34 Mục đích: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các transistor. Khảo sát hoạt động của các sơ đồ ứng dụng transistor phần lý thuyết Transistor là dụng cụ bán dẫn gồm 2 lớp tiếp xúc p - n có khả năng khuếch đại tín hiệu điện. Cấu tạo và ký hiệu Transistor nh hình vẽ: Cực collector E Miền Miền Collector Miền Base C Miền emitter Miền Miền Base Cực emitter C B pnp npn E B collector emitter Base Base Collector Emitter Base Collector Emitter Hình 2.1a Có 3 cách mắc Transistor cơ bản là: Emitter chung (EC), collector chung (CC) và base chung (BC) nh hình vẽ: Vào C E I B I C I E B Ra E C I B I C B Vào Ra I E Vào E C I B I E B Ra I C Hình 2.2a Bài 2 sơ đồ khuếch đại dùng transistor 35 1. Khuếch đại dùng Transistor Đó là mạch điện dùng Transistor điều khiển làm tăng cờng độ dòng điện hay điện áp ở lối ra: o - E U o o U m U r U vào t C E B U o o U ra R C P ĐK R C U r I o I m i o ic t Hình 2.3a - Một số chỉ tiêu và tham số của tầng khuếch đại: + Hệ số khuếch đại : K = + Đặc trng tần số : )( fFK = là sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại k vào tần số f. + Đặc trng biên độ : )( vr UFU = . + Điện trở lối vào và lối ra: v v v I U Z = ; r r r I U Z = 2. Hồi tiếp trong bộ khuếch đại Hồi tiếp là quá trình truyền tín hiệu từ lối ra quay về vào lối vào của bộ khuếch đại.Nếu hồi tiếp làm tăng cờng tín hiệu vào (cùng pha với tín hiệu vào) thì gọi là hồi tiếp dơng, ngợc lại thì gọi là hồi tiếp âm. Đầu ra Đầu vào K + Hình 2.4a Bộ khuếch đại có hồi tiếp dơng nếu K 1 thì bộ khuếch đại ở trạng thái Đại lợn g lối ra Đại lợn g lối vào tơn g ứn g 36 tự kích và tự nó phát ra những dao động có tần số xác định không phụ thuộc vào tín hiệu lối vào, bộ khuếch đại trở thành máy phát. Nên ngời ta thờng tránh hồi tiếp dơng trong bộ khuếch đại mà ngời ta chỉ thực hiện hồi tiếp âm. Hồi tiếp âm cho phép cải thiện một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại, vì thế nó đợc sử dụng rộng rãi. Tuỳ thuộc cấu trúc mạch hồi tiếp mà ta có hồi tiếp dòng hay thế, nối tiếp hay song song. E n U r K U v U y U ht E n K U v U y U r I r Iv R n R t I t U ht R n R t I t (a) (b) K n E y U I V U t R t I t R ht I y R n (c) Hình 2.5a Ta hãy xem xét ảnh hởng của hồi tiếp âm đến một số chỉ tiêu của bộ khuếch đại. Xét mạch hồi tiếp nối tiếp điện áp (Hình 2.5a(a)). - Hệ số khuếch đại : K K K ht + = 1 dK K dK K K ht h t = +1 Công thức trên có nghĩa là sự thay đổi tơng đối của hệ số khuếch đại có hồi tiếp âm nhỏ hơn (1 + K) lần so với không có hồi tiếp. Điều này rất quý giá dùng để ổn định hệ số khuếch đại khi có sự thay đổi thông số của bộ khuếch đại theo nhiệt độ và sự già hoá của chúng. 