Bài 5: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT)
I. Tổng quát:
1. Cấu tạo – ký hiệu:
E
E
Cực phát
N P
N
Cực thu
B
P N
P
Cực phát
Cực thu
B
C
C
Cực nền
Cực nền
Transistor NPN và ký hiệu
Transistor PNP và ký hiệu
Transistor gồm hai mối nối PN để hình thành nên 3 vùng
Cực nền B ( Base): rất mỏng và nồng độ tạp chất rất ít, do vậy mà có ít hạt mang điện. Cực phát E ( Emitter): vùng này rộng và nồng độ tạp chất cao, do vậy mà có nhiều hạt mang điện. Cực thu C ( Collector) vùng rộng nhất và nồng độ tạp chất thì ít hơn cực phát, do đó mà những hạt mang điện cũng ít hơn cực phát.
BJT được tạo thành bởi 2 chuyển tiếp P-N nằm rất gần nhau trong một phiến bán dẫn đơn tinh thể. Về mặt cấu tạo có thể xem BJT do 3 lớp bán dẫn tiếp xúc nhau tạo nên, trong đó lớp ở giữa có bề dày rất bé (cở 10- 4 cm) và khác loại với 2 lớp bên cạnh. Các lớp bán dẫn được đặt trong vỏ kính bằng plastic hoặc kim loại, chỉ có 3 sợi kim loại dẫn ra ngoài gọi là 3 cực của BJT và có tên là:
+ E : (Emitter) cực phát ; (cực gốc) + B : (Base) cực khiển (cực nền) + C : (Collector) cực thu (cực góp)
Có hai loại transistor lưỡng cực: NPN và PNP.
Hình 5.1: Cấu tạo và ký hiệu BJT loại PNP
Hình 5.2: Cấu tạo và ký hiệu BJT loại NPN
Do cấu tạo như trên mà hình thành nên hai mối nối P-N rất
gần nhau.
+ Mối nối P-N ở ranh giới giữa miền phát và miền thu gọi là mối nối BE, ký hiệu là JE.
+ Mối nối P-N ở ranh giới giữa miền nền và miền thu gọi là mối nối BC, ký hiệu là JC. Hoạt động của BJT chủ yếu dựa trên sự tương tác giữa hai mối nối rất gần nhau này.
2. Hình dáng và tên gọi:
Transistor trong ĐTDĐ
Hình 5.3: Hình dáng transistor
BJT thông dụng trên thị trường là theo ký hiệu của Nhật.
Dùng 4 chữ A, B, C, D để đặt tên cho BJT với chữ đứng đầu là 2S.
Ví dụ :
2SA1015: 2S: chỉ Transistor BJT; A: chỉ loaiï pnp; 1015: Mã số tra cứu.
2SC1815: 2S: chỉ Transistor BJT; C: chỉ loại npn; 1815: Mã số tra cứu.
II. Phaân cöïc transistor:
e e
Ie Ic
P
N
N
+ VEE
VCC + Ib
Phân cực transistor
Mối quan hệ giữa các dòng điện trong transistor
IE = IC+ IB
IE
IC
Độ lợi dòng Transistor Transistor là một linh kiện khuếch
đại.
Có 1 dòng IB nhỏ sẽ làm tăng
dòng IC lớn.
IB
= IC/ IE
Độ lợi dòng DC là: Alpha Beta = IC/ IB
Thể hiện dòng điện chảy trong transistor
Mối quan hệ giữa và = / ( 1 - ) = / ( 1+ )
1. Cấu hình B chung ( B_C)
Vcc
+
Vin RL
Rc
C3
R1
Vout
+
RL
C2
Q1 NPN
+
Vin
C1 +
R2
RE
Cấu hình transistor ghép B-C
Dòng vào là IE , dòng ra IC; điện áp vào VEB, còn điện áp ra VCB. Đối với mạch này thì tín hiệu giữa ngõ vào và ngõ ra đồng pha nhau. Trở kháng ngõ vào thấp còn trở kháng ngõ ra cao. Độ lợi dòng lớn nhất bằng 1. Cực nền được nối với mass AC.
