tìm hiểu về transistor BJT

1
Chương 3. Transistor BJT
(Bipolar junction transistor)
I. Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng:
Các ký tự: E(Emitter): Cực phát, B(Base): cực nền, C(collector): cực thu
2
3
II. Nguyên lý hoạt động:
Để BJT làm việc, người ta đưa điện áp 1 chiều tới các điện cực
của nó, gọi là phân cực cho BJT. Đối với chế độ KĐ thì V
BE
phân
cực thuận, V
BC
phân cực ngược.
Áp dụng định luật kirchhoff ta được:
Đặt:
.
C
E
C E
I
I
I I
α
α
=
⇒ =
: Hệ số truyền đạt
(2)
E C B

I I I= +
(1)
4
Thế (1) vào (2):
( )
1
C B C
C B
I I I
I I
α
α
α
= +
⇒ =
−
Đặt:
1
α
β
α
=
−
: Hệ số khuếch đại dòng transistor
Vậy:
( 1)
C B
E B
I I
I I

β
β
=
⇒ = +
Ta nói BJT có chức năng KĐ dòng 1 chiều.
α thường có giá trị: 0,97 < α < 0,99, thường xem α ≈ 1
Do β >> 1 nên ta có thể xem I
C
≈ I
E
= β.I
B
5
III. Đặc tuyến V-A:
3.1. Mạch B chung(CB): (common Base)
Tín hiệu cần KĐ đưa vào giữa cực E và B, tín hiệu sau khi đã
KĐ được lấy ra từ cực C và B. Cực B là cực chung của mạch vào
và ra. Như vậy dòng vào là dòng emitter, dòng ra là dòng collector,
điện áp vào là điện áp V
EB
, điện áp ra là điện áp V
CB
.
6
3.1.1. Đặc tuyến ngõ vào(input curves):
Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng I
E
theo điện thế ngõ
vào V
EB

với V
CB
được chọn làm thông số.
-
Khi mối nối C-B để hở, đặc tuyến có dạng như đặc tuyến diode
khi phân cực thuận.
-
Điện áp ngưỡng của đặc tuyến giảm khi V
CB
tăng
7
3.1.2. Đặc tuyến ngõ ra(output curves):
Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng I
C
theo điện thế ngõ
vào V
CB
với dòng I
E
được chọn làm thông số.
8
3.2. Mạch E chung(CE): (common Emitter)
Đây là cách mắc thông dụng nhất trong các ứng dụng của BJT.
Mạch điện như sau:
Cực E là cực chung của mạch vào và ra, dòng điện vào là I
B
, dòng
ra là I
C
, điện áp vào là V

BE
, điện áp ra là V
CE
.
9
3.2.1. Đặc tuyến ngõ vào(input curves):
Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng I
B
theo điện thế ngõ
vào V
BE
với V
CE
được chọn làm thông số.
10
3.2.2. Đặc tuyến ngõ ra ( output curves):
Là đặc tuyến biểu diễn dòng I
C
theo điện thế ngõ ra V
CE
với dòng
ngõ vào I
B
được chọn làm thông số.
11
3.3. Mạch C chung(CC): (common Collector)
Tín hiệu cần KĐ đưa vào giữa cưc B và C. Tín hiệu ra được lấy ở
cực E và C.
Mạch CC có tính chất là tổng trở vào lớn, tổng trở ra nhỏ ngược
với mạch CB, CE hay còn gọi là mạch theo điện áp. Thông thường

người ta sử dụng làm mạch tiền KĐ.
Đặc tuyến ngõ ra của cấu hình CC giống như CE
12
IV. Các dạng mạch phân cực của BJT:
4.1. Mạch phân cực kiểu định dòng cực B:
Các bước để giải tích mạch:
- Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng ngõ vào (I
B

hoặc I
E
)
- Bước 2: Suy ra dòng ngõ ra từ các liên hệ I
C
= βI
B
- Bước 3: Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn
lại(điện thế tại các chân, giữa các chân của BJT)
13
4.2. Mạch phân cực ổn định cực E:
Trong thực tế thường chọn R
E
sao cho:
1 1
5 10
E CC
V V
 
= ÷
 ÷

 
14
4.3. Mạch phân cực kiểu phân áp:
15
* Ta cũng có thể phân tích gần đúng như sau:
Lúc này có thể xem I
BQ
rất nhỏ. Do đó:
2
1 2
B
B CC
B B
R
V V
R R
=
+
BE B E E B BE
V V V V V V= − ⇒ = −
E
EQ CQ
E
V
I I
R
= =
Mà:
* Chú ý:
Trong thiết kế mạch, để ổn định điểm làm việc và thường chọn

R
B1
, R
B2
như sau:
1
. .
10
BB E
R R
β
≤
1
2
.
.
1
CC
B BB
BB
BB CC
BB
B
BB
CC BB
CC
V
R R
V
R V

R
R
V
V V
V

=




= =

−
−



⇒
⇒
16
4.4. Mạch phân cực nhờ hồi tiếp từ cực C:
17
4.5. Phân tích đường đặc tải:
1
CC
C CE
C E C E
V
I V

R R R R
⇒ =− +
+ +
Ta có phương trình ngõ ra biểu diễn mối quan hệ giữa 2 biến I
C
và V
CE
:
Đây là phương trình đường đặc tải dc của mạch.
0
CC C C CE E E
V I R V I R− − − =
18
4.6. Thiết kế mạch phân cực:
Ví dụ 1:
Cho mạch phân cực với đặc tuyến ngõ ra của BJT như
hình vẽ. Xác định V
CC
, R
C
, R
B
?
19
Hãy thiết kế mạch phân cực có dạng như hình vẽ. Với
I
CQ
=2mA, V
CEQ
=10v.

Ví dụ 2:
20
Ví dụ 3:
Hãy thiết kế mạch phân cực có dạng như hình vẽ, với
BJT(Si).
21
4.7. BJT họat động như một chuyển mạch:
BJT không những chỉ được sử dụng trong các mạch điện tử thông
thường như khuếch đại tín hiệu, dao động … mà còn có thể được
dùng như một ngắt điện(Switch), là mô hình căn bản của 1 mạch
đảo(inverter)
Ví dụ 1:
Điều kiện để BJT bão hoà:
Csat
B
DC
I
I
β
>
22
Ví dụ 2:
Xác định R
C
và R
B
của mạch? Nếu I
Csat
=10mA
23

V. Phân tích mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT:
5.1. Mô hình của BJT:
Về BJT, người ta thường dùng mạch tương đương kiểu mẫu r
e

hay mạch tương đương theo thông số h. Dưới đây mô tả mạch
tương đương theo thông số h.
Mạch cực E chung và cực C chung
24
Mạch cực B chung
Mô hình sau đây là mạch tương đương tổng quát của BJT theo
thông số h một cách đầy đủ, ở đó có thể xem BJT như một tứ cực.
25
5.2. Tầng khuếch đại dùng BJT mắc E chung:
Phân tích mạch tương đương tín hiệu nhỏ là chủ yếu tính các
thông số:
Độ lợi áp(A
V
), độ lợi dòng(A
i
), tổng trở vào(R
i
), tổng trở
ra(R
o
).