37 - Đặc trng tần số của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm: Mở rộng dải thông. Vì ở vùng tần số thấp và tần số cao hệ số khuếch đại giảm U r giảm làm U ht giảm do đó U y = U v - U ht tăng làm U r tăng nghĩa là nó chống lại sự giảm của hệ số khuếch đại K do đó nó mở rộng đợc giải thông (ở đây U y là tính hiệu vào khi có phản hồi âm). - Điện trở vào của bộ khuếch đại có hồi tiếp âm: vì ta có: htyv UUU += ; yht UKU = . Nên trở kháng vào : Z U I K U I vht v v y v ==+()1 vvht ZKZ )1( += Z vht : Trở kháng vào có hồi tiếp Z v : Trở kháng vào không có hồi tiếp. Vậy hồi tiếp âm nối tiếp làm tăng trở kháng vào (1+ K) lần. Hồi tiếp âm điện áp làm trở kháng ra giảm đi (1+ K) lần Z Z K rht r = +()1 với mọi loại hồi tiếp âm đều làm giảm tín hiệu lối vào bộ khuếch đại (U y hay I y ) do đó làm giảm hệ số khuếch đại K ht nhng làm tăng độ ổn định của hệ số khuếch đại. Ngoài ra, hồi tiếp âm điện áp nối tiếp làm ổn định U r , giảm điện trở ra tăng điện trở vào. Hồi tiếp âm song song làm giảm điện trở lối vào (1+ K) lần. Hồi tiếp âm dòng điện làm tăng điện trở lối ra lên (1+ K) lần. ht f f K uo K ht f K 2 uo K 2 ht K K u Hình 2.6a: ảnh hởng của hồi tiếp âm đến đặc tuyến biên độ tần số. Bây giờ ta xét một vài mạch khuếch đại cụ thể: 38 o R 2 R E E r R 1 R c T C p2 C E o U r C p1 R n U v Ec (a) Hồi tiếp âm dòng điện một chiều trên R E R n R 1 R E1 R R c1 R E2 C o T 1 T 2 U v o Ec C p1 R c2 C p3 C p2 R 2 U r n R R 4 (b) Hồi tiếp âm điện áp nhờ khâu RC Hình 2.7a: Sơ đồ các mạch hồi tiếp âm. 3. Khuếch đại mắc theo kiểu Emitter chung (EC) - Khuếch đại tín hiệu xoay chiều: Mạch điện nguyên lý một tầng khuếch đại EC vẽ trên hình 2.7a. Trong sơ đồ tụ Cp 1 ngăn ảnh hởng 1 chiều giữa nguồn tín hiệu và mạch vào còn cho tín hiệu xoay chiều qua. Cp 2 cũng có tác dụng tơng tự ở lối ra. Các điện trở R 1 , R 2 , R E định chế độ tĩnh cho tầng khuếch đại. C E để tránh phản hồi âm đối với thành phần xoay chiều trên điện trở R E . Hoạt động của tầng khuếch đại EC nh sau: Đa điện áp xoay chiều vào làm xuất hiện dòng base (I B ) xoay chiều và do đó làm xuất hiện dòng collector (I C ) xoay chiều ở mạch ra qua Cp 2 ra tải . Qua R t lối ra có U r xoay chiều đã đợc khuếch đại. (Xem hình 2.7b). 39 Hình 2.7b: Tầng khuếch đại E chung. Các phép tính toán (không đa ra ở đây) cho ta một số thông số kỹ thuật sau đây: - Hệ số khuếch đại dòng : t tc v r i R RR I I K // == K i tơng đối lớn khi R c >> R t K i - Hệ số khuếch đại điện áp : vn tc v r u RR RR U U K + == // Trong sơ đồ EC hệ số khuếch đại điện áp cỡ 20 ữ 100. - Hệ số khuếch đại công suất : K P P KK p r v ui == = ữ.(,).02 5 10 3 - Điện trở ra : R r = R c //R c (E) nhng R c(E) >> R c nên R R r c - Khuếch đại tín hiệu 1 chiều : Sơ đồ khuếch đại tín hiệu 1 chiều EC đợc trình bày trên hình 2-8a. Quá trình khuếch đại tín hiệu 1 chiều cũng giống nh xoay chiều mà chỉ có cách ghép tầng là khác nhau. Trong bộ khuếch đại 1 chiều việc ghép giữa nguồn tín hiệu với bộ khuếch đại và ghép giữa các tầng khuếch đại với nhau là ghép trực tiếp không có tụ để cách ly thành phần 1 chiều. Vì vậy điện áp ra không những đợc xác định bằng tín hiệu có ích mà còn do sự thay đổi chế độ 1 