Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ trên toàn thế
giới, ngành điện tử vẫn là một lĩnh vực được Đảng và nhà nước quan tâm
đầu tư và phát triển. Cùng với sự phát triển mạnh của công nghệ vi điện tử và
vi điều khiển thì các môn khoa học thuộc lĩnh vực điện tử cơ bản vẫn có
những bước phát triển mạnh mẽ làm nền tảng cho các ngành công nghệ khác.
Kỹ thuật mạch là một môn cơ sở quan trọng của phần chuyên ngành điện tử.
Đề tài thực tập tốt nghiệp của chúng em nghiên cứu là:" Thiết kế Modul
thực hành các ứng dụng của mạch EC.BC.CC và mạch khuếch đại ghép
tầng ”. Đây là một đề tài trực thuộc bộ môn điện tử cơ bản, đề tài này nhằm
mục đích giúp sinh viên, học sinh nghiên cứu khảo sát một cách khoa học, có
hệ thống về môn kỹ thuật mạch điện tử. Thông qua sản phẩm này chúng em
hy vọng đóng góp một phần nhỏ bé của mình trong công cuộc phát triển và
xã hội hoá ngành giáo dục theo chủ trương đường lối của nhà nước. Qua
đây, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo viên trong
khoa Điện tử, đặc biệt là thầy giáo Lê Mạnh Long đã giành nhiều thời gian
chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong quá trình thực tập và làm đồ án. Nhưng
do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những
thiếu sót, em xin các thầy, cô giáo cùng các bạn sinh viên, học sinh đóng góp
ý kiến để đồ án của em đuợc hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội ngày 23 tháng 3 năm 2013

sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tiến Trưởng
Ma Kim Phúc
Phạm Văn Thạo

1


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

PHẦN I : LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT

Chương I: Khuếch đại tín hiệu nhỏ
1.1. GIỚI THIỆU VỀ BỘ KHUẾCH ĐẠI ĐIỆN TỬ
1.1.1. Giới thiệu
Bộ khuếch đại điện tử là một mạch điện tử mà tín hiệu đầu ra của
mạch lớn gấp K lần tín hiệu đầu vào của mạch và dạng tín hiệu ở đầu ra
giống hệt dạng của tín hiệu ở đầu vào.
Tín hiệu của mạch là dòng điện i(t), điện áp u(t) hoặc công suất P(t). Tín
hiệu cũng có thể là điện trường E(t) hoặc từ trường B(t).
Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại điện tử cho ở hình 1.1
Trong sơ đồ, ký hiệu hình

Z

mô tả đây là bộ khuếch đại.
K được gọi là hệ số khuếch

I

n


V

U

e

n

V

I

K
Z

V

Z

r

U

r

Z

r

t


đại của bộ khuếch đại. Hệ số
Hình 1.1: Bộ khuếch đại
điện tử

này là tỉ số giữa giá trị tín
hiệu ra chia cho giá trị tín

hiệu vào. Nếu các tín hiệu vào, ra là điện áp thì chúng ta có hệ số khuếch
đại điện áp.
Ur
Uv

Ku =

(1.1)

Nếu các tín hiệu vào, ra là dòng điện thì chúng ta có hệ số khuếch đại
dòng điện:
Ki =

Ir
Iv

U (V
r

(1.2)

)

K

Nếu các tín hiệu vào ra là công suất thì ta có hệ số

U

khuếch đại công suất:
KP =

Pr
Pv

U (m

Hình1.2. Đặc tính biên độVcủa
V)
bộ khuếch đại

(1.3)

Ở đây Ur , Ir , P r là điện áp, dòng điện, công suất trên đầu ra bộ
khuếch đại và U V , IV , PV lần lượt là điện áp, dòng điện và công suất đặt
2


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

vào bộ khuếch đại.

Trên hình 1.1 e n và Z n là sức điện động và trở kháng trong của tín
hiệu đặt vào bộ khuếch đại. Z V là trở kháng vào tương đương của bộ
khuếch đại:
ZV =

Uv
Iv

(1.4)

Zr là trở kháng ra của bộ khuếch đại và:
Zr =

Ur
Ir

(1.5)

Đặc tính biên độ của một bộ khuếch đại là quan hệ giữa đầu ra và
đầu vào của bộ khuếch đại, xét ở một tần số xác
định. Quan hệ này có thể là quan hệ U r theo Uv
hoặc Ir theo I v. Hình 1.2 chỉ ra đặc tính biên độ ở

|K|

1
2/2

tần số thấp.
Đặc tính tần số của bộ khuếch đại là sự phụ

thuộc của hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại
vào tần số. Hình 1.3 là đặc tính tần số điển hình
của 1 bộ khuếch đại.

f

C

f

f

t

Hình 1.3. Đặc tính tần
của bộ khuếch đại

số

Méo phi tuyến (không đường thẳng) của bộ khuếch đại là sự thay
đổi dạng của tín hiệu so với tín hiệu vào do tính phi tuyến của các phần tử
của mạch gây ra, méo này được tính là tỷ số của tổng bình phương các
thành phần bậc cao phát sinh khi đầu vào chỉ có thành phần tần số.
Zt là trở kháng tải của bộ khuếch đại. Đây chính là phần tử tiêu thụ
tín hiệu ra của bộ khuếch đại hay bộ khuếch đại cần phải cung cấp tín
hiệu cần thiết cho phần tử này.
Trong rất nhiều trường hợp thực tế các trở kháng này là thuần trở.
Để bộ khuếch đại làm việc tốt chúng ta phải phối hợp trở kháng:
Zn = ZV
Zr = Z t

