Phân cực transistor là gì? Các loại mạch phân cực transistor

Phân cực transistor là gì

Phân cực transistor là quá trình thiết lập điện áp hoạt động một chiều của transistor hoặc điều kiện dòng điện ở mức chính xác để bất kỳ tín hiệu đầu vào AC nào có thể được khuếch đại chính xác bởi transistor.

Transistor là một trong những thiết bị bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả khuếch đại và chuyển mạch. Tuy nhiên, để đạt được những chức năng này một cách thỏa đáng, transistor phải được cung cấp một lượng dòng điện và / hoặc điện áp nhất định.

Quá trình thiết lập các điều kiện này cho mạch transistor được gọi là phân cực transistor. Phân cực transistor có thể được thực hiện bằng nhiều kỹ thuật khác nhau làm phát sinh các loại mạch phân cực khác nhau.

Tuy nhiên, tất cả các mạch này đều dựa trên nguyên tắc cung cấp đúng lượng dòng điện cực gốc IB, và dòng cực góp IC từ điện áp nguồn VCC khi không có tín hiệu ở đầu vào.

Hơn nữa, điện trở cực góp RC phải được chọn sao cho điện áp cực góp - cực phát VCE vẫn lớn hơn 0,5V đối với transistor làm bằng germani và lớn hơn 1V đối với transistor làm bằng silicon. Một vài mạch phân cực sẽ được trình bày dưới đây.

Các loại phân cực transistor bao gồm:

• Phân cực cực gốc cố định hay phân cực điện trở cố định
• Phân cực phản hồi cực góp
• Phân cực phản hồi kép
• Phân cực cố định với điện trở cực phát
• Phân cực cực phát
• Phân cực phản hồi cực phát
• Phân cực bộ chia điện áp

Các loại mạch phân cực transistor

Phân cực cực gốc cố định hay phân cực điện trở cố định

Mạch phân cực trong hình 1 có một điện trở cực gốc RB được nối giữa cực gốc và VCC. Ở đây mối nối cực gốc - cực phát của transistor được phân cực thuận bởi điện áp rơi trên RB, là kết quả của dòng IB chạy qua nó. Từ hình vẽ, biểu thức toán học cho IB thu được là

Ở đây các giá trị của VCC và VBE là cố định, trong khi giá trị của RB là không đổi khi mạch được thiết kế.

Điều này dẫn đến một giá trị không đổi cho IB, dẫn đến một điểm hoạt động cố định do đó mạch được đặt tên là phân cực cực gốc cố định. Loại phân cực này dẫn đến hệ số ổn định là (β + 1), dẫn đến độ ổn định nhiệt kém hơn.

Lý do đằng sau điều này là thực tế tham số β của transistor là không thể đoán trước và thay đổi ở mức độ lớn, ngay cả trong trường hợp transistor có cùng model và loại. Sự thay đổi trong β này dẫn đến những thay đổi lớn trong IC, điều này không thể bù đắp được bằng bất kỳ phương tiện nào trong thiết kế.

Do đó, loại sai lệch phụ thuộc β này dễ gây ra những thay đổi trong các điểm hoạt động do sự thay đổi về đặc tính và nhiệt độ của transistor.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phân cực cực gốc cố định là đơn giản nhất và sử dụng ít linh kiện hơn. Hơn nữa, nó cho người dùng thay đổi điểm hoạt động ở bất kỳ đâu trong vùng hoạt động bằng cách thay đổi giá trị của RB trong thiết kế.

Hơn nữa, nó không cung cấp tải trên source vì không có điện trở qua mối nối cực gốc - cực phát. Do những yếu tố này, phân cực này được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch và để đạt được điều khiển độ lợi tự động trong các transistor.

Dưới đây là biểu thức cho các điện áp và dòng điện khác:

Phân cực phản hồi cực góp

Trong mạch này (Hình 2), điện trở cực gốc RB được kết nối qua cực góp và cực gốc của transistor.

Điều này có nghĩa là điện áp cực gốc VB và điện áp cực góp VC phụ thuộc lẫn nhau vì

Từ các phương trình này, người ta thấy rằng IC tăng làm giảm VC, dẫn đến IB giảm, IC tự động giảm.

Điều này chỉ ra rằng, đối với loại phân cực mạng này, điểm Q (điểm hoạt động) vẫn cố định bất kể sự thay đổi của dòng tải khiến transistor luôn ở trong vùng hoạt động của nó bất kể giá trị β.

Hơn nữa, mạch này còn được gọi là mạch phản hồi âm tự phân cực vì phản hồi từ đầu ra đến đầu vào thông qua RB.

Loại phân cực tương đối đơn giản này có hệ số ổn định nhỏ hơn (β + 1), dẫn đến độ ổn định tốt hơn khi so sánh với phân cực cố định.

Tuy nhiên, hành động giảm dòng cực góp bằng dòng cực gốc dẫn đến giảm độ lợi bộ khuếch đại.