chiều của các tầng khuếch đại theo thời gian gây ra (ví dụ do nhiệt độ T o chẳng hạn). Khi U v = 0 nhng U r 0 (có nghĩa là không có tín hiệu vào mà vẫn có tín hiệu ra) gọi là sự trôi điểm không. Nguyên nhân có thể do nguồn không ổn o E C I E U CE U v I bo U E U r U BE I c I t I v C p2 C E C p1 R n R 2 R 1 R t R c ~ R E B E n o 40 định, tham số transistor thay đổi, hay do ảnh hởng nhiệt độ T o nên khi thiết kế mạch cần chọn sao cho sự trôi nhỏ nhất ( U r >> U tr,r ). e n I B02 R E2 R E3 IC U BE02 U C1 I E2 U C3 R 3 Rc1 o E C T 1 T 2 T 3 R E1 R n R 1 R C2 R C3 R t (a) R 4 R 2 I B (b) o E C R n R B2 R B1 R 1 R 2 E n R E1 R C1 U B2 U B2 T T 1 R p R C2 U CE o R E1 R C1 R E2 T 2 I E U E2 I p (c) E C 41 o E C R p R C2 R C1 R E1 I E1 D R E2 (d) T 1 T 2 Hình 2.8a: Bộ khuếch đại biến thiên chậm ghép trực tiếp. Việc ghép trực tiếp giữa các tầng khuếch đại (collector tầng trớc nối với base tầng sau) làm điện áp đặt vào base tầng sau rất lớn, để transistor làm việc bình thờng cần nâng điện áp trên emitter bằng cách tăng R E , nhng tăng R E lại làm giảm hệ số khuếch đại nên ngời ta khắc phục bằng cách tăng dòng qua R E bằng cách mắc thêm R p . Khi dòng qua R E tăng cũng tơng đơng nh tăng điện áp cho emitter (đối với loại p - n - p là tăng điện áp âm). Mạch khuếch đại 1 chiều ghép trực tiếp có u điểm là đơn giản nhng chất lợng không cao (hệ số khuếch đại nhỏ, độ trôi lớn ). Muốn có bộ khuếch đại 1 chiều có hệ số khuếch đại lớn, độ trôi nhỏ và tránh ảnh hởng do nhiệt độ ngời ta phải dùng sơ đồ khuếch đại vi sai. 4. Sơ đồ collector chung (CC) hay sơ đồ lặp lại emitter Tầng khuếch đại CC đợc vẽ trên hình 2.9a. o +E C R c R 1 R 2 R E C p2 U V U r e n R n ~ o +E C R 1 R 2 U V R E C p (a) (b) Hình 2.9a 42 Việc khuếch đại tín hiệu 1 chiều hay xoay chiều chỉ khác nhau ở chỗ tín hiệu xoay chiều đợc truyền qua tụ còn tín hiệu 1 chiều đợc truyền trực tiếp nên việc ghép có ảnh hởng lẫn nhau và phải tránh sự trôi điểm không trong bộ khuếch đại 1 chiều. Với bộ khuếch đại C - C có một số thông số quan trọng là: - Điện trở vào lớn : đây là 1 u điểm quan trọng. - Hệ số khuếch đại dòng lớn : t tE i R RR K // )1( + - Hệ số khuếch đại thế nhỏ : 1 // )1( + + tn tE u RR RR K - Hệ số khuếch đại công suất lớn nhng điện áp lại không đổi. - Điện trở ra nhỏ (cỡ ) : EEr rRR // . Tầng C - C thờng đợc dùng để phối hợp trở kháng giữa lối ra bộ khuếch đại với tải có điện trở nhỏ, có vai trò nh 1 tầng khuếch đại công suất. 5. Tầng khuếch đại base chung (BC) Sơ đồ mạch điện tầng khuếch đại base chung vẽ trên hình 2.10a. Đây là sơ đồ dùng để khuếch đại tín hiệu xoay chiều, nhng để khuếch đại tín hiệu 1 chiều chỉ cần nối tắt các tụ nối tầng Cp 1 và Cp 2 . Các phần tử E e và R e để xác định dòng tĩnh I E cho transistor. Một số tham số của sơ đồ BC là: - Điện trở vào : [ ] BEev rrRR )1(// + = . Điện trở vào xác định chủ yếu bằng r E và vào khoảng (10 ữ 50). Điện trở vào nhỏ là nhợc