chuong 1 mo hinh tuong duong(20!7!15)

66
CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA BJT VÀ MOSFET KHI TÍN HIỆU NHỎ Tương ứng với chương 13 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock

Upload: thang-nguyen-van

Post on 28-Jan-2016

32 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

LÝ thuyết mạch điện tử 1 ..

TRANSCRIPT

Page 1: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

CHƯƠNG 1

MÔ HÌNH TƯƠNG ĐƯƠNG

CỦA BJT VÀ MOSFET KHI TÍN HIỆU NHỎ

Tương ứng với chương 13 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock

Page 2: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Nội dung chương 1

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của Diode

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển trong BJT npn

1.3. Biểu thức chung cho các chế độ phân cực của BJT npn

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung cho các chế độ phân cực của BJT pnp

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT, tham số khuếch đại của BJT

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

1.7. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của BJT

1.8. Mạch tương đương AC và DC của khuếch đại dùng MOSFET

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

1.10. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của MOSFET

1.11. Mô hình tín hiệu nhỏ của JFET

1.12. Hiệu ứng thân trong MOSFET bốn cực

2 Tương ứng với chương 13 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock

Page 3: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Hệ số góc của đường đặc tuyến của diode tại

Q-point được gọi là độ dẫn điện của diode

và được cho bởi công thức:

Điện trở của diode được cho bởi công thức:

DID

I

TV

DI

dg

TV

SI

DI

TV

DV

TV

SI

poQDvD

i

dg

40V025.0

exp

int

For ID>>IS

dgd

r1

3

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ

của Diode

Page 4: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

...

3

61

2

21exp1exp

1exp

TV

dv

TV

dv

TV

dv

TV

Dv

SI

TV

DV

SI

TV

dv

DV

SI

di

DI

1exp

TV

Dv

SI

Di

Trừ hai vế của ID,

...

3

61

2

21)(

TV

dv

TV

dv

TV

dv

SI

DI

di

Với id là hàm tuyến tính của tín hiệu điện áp vd,

Yêu cầu cho việc hoạt động ở tín hiệu nhỏ của diode.

V05.02 T

Vd

v

dv

dg

di

TV

dv

SI

DI

di

)(

4

dv

dg

DI

Di

Phân tích chuỗi

Maclaurin

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của

Diode

Page 5: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

5

mVTVdvTVdv

TVdv

TVdv

TVdv

TVdv

502

2

0]

2

21

1[

2

21

Trong thực tế, ta chọn:

mVTV

dv 510

2 D

D

T

Dddd ImV

mV

ImV

V

Ivgi 2.05

255

mVTV

dv 5

10

2 DI

di 2.0

Với tính tuyến tính, id tỉ lệ với vd

Yêu cầu cho việc hoạt động ở tín

hiệu nhỏ của diode.

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của

Diode

Page 6: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Ví dụ 1 và 2: tính điện trở của Diode

6

• Ví dụ 1: Tìm các giá trị của điện trở của diode rd để một diode với IS =

1 fA hoạt động tại ID = 0,5 μA, 2 mA và 3 A

• Đáp án: 50K; 12.5; and 8.33 m

• Ví dụ 2: Tìm giá trị của điện trở của diode rd ở mô hình tín hiệu nhỏ tại

nhiệt độ phòng với ID = 1.5 mA và ở T = 100 oC.

• Đáp án: 16.7 , 21.4

Page 7: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển trong BJT

npn

Bao gồm 3 lớp bán dẫn loại n và p, được gọi là vùng phát (emitter (E)), nền (base

(B)) và thu (collector (C)).

Phần lớn dòng điện đi vào cực C, qua vùng nền (base) và ra ngoài qua cực E. Một

dòng điện nhỏ cũng sẽ đi vào cực B, qua liên kết BE và ra ngoài ở cực E.

Các hạt tải nằm trong vùng nền ngày bên dưới vùng được pha đậm (n+) E điều khiển

đường đặc tính i-v của BJT.

Page 8: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển

trong BJT npn

Lớp nền mỏng liên kết hai kết nối

pn lại với nhau.

Cực phát (emitter) phóng electron

vào vùng nền, hầu hết các electron

này sẽ đi qua lớp nền và được được

ra ngoài bởi cực thu

• Điện thế vBE và điện thế vBC

quyết định các dòng trong

transistor và có giá trị dương

khi các pn junction được phân

cực thuận.

