Kỹ thuật điện điện tử Transistor

Chương 2: TRANSISTOR
2.1 Transistor lưỡng cực – BJT
2.1.1 Giới thiệu
2.1.2 Nguyên lý hoạt động
2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.
2.1.4 Các hệ số của BJT
2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT.
2.1.6 Phân cực transistor.
2.1.7 Bài tập
2.2 Transistor MOSFET
2.2.1 Giới thiệu
2.2.2 Đặc tuyến Vol – Ampe.
2.2.3 Chế độ ON-OFF
1


2.1 Transistor lưỡng cực BJT.
2.1.1 Giới thiệu BJT. (BJT – Bipolar Junction Transistor)
• Transistor lưỡng cực gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau
hình thành hai mối tiếp giáp P-N.

- Nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận.
- Nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược.
• Hình dạng thực tế:

2


2.1.1 Giới thiệu BJT. (tt)
• Các cực được ký hiệu bằng các kí tự E (Emitter - cực
phát), C (Collector - cực thu) và B (Base - cực nền).

3


2.1.1 Giới thiệu BJT (tt)
 Các cách mắc:

4


2.1.1 Giới thiệu BJT. (tt)
 Các cách mắc: (tt)

5


2.1.2 Nguyên lý hoạt động.
• Điều kiện phân cực transistor :
- Phân cực thuận mối nối B-E
- Phân cực ngược mối nối B-C
• Ta xét hoạt động transistor npn:
- Do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng
và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số
điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực
E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán
dẫn P(cực B) lớn hơn số lượng lỗ
trống rất nhiều.
- Một phần nhỏ trong số các điện tử đó đi xuyên qua cực B
về dương nguồn VBE tạo thành dòng IB , còn phần lớn số
điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp

VCE => tạo thành dịng IC chạy qua Transistor.
• Áp dụng ĐL K1: IE=IB+IC , với IB rất nhỏ so với IC
6


2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.
 Đoạn AB - vùng bảo hòa.
- Giả sử áp VBB được chỉnh để tạo ra
giá trị IB bất kỳ và áp VCC=0V . Tại
điều kiện này, các mối nối BE và BC
phân cực thuận vì áp VBE=0,7V
trong khi áp VCE=0V. Khi các mối nối
BE và BC phân cực thuận, BJT hoạt
động trong vùng bảo hòa.
- Khi tăng áp VCC , áp VCE tăng dần
khi dòng IC tăng.
 Đoạn BC - vùng hoạt động.
- Khi VCE vượt cao hơn giá trị 0.7 V,
mối nối BC phân cực nghịch và
transistor bắt đầu đi vào vùng hoạt
động hay vùng tuyến tính.
7


2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.(tt)
- Khi áp VCE tiếp tục gia tăng, dịng
IC ngừng tăng và duy trì giá trị
khơng đổi tương ứng với giá trị của
dịng IB
- Phần đặc tuyến BC (vùng hoạt

động của BJT) thỏa quan hệ
tuyến tính:
 Bên phải điểm C – vùng đánh
thủng
- Khi VCE tăng đến mức đủ lớn,
mối nối BC phân cực nghịch đạt
đến trạng thái phá vỡ phân cực
nghịch và dòng IC gia tăng rất
nhanh. (vùng break down – vùng
đánh thủng).
8


2.1.4 Các hệ số của BJT
• Hệ số
hay hFE được gọi là độ lợi dòng điện DC và
được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với
dòng DC qua cực nền IB

Hệ số αDC là tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với dòng DC qua
cực phát IE .
α
Liên hệ giữa các hệ số:
α

α
α
α

9

2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT.
2.1.5.1 Chế độ khuếch đại.
• Nguồn áp Vin tạo ra dịng AC qua
cực nền dẫn đến dịng AC qua cực
thu.
• Dịng AC qua cực thu tạo áp AC
ngang qua điện trở RC.
→Transistor khuếch đại tín hiệu AC
cấp vào cực nền. Cần nhớ áp AC trên
RC đảo pha so với áp AC cấp vào trên
cực nền.
• Do mối nối nền phát phân cực thuận
nên điện trở nội
cực phát xét đối
với tín hiệu AC có giá trị rất thấp.
10


2.1.5.1 Chế độ khuếch đại. (tt)
Dịng cực phát tính đối với áp AC là:

Áp AC trên cực thu là vc bằng với áp AC đặt
ngang qua hai đầu điện trở RC:
Độ lợi điện áp (hệ số khuếch đại áp) Av của
mạch transistor :

Vì
là điện trở ngồi và có giá trị rất lớn

so với điện trở nội
→ Điện áp ra luôn có biên độ rất lớn so
với điện áp cấp vào.
→ Ứng dụng trong mạch ampli để
khuếch đại âm thanh.
11


2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT.(tt)
2.1.5.2 Chế độ ON-OFF.
 Trạng thái ngưng dẫn:
Khi IB=0 , transistor hoạt động
trong vùng ngưng dẫn (cut
off) vì mối nối nền phát khơng
được phân cực thuận → IC=0
→ Xem như cực thu và phát hở
mạch và được ký hiệu bằng
khóa điện tương đương hở
mạch.
→ Áp tại cực thu: VC=VCC

12


2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)
 Trạng thái bão hịa:
• Khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng IB gia tăng,
dịng cực thu IC cũng gia tăng theo quan hệ
• Tóm lại, khi IB và IC tăng thì VCE giảm. Khi VCE giảm đến
trạng thái giá trị bảo hòa VCEsat , mối nối BC bắt đầu phân

cực thuận và dòng IC tăng nhanh. Tại lúc bảo hịa, quan hệ
khơng cịn duy trì chính xác. Áp VCEsat thường
được xác định tại điểm khuỷu của đặc tuyến cực thu và có
giá trị khoảng VCEsat = 0,4V đến 0,5V ( Si ).
• Gần đúng: VCEsat ≈ 0V.
→ Áp tại cực thu: VC=0.

