Bài giảng điện tử tương tự transistor lưỡng cực

Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
1
Transistor lưỡng cực
Bipolar Junction Transistor
Nguyễn Quốc Cường
Bộ môn 3I – ĐHBK HN
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
2
Giới thiệu
• BJT được phát minh vào năm 1948 tại Bell Telephone Lab
• MOSFET được biết đến trước BJT tuy nhiên chỉ được sử
dụng nhiều trong công nghệ chế tạo IC từ năm 1980s
• BJT ngày nay được sử dụng
– chế tại linh kiện rời công suất lớn
– chế tạo IC hoạt động ở tần số cao
• Các ứng dụng
– các thiết bị điện tử trong automotive
– các thiết bị truyền tin không dây
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
3
Cấu trúc đơn giản của BJT kiểu npn
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
4
Cấu trúc đơn giản của BJT kiểu pnp
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
5

• BJT là thiết bị 3 cực
– Emitter (E)
– Base (B)
– Collector (C)
• BJT có 2 tiếp giáp pn
– Tiếp giáp emitter-base (EBJ)
– Tiếp giáp collector-base (CBJ)
• Tùy thuộc vào các chế độ phân cực khác nhau cho 2 tiếp
giáp này BJT có các chế độ hoạt động khác nhau
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
6
Chế độ hoạt động của BJT
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
7
Chế độ tích cực
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
8
dòng điện
• EBJ phân cực thuận:
– điện tử khuếch tán từ E Æ B
– lỗ trống khuếch tán từ B Æ E
– tại B, một số ít e sẽ tái hợp với một số lỗ trống, còn phần lớn
sẽ di chuyển đến gần tiếp giáp CBJ
• CBJ phân cực ngược
– các e trong vùng B sẽ được đẩy qua CBJ do tác dụng của điện
trường
– một số ít lỗ trống từ C sẽ được đẩy qua CBJ vào vùng B

Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
9
• Nếu nhìn từ các cực E,B,C ta có 3 dòng điện tương ứng là i
E
, i
B
và
i
C
– β: hệ số khuếch đại dòng emitter chung
– α: hế số khuếch đại dòng base chung
– Thường các hệ sốβ được chế tạo lớn (~ α gần 1)
CB
EBC B
CE
ii
iii(1 )i
1
ii
β
β
β
α
β
α
=
=+= +
=
+

=
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
10
Mô hình Ebers-Moll (EM)
Mô hình EM của npn
Mô hình EM cho phép xác định tất cả
các chế độ hoạt động của BJT.
Biểu thức Ebers-Moll
SE
exp 1
exp 1
α
α
αα
=−
=− +
⎡⎤
⎛⎞
=−
⎢⎥
⎜⎟
⎝⎠
⎣⎦
⎡⎤
⎛⎞
=−
⎢⎥
⎜⎟
⎝⎠

⎣⎦
=
EDE RDC
CDCFDE
BE
DE
T
BC
DC SC
T
FSE RSC
ii i
ii i
V
ii
V
V
ii
V
ii
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
11
Transistor pnp
• Hoạt động của pnp tương tự như npn, chỉ có điểm khác biệt
là dòng điện chủ yếu được tạo lên bởi các lỗ trống từ E đến
B
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
12

Ký hiệu
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
13
Đặc tính dòng điện – điện áp
• Họ đường cong đặc tính I-V
– i
C
-v
CB
với i
E
= const
– i
C
-v
CE
với i
B
= const
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
14
Đặc tính i
C
-v
CB
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
15

• Để đo đặc tính i
C
-v
CB
: Với mỗi giá trị i
E
thay đổi v
CB
để đo
được dòng i
C
• Trong vùng tích cực thuận
– Dòng i
C
tăng ít khi v
CB
tăng, mặc dù i
E
giữ cố định Æ hiệu ứng
Early
– Ứng với v
CB
lớn, dòng i
C
tăng rất nhanh Æ hiện tượng
breakdown
– Hệ số alpha : có 2 kiểu định nghĩa (thực tế 2 hệ số này sai
khác không nhiều)
C
E

i
i
α
≡
được gọi là hệ số α tổng hay hệ số α tín hiệu lớn
CB
C
E
vconst
i
i
α
=
∆
≡
∆
được gọi là hệ số tín hiệu nhỏ
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
16
• Trong vùng bão hòa
– Điện áp v
CB
< -0.4 V
– Thường chênh áp v
BE
= 0.7V Æ v
CE
bão hòa = 0.1V đến 0.3V
Transistor lưỡng cực

Nguyễn Quốc Cường
17
Hiệu ứng Early
• Trong vùng tích cực thuận
– Lý tưởng: i
C
= αi
E
Æ đặc tính i
C
-v
CB
là đường nằm ngang
– Thực tế: khi v
CB
tăng Æ i
C
tăng Æ hiệu ứng Early
• Mắc mạch emitter chung (như hình vẽ), ứng với mỗi v
BE

thay đổi v
CE
ta thu được các giá trị i
C
khác nhau
– Theo mô hinhf Ebers-Moll khi v
BE
= const thì i
C

phụ thuộc rất ít
vào v
CE
(do v
BC
< 0)
– Thực tế i
C
có thể phụ thuộc nhiều vào v
CE
(hay v
BC
)
– Nếu kéo dài các đương i
C
-v
CE
trong vùng tích cực thuận sẽ gặp
nhau tại điểm V
A
gọi là điện áp Early (cỡ 50V đến 100V)
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
18
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
19
Đặc tính i
C
-v

CE
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
20
Miền tích cực
C
Fdc
B
i
i
ββ
≡≡
Hệ số khuếch đại dòng dc
β
=
∆
=
∆
CE
C
ac
B
vconst
i
i
•Hệ số khuếch đại dòng dc và ac trong thực tế thường sai
khác từ 10% đến 20%
•Hệ số
β
dc

phụ thuộc vào điểm làm việc
• Trong phân tích gần đúng thường giả thiết hệ số
β
dc
là
không đổi
Hệ số khuếch đại dòng ac
Transistor lưỡng cực
Nguyễn Quốc Cường
21
Miền bão hòa
• Xem xét điểm X trong
miền bão hòa
β
<
Csat F B
ii
β
β
β
≡
<
Csat
forced
B
forced F
i
i