50 t ớ i dòng I C bi ế n đổ i, k ế t qu ả là đ i ệ n áp ra trên t ả i bi ế n đổ i gi ố ng nh ư quy lu ậ t bi ế n đổ i c ủ a tín hi ệ u đầ u vào. Hình 2.38: Chọn điểm công tác tĩnh V ớ i s ơ đồ nguyên lí nh ư hình 2.37a trên đườ ng t ả i t ĩ nh 10kΩ gi ả thi ế t ch ọ n đ i ể m công tác t ĩ nh P nh ư hình 2.38. ứ ng v ớ i đ i ể m P này I B = 20µA ; I c = 1µA và U CE = 10V. Khi I B t ă ng t ừ 20µA đế n 40µA, trên hình 2.38 th ấ y I C có giá tr ị b ằ ng l,95mA và U CE = U cc - I C R T = 20V - l,95mA . 10kΩ = 0,5V. Có th ể th ấ y r ằ ng khi ∆I B = + 20µA d ẫ n t ớ i ∆U CE = -9,5V. Khi I B gi ả m t ừ 20µA xu ố ng 0 thì I C gi ả m xu ố ng ch ỉ còn 0,05mA và U CE = 20V - (0,05mA.10kΩ) = 19,5V, t ứ c là khi I B gi ả m đ i m ộ t l ượ ng là ∆I B = 20µA làm cho U c t ă ng lên m ộ t l ượ ng ∆U c = + 9,5V. Tóm l ạ i, n ế u ch ọ n đ i ể m công tác t ĩ nh P nh ư trên thì ở đầ u ra c ủ a m ạ ch có th ể nh ậ n đượ c s ự bi ế n đổ i c ự c đạ i đ i ệ n áp ∆U c = + 9,5V. N ế u ch ọ n đ i ể m công tác t ĩ nh khác. Ví d ụ P' t ạ i đ ó có Ic . = 0,525 mA ; U CE = 14,75V. Tính toán t ươ ng t ự nh ư trên ta có ∆I B = ± 10µA và ∆U c = 14,75V. Ngh ĩ a là biên độ bi ế n đổ i c ự c đạ i c ủ a đ i ệ n áp ra đả m b ả o không méo d ạ ng lúc này ch ỉ là ±4,75V. I B =0 µ A I B0 I Bmax E CC / Rc//Rt E CC U CE V I C mA P N M • • • U C0 I C0 51 Nh ư v ậ y vi ệ c ch ọ n đ i ể m công tác t ĩ nh trên ho ặ c d ướ i đ i ể m P s ẽ d ẫ n t ớ i bi ế n thiên c ự c đạ i c ủ a đ i ệ n áp ra trên t ả i ( đả m b ả o không méo d ạ ng) đề u nh ỏ h ơ n 9,5v, hay để có biên độ đ i ệ n áp ra c ự c đạ i, không làm méo d ạ ng tín hi ệ u, đ i ể m công tác t ĩ nh ph ả i ch ọ n ở gi ữ a đườ ng t ả i t ĩ nh. C ũ ng c ầ n nói thêm là khi đ i ệ n áp ra không yêu c ầ u nghiêm ng ặ t v ề độ méo thì đ i ể m công tác t ĩ nh có th ể ch ọ n ở nh ữ ng đ i ể m thích h ợ p trên đườ ng t ả i. Mạch thí nghiệm: Khảo sát ba cách mắc tranzito c - Ổn định điểm công tác tĩnh khi nhiệt độ thay đổi Tranzito là m ộ t linh ki ệ n r ấ t nh ạ y c ả m v ớ i nhi ệ t độ vì v ậ y trong nh ữ ng s ổ tay h ướ ng d ẫ n s ử d ụ ng ng ườ i ta th ườ ng cho d ả i nhi ệ t độ làm vi ệ c c ự c đạ i c ủ a tranzito. Ngoài gi ớ i h ạ n nhi ệ t độ k ể trên tranzito s ẽ b ị h ỏ ng ho ặ c không làm vi ệ c. Ngay c ả trong kho ả ng nhi ệ t độ cho phép tranzito làm vi ệ c bình th ườ ng thì s ự bi ế n thiên nhi ệ t độ c ũ ng ả nh h ưở ng đế n tham s ố c ủ a tranzito. Hai đạ i l ượ ng nh ạ y c ả m v ớ i nhi ệ t độ nh ấ t là đ i ệ n áp emit ơ -baz ơ U BE và dòng ng ượ c I CBO (Xem ph ầ n 2.1). Ví d ụ đố i v ớ i tranzito silic, h ệ s ố nhi ệ t độ c ủ a U BE (∆U BE /∆T) là 2,2mV/ O C, còn đố i v ớ i tranzito gecmani là -l,8mV/ O C. Đố i v ớ i I CBO nói chung khi nhi ệ t độ t ă ng lên 10 O C giá tr ị dòng ng ượ c này t ă ng lên hai l ầ n. 52 Khi tranzito làm vi ệ c, dòng ng ượ c I CBO ch ả y qua chuy ể n ti ế p này nh ư đ ã bi ế t r ấ t nh ạ y c ả m v ớ i nhi ệ t độ , khi nhi ệ t độ t ă ng s ự phát x ạ c ặ p đ i ệ n t ử , l ỗ tr ố ng t ă ng, dòng I CBO t ă ng, t ừ quan h ệ gi ữ a I CBO và I C đ ã nêu ở ph ầ n tr ướ c: ( ) CBOBC I1 α II ++ = Có th ể th ấ y ràng I CBO t ă ng làm cho I C t ă ng (dù cho gi ả thi ế t r ằ ng I B và α không đổ i). Dòng I C t ă ng ngh ĩ a là m ậ t độ các h ạ t d ẫ n qua chuy ể n ti ế p colect ơ t ă ng lên làm cho s ự va ch ạ m gi ữ a các h ạ t v ớ i m ạ ng tinh th ể t ă ng. Nhi ệ t độ t ă ng làm cho I CBO t ă ng chu kì l ạ i l ặ p l ạ i nh ư trên làm dòng I C và nhi ệ t độ c ủ a tranzito t ă ng mãi. Hi ệ n t ượ ng này g ọ i là hi ệ u ứ ng quá nhi ệ t. Hi ệ u ứ ng quá nhi ệ t đư a t ớ i: Làm thay đổ i đ i ể m công tác t ĩ nh và n ế u không có bi ệ n pháp h ạ n ch ế thì s ự t ă ng nhi ệ t độ có th ể làm h ỏ ng tranzito. S ự thay đổ i nhi ệ t độ c ũ ng làm cho U BE thay đổ i và do đ ó làm thay đổ i dòng I C d ẫ n t ớ i thay đổ i đ i ể m công tác t ĩ nh. Trong nh ữ ng đ i ề u ki ệ n thông th ườ ng ả nh h ưở ng c ủ a đ òng I CBO đế n I C nhi ề u h ơ n so v ớ i U BE . B ở i v ậ y khi nói ả nh h ưở ng c ủ a nhi ệ t độ đế n đ i ể m công tác th ườ ng ch ỉ quan tâm đế n dòng I CBO . Nh ư v ậ y s ự ổ n đị nh nhi ệ t độ ở đ ây hàm ý ch ỉ s ự thay đổ i dòng I C khi dòng I CBO thay đổ i có th ể đị nh ngh ĩ a h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t c ủ a tranzito nh ư sau: CBO C ∆ I ∆ I S = (2-54) trong đ ó: I C = h 21e I B + (1 + h 21e ) .I CBO (2-55) T ừ đị nh ngh ĩ a này th ấ y r ằ ng S càng nh ỏ thì tính ổ n đị nh nhi ệ t càng cao, trong tr ườ ng h ợ p lí t ưở ng S = 0, (trong th ự c t ế không có s ự ổ n đị nh nhi ệ t độ tuy ệ t đố i). Để xác đị nh h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t S v ớ i m ộ t s ơ đồ tranzito cho tr ướ c, gi ả thi ế t do nhi ệ t độ thay đổ i, dòng I CBO bi ế n đổ i m ộ t l ượ ng là ∆I CBO , I B bi ế n đổ i m ộ t l ượ ng là ∆I B và I C bi ế n đổ i m ộ t l ượ ng là ∆I C . Qua m ộ t s ố bi ế n đổ i t ừ bi ể u th ứ c (2-55) ta có : ( ) CB21e 21e CBO C /∆∆∆Ih1 1+h ∆I ∆I =S (2-56) Khi bi ế t các gia s ố dòng đ i ệ n c ă n c ứ vào (2-56) có th ể tính đượ c h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t. Bi ể u th ứ c (2-56) là bi ể u th ứ c t ổ ng quát để tính h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t độ chung cho các lo ạ i m