Nếu bộ khuếch đại có K i =1 và KU > 1 thì chúng ta gọi nó là bộ
3


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

khuếch đại điện áp.
Nếu bộ khuếch đại có K U ≈ 1 và K i > 1 thì chúng ta gọi nó là bộ
khuếch đại dòng điện, bộ khuếch đại này còn được gọi là bộ lặp lại điện
áp.
Nếu bộ khuếch đại có K i > 1 và K U > 1 thì chúng ta gọi nó là bộ
khuếch đại công suất.
1.1.2. Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ
I

Chúng ta thường hiểu đơn giản bộ
khuếch đại tín hiệu nhỏ là tín hiệu vào và

B
I

ra là đủ nhỏ. Hiểu như vậy là chưa đủ. Để
hiểu

khái

niệm


tín

hiệu

nhỏ

của bộ khuếch đại chúng ta cần nhắc lại
khái niệm đặc tính truyền dẫn hay đặc tính
vào ra của phần tử khuếch đại. Ví dụ, ta sử

C

C

B

A
I

CA

I

BA

I

BB

Hình1.4: Đặc tính truyền dẫn

của Transistor

dụng transistor lưỡng cực làm bộ khuếch đại. Đặc tính truyền dẫn của
transistor thường có dạng cho ở hình 1.4.

4

I

B


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Trên đặc tuyến này chỉ có đoạn AB là có dạng gần tuyến tính. Nếu tín
C
3,8mm
0,025mm
E
p

n

C
3,8mm
0,025mm

B

E
C

p

E

B

U

EE

(a)

p

n

B
E

n

C

B

U


U

EE

CC

(b)

U

CC

Hình 1.5: Cấu trúc của transistor
a) Transistor pnp và kí hiệu ; b) Transistor npn và kí
hiệu

hiệu vào (I B) thay đổi trong đoạn I BA IBB thì tín hiệu ra (I C) mới tỷ lệ tuyến
tính với nó hay tín hiệu ra có dạng giống hệt tín hiệu vào và không bị méo
dạng. Nếu tín hiệu vào quá bé hoặc quá lớn thì tín hiệu ra thay đổi không
tỷ lệ tuyến tính với nó nên sinh ra méo dạng. Chúng ta gọi bộ khuếch đại
tín hiệu nhỏ là bộ khuếch đại mà tín hiệu vào của nó chỉ thay đổi trong
vùng tuyến tính của đặc tuyến truyền dẫn (đoạn AB). Vì vậy bộ khuếch
đại tín hiệu nhỏ còn được gọi là bộ khuếch đại tuyến tính.
1. 2. TRANSISTOR LƯỠNG CỰC – BJT (Bipolar junction transistor)
1.2.1. Cấu trúc của transistor
Transistor là một linh kiện bán dẫn bao gồm ba lớp bán dẫn với các
bán dẫn p và n xen kẽ nhau. Tùy theo trình tự của miền p và miền n mà ta
có hai loại transistor : pnp (transistor thuận - H.1.5a) và npn (transistor
ngược - H.1.5b).
Miền p thứ nhất của transistor pnp (với transistor npn là miền n)

được gọi là miền emitter, miền này được pha tạp chất với nồng độ lớn
nhất, nó đóng vai trò phát xạ các hạt dẫn (lỗ trống hoặc điện tử), điện cực
nối với miền này được gọi là cực emitter, ký hiệu là E. Miền n (với
transistor npn là miền p) được gọi là miền base, miền này được pha tạp
5


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

chất ít nhất, độ rộng của nó rất nhỏ so với kích thước toàn bộ transistor
(với hình 1.6 tỷ lệ này là 3,8mm: 0,025mm = 152: 1), miền base đóng vai
trò truyền đạt hạt dẫn, điện cực nối với miền này được gọi là cực base, ký
hiệu là B. Miền p tiếp theo (với transistor npn là miền n) được gọi là miền
collector, miền này được pha tạp ít hơn miền emitter nhưng nhiều hơn
miền base, đóng vai trò thu gom các hạt dẫn, điện cực nối với miền này
gọi là cực collector, ký hiệu là C.
Với cấu trúc như vậy, transistor bao gồm hai chuyển tiếp PN,
chuyển tiếp PN giữa emitter và base được gọi là chuyển tiếp emitter,
chuyển tiếp PN giữa base và collector được gọi là chuyển tiếp collector.
1.2.2. Nguyên tắc hoạt động của transistor
Để mô tả hoạt động của transistor, ta lấy transistor loại pnp làm ví
dụ. Sự hoạt động của transistor npn sẽ tương tự bằng việc thay thế lỗ
trống bằng điện tử. Trên hình 1.6 khi chuyển tiếp collector không được
phân cực, chuyển tiếp emitter được phân cực thuận. Độ rộng vùng nghèo
sẽ bị giảm, mức giảm tuỳ theo điện áp phân cực, kết quả dòng của các hạt
đa số (các lỗ trống) khuếch tán từ miền bán dẫn p (cực E) sang miền bán
dẫn n (cực B).
Khi chuyển tiếp emitter không được phân cực, chuyển tiếp collector

Dòng hạt thiểu số

Dòng hạt đa số
+ + -+
+ -+ -+
+- + -+ +

+-n-+-

+--

n--

+-

Vùng nghèo

U

- + -+ +-+-+
- + -+ +-+-+
Vùng nghèo

U

EE

CC

Hình 1.6: Chuyển tiếp emitter phân cực thuận Hình 1.7: Chuyển tiếp collector phân cực ngược


phân cực ngược không có dòng của các hạt đa số (điện tử ở bán dẫn n) chỉ
có dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở bán dẫn p) (hình 1.7).
Trong trường hợp, chuyển tiếp emitter phân cực thuận, chuyển tiếp
collector phân cực ngược (hình 1.8). Chuyển tiếp emitter phân cực thuận
6