• Dòng tại các cực là dòng thu

(iC), dòng nền (iB) và dòng phát

(iE).

• Sự khác nhau cơ bản giữa BJT

và FET là iB là đáng kể, trong

khi iG = 0.

Page 9: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.2. Đặc tính phân cực thuận của BJT npn

Dòng vận chuyển thuận:

IS là dòng bão hòa

1expT

VBE

v

SI

Fi

Ci

A910A1810 S

I

VT = kT/q =0.025 V ở nhiệt độ phòng

Dòng nền:

1expT

VBE

v

F

SI

F

Fi

Bi

50020 F

Dòng phát được cho bởi công thức:

1expT

VBE

v

F

SI

Bi

Ci

Ei

0.11

95.0

F

FF

(Hệ số khuyếch đại CE)

(Hệ số khuếch đại

CB)

Trong vùng tích cực,

FB

iCi

F

EiCi

Page 10: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Dòng vận chuyển nghịch:

1expT

VBC

v

SI

Ei

Ri

1expT

VBC

v

R

SI

R

Ri

Bi

200 R

Dòng phát:

1expT

VBC

v

R

SI

Ci

95.01

0

R

RR

(Hệ số khuyếch đại CE)

(Hệ số khuyếch đại

CB) Dòng nền:

Dòng nền ở chế độ phân cực thuận và phân

cực nghịch là khác nhau do sự bất đối xứng

trong việc pha tạp ở vùng thu và vùng phát.

1.2. Đặc tính phân cực nghịch của BJT npn

Page 11: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.3. Biểu thức chung cho các chế độ phân cực của

BJT npn

1expexpexp

TVBC

v

R

SI

TVBC

v

TVBE

v

SI

Ci

1expexpexp

TVBE

v

F

SI

TVBC

v

TVBE

v

SI

Ei

1exp1exp

TVBC

v

R

SI

TVBE

v

F

SI

Bi

Page 12: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Tính toán các tham số:

Ví dụ 3

Ví dụ: Tính giá trị điện áp và dòng

điện tại các cực: vBE, vBC, iC, iE, iB.

Biết: VBB = 0.75 V, VCC = 5.0 V, IS

=10-16 A, F =50, R =1

Giả sử: Mạch hoạt động ở nhiệt độ

phòng, VT =25.0 mV.

Phân tích mạch: VBE =?,

VBC = ?

Kiểm tra: F =?, R =?

Page 13: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Tính toán các tham số:

Ví dụ 3

Biểu thức của dòng điện tại các cực của transistor,

982.0mA09.1

mA07.1

50mA0214.0

mA07.1

EIC

I

F

BIC

I

F

mA07.1C

I

mA09.1E

I

A4.21 B

I

VBC = VBB- VCC =0.75 V-5.00V=-4.25 V

Page 14: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung

cho các chế độ phân cực của BJT pnp

Page 15: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.4. Tính chất phân cực thuận của BJT pnp

1expT

VEB

v

SI

Fi

Ci

1expT

VEB

v

F

SI

F

Fi

Bi

1exp1

1T

VEB

v

FS

IB

iCi

Ei

Page 16: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1expT

VCB

v

SI

Ei

Ri

1exp1

1T

VCB

v

RS

ICi

1exp

TVCB

v

R

SI

R

Ri

Bi

1.4. Tính chất phân cực nghịch của BJT pnp

Page 17: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung

cho các chế độ phân cực của BJT pnp

1expexpexp

TVCB

v

R

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ci

1expexpexp

TVEB

v

F

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ei

1exp1exp

TVCB

v

R

SI

TVEB

v

F

SI

Bi

Page 18: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Tính toán các tham số:

Ví dụ 4

Tìm Ic, IE, và IB cho một pnp transistor nếu Is = 10-16 A, VEB =

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

Tìm Ic = ?mA, IE = ? mA, IB = ?mA

Page 19: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Tính toán các tham số:

Ví dụ 4

1expexpexp

TVCB

v

R

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ci

1expexpexp

TVEB

v

F

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ei

1exp1exp

TVCB

v

R

SI

TVEB

v

F

SI

Bi

Tìm Ic, IE, và IB cho một pnp transistor nếu Is = 10-16 A, VEB =

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

Page 20: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Tính toán các tham số:

Ví dụ 4

Đáp Án: Ic = 0.563 mA, IE = 0.938 mA, IB = 0.376 mA

1expexpexp

TVCB

v

R

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ci

1expexpexp

TVEB

v

F

SI

TVCB

v

TVEB

v

SI

Ei

1exp1exp

TVCB

v

R

SI

TVEB

v

F

SI

Bi

Tìm Ic, IE, và IB cho một pnp transistor nếu Is = 10-16 A, VEB =

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

Page 21: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT,

tham số khuếch đại của BJT

Mục đích của việc phân cực cho BJT là thiết lập một điểm làm việc tĩnh

(Q-point) và nhờ vào đó xác định vùng hoạt động ban đầu của transistor.

