Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: Bài tập giải sẵn về BJT–AY1112-S1 - Hồ Trung Mỹ

Nội dung text: Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: Bài tập giải sẵn về BJT–AY1112-S1 - Hồ Trung Mỹ

1. ĐHQG Tp HCM – ĐHBK Khoa Điện-ĐT–Bộ môn Điện Tử Môn học: Dụng cụ bán dẫn GVPT: Hồ Trung Mỹ Chương 5 Bài tập giải sẵn về BJT–AY1112-S1 (Giả sử các BJT Si có điện áp để JE dẫn là 0.7V, có điện áp bão hòa[NPN]: VBEsat=0.8V và VCEsat=0.2V) 1. Với các trường hợp sau BJT hoạt động ở miền nào? a) NPN: VBE = 0.8 V, VCE = 0.4 V d) PNP: VCB = 0.9 V, VCE = 0.4 V b) NPN: VCB = 1.4 V, VCE = 2.1 V e) PNP: VEB = 0.6 V, VCE = –0.4 V c) NPN: VBE = −1.2 V, VCB = 0.6 V f) PNP: VBC = 0.6 V, VEC = 1.3 V ĐS. Qui tắc chung để giải loại bài toán này như sau: i) Với BJT NPN, ta xét phân cực thuận/ngược của JE và JC theo: JE: VBE = VB –VE = VBC + VCE = VCE – VCB = VBC–VEC > 0 : phân cực thuận JC: VBC = VB –VC = VBE + VEC = VBE – VCE 0 : phân cực thuận JC: VCB = VC – VB = VCE + VEB = VEB –VEC 0 thuận 0.8 – 0.4 = 0.4 > 0 thuận Bão hòa b) 2.1 – 1.4 > 0 thuận –1.4 0 thuận 0.9 > 0 thuận Bão hòa e) 0.6 > 0 thuận 0.6 – 0.4 > 0 thuận Bão hòa f) 1.3 – 0.6 > 0 thuận –0.6 BJT ở miền tắt => IE = IC = IB = 0 Như vậy (nếu chọn điện thế tại cực B là điện thế đất): VCE = VC – VE = 10V – 15V = –5V Còn VBC = –10V Hình 1 Hình 2 3. Hãy tìm IE, VEC và VCB của BJT trong mạch hình 1. ĐS. Với phân cực trong mạch ta thấy JE được phân cực thuận và JC được phân cực ngược => BJT ở miền tích cực thuận => IE = (20V–0.7V)/39K = 0.495 mA BT về BJT–1
2. 5. Cho mạch lái LED ở hình 3, với BJT có  =100. LED này có điện áp dẫn VLED(on) = 1.5V và cần lái với dòng ILED = 20mA. Điện áp điều khiển VI = 0V làm LED tắt, VI = 5V làm LED sáng. Hãy tìm: a) Giá trị của RC để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RB = 1K. b) Dải giá trị của RC để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RB = 1K. c) Dải giá trị của RC để cho BJT ở tích cực thuận khi LED sáng nếu RB = 1K. d) Dải giá trị của RB để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RC có trị ở câu b). e) BJT có  là bao nhiêu để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RB = 1K và RC =170. ĐS. a) Giá trị của RC để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RB = 1K. Khi bão hòa ta có: VCC = 5V = RCIC + VLED + VCEsat với IC = ILED =20mA Suy ra RC = (VCC–VLED– VCEsat)/ILED = ( 5V–1.5V–0.2V)/20mA = 3.3V/20mA = 165. Như vậy RC =165 b) Dải giá trị của RC để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RB = 1K. Cách 1: Xét 0 VCE VCEsat = 