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

nên các hạt đa số khuếch tán qua chuyển tiếp tới miền base tạo

Dòng hạt đa số

I

E

Dòng hạt thiểu số

C

E

I

C


B
Vùng nghèo

U

I

B

U

EE

CC

Hình 1.8: Nguyên tắc hoạt động của transistor
pnp

lên dòng I E. Tại miền base các hạt đa số này lại chuyển thành các hạt thiểu
số, một phần bị tái hợp với các điện tử tạo thành dòng I B. Do độ rộng của
miền base rất mỏng, chuyển tiếp collector phân cực ngược nên các lỗ
trống ở miền base bị cuốn sang miền collector tạo lên dòng I c. Dòng I c này
được tạo bởi hai thành phần: dòng của các hạt đa số từ miền emitter, và
dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở miền base khi chưa có sự khuếch tán
từ emitter sang). Dòng của các hạt thiểu số được gọi là dòng rò và ký hiệu
là Ico. Ico có giá trị rất nhỏ cỡ nA tới vài µA.
Áp dụng định luật Kirchhoff ta có: I E = IC + IB
1.2.3. Các cách mắc cơ bản của transistor
Transistor có ba cực (E, B, C), nếu đưa tín hiệu vào trên hai cực và
lấy tín hiệu ra trên hai cực thì phải có một cực là cực chung. Do vậy, đối

với transistor có 3 cách mắc cơ bản: Base chung, emitter chung, collector
chung.
1.2.3.1.Base chung (CB – Common Base)
7


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Sơ đồ cách mắc CB được minh hoạ ở trên hình 1.9

I

E

p

E

C

p

n

I

C


I

E

I

E

C

C

B
I

I

B

B

B
U

U

I

E


E

(a)

CC

EE

n

C I

n

p

I

E

C

I

E

I

B
I


C

C

B

B

B

(b)

U

U

CC

EE

Hình 1.9: Sơ đồ cách ghép CB
a) Transistor pnp ; b) Transistor npn

Vùn
g
bão
hoà

Trên hình vẽ chiều

mũi tên chỉ chiều của
dòng điện trên các cực

I (mA)
C

của transistor. Để thấy

I (mA)
E

rõ quan hệ giữa 3 cực
của

transistor

trong

cách mắc CB người ta
dùng hai đặc tuyến:
đặc tuyến vào và đặc
tuyến ra. Đặc tuyến

Vùng tích
cực

7

U = 20V
CB

U = 10V 6
CB
U =
5

6 mA
5mA

CB

1V

7
6
5
4
3
2
1

7 mA

4 mA

4

3mA

3


2mA

2

0,
2

0,
4

0,
6

0,
8

(a)

1

U

(V)

BE

1

I = 1mA


0

I =0 mA

E

1

0

10
15
Vùng cắt

5
(b)

Hình 1.10: Đặc tuyến của cách mắc
CB

8

a) Đặc tuyến vào ; b) Đặc tuyến ra

E

20

U (
CB

V)


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

vào (hình 1.10a) mô tả quan hệ giữa dòng vào I E với điện áp đầu vào U BE ,
ứng với các giá trị điện áp khác nhau của điện áp ra U CB.
Đặc tuyến ra (hình 1.10b) mô tả quan hệ giữa dòng điện ra I C với
điện áp ra U CB, ứng với các giá trị khác nhau của dòng điện vào I E. Trên
đặc tuyến này được chia thành 3 vùng: vùng tích cực, vùng cắt và vùng
bão hoà.
Vùng tích cực được dùng để

C

E

khuếch đại tín hiệu (nên còn được gọi
là vùng khuếch đại). Trong vùng
tích cực chuyển tiếp emitter được

I =0
E

I

CBO


=I

CO

B

Hình 1.11. Dòng bão hoà ngược
ICO

phân cực thuận, chuyển tiếp collector phân cực ngược. Ở phần thấp nhất
của vùng tích cực (đường I E = 0), dòng I C là dòng bão hoà ngược I CO, dòng
ICO rất nhỏ (cỡ µA) và thường được ký hiệu thay cho I CBO (hình 1.11).
Khi transistor hoạt động trong vùng tích cực có quan hệ gần đúng I E ≈ IC .
Vùng cắt là vùng mà ở đó dòng I C = 0. Trong vùng cắt chuyển tiếp
emitter và collector đều phân cực ngược.
Vùng bão hoà là vùng ở bên trái đường U CB = 0 trên đặc tuyến ra. Trong
vùng bão hoà chuyển tiếp emitter và collector đều phân cực thuận.
+ Hệ số α.
Trong chế độ một chiều, để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán
trong miền base, người ta định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện αdc.
I
α dc = c
IE

Với IC, IE là các dòng điện tại điểm làm việc. Theo đặc tuyến ra hình
1.10b thì α = 1, nhưng thực tế α thường trong khoảng 0,9 ÷
0,998.
Trong chế độ xoay chiều, khi điểm làm việc thay đổi trên đặc