Đối với một BJT, Q-point được đại diện bởi (IC, VCE) cho npn transistor

hoặc là (IC, VCE) cho pnp transistor.

Q-point điểu khiển giá trị của điện dung khuếch tán, độ dẫn truyền, trở

kháng vào và trở kháng ra

Trong thực tế phân tích mạch, ta thường sử dụng các công thức toán đã

được đơn giản hóa cho mỗi vùng hoạt động và hiệu điện thế Early được

xem là rất lớn

Trong thực tế, hai mạch điện thường được dùng để phân cực BJT là:

– Mạch phân cực 4 điện trở

– Mạch phân cực 2 điện trở

Page 22: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT,

tham số khuếch đại của BJT

Phân tích mạch DC:

– Tìm sơ đồ tương đương dc bằng cách thay thế tất cả các tụ điện bằng

một mạch hở và các cuộn cảm bằng dây dẫn.

– Tìm Q-point của mạch tương đương dc bằng cách sử dụng mô hình

transistor cho tín hiệu lớn.

Phân tích mạch AC:

– Tìm sơ đồ mạch tương đương ac bằng cách thay thế tất cả tụ điện bằng

dây dẫn và cuộn cảm bằng mạch hở, nguồn điện áp một chiều được nối

đất và nguồn dòng một chiều được thay bằng mạch hở.

– Thay thế tất cả các transistor bằng mô hình tín hiệu nhỏ

– Sử dụng mô hình tín hiệu nhỏ cho mạch ac để phân tích các đặc tính của

mạch khuếch đại.

– Tổng hợp các kết quả phân tích trong mạch ac và dc để tìm các điện áp

và dòng điện trong mạch. 22

Page 23: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT,

tham số khuếch đại của BJT

Các tụ liên lạc được sử dụng để đưa

tín hiệu một chiều vào mạch và trích

xuất tín hiệu ở đầu ra mà không làm

ảnh hưởng đến Q-point

Các tụ điện cung cấp một trở kháng

không đáng kể tại các tần số được

quan tâm và làm hở mạch đối với

dòng điện xoay chiều.

C1 và C3 là những tụ liên lạc hoặc là tụ

được dùng để chặn các thành phần một

chiều, dung kháng của chúng rất nhỏ đối

với các tín hiệu lớn.

C2 là tụ lọc nhiễu cao tần, nó cung cấp

một đường rẽ có trở kháng nhỏ để dòng

điện chạy từ cực emitter tới mass, loại

bỏ RE (cần thiết để có một Q-point ổn

định) ra khỏi mạch khi ta tính đến các

tính hiệu xoay chiều.

23

Page 24: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Tất cả các tụ điện ở mạch khuếch đại gốc được thay thế bởi mạch hở,

ngắt vI, RI, và R3 ra khỏi mạch.

24

Page 25: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

25

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 26: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

26

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 27: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

27

Page 28: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

28

Viết các biểu thức thể hiện vC(t), vE(t), iC(t) và vB(t) dựa trên dạng sóng được

cho trong hình

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 29: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

29

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 30: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

30

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 31: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

kΩ100kΩ3.43

kΩ30kΩ1021

RC

RR

RRB

R

31

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Page 32: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Mạch khuếch đại AC dùng BJT

BJT được phân cực ở vùng tích cực bởi hiệu điện thế VBE. Q-point được đặt

tại (IC, VCE)=(1.5 mA, 5 V) với IB = 15 A.

Tổng điện áp giữa hai cực base và emitter : be

vBE

VBE

v

Điện áp giữa hai cực collector và emitter:

Ta có đường dẫn điện C

RCi

CEv 10

32

Page 33: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Đặc tuyến mạch khuếch đại dùng BJT

33

Page 34: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

8 mV thay đổi ở vBE dẫn đến 5 A sự

thay đổi của iB và 0.5 mA thay đổi ở iC.

0.5 mA thay đổi ở iC dân đến 1.65 V

thay đổi ở vCE .

Nếu sự thay đổi trong các dòng điện

và điện thế hoạt động là đủ nhỏ, thì

dạng sóng của IC và VCE là không

đổi so với tín hiệu vào.

Sự thay đổi nhỏ về điện thế ở cực

base sẽ gây ra sự thay đổi lớn về

điện thế ở cực collector.

Hệ số khuếch đại điện thế:

Dấu âm chỉ ra sự đảo pha 1800 giữa

tín hiệu vào và tín hiệu ra.

2061802060008.0

18065.1

bev

cev

vA

34

Đặc tuyến mạch khuếch đại dùng BJT

Page 35: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

35

Ví dụ 5: Hệ số khuếch đại dòng điện CE (F)

của transistor lưỡng cực được định nghĩa

bằng công thức: F = ic/ib

(a) Xác định giá trị F của transistor ở hình

bên.

(b) Dòng thu dc của BJT hoạt động ở vùng

tích cực được cho bởi công thức /Ic =

Is.exp(VBE/VT ).Dựa trên những dữ liệu

được cho của Q-point để tìm dòng bão hòa

ls của transistor ở hình bên.

Ví dụ 5

Page 36: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Ví dụ 5

36

Ví dụ 5:(c) Tỉ số của vbe/ib đại diện

cho trở kháng vào Rin của BJT. Tìm

giá trị của điện trở đó trong hình bên.

(d) BJT có tiếp tục hoạt động trong

vùng tích cực với tất cả điện áp đầu

vào tại cực collector?

Page 37: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Ví dụ 5

37

Đáp án: F = 100; Is = 1.04 x 10~15 A;

Rin = 1.6 k; Có

Page 38: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

Sử dụng hệ thống 2 cổng như hình trên,

Các tham số tại các cổng có thể chỉ phần

thay đổi theo thời gia của tổng điện áp và

các dòng điện hoặc là những sự thay đổi

nhỏ bên ngoài giá trị của Q-point.

cev22be

v21ci

cev12be

v11b

i

yy

yy

TVo

CI

BEv

Bi

g

pointQ0cevbev

bi

0

0be

vcev

bi

pointQ

CEv

Bi

rg

TVCI

BEv

Ci

mg

pointQ0cevbev

ci

CEVAVCI

CEv

Ci

og

pointQ0be

vcev

ci

o là hệ số khuếch đại dòng điện CE của BJT.

cevbevci

cevbevbi

ogmg

rgg

F : Hệ số khuếch đại dòng dc; 0 : Hệ số khuếch đại dòng ac. Nhìn chung: F= 0 =

Page 39: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Mô hình tín hiệu nhỏ hybrid-pi

đại diện cho các tần số thấp nội

tại của BJT.

Các tham số tín hiệu nhỏ được

điều khiển bởi Q-point và độc

lập với hình dạng của BJT

Độ hỗ dẫn:

CI

TVC

Iymg 4021

Trở kháng vào:

mg

o

CI

TVo

yr

11

1

Trở kháng ra:

CI

AV

CI

CEV

AV

gyor

0

1

22

1

39

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

Page 40: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Nguồn dòng phụ thuộc điện áp gmvbe có thể được biến đổi thành nguồn

dòng phụ thuộc dòng điện,

Mối quan hệ ic=ib là hữu dụng trong việc phân giải mạch dc và ac khi

BJT hoạt động trong vùng tích cực.

bicev

bici

bi

bi

bev

bi

bev

oor

o

ormgmg

r

40

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

Page 41: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

int

11

poQCiF

FC

I

Frmgo

o > F với iC < IM, và o < F với iC > IM, tuy nhiên, o và F được xem

như là bằng nhau.

TV

CEV

AV

CI

CEV

AV

TV

CI

ormgf

Tham số khuếch đại được cho bởi

công thức:

Với VCE << VA,

f đại diện cho hệ số khuếch đại điện

thế cực đại mà mỗi BJT có thể cung

cấp và không làm thay đổi điểm làm

việc tĩnh.

AV

TV

AV

f 40

41

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

Page 42: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Hiệu ứng Early và hiệu điện thế Early

Khi phân cực nghịch trên tiếp nối collector-base tăng lên, độ rộng vùng

hiếm giữa cực thu và cực nền tăng lên, độ rộng cực nền giảm xuống.

Trong thực tế, ở miền hoạt động tích cực thì dòng thu không độc lập với

vCE.

Hiệu ứng Early: khi đặc tính ngõ ra được ngoại suy về điểm iC = 0, các đồ

thị cắt nhau tại một điểm VCE = -VA nằm từ khoảng 15 V đến 150V

(VA : Điện thế Early)

Phương trình rút gọn (bao gồm hiệu ứng Early):

AVCE

v

TVBE

v

SI

Ci 1exp

AVCE

v

FOF1

TVBE

v

FO

SI

Bi exp

Page 43: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Ví dụ 6 và 7

43

• Ví dụ 6: Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho transistor lưỡng cực với βo =

75 và VA = 60 V và Q-point (50 μA, 5 V).

• Đáp án: 2.00 mS, 37.5 kΩ, 1.30 MΩ, 2600

• Ví dụ 7: Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho transistor lưỡng cực với βo =

50 và VA = 75 V và Q-point (250 μA, 15 V).

• Đáp án: 10.0 mS, 5.00 kΩ, 360 kΩ, 3600

Page 44: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.7. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của BJT

...

3

61

2

211

expexp

TVbe

v

TVbe

v

TVbe

v

CI

TVbe

v

TVBE

V

SIciC

ICi

TVBE

v

SI

Ci exp

...

3

61

2

21

TVbe

v

TVbe

v

TVbe

v

CI

CI

Cici

Vì tính tuyến tính, ic tỉ lệ với vbe V502 mTVbev

bevmg

CI

bev

TVC

I

CI

TVbe

v

CI

Ci

1

Thay đổi trong ic tương ứng với chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ:

200.0025.0

005.0

TVbe

v

bev

CImg

CIci

44

Page 45: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

45

mVTVbevTVbev

TVbev

TVbev

TVbev

TVbev

502

2

0]

2

21

1[

2

21

Trong thực tế, ta chọn:

mVTV

bev 510

2 C

C

T

Cbemc ImV

mV

ImV

V

Ivgi 2.05

255

mVTV

bev 5

10

2 CIci 2.0

Vì tính tuyến tính, ic tỉ lệ với vbe

Các yêu cầu hoạt động ở tín hiêu nhỏ

của BJT.

1.7. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của BJT

Page 46: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.8. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch đại dùng

MOSFET

Mạch tương đương DC

Mạch tương đương AC

46

Page 47: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Mạch khuếch đại AC dùng MOSFET

MOSFET được phân cực trong vùng tích cực bởi một hiệu điện thế VGS. Q-

point được đặt tại (ID, VDS)=(1.56 mA, 4.8 V) với VGS =3.5 V.

Tổng điện áp giữa hai cực gate và source: gsvGS

VGS

v

1 V p-p thay đổi ở vGS dẫn đến 1.25 mA p-p thay đổi ở iD

và 4 V p-p thay đổi ở vDS. 47

Page 48: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Mạch khuếch đại AC dùng MOSFET

MOSFET được phân cực trong vùng tích cực bởi một hiệu điện thế dc VGS.

Q-point được đặt tại (ID, VDS)=(1.56 mA, 4.8 V) với VGS =3.5 V.

Tổng điện áp giữa hai cực gate và source: gsvGS

VGS

v

1 V p-p thay đổi ở vGS dẫn đến 1.25 mA p-p thay đổi ở iD và 4 V p-p thay đổi ở vDS.

48

Page 49: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

49

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 50: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

50

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 51: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

51

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 52: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

• Vì cực gate được cách li khỏi kênh

bởi cổng-trở kháng vào của

transistor là rất lớn.

• Các tham số tín hiệu nhỏ được điều

khiển bởi Q-point.

• Với cùng một điểm hoạt động,

MOSFET có độ hỗ dẫn cao hơn và

trở kháng ra thấp hớn so với BJT.

