. -Trạng thái dẫn bão hoà: dòng qua

transistor đạt giá trị cực đại, transistor dẫn.

-Vin=0, VBE=0, transistor ngưng dẫn. IB=0 và IC=0 VCE=Vout=VCC-IC.RC=VCC -Vin#0 và VBE>VBEsat(Si=0.7V; Ge=0.2V), transistor chuyển sang trạng thái dẫn bão

hoà VCE=VCEsat=0.1÷0.2V (Si) ICsat=(VCC-VCEsat)/RC IB=IC/β (β: độ khuếch đại dòng). Để chọn giá thích hợp RB: IB =(k.IC)/β (k là hệ số bão hoà

sâu, k=2÷5). RB=(Vin-VBEsat)/IB

Page 10: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Quan hệ vào ra: Ngõ vào là xung vuông có tần số 1KHz, biên độ

5V, nguồn Vcc = 12V

Ngõ ra là xung vuông có tần xố 1KHz, biên độ 12V

0.000ms 1.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms

15.00 V

10.00 V

5.000 V

0.000 V

A: v1_1

0.000ms 1.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms

15.00 V

10.00 V

5.000 V

0.000 V

A: vout

Vin

Vout

Page 11: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Using a transistor as a switch

NPN

PNP

Page 12: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Using a transistor switch with sensors

Page 13: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Đóng ngắt đèn

Page 14: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch điều khiển thiết bị điện dùng tín hiệu hồng ngoại

Page 15: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch tự động bật/tắt quạt

Page 16: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch điều khiển tốc độ động cơ

Page 17: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Ví dụ: Xác định RC và RB của mạch điện nếu ICsat=10mA

Q1

RB

RC

Vcc=+10V

VIn

VOut

β DC=250/Si

0

10

t1

VIn(V)

t

t2 0

10

t1

VOut(V)

t

t2

10 CCCsat

C

VI mA

R 1 CC

C

Csat

VR k

I

Ta chọn k=2 IB=80μA để đảm bảo BJT hoạt động trong vùng bảo hòa

Do đó ta thiết kế: RC=1kΩ

RB=116kΩ

IB =(k.IC)/β

RB=(Vin-VBEsat)/IB

=116kΩ

Page 18: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập 1: Cho sơ đồ mạch

điện sau, biết BJT Q1 có

min= 50, VBES= 0.7V, VCES≈

0; D1 có điện áp thuận VF =

2(V)

1.Tính giá trị các điện trở

R1, R2 để đảm bảo khi K1

đóng thì Q1 dẫn bão hoà với

dòng ICS = 20mA?

2. LED D1 có dòng cực đại

IFmax = 50mA, điện áp VFmax

= 3V, tìm giá trị nhỏ nhất

của R1 để D1 không

cháy(hỏng)?

Page 19: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Vcc

5V

K1

R3R2

R1

D3

D2

D1

D468

Q1

Bài tập 2: Cho sơ đồ mạch

điện sau, biết BJT Q1 có =

150, VBES= 0.7V, VCES≈ 0;

LED có điện áp thuận VF =

2(V), dòng thuận IF = 20mA.

1.Tính giá trị các điện trở R1,

R2, R3 để đảm bảo khi K1

đóng Q1 dẫn bão hoà thì các

LED sáng an toàn(cho hệ số

bão hòa K= 3).

2. LED có dòng cực đại IFmax

= 50mA, VFmax = 2,3V điện áp

tìm giá trị nhỏ nhất của các

R2, R3 để LED không

cháy(hỏng)?

Page 20: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập về nhà: Cho sơ đồ

mạch điều khiển Led như hình

trên, biết BJT Q1 có = 150,

VBES= 0,7(v), VCES≈ 0; các LED

có điện áp thuận VF = 2(v), dòng

thuận IF = 20(mA), nguồn Vcc=

9(v).

1. Tính giá trị các điện trở R1,

R2, R3 để đảm bảo khi công tắc

SW1 đóng Q1 dẫn bão hoà thì

các LED sáng an toàn(cho hệ số

bão hòa K= 3).

2. Các LED có dòng cực đại

IFmax = 50(mA), VFmax = 2,5(v)

điện áp tìm giá trị nhỏ nhất của

các R2, R3 để LED không bị

đánh thủng do quá dòng?