9



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

tuyến ra, hệ số α xoay chiều được định nghĩa:
∆IC
∆I E

V
ù
n
g
b
ã
o
h
o
à

αac =

(1.6)
Hệ số αac còn được gọi là
hệ số base chung, hệ số

I

C


ngắn mạch, hay hệ số
I (µA)

khuếch đại. Thông thường,

1
09
8
0
07
0

giá trị αdc ≠ αac.
1.2.3.2.Emitter

6
0
5
0
04
3
0
0
20
10

chung

U =

CE
U =
20V
CE
U10V=
CE
1V

B

0,
4

0
,
2

(CE- Common Emitter)

0, 0,
6 8
(a)

1U

8
7
6
5
4

3
2
1

(V)

BE

(mA)
9 0 µA
8 0 µA
7 0 µA
6 0 µA
5 0 µA
4 0 µA
Vùng tích cực 3 0 µA
2 0 µA
1 0 µA

0
U

CEbh

5
Vùng cắt

10
I


CEO ≈

I =0
B
15
µAU (V)
(b) CE

Hình 1.13. Đặc tuyến của cách
βI mắc CE
CBO

a) Đặc tuyến vào ; b) Đặc tuyến ra

Sơ đồ cách mắc CE được
cho trên hình 1.12
Trong

cách

mắc
I

CE, đặc tuyến ra là quan
ra

UCE,

ứng


I
B

C

n

U
BB

và điện áp vào U BE, ứng

p
U

p

B

C

E

I

vào IB. Đặc tuyến vào là
quan hệ giữa dòng vào I B

C


n

với

khoảng giá trị của dòng

C

C

hệ giữa dòng ra I C và điện
áp

I

C

E

I

B

C

p

U
BB


I

I

I

B

B

với khoảng giá trị của
điện áp ra U CE.

I

C

I

a)

E

C

E
E

C


I

U

n

B

I

b)

E

Hình 1.12: Sơ đồ cách ghép CE
a) Transistor npn ; b) Transistor pnp

Chú ý rằng trên hình 1.13, độ lớn của I B cỡ µA , còn độ lớn của I C
cỡ mA. Vùng tích cực của cách mắc CE là miền ở bên phải của đường nét
đứt UCEbh và phía trên đường I B = 0.
Vùng phía trái đường U CEbh là vùng bão hoà. Vùng cắt là vùng ở
phía dưới đường I B = 0. Trong vùng tích cực chuyển tiếp emitter phân cực
thuận, chuyển tiếp collector phân cực ngược, vùng này được dùng để
10


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử


khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc công suất.
Theo đặc tuyến ra hình 1.13b khi I B = 0 thì dòng I C ≠ 0. Điều này
được giải thích như sau:
I C = αIE + ICBO

Ta có :

(1.7)

IC = α(IC+IB) + ICBO
Suy ra:
IC =

αI B
I
+ CBO
1−α 1−α

Khi IB = 0, chọn α = 0,996 ta có
IC =

α.0
I CBO
+
1 − α 1 − 0, 996

IC = 250 I CBO
Nếu ICBO = 1 µA, khi I B = 0, dòng I C = 250.1 µA = 0,25 mA.
Dòng IC khi đó chính là dòng I CEO.
Vậy:

I
I CEO = CBO
1 − α IB = 0

+ Hệ số β
Trong chế độ một chiều, để đánh giá khả năng điều khiển của dòng
IB đối với dòng I C, người ta định nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện β:
I
βdc = C
IB

(1.8)

Với IC và IB là giá trị dòng điện tại điểm làm việc. Thông thường β có giá
trị trong khoảng từ 50 tới trên 400.
Trong chế độ xoay chiều, hệ số β xoay chiều được định nghĩa:
βac =

∆I C
∆I B U CE = const

(1.9)

+ Quan hệ giữa α và β
Ta có :
Mặt khác :

I
IE = C ,
α


I E = IC + I B
I
IB = C
β

11


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Kết hợp các điều kiện trên ta có:
α=

β
β+1

(1.10)

Hoặc :

β=

α
α −1

1.2.3.3. Collector chung (CC – Common Collector)
I


I

E

E

E
n
I

p
U

p

B

I

EE

B

B

n

U


EE

p

U

BB

BB

C

I

I

C

I

C

C

I

B

U


n

B

E

I

E

E

B

I

B

B
(a)

I

C

E

I

(b)


C

C

C

Hình 1.14. Sơ đồ cách mắc CC.
a) Transistor npn ; b) Transistor pnp

Sơ đồ cách mắc CC được cho trên hình 1.14
Đặc tuyến vào và đặc tuyến ra của cách mắc CC tương tự như cách mắc
CE, bằng cách thay I C bởi IE, UCE bởi UEC.
1.2.4. Nguyên tắc khuếch đại của transistor
Xét sơ đồ CB như hình 1.15
p

Theo đặc tuyến vào và đặc
tuyến

ra

của

I

CB

của


I

B

R
U =200mV

mắc CB rất nhỏ (khoảng 10Ω ÷

V

20Ω

V

r

C

+

cách

p

V

E

ta có thể rút ra nhận xét; điện trở

vào

n

R

r

5kΩ U

100kΩ

r

-

100Ω) và điện trở ra rất lớn (50
kΩ ÷ 1MΩ).

