Giáo trình Điện tử cơ bản (Phần 1)

 5.13. 
Điện trở ngõ vào: Ei RR )1(  
Hình 5.12.Sơ đồ mạch Hình 5.13.Mạch ngõ vào 
Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ ra: CCCEEECC RIVRIV 
Thay thế IE  IC, suy ra điện áp VCE: )( ECCCCCE RRIVV 
Điện áp cực Emitter VE: REEEE VRIV 
Điện áp cực Collector VC: 
 CCCCC RIVV 
Điện áp cực Base VB: EBEB VVV 
5.3.3. Mạch phân cực bằng điện áp 
hồi tiếp từ Collecter 
Xét mạch phân cực hồi tiếp điện áp 
như hình 5.14. 
Hình 5.11. Mạch phân cực BJT 
có thêm điện trở cực E 
Hình 5.14. Mạch khuếch đại hồi tiếp cực C 
 Trang 54 
- Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ vào: 
EEBEBBCCCC RIVRIRIV 
' 
Có thể xem: 
BCC III  
'
; CE II  
Thế vào phương trình trên được: BBECBBECC IRRRIVV )( 
Suy ra dòng điện IB: 
)( ECB
BECC
B
RRR
VV
I

- Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ ra: CCCEEECC RIVRIV ' 
Do 
CC II 
/ và CE II  nên: CECECCC VRRIV )( 
Hay: )( CECCCCE RRIVV 
5.3.4. Mạch phân cực kiểu phân áp 
Mạch phân cực bằng cầu phân áp dc hình 5.15. 
Mạch phân cực kiểu phân áp được vẽ lại tương đương như hình 5.16. Trong đó 
điện trở Thevenin và điện áp Thevenin được xác định như sau: 
- Xác định điện trở Thevenin RTh bằng cách ngắn mạch 
nguồn điện áp như hình 5.17. 
21Th RRR 
Xác định điện áp Thevenin Eth bằng sơ đồ mạch điện 
như hình 5.18. 
21
2
CC2RTh
RR
R
VVE
- Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ vào: 
 0RIVRIE EEBEThBTh 
Thay thế dòng IE = ( + 1) IB ta suy ra dòng IB: 
ETh
BETh
B
R)1(R
VE
I
  
- Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ ra: )( ECCCCCE RRIVV 
Hình 5.15. Mạch phân cực phân áp Hình 5.16. Mạch tương đương 
Hình 5.17. Xác định RTh 
Hình 5.18. Xác định ETh 
 Trang 55 
5.4. Hệ số ổn định nhiệt 
Các yếu tố gây bất ổn định điểm làm việc đó là: điện áp nguồn cung cấp, nhiệt 
độ. Ở đây ta chỉ xét đến yếu tố nhiệt độ vì nó liên quan đến vấn đề phân cực cho 
transistor. Khi nhiệt độ thay đổi sẽ ảnh hưởng đến các thông số của transistor, thể hiện 
bởi các tham số sau: 
- Dòng rỉ: 
*
12
2)()( 12
T
TT
COCO TITI
 ; trong đó *T là độ biến thiên nhiệt độ làm dòng 
điện bão hòa ngược tăng gấp đôi, thường bằng 10oC. 
- Hệ số truyền đạt dòng điện α, β : )
75
TT
1( 12TT 12
   
- Điện áp VBE ứng với IB = const: CmVV
o
BE /)5,22(  
Vậy khi nhiệt độ làm việc của transistor bị thay đổi làm các thông số trên của 
transistor thay đổi theo kết quả là điểm làm việc Q bị dịch chuyển trên đặc tuyến ngõ ra 
hình 5.19. 
Hình 5.19. Điểm làm việc Q bị dịch chuyển khi nhiệt độ thay đổi a. 25oC, b. 1000C 
Tiêu chuẩn đánh giá sự bất ổn định của mạch theo nhiệt độ là S, các hệ số bất ổn 
định là: 
)1(
)1(
)1(
)1(
1
)(
C
B
C
B
C
C
BC
C
CO
C
CO
I
I
I
I
I
I
II
I
I
I
IS






BE
C
BE
V
I
VS
 )( ; 