Page 21: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT

MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT

MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỀU TẦNG

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

Page 22: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT

Mạng 4 cực

Đê phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ người ta thường tính các thông số đặc trưng của mạch như: trở kháng ngõ vào (Zi), trở kháng ngõ ra (Zo), độ lợi dong (Ai), độ lợi áp (Av)…đối với tín hiệu xoay chiều.

Phương trình của mạng 4 cực

2221212

2121111

vaiai

vaiav

Page 23: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

CÁC KIỂU MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG BJT

Mạch chung Emitter (EC)

CB

EUIn

UOut

EC

Mạch chung Base (BC)

UInUOut

CE

B

BC

NPN

Mạch chung Collector (CC)

C

BE

UIn

UOut

CC

Page 24: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

0

IC(mA)

VCE(V)

IB(μA)

Q

N

M

ngưng

bão hòa

VCEQ

ICQ

Đường tải DC (DCLL) và Tĩnh điểm Q Bộ khuếch đại thông thường được thiết kế ở chế độ tối ưu hay điều kiện đối xứng tốt nhất (max swing: Maximum symmetrical swing ). Đây là chế độ sao cho sóng ra lớn nhất và không bị méo (ICQ hoặc VLQ).

Page 25: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ

Page 26: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch phân cực cơ bản cho BJT

a. Mạch phân cực Collector:

phương trình tải một chiều (DCLL)

ECCQCEQEEQCCQCEQCC RRIVRIRIVV

CQ

CEQCC

ECI

V-VRR

RE thường được tính theo công thức thực nghiệm

CQ

CC

CQ

REE

I

V0.30.1

I

VR

CR

nếu RE=0

CQ

CEQCC

CI

V-VR

Bộ khuếch đại thông thường được thiết kế ở chế độ tối ưu hay điều kiện đối xứng tốt nhất (max swing: Maximum symmetrical swing ). Đây là chế độ sao cho sóng ra lớn nhất và không bị méo (ICQ hoặc VLQ).

Page 27: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

b. Mạch phân cực Base:

b.1. Mạch định dong Base:

Tại cực B:

EEQBEbBQCC RIVRIV VBESi=0.7V, VBEGe=0.2V

ECQb

CQ

CC RI7.0Rβ

IV

βR

R

7.0VI

Eb

CCCQ

Tại cực C-DCLL:

EEQCECCQCC RIVRIV

ECCQCCCE RRIVV

Page 28: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

b.2. Mạch định áp Base:

CC

21

1BB V

RR

RV

21

2121b

RR

RRR//RR

ECCQCEQEEQCCQCEQCC RRIVRIRIVV DCLL

Ngoài ra

EEQBEbBQBB RIVRIV

β

RRI7,0

βR

RIVV bECQ

bEEQBEBB

βR

R

V-VI

bE

BEBBCQ

Page 29: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Thông thường

10

βRβ1R

10

1R E

Eb

Khi đó

E

BEBBEQCQ

R

V-VII

VBESi=0,7V, VBEGe=0,2V

EC

E

BBCCCEQ RR

R

7.0VVV

βR

R

V-VI

bE

BEBBCQ

Page 30: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

b.3. Mạch định dong Emitter:

EEEEQBEbBQ VRIVRI

1βR

R

7.0VI

bE

EEEQ

ECCQCEQEECC RRIVVV

DCLL

Phương pháp phân cực này chỉ được dùng khi mạch yêu cầu chất lượng cao như mạch vi sai, mạch khuếch đại thuật toán (OP-AMP) vì nó phải tốn thêm một nguồn cung cấp.

Page 31: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập phân tích phân cực (phân tích tĩnh DC)

Bài tập 1: Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT

có Vcc=12V, VBE=0.7V, β=120. Biết Rb=470kΩ, Rc= 2.2kΩ, Re=1kΩ.

Xác định Q(ICQ,VCEQ) của mạch.

Bài tập 2: Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT có

Vcc=12V, VBE=0.7V, β=125. Biết R1=68kΩ, R2=470kΩ, Rc= 10kΩ,

Re=1kΩ.

Xác định Q(ICQ,VCEQ) của mạch.

Mạch bài tập 1 Mạch bài tập 2

R2

R1

Page 32: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập về nhà 1: Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ

với BJT có VBEQ=0.7V, β=100. Biết R1=1.2kΩ, R2=5.2kΩ.

