Tài liệu kỹ thuật điện. chương 4 doc

Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Chơng 3: TRANSISTOR Lỡng cực BJT
(Bipolar Junction transistor)
Là một linh kiện bán dẫn có ba cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc
hoạt động nh một khoá đóng mở, rất thông dụng trong nghành điện tử. Nó sử
dụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử và lỗ trố ng, vì vậy đợc xếp vào loại hai cực tính.
3.1. Cấu tạo-Nguyên lý hoạt động
Gồm ba lớp bán dẫn p -n-p hoặc n-p-n tạo nên. Vì vậy có hai loại BJT
Hình 3. 1 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại pnp
Hình 3. 2 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại npn
BJT có hai tiếp xúc p -n: tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là J
C
, tiếp xúc p-
n giữa miền B và E gọi là J
E.
Nguyên lý hoạt động
Hình 3 3 . Cách phân cực để BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại
P N P
Collector
Base
Emitter
N P N
Collector
Base
Emitter
C
E
B
C
E

B
N P N
C
B
E
V
BB
V
CC
I
E
I
B
I
C
I
CB0
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Ban đầu khi có nguồn V
CC
phân cực nghịch tiếp xúc J
C
thì có dòng ngợc
I
CB0
chảy từ miền C sang B. Dòng này giống nh dòng I
tr
trong Diod, có giá trị nhỏ.
Sau đó có nguồn V

BB
phân cực thuận tiếp xúc J
E
làm cho điện tử từ miền E
dễ dàng di chuyển sang miền B tạo nên dòng I
E
. Hầu hết các điện tử vợt qua vùng
B, băng qua J
C
(tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là J
C
) để đến miền C tạo nên
dòng I
E
. Một số điện tử bị giữ lại trong miền B và chạy về cực B. Lỗ trống trong
miền B chạy về miền E tạo nên dòng I
B
.
Nếu gọi là hệ số truyền đạt dòng điện thì ta c ó I
C
=I
E
+I
CB0
Ta có I
E
=I
B
+I
C

; I
C
=I
E
+I
CB0
=(I
C
+I
B
)+I
CB0
suy ra (1-)I
C
=I
B
+I
CB0
I
C
=(/(1-))I
B
+(1/(1-))I
CB0
=I
B
+(1+)I
CB0
trong đó đợc gọi là hệ số
khuếch đại dòng điện.

Nguyên tắc phân cực cho BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại:
J
E
phân cực thuận v à J
C
phân cực nghịch, nghĩa là đối với BJT loại npn thì phải
thoả mãn V
BE
>0 và V
CB
>0 , đối với BJT loại pnp thì ngợc lại.
3.2. Các cách mắc mạch của BJT
BJT có ba cực, tuỳ theo theo việc chọn cực nào làm cực chung cho mạch
vào và mạch ra mà có ba sơ đồ s au( ta chỉ xét sơ đồ dạng đơn giản hoá)
3.2.1. Mạch CE(Common Emitter)
Tín hiệu cần khuếch đại đợc đa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và E, E là cực chung.
Hình 3.4.Mạch CE
3.2.2. Mạch CB (Common Base)
Tín hiệu cần khuếch đại đợc đa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và B, B là cực chung.
Hình 3.5.Mạch CB
Tín hiệu ra
Tín hiệu vào
Tín hiệu vào
C
B
E
Tín hiệu ra
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT

Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
3.2.3.Mạch CC(Common Collector)
Tín hiệu cần khuếch đại đợc đa vào giữa cực B và C, tín hiệu ra đợc lấy
ra giữa cực C và E, E là cực chung.
Hình 3.6.Mạch CB
3.3. Đặc tuyến tĩnh và các tham số tĩnh của BJT
Đặc tuyến tĩnh diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp một chiều
trên BJT. Có bốn loại đặc tuyến là đặc tuyến vào, ra, truyền đạt dòng điện, hồi tiếp
điện áp. Ta chỉ xét đặc tuyến ra của mạch CE.
Các tham số giới hạn của BJT
Tuỳ theo diện tích mặt tiếp xúc , vật liệu và công nghệ chế tạoMỗi BJT chỉ
cho phép một dòng điện tối đa trên mỗi điện cực là I
Emax
, I
Bmax
, I
Cmax
. Ngoài ra trên
các tiếp xúc J
E
, J
C
có các điện áp cực đại cho phép V
Cbmax
, V
Bemax
, V
Cemax
để không
gây đánh thủng các tiếp xúc.

Tần số giới hạn:
Mỗi BJT chỉ làm việc hiệu quả đến một tần số nhất định vì do ở tần số cao, các
điện dung ở các tiếp xúc p -n tăng. Mặt khác chuyển động của hạ t dẫn qua miền B
I
B1
I
B3
I
B4
I
B2
Miền đánh thủng
Miền dẫn bão hoà
I
C
V
CE
Hình 3.7.Họ đặc tuyến tĩnh ngõ ra của BJT mắc kiểu CE
I
C
=f(V
CE
)
I
B
=const
Tín hiệu vào
Tín hiệu ra
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử

không thể coi là tức thời mà chiếm một thời gian đáng kể so với chu kỳ tín hiệu
nên , bị giảm theo tần số.
3.4.Các cách phân cực cho BJT
Về nguyên tắc ta cần hai nguồn để phân cực thuận J
E
và phân cực nghịch J
C
3.4.1. Phân cực bằng dòn g I
B
cố định:
3.4.1.1. Dùng một nguồnV
CC
Điện trở R
B
lấy điện áp từ nguồn V
CC
để phân cực thuận J
E
, điện trở R
C
lấy
điện áp từ nguồn V
CC
phân cực nghịch J
C
, nghĩa là V
BE
>0, V
CB
>0.