 C
I
S )( 
Ví dụ 5.1: Xét sự bất ổn định nhiệt của mạch 
hình 5.20: 
- Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ vào: 
EEBEBBCC RIVRIV 
Ta có: COEC III 
COC
E
II
I
 Hình 5.20. Mạch phân cực cố định 
 Trang 56 
C
COC
CEB I
II
III 
Thay các công thức trên vào biểu thức VCC: 
 BE
CO
BE
EB
C
E
COC
BEBC
COC
CC
RR
I
V
RR
I
R
II
VRI
II
V
1
Suy ra: CO
BE
BE
BE
BECC
C I
RR
RR
RR
VV
I
)1()1(
)(
Thay 
1 


 , ta được: CO
EB
BE
EB
BECC
C I
RR
RR
RR
VV
I
)1(
)1(
)1(
)(



 
Từ công thức tính hệ số bất ổn định nhiệt, ta có: 
EB
BE
CO
R)1(R
RR
)1()I(S
  
  
E
B
E
B
CO
R
R
)1(
R
R
1
)1()I(S
 
  
Hình 5.21. Đồ thị của S(ICO) theo RB/RE 
- Nếu )1(  
E
B
R
R
thì ta có: )1()(  COIS 
- Nếu )1(1 
E
B
R
R
thì ta có: 
E
B
CO
R
R
IS )( 
- Nếu 1 
E
B
R
R
 thì ta có : 1)( COIS 
Và cũng từ công thức trên, ta có: 
EB
BE
RR
VS
)1(
1
)(

 ; 
)1(
)1(
)(
21
1
E
B
E
B
C
R
R
R
R
I
S

 
Từ công thức trên ta thấy các hệ số bất ổn định nhiệt này có giá trị biên độ lớn nhất 
khi )1(/ EB RR khi ER có giá trị nhỏ và BR có giá trị càng lớn. Vậy RE đóng vai trò 
ổn định nhiệt cho mạch. 
 Trang 57 
Tóm lại, sự thay đổi của dòng IC theo các thông số của transistor khi nhiệt độ thay 
đổi là: 
 )()()( SVVSIISI BEBECOCOC 
Ví dụ 5.2: Xét sự bất ổn định nhiệt của mạch hình 5.22: 
Hình 5.22. Mạch khuếch đại bằng điện áp hồi tiếp 
Xét mạch vòng BE: 
CCEEBEBBC
'
C VRIVRIRI 
 CCEBBEBBCB VRI)1(VRIRI)1(   
 BECCECCECBB VV)RR(I)RRR(I 
 C
ECB
EC
ECB
BECC
B I
RRR
RR
RRR
VV
I
Lấy vi phân biểu thức IB theo IC, ta được: 
ECB
EC
C
B
C
B
RRR
RR
dI
dI
I
I
Từ đó ta tính hệ số bất ổn định nhiệt: 
))(1(
))(1(
)1(
)1(
)1(
)1(
)(
ECB
ECB
ECB
EC
C
BCBO
C
CBO
RRR
RRR
RRR
RR
I
II
I
IS






Khi mạch không có RE thì: 
CB
CB
CBO
R)1(R
)RR)(1(
)I(S
 
  
Nếu R
B 
<< R
C
 thì S -> 1. S càng nhỏ thì độ ổn định càng cao. Tuy nhiên độ ổn định 
trong mạch này không thể nhỏ hơn 1 được. 
Ví dụ 5.3: Xét sự bất ổn định nhiệt của mạch hình 5.23: 
Hình 5.23. Mạch khuếch đại bằng cầu phân áp 
 Trang 58 
Sơ đồ mạch tương đương như hình 5.24. 
Hình 5.24. Mạch khuếch đại bằng cầu phân áp tương đương 
Xét mạch vòng BE: 0RIVRIE EEBEThBTh 
 0R)II(RIVE ECBThBBETh 
EB
EC
EB
BETh
B
RR
R.I
RR
VE
I
Lấy vi phân biểu thức IB theo IC, ta được: 
EB
E
C
B
RR
R
dI
dI
Từ đó ta tính hệ số bất ổn định nhiệt: 
EB
E
C
BCBO
C
CO
RR
R
1
)1(
)
I
I
1(
)1(
I
I
)I(S
 
 
 