Xác định điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ) của mạch

Bài tập về nhà 2: Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ

với BJT có VBEQ=0.7V, β=100. Biết R1=3.6kΩ, R2=20kΩ.

Xác định điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ) của mạch.

Mạch bài tập 1 Mạch bài tập 2

Page 33: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Phân tích AC: Sơ đồ tương đương

Khi vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ xoay chiều ta dựa vào hai nguyên tắc sau: - Thiết lập tất cả các nguồn cung cấp một chiều ở mức điện thế 0V (ngắn mạch nguồn DC) - Ngắn mạch tất cả các tụ điện.

Đê phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ người ta thường tính các thông số đặc trưng của mạch như: trở kháng ngõ vào (Zi), trở kháng ngõ ra (Zo), độ lợi dong (Ai), độ lợi áp (Av)…đối với tín hiệu xoay chiều.

Page 34: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Chìa khóa đê phân giải và xác định các thông số của mạch là mạch tương đương xoay chiều.

Độ lợi điện thế:

Độ lợi dong điện:

Tổng trở vào:

Tổng trở ra:

oV

i

vA

v

oV

i

iA

i

ii

i

vZ

i

oo

o

vZ

i

R1 R2

Rczi

ii

vi

io zovo

+

--

+

Page 35: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch cực Emitter và Collector chung

erB

ib

E

ic

bi

Dạng đơn giản

erB

ib

E

ic

bi

Dạng đầy đủ

kiểu mẫu re

Dạng đơn giản

Dạng đầy đủ

thông số h

iehB

ib

E

ic

fe bh .i

re CEh .v

B ib

E

ic

fe bh .i

C

00e

1rh

ieh

~

Page 36: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch cực Base chung

Dạng đơn giản

Dạng đầy đủ

kiểu mẫu re

Dạng đơn giản

Dạng đầy đủ

thông số h

er

E ie

B

ic

ei

C

00b

1rh

ieh

E ie

B

ic

fb eh .ire cbh .v ~

00b

1rh

iehE

ie

B

ic

fb eh .ier

E ie

B

ic

ei

C

hib

hib

hrb

Page 37: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Các liên hệ cần chú ý:

e

C E

26mV 26mVr

I I

e ier h feh e ibr h fbh 1

;

Ngoài ra:

be be ce b m be

b c b m

v v i 1r . i g .v

i i i g

Do đó nguồn phụ thuộc βib có thê thay thế bằng nguồn gm.vbe

Page 38: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

RE

Q1

Rc

Vcc

RBC1

C2

Voer

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi Rb

Re

vo

+

-Zi Zb

Zo

Trị số β do nhà sản xuất cho biết Trị số re được tính từ mạch phân cực:

e

C

26mVr

I

Cách mắc Emitter chung (CE-Common Emitter): giải tích theo kiểu mẫu re

Page 39: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Ðộ lợi điện thế: oV

i

vA

v

o b Cv .i .R i e b E bv .r .i 1 R .i

o b C C

V

i e b E b e E

v .i .R .RA

v .r .i 1 R .i .r 1 R

CV

e E

RA

r R

CV

E

RA

R

Do β >>1

Nếu RE>>re

Dấu - cho thấy vo và vi ngược pha

er

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi Rb

Re

vo

+

-Zi Zb

Zo

Page 40: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

oi

i

iA

iÐộ lợi dòng điện:

oo

C

vi

R i

i

i

vi

z

. o ii

i C

v zA

v R

. ii V

C

zA A

R

Page 41: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

ii

i

vz

i

e b E bi

b e E e E E

b b

.r .i 1 R .ivz .r 1 R r R R

i i

i B bz R // z

Tổng trở vào:

oo

o

vz

iTổng trở ra:

oo C

o

vz R

i

er

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi Rb

Re

vo

+

-Zi Zb

Zo

Page 42: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

RE

Q1

Rc

Vcc

RBC1

C2

CE

ViVo

Q1

Rc

Vcc

RBC1

C2

ViVo

er

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi

Rb

vo

+

-

ZiZo

Mạch tương đương

Trong trường hợp nối thêm CE hoặc nối chân E xuống mass

Page 43: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

o CV

i e

v RA

v r

ii B e

i

vz R // r

i

o Cz R

ii V

C

zA A

R

Phân giải mạch ta sẽ tìm được:

Page 44: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực bằng cầu chia điện thế và ổn định cực phát

