đại cương về transior lưỡng cực BJT (BJTBIPOLAR JUNTION TRANSISTOR)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.27 MB, 29 trang )
Chương 3:
ĐẠI CƯƠNG VỀ TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
(BJT-BIPOLAR JUNTION TRANSISTOR)
3.1 GIỚI THIỆU:
Transistor lưỡng cực BJT là linh kiện bán dẫn có cấu
tạo cơ bản dựa trên hai chuyển tiếp P-N.
Khi đặt 3 phiến bán dẫn vào sát nhau n+,p,n
Hình thành 2 chuyển tiếp tương đương với 2 điodes
3.2. CẤU TRÚC TRANSISTOR LƯỠNG CỰC:
Là linh kiện bán dẫn ba lớp , bao gồm hai lớp bán dẫn loại N và một
lớp bán dẫn loại P ( gọi là transistor N-P-N) hoặc gồm hai lớp bán dẫn
loại P và một lớp bán dẫn loại N ( gọi là transistor P-N-P).
E: cực phát ( Emitter) C: cực thu (collection) B: cực nền (Base)
3.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR:
Có hai loại transistor là P+ -N-P và N+ -P-N, xét
transistor loại NPN sau:
Phân cực thuận chuyển tiếp P-N
JEth
+
+
E
-
N+
+ + + + JE
JCng
-
-
-
-
P
B
JC
-
+
+
+
+
+
VC
+
₊
C
N
TH1: Khi VB = 0V, VE < 0V, VC >0V:
Gọi α là hệ số truyền đạt có tỷ lệ:
Số hạt đến cực C
≈ 0,995 ÷ 1
Tổng số hạt phát ra từ cực E
Ta có : IC = αIE +ICEO
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
IE =IC +IB
Hệ số khuếch đại dòng
>>1
IC =βIB +ICBO
Trong đó: ICEP và ICBO là các dòng điện rò do các hạt dẫn thiểu
số tạo thành, các dòng rò này có giá trị khoảng nA đến vài μA.
TH1: Khi VB = 0V, VE < 0V, VC >0V:
JEth
+
E
+
-
N+
RE
+ + + + JE
JCng
-
-
-
-
P
-
+
+
-
+
JC
B
-
RB
+
+
IC ICB
₊₊
C
N
RC
TH2: VB ≥ 0V, VC >0V, VE < 0V (JE và JC cùng phân cực thuận)
JEth
+
E
+
-
N+
RE
+ + + + JE
JCng
-
-
-
-
P
B
JC
RB
-
+
+
+
+
+
+
IC ICB
₊₊
C
N
RC
TH3: Khi VE ≥ 0V; VC > 0V
Lúc này transistor ở trạng thái ngắt.
JEth
+
+
E
+
N+
RE
+ + + + JE
JCng
-
-
-
-
P
B
JC
RB
-
+
+
+
+
+
+
IC ICB
₊₊
C
N
RC
Từ đó ta có kết luận rằng:
1+ Trạng thái dẫn khi JEth và JCng , IC ≠0 ; IE = IC + IB
2 + Trạng thái bão hoà khi Jeth và JCng , IC =Imax do hai dòng
thuận của hai tiếp giáp tạo ra, BJT được coi như là nguồn điện
và không có khả năng khuếch đại tín hiệu.
3+ Trạng thái ngắt khi Jeng và JCng , dòng chạy trong BJT là
dòng thuận của chuyển tiếp P-N ở tại cực nền và cực thu có
giá trị rất nhỏ và ngược chiều với IC lúc đang dẫn, ta nói
IC =Icmin ≈ 0, trạng thái này là trạng thái không dẫn và không
khuếch đại tín hiệu xoay chiều.
Transistor P-N-P:
Phân cực thuận mối nối BE:
-
E
-
P
RE
+
+
+
+
+
+
JE
N
B
+
+
+ + + + JC
RB
-
C
P
RC
Phân cực nghịch mối nối Je và Thuận Jc
-
E
P
RE
- +
- +
- +
- +
JE
+
+
+
N
B
+
+ + + + JC
RB
-
C
P
RC
Chiều các hạt tải đa số và thiểu số trong transistor P-N-P
Áp dụng định luật Kirchhoff:
IE = IC +IB
IC =IC majority +ICBO minority
IC
IE
IB
3.4.ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPE:
3.4.1.Mạch cực B chung – CB (common Base)
a) Họ đặc tuyến ngõ vào; b) Họ đặc tuyến ngõ ra ; c) Họ đặc tuyến TĐ
VEB
VCB
VEB
VCB
VEB
VEB
VCB
VCB
VEB
VCB
VEB
a. Họ đặc tuyến ngõ vào của mạch khuếch đại cực B chung;
b. Họ đặc tuyến ngõ ra của mạch khuếch đại cực B chung; c. Đặc tuyến truyền đạt
VCB
3.4.2. Mạch cực E chung – CE (common emitter):
Mạch cực E chung common emitter CE
IC
VCE3
VCE2
VCE1
0
a. đặc tuyến ngõ ra;
b. đặc tuyến ngõ vào;
(C)
IB
c. đặc tuyến truyền đạt
3.4.2. Mạch cực E chung – CE (common emitter):
Mạch cực C chung common Collector CC
3.4.3. Mạch cực C chung – CC (common collector)
Mạch mắc cực C chung được trình bày như hình dưới:
RB
C1
B
C
VCC
C2
VO
E
RE
RL
Các đặc tuyến ngõ ra, ngõ vào và truyền đạt của mạch được sử dụng
như mạch E chung.