ắ c m ạ ch. d- Phân cực tranzito bằng dòng c ố định N ế u tranzito đượ c m ắ c nh ư hình 2.39, dòng I B t ừ ngu ồ n m ộ t chi ề u cung c ấ p cho tranzito s ẽ không đổ i, b ở i v ậ y ng ườ i ta g ọ i đ i ề u ki ệ n phân c ự c này là phân c ự c b ằ ng dòng không đổ i. Có th ể có hai cách t ạ o ra dòng c ố đị nh, tr ườ ng h ợ p th ứ nh ấ t nh ư hình 2.39a dùng m ộ t ngu ồ n m ộ t chi ề u E cc . Dòng IB đượ c c ố đị nh b ằ ng E cc và R B T ừ hình 2.39a tính đượ c: B BEcc B R UE =I - (2-57) 53 Hình 2.39: Mạch phân cực dòng không đổi a)Mạch một nguồn; Mạch hai nguồn Tr ườ ng h ợ p th ứ hai nh ư hlnh 2.39b. Ng ườ i ta dùng hai ngu ồ n m ộ t chi ề u. Hai m ạ ch này hoàn toàn t ươ ng đươ ng nhau. N ế u E cc = U BB có th ể thay b ằ ng 2.39a C ă n c ứ vào s ơ đồ nguyên lí hlnh 2.39a, có th ể suy ra nh ữ ng bi ể u th ứ c cho vi ệ c tính toán thi ế t k ế m ạ ch phân c ự c dòng c ố đị nh áp d ụ ng đị nh lu ậ t Ki ế ckhôp (Kirchhoff) cho vòng m ạ ch baz ơ và chú ý r ằ ng ở đ ây U BB = E cc có th ể vi ế t BEBBcc U.RIE += (2-58) Khi làm vi ệ c chuy ể n ti ế p emit ơ luôn phân c ự c thu ậ n cho nên U BE th ườ ng r ấ t nh ỏ (t ừ 0,2v đề n 0,7V) và trong bi ể u th ứ c (2-58)có th ể b ỏ qua, nh ư v ậ y có th ể vi ế t: E cc =I B .R B (2-59) Và B cc B R E I ≈ (2-60) Trong m ạ ch colect ơ có th ể vi ế t: E cc = I c R t + U cE (2-61) Bi ể u th ứ c (2-61) th ườ ng g ọ i là ph ươ ng trình đườ ng t ả i, ở đ ây giá tr ị E cc và R t c ố đị nh, t ừ (2-61) có th ể th ấ y r ằ ng I c t ă ng thì U cE gi ả m và ng ượ c l ạ i I c gi ả m thì U cE t ă ng. T ừ các bi ể u th ứ c trên có th ể tính đượ c đ i ề u ki ệ n phân c ự c t ĩ nh khi bi ế t h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng t ĩ nh h 21e và giá tr ị các ph ầ n t ử c ủ a m ạ ch. Bây gi ờ xét t ớ i tính ổ n đị nh nhi ệ t c ủ a lo ạ i s ơ đồ phân c ự c hình 2.39. Nh ư đ ã bi ế t theo ki ể u m ắ c m ạ ch này thì I B luôn luôn không đổ i cho nên: 0 ∆ I ∆ I C B = (2-62) T ừ đẳ ng th ứ c (2-62) tính đượ c h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t b ằ ng 54 S = h 21e + 1 (2-63) T ừ bi ể u th ứ c (2-63), rút ra k ế t lu ậ n sau: S ơ đồ ph ầ n c ự c tranzito b ằ ng dòng c ố đị nh có h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t S ph ụ thu ộ c vào h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng t ĩ nh h 21e , ngh ĩ a là khi dùng lo ạ i m ạ ch này mu ố n thay đổ i độ ổ n đị nh nhi ệ t ch ỉ có m ộ t cách là thay đổ i tranzito th ườ ng l ớ n cho nên h ệ s ố S c ủ a lo ạ i m ạ ch này l ớ n và do đ ó ổ n đị nh nhi ệ t kém.Trong th ự c t ế cách phân c ự c cho tranzito nh ư hình 2.39 ch ỉ dùng khi yêu