13


2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)
 Điều kiện trạng thái bão hòa: Khi mối nối nền phát
phân cực thuận và dòng IB đủ lớn để tạo dòng IC cực
đại, transistor đạt trạng thái bảo hịa.
Khi đạt trạng thái bảo hịa, ta có quan hệ sau:
Giá trị cực tiểu của dòng IB đủ tạo
trạng thái bảo hòa cho transistor là:

Trong thực tế vận hành, ta tạo ra
dịng IB có giá trị hơi lớn hơn giá trị
IBmin xác định để duy trì tốt trạng
thái bảo hòa cho transistor.
14


2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)
 Ứng dụng:
Xét mạch transistor đóng ngắt
tải như hình.
• Khi đóng khóa K: chọn các

thơng số của mạch sao cho
BJT dẫn bão hịa
VCE=VCEsat=0,2V
cuộn dây
của relay có điện sinh ra từ
trường đóng khóa KLoad.
• Khóa K mở: IB=0
BJT ngưng dẫn
cuộn dây relay
khơng có điện khóa KLoad hở mạch.
Diode được sử dụng để dẫn dòng ngược khi cuộn dây relay
phóng điện.

15


2.1.5.3 Công suất cực đại của BJT.
 Công suất tiêu tán trên BJT:

Trong trường hợp đơn giản, ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của
dịng IB (xem IB<
Cơng suất tiêu tán PD không được vượt quá công suất tiêu
tán cực đại cho phép PDmax

16


2.1.5.4 Ví dụ
The picture can't be display ed.

Ví dụ 1: Cho mạch transistor
như hình, biết áp bảo hịa
VCEsat=0,2V. Hãy xác định trạng
thái hoạt động của transistor ?
ĐS: [IC=ICsat=9,8mA; bão hòa]

17


2.1.5.4 Ví dụ (tt)
Ví dụ 2: Cho mạch transistor như hình, tính:
a. Áp VCE khi VIN=0V.
b. Dịng IBmin để BJT hoạt động trong vùng
bảo hòa, biết
=200, bỏ qua giá trị áp
VCEsat .
c. Giá trị cực đại của điện trở RB khi VIN=5V
mà vẫn bảo đảm cho BJT dẫn bão hòa.

ĐS: [10V; 50μA;86K]

18


2.1.5.4 Ví dụ (tt)
Ví dụ 3: Cho: VCC=9V; VCEsat=0,3V; RC=270Ω;
RB=3,3KΩ;
=50. Cho dòng điện qua LED
khi phát sáng là 30 mA. Áp cấp vào cực nền

có dạng xung chữ nhựt.
Xác định biên độ của sóng xung chữ nhựt đủ
để transistor bảo hịa.
Khi tính tốn chọn dịng điện qua cực nền
bằng 2 lần giá trị IBmin để đảm bảo BJT bảo
hịa hồn toàn.

ĐS: [4.95V]

19


2.1.6 Phân cực transistor.
2.1.6.1 Điểm làm việc DC (điểm Q).
a. Phân cực DC.
• Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các
bộ khuếch đại hoạt động trong vùng tuyến tính.
• Nếu bộ khuếch đại khơng được phân cực đúng điểm làm
việc DC, có thể dẫn đến q trình ngưng dẫn hay bảo hịa
khi cấp tín hiệu vào bộ khuếch đại.

20


b. Giải tích mạch dùng đồ thị.
Xét mạch điện:

Khi thay đổi áp VCC và VBB, ta có đặc tuyến
cực thu:

Phân cực để xác định điểm làm việc Q của transistor, ta có:

21


b. Giải tích mạch dùng đồ thị.(tt)

22


d. Vùng làm việc tuyến tính.
• Vùng dọc theo đường tải DC từ vị trí bảo hịa đến vị trí
ngưng dẫn được gọi là vùng làm việc tuyến tính của
transistor.
• Khi transistor hoạt động trong vùng này, điện áp ra được
tái tạo một cách tuyến tính với điện áp vào.

23


e. Sự sái dạng.
• Nên chọn điểm làm việc Q ngay vị trí trung điểm trên đường tải
DC để tránh sự sái dạng áp ra sau khi được khuếch đại (hình a,b).

• Tuy nhiên sự sái dạng áp ngõ ra
cịn phụ thuộc biên độ của áp ngõ
vào trên cực nền (hình c).

24

f. Ví dụ.
• Ví dụ 4:
Khi chưa cấp áp Vin vào
cực nền, điểm làm việc Q được xác
định như sau:

25