kỹ thuật điện tử (Nguyễn Duy Nhật Viễn) - Chương 3: BJT và ứng dụng potx

Kỹ thuật điện tử
Kỹ thuật điện tử
Nguyễn Duy Nhật Viễn

Chương 3
Chương 3
BJT và ứng dụng
BJT và ứng dụng


Nội dung
Nội dung

Cấu tạo BJT

Các tham số của BJT

Phân cực cho BJT

Mạch khuếch đại dùng BJT

Phương pháp ghép các tầng khuếch đại

Mạch khuếch đại công suất

Cấu tạo BJT
Cấu tạo BJT


BJT (Bipolar Junction Transistors)

BJT (Bipolar Junction Transistors)

Cho 3 lớp bán dẫn tiếp xúc công nghệ liên tiếp
nhau.

Các cực E: Emitter, B: Base, C: Collector.

Điện áp giữa các cực dùng để điều khiển dòng
điện.


Hai loại BJT
Hai loại BJT
NPN
NPN
PNP
PNP
n
n
p
p
n
n
E
B
C
p
p
n
n

p
p
E
B
C
Cấu tạo Cấu tạo
B
C
E
Ký hiệu
B
C
E
Ký hiệu


Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động

Xét BJT NPN
N P N
R
E
R
C
E
E
E
C
E=E

E
+E
C
E
E
E
C
I
C
I
B
I
E
E C
B


Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động

Từ hình vẽ:

I
E
= I
B
+ I
C

Định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện:


α = I
C
/I
E.


ĐỊnh nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện:

β = I
C
/ I
B.

Như vậy,

β = I
C
/ (I
E
–I
C
) = α /(1- α);

α = β/ (β+1).

Do đó,

I
C

= α I
E
;

I
B
= (1-α) I
E;


β ≈ 100 với các BJT công suất nhỏ.


Chiều dòng, áp của các BJT
Chiều dòng, áp của các BJT
B
B
C
C
E
E
I
I
E
E
I
I
C
C
I

I
B
B
-
-
+
+
V
V
BE
BE
V
V
BC
BC
+
+
-
-
+
+
-
-
V
V
CE
CE
B
B
C

C
E
E
I
I
E
E
I
I
C
C
I
I
B
B
-
-
+
+
V
V
EB
EB
V
V
CB
CB
+
+
-

-
+
+
-
-
V
V
EC
EC
npn
npn
I
I
E
E
= I
= I
B
B
+ I
+ I
C
C
V
V
CE
CE
= -V
= -V
BC

BC
+ V
+ V
BE
BE
pnp
pnp
I
I
E
E
= I
= I
B
B
+ I
+ I
C
C
V
V
EC
EC
= V
= V
EB
EB
- V
- V
CB

CB


Ví dụ
Ví dụ

Cho BJT như hình vẽ.

Với IB = 50 µ A , IC = 1 mA

Tìm: IE ,  và α

Giải:

IE = IB + IC = 0.05 mA + 1 mA = 1.05 mA

 = IC / IB = 1 mA / 0.05 mA = 20

α = IC / IE = 1 mA / 1.05 mA = 0.95238

α còn có thể tính theo .

α =  = 20 = 0.95238

 + 1 21
+
+
_
_
+

+
_
_
I
I
C
C
I
I
E
E
I
I
B
B
E
E
B
B
C
C
V
V
CB
CB
V
V
BE
BE

Đặc tuyến tĩnh của BJT
Đặc tuyến tĩnh của BJT

Giữ giá trị I
B
không đổi, thay đổi E
C
, xác định I
C
, ta có:

I
C
=f(U
CE
)
I
B
=const
V
mA
µA
E
C
E
B
R
B
R

C
Q
U
CE
I
B
I
C
U
U
CE
CE
I
I
C
C
Vùng tích
Vùng tích
cực
cực
I
I
B
B
Vùng bão hòa
Vùng bão hòa
Vùng cắt I
Vùng cắt I
B
B

= 0
= 0

Các tham số của
Các tham số của
BJT
BJT


BJT như một mạng 4 cực
BJT như một mạng 4 cực

Xét BJT NPN, mắc theo kiểu E-C


Tham số trở kháng z
Tham số trở kháng z
ik
ik

Hệ phương trình:

U
1
=z
11
I
1
+z
12

I
2
.

U
2
=z
21
I
1
+z
22
I
2
.

Ở dạng ma trận:

U
1
z
11
z
12
I
2
.

U
2

z
21
z
22
I
2
.

z
11
=U
1 ,
z
12
=U
1 ,

I
1
I
2
=0 I
2
I
1
=0

z
21
=U

2 ,
z
22
=U
2 ,

I
1
I
2
=0 I
2
I
1
=0

z
11
: Trở kháng vào của
BJT khi hở mạch ngõ ra.

z
12
: Trở kháng ngược của
BJT khi hở mạch ngõ
vào.

z
21
: Trở kháng thuận của

BJT khi hở mạch ngõ ra.

z
22
: Trở kháng ra của BJT
khi hở mạch ngõ vào.



Tham số dẫn nạp y
Tham số dẫn nạp y
ik
ik

Hệ phương trình:

I
1
=y
11
U
1
+y
12
U
2
.

I
2

=y
21
U
1
+y
22
U
2
.

Ở dạng ma trận:

I
1
y
11
y
12
U
2
.

I
2
y
21
y
22
U
2

.

y
11
= I
1 ,
y
12
=I
1 ,

U
1
U
2
=0 U
2
U
1
=0

y
21
= I
2 ,
y
22
= I
2 ,


U
1
U
2
=0 U
2
U
1
=0

y
11
: Dẫn nạp vào của BJT
khi ngắn mạch ngõ ra.

y
12
: Dẫn nạp ngược của
BJT khi ngắn mạch ngõ
vào.

y
21
: Dẫn nạp thuận của
BJT khi ngắn mạch ngõ
ra.

y
22
: Dẫn nạp ra của BJT

khi ngắn mạch ngõ vào.