Vcc
+
2.Cấu hình E chung (E-C):
Rc
C3
R1
Vout
+
RL
C1
Vin
Q1 NPN
+
+
Vin
R2
RE
C2
Cấu hình transistor ghép E-C
Dòng vào là IB , dòng ra là IC, điện áp vào là VBE còn điện áp ra là VCE. Đối với mạch này thì tín hiệu giữa ngõ vào và ngõ ra đảo pha nhau. Trở kháng ngõ vào vài k ,còn trở kháng ngõ ra vài chục k. Đối với mạch này thì thường dùng trong mạch khuếch đại công suất vì
vừa khuếch đại áp, dòng.
3.Cấu hình C chung ( C_C):
Vcc
R1
Vin
C1
Vin
Q1 NPN
+
Vout
C2 +
R2
RE
RL
RL
Cấu hình transistor ghép CC
Dòng vào là dòng IB , dòng ra là dòng IE, điện áp vào là VBC
còn điện áp ra là VEC.
Đối với mạch này thì tín hiệu giữa ngõ vào và ngõ ra đồng
pha nhau.
Trở kháng ngõ vào cao trở kháng ngõ ra thấp. Độ lợi áp trong mạch này lớn nhất bằng 1.
Bảng tóm tắt 3 caùch gheùp transistor:
Cách ráp
Tổng trở vào rI Tổng trở ra r0
Pha giữa tín hiệu vào và ra Độ khuếch đại điện thế Av Độ khuếch đại dòng điện AI
E chung Vài KΩ Vài trăm lần Đảo pha Vài chụcvài trăm Vài chục KΩ
B Chung Vài KΩ Vài trăm lần Đồng pha 1 Vài trăm KΩ
C Chung Đồng pha 1 Vài trăm KΩ Vài chục Ω Vài chục vài trăm
I. Phân cực transistor:
1.Phân cực bằng hai nguồn điện riêng:
IC
RC ICmax
Đường tải tĩnh (dc)
VCC
Q(ICQ, VCEQ) ICQ
RB
RE VCC VCE VBB
VCEQ
Mạch phân cực Transistor bằng hai nguồn riêng và đường tải
2. Phân cực bằng nguồn điện chung:
RC
RB
VCC
RE
Mạch phân cực transistor bằng nguồn điện chung
3. Phân cực cho cực B bằng cầu phân thế:
RC RC
RB1
VCC VCC
RB RB2 RE RE VBB
Mạch phân cực dùng cầu phân thế
Công thức đổi nguồn theo Thevenine là:
2
B
B
2
BB
CC
V
V
B
R
1 B
B
2
R B RR
1 B
B
2
RR 1. RR
Mạch tương đương
4. Dùng điện trở RE để ổn định nhiệt:
RC
RB1
VCC
RB2
RE
Mạch ổn định nhiệt transistor dùng điện trở RE
5. Dùng điện trở RB hồi tiếp từ cực C:
RC RB
VCC
RE
Mạch ổn định nhiệt transistor dùng điện trở RB hồi tiếp từ cực C
Đặc tuyến ngõ vào (IB/IC)
IB (A)
RC
VCC
RB
RE
VBB
V 0.45 0.5 0.55 0.6
Đặc tuyến ngõ vào transistor Mạch điển hình
VBE 0,45V; IB 10A VBE 0,5V ; IB 20A VBE 0,55V; IB 30A VBE 0,6V ; IB 40A
Ở mỗi điện thế VBE thì dòng điện IB có trị số khác nhau ví dụ như • • • • Đặc tuyến trên được vẽ ứng với điện thế VCE= 2v. Khi điện thế VCE > 2v thì đặc tuyến thay đổi không đáng kể
Đặc tuyến truyền dẫn: Xét dịng điện IC theo điện thế VBE. Đặc tuyến IC/ VBE cĩ dạng giống như đặc tuyến IB/ VBE nhưng dịng điện IC cĩ trị số lớn hơn IB nhiều lần.
IC ( mA)
Ở mỗi điện thế VBE, thì dòng điện IC có trị số khác nhau
VBE 0,45v ; IC= 1mA ; VBE 0,5v ; IC = 2mA ; VBE 0,55v ; IC 3mA; VBE 0,6v ; IC 4mA;
IC / IB = gọi là độ khuếch đại dòng điện của transistor.
