Transistor - Nhóm GAO

Transistor

Điện Tử Cao Tần

Nhóm: GAOGV: Nguyễn Thị Hồng Hà

Danh Sách Thành Viên Của Nhóm

Nguyễn Duy AnNguyễn Hoàng KhangVũ Hoàng DũngHoàng Song NhậtPhạm Duy Bách (N. Trưởng)

Phan Huỳnh TấnNguyễn Hải ThượngVõ Hồng KhanhLê Hoài PhướcBùi Tuấn Nghĩa

09200020920045 09200180920079092000409201080920235092004609200980920074

Phần 3 (Datasheet)

Phần 1 (Tần Số Thấp)

Phần 2 (Tần Số Cao)

Nội Dung

Transistor Mô Hình Tần Số Thấp1

Transistor Mô Hinh Tần Số Cao2

Datasheet3

Mô Hình Transistor ở Tần Số Thấp

Transistor Mô Hình Tần Số Thấp1

I/ Mô hình “T”


- Khi cho dong nên ib vào cưc nên, ta thấy phát sinh 1 dong Bib chạy qua nguồn dong ở cưc thu. Dong IE ở cưc phát do đo băng (1+B)ib

- Trở kháng AC được tinh băng

K = 1.38 × 10-23 T là nhiêt độ phong

e = 1.6 × 10-19

- Ta có:


- Giả sư ta có mô hinh tương đương AC của bộ khuêch đại dùng transistor cưc phát chung như sau:

- Ta có thê thay thê transistor trong hinh băng mô hinh “T”


Transistor được thay băng 1 mạch tương đương có hinh chư T nghiêng 90 độ.

Phia trên là nguồn dong, ở dưới cưc phát là trở AC nội ( r’e )

Do có thê nên AC giưa cưc nên và trơ cưc phát, ta có ie = ub / r'e


Trở kháng vào của cưc nên : Zin(base) = ub / ib

Phia cưc thu, thê AC cưc thu được tinh băng công thưc uc = ic x rc

Mô hinh T có thê được chia thành 2 dạng chinh:


II/ Mô hình “π”

- Mô hinh Transistor T có thê chuyên đổi thành mô hinh π

- Đây là mạch tương đương do đó mạch có thê thay thê được

Sự chuyển đổi Transistor T thành Transitor π


Sự chuyển đổi Transistor T thành Transitor π

- Các nguồn dong ra vẫn con giống nhau- Một định dạng khác cho mô hinh π có thê được biêu diễn cho mã nguồn như là mộtnguồn dong điêu chỉnh điên áp có giá trị là gmV1

- Tại thơi điêm này, trở kháng cơ bản rbb’ gia tăng sẽ bao gồm sư kêt hợp điên trở của vùng cơ sở dài mỏng.- Điêu này phổ biên trong khoảng 10 tới 100Ω cho các thiêt bị rơi rạc năng lượng thấp.

- ( β +1) re cũng chinh là rπ

Trở kháng đầu vàoNguồn dong

Điêu chỉnh Điên Áp


- Công thưc liên hê giưa Transistor T và Transitor π

- Sư kêt hợp rπ and rbb’ được gọi là b’

Transistor Mô Hình Tần Số Cao

Khi tần số tăng ,các mô hình bao gồm các thiết bị nội bộ và các bộ phần mềm cũng như gồm cả lưu trữ điện tích và thời gian vận chuyển hiệu quả. Trong phạm vi RF những khía cạnh có thể mô hình hiệu quả sử dụng điện trở, tụ điện và cuộn cảm. Các bóng bán dẫn như trannsistors do đó phát triển.

Transistor Mô Hinh Tần Số Cao2


Tuy nhiên, khá khó khăn đê phân tich các mô hinh đầy đủ thê hiên trong Hinh 1.5 và 1.6 mặc dù các loại mô hinh rất hưu ich cho máy tinh hỗ trợ tối ưu hóa.

Một mô hinh hoàn chỉnh bao gồm các đặc điêm gói được thê hiên trong hinh 1.5Các thông số mô hinh điên hinh gói cho một gói 143 SOT được hiên thị trong H1.6


- Chúng ta quay trở lại mô hinh cho các thiêt bị hoạt động nội bộ đê phân tich, như thê hiên trong hinh 1.4, và giới thiêu một số hê số chất lượng cho các thiêt bị như fβ và fT.

- Nó thê hiên băng nhưng hê số được cung cấp thông tin đáng kê. nhưng bỏ qua các khia cạnh khác.- Nó thưc sư là khá khó khăn đê tim thấy duy nhất hê sô chinh xác vê định lượng, hiêu suất. Do đó nó thương được sư dụng hiêu trong RF và thiêt kê sóng ViBa.

- Tuy nhiên, nó sẽ được hiên thị sau này. Các thông số có thê thu được từ kiên thưc của fT. Đó là giá trị tinh toán H21 được dong ngắn mạch cho mô hinh Hinh 1,4. Các định nghĩa đầy đủ cho h, y và S thông số được đưa ra trong Chương 2.- H21 là tỷ lê của dong chảy ra khỏi cổng 2 vào một tải ngắn mạch.đầu vào hiên tại vào cổng 1.


- Tỷ lê dong ib, với trở rb'e, do đó là:

- Đầu vào và tụ điên hồi tiêp song song cộng viêc tạo C và rb'etrở thành R. dong IC = β irb'e, giả định răng dong điên các tụ điên hồi tiêp có thêđược bỏ qua như ICb'c << βirb'e. Do đó:


- Lưu ý răng β và hfe cả hai hê số được sư dụng đê mô tả các transistor tần số thấp đạt được.- Biêu đồ của h21 so với tần số được hiên thị ở hinh 1.7.

- Ở đây ta thấy răng nó chỉ số h21 đạt được là không đổi và sau đó căt tại 6dB mỗi khoảng 8.


- Sư thay đổi tần số transisto fT xảy ra khi các mô đun ngắn mạch.

- Cũng hiên thị trên đồ thị, là một dấu vêt của h21 sẽ được đo trong một thiêt bị điên hinh. Sư thay đổi nàyđáp ưng được gây ra bởi các tham số cơ bản khác trong thiêt bị .

-Cũng hiên thị trên đồ thị, là một dấu vêt của h21 sẽ được đo trong một thiêt bị điên hinh. Sư thay đổi nàyđáp ưng được gây ra bởi các tham số cơ bản khác trong thiêt bị .

- ft là do đó thu được băng cách đo h21 ở một tần số khoảng fT/10 và sau đó ngoại suy các đương cong điêm đạt được sư thống nhất. Tần số từ mà điêu này ngoại suy xảy ra thương được đưa ra trong Datasheet.




Lấy một vi dụ điên hinh của một transistorRF hiên đại với các thông số sau:

- fT = 5 GHz và hfe = 100.tại 3dB h21 khi được đặt trưc tiêp trong một phổ biênemitter mạch là fβ = 50 MHz- Biêt thêm thông tin cũng có thê được thu được từ kiên thưc hoạt động. Vi dụ, trong nhiêu thiêt bị, giá trị tối đa của ft xảy ra tại dong khoảng 10mA. Đối với các thiêt bị này (vẫn giả định ft và Hft) lại =2.5Ω, do đó rb'e ≈ 250Ω và do đó CT ≈ 10pF với thành phần phản hồi nàykhoảng 0,5 1pF.- Đối với các thiêt bị hiên tại thấp hơn hoạt động tại 1mA (điên hinh choBFT25) lại bây giơ là khoảng 25Ω, rb'e khoảng 2.500 Ω và do đó Ct là một pF vài với Cb'e ≈0.2pF.

- Lưu ý, trong thưc tê, mà nhưng tinh toán cho Ct thưc sư gần như độc lập,Hfe và chỉ phụ thuộc vào IC, lại hay gm các tinh toán có thê được thưc hiên trong một cách khác nhau,


Do đó:

- Trong số các thông số của một thiêt bị bây giơ/ do đó có thê được rút ra từ ft, Hft, Ic và điên dung các thông tin phản hồi với viêc sư dụng các mô hinh này khá đơn giản.


Hiệu Ứng Miller

fT là một con số thường được sử dụng và trích dẫn trong hầu hết các datasheets, ta sẽ phân tích chi tiết giá trị fT và tìm hiểu các thông tin khác liên quan

Nó ẩn chứa điểu gì? Bất kì thành phần đầu ra nào cũng đều như là một mạch ngắn trến đầu ra

Nó bác bỏ điều gì? Ảnh hưởng của trở kháng tải nói chung và hiệu ứng Miller nói riêng. ( Nó không bao gồm ảnh hưởng của tụ hồi tiếp mà chỉ là một mạch ngắn )


Nêu ta quan sát mạch ở Figure1.8, trong đó bao gồm bộ khuêch đại đảo dấu và tụ điên hổi tiêp. Sau đó có thê mô hinh hóa tương tư với bộ khuêch đại điên áp và một tụ điên đầu vào lớn hơn như trong Figure1.8b. Ảnh hưởng đầu ra có thê được bỏ qua trong trương hợp này, vi các bộ khuêch đại không có trở kháng tại đầu ra.

Rất cần thiêt đê phân tich ảnh hưởng của tụ hồi tiêp khi tải RL được đặt ở đầu ra. Đầu tiên chúng ta sẽ tim hiêu một mô hinh đơn giản.


Dễ dàng nhận thấy được bằng cách tính toán điện áp trên tụ điện và từ đó tính được dòng qua nó. Điện áp trên tụ hồi tiếp là:

Nếu điện áp của bộ khuếch đại đạt được là –G, điện áp trên tụ điện là:

Dòng qua tụ Ic :

Sự thay đổi ở đầu vào nạp gây ra bởi tụ điện là:

(1) Vc= (Vin - Vout)

(2) Vc= (Vin + GVin) = Vin(1+ G)

(3) Ic = Vc jωC


Khái Quát Hiệu Ứng Miller

Khảo sát Hiêu ưng Miller băng cách thay thê các thành phần hổi tiêp băng một trở kháng Z như trong H1.8 và sau đó kiêm tra kêt quả Z trở thành một điên trở hoặc điên dẫn.

Điêu này cũng được dùng vào bộ khuêch đạibăng thông rộng trong Chương3, trong đó các điên trởhồi tiêpcó thê được sư dụng đê thiêt lập cả hai đầu vàovàtrở kháng đầu ra cũng như độ lợi. Đây cũng là kêt quả ảnh hưởng làm thay đổi dấu của độ lợi.


Ta có:

Và

Trở kháng đầu vào lúc này là :


Như figure1.8d, Nêu Z là điên trở R, giá trị R sẽ là:

Như trên, Nêu Z là 1 tụ điên:

(Điều này sẽ được sử dụng sau, khi thảo luận về thiết kế của bộ khuếch đại băng thông rộng)

Nêu Z là cuộn dây L, trở kháng sẽ là:

Nêu độ lợi dương và trở kháng hồi tiêp là điên trở,trở kháng đầu vào sẽ là : => điên trở âm khi G >1


Mô hinh Hybrid-pi

Ứng dụng hiêu ưng Miller vào mô hinh Hybrid- pi, đê thuận tiên chúng ta đặt điên áp nguồn như hinh:

Đầu tiên áp dụng kỹ thuật Miller vào mạch này,Đầu tiên cần tinh trở kháng đầu vào gây ra bởi Cb’c. Dong chảy vào cưc thu, RL là :


Dòng qua tụ Cb’c là:

Dong feedforward L1 (dong theo chiêu thuận từ đầu vào -> đẩu ra. Ngược lại với dong hồi tiêp _feedback) thương nhỏ,so sánh với gmV1 ta có :

Nạp đầu vào gây ra bởi Cb’c là :

Dong feedforward L1 (dong theo chiêu thuận từ đầu vào -> đẩu ra. Ngược lại với dong hồi tiêp _feedback) thương nhỏ,so sánh với gmV1 ta có :


Các mạch được tạo ra băng cách sư dụng cá hiêu ưng Miller được thê hiên trong hinh 1,10. Lưu ý răng mô hinh là một xấp xỉ trong trương hợp này, vi nó chỉ có hiêu quả cho viêc tinh toáncác truyên dẫn thuận và trở kháng đầu vào.Nó không phải là hưu ich cho viêc tinh toán trở kháng đầu ra hoặc truyên ngược hay sư ổn định.Vi sư xấp xỉ chỉ sư dụng khi thu được điên áp đầu ra. Nêu ngõ vào nạp là 0,ta có được độ lợi khi tinh toán h21

Bây giơ là giá trị điên áp cần tinh cho mô hinh này áp vào tải RL đê tinh các điêm rơi rạc mà điên dung tại đó làm giảm đáp ưng tần số, sau đó sẽ được chuyên đổi thành các tham số S băng các kỹ thuật ở Chương 2 vê Thông số 2 cổng.