RE

Q1

Rc

Vcc

R1C1

C2

ViVo

R2

er

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi

R2

Re

vo

+

-

Zi Zo

R1

Zb

C CV

e E E

R RA

r R R

i 1 2 bz R // R // z

b e E Ez r R R

o Cz Rii V

C

zA A

R

Page 45: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch tương đương

Trong trường hợp nối thêm CE hoặc nối chân E xuống mass

RE

Q1

Rc

Vcc

R1C1

C2

ViVo

R2

CE

Q1

Rc

Vcc

R1C1

C2

ViVo

R2

er

Bib

E

iobi

C

Rc

ii+

-

vi

R2

vo

+

-

Zi Zo

R1

Zb

CV

E

RA

r

i 1 2 bz R // R // z

b Ez r

o Cz R

ii V

C

zA A

R

Page 46: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

http://www.sentex.ca/~mec1995/tutorial/xtor/xtor6/xtor6.html

Page 47: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
Page 48: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập 1 Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT có β=hfe=100,

Vcc=20V, VBEQ=0.7V. Biết Rb=390kΩ, Rc=2.2kΩ, Re=1.2kΩ. Tìm:

a. Điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ).

b. Vẽ sơ đồ tương tín hiệu nhỏ của mạch.

c. Độ lợi.

d. Trở kháng vào, Trở kháng ra.

Page 49: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập 2

Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT có β=hfe=200,

VBEQ=0.7V. Tìm:

a. Điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ).

b. Vẽ sơ đồ tương tín hiệu nhỏ của mạch.

c. Độ lợi.

d. Trở kháng vào, Trở kháng ra.

Page 50: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT có

β=hfe=200, VBEQ=0.7V. Tìm:

a. Điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ).

b. Vẽ sơ đồ tương tín hiệu nhỏ của mạch.

c. Độ lợi.

d. Trở kháng vào, Trở kháng ra.

Bài tập về nhà 1

Page 51: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Bài tập về nhà 2 Cho mạch khuếch đại CE dùng BJT như hình vẽ với BJT có β=hfe=200,

VBEQ=0.7V. Tìm:

a. Điểm tĩnh Q(ICQ,VCEQ).

b. Vẽ sơ đồ tương tín hiệu nhỏ của mạch.

c. Độ lợi.

d. Trở kháng vào, Trở kháng ra.

Page 52: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Một bộ khuếch đại thường gồm nhiều tầng khuếch đại ghép liên tiếp nhằm đạt đến mục tiêu thiết kế: đáp ứng về độ lợi, cải thiện đáp tuyến tần số, pha, triệt nhiễu, phối hợp trở kháng…. Trong cách ghép này tín hiệu ra của tầng trước là tín hiệu vào của tầng sau.

MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỀU TẦNG

Độ lợi toàn mạch sẽ là:

vnv2v1

in

on

i2

o2

i

o1

i

onv A...AA

V

V...

V

V

V

V

V

VA

ini2i1

in

on

i2

o2

i1

o1

i1

oni A...AA

I

I...

I

I

I

I

I

IA

Có hai cách ghép cơ bản: - Ghép gián tiếp: ghép RC, ghép biến áp… - Ghép trực tiếp: ghép Darlington, ghép Cascode…

Page 53: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP RC:

Page 54: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Transistor mắc bổ phụ trong các sơ đồ không biến áp

iC1

ib1 ib2

iC2

iE2

BJT ghép Darlington (Darlington Pair)

Page 55: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
Page 56: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
Page 57: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

-Đê tín hiệu ra đủ lớn nhằm cung cấp một công suất lớn cho tải,

ta phải dùng đến mạch khuếch đại công suất (KĐCS).

Ví dụ: cho loa (radio-casttset), cho các cuộn lái tia (Tivi), điều

khiên động cơ,…

-Một bộ khuếch đại công suất, thông thường đặt ở vị trí cuối

cùng hay ở ngõ ra trong một bộ khuếch đại. Các tầng phía trước

nó, có thê được thiết kế đê thực hiện khuếch đại, đệm, hay đê

thay đổi đặc tính tín hiệu.

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

Chức năng:

Page 58: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Đặc điểm:

-Hoạt động ở mức điện áp cao và dong điện lớn. -Có thê hoạt động trên toàn bộ đặc tuyến ra, từ vùng bão hoa đến ngưng dẫn. -Các tham số transistor thay đổi theo mức tín hiệu

Kiêu hoạt động như vậy được gọi là hoạt động ở chế độ tín hiệu lớn

Page 59: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

MẠCH KHUẾCH ĐẠI PUSH-PULL

- Khắc phục khuyết điêm hiệu suất thấp ở lớp A. - Giảm méo dạng so với lớp B.