CCCCCE
BC
B
BECC
B
RIVV
II
R
VV
I





Hình 3.8. Mạch khuếch đại dùng BJT, phân cực bằng dòng I
B
cố định
Ta thấy dòng I
B
có giá trị không đổi tuỳ thuộc vào V
CC
và R
B
nên mạch có
tên là phân cực bằng dòng I
B
cố định.
Các giá trị của V
CE

và I
C
xác định vị trí điểm làm việc tĩnh Q trên đặc tuyến
ngõ ra của BJT.
Ta cũng có thể xác định điể m làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị.
Từ biểu thức V
CE
=V
CC
-I
C
R
C
ta có I
C
=(-1/R
C
)V
CE
+(1/R
C
)V
CC
(1). Giao điểm
của đờng thẳng có phơng trình nh (1) với đờng biểu diễn mối quan hệ giữa I
C
và V
CE
ứng với dòng I
B

=(V
BB
-V
BE
)/R
B
trên đặc tuyến ngõ ra mạc h EC xác định vị
trí của điểm làm việc tĩnh Q.
RB
VC C
Rc
.
RE
I
B
Ic
I
E
I
B1
I
B3
I
B4
I
B2
=(V
CC
-V
BE

)/R
B
I
C
V
CE
Hình 3.9. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị
V
CC
V
CC
/R
C
Q
V
CEQ
I
CQ
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
3.4.1.2. Dùng hai nguồn
CCCCCE
BC
B
B
BEBB
B
RIVV
II
R

VV
I





Hình 3.10. Mạch phân cực bằng dòng I
B
cố định dùng hai nguồn
3.4.2. Phân cực bằng hồi tiếp từ collector
Hồi tiếp là sự đa tín hiệu ngõ ra của b ộ khuếch đại trở ngợc lại đầu vào.
Nếu tín hiệu hồi tiếp đa về làm giảm điện áp vào bộ khuếch đại thì gọi đó là hồi
tiếp âm.
Điện trở R
B
dẫn điện áp từ cực C đa ngợc về cực B. Khi nhiệt độ tăng
dòng I
C
, I
E
tăng làm V
C
giảm, thông qua điện trở R
B
làm điện áp phân cực cho cực
B là V
BE
giảm, làm BJT dẫn yếu lại làm giảm dòng I
C

. Điện trở R
B
gọi là điện trở
hồi tiếp âm.
CCCCCE
BC
CB
BECC
B
RIVV
II
RR
VV
I






)1(
Hình 3.12. Mạch phân cực bằng hồi tiếp từ collector
3.4.3. Phân cực bằng dòng Emitter
Mạch dùng hai điện trở R
B1
, R
B2
tạo thành cầu phân áp để phân cực thuận J
E
,

R
C
lấy điện áp từ nguồn V
CC
phân cực cho J
C
. R
E
là điện trở ổn định nhiệt
áp dụng định lý Thevenin, ta có sơ đồ mạch tơng đơng
(a)
R B
V C C
.
R c
RB1
VCC
.
Rc
RERB2
R B B
R c
V C C
.
V B B
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
(b)
Hình 3.13.
(a)Mạch phân cực bằng dòng Emitter

(b) Mạch tơng đơng theo định lý Thevenin
Trongđó
21
21
2
//;
BBBB
BB
BCC
BB
RRR
RR
RV
V


EECCCCCEBC
EBB
BEBB
B
RIRIVVII
RR
VV
I


;;
)1(

Ta biết khi nhiệt độ tăng, ba tham số của BJT sẽ thay đổi , đó là V
BE
, , I
C
.
Trong ba kiểu phân cực trên , kiểu phân cực bằng định dòn g Emitter cho ta dòng I
C
ổn định nhất vì dòng I
C
hầu nh không phụ thuộc vào vì I
C
V
BB
/R
E
nếu chọn
V
BB
>>V
BE
Bài tập :
Cho sơ đồ mạch nh hình 3.13a. Biết rằng R
B1
=32k; R
B2
=6,8k; Rc=3k;
R
E
=1,5k; R; =100;Vcc=15V. Xác định điểm làm việc tĩnh và biểu diễn nó trên
đặc tuyến ngõ ra.

Giải:
VRRIVRIRIVV
mAmAII
mA
R
VV
I
V
RR
RV
V
kkkRRR
ECCCCeECCCCCE
BC
E
BEBB
B
BB
BCC
BB
BBBB
6,95,4*012,015)(
2,1012,0.100
012,0
5,1*1016,5
7,06,2
)1(R
6,2
8,632
8,6*15

6.58.6//32//
BB
21
2
21

















RBB
Rc
VCC
VBB
RE
Chơng 3: Transistor lỡng cực BJT
Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử
Hình 3.14. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phơng pháp đồ thị

15V
9,6
I
B1
I
B3
I
B4
I
B2
=0,012mA
I
C
(mA)
V
CE
(V)
15/4,5
Q
1,2