ET.3230 Điện tử tