0.4 Transitor lưỡng cực (bipolar junction transistor - bjt)  (Page 7/7)

Ta có thể tính gm bằng cách lấy đạo hàm của IC theo VBE.

$g_m=\frac{{\text{dI}}_C}{{\text{dV}}_{\text{BE}}}=\frac{I_{\text{CES}}}{\text{VT}}\text{.}{e}^{\frac{V_{\text{BE}}}{V_T}}$

Và $g_m=\frac{I_C}{V_T}(\Omega )$

Ở nhiệt độ bình thường (250C) ta có: $g_m=\frac{I_C}{\text{26}\text{mV}}$

Tổng trở vào của transistor:

BJTiin+-vinHình 34

Ta có hai loại tổng trở vào: tổng trở vào nhìn từ cực phát E và tổng trở vào nhìn từ cực nền B.

Tổng trở vào nhìn từ cực phát E:

ie = -iin+-vbe = -vinHình 35

Theo mô hình của transistor đối với tín hiệu xoay chiều, ta có mạch tương đương ở ngõ vào như sau:

-+EB’Biereibrb-+EB’Biereie

Vậy: $R_{\text{in}}=\frac{v_{\text{be}}}{i_e}=\frac{r_b}{\beta +1}+r_e=\frac{r_b+(\beta +1)r_e}{\beta +1}$

Đặt: h­ie = rb+(+1).re

Suy ra: $R_{\text{in}}=\frac{h_{\text{ie}}}{\beta +1}$

Do >>1, rb nhỏ nên nên người ta thường coi như:

Tổng trở vào nhìn từ cực nền B:

Xem mô hình định nghĩa sau (hình 37):

Mạch tương đương ngõ vào:

+-EB’Bibrbiere-+EB’Bibrbib

Do ie=(+1)ib nên mạch hình (a) có thể được vẽ lại như mạch hình (b).

Vậy: $R_{\text{in}}=\frac{v_{\text{be}}}{i_b}=r_b+(\beta +1)r_e=h_{\text{ie}}$

Người ta đặt: r=(1+).rere

Thông thường re>>rb nên: Rin=hie rre

Ngoài ra, $r_e=\frac{\text{26}\text{mV}}{I_E}\approx \frac{\text{26}\text{mV}}{I_C}=\frac{1}{\frac{I_C}{\text{26}\text{mV}}}=\frac{1}{g_m}$ ; Vậy: $r_{\pi }=\frac{\beta }{g_m}$ và $r_e=\frac{1}{g_m}$

Ta chú ý thêm là: $r_e\approx \frac{v_{\text{be}}}{i_e}=\frac{1}{g_m}\Rightarrow g_m{v}_{\text{be}}=i_e\approx i_c={\mathrm{\beta i}}_b$ ; $\Rightarrow g_m{v}_{\text{be}}={\mathrm{\beta i}}_b$

Hiệu ứng early (early effect)

Ta xem lại đặc tuyến ngõ ra của transistor trong cách mắc cực phát chung. Năm 1952. J.Early thuộc phòng thí nghiệm Bell đã nghiên cứu và hiện tượng này được mang tên Ông. Ông nhận xét:

Ở những giá trị cao của dòng điện cực thu IC, dòng IC tăng nhanh theo VCE (đặc tuyến có dốc đứng).

Ở những giá trị thấp của IC, dòng IC tăng không đáng kể khi VCE tăng (đặc tuyến gần như nằm ngang).

01020304050VCE(volt)Early voltageVCE = -VA = -200VIC(mA)0VCE(volt)IC(mA)ICQVCEQQIC = ICQVCE = VCE -(-VA) = VCE + VA  VAHình 39Nếu ta kéo dài đặc tuyến này, ta thấy chúng hội tụ tại một điểm nằm trên trục VCE. Điểm này được gọi là điểm điện thế Early VA. Thông thường trị số này thay đổi từ 150V đến 250V và người ta thường coi VA = 200V.

Người ta định nghĩa tổng trở ra của transistor:

$r_0=\frac{{\mathrm{\Delta V}}_{\text{CE}}}{I_C}=\frac{V_{\text{CE}}-(-V_A)}{I_C-0}=\frac{V_{\text{CE}}+V_A}{I_C}$

Thường VA>>VCE nên: $r_0=\frac{V_A}{I_C}=\frac{\text{200}V}{I_C}$

Mạch tương đương xoay chiều của bjt:

Với tín hiệu có biện độ nhỏ và tần số không cao lắm, người ta thường dùng hai kiểu mẫu sau đây:

Kiểu hỗn tạp: (hybrid-)

Với mô hình tương đương của transistor và các tổng trở vào, tổng trở ra, ta có mạch tương đương hỗn tạp như sau:

BCEvbeibrbrgmvberoicHình 40(a)

Kiểu mẫu re: (re model)

Cũng với mô hình tương đương xoay chiều của BJT, các tổng trở vào, tổng trở ra, ta có mạch tương đương kiểu re. Trong kiểu tương đương này, người ta thường dùng chung một mạch cho kiểu ráp cực phát chung và cực thu chung và một mạch riêng cho nền chung.

• Kiểu cực phát chung và thu chung:

BC (E)E (C)vbeibreibroicHình 40(b)IBICvàoraKiểu cực phát chungIBIEvàoraKiểu cực thu chung

• Kiểu cực nền chung

BCBiereieicHình (c)roIEICvàoraKiểu cực nền chung

Thường người ta có thể bỏ ro trong mạch tương đương khi RC quá lớn.

Kiểu thông số h: (h-parameter)

Nếu ta coi vbe và ic là một hàm số của iB và vCE, ta có:

vBE = f(iB,vCE) và iC = f(iB,vCE)

Lấy đạo hàm:

$v_{\text{be}}={\text{dv}}_{\text{BE}}=\frac{{\mathrm{\delta v}}_{\text{BE}}}{{\mathrm{\delta i}}_B}{\text{di}}_B+\frac{{\mathrm{\delta v}}_{\text{BE}}}{{\mathrm{\delta v}}_{\text{CE}}}{\text{dv}}_{\text{CE}}$

$i_c={\text{di}}_C=\frac{{\mathrm{\delta i}}_C}{{\mathrm{\delta i}}_B}{\text{di}}_B+\frac{{\mathrm{\delta i}}_C}{{\mathrm{\delta v}}_{\text{CE}}}{\text{dv}}_{\text{CE}}$

Trong kiểu mẫu thông số h, người ta đặt:

$h_{\text{ie}}=\frac{{\mathrm{\delta v}}_{\text{BE}}}{{\mathrm{\delta i}}_B};$ $h_{\text{re}}=\frac{{\mathrm{\delta v}}_{\text{BE}}}{{\mathrm{\delta v}}_{\text{CE}}}$ ; $h_{\text{fe}}=\beta =\frac{{\mathrm{\delta i}}_C}{{\mathrm{\delta i}}_B}$ ; $h_{\text{oe}}=\frac{{\mathrm{\delta i}}_C}{{\mathrm{\delta v}}_{\text{CE}}}$

Vậy, ta có:

vbe­ = hie.ib + hre.vce

ic = hfe.ib + hoe.vce

Từ hai phương trình này, ta có mạch điện tương đương theo kiểu thông số h:

BCEvbeibhiehrevcehfeib

hre thường rất nhỏ (ở hàng 10-4), vì vậy, trong mạch tương đương người ta thường bỏ hre.vce.

So sánh với kiểu hỗn tạp, ta thấy rằng:

$h_{\text{ie}}=r_b+(\beta +1)r_e=r_b+\mathrm{r\pi }$

Do rb<<r nên hie = r

Nếu bỏ qua hre, ta thấy:

$i_b=\frac{v_{\text{be}}}{h_{\text{ie}}}$ Vậy: $h_{\text{fe}}{i}_b=h_{\text{fe}}\text{.}\frac{v_{\text{be}}}{h_{\text{ie}}}$

Do đó, $g_m{v}_{\text{be}}=h_{\text{fe}}{i}_b=h_{\text{fe}}\frac{v_{\text{be}}}{h_{\text{fe}}}$ ;

Hay $g_m=\frac{h_{\text{fe}}}{h_{\text{ie}}}$

Ngoài ra, $r_0=\frac{1}{h_{\text{oe}}}$

Các thông số h do nhà sản xuất cho biết.

Trong thực hành, r0 hay $\frac{1}{h_{\text{oe}}}$ mắc song song với tải. Nếu tải không lớn lắm (khoảng vài chục K trở lại), trong mạch tương đương, người ta có thể bỏ qua r0 (khoảng vài trăm K).

BCEvbeibrgmvberoicHình 42BCEvbeibhiehfeibic

Bài tập cuối chương

1. Tính điện thế phân cực VC, VB, VE trong mạch:

1. Tính IC, VCE trong mạch điện:

=100/SiIC

1. 

   =100/SiVCVEVBTính VB, VC, VE trong mạch điện: