1. Các khái niệm và nguyên tắc cơ bản của bộ ba
Transitor, với tư cách là một thành viên chủ chốt của gia đình bóng bán dẫn, đóng vai trò không thể thiếu trong các mạch điện tử.Nó chứa ba phần cơ bản: cơ sở, phát và thu thập.Ở đây, chúng tôi chủ yếu tập trung vào các bóng bán dẫn NPN.Các đặc điểm cốt lõi của bóng bán dẫn NPN có thể được mô tả bằng một mạch tương đương, trong đó kết nối giữa cơ sở và bộ phát tương đương với một diode và kết nối giữa bộ thu và bộ phát có thể được coi là một điện trở có thể điều chỉnh.Điện trở của điện trở này rất khác nhau, từ một vài ohms đến vô cực (trạng thái mạch mở).
Trước khi thảo luận về chiều sâu, chúng ta phải làm rõ phương trình đặc trưng của bóng bán dẫn NPN: IC = βIB.Trong phương trình này, IB đại diện cho dòng điện từ đế đến bộ phát, IC là dòng điện từ bộ thu đến bộ phát và là hệ số khuếch đại của triode.Bên này là một hằng số được xác định dựa trên quy trình sản xuất và giá trị của nó thường nằm trong khoảng hàng chục và hàng trăm.Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Triode đạt được hiệu ứng khuếch đại này bằng cách điều chỉnh điện trở tương đương (RCE) giữa bộ thu và bộ phát.Khi RCE được điều chỉnh thành giá trị cực thấp nhưng vẫn không thể đạt được IC = βIB, chúng tôi gọi nó là trạng thái "bão hòa";Ngược lại, khi RCE được điều chỉnh theo giá trị cực cao nhưng vẫn không thể đạt được IC = βIB, nó được gọi là trạng thái "cắt".Lý tưởng nhất, bóng bán dẫn nên hoạt động trong vùng khuếch đại, nghĩa là trạng thái của IC = βIB.
2. Xây dựng và phân tích mạch phóng điện không đổi của bóng bán dẫn NPN
Trong thiết kế mạch điện tử, việc áp dụng các nguồn hiện tại không đổi là rất quan trọng.Lấy một mạch xả tụ điện thông thường làm ví dụ, dòng phóng điện IC = UC/R, trong đó UC đại diện cho điện áp của tụ điện.Vì điện áp tụ điện giảm theo thời gian, dòng phóng điện truyền thống không phải là không đổi.Tuy nhiên, bằng cách sử dụng bóng bán dẫn NPN, chúng ta có thể xây dựng một mạch phóng điện không đổi.
Trong một thiết kế mạch như vậy, dòng phóng điện của tụ điện độc lập với điện áp của nó.Ví dụ, giả sử rằng giá trị VE của mạch là 4,3V (được tính là 5V trừ 0,7V), thì chúng ta có thể tìm thấy IC đó (dòng thu) xấp xỉ bằng IE (dòng điện phát), được tính là VE chia choRe (điện trở phát).Quá trình tính toán này dựa trên một tiền đề quan trọng: Triode phải hoạt động trong khu vực khuếch đại, nghĩa là IC = βIB phải được thỏa mãn.Xem xét rằng giá trị chung của β theo thứ tự 100 lần, IE có thể được coi là xấp xỉ bằng IC.
3. Quá trình giải pháp của mạch bade
Khi thiết kế và phân tích các mạch bóng bán dẫn, chúng ta thường làm theo các bước sau: Đầu tiên giả định rằng bóng bán dẫn hoạt động trong vùng khuếch đại và đáp ứng các điều kiện của IC = βIB và IC≈IE;Sau đó, suy luận nghịch đảo UCE (điện áp giữa bộ thu và bộ phát) dựa trên kết quả tính toán) là hợp lý để xác định xem các giả định trước đó có đúng hay không.Ví dụ, giả sử điện áp trên tụ điện là 10V, chúng ta có thể tính UCE là 5,7V, từ đó mang lại cho RCE giá trị 5,7k ohms.Điều này có nghĩa là bằng cách điều chỉnh RCE thành 5,7k ohms, bóng bán dẫn có thể duy trì dòng phóng điện của tụ điện ở 1mA.Tương tự, khi điện áp tụ điện là 8V, UCE là 3,7V và RCE là 3,7k ohms, do đó dòng phóng điện vẫn được duy trì ở mức 1mA.
Tuy nhiên, khi điện áp tụ điện giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, chẳng hạn như 3V, chúng ta sẽ thấy rằng kết quả tính toán của UCE trở thành giá trị âm (-1.3V), rõ ràng là không hợp lý.Điều này cho thấy ngay cả khi RCE giảm xuống 0 ohms, điều kiện của IC = βIB không thể được thỏa mãn.Do đó, khi điện áp tụ điện giảm xuống dưới 4,3V, bóng bán dẫn sẽ không còn hoạt động trong vùng khuếch đại mà đi vào vùng bão hòa.Điều đáng chú ý là trong các ứng dụng thực tế, điện trở giữa bộ thu và bộ phát không thể giảm xuống còn 0Ω, do đó giá trị thấp nhất của UCE thường chỉ có thể giảm xuống còn khoảng 0,2V.Giá trị này được gọi là điện áp ống bão hòa giảm.
4. Áp dụng bóng bán dẫn PNP trong mạch sạc nguồn không đổi
Khác với các bóng bán dẫn NPN, để thực hiện mạch sạc nguồn không đổi, chúng ta phải sử dụng bóng bán dẫn PNP.Nguyên tắc làm việc và cấu trúc của bóng bán dẫn PNP khác với NPN, nhưng nó đóng một vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa mạch sạc nguồn hiện tại không đổi.Trong một bóng bán dẫn PNP, hướng của dòng chảy trái ngược với tốc độ của bóng bán dẫn NPN, cung cấp sự linh hoạt hơn trong việc thiết kế các loại mạch điện tử khác nhau.