c ầ u ổ n đị nh nhi ệ t không cao. e - Phân cực cho tranzito bằng điện áp phản hồi (phân c ự c colect ơ - baz ơ ) Ở trên đ ã bi ế t m ạ ch phân c ự c tranzito b ằ ng dòng c ố đị nh có độ ổ n đị nh nhi ệ t không cao, ngoài ra khi dòng I C t ă ng làm đ i ệ n áp U CE gi ả m. Có th ể l ợ i d ụ ng hi ệ n t ượ ng này làm cho dòng I B gi ả m do đ ó ổ n đị nh đượ c dòng I C . Th ậ t v ậ y dòng I C ph ụ thu ộ c vào hai y ế u t ố I CBO và I B do ả nh h ưở ng c ủ a nhi ệ t độ dòng I CBO t ă ng lên khi ế n I C c ũ ng t ă ng lên. Nh ư ng n ế u l ợ i d ụ ng s ự t ă ng c ủ a dòng I C này làm gi ả m dòng I B khi ế n dòng I C gi ả m b ớ t thì k ế t qu ả là dòng I C tr ở l ạ i giá tr ị ban đầ u. Hình 2.40: Phân cực bằng điện áp phản hồi điện áp colectơ-bazơ Vi ệ c m ắ c tranzito nh ư hình 2.40 s ẽ th ỏ a mãn đ i ề u ki ệ n trên. Cách phân c ự c tranzito nh ư v ậ y g ọ i là phân c ự c b ằ ng colect ơ . Nh ư th ấ y trên s ơ đồ , đ i ệ n tr ở R B đượ c n ố i tr ự c ti ế p gi ữ a c ự c colect ơ và c ự c baz ơ . S ự khác nhau c ơ b ả n gi ữ a m ạ ch phân c ự c b ằ ng đ i ệ n áp ph ả n h ồ i và ứ ng dòng phân c ự c c ố đị nh là: trong m ạ ch phân c ự c b ằ ng đ i ệ n áp ph ả n h ồ i bao hàm c ơ ch ế dòng l B c ả m bi ế n theo đ i ệ n áp (ho ặ c dòng đ i ệ n) ở m ạ ch ra, còn trong m ạ ch phân c ự c dòng c ố đị nh thì không có đ i ề u này. Đ i ể m công tác t ĩ nh đượ c xác đị nh nh ư sau: T ừ hình 2.40, quan h ệ đ i ệ n áp trong m ạ ch ra có d ạ ng. E CC = (I C + I B ) R t + U CE (2-64) còn quan h ệ đ i ệ n áp trong m ạ ch baz ơ có th ể vi ế t ở d ạ ng: 55 E CC = (I C + I B )R t + I B .R B + U BE (2-65) N ế u coi U BE nh ỏ , có th ể b ỏ qua thì E CC = (I C + I B )R t + U BE (2-65) T ừ 2-64 và 2-66 có th ể suy ra: U CE ≈ I B R B (2-67) Thay I C = h 21e .I B vào bi ể u th ứ c (2-66) ta tìm đượ c E CC = (h 21e + 1)I B .R t + I B R B (2-68) rút ra: ( ) Bt21e cc BQ RR1h E I ++ = (2-69) Sau đ ó tính dòng colect ơ ứ ng v ớ i đ i ể m công tác t ĩ nh P I CQ = h21e.I BQ (2-70) Và đ i ệ n áp gi ữ a colect ơ và emit ơ ứ ng v ớ i đ i ể m công tác t ĩ nh P c ă n c ứ vào (2-67) tính đượ c: U CEQ = I BQ .R B (2-71) N ế u bi ế t h 21e c ủ a tranzito có th ể áp d ụ ng bi ể u th ứ c (2-70) và (2-71) tính đượ c đ i ề u ki ệ n phân c ự c t ĩ nh tranzito. Bây gi ờ hãy xác đị nh đặ c tính ổ n đị nh nhi ệ t độ c ủ a m ạ ch phân c ự c dùng đ i ệ n áp ph ả n h ồ i. T ừ bi ể u th ứ c (2-66), tìm đượ c tB t c CB cc B RR R I RR E I + − + = (2-72) L ấ y vi phân bi ể u th ứ c (2-72) theo I c đượ c: tB t c B RR R dI dI + −= (2-73) Thay bi ể u th ứ c (2-73) vào (2-56), đượ c; ( ) [ ] tBt21e 21e RRRh1 1h S ++ + = (2-74) 56 Có th ể bi ế n đổ i (2-74) v ề d ạ ng thu ậ n l ợ i cho vi ệ c tính toán h ơ n. Bte21 tBe21 R+R)1+h( )R+R)(1+h( =S (2-75) T ừ bi ể u th ứ c (2-75) có nh ậ n xét r ằ ng h ệ s ố ổ n đị nh S trong m ạ ch phân c ự c b ằ ng đ i ệ n áp ph ả n h ồ i không c ố đị nh mà ph ụ thu ộ c vào giá tr ị các đ i ệ n tr ở R B và R t . Trong tr ườ ng h ợ p R B << R t thì S g ầ n t ớ i m ộ t đơ n v ị , đ i ề u này nói lên r ằ ng dù có m ạ nh R B thì h ệ s ố ổ n đị nh nhi ệ t S không gi ả m xu ố ng nh ỏ h ơ n 1. Đ i ệ n áp ph ả n h ồ i âm qua đ i ệ n tr ở R B trong m ạ ch phân c ự c làm t ă ng t ố c độ ổ n đị nh nhi ệ t đồ ng th ờ i l ạ i làm gi ả m h ệ s ố khu ế ch đạ i tín hi ệ u xoay chi ề u (xem m ụ c 2.3). Nh ư trên đ ã nói để t ă ng tính ổ n đị nh nhi ệ t độ , ph ả i làm gi ả m đ i ệ n tr ở R B nh ư ng khi đ ó h ệ s ố khu ế ch đạ i c ủ a m ạ ch c ũ ng gi ả m đ i, ở đ ây có mâu thu ẫ n gi ữ a độ ổ n đị nh nhi ệ t c ủ a m ạ ch và h ệ s ố khu ế ch đạ i. Có m ộ t cách cho phép đạ t đượ c độ ổ n đị nh nhi ệ t cao mà không ph ả i tr ả giá v ề h ệ s ố khu ế ch đạ i đ ó là cách m ắ c m ạ ch nh ư ở hình 2.41. Đ i ệ n tr ở R b trong tr ườ ng h ợ p này đượ c chia làm hai thành ph ầ n R 1 và R 2, đ i ể m n ố i 2 đ i ệ n tr ở này đượ c n ố i đấ t qua t ụ C. Đố i v ớ i đ i ệ n áp và dòng m ộ t chi ề u thì t ụ C coi nh ư h ở m ạ ch do đ ó không ả nh h ưở ng gì đế n ch ế độ 1 chi ề u. Ng ượ c l ạ i v ớ i tín hi ệ u xoay chi ề u thì t ụ C coi nh ư ng ắ n m ạ ch xu ố ng đấ t không cho ph ả n h ồ i ng ượ c l ạ i đầ u vào. Hình 2.41: Ph ươ ng pháp lo ạ i tr ừ ph ả n h ồ i tín hi ệ u xoay chi ề u Qua phân tích trên th ấ y r ằ ng m ạ ch phân c ự c đ i ệ n áp ph ả n h ồ i có độ ổ n đị nh t ố t h ơ n m ạ ch phân c ự c dòng c ố đị nh, tuy nhiên hai m ạ ch phân c ự c này không th ể t ă ng độ ổ n đị nh nhi ệ t độ cao vì đ i ể m công tác t ĩ nh và độ ổ n đị nh nhi ệ t độ c ủ a m ạ ch ph ụ thu ộ c l ẫ n nhau, đ ó chính là m ộ t nh ượ c đ i ể m l ớ n là khó kh ă n cho v ấ n đề thi ế t k ế m ạ ch lo ạ i m ạ ch này. . U BE ( 2-6 5) T ừ 2-6 4 và 2-6 6 có th ể suy ra: U CE ≈ I B R B ( 2-6 7) Thay I C = h 21e .I B vào bi ể u th ứ c ( 2-6 6) ta tìm đượ c E CC = (h 21e + 1)I B .R t + I B R B ( 2-6 8) rút. th ứ c ( 2-6 6), tìm đượ c tB t c CB cc B RR R I RR E I + − + = ( 2-7 2) L ấ y vi phân bi ể u th ứ c ( 2-7 2) theo I c đượ c: tB t c B RR R dI dI + −= ( 2-7 3) Thay bi ể u th ứ c ( 2-7 3) vào ( 2-5 6),. th ể vi ế t: E cc =I B .R B ( 2-5 9) Và B cc B R E I ≈ ( 2-6 0) Trong m ạ ch colect ơ có th ể vi ế t: E cc = I c R t + U cE ( 2-6 1) Bi ể u th ứ c ( 2-6 1) th ườ ng g ọ i là ph ươ ng trình