0.2V Ta có: VCE = VCC – RCILED – VLED hay 0 VCC – RCILED – VLED VCEsat = 0.2V Hay (VCC –VLED –VCEsat)/ILED RC (VCC –VLED)/ILED (5V –1.5 –0.2)/20mA RC (5V –1.5V)/20mA 165 RC 175 Cách 2: JC được phân cực thuận, nghĩa là VBC > 0 hay VB > VC Ta có: VB = VBEsat = 0.8V và VC = VCC–RCIC–VLED = VCC–RCILED–VLED Hay 0.8V > VCC–RCILED–VLED = 5V –RCx20mA–1.5V RC > (5V–1.5V–0.8V)/20mA = 135 RC > 135 Ngoài ra còn điều kiện VCE 0 => VCC–RCILED–VLED 0 => RC (VCC –VLED)/ILED= 175 Tóm lại: 135 0.4V d) Dải giá trị của RB để cho BJT ở miền bão hòa khi LED sáng nếu RC có trị ở b) Khi bão hòa thì IBsat > ICsat Với IBsat = (VI – VBEsat)/RB và ICsat = ILED Suy ra RB ICsat Với IBsat = (VI – VBEsat)/RB và ICsat = ILED Suy ra  > ICsat / IBsat = RB ILED/(VI – VBEsat)= 1K x 20mA/(5V–0.8V) = 4.76 Như vậy:  > 4.76 (các BJT thông dụng đều có  từ vài chục đến vài trăm => luôn thỏa) BT về BJT–3
3. Nếu β >> 1 thì ta có VVIRRCE CC C C E Thay các giá trị vào ta có: VBB = 5V; RB = 33.3 K; IB = 12.8 μA; IC = 1.28 mA; VCE = 4.78 V > VCEsat = 0.2V (đúng tích cực thuận) Như vậy BJT có điểm tĩnh: VCEQ = 4.78 V ICQ = 1.28 mA IBQ = 12.8 μA Hình 6 Hình 7 8. Mạch ở hình 6 có 2 BJT giống nhau hoàn toàn và được phân cực ở miền tích cực thuận. Hãy tìm: a) Dòng IX khi V1=V2 b) Hiệu số V1–V2 để cho IC1 = 10IC2 ĐS. a) Dòng IX khi V1=V2 Ta có: IX = IC1 + IC2 với IC1 = IC2 = ISexp(V1/VT) Hay IX = 2ISexp(V1/VT )=ISX exp(V1/VT ) Khi đó giống như tương đương 1 BJT có dòng bão hòa ngược là ISX và diện tích mặt cắt ngang gấp đôi BJT ban đầu! b) Hiệu số V1–V2 để cho IC1 = 10IC2 Lập tỉ số 2 dòng IC ta có V1 VV IIeVT 12 I CS1 e VT suy ra: VV Vln C1 V2 12 T IC 2 IC 2 VT IeS o V1–V2 = VT ln10 = 25mV x ln10 58mV ở 300 K –16 9. Xét mạch ở hình 7, trong đó V1 biểu diễn tín hiệu được tạo ra từ microphone, IS = 3 x 10 A, β = 100, VA= và Q1 hoạt động ở miền tích cực thuận. a) Nếu V1= 0, hãy xác định các tham số tín hiệu nhỏ của BJT? b) Nếu V1= 1mV, hãy tìm những thay đổi trong dòng thu và dòng nền? ĐS. a) Tính các tham số tín hiệu nhỏ. Cho V1 = 0 ta tìm điểm tĩnh của BJT –16 Ta có IC = IS exp(VBE/VT) = 3 x 10 A exp(800mV/25mV) = 23.69 mA Suy ra hỗ dẫn gm = IC/VT = 23.69mA/25mV =0.9476 mho Và điện trở vào r = β/gm = 100/0.9476mho 103.53 b) Nếu V1= 1mV, hãy tìm những thay đổi trong dòng thu và dòng nền? Với mạch tương đương tín hiệu nhỏ ta thấy V1 = v , do đó ta có sự thay đổi ở dòng thu là: IC = gmV1 = 0.9476 mho x 1mV = 0.9476 mA Và sự thay đổi ở dòng nền là: IB = IC / β = 0.9476 mA /100 = 9.476 µA (có thể tính IB = v / r = 1mV/(100/0.9476) = 9.476 µA) BT về BJT–5