Hình 1.15. Nguyên tắc khuếch

mạch CB
12

đại của


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử


Trong sơ đồ hình 1.15 ta chọn transistor có điện trở vào R v = 20 Ω, điện
trở ra R r = 100kΩ.
Dòng điện vào:
Uv
200mV
=
= 10mA
Rv
20Ω

Iv =

Giả sử α ac = 1(Ie= Ic) thì I v = Ir = 10mA
Khi đó điện áp ra sẽ là:
U r = I r .R = 10.5 = 50(V)

Vậy hệ số khuếch đại điện áp:
Ku =

Ur
50V
=
= 250
Uv
200mV

Như vậy, nguyên tắc khuếch đại ở đây chính là việc truyền đạt dòng
điện từ mạch điện trở thấp sang mạch điện trở


cao. Chính vì vậy,

transistor là từ ghép từ hai từ tiếng Anh : transfer (truyền đạt) và resistor
(điện trở).
1.2.5. Các tham số giới hạn
Đối với mỗi transistor có một vùng làm việc trên đặc tuyến ra. Nếu
transistor hoạt động trong vùng này sẽ có tỷ lệ tín hiệu ra trên tín hiệu vào
là lớn nhất với độ méo nhỏ nhất. Vùng này sẽ bị giới hạn bởi một vài
tham số như : dòng I C lớn nhất ICmax , điện áp U CE lớn nhất U CEmax (đối với
cách mắc EC).
Với transistor có đặc tuyến ra như hình 1.16 : I cmax = 50mA, UCEmax = 20V.
Đường UCEbh trên đặc tuyến là giá trị nhỏ nhất của U CE, thông thường
UCebh = 0,3 V.
P
Cmax

Vù
ng
bão
hoà

Công suất tiêu hao lớn nhất được định nghĩa:
=

I (mA)
C

UCE.IC

ICmax


50 µA
40 µA

50
40
P

30

Cmax

=UCE.IC

30 µA
20 µA
10 µA

20
10

I =0µA
B

0
UCEbh

5

1013

Vùng cắt

15
ICEO

20
U

CEmax

U

(V)

CE

Hình1.16. Vùng hoạt động của transistor


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Với transistor cho trên hình 1.16 thì PCmax = 300mW.
Ta có thể vẽ đường cong công suất trên đặc tuyến ra bằng cách chọn một
vài điểm thoả mãn U CE.IC = 300mW.
Như vậy, vùng hoạt động của transistor bị giới hạn bởi các tham số:
ICEO ≤ IC ≤ ICmax
UCEbh ≤ UCE ≤ UCEmax
UCE.IC ≤ PCmax

Chú ý: đối với cách mắc CB thì P cmax = UCB.IC .

ChươngII: Các kiểu khuếch đại thường dùng
2.3.

KHUẾCH

ĐẠI

TÍN

HIỆU

NHỎ

DÙNG

TRANSISTOR

LƯỠNG CỰC
2.3.1. Giới thiệu
Các kiểu phân cực đã được giới thiệu ở phần trước sẽ được sử dụng
để phân tích tín hiệu xoay chiều nhỏ. Các mạch được phân tích sau đây là
những mạch điện thực tế thường được sử dụng. Để phân tích bộ khuếch
đại tín hiệu nhỏ dùng BJT người ta dùng sơ đồ tương đương để phân tích.
Khi vẽ sơ đồ tương đương đối với tín hiệu xoay chiều cần chú ý 2 điểm
sau:
- Thiết lập tất cả các nguồn cấp một chiều ở mức điện thế 0V (ngắn
14



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

mạch nguồn cấp) ;
- Ngắn mạch tất cả các tụ điện.
2.3.1.1. Sơ đồ tương đương của mạch CB
Trên hình 1.38a là sơ đồ cách mắc CB của transistor npn. Như phần
trên chúng ta đã biết transistor được cấu tạo bởi ba lớp bán dẫn, tạo nên
hai chuyển tiếp PN, vì thế ta coi chuyển tiếp emitter (giữa cực B và E) là
một diode, ngoài ra vì I C = α IE nên giữa cực B và cực C được thay thế
bằng một nguồn dòng

E

I

E

I

C

C

có giá trị là αIE . Với

E


I

I

E

D

sự thay thế đó ta có
thể vẽ được sơ đồ

B

tương đương như hình
1.38b.

B

1

I = αI
C

C

C

E

B


B

Hình 1.38. Sơ đồ CB
a) Cách mắc CB ; b) Sơ đồ tương đương

Khi transistor được phân cực và hoạt động ở vùng tích cực thì
chuyển tiếp emitter phân cực thuận, khi

I
E

I

E

C

C

đó diode D1 (trong sơ đồ tương đương)
tương đương với một điện trở có giá trị

r

bằng điện trở thuận của diode, điện trở
này được ký hiệu là r e và được được tính
theo công thức:
re =


e

I = αI
C

B

E

B

Hình 1.39. Sơ đồ tương đương của
cách mắc CB

UT
IE

Với UT là điện thế nhiệt, ở nhiệt độ bình thường U T = 26mV, do đó:
re =

26mV
IE

Như vậy, sơ đồ tương đương của của mạch CB được vẽ lại như hình
1.39. Với sơ đồ tương đương hình 1.39 ta có thể tính được trở kháng vào
và ra của mạch CB như sau:
Zv = re
Giá trị re rất nhỏ, tối đa là 50 Ω.
15



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Trở kháng ra được tính khi cho tín hiệu vào bằng không, vì thế I E =
0 nên I C = αIE = 0, nghĩa là đầu ra của hình 1.39 hở mạch, do đó:
Zr = ∞
Thực tế, trở kháng ra của mạch CB cỡ vài MΩ.
2.3.1.2. Sơ đồ tương đương của mạch CE
Tương tự với cách mắc CB, ta có thể vẽ được sơ đồ tương đương
của mạch CE như hình 1.40.a
I

Theo sơ đồ trên ta có:

I

B

I

C

C

I = βI
B

B


I

C

r
E

C

B

B

I

E

C

E

e

E

E

Hình 1.40. a) cách mắc CE ; b) sơ đồ tương đương


Zv =

Uv
U
βI r
= BE = B e = βre
Iv
IB
IB

Sơ đồ tương đương hình 1.40.b
Giả sử trở kháng ra của mạch CE là

I (mA)
C

Độ dốc=1/r

0

Zr = r 0.
Với trở kháng vào là βre, trở
kháng ra là r 0 ta vẽ lạ
1.40b không xác định được trở kháng
ra, thực thế trở kháng ra được xác
định theo độ dốc của đường đặc tuyến

I

B


U (V)

CE
Hình 1.41. Xác định r 0 của mạch
CE

ra (hình 1.41 được sơ đồ tương đương

B

của mạch CE như hình 1.42).

I

B

C
βr

e

βI

B

r

o


E

E

2.3.1.3. Sơ đồ tương đương của mạch
CC
16

Hình 1.42. Sơ đồ tương đương mắc CE


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Tương tự như cách mắc CE , ta sẽ có sơ đồ tương đương của mạch
CC. Sơ đồ tương đương này sẽ được vẽ trong các mạch cụ thể ở phần sau.
2.3.2. Các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ thông dụng dùng BJT
2.3.2.1. Mạch phân cực cố định mắc E chung
Sơ đồ mạch như hình 1.43

U

Tín hiệu vào U v được đưa đến cực B của
R

transistor trong khi đầu ra U r lấy từ cực

I


C. Dễ dàng nhận ra dòng I v là dòng

U

C

v

R C
IC 2
r+

B

U

1

r

v

nguồn không phải dòng cực B, trong khi
dòng ra Ir lại là dòng cực C.

CC

Z

Z


v

r

Hình 1.43. Mạch phân cực cố định mắc E chung

I

Với tín hiệu AC, ta có thể vẽ lại sơ đồ như
U

hình 1.44.

U

v

I

v

Z

Đây là mạch mắc theo kiểu CE nên ta có
thể vẽ sơ đồ tương đương như hình 1.45.

R
R


v

r

r

C

Z

B

r

Hình1.44. Sơ đồ 1.43 khi bỏ ảnh
hưởng của U và C , C

Chú ý rằng, hệ số β, ro, re được tra từ

CC

1

2

bảng các thông số kỹ thuật hoặc đặc tuyến ra. Như vậy β, re và ro coi như
đã biết.

I


I

v

Từ hình 1.45 cho thấy:
Trở kháng vào của mạch:

U Z
v

v

R

B

I

b

βr

e

βI

b

C


r

0

R

Zv = RB // βre
Hình 1.45. Sơ đồ tương đương

Với giá trị R B thường lớn hơn 10 lần βre, do đó cho phép tính gần
đúng:
Zv ≈ βre
Trở kháng ra Z r được xác định khi cho U v = 0. Trên hình 1.45 khi
Uv = 0, I v = IB = 0, với một mạch hở nguồn dòng ta có:
Zr = RC // r0
17

I
r
Z U
r
C

r


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử


Nếu r0 ≥ 10R c ⇒ RC // r0 ≈ Rc thì :
Zr ≈ R C
Hệ số khuếch đại điện áp K u được tính như sau :
Ur = - βIb (RC // r0) nhưng I b =

Uv
β re

U 
 e

do đó

Ur = - β  βrv  (RC // r0)

nên

Ku =

Ur
(R // r )
=− C o
Uv
re

RC
re

Nếu r0 ≥ 10 RC thì Ku = -


Trong phương trình trên, không có β, tuy nhiên giá trị của β được
dùng để xác định r e, dấu trừ thể hiện điện áp ra ngược pha với điện áp
vào.
Hệ số khuếch đại dòng điện được xác định theo cách sau:
Theo luật phân dòng cho đầu vào và đầu ra.
Ir =
với

Ib =

(r0 )(β I b )
r0 + RC

(R B )(I v )
R B + βre

nên

nên

Ir
r0β
=
Ib
r0 + RC

Ib
RB
=
Iv

R B + βre

Kết quả :
Ki =

β RB r0
I r  I r   I b   r0β   R B 
=
=    = 



I v  I b   I v   r0 + RC   R B + β re  (r0 + RC )(R B + β re )

Nếu r0 ≥ 10 R C và RB ≥ 10βre thì :
Ki =

Ir
βR B r0
≈
I v (r0 )(R B ) =

β

Quan hệ giữa K u và Ki được thể hiện qua công thức sau:

Ki = -

Z


Ku R v

C

2.3.2.2. Mạch phân áp
I

Mạch phân áp như hình 1.47

R

Sơ đồ tương đương hình 1.48. Chú ý,
trong sơ đồ tương đương không có R E là do
ở tần số hoạt động của transistor, giá trị
18

U

C

v

I

1

R

U
r


C

C

CC

U
2

r

1

Z
v

Z

v

R

2

R

E

C


E

Hình 1.47. Mạch phân

r


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

dung kháng rất nhỏ nên ta coi ngắn mạch R E đối với tín hiệu AC.
Trở kháng vào Z v:

I

I

v

Zv = R’ // βr

C

I
U Z

R R


v

Với R’ = R 1 // R 2 =

I

b

1

βr

2

βI

e

b

r

R

0

r

C


ZU

r

r

v

R1 .R2
R1 + R 2

R’

Hình 1.48. Sơ đồ tương đương
mạch phân áp

Trở kháng ra :
Zr = RC // r0
Nếu r0 ≥ 10 R C ⇒ Zr ≈ RC

Hệ số khuếch đại điện áp K u được tính như sau:
Ur = - (βIb) (RC // r0)
Vì

Ib =

Uv
β re

do đó Ur = -β


 Uv 
 βr 
 e

(RC // r0)

