intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử: Chương 5 - Ths. Trần Thục Linh

Chia sẻ: Cảnh Đặng Xuân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

116
lượt xem
14
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5 BJT (Transistor lưỡng cực), nội dung tìm hiểu chương này gồm: Cấu tạo và ký hiệu của Transistor lưỡng cực trong các sơ đồ mạch; Các cách mắc BJT và các họ đặc tuyến tương ứng; Phân cực cho BJT; Các mô hình tương đương của BJT; Phân loại BJT; Một số ứng dụng của BJT.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử: Chương 5 - Ths. Trần Thục Linh

  1. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 5 - BJT (Transistor lưỡng cực) 1. Cấu tạo và ký hiệu của Transistor lưỡng cực trong các sơ đồ mạch 1.1. Cấu tạo BJT loại pnp, npn, 1.2. Nguyên lý hoạt động của BJT 1.3. Mô hình Ebers-Moll 2. Các cách mắc BJT và các họ đặc tuyến tương ứng 3. Phân cực cho BJT 4. Các mô hình tương đương của BJT. 5. Phân loại BJT 6. Một số ứng dụng của BJT www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  2. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.1. Cấu tạo BJT loại pnp, npn + IE IC Collector (N) Emitter (P+) VEB IB + + − Base (P) + VCE Base (N) VEC VBE − IB − Emitter (N+) Collector (P) − IE IC Transistor gồm có 2 tiếp giáp PN do 3 lớp tương ứng 3 miền phát, gốc, góp và có 3 điện cực nối tới 3 miền: Cực Phát-E (Emitter), Cực Gốc - B (Base), Cực Góp-C(Collector) BJT thuận có 3 miền PNP, BJT ngược có 3 miền NPN Chuyển tiếp PN giữa miền E-B là chuyển tiếp Emitter TE, giữa B-C là chuyển tiếp collector TC www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  3. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.1. Cấu tạo BJT loại pnp, npn Nồng độ pha tạp của miền E là khá cao, Miền B có nồng độ vừa phải kích thước khá mỏng, miền C có nồng độ pha tạp thấp. Miền phát có khả năng phát xạ các hạt dẫn sang miền gốc B, miền góp có khả năng thu nhận tất cả các hạt dẫn được phát xạ từ miền phát E qua miền gốc B tới Miền C thường được nuôi trên phiến bán dẫn đế, có lớp bán dẫn vùi sâu có nồng độ cao (Buried layer n++) để giảm trị số điện trở nối tiếp Độ rộng của miền B nhỏ hơn độ dài khuếch tán trung bình rất nhiều www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  4. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Kí hiệu và các dạng đóng vỏ khác nhau của BJT www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  5. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.2. Nguyên lý hoạt động của BJT Ở trạng thái cân bằng nhiệt, I qua các cực = 0 Muốn cho Transistor làm việc ta phải cung cấp một điện áp một chiều thích hợp cho các chân cực. Tuỳ theo điện áp đặt vào các cực mà Transistor làm việc ở các chế độ khác nhau: + Chế độ ngắt: Hai tiếp giáp PN đều phân cực ngược. Transistor có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện qua các chân cực rất nhỏ. + Chế độ dẫn bão hòa: Cả hai tiếp giáp PN đều phân cực thuận. Transistor có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là rất lớn. + Chế độ tích cực: Tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp BC phân cực ngược, Transistor làm việc như một phần tử tích cực, có khả năng khuếch đại, phát tín hiệu... Là chế độ thông dụng nhất của Transistor + Chế độ tích cực đảo (Chế độ đảo): Tiếp giáp BE phân cực ngược, tiếp giáp BC phân cực thuận, đây là chế độ không mong muốn www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  6. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.2. Nguyên lý hoạt động của BJT Transistor pnp và npn có nguyên lý làm việc giống hệt nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp là ngược dấu nhau. Chỉ cần xét với BJT npn, với loại BJT pnp tương tự Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, BJT làm việc như một phần tử tuyến tính trong mạch điện. Trong BJT không có quá trình điều khiển dòng điện hay điện áp. Transistor làm việc ở chế độ này như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch xung, các mạch logic BJT - npn Các vùng làm việc của BJT: BJT - pnp VBC VC Tích cực Bão hòa Tích cực đảo đảo B Bão hòa VBE VEB Ngắt Ngắt Tích cực Tích cực www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  7. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực (1) E TE B TC C E TE B TC C n p n p n p VBE VBC VBE VBC -Tiếp giáp BE phân cực thuận - Tiếp giáp BC phân cực ngược www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  8. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực (2) TE phân cực thuận nên hạt dẫn đa số là điện tử từ miền E được khuếch tán sang miền B qua chuyển tiếp TE, trở thành hạt dẫn thiểu số, do sự chênh lệch nồng độ chúng tiếp tục khuếch tán đến miền chuyển tiếp TC, tại đây nó được cuốn sang miền C (do điện trường của tiếp giáp TC có tác dụng cuốn hạt thiểu số) Hạt dẫn đa số là lỗ trống tại miền B cũng khuếch tán ngược lại miền E nhưng không đáng kể so với dòng khuếch tán điện tử do nồng độ lỗ trống ở miền B ít hơn rất nhiều (do nồng độ pha tạp miền B ít hơn nhiều) Điện tử khuếch tán từ E sang B làm cho mật độ điện tử rất cao ở miền B tại vị trí gần lớp tiếp xúc TE và ở đây điện tử và lỗ trống sẽ tái hợp với nhau Để các điện tử bị tái hợp ít, người ta chế tạo phần phát (E) có nồng độ tạp chất lớn hơn rất nhiều so với phần gốc (B) → thành phần dòng điện cực phát do các điện tử tạo nên lớn hơn nhiều thành phần dòng điện do các lỗ trống tạo nên www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  9. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực (3) Hiệu suất của cực phát: γ - là tỉ số giữa thành phần dòng điện của hạt đa số với dòng điện cực phát: I nE I nE BJTnpn : γ= = ≈ 0,98 ÷ 0,995 I E I pE + I nE Hệ số khuếch đại dòng điện cực phát tĩnh : αF (α0) hay còn gọi là hệ số truyền đạt dòng điện cực phát : IC α F = α 0 = = β *γ IE www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  10. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực (4) Dòng điện IB chủ yếu gồm dòng ngược của tiếp xúc góp TC, dòng cuốn các hạt thiểu số qua tiếp xúc phát TE và các thành phần dòng điện do hiện tượng tái hợp trong lớp tiếp xúc phát và trong miền gốc tạo nên IB=IpE- InE-InC-ICB0 Quan hệ giữa 3 thành phần dòng điện trong BJT trong chế độ 1 chiều: IB = (1-α0)IE - ICBo IC = InC+ ICBo= α0IE + ICBo IE = IC + IB Thực tế thường dùng hệ số khuếch đại dòng điện cực phát tín hiệu nhỏ hay còn gọi là hệ số truyền đạt vi phân dòng điện cực phát α : ∂I C α= ∂I E www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  11. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực (5) Hệ số KĐ dòng Emitter chung (tĩnh) một chiều βF (β0): IC αF β 0 = , mà I E = I B + I C ⇒ β 0 = IB 1−αF Hệ số khuếch đại dòng Emitter chung tín hiệu nhỏ: ∂I C α β= = ∂I B 1 − α Mô hình kích thước đơn giản của BJT npn: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  12. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân bố nồng độ hạt dẫn trong BJT Ở điều kiện cân bằng nhiệt: Ở chế độ tích cực: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  13. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính toán dòng Collector : IC Dòng điện chủ yếu trong BJT là các dòng khuếch tán hạt dẫn Dòng IC chủ yếu là dòng các hạt dẫn thiểu số khuếch tán trong miền B và được cuốn sang miền C qua chuyển tiếp collector ⎛ qDn n pB 0 AE ⎞ IS = ⎜ ⎟ ⎝ WB ⎠ IS- dòng Collector bão hòa www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  14. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính toán dòng Base : IB IB chủ yếu do dòng khuếch tán lỗ trống sang miền E và dòng tái hợp tại TE và miền B, tính toán dòng điện trên cực B bỏ qua dòng tái hợp. Giả sử sự phân bố hạt thiểu số lỗ trống trong miền E là tuyến tính Vì VBE>>KT/q ta có IB=IC/β0 : ⎛ qDn n pBo AE ⎞ ⎜ ⎟ ⎛ IC ⎝ βF = = WB ⎠ = Dn ⎞ ⎛ n pB 0 ⎞ ⎛ WE ⎞ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ I B ⎛ qD p pnEo AE ⎞ ⎜ D p ⎟ ⎝ pnE 0 ⎠ ⎝ WB ⎠ ⎝ ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ WE ⎠ n pB 0 N dE Dn N dEWE = β F = β0 = pnE 0 N aB D p N aBWB www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  15. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Dòng điện trên cực phát IE Với quy ước chiều các dòng điện như hình vẽ, dòng điện trên cực phát được xác định như sau: qVBE I S ⎛ qVBE ⎞ I E = I C + I B = I S exp + ⎜ exp − 1⎟ kT βF ⎝ kT ⎠ Dn N dEWE IC β F = β0 = D p N aBWB IB ⎛ qDn n pB 0 AE ⎞ IS = ⎜ ⎟ IE ⎝ WB ⎠ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  16. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chế độ tích cực Dn N dEWE β F = β0 = D p N aBWB Nhận xét β0 : Để β0 lớn chọn: NdE>>NaB; WE>>WB hay giảm tối đa kích thước miền Base WB và pha tạp tối đa miền Emitter NdE Thực tế β0 của npn luôn lớn hơn β0 của pnp vì luôn có Dn>Dp Hiện nay người ta chế tạo được BJT có β0 từ khoảng 50 ÷300 β0 độc lập với IC Việc ổn định β0 trong khi sản suất rất khó do đó cần sử dụng kỹ thuật mạch điện tử để giải quyết www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  17. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tóm tắt: BJT làm việc trong chế độ tích cực Chế độ làm việc tích cực: tiếp giáp BE phân cực thuận, tiếp giáp BC phân cực ngược I C Quan hệ giữa các dòng điện trong BJT-npn là: I B IE=IB+IC ⎛ q D n n pB 0 AE ⎞ IE IS = ⎜ ⎟ ⎝ WB ⎠ Trong chế độ tĩnh (chế độ 1 chiều): IC IC αF Dn N dEWE α F = α0 = β F = β0 = = βF = IE IB 1−αF D p N aBWB Trong chế độ động: α = ∂I C ∂I C α β= = ∂I E ∂I B 1 − α www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  18. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. BJT ở chế độ ngắt (Cut-off ) Sơ đồ phân cực BJT npn Sơ đồ tương đương đơn giản E TE B TC C trong chế độ ngắt của BJT npn ở chế độ ngắt C n p n EC ICBo RC C ICBo VBE VBC B UCE B EB E E E TE B TC C Cung cấp nguồn sao cho hai tiếp xúc PN đều được phân cực ngược. Điện trở của các chuyển p n p tiếp rất lớn, chỉ có dòng điện ngược bão hòa rất nhỏ của tiếp giáp góp ICB0. Còn dòng điện ngược VBE VBC của tiếp giáp phát IEB0 rất nhỏ so với ICB0 nên có thể bỏ qua. Như vậy, mạch cực E coi như hở mạch. Dòng điện trong cực gốc B: IB= -I CB0 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  19. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính dòng điện trong BJT ở chế độ ngắt Dòng qua các tiếp giáp chủ yếu là dòng ngược - dòng cuốn các hạt thiểu số lỗ trống của các miền qua các tiếp giáp. Lỗ trống được cuốn từ miền B sang miền E tạo ra dòng IB1, và lỗ trống từ miền B cuốn sang miền C tạo ra dòng IB2, các dòng này rất nhỏ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
  20. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. BJT ở chế độ bão hòa (Saturation) E TE B TC C Sơ đồ phân cực BJT npn Sơ đồ tương đương đơn n p n trong chế độ bão hòa RC giản của BJT npn ở chế độ bão hòa EC VBE VBC C IC EC IC RC B E TE B TC C C UCE B EB UBE E E p n p EC VBE VBC UCE ≈ 0V IC ≈ RC Cung cấp nguồn điện một chiều vào các cực của Transistor sao cho hai tiếp xúc PN đều phân cực thuận. Khi đó điện trở của hai tiếp xúc phát TE và tiếp xúc góp TC rất nhỏ nên có thể coi đơn giản là hai cực phát E và cực góp C được nối tắt. Dòng điện qua Transistor IC khá lớn và được xác định bởi điện áp nguồn cung cấp EC và không phụ thuộc gì vào Transistor đang sử dụng, thực tế UCE ≈ 0,2V www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2