Linh kiện điện tử chương 4 transistor lưỡng cực

Chương 4:
Transistor lưỡng cực
NHATRANG UNIVERSITY

•
•
•
•
•
•

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Transistor
Các chế độ làm việc của Transistor
Các cách mắc Transistor trong mạch khuếch đại
Phân cực cho Transistor
Sơ đồ tương đương của Transistor
Một số ứng dụng của Transistor


NHATRANG UNIVERSITY

Transistor lưỡng cực
• Transistor lưỡng cực là linh kiện gồm có 3 lớp bán dẫn
và hai lớp tiếp giáp p-n. Ba lớp bán dẫn được đưa ra ba
cực là Emitter, Base, Collector
– Nếu ba lớp bán dẫn lần lượt là p-n-p thì đó là transistor loại
thuận
– Nếu ba lớp bán dẫn lần lượt là n-p-n thì đó là transistror loại
ngược

Cấu tạo của Transistor
NHATRANG UNIVERSITY

• Lớp Emitter được pha tạp với nồng độ cao nhất
• Lớp Bazo được pha tạp với nồng độ thấp nhất và rất
mỏng
• Lớp Collector được pha tạp với nồng độ trung bình
– Tiếp giáp giữa emitter và bazo gọi là tiếp giáp emitter (J E)
– Tiếp giáp giữa collector và bazo gọi là tiếp giáp collector (J C)


Nguyên lý làm việc của Transistor
NHATRANG UNIVERSITY

• Khi chưa cấp điện áp đến các cực của transistor
thì các tiếp giáp JE, JC ở trạng thái cân bằng nên
tổng dòng điện trong transistor bằng 0
• Để transistor làm việc, phải cấp điện áp một
chiều thích hợp (gọi là phân cực cho transistor):
– Chế độ ngắt (cutoff): Điện áp một chiều làm JE, JC
đều phân cực ngược
– Chế độ dẫn bão hòa (saturation): Điện áp một chiều
làm JE, JC đều phân cực thuận
– Chế độ tích cực (linear): Điện áp một chiều làm JE
phân cực thuận còn JC phân cực ngược.


Chế độ ngắt của transistor
NHATRANG UNIVERSITY

• JC và JE đều phân cực ngược, nên trong
transistor chỉ có dòng ngược của hai tiếp giáp
đều rất nhỏ, nên có thể coi bằng 0. Điện trở của
transistor rất lớn, UCE≈VCC


Chế độ dẫn bão hòa của transistor
NHATRANG UNIVERSITY

• JE và JC đều phân cực thuận nên điện trở của
transistor rất nhỏ và có thể coi như cực C và E bị
nối tắt và UCE xấp xỉ bằng 0


NHATRANG UNIVERSITY

Nguyên lý làm việc của Transistor


NHATRANG UNIVERSITY

Transistor làm việc ở chế độ tích cực
• Để transistor làm việc ở chế độ tích cực (khuếch
đại), thì phải phân cực cho transistor theo
nguyên tắc JE phân cực thuận, JC phân cực
ngược (UC>UB>UE: npn; UC

Transistor làm việc ở chế độ tích cực

NHATRANG UNIVERSITY

• Xét nguyên lý hoạt động của transistor npn

– JE phân cực thuận nên có dòng electron từ miền E
khuếch tán sang miền B→dòng IE
– Các electron từ miền E sang miền B bị tái hợp một
phần với lỗ trống ở miền B, nhưng do miền B pha tạp
rất thấp, và độ dày của nó rất nhỏ nên lượng electron
bị tái hợp rất ít→dòng IB
– Các electron từ miền E khuếch tán qua miền B, đến
được JC sẽ bị điện trường phân cực ngược của JC
cuốn sang miền C→dòng IC

• Đối với transistor pnp cũng hoạt động tương tự
như vậy, nhưng đổi vai trò của electron thành lỗ
trống, và chiều của các dòng điện ngược lại với
transistor npn


NHATRANG UNIVERSITY

I E = I B + IC
IC
α=
IE
IC
β=
= hFE
IB

α: Hệ số truyền
đạt dòng điện
β: Hệ số khuếch
đại dòng điện


Các cách mắc transistor trong sơ
đồ khuếch đại
NHATRANG UNIVERSITY

• Một mạch điện tử xử lý tín hiệu, thường được coi như
một mạng bốn cực với hai đầu đưa tín hiệu vào, và hai
đầu lấy tín hiệu ra
• Transistor là một linh kiện 3 cực, nên để khi sử dụng ta
phải đặt một cực chung cho cả đầu vào và đầu ra. Nếu
dùng chung cực B ta có cách mắc B chung (BC); chung
cực E ta có cách mắc E chung (EC); chung cực C ta có
cách mắc C chung (CC)
U1 (vao)

U2 (ra)

U1 (vao)
E

U2 (ra)

T

U1 (vao)

U2 (ra)
B

U2 (ra)

U1 (vao)
C


Phương trình các họ đặc tuyến của
transistor
NHATRANG UNIVERSITY

•

Coi transistor là một mạng bốn cực, người ta viết được hệ các
phương trình mô tả qua hệ giữa dòng điện, điện áp đầu vào, đầu ra
của transistor từ đó xác định được các đặc tuyến của transistor