 
Khi RE càng lớn, RB càng bé thì S càng gần giá trị 1. 
Ta thấy S xấp xỉ 1 và luôn lớn hơn 1. Hơn nữa, hệ số S không phụ thuộc vào RC 
nghĩa là không phụ thuộc vào điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
5.5. Các mạch phân cực cho FET 
Đối với transistor trường thì mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra không tuyến tính 
phụ thuộc vào các thành phần trong phương trình Shockley. Mối quan hệ không tuyến 
tính giữa ID và VGS sẽ phức tạp nếu dùng phương pháp toán học để phân tích cấu hình 
mạch dc của FET. Phương pháp đồ thị giúp khảo sát nhanh các mạch khuếch đại dùng 
FET nhưng bị giới hạn về sai số. 
Sự khác nhau rõ rệt giữa phân tích BJT và FET là đối tượng điều khiển đối với 
BJT là dòng điện còn đối với FET là điện áp. Tuy nhiên trong cả 2 trường hợp tín hiệu 
ra là dòng điện và sẽ xác định điện áp ra. 
Mối quan hệ tổng quát có thể được áp dụng để phân tích dc cho tất cả các mạch 
khuếch đại dùng FET: 
 0 GI 
 SD II 
Đối với JFET và MOSFET loại hiếm thì phương trình Shockley 1 được áp dụng để 
diễn tả mối quan hệ giữa các đại lượng vào ra: 
2
1 
P
GS
DSSD
V
V
II 
 Trang 59 
Đối với MOSFET loại tăng thì phương trình Shockley 2 được áp dụng để diễn tả 
mối quan hệ giữa các đại lượng vào ra: 2TGSD VVkI 
5.5.1. Các mạch phân cực cho JFET 
a. Mạch phân cực cố định 
Mạch phân cực cố định sử dụng JFET kênh 
n như hình 5.25. 
- Tụ C1 và C2 là các tụ liên lạc đối với tín 
hiệu vào và tín hiệu ra, khi phân tích dc thì các 
các tụ điện này xem như hở mạch. 
- Điện trở RG có tác dụng đối với tín hiệu 
vào mạch khuếch đại khi phân tích ac. 
Khi phân tích dc thì: 
AIG 0 và VRIV GGRG 0 
Điện áp trên điện trở RG bằng 0V nên có thể bỏ 
điện trở RG ra khỏi mạch, mạch điện còn lại như hình 
5.26. Điện áp tại 2 cực GS là: 
GGGS VV 
Do điện áp cung cấp cho mạch cố định nên gọi 
là mạch phân cực cố định. 
Dòng điện ID được xác định bởi phương trình: 
2
1 
P
GS
DSSD
V
V
II 
Phân tích bằng đồ thị đòi hỏi phải vẽ đồ thị của phương trình Shockley được trình 
bày như hình 5.27. 
Hình 5.27. Đồ thị của phương trình Shockley Hình 5.28. Xác định điểm Q 
Trong hình 5.28 ta vẽ đường thẳng tại điểm có giá trị điện áp VGS = -VGG , đường 
thẳng này cắt đồ thị của phương trình Shockley tại 1 điểm – điểm này còn được gọi là 
điểm làm việc tĩnh Q. Tọa độ điểm tĩnh Q là: Q(VGS; ID). 
Điện áp VDS có thể được xác định: DDDDDS RIVV 
Vì cực S nối mass nên: VVS 0 
Suy ra: DSD VV ; GSG VV .
 Hình 5.25. Mạch phân cực cố định 
Hình 5.26. Mạch phân tích dc 
 Trang 60 
b. Mạch tự phân cực 
Mạch tự phân cực sẽ loại bỏ bớt 1 nguồn 
cung cấp dc. Điện áp điều khiển cực GS được 
xác định bằng điện áp rơi trên điện trở RS như 
trong hình 5.29. 
Khi phân tích tín hiệu dc thì các tụ điện 
xem như hở mạch và điện trở RG xem như ngắn 
mạch vì dòng qua RG bằng 0A. Khi đó mạch 
điện được vẽ lại như hình 5.30. 
Dòng điện chạy qua điện trở RS là dòng IS 
và IS = ID: 
SDR RIV S 
Điện áp VGS được xác định: SDSGS RIVV 
Trong trường hợp này điện áp VGS là hàm biến 
thiên theo dòng điện ID nên biên độ sẽ không cố định so 
với mạch phân cực cố định. 
Thay giá trị điện áp VGS vào phương trình Shockley 
1, ta được: 
22
11 
P
SD
DSS
P
GS