a. đặc tuyến ngõ ra;
b. đặc tuyến ngõ vào;
c. đặc tuyến truyền đạt
b)Đặc tuyến ngõ ra diễn tả sự liên hệ giữa dòng điện ra IC với điện áp
ra VCB:
chia ra thành ba vùng:
• Vùng tích cực (active).
• Vùng ngưng dẫn (Cutoff).
• Vùng bão hoà (saturation).
Vùng tích cực thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại tuyến
tính. Trong vùng tích cực mối nối CB phân cực ngược và mối nối BE
phân cực thuận. IC IE
Trong vừng ngưng dẫn, dòng IE = 0 và dòng điện cực C được xem như
phụ thuộc vào dòng bão hoà ngược ICO có giá trị rất nhỏ khoảng vài μA
và xem như dòng IC = 0, mạch điện được vẽ lại như hình sau:
E
C
IE = 0
ICBO = ICO
Emitter
open
B
Collector to base
Trong vùng ngưng dẫn cả hai mối nối CB và BE đều phân cực ngược.
Trong vùng bão hoà điện áp VCB gần bằng 0V (bằng điện áp Vsat ).
Trong vùng bão hoà cả hai mối nối CB và Be đều phân cực thuận.
Điện áp phân cực mối nối BE:
VBE = 0,7V
Hệ số truyền đạt:
αdc =
Icmajority
IE
IC
IE
Với IE và IC là các dòng điện tại điểm làm việc.
Đối với linh kiện thực tế thì hệ số alpha nằm trong khoảng từ 0,9 đến 0,998. Hệ
số alpha DC hay có thể gọi là Alpha (α) khi đó phương trình được viết như sau:
IC = αIE +ICBO
Đối với trường hợp tín hiệu ac điểm làm việc di chuyển trên đường cong đặc tính
khi đó hệ số alpha ac đucợ xác định với VCB = Hằng số như sau:
αac =
∆IC
∆IE
Ii
IL
E
B
Vi = 200mV
Ri
20Ω
+
C
Ri
R
5kΩ
VL
100kΩ
-
Hoạt động khuếch đại điện áp của mạch B chung
Điện trở ngõ vào của mạch khi có nguồn xoay chiều được
xác định trên đường cong của họ đặc tuyến ngõ vào có giá trị
rất nhỏ nằm trong khoảng từ 10 đến 100Ω
Điện trở ngõ ra được xác định bởi đường cong đặc tính có
giá trị nằm trong khoảng từ 50kΩ đến 1MΩ.
c) Họ đặc tuyến truyền đạt của mạch mắc B chung
Sự lệ thuộc của dòng ngõ ra IC và dòng ngõ vào khi điện áp ra cố định.
VCB3
VCB2
VCB1
IC
0
IE
Họ đặc tuyến truyền đạt của mạch mắc B chung có thể sử dụng để xác
định các thông số cơ bản của mạch khuếch đại khi sử dụng cách mắc
này.
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch cực B chung thường từ 50 đến 300.
Hệ số khuếch đại dòng điện IC/IE luôn luôn nhỏ hơn 1.
a) Đặc tuyến ngõ vào:
Đặc tuyến ngõ vào diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện vào IB và điện áp vào VBE
trong môt dãy điện áp ra VCE khác nhau
Giá trị dòng điện IB vào khoảng μA trong khi giá trị dòng điện IC vào khoảng mA
IB =f(VBE )
VCE =const
b) Đặc tuyến ngõ ra:
Đặc tuyến ngõ ra mô tả mối quan hệ giữa dòng điện ra IC và điện áp VCE trong một
dãy dòng điện ngõ vào IB khác nhau.
Ic =f(VCE )
IB =const
c) Họ đặc tuyến truyền đạt:
Trong vùng tích cực của mạch khuếch đại cực E chung, trên đặc tuyến ngõ ra ta có
mối nối JE và JC phân cực thuận.
Ic =f(IB )
VCE =const