Họ đặc tuyến của transistor mắc theo
kiểu B chung
NHATRANG UNIVERSITY

• Dùng phương pháp thực nghiệm, đo các thông số của
mạch để vẽ họ đặc tuyến


Họ đặc tuyến của transistor mắc

theo kiểu B chung
NHATRANG UNIVERSITY

IE mA

UCB = 6V
UCB = 1V

3

UEB (vao)

UCB(ra)
B

1

Họ đặc
tuyến vào

UEB V

UCB = 6V
UCB = 2V

IC mA
IE =3mA

3

IE =2mA
IE =1mA

IE mA
3

-5

Họ đặc tuyến ra và họ
đặc tuyến truyền đạt

UCB V


Họ đặc tuyến của transistor mắc theo
kiểu E chung
NHATRANG UNIVERSITY

• Dùng phương pháp thực nghiệm, đo các thông số của
mạch để vẽ họ đặc tuyến


Họ đặc tuyến của transistor mắc theo
kiểu E chung
NHATRANG UNIVERSITY

IB µ A

UCE = 2V

100

UCE = 6V

UCE (ra)

UBE (vao)
E
UCE = 6V

UBE V
1

Họ đặc
tuyến vào

IC mA
IB =60µA

UCE = 2V

IB =40µA

4

IB =20µA

IB µA
100

-5

Họ đặc tuyến ra và họ
đặc tuyến truyền đạt

UCE V


Họ đặc tuyến của transistor mắc theo
kiểu C chung
IB µ A
NHATRANG UNIVERSITY

100

UCE = 21V

UCE(ra)

UCB(vao)

UCE =41V

C
UCE = 6V IE mA

UCB V

IB =60µA

-4

UCE = 2V

Họ đặc
tuyến vào

IB =40µA

4

IB =20µA

IB µA
100

-5

Họ đặc tuyến ra và họ
đặc tuyến truyền đạt

UCE V


Phân cực cho transistor
NHATRANG UNIVERSITY

• Đối với chế độ dẫn bão hòa và chế độ khóa, chỉ cần
cung cấp một điện áp phân cực đủ lớn (nhỏ) để JE, JC
cùng phân cực thuận (ngược)

• Đối với chế độ tích cực (tuyến tính, khuếch đại), để tín
hiệu khuếch đại không bị méo phải cung cấp các điện
áp, dòng điện một chiều ổn định đến các cực của
transistor (để khi cộng với tín hiệu xoay chiều vào,
transistor không bị rơi vào chế độ dẫn bão hòa hoặc chế
độ khóa)


Điểm làm việc tĩnh và đường tải tĩnh
NHATRANG UNIVERSITY

• Điểm làm việc tĩnh là một điểm nằm trên đặc
tuyến ra tĩnh của transistor, nó xác định điện áp,
dòng điện một chiều trên các cực của transistor


Điểm làm việc tĩnh và đường tải tĩnh
NHATRANG UNIVERSITY

• Tập hợp các điểm làm việc tĩnh, ta được một đường
thẳng gọi là đường làm tải tĩnh
• Với sơ đồ phân cực như hình vẽ dưới thì: Đường tải tĩnh
cắt trục tung tại điểm mà transistor làm việc ở chế độ
dẫn bão hòa; cắt trục hoành tại điểm mà transistor làm
việc ở chế độ khóa; phương trình đường tải tĩnh:
IC=f(UCE)


Ổn định nhiệt cho điểm làm việc tĩnh
NHATRANG UNIVERSITY

•

•

Transistor là linh kiện rất nhạy cảm với nhiệt độ (nhất là các đại
lượng ICB0 và UCE), khi nhiệt độ thay đổi thì sẽ làm các tham số của
trasistor thay đổi vì IC = αIE + Icbo nên khi nhiệt độ thay đổi thì điểm
làm việc tĩnh sẽ thay đổi
Để đánh giá độ ổn định nhiệt người ta sử dụng hệ số ổn định nhiệt:
S= ∆ IC / ∆ Icbo=dIC/dIcb0


Phân cực cho transistor bằng dòng IB
cố định
NHATRANG UNIVERSITY

Dòng IB

IB

EC − U BE
=
RB

Độ ổn định nhiệt
Từ công thức

I C = βI B + ( β + 1) I CB 0
Suy ra

∂I C
S=
= β +1
∂I CB 0


NHATRANG UNIVERSITY

Phân cực cho transistor bằng điện áp
phản hồi

Độ ổn định nhiệt

β +1
S=
RC
1+ β
RC + RB


NHATRANG UNIVERSITY

Phân cực bằng phân áp
Độ ổn định nhiệt

S = ( β + 1)

RB
1+

RE

RB
(1 + β ) +
RE


Sơ đồ tương đương của Transistor làm
việc ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần số thấp
NHATRANG UNIVERSITY

• Khi transistor làm việc ở chế độ tín hiệu nhỏ, tần
số thấp, người ta thường sử dụng sơ đồ tương
đương tham số hỗn hợp h
• Coi transistor là một mạng bốn cực tuyến tính,
các điện áp và dòng điện vào là u1, i1; điện áp ra
và dòng điện ra là u2, i2. Ta có phương trình tham
số hỗn hợp h như sau:

u1 = h11i1 + h12u2

i2 = h21i1 + h22u2

i1
u1

i2

Mạng 4 cực
(BJT)

u2