DSSD
V
RI
I
V
V
II 
Bình phương 2 vế và sắp xếp phương trình theo biến ID được phương trình có dạng 
như sau: 
021
2 kIkI DD 
Giải phương trình tìm dòng điện ID. Sau đó tìm VDS và suy ra điểm làm việc Q. 
Biểu diễn điểm làm việc tĩnh Q trên đồ thị như hình 5.31. 
Đồ thị của phương trình đường tải tĩnh cắt đặc tính truyền đạt tại 1 điểm và đó 
chính là điểm tĩnh cần xác định dòng điện ID và điện áp VDS. 
Điện áp VDS được xác định bằng phương trình: 
)( DSDDDDS RRIVV 
Hình 5.31. Đường tải DCLL trên đặc tuyến truyền đạt 
Hình 5.29. Mạch JFET tự phân cực 
Hình 5.30. Phân tích mạch 
 Trang 61 
c. Mạch phân cực bằng cầu phân áp 
Mạch phân cực bằng cầu phân thế của FET thì cũng giống như mạch đã áp dụng 
đối với BJT có cấu hình mạch như hình 5.32. 
Điện áp cực G được xác định bởi phương trình: 
21
2
RR
VR
V DDG
Suy ra điện áp VGS: SDGGS RIVV 
Đồ thị của phương trình SDGGS RIVV như trong hình 5.33. 
Hình 5.33. Xác định điểm Q 
Các giá trị của điểm tĩnh Q cũng được xác định giống như mạch tự phân cực với 
các thông số như sau: 
)( SDDDDDS RRIVV 
DDDDD RIVV ; SDS RIV ; 
21
21
RR
V
II DDRR
5.5.2. Các mạch phân cực cho MOSFET 
a. MOSFET kênh có sẵn 
Sự giống nhau giữa các đường cong của JFET và MOSFET kênh có sẵn cho phép 
phân tích phân cực dc giống nhau. 
Sự khác nhau cơ bản giữa JFET và MOSFET kênh có sẵn là MOSFET kênh có sẵn 
cho phép các điểm hoạt động với các giá trị dương của VGS và ID lớn hơn giá trị IDSS. 
Trong thực tế đối với tất cả các cấu hình đã khảo sát thì việc phân tích JFET có thể 
thay thế bằng MOSEFET kênh có sẵn. 
Hình 5.32. Mạch khuếch đại phân áp 
 Trang 62 
b. MOSFET kênh cảm ứng 
Các đặc tính của MOSFET kênh chưa có sẵn hoàn toàn khác với JFET và 
MOSFET kênh có sẵn ở điểm là dòng điện cực máng của MOSFET kênh chưa có sẵn 
bằng 0 khi điện áp VGS nhỏ hơn điện áp ngưỡng VTh như được trình bày trong hình 5.34. 
Khi điện áp VGS lớn hơn VTh thì dòng điện cực máng xác định theo phương trình 
Shockley 2: 
 2ThGSD VVkI 
Bảng thông số của MOSFET thường 
cung cấp giá trị điện áp ngưỡng của dòng 
điện ID(on) và giá trị điện áp VGS(on) tương 
ứng. Điểm này được xác định trong hình 
5.34. Từ phương trình 2ThGSD VVkI 
và từ các giá trị đã cho ta tính hệ số k theo 
phương trình: 
 2)(
)(
ThONGS
OND
VV
I
k
Khi thông số k đã xác định thì các 
giá trị khác của dòng ID có thể xác định 
đối với các giá trị đã chọn của VGS. 
b1. Mạch phân cực hồi tiếp 
Sơ đồ mạch phân cực hồi tiếp như hình 5.35. 
Do dòng IG = 0 mA nên VRG = 0V. 
Đối với mạch điện ngõ ra, ta có: 
DDDDDS RIVV 
Thay VGS = VDS ta được: 
DDDDGS RIVV 
Vẽ đồ thị của 2 phương trình trên như hình 
5.36 ta xác định được điểm tĩnh Q và xác định 
được dòng điện ICQ và điện áp VGSQ. 
Hình 5.36. Xác định điểm tĩnh Q 
Hình 5.35. Mạch phân cực hồi tiếp 
Hình 5.34. Đặc tuyến truyền đạt của E_MOSFET 
 Trang 63 
b2. Mạch phân cực bằng cầu phân áp 
Sơ đồ mạch phân cực bằng cầu phân áp như hình 
5.37. 
Dòng điện IG = 0mA nên điện áp VG được xác 
định theo công thức: 
 21
2
RR
VR
V DDG
Theo định luật Kirchhoff 2 cho ngõ ra: 
 SDGGS
RIVV 
Ta xác định được điểm tĩnh Q ngõ vào, Q(VGSQ, 
IDQ) 
Áp dụng định luật Kirchhoff 2 đối với ngõ ra ta được: )RR(IVV DSDDDDS . Ta 
