6 transistor lưỡng cực nối trong điện tử cơ bản

Điện tử cơ bản
Chương. 3 Transistor lưỡng cực nối
(Bipolar junction Transistor)
1
Từ Vựng (1)
•
Active region = miền tích cực
•
Base (B) = (miền/cực) nền
•
Bipolar transistor = transistor lưỡng cực
•
Breakdwon region = miền đánh thủng
•
Collector (C) = (miền/cực) thu (hay góp)
•
Collector diode = diode tạo bởi J
C
•
Common base (CB) = nền chung
•
Common collector (CC) = thu chung
•
Common emitter (CE) = phát chung
2
Giới thiệu về BJT
•
BJT = transistor tiếp xúc lưỡng cực = transistor
2 mối nối (hay 2 tiếp xúc)
•
Lưỡng cực: do dòng điện chính được tạo bởi 2

hạt dẫn điện tử (-) và lỗ (+)
•
BJT được phát minh vào năm 1948 do
Bardeen, Brattain và Shockley
•
BJT là dụng cụ có 3 cực: phát (E), nền (B) và
thu (C).
•
Người ta gọi tiếp xúc PN giữa B và E là J
E
, giữa
B và C là J
C
.
•
Có 2 loại: NPN và PNP
3
1. Cấu tạo
•
Miền bán dẫn thứ nhất của Transistor là
miền Emitter (miền phát) với đặc điểm là có
nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với
miền này gọi là cực Emitter (cực phát).
•
Miền thứ hai là miền Base (miền gốc) với
nồng độ tạp chất nhỏ và độ dày của nó nhỏ
cỡ µm, điện cực nới với miền này gọi là cực
Base (cực gốc).
•
Miền còn lại là miền Collector (miền thu) với

nồng độ tạp chất trung bình và điện cực
tương ứng là Collector (cực thu).
4
Cấu tạo và ký hiệu BJT
5
Schematic representation of pnp
and npn BJTs
Emitter is heavily doped compared to collector. So, emitter
and collector are not interchangeable.
The base width is small compared to the minority carrier
diffusion length. If the base is much larger, then this will
behave like back-to-back diodes.
6
1. Cấu tạo
•
Về mặt cấu trúc, có thể coi Transistor như 2
diode mắc đối nhau
7
1. Cấu tạo
•
Cấu tạo mạch thực tế của một Transistor n-p-n
8
Hình dạng thực của Transistor BJT
9
Sự phân bố điện tích cân bằng nhiệt động
n p n
- - - - + + + - - - -
- - - - + + + - - - -

- -

- -
-
-
-
- - Ei + Ei - - -
-
- - + - - -
vùng hiếm vùng hiếm

- - -
- - -
10
II. Các kiểu hoạt động-Phân cực
•
Có 4 kiểu phân cực Nối phát-nền EB
tùy theo cách cấp điện phc.ngược phc. thuận
-Ngưng
-Bão hoà Nối phc.ng
-Tác động thuận thu-nền
-Tác động nghịch CB
Ngưng
(Off)
Tác động
thuận
(Forward
active)
Tác động
nghịch (
Reverse
active)

bão hoà
( On
Saturation
)
phc. th
11
BJT biasing modes
12
4 kiểu hoạt động của BJT
1.Cả 2 nối EB và CB đều phân cực nghịch :
Do 2 nối đều ngưng dẫn  BJT ngưng dẫn
Eex Eex
(off)
n p n
vùng hiếm rộng
V
EE
V
CC
E
i
E
i
13
- -
- -
- -
- -
- -
- -

+ +
+ +

+ +
+ +
Cutoff NPN BJT
n
p
n
V2
V1
+++
C
B
E
Emitter current
Collector current
Base current
Reverse biased
Reverse Biased
14
2.Cả 2 nối EB và CB đều phân cực thuận:
Do 2 nối đều dẫn các hạt tải cùng chạy
vào vùng nền. Mà vùng nền hẹp nên bị
tràn ngập các hạt tải  BJT dẫn bão hòa
(On).
•
E
ex
E

ex
vùng hiếm hẹp
•
V
EE
V
CC
E
i
15
- -
- -
- -
- -
- -
- -
+ +
+ +
Saturated NPN BJT
n
p
n
V2
V1
+ +
- - - -
C
B
E
Emitter current