Điên áp qua rb’c, V1, tinh theo Vin là:


Độ lợi:


Đây là cách hiệu quả ,(rb’b nối tiếp Rs)//rb’e ,tương tự với định lý Thevenin, tổng trở nguồn được đảm nhận bới tụ điện. 2 ngoặc đầu trong công thức 1.49 (…Vout/Vin…) thể hiện độ lợi điện áp DC và ngoặc thứ 3 mô tả sự sụt giảm với:


Tư số của ngoặc thư 3 sinh ra các điêm 3dB khi gán phần sau băng 1


Chú ý : sư dụng công thưc 1.51 cho R

Khảo Sát Data Sheet Của Freescale 2N5179

1

Chỉ phưc tạp hơn đôi chút so với phần thấp tần

2

Cung cấp thông tin vê thông số Y và thông số S

3

Các tinh chất ở cao tần khác.

Datasheet của transistor ở cao tần:


Transistor này có nhưng 4 chân

không được nối sẵn với linh kiên.

Được nối đất trong các mạch thông thương

* Trang đầu của data sheet:

Cung cấp các thông số định mưc của transistor

Cung cấp các thông số định mưc của transistor

- Bộ khuyêch đại tin hiêu nhỏ độ lợi cao- Bộ dao động- Bác ưng dụng trộn

Liêt kê nhưng ưng dụng phù hợp với transistor:


fT – tần số chuyển tiếp, hay tích độ lợi – băng thông. fT là tần số lý thuyêt mà tại đó độ lợi dong emitter chung (hfe) là 1 (0 dB).

Ccb – điện dung collector-base của transistor đo ở 1 MHz với điên áp collector-base 10V và emitter đê hở.hfe – độ lợi dòng emitter chung hay thông số β của transistor tại tần số 1 KHz.

rb’Cc – hằng số thời gian collector-base của transistor, là một thước đo vê đặc tinh hồi tiêp.NF – hệ số nhiễu của transistor là thước đo mưc độ nhiễu mà transistor gây ra trong quá trinh khuyêch đại.

Ở trang 2 của data sheet, dưới tiêu đê Dynamic Characteristics là các thông số liên quan đên cao tần.


Dùng đê xác định hê số nhiễu khi transistor phân cưc tại VCE = 6V, IC = 1.5 mA, điên trở nguồn là 50 Ω

Phương thưc thê hiên NF này trên thưc tê là vô ich

Bất ki nhưng thay đổi vê điêu kiên nào cũng làm hê số nhiễu sai khác đi rất nhiêu.


Thay vào đó nhà sản xuất thương cung cấp nhiêu đồ thị thê hiên NF ở nhưng điêu kiên vận hành khác nhau như hinh 3,4,5

Hình 3


Hình 4


- Đồ thị hê số nhiễu theo điên trở nguồn và dong collector tại VCE = 6 V và tần số 105 MHz.

- Có vô hạn sư kêt hợp RS và IC đê cho ra một hê số nhiễu nhất định. Vi dụ, nhưng sư kêt hợp RS và IC dưới đây sẽ cho hê số nhiễu 3.5 dB:


Hình 5

- Đồ thị được đo tại cùng điêu kiên phân cưc nhưng ở tần số khác (200 MHz).

- Với mỗi giá trị của dong collector có hai giá trị điên trở nguồn đê cho ra cùng một hê số nhiễu. bất ki thay đổi nào của dong phân cưc hay điên trở nguồn cũng có thê làm hê số nhiễu thay đổi đi nhiêu.

- Nêu muốn dùng transistor tại tần số 300 MHz và muốn biêt dong phân cưc cùng điên trở nguồn ưng với một hê số nhiễu nhất định.nhưng trong thưc tê ko có đồ thị nào cho tần số đó.


Hình 6, ở trang 4 của data sheet

Đồ thị của fT theo IC. fT là tối ưu tại đỉnh của đương cong.

Khi giá trị dong collector khoảng 12 mA. Đồ thị này càng trở nên quan trọng tại nhưng tần số gần fT, khi ta cố gắng tận dụng được độ lợi cao nhất có thê trong khả năng của linh kiên.