điểm cơ bản của sơ đồ BC vì nó sẽ tiêu thụ nhiều năng lợng của nguồn tín hiệu. U v E n R n ~ E c + R e I e o E c I BE U r R t C p2 I c R c T C p1 I v (a) Sơ đồ khuếch đại BC 43 B I 1 I B C I c r c E I v R c U v R n U r R R B I e r E R E E n .I E >> (b) Sơ đồ tơng đơng Hình 2.10a - Hệ số khuếch đại dòng : t tC i R RR K // = - Hệ số khuếch đại điện áp : vn tC u RR RR K + = // . Nếu giảm điện trở trong của nguồn tín hiệu R n sẽ là tăng hệ số khuếch đại điện áp. - Điện trở ra : Điện trở ra của tầng khuếch đại BC lớn. CBCCr RrRR = )( // . Đặc tuyến của sơ đồ BC có vùng tuyến tính lớn nên có thể dùng ở chế độ điện áp collector cao khi cần có điện áp lối ra lớn. Tầng khuếch đại BC thờng làm tầng ra của bộ khuếch đại kết hợp với tầng khuếch đại CC làm tầng trớc cuối. Khi đó tầng CC là nguồn tín hiệu có điện trở nội nhỏ (điện trở ra của tầng khuếch đại CC) của tầng BC. Tầng khuếch đại base chung có điện dung lối vào nhỏ, nên có khả năng khuếch đại ở tần số cao. Thờng đợc dùng để khuếch đại cao tần. [...]... vào bảng A 2- 3 2. 2.6 Giải thích nguyên nhân làm thay đổi hệ số khuếch đại cho mỗi kiểu nối trong bảng A 2- 3 2. 3 Đo đặc trng tần số của bộ khuếch đại: 2. 3.1 Sử dụng máy phát xung ngoài có tần số xung sin cực đại 10MHz, đặt biên độ xung ra 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A sơ đồ hình A 2- 2 2.3 .2 Sơ đồ hình A 2- 2 nối theo kiểu 1 của bảng A 2- 3 2. 3.3 Thay đổi tần số xung vào theo bảng A 2- 4, đo biên... A 2- 2 1 .2. 6 Tính hệ số khuếch đại dòng DC = ( I c 2 I c1 I b 2 I b1 ) 46 Bảng A 2- 2 Kiểu Dòng Ib (chỉnh P1) Thế Vc (chỉnh P2) Dòng Ic 1 Ib1 = - A 4V ữ 6V Ic1 = -mA 2 Ib2 = - A 4V ữ 6V Ic2 = -mA 2 khuếch đại xoay chiều (Ac) transistor kiểu emitter chung Nhiệm vụ: Sinh viên hiểu đợc nguyên tắc khuếch đại xoay chiều của transistor, sơ đồ mắc kiểu emitter chung Các bớc thực. .. P2) Dòng Ic 1 Ib1 = - A 4V ữ 6V Ic1 = -mA 2 Ib2 = - A 4V ữ 6V Ic2 = -mA 1.1.6 Tính hệ số khuếch đại dòng DC = ( I c 2 I c1 I b 2 I b1 ) 1 .2 Sơ đồ với transistor pnp Nhiệm vụ: Sinh viên hiểu đợc nguyên tắc khuếch đại của transistor pnp, sơ đồ mắc 45 kiểu emitter chung và đo hệ số khuếch đại dòng của transistor Các bớc thực hiện: 1 .2. 1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A 2- 1 b... dòng base transistor T1 và do đó T2 theo các kiểu cho trong bảng A 2- 9 Ghi giá trị dòng chảy qua emitter của transistor T2 vào bảng A 2- 9 Bảng A 2- 9 Dòng I b T 1 (chỉnh P1) Dòng I e T 2 1 I b1 = 10 àA I e1 = mA 2 I b 2 = 20 àA I e 2 = mA 3 .2. 5 Tính hệ số khuếch đại dòng DC cho toàn bộ sơ đồ Darlington K ( I ) = ( I e 2 I e1 ) ( I b 2 I b1 ) = 3 .2. 6 So sánh hệ số khuếch đại dòng cho sơ đồ lặp lại thông... sơ đồ hình A 2- 5 Ghi kết quả vào bảng A 2- 7 Cắm chốt máy phát vào điểm A Cấp tín hiệu cho sơ đồ hình A 2- 2 Đo biên độ xung vào Ufvào(1) Ghi kết quả vào bảng A 2- 7 2. 