Chương 4 ĐTCS transistor va ung dung (day du) (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN
1

ĐIỆN TỬ CƠ SỞ
Lớp: HNK38

9 September 2015


2

Chương 4

TRANSISTOR VÀ ỨNG DỤNG

9 September 2015


Nội dung chương
Phần 1

3

Phần 2

1. Giới thiệu

10. Áp dụng tính toán trở kháng vào của

2. Các transistor lưỡng cực, BJTs

bộ khuếch đại CE

3. Phân cực transistor
4. Các dòng của BJT
5. Phân cực bằng cầu chia thế (Voltage
divider bias)

11. Bộ khuếch đại Collector chung
12. BJT dùng như chuyển mạch

6. Đường cong đặc trưng collector
7. Các tuyến tải
8. Hoạt động của tín hiệu (ac)
9. Mạch khuếch đại CE
Phần tóm tắt

9 September 2015


4

Phần 1
1. Giới thiệu
• Transistor là thiết bị bán dẫn điều khiển dòng (điện) giữa hai

trạm kết nối dựa trên dòng hoặc thế ở trạm thứ ba.
• Được sử dụng để khuếch đại hoặc chuyển mạch các tín hiệu điện.

• Cấu trúc cơ bản của transistor lưỡng cực, BJT, xác định đặc trưng

hoạt động của nó.

• Phân cực DC là quan trọng đối với hoạt động của các transistor khi
xác lập các dòng và thế riêng trong mạch transistor.
• Hai tham số quan trọng là αDC và βDC.
9 September 2015


5
2. Các transistor lưỡng cực, BJTs
BJT là transistor có 3 miền (region) và hai tiếp giáp pn. Các miền này có tên là

cực phát (emitter), cực gốc (base) và cực góp (collector); mỗi miền được nối
với một dây dẫn (chì, thép).

• Có hai loại BJT:

npn

và

pnp

• Tách miền nhờ hai tiếp giáp (junction).

Hình 4.1 Tách miền qua tiếp giáp
9 September 2015


2. Các transistor lưỡng cực, BJTs (tt)

Hình 4.2 (a) Ký hiệu transistor

6

(b) Một số dạng transistor điển hình
9 September 2015


7

3. Phân cực transistor

Để hoạt động bình thường, tiếp giáp base-emitter được phân cực thuận
và tiếp giáp base-collector được phân cực nghịch.
• Đối với transistor npn, điều kiện này đòi hỏi VB > VE và VC > VB.
• Đối với transistor pnp, điều kiện này đòi hỏi VB < VE và VC < VB.

Hình 4.3 Phân cực transistor
9 September 2015


8

4. Các dòng của BJT

IE = IC + IB

Hình 4.4 Biểu diễn các dòng của BJT
9 September 2015

9

4. Các dòng của BJT (tt)

• Một dòng cực gốc (IB) nhỏ có thể điều khiển dòng cực góp (IC) lớn hơn.

• Các mối tương quan chính đối với BJT là:
IE  IC  IB

Xác lập hệ số alpha DC:


DC

 IC / IE  IC  

DC

IE ,

và hệ số beta DC:
 DC  I C / I B  I C   DC I B .

Hình 4.5 Minh họa biểu kiến cho BJT
9 September 2015


10

5. Phân cực bằng cầu chia thế (Voltage divider bias)
• Do dòng cực gốc nhỏ nên xấp xỉ VB là hữu ích để tính thế cực gốc:
VB


R2
 

 R1  R 2


V CC ;



• Sau khi tính VB, tìm VE bằng cách trừ 0.7 V đối với VBE,

VCC

V E  V B  V BE ;

• Kế tiếp, tính IE khi áp dụng định luật Ohm cho RE,
IE 

VE

;

RE

• Sau đó, xem gần đúng: I C  I E ;
• Cuối cùng, có thể tìm thấy thế collector, VC, từ:
V C  V CC  I C R C ,



Hình 4.6 Phân cực BJT

V CE  V C  V E .

9 September 2015


11

5. Phân cực bằng cầu chia thế (tt)
EX 1

Tính VB, VE và VC đối với mạch trong hình 4.7.
GIẢI
VB


R2



 R1  R 2


6 .8 k


V CC  
  15 V  3 . 02 V

 2 .7 k  6 .8 k 


V E  V B  V BE  V B  0 . 7 V  2 . 32 V

IE 

VE
RE



2 . 32 V

 2 . 32 mA

1k

I C  I E  2 . 32 mA
V C  V CC  I C R C  15 V   2 . 32 mA

  2 .2 k  

Hình 4.7 Phân cực
trans. 2N3904
9 . 9V .

9 September 2015


5. Phân cực bằng cầu chia thế (tt)
EX 2 Hãy xác định VB, VE, VC, IE và IC trong hình đã cho. Transistor
2N3904 là loại BJT phổ dụng có hệ số điển hình βDC = 200.
GIẢI

12

?

9 September 2015


13
6. Đường cong đặc trưng collector
• Def. Các đường cong đặc trưng collector là tập đường cong biểu diễn
dòng collector biến thiên ra sao theo thế collector-emitter đối với dòng IB
cho trước.

• Tập đường cong này được chia làm 3 vùng:
Vùng 1 (xanh): Thế VCE nhỏ.
Vùng 2 (vàng): Thế VCE tăng dần
theo IB biến thiên chậm.