Ở đây, các điện áp và dòng điện khác:

Phân cực phản hồi kép

Hình 3 cho thấy một mạng phân cực phản hồi kép là một cải tiến trên mạch phân cực phản hồi cực góp vì nó có thêm một điện trở R1 làm tăng độ ổn định của mạch.

Điều này là do sự gia tăng dòng điện chạy qua các điện trở cực gốc dẫn đến một mạng lưới chống lại sự thay đổi các giá trị của β.

Phân cực cố định với điện trở cực phát

Như hình 4, mạch phân cực này có gì ngoài một mạng phân cực cố định với một điện trở cực phát bổ sung, RE.

Ở đây, nếu IC tăng do nhiệt độ tăng, IE cũng tăng, làm tăng điện áp rơi trên RE.

Điều này dẫn đến giảm VC, gây ra giảm IB, đưa IC trở lại giá trị bình thường. Do đó, loại mạng phân cực này mang lại sự ổn định tốt hơn so với mạng phân cực cực gốc cố định.

Tuy nhiên, sự hiện diện của RE làm giảm mức tăng điện áp của bộ khuếch đại vì nó dẫn đến phản hồi AC không mong muốn. Trong mạch này, các phương trình toán học cho các điện áp và dòng điện khác nhau là:

Phân cực cực phát

Mạng phân cực này (Hình 5) sử dụng hai điện áp nguồn, VCC và VEE, bằng nhau nhưng ngược cực về cực.

Ở đây VEE phân cực thuận mối nối cực gốc - cực phát thông qua RE trong khi VCC phân cực nghịch mối nối cực gốc - cực góp. 

Trong loại phân cực này, IC có thể độc lập với cả β và VBE bằng cách chọn RE >> RB / β và VEE >> VBE, tương ứng, dẫn đến điểm hoạt động ổn định.

Phân cực phản hồi của cực phát

Loại tự phân cực cực phát này (Hình 6) sử dụng cả phản hồi cực góp - cực gốc và phản hồi cực phát phát để dẫn đến độ ổn định cao hơn. Ở đây, mối nối cực phát - cực gốc được phân cực thuận do sụt áp xảy ra trên điện trở cực phát, RE do dòng cực phát, IE.

Nhiệt độ tăng IC làm tăng dòng cực phát, IE. Điều này cũng dẫn đến sự gia tăng điện áp rơi trên RE, làm giảm điện áp cực góp VC, và lần lượt là IB, do đó đưa IC trở lại giá trị ban đầu của nó.

Tuy nhiên, điều này dẫn đến giảm độ lợi đầu ra do phản hồi suy biến, đó không phải là phản hồi AC không mong muốn, trong đó lượng dòng điện chạy qua điện trở phản hồi được xác định bởi giá trị của điện áp cực góp, VC.

Hiệu ứng này có thể được bù bằng cách sử dụng một tụ điện bypass lớn trên điện trở cực phát, RE. Các biểu thức tương ứng với các điện áp và dòng điện khác nhau là:

Phân cực bộ chia điện áp

Loại mạng phân cực này (Hình 7) sử dụng một bộ chia điện áp được tạo thành bởi các điện trở R1 và R2 để phân cực transistor.

Điều này có nghĩa là điện áp được phát triển trên R2 sẽ là điện áp cực gốc của transistor, điện áp này sẽ phân cực thuận mối nối cực phát - cực gố. Nói chung, dòng điện qua R2 sẽ được cố định bằng 10 lần dòng điện cực gốc yêu cầu, IB (tức là I2 = 10IB).

Điều này được thực hiện để tránh ảnh hưởng của nó đến dòng điện phân áp hoặc những thay đổi trong β. Hơn nữa

Trong loại phân cực này, IC có khả năng chống lại những thay đổi trong cả β cũng như VBE, dẫn đến hệ số ổn định bằng 1 (về mặt lý thuyết), độ ổn định nhiệt tối đa có thể.

Khi IC tăng do nhiệt độ tăng, IE tăng, gây ra tăng điện áp cực phát VE, làm giảm điện áp cực gốc - cực phát VBE. Điều này dẫn đến việc giảm dòng điện cực gốc IB, giúp khôi phục IC về giá trị ban đầu của nó.

Độ ổn định cao hơn được cung cấp bởi mạch phân cực này làm cho nó được sử dụng rộng rãi nhất mặc dù cung cấp độ lợi khuếch đại giảm do sự hiện diện của RE.

Ngoài các loại mạng phân cực cơ bản đã được phân tích, transistor lưỡng cực (BJT) cũng có thể được phân cực bằng cách sử dụng mạng kích hoạt hoặc bằng cách sử dụng diode silicon hoặc Zener.

Hơn nữa, cũng cần lưu ý rằng mặc dù các mạch phân cực được giải thích cho các BJT, nhưng các mạng phân cực tương tự cũng tồn tại trong trường hợp transistor hiệu ứng trường (FET).

Nếu bạn đang tìm một đơn vị thiết kế mạch PCB chuyên nghiệp hãy để đội ngũ kỹ thuật tại Điện Tử Tương Lai hỗ trợ bạn tận tình nhé!