Khi giá trị dong collector đã được xác định, một linh kiên mẫu có thê được phân cưc theo đó và thông số Y và S đo được sẽ giúp tiêp tục quá trinh thiêt kê.



Đồ thị thông số Y theo tần số: Phép đo được thưc hiên tại VCE = 6 V và IC = 1.5 mA.

Nêu muốn phân cưc ở điêu kiên khác, ta phải tư đo thông số Y vi không có dư liêu nào khác được cung cấp.

Trục tung của các đồ thị được tinh theo millimhos (mmhos). Vi vậy, dẫn nạp đầu vào (hinh 7) của 2N5179 tại 200 MHz là xấp xỉ yi = 2.5 + j7.5 mmhos, có thê được biêu diễn băng mạch hinh (A) ở dưới.

Điên nạp dương (+jB) thê hiên một tụ điên song song trong khi điên nạp âm (–jB) thê hiên một cuộn cảm

Tương tư, dẫn nạp đầu ra của transistor tại 200 MHz ở hinh 8 là yo = 0.25 + j1.8 mmhos. Mạch tương đương cho dẫn nạp đầu ra này được cho ở hinh (B). Dẫn nạp truyên thuận và nghịch của transistor được cho trong hinh 9 và 10 của data sheet.





Đồ thị thông số S theo tần số tại hai mưc phân cưc

VCE = 6 V, IC = 1.5 mA

VCE = 6 V, IC = 5 mA

Bốn đồ thị ở trang 5 của data sheet cung cấp dư liêu vê thông số S ở dạng cưc:

Khoảng cách đên tâm đồ thị tương ưng với độ lớn.

Góc được xác định dọc theo chu vi của đồ thị.


Vi Dụ Thông số S với phân cưc VCE = 6 V, IC = 5 mA, tại 100 MHz là:

0.84 348°∠S11 0.65 309°∠ S22

8.2 123°∠S12 0.03 70°∠ S21 =

S21 và S12 là độ lợi thuận và nghịch dưới dạng độ lớn. Đê tim độ lợi theo dB, ta chỉ cần lấy 20 lần logarit thập phân của nó.

S12(dB) = 20log100.03= −30.5 dB

S21(dB) = 20log108.2 = 18.3 dB

Từ nhưng tinh toán trước, ta có thê suy ra răng sư cách ly giưa đầu vào và đầu ra (S12) của transistor là rất tốt tại −30.5 dB. Độ lợi của transistor (S21) với điên trở nguồn và tải cùng là 50 Ω (trở kháng có thê khác nhau) là lớn hơn 18 dB.

Chú ý rằng các đô lợi được tính là độ lợi thế. Thực ra, độ lợi thế và công suất ở ví dụ này là như nhau vì tổng trở vào và ra giống nhau (50 Ω).


Hình 15


Datasheets

Giản đồ ở hinh 15 được chuẩn hóa theo 50 Ω nên tâm của giản đồ tương ưng 50 ± j0 Ω. Phương pháp chuẩn hóa giản đồ này thương được dùng khi ngươi thiêt kê làm viêc với trở kháng có giá trị năm trong một khoảng nhất định – trương hợp này là 50 Ω.

Hinh 15 ở trang cuối của data

sheet

Theo giản đồ, tổng trở vào tại 100 MHz với IC = 5 mA và VCE = 6 V là:Zin = 48 − j79 ΩĐồ thị hê số phản xạ

của transistor dưới dạng giản đồ Smith. Tổng trở vào và ra có thê được đọc trưc tiêp từ giản đồ.

Điêu này đúng với đồ thị dạng cưc của S11 (hinh 11) trong cùng điêu kiên vận hành và

có thê chưng minh băng cách thê S11 vào Γ trong công thưc Γ và tim ZL.

Tổng Kết

Transistor cũng có nhưng vấn đê khi hoạt động tại tần số cao, có nhưng điên cảm và điên dung không mong muốn có xu hướng giới hạn hiêu năng hoạt động tại cao tần.

Các nhà sản xuất thương cung cấp trong data sheet thông tin vê thông số Y và S tại một tập hợp các điêu kiên vận hành tiêu biêu cho linh kiên.

Chắc chắn sẽ có lúc data sheet đi kèm với linh kiên không giúp ich được gi, khi đó ta phải tư đo các thông số và lập một data sheet riêng cho quá trinh thiêt kê.


Documents

Transistor - Nhóm GAO