Bài giảng Nhập môn điện tử: Chương 5 - ĐH Công nghệ Thông tin

Nhập môn Điện tử

Chương 5
Transitor

Chương 5: Transitor

1


Nhập môn Điện tử

I. Tổng quan về transitor
Transistor là một thiết bị đa cực có khả năng:
+ Tăng (khuếch đại) dòng
+ Tăng (khuếch đại) áp
+ Tăng (khuếch đại) tín hiệu – công suất
Transistor lưỡng cực BJT (BJT- Bipolar Junction Transistor) là transistor
thế hệ đầu tiên được phát minh năm 1947 bởi Bardeen, Brattain và
Shockley.

Chương 5: Transitor

2


Nhập môn Điện tử

I. Tổng quan về transitor

Lịch sử phát triển của transistor

Chương 5: Transitor

3


Nhập môn Điện tử

I. Tổng quan về transitor

Name

Signification

Year

Transistors nu
mber[19]

Logic
gates number[
20]

SSI

small-scale
integration

1964

1 to 10

1 to 12

MSI

medium-scale
integration

1968

10 to 500

13 to 99

LSI

large-scale
integration

1971

500 to 20,000

100 to 9,999

VLSI

very large-scale
1980
integration

20,000 to
1,000,000

10,000 to
99,999

ULSI

ultra-largescale
integration

1,000,000 and
more

100,000 and
more

Chương 5: Transitor

1984

4


Nhập môn Điện tử

II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor
0.150 in

0.150 in
0.001 in

E

P

n

P

0.001 in

C

E

n

p

n

C

B

B

BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ các lớp bán dẫn p và
n xen kẽ nhau.

Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là : vùng Phát (Emitter - E) ;
Nền (Base - B) và Thu (Collector - C) .

Chương 5: Transitor

5


Nhập môn Điện tử

II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor

Mối nối pn giữa vùng nền và vùng thu được gọi là mối nối nền-thu
(BC) . Tương tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền
phát (BE).
Chương 5: Transitor

6


Nhập môn Điện tử

II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor

Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực Emitter

và Base có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n.

Chương 5: Transitor

7


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Transistor BJT có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tuỳ thuộc vào
cách phân cực các mối nối BE và CB.

Chế độ

BE

CB

Ngưng dẫn

Phân cực nghịch

Phân cực nghịch

Tích cực

Phân cực thuận

Phân cực nghịch

Bão hoà

Phân cực thuận

Phân cực thuận

Trong các mạch khuếch đại tuyến tính chế độ tích cực thường sử dụng

Chương 5: Transitor

8


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Chế độ tích cực ở transistor

Chương 5: Transitor

9


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Xét hoạt động của transitior npn ở chế độ tích cực

Chương 5: Transitor

10


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Xét hoạt động của transitior npn

Khi mối nối B-E được phân cực thuận, vùng nghèo giữa lớp tiếp
xúc p-n được thu hẹp lại, và do đó các electron (hạt mang điện đa
số) khuếch tán dễ dàng từ n sang p
Chương 5: Transitor

11


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Đồng thời dưới tác dụng của hiệu điện thế VBE , các lỗ trống di
chuyển từ lớp p sang lớp n tạo thành dòng IB

Chương 5: Transitor

12

Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Khi mối nối B-C được phân cực nghịch, không có dòng tải đa số
(dòng các electron) từ n sang p, nhưng theo chiều ngược lại, dưới tác
dụng của nguồn VCB , có dòng các electron đi từ p sang n

Chương 5: Transitor

13


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực
âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành
dòng cực thu IC .
Chương 5: Transitor

14


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực

âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành
dòng cực thu IC .
Chương 5: Transitor

15


Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong Transistor

IE  IB  IC

Chương 5: Transitor

16


Nhập môn Điện tử

III. Các thông số của BJT
Hệ số α
Hệ số αdc được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu C so với dòng DC
qua cực phát E:

Hệ số αdc có giá trị trong khoảng từ 0.90 đến 0.998
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số αac được định nghĩa

Chương 5: Transitor

17


Nhập môn Điện tử

III. Các thông số của BJT
Hệ số β
Hệ số βdc được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng
DC qua cực thu C so với dòng DC qua cực nền B . Ta có:

Hệ số βdc còn được gọi là hFE là thông số của transistor trong mạch
tương đương tính theo thông số h, thường được áp dụng khi thiết kế các
mạch khuếch đại dùng transistor. Giá trị của hệ số βdc trong phạm vi từ
20 đến 200 hay lớn hơn.
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số βac được định nghĩa

Công suất tiêu tán cực đại:

Chương 5: Transitor

18


Nhập môn Điện tử

III. Các thông số của BJT
Tóm tắt

Chương 5: Transitor

19


Nhập môn Điện tử

III. Các thông số của BJT
Ví dụ:
Cho mạch phân cực transistor như hình
vẽ. Biết transistor có hệ số βdc =150.
Xác định các dòng điện IC, IB , IE và
các áp VCE , VCB
Giải:
Áp dụng định luật Kirchhoff
VBB  VBE
IB 
 0, 43mA
RB
I C   DC .I B  64,5mA

I E  I C  I B  64,93mA
VCE  VCC  R.I C  3,55V
VCB  VCE  VBE  2,85V

Chương 5: Transitor

20

Nhập môn Điện tử

IV.Các kiểu mắc transistor - Đặc tuyến Volt- Ampere
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)
Mạch
B
chung
là
mạch
mà
trong đó cực
B có điểm
chung với cả
cổng vào và
cổng ra của
mạch. Cực B
là cực được
nối đất hoặc
gần thế nối
đất nhất.

Chương 5: Transitor

21


Nhập môn Điện tử

IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)

Họ đặc tuyến ngõ vào
Chương 5: Transitor

22


Nhập môn Điện tử

IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)
Trong kiểu mắc B
chung:
- Tín hiệu vào E so với
B, tín hiệu ra C so với
B.
- Pha giữa tín hiệu vào
và ra: cùng pha.

Họ đặc tuyến ngõ ra
Chương 5: Transitor

23


Nhập môn Điện tử

IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)

Mạch E chung là mạch mà trong đó cực E có điểm chung với cả
cổng vào và cổng ra của mạch. Cực E là cực được nối đất hoặc
gần thế nối đất nhất.

Chương 5: Transitor

24


Nhập môn Điện tử

IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)

Họ đặc tuyến ngõ vào
Chương 5: Transitor

25