C
100
2 20
mA A
B
I I
• • • • Do đó ta có tỉ số • Ví dụ :Ở điện thế VBE = 0,5v.Thì IB = 20A, IC = 2mA. •
0.5 0.55 0.6
V 0.45
Độ khuếch đại dòng điện thường có trị số lớn từ vài chục đến vài trăm lần.
Đặc tuyến ngõ ra ( IC/VCE)
• Đặc tuyến ngõ ra transistor
IC(mA)
IB5
IC5
IB4
IC4
IB3
IC3
IB2
IC2
IB1
IC1
VCE
III. Các trạng thái hoạt động của transistor: 1.Chế độ ngắt (dùng transistor hoạt động ở trạng thái này làm tiếp điểm hở)
IC
Vùng ngắt
Vùng khuếch đại
Vùng bão hòa
VCE
C
C
B
Khi điện áp phân cực VBE < V (điện áp ngưỡng của mối nối) thì xem như mối nối BE của transistor bị phân cực nghịch, dòng điện IB của transistor xấp xỉ bằng 0, dẫn đến IC 0 và VCE VCC. Mối nối BE : PCN. Mối nối BC: PCN.
E
E
•
• Transistor hoạt động như tiếp điểm hở
2.Chế độ bão hòa (dùng transistor làm tiếp điểm đóng):
Khi phân cực cho transistor dẫn
quá mạnh dẫn đến bão hòa.
khi IB tăng thì IC tăng, làm cho VCE giảm dần cho đến khi VCE 0.2v gọi là điện áp bão hòa.
C
IC trong trường hợp này gọi là IC
C
bão hòa.
B
Để transistor hoạt động bão hòa
thì: mối nối BE và BC phân cực thuận.
E E
Transistor hoạt động như tiếp điểm đóng
3. Chế độ khuếch đại:
IC = . IB (với là hệ số khuếch đại
Khi ta phân cực cho transistor có VBE từ 0.5 – 0.7v thì transistor dẫn điện và có dòng điện IB. Dòng điện IC cũng tăng theo IB do chúng có mối liên hệ bởi biểu thức dòng điện) Khi IC tăng thì ta thấy rằng VCE sẽ giảm dần nhưng trong trường hợp này VCE sẽ không giảm đến mức còn 0.1v hay 0.2v như ở chế độ bão hoà. Mối nối BE: PCT; BC: PCN.
Mạch khuếch đại
Tóm lại: transistor hoạt động ở 3 chế độ : ngắt, bảo hoà và khuếch đại. Ở chế độ ngắt và bảo hoà thường được dùng như một tiếp điểm điện tử (tốc độ đóng ngắt cao), còn chế độ khuếch đại thì được dùng trong mạch khuếch đại tín hiệu. Vậy để transistor hoạt động một trong 3 vùng trên ta có nhận xét như sau:
_ Transistor ở chế độ ngắt: mối nối BE: PCN; mối nối BC: PCN _ Transistor ở chế độ bảo hoà: mối nối BE: PCT; mối nối BC: PCT _ Transistor ở chế độ khuếch đại: mối nối BE: PCT; mối nối BC: PCN
Các thông số kỹ thuật của trasistor
Độ khuếch đại dòng điện: Điện thế giới hạn (BV: Breakdown Voltage):
BVBCO, BVCEO, BVEBO.
Dòng điện giới hạn: ICmax, IBmax. Công suất giới hạn: PDmax Tần số cắt: fcut-off
Ví dụ như: Transistor 2SC458 có các thông số kỹ thuật sau:
= 230; BVCEO = 30v; BVEBO = 6v; BVCBO = 30v; PDmax = 200mW; fcut-off = 230Mhz ; ICmax = 100mA, loại NPN Si.
IV. Ứng dụng: Dùng transistor làm tiếp điểm điện tử
PB NO Đèn C
R1 47k
~ 12v
R2 10k C1 100F Transistor 2N3904 Rơle 1k, 3.2mA cuộn dây Tụ điện 100F –10v
R3 50k
Mạch ứng dụng
•Các dạng vỏ transistor