Vùng 3 (tím): Thế VCE tăng chậm
theo IB thác lũ. Vùng này rất nguy
hại cho transistor.

9 September 2015


14

6. Đường
cong đặc
trưng
collector (tt)
(a) Mạch điện tử

Vùng
bảo
hòa

Vùng hoạt động

Vùng
đánh
thủng

(b) Đường cong IC theo VCE đối với một giá trị IB

(c) Tập đường cong IC theo VCE đối
với nhiều giá trị IB (IB1 < IB2 <

IB3 < IB4, …)

9 September 2015


15

6. Đường cong đặc trưng collector (tt)

Ex 3 Hãy vẽ họ đường cong đặc trưng collector đối với mạch trong hình 4.11
theo các dòng IB = 5 µA đến 25 µA có bước tăng 5 µA. Giả định βDC = 100.

Hình 4.11 Mạch phân cực transistor có hệ số βDC = 100
(Lời giải ở trang kế tiếp.)
9 September 2015


16

6. Đường cong đặc trưng collector (tt)
GIẢI
Dòng

I C   DC I B
I C  100 x 5  A  0 . 5 mA .

Bảng giá trị

Họ đường cong biểu diễn IC theo VCE

IB

IC

5 µA

0.5 mA

10 µA

1 mA

15 µA

1.5 mA

20 µA

2 mA

25 µA

2.5 mA

9 September 2015


7. Các tuyến tải (load lines)

17

Def Tuyến (đường) tải là đường cong IV biểu trưng cho đáp ứng của
mạch mở rộng cho tải nhất định nào đó.

Chẳng hạn, tuyến tải đối với mạch Thevenin có thể được tìm ra bằng cách
tính hai điểm cuối: dòng với tải ngắn mạch, và thế ngõ ra không tải.

9 September 2015


18

7. Các tuyến tải (tt)
Đáp ứng IV đối với tải bất kỳ sẽ giao cắt (intersect) tuyến tải, và cho
phép đọc trực tiếp dòng tải lẫn thế tải trên biểu đồ.
Ex 4: Đọc dòng tải và thế tải trên biểu đồ nếu trở tải bằng 3 k.

9 September 2015


7. Các tuyến tải (tt)

19

Khái niệm tuyến tải có thể mở rộng được cho mạch transistor.
Chẳng hạn, nếu transistor được nối như tải, đường cong đặc trưng
và dòng cực gốc (IB) thiết lập điểm Q.

Hình 4.15 Bổ sung mạch transistor
làm tải

9 September 2015


20

7. Các tuyến tải (tt)
Các tuyến tải có thể minh họa các điều kiện hoạt động cho mạch
transistor. Giả định các đường IV được biểu diễn như sau:
Nếu bổ sung một tải transistor vào mạch cuối (xem hình 4.15),
dòng base sẽ được thiết lập.
Giả định dòng base được biểu
thị bởi màu xanh

9 September 2015


21
7. Các tuyến tải (tt)
Ex 5: Đối với transistor đã nêu, giả định IB được thiết lập ở 10 µA nhờ
mạch phân cực, β xấp xỉ 240. Hãy chỉ ra điểm Q và đọc các giá trị VCE và IC.

GIẢI
Nếu bổ sung một tải transistor vào mạch cuối (xem hình 4.15), dòng
base sẽ được thiết lập.

Verified values = ?
9 September 2015


8. Hoạt động của tín hiệu (ac)

22

Khi tín hiệu được áp tới mạch transistor, ngõ ra có thể có biên độ lớn hơn
do dòng base nhỏ điều khiển dòng collector lớn hơn.
• Tác vụ nâng tín hiệu này được gọi là sự khuếch đại (amplification).
• Tỷ số giữa dòng góp ac (Ic) với dòng gốc ac (Ib) được xác lập bằng
hệ số beta ac (βac).

Hình 4.18 Bộ khuếch đại có cầu phân cực thế liên kết tín hiệu vào. Các thế Vin
và Vout so với đất.
9 September 2015


8. Hoạt động của tín hiệu (tt)

23

Ex 6: Đối với tuyến tải và các đường cong đặc trưng trong Ex 5 (chỉ ra
điểm Q) giả định IB biến thiên giữa 5 µA và 15 µA do tín hiệu vào. Dòng
collector thay đổi như thế nào?
GIẢI
 Sự hoạt động dọc theo

tuyến tải được biểu thị bởi
màu đỏ.
 Tiến hành đọc dòng
collector, IC biến thiên từ
1.2 mA đến 3.8 mA.

Verified values = ?

Hình 4.19 Biểu đồ dòng collector biến thiên.
9 September 2015


9. Mạch khuếch đại CE (common emitter)

24

Trong mạch khuếch đại emitter chung, tín hiệu ngõ vào được áp tới cực
gốc (base) và ngõ ra được lấy từ cực góp (collector).
Đặc điểm: Tín hiệu ra lớn hơn nhưng bị đảo.

Hình 4.20 Mạch khuếch đại emitter chung
9 September 2015


25
9. Mạch khuếch đại CE (tt)
Chức năng Tụ truyền qua (bypass): làm tăng hệ số khuếch đại (hskđ)
thế.

Lý do: Tụ này triệt bớt tín hiệu quanh trở RE để tăng hskđ thế.

Hình 4.20 Mạch khuếch đại emitter chung
9 September 2015