Nội dung: - Mạch khuếch đại công suất kiêu OTL - Mạch khuếch đại công suất kiêu OCL

Mạch khuếch đại Push-Pull sử dụng hai linh kiện đê lái một tải. Một linh kiện chịu trách nhiệm chính lái dong qua tải theo một hướng (đẩy-PUSH) trong khi linh kiện con lại có nhiệm vụ lái dong qua tải theo chiều ngược lại (kéo-PULL). Các linh kiện thông dụng là transistor.

Page 60: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL (Output Transformer Less)

Mạch dùng 2 BJT cùng loại

uL S

Ci

CL

RL

RE2

RE1

RE

RC

R2

R1

Q2

Q1

Q0

Vcc

ui

Page 61: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

ui

uL S

CL

D2

D1

Ci

Vcc

RL

RE

RC

R2

R1

Q2

Q1

Q0

Mạch dùng 2 BJT bổ phụ

Page 62: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch OTL: Ưu điểm: tiết kiệm do chỉ dùng một nguồn cung cấp.

Khuyết điểm: -Méo tần số thấp do tụ CL gây ra (do CL không thê tiến tới vô cùng trong thực tế). -Méo phi tuyến lớn do hai tầng Q1, Q2 không thật đối xứng (do điện áp ngõ ra tại cực C không phải lúc nào cũng đúng bằng Vcc/2). -Băng thông bị co hẹp do tụ CL (D<D’).

Đê khắc phục những khuyết điêm trên ta dùng mạch công suất kiêu OCL (không có tụ liên lạc tại ngõ ra).

Page 63: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch khuếch đại công suất kiểu OCL (Output Capacitor Less)

Mạch dùng 2 BJT cùng loại

-Vcc

Ci

+Vcc

RL

RE2

RE1

RE

RC

R2

R1

Q2

Q1

Q0

ui

Page 64: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch dùng 2 BJT bổ phụ

ui

uL S D2

D1

Ci

Vcc

RL

RE

RC

R2

R1

Q2

Q1

Q0

-Vcc

Page 65: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Công suất và hiệu suất: Khi Q1 dẫn, điện áp trên tải là uL = RL.iC1 và khi Q2 dẫn

điện áp trên tải là uL=RL.iC2. Do Q1, Q2 có tính đối xứng nên trong mạch có iC1 = iC2, nếu dong qua RL là il và dong cực đại là ilmax, thì công suất trên tải là:

Khi Q1, Q2 dẫn mạnh, điện áp vCES =0.2V và dong qua tải đạt đến mức cực đại.

2

max

2

max2

2

1

2lLL

llLo iRR

iiRP

L

CECC

lR

vVi S

max

L

CESCC

oR

vVP

2

max2

1

Bỏ qua RE1, RE2 (nếu có)

Page 66: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Trong khi đó, công suất từ nguồn nuôi VCC là:

Hiệu suất của mạch:

Trong thực tế, do vCES << VCC nên hiệu suất của mạch đạt cao nhất là 78,5%.

L

CESCCCCcCCcCCDC

R

vVViVIVP

22 max

%5,781

42

2

12

CC

CES

CC

CESCC

L

CESCCCC

L

CESCC

DC

o

V

v

V

vV

R

vVV

R

vV

P

P

do icmax=ilmax

Page 67: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

ui

ur S D2

D1

Ci

Vcc

RL

RE

RC

R2

R1

Q2

Q1

Q0

-Vcc

Ví dụ: RL=4Ω; Vcc=25V

Cho mạch OCL như trong hình, xác định: a. Công suất tiêu tán trên

mỗi transistor khi cấp điện áp hiệu dụng ở đầu ra 12Vrms.

b. Nếu tín hiệu vào đạt cực đại mà tín hiệu ra chưa méo dạng, hãy xác định công suất vào và ra, công suất tiêu tán trên mỗi transistor

Page 68: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
Page 69: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch amli kiểu OTL 50W dùng 2N3055

http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/

Page 70: Chương 3: BJT VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Mạch amli kiểu OTL 50W dùng LM3900 và 2N3055

http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/