Tham số hỗn hợp h
Tham số hỗn hợp h
ik
ik

Hệ phương trình:

U
1
=h
11
I
1
+h
12
U
2
.

I
2
=h
21
I
1
+h

22
U
2
.

Ở dạng ma trận:

U
1
h
11
h
12
I
2
.

I
2
h
21
h
22
U
2
.

h
11
=U

1 ,
h
12
=U
1 ,

I
1
U
2
=0 U
2
I
1
=0

h
21
=I
2 ,
h
22
=I
2 ,

I
1
U
2
=0 U

2
I
1
=0

h
11
: Trở kháng vào của
BJT khi ngắn mạch ngõ
ra.

h
12
: Hệ số hồi tiếp điện áp
của BJT khi hở mạch ngõ
vào.

h
21
: Hệ số khuếch đại
dòng điện của BJT khi
ngắn mạch ngõ ra.

h
22
: Dẫn nạp ra của BJT
khi hở mạch ngõ vào.


Phân cực cho BJT

Phân cực cho BJT


Phân cực cho BJT
Phân cực cho BJT

Cung cấp điện áp một chiều cho các cực của
BJT.

Xác định chế độ họat động tĩnh của BJT.

Chú ý khi phân cực cho chế độ khuếch đại:

Tiếp xúc B-E được phân cực thuận.

Tiếp xúc B-C được phân cực ngược.

Vì tiếp xúc B-E như một diode, nên để phân cực
cho BJT, yêu cầu V
BE
≥Vγ.

Đối với BJT Ge: Vγ~0.3V

Đối với BJT Si: Vγ~0.6V


Đường tải tĩnh và điểm làm
Đường tải tĩnh và điểm làm
việc tĩnh của BJT

việc tĩnh của BJT

Đường tải tĩnh được vẽ
trên đặc tuyến tĩnh của
BJT. Quan hệ: I
C
=f(U
CE
).

Điểm làm việc tĩnh nằm
trên đường tải tĩnh ứng
với khi không có tín hiệu
vào (xác định chế độ
phân cực cho BJT).

Điểm làm việc tĩnh nằm
càng gần trung tâm KL
càng ổn định.
L
K
I
B
=0
I
B
=max


Phân cực bằng dòng cố định

Phân cực bằng dòng cố định

Xét phân cực cho BJT NPN

Áp dụng KLV cho vòng I:

I
B
=(V
B
-U
BE
)/R
B
.

Áp dụng KLV cho vòng II:

U
CE
=V
CC-
I
C
R
C
.
I

Phân cực bằng dòng cố định
Phân cực bằng dòng cố định

Xác định điểm làm việc
tĩnh:

Phương trình tải tĩnh:

V
CC
=I
C
R
C
+U
CE
.

Là phương trình đường
thẳng.

U
CE
=0, I
C
=V
CC
/R
C
.


I
C
=0, U
CE
=V
CC.

Điểm làm việc tĩnh:

Giao điểm giữa đường tải
tĩnh với đặc tuyến BJT của
dòng I
B
phân cực.


Phân cực bằng dòng cố định
Phân cực bằng dòng cố định

Tính ổn định nhiệt

Khi nhiệt độ tăng, IC tăng, điểm làm
việc di chuyển từ A sang A’. BJT dẫn
càng mạnh, nhiệt độ trong BJT càng
tăng, càng làm IC tăng lên nữa.

Nếu không tản nhiệt ra môi trường,
điểm làm việc có thể sang A’’ và tiếp
tục.


Vị trí điểm làm việc thay đổi, tín hiệu
ra bị méo.

Trường hợp xấu nhất có thể làm
hỏng BJT.
A
A’
A’’
U
CEA
U
CE
I
C
I
CA
I
CA’
I
CA’’


Phân cực bằng dòng cố định
Phân cực bằng dòng cố định

Ví dụ

Cho mạch như hình
vẽ, với V

BB
=5V,
R
BB
=107.5kΩ, β=100,
R
CC
=1kΩ, Vγ=0.6V,
V
CC
=10V.

Tìm I
B
, I
C
, V
CE
và công
suất tiêu tán của BJT.

Xác định điểm làm
việc tĩnh của BJT.


Phân cực bằng dòng cố định
Phân cực bằng dòng cố định

Tìm I
B

, I
C
, V
CE
và công suất tiêu tán của BJT.

Để BJT họat động ở chế độ khuếch đại, chọn
UBE=Vγ

Áp dụng KLV cho nhánh B-E

I
B
=(V
BB
-U
BE
)/R
BB
~40µA.

I
C
= βI
B
=4mA

Áp dụng KLV cho nhánh C-E:

U

CE
=V
CC
-I
C
R
C
=6V

Công suất tiêu tán BJT:

P=U
CE
.I
C
=24mW.


Phân cực bằng dòng cố định
Phân cực bằng dòng cố định

Xác định điểm làm việc tĩnh:

Phương trình tải tĩnh:

V
CC
=I
C
R

CC
+U
CE
.

Là phương trình đường thẳng.

U
CE
=0, I
C
=V
CC
/R
CC
=10mA.

I
C
=0, U
CE
=V
CC
=10V.

Điểm làm việc tĩnh:

Giao điểm giữa đường tải tĩnh với đặc tuyến BJT của dòng IB
phân cực (40µ).


Điểm làm việc nằm gần giữa đường tải tĩnh, mạch tương đối
ổn định.
Ic(mA)
U
CE
(V)
10
10
A(6V,4mA)
6
40µA
4