Độ hỗ dẫn:

DInK

TNV

GSV

DI

mg 2

2

Trở kháng ra:

DI

DI

DSV

or

11

Tham số khuếch đại cho VDS<<1:

D

InK

DI

DSV

ormgf

21

1

52

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 53: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

53

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 54: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

54

For VDS<<1

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

Page 55: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.10. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của MOSFET

222

2 gsvTN

VGS

VgsvTN

VGS

VnK

di

DI

Di

2

2

TN

VGS

vnKD

i

Vì tính tuyến tính, id tỉ lệ với vgs

Vì MOSFET có để được phân cực bởi (VGS - VTN) lên đến vài volts, nó

có thể xử lí các giá trị của vgs lớn hơn các giá trị tương ứng của vbe cho

BJT.

Thay đổi trong dòng mán tương ứng với chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ:

4.0

2

)(2.0

TNV

GSV

TNV

GSV

gsv

DImg

DIdi

22

2 gsvTN

VGS

VgsvnK

di

for TNV

GSv

DSv

55

TN

VGS

Vgsv 2.0

TNV

GSVgsv 2.0

Page 56: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

56

Ví dụ 8: Một MOSFET transistor với Kn = 2.0 mA/V2 và λ = 0 hoạt động

với Q-point (25 mA, 10 V). Tìm giá trị lớn nhất của vgs ở chế độ hoạt động

tín hiệu nhỏ. Nếu một BJT được phân cực ở cùng Q-point, tìm giá trị tương

ứng lớn nhất của vbe

Ví dụ 8

Page 57: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

57

Ví dụ 8: Một MOSFET transistor với Kn = 2.0 mA/V2 và λ = 0 hoạt động với

Q-point (25 mA, 10 V). Tìm giá trị lớn nhất của vgs ở chế độ hoạt động tín

hiệu nhỏ. Nếu một BJT được phân cực ở cùng Q-point, tìm giá trị tương ứng

lớn nhất của vbe.

Đáp án: 1 V, 0.005 V

Ví dụ 8

Page 58: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

58

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET transistor

với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250 μA, 5 V) và (5

mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị của gm và ro

Ví dụ 9

Page 59: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

59

Fig.13.2(b)

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET transistor

với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250 μA, 5 V) và (5

mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị của gm và ro

Ví dụ 9

Page 60: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

60

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET

transistor với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250

μA, 5 V) và (5 mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị

của gm và ro

Đáp án: 7.42 x 10-4 S, 220 kΩ, 163;

3.46 x 10-3 S, 12.0 kΩ, 41.5, 1.3 x 10-3 S, ∞

Ví dụ 9

Page 61: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.11. Mô hình tín hiệu nhỏ của JFET

Vì JFET thường hoạt động với

gate được phân cực ngược,

grSG

IG

I

Đối với tín hiệu nhỏ, điều kiện đầu

vào là:

Hệ số khuếch đại:

PV

GSVgsv 2.0

DIDSS

I

PV

PV

GSV

DSV

ormgf

2

1

2

61

Page 62: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

1.11. Các tham số tín hiệu nhỏ của JFET

TV

SGI

GI

GSv

Gi

yr

pointQ

111

)(2

2

2pointQ21

PV

GSV

PVDSS

I

PV

GSV

DI

GSv

Di

ymg

DSV

DI

DSv

Di

y

or

1221

pointQ

DS

v

PVGS

v

DSSI

Di 1

2

1

for PV

GSv

DSv

1exp

TVGS

v

SGI

Gi

62

Page 63: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Dòng mán phụ thuộc vào điện áp ngưỡng và điện

áp ngưỡng phụ thuộc vào vSB.

Back-gate transconductance:

0<η<1 is called back-gate tranconductance

parameter.

Bulk terminal là một diode được phân cực nghịch.

Vì vậy, sự dẫn sẽ không diễn ra từ cực bulk tới các

cực khác.

mgmg

SBvTN

V

TNV

Di

SBv

Di

BSv

Di

mbg

poQ

poQpoQ

)(

int

intint

1.12. Hiệu ứng thân trong MOSFET bốn cực

Page 64: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

64

1.12. Hiệu ứng thân trong MOSFET bốn cực

• Trong nhiều mạch điện, đặc biệt là IC, cực bulk và cực source

của MOSFET phải được nối với các điện áp khác nhau để vSB

khác 0. Giá trị này của vSB sẽ làm ảnh hưởng đến đặc tuyến i-v

của MOSFET bằng cách thay đổi điện áp ngưỡng. Hiệu ứng này

được gọi là hiệu ứng thân(Body Effect).

• Ở đây ta cho 2ϕF = 0.6 V.

Page 65: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

65

Page 66: Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

66

Kết thúc chương 1