Ur

Nếu r0 ≥ 10 R C thì Ku = - U

R
≈− C
re
v

Hệ số khuếch đại dòng điện K i :
Sơ đồ hình 1.48 giống với 1.45 nếu ta coi R’ = R 1 // R2 = RB do đó ta có:
Ki =

Ir
βR ' r0
=
Iv
(r0 + R C )(R ' + βre )

Nếu r 0 ≥ 10 R C thì:
Ki =

Ir

β R ' r0
=
Iv
r0 (R ' + βre )

Và nếu R’ ≥ 10βre thì Ki =

=

βR '
R '+ β re

Ir
βR '
=
Iv
R' =

Quan hệ giữa Ku và Ki : Ki = - Ku .

β

U

Zv
RC

R
I


2.3.2.3. Mạch phân cực emitter

U

Sơ đồ mạch được cho trên hình 1.50.
Sơ đồ tương đương như hình 1.51 Sơ đồ
này có điện trở cực E, không thể bỏ qua
19

C

v

B

CC

R
I C C2
r +

U

1

v

Z

v


R

E

Z

r

Hình 1.50. Mạch phân cực emitter

r


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

được đối với thành phần AC.
Trên sơ đồ không có mặt r 0. Ảnh hưởng của r 0 làm cho việc phân tích rất
phức tạp; nên trong thực tế hầu hết các trường hợp có thể bỏ qua.
Áp dụng định luật Kirchhoff với đầu vào
B

hình 1.51 ta có:
Uv = Ibβre + IeRE
Uv = Ibβre + (β +Zv 1) IbRE
Zb =

Uv

Ib

U

= βre + (β + 1) RE

R
v

B

Z
b

I
βr

βI

I

e

b

RU

E
R
E


Vì β thường lớn hơn 1 do đó phương trình

C

b

I = (β +
e

1)I

r

Z
rr

c

b

Hinh 1.51. Sơ đồ tương đương
mạch phân cực emitter

được rút gọn.
Zb ≈ βre + βRE ≈ β (re + R E)
Vì RE thường lớn hơn r e rất nhiều nên: Z b ≈ βRE
Trở kháng vào : Zv = Zb // R B
Trở kháng ra Z r : Với U v = 0V, I b = 0 và βIb =0 sơ đồ 1.51 có thể thay thế
bằng một mạch tương đương hở mạch. Kết quả là:

Zr = RC
Hệ số khuếch đại điện áp K u được tính như sau:
Ib =

UV
Zb

Ur = - IrRC = - βIbRC = - β
Nên

Ku =

Ur
R
= −β C
Uv
Zb

Thay thế Z b = β (re + R E) ta có:
Ku =

Ur
RC
=−
Uv
re + R E

Lấy xấp xỉ Z b ≈ βRE
Ku =


Ur
R
=− C
Uv
RE

Hệ số khuếch đại dòng K i:
20

 UV 
Z 
 b 

RC


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Giá trị của R B thường chọn gần với Z b nên cho phép xấp xỉ I b=Iv. Theo
luật phân dòng với mạch vào ta sẽ có kết quả:
Ib =
Hơn nữa :

Ir
Ib

Do đó


Ki =

RB I v
RB + Z b

Ib
RB
=
Iv
RB + Zb

nên

=β
Ir
I I
RB
= r ⋅ b =β
Iv
Ib Iv
RB + Zb

Quan hệ giữa K i và Ku : Ki = - Ku

Zr
RC

2.3.2.4. Mạch khuếch đại tải cực E (mắc CC)
Khi đầu ra được lấy từ cực E của tranzito như hình 1.53. Sơ đồ được
mắc cực C chung. Điện áp ra luôn nhỏ hơn tín hiệu vào chút ít bởi vì tiêu

hao trên cực B tới cực E, do đó K u ≈ 1 không giống như điện áp cực C,
điện áp cực E cùng pha với U v và điện áp U r ≈ Uv.

U

R
v

C
Z

B

+

I

CC

C
2
+

1

R
v

E


I

r

U
Z

r

r

Hình 1.53. Mạch tải cực E

Với trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ, sơ đồ này thường được sử
dụng để phối hợp trở kháng. Hiệu quả của
mạch có thể đạt được tương đương với một

B
U

C

v

biến áp.

βr

Bỏ qua ảnh hưởng của r 0 ta vẽ được
mạch tương đương như hình 1.54. Ảnh

hưởng của r o sẽ được xét sau.

Z

v

Z
R

B

b

E
R

βI

e

E

I

r

B

+


U

r
Z
r
I =(β+1)I
E

B

-

21
Hinh 1.54. Sơ đồ tương đương


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

Trở kháng vào được xác định như các mạch trên với:
Zv = R B // Zb
Với Zb = βre + (β + 1)R E ≅ βRE
Zr : Trở kháng ra được xác định qua phương trình dòng I b
Uv
Zb

Ib =

sau đó nhân với (β + 1) để có I e. Ta có:

Ie = (β + 1) Ib = (β + 1)

Uv
Zb

Thay Z b ≅ βre + (β + 1)RE
(β + 1)U v
e + (β + 1)R E

Ie= βr

β re
βr
≅ e
β+1
β

nhưng (β + 1) ≅ β và
Ie ≅

do đó

coi β+1≈β
= re

Uv
re + R E

Với dòng I e được xác định theo công thức trên ta có thể vẽ được
mạch như hình 1.55.