xác định được tọa dộ điểm làm việc tĩnh ngõ ra, Q(VDSQ, IDQ). 
Câu hỏi ôn tập 
Câu 5.1. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.1. 
Biết BJT loại Silic, β = 80, R
B
 = 300kΩ, R
C
 = 2kΩ và 
V
CC
 = 18V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Vẽ đồ thị. 
c. Xác định điện áp trên các chân của BJT. 
Câu 5.2. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.2. 
Biết BJT loại Silic, β = 120, RB = 470kΩ, RC = 
2,2kΩ, RE = 0,56kΩ và VCC = 20V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Vẽ đồ thị. 
c. Xác định điện áp trên các chân của BJT. 
Câu 5.3. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.3. Biết BJT loại Silic, β = 90, RB = 
250kΩ, RC = 4,7kΩ, RE = 1,2kΩ và VCC = 10V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của BJT. 
Hình 5.37. Mạch phân cực 
bằng cầu phân áp 
Hình BT 5.1 
Hình BT5.2. 
 Trang 64 
Hình BT5.3. 
Câu 5.4. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.4. 
Biết BJT loại Silic, β = 125, R1 = 40kΩ, R2 = 4kΩ, RC 
= 20kΩ, RE = 2kΩ và VCC = 22V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Vẽ đồ thị. 
c. Xác định điện áp trên các chân của BJT. 
Câu 5.5. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.5. Biết 
JFET kênh N có: IDSS = 10mA, VP
= - 8V, RD = 2kΩ, RG = 
1MΩ và VDD = 16V, VGG = 2V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của JFET. 
Câu 5.6. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ 
BT5.6. Biết JFET kênh N có: IDSS = 10mA, VP
= - 
3V, RD = 2,7kΩ, RS = 452Ω, RG = 1MΩ và VDD = 
15V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của JFET. 
Hình BT5.4. 
Hình BT5.5. 
Hình BT5.6. 
 Trang 65 
Câu 5.7. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.7. 
Biết JFET kênh N có: IDSS = 10mA, VP
= - 
3V, RD = 2,7kΩ, RS = 452Ω, RG = 1MΩ và VDD = 
15V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của JFET. 
Câu 5.8. Cho đặc tính của transistor như hình BT5.8a. Hãy xác định Vcc, RB và RC 
của mạch hình BT5.8b. 
Câu 5.9. Cấu hình mạch phân cực hình BT5.9 có các 
thông số cho trước ICQ = ½ ICSat , ICSat = 8mA và  = 110. 
Hãy xác định RC, RE và RB. 
Câu 5.10. Hãy xác định các giá trị điện trở 
của mạch điện hình BT5.10 với điểm làm việc và 
điện áp nguồn cung cấp cho trong mạch và 
VVCE 10 . 
Hình BT5.8. Đặc tính và mạch khuếch đại 
Hình BT5.7. 
Hình BT5.9. 
Hình BT5.10. 
 Trang 66 
Câu 5.11. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ BT5.11. 
Biết BJT loại Silic, β = 90, RB = 250kΩ, RC = 4,7kΩ, 
RE = 1,2kΩ và VCC = 10V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của BJT. 
Câu 5.12. Cho sơ đồ mạch như hình 
vẽ BT5.12. Biết BJT loại Silic, β = 75, R1 
= 91kΩ, R2 = 110kΩ, RC = 3,3kΩ, RE = 
510Ω và VCC = 18V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của 
mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của 
BJT. 
Câu 5.13. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ 
BT5.13. Biết BJT loại Silic, β = 120, RB = 
680kΩ, RC = 4,7kΩ và VCC = 20V. 
a. Xác định điểm làm việc tĩnh Q của 
mạch. 
b. Xác định điện áp trên các chân của 
BJT. 
Câu 5.14. Cho sơ đồ mạch như 
hình vẽ BT5.14. Xác định điểm làm 
việc tĩnh Q(VCEQ; ICQ) của mạch. 
Hình BT5.12 
Hình BT5.13 
Hình BT5.14