4.6 .2 Nối cho trờng hợp có phản hồi âm 1 + 2 (nối J2, J4, J5) Máy phát của thiết bị chính ở chế độ phát xung sin ở tần số 1KHz, biên độ 20 0mV Đo biên độ xung ra máy phát Uf(0) khi cha nối máy phát vào điểm IN/A của sơ đồ hình A 2- 2 B Ghi kết quả... T1 20 àA 3.1.4 Thay đổi giá trị điện trở P1, do đó làm thay đổi dòng base transistor T1 theo các lần đo cho trong bảng A 2- 8 Ghi giá trị dòng chảy qua emitter của transistor vào bảng A 2- 8 Bảng A 2- 8 Dòng I b T 1 (chỉnh P1) Dòng I e T 1 1 I b1 = 20 àA I e1 = mA 2 I b 2 = 20 àA I e 2 = mA 3.1.5 Tính hệ số khuếch đại dòng DC K ( I ) = ( I e 2 I e1 ) ( I b 2 I b1 ) 3 .2 Tầng lặp lại Darlington: 3 .2. 1...Phần thực nghiệm A Thiết bị sử dụng: 1 Thiết bị chính cho thực tập tơng tự 2 Panel thí nghiệm AE - 102N cho bài thực tập về trasistor (Gắn lên khối thiết bị chính đế nguồn) 3 Dao động ký 2 chùm tia 4 Dây nối cắm 2 đầu B Cấp nguồn và nối dây Panel thí nghiệm AE - 102N chứa 4 mảng sơ đồ A 2- 1 A 2- 4, với các chốt cắm nguồn riêng Khi sử dụng mảng nào thì... nối ; J = 0 - không nối) 2. 4.4 .2 Tính hệ số khuếch đại thế K = Ura/ Uvào cho mỗi bớc và ghi vào bảng A 2- 5 Bảng A 2- 5 Kiểu Trạng thái J1 J2 J4 J7 Biên độ Uvào 1 Không có phản hồi âm 1 0 0 Có phản hồi âm 1 1 0 0 0 3 Có phản hồi âm 2 0 1 1 1 4 Có phản hồi âm 1 +2 0 1 1 Ura 1 2 Biên độ 0 2. 4.5 ảnh hởng phản hồi âm lên đặc trng tần số: 49 K Mặt tăng của Ura 2. 4.5.1 Nối hệ nh kiểu 1 trong bảng A 2- 5 Sử dụng... biến trở P1 (hình A 2- 4) để dòng emitter - Ie ứng với các giá trị cho trong bảng A 2- 1 2 Ghi giá trị dòng collector Ic vào bảng A 2- 1 2 Bảng A 2- 1 2 Dòng Ie/ T1 (chỉnh P1) Dòng Ic / T1 1 Ie1 = 1 mA Ic1 = mA 2 Ie2 = 1,5 mA Ic2 = mA 4.4 Tính hệ số truyền dòng = ( I c 2 I c1 ) ( I e 2 I e1 ) = 4.5 Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR của thiết bị chính ở chế độ: - Phát dạng xung vuông góc (công tắc FUNCTION... phát xung ngoài có tần số xung sin cực đại 10MHz, đặt biên độ xung ra 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A sơ đồ hình A 2- 2 2. 4.5 .2 Thay đổi tần số xung vào theo bảng A 2- 6 , đo biên độ xung ra ứng với mỗi tần số cho kiểu không phản hồi (nối J1, J5, J7) và có phản hồi (nối J2, J4, J5) Ghi kết quả vào bảng A 2- 6 Bảng A 2- 6 100Hz 1KHz f 100KHz 1MHz 2MHz 10MHz 7MHz 20 MHz Uvào khi nối J1, J5, J7 Ura khi . bảng A 2- 2 . 1 .2. 6. Tính hệ số khuếch đại dòng DC )( 121 2 bbcc IIII = . 47 Bảng A 2- 2 Kiểu Dòng I b (chỉnh P1) Thế Vc (chỉnh P2) Dòng Ic 1 I b1 = àA 4V ữ 6V I c1 = mA 2 I b2 =. e n I B 02 R E2 R E3 IC U BE 02 U C1 I E2 U C3 R 3 Rc1 o E C T 1 T 2 T 3 R E1 R n R 1 R C2 R C3 R t (a) R 4 R 2 I B (b) o E C R n R B2 R B1 R 1 R 2 E n R E1 R C1 U B2 U B2 T T 1 R p R C2 U CE o R E1 R C1 R E2 T 2 I E U E2 I p (c) E C . Các bớc thực hiện: 2. 1. Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A 2- 2 . 2. 2. Chế độ khuếch đại xoay chiều: 2. 2.1. Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR của thiết bị chính (khối đế) ở chế độ: - Phát