Collector current
Base current
Forward biased
Forward biased
-
-
16
Caùc kiểu hoạt động trên không sử dụng
riêng biệt mà kết hợp nhau trong hoạt
động giao hoán ( chuyển mạch)
•
Ic
•
Q1
•
Q2 V
CE
17
3.Phân cực thuận EB, Phân cực nghịch CB:
Do tác động của điện trường ngoài,các điện tử
tự do bị đẩy vào cực nền. Tại đây do cực nền
hẹp nên có chỉ 1 số ít đttd bị tái kết, đa số đttd
còn lại đều bị hút về cực thu  BJT dẫn mạnh (
kiểu tác động thuận rất thông dụng trong mạch
khuếch đại) . Engoài E
ngoài
- + - +
In
E
E i Ei In

C
I E IpE ICO IC
- + VEE IB - + VCC
18
Active Linear NPN BJT
n
p
n
V2
V1
+ +
- - -
- - -
- - -
C
B
E
Emitter current
Collector current
Base current
Forward biased
Reverse Biased
19
Large current
Hoạt động của transistor NPN
20
4.Phân cực nghịch EB, phân cực thuận CB
Cách hoạt động giống như ở kiểu 3 nhưng các
hạt tãi di chuyển theo chiều từ cực thu sang
cực phát . Do cấu trúc bất đối xứng các dòng

thu và dòng phát đều nhõ hơn ở kiểu tác động
nghịch  BJT dẫn theo kiểu tác động nghịch.
. n p n


21
Cách phân cực tác động nghòch này ít được
sử dụng, ngoại trừ trong IC số do cấu trúc đối
xứng nên các cực thu C và cực phát E
có thể thay thế vị trí cho nhau.
Chú ý:
1.Trong phần khảo sát transistor hoạt động
khuếch đại ta xét đến kiểu tác động (BE phân
cực thuận, CB phân cực nghịch)
2.Phần hoạt động giao hốn sẽ xét đến sau.
22
BJT circuit symbols
As shown, the currents are positive quantities when the
transistor is operated in forward active mode.
I
E
= I
B
+ I
C
and V
EB
+ V
BC
+ V

CE
= 0 V
CE
= − V
EC
BJT action: npn Forward Active when V
BE
> 0 and V
BC
< 0
23
3.Biểu thức dòng điện trong BJT
•
Theo định luật Kirchhoff ta có:
I
E
= I
B
+ I
C

α hệ số truyền dòng điện phát – thu = số đt td
đến cực thu / số đttd phát từ cực phát
Hệ số truyền dòng điện rất bé
( )
9998,095,01
÷≤
α
24
/

BE T
v V
C S
B
I I
I e
β β
= =
1
1
C
C E
E
I
I I
I
α α
β
α
β
α
β
α
= ⇒ =
=
+
=
−
/ /
1 1

( / )
BE T BE T
v V v V
E C S S
I I I e I e
β β
α
β β
+ +
= = =
I
S
= dòng ngược bão hòa của J
C
.
β là độ lợi dòng CE; α là độ lợi dòng CB
Nhận xét
•
Độ lợi dòng (độ khuếch đại) β rất
lớn ( 20 – 500)
•
Dòng rĩ
rất bé ở nhiệt độ bình thường nhưng lại tăng
nhanh theo nhiệt độ .
•
Ở nhiệt độ bình thường ( nhiệt độ trong phòng),
ta còn lại biểu thức đơn giản :
I
C
= I

B

( ) ( )
1 1
EO CO CBO
I I I
β β
= + ≈ +
β
25
•
Can act as Signal Current Switch (Cutoff Mode)
•
C an act as Current Amplifier (Active Region)