r

e

Trở kháng ra được xác định khi U v = 0 nên
Zr = RE // re

I
U

v

R

e

Z
E

Vì RE thường lớn hơn r e do đó:
Hình 1.55. Xác định Zr

Z r ≅ re
Hệ số khuếch đại điện áp K u được tính:
Ur =
Do đó

RE U v
R E + re


Ku =

Ur
RE
=
Uv
R E + re

Vì RE thường lớn hơn r e nên R E + re ≅ RE do đó:
Ku =

Ur
Uv

≅1

Hệ số khuếch đại dòng điện K i:

22

r

U

r


Báo cáo thực tập tốt nghiệp


Ta có Ib =

RB Iv
RB + Zb

nên

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử
Ib
RB
=
Iv
RB + Zb

và

Ir = - Ie = - (β + 1) Ib nên

do đó

Ki =

vì

(β + 1) ≅ β nên Ki ≅ -β R

Ir
I I
= r b
Iv

Ib Iv

Ir
Ib

RB
RB + Zb

= - (β + 1)

Quan hệ giữa K i và Ku: Ki = - Ku

= - (β + 1)

RB
B + Zb

Zv
RE

Xét ảnh hưởng của r o : Bằng việc tính toán chi tiết sẽ có:
Zv :

Zb = βre +

(β + 1)R E
R
1+ E
ro


Nếu điều kiện r o ≥ 10 RE được thỏa mãn nên có thể coi

1+

RE
≈ 1,
ro

vì vậy :

Zb = βre + (β + 1) R E ≅ β (re + RE)
Zr :
Coi β + 1 ≅ β,

Zr = ro // R E //

βre
(β + 1)

Zr = ro // RE // re và vì r o >> re ,

Ku :

Ku =

Zr ≅ RE // re

(β + 1)R E /Z b
R
1+ E

r0

Nếu điều kiện r o ≥ 10 R E được thỏa mãn và coi β + 1 ≅ β
Ku ≅
nhưng
do đó

βR E
Zb

Zb ≅ β (re + R E)
Ku ≅

βR E
β(re + R E )

23

≅

RE
re + R E


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

2.3.2.5. Mạch base chung
Mạch base chung đặc trưng là trở kháng


I

vào nhỏ, trở kháng ra lớn và hệ số khuếch đại

I

E

C

I

dòng nhỏ hơn mạchEC, trong khi hệ số

R
U Z
v

khuếch
đại

I

i

v

R


E

0

C

U

EE

điện

áp

rất

lớn.

Sơ

đồ

như

U

Z\r

U


r

CC

Hình 1.57. Mạch CB

hình 1.57
Sơ đồ tương đương hình 1.58
Theo sơ đồ hình 1.58
Trở kháng vào : Zv = RE // re
Trở kháng ra : Z r = R C
Hệ số khuếch đại điện áp được tính như sau:
Ur = - IrRC = - (- IC) RC = αIeRC
với

Ie =

Uv
re

do đó

Ur = α

và

Ku =

I


 Uv 
 r 
 e 

I

I

i

C

E

I

r

RC

U Z
v

Ur
αR C
R
=
≅ C
Uv
re

re

Hệ số khuếch đại dòng điện K i :

RE

v

r

αI

e

R

E

C

Z U
r

r

Hình 1.58. Sơ đồ tương đương

coi RE >> re

Ie = I v

và
suy ra

Ir = - αIe = - αIv
Ki =

Ir
= −α ≅ −1
Iv

2.3.2.6. Mạch hồi tiếp AC từ cực C

U

Mạch hồi tiếp từ cực C về cực B như

R

hình 1.59 để tăng độ ổn định của mạch.

R
I

Với sơ đồ tương đương như hình 1.60. Các
bước thực hiện sau đây là kết quả của kinh
24

CC

v


U

v

F

I

C

r

C
C
Z

1

U

r

2

Z

r

v


Hình 1.59. Sơ đồ tương đương


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Modul thực hành kỹ thuật mạch điện tử

nghiệm làm việc với mạch điện này.
Tính trở kháng vào Z v :
I’ =
với
và

Ur − Uv
RF

v

I
Z

Ur = - IrRC

βr

v

r


I

C

βI

e

B

R

C

Z

r

Ir = βIb + I’

Vì βIb thường lớn hơn I’

Hình 1.60. Sơ đồ tương
đương

Ir ≅ βIb
Ur = - (βIb)RC = - βIb.RC

và
nhưng


I’

b

U

r

F

v

U

I

R

I

Ib =

Uv
βre

nên
U 

RC

U
re v

Ur = - β  βrv  RC = 

e



Vì thế
I’ =

Ur − Uv
R U
U
1
=− C v − v =−
RF
re R F
RF
RF

RC 

1 + r  U v

e 

Mặt khác:
Uv = Ibβre = (Iv + I’)βre = Ivβre + I’βre

1
RF

Uv = Ivβre nên


βr 
R 
U v 1 + e  1 + C  
RF 
re  


Từ đó suy ra: Z v =

Uv
=
Iv

βr
1+ e
RF

RC 

1 + r  βre U v
e 


= Ivβre


βre
RC 

1 + r 
e 


Nhưng RC thường lớn hơn r e nên 1 +
do đó

Zv =

β re
βRC
1+
RF

=

RC
R
≅ C
re
re

re
1 RC
+
β RF


Trở kháng ra Z r : Khi đầu vào U v = 0, hình 1.60 được vẽ lại như
hình 1.61. Nếu bỏ qua ảnh hưởng của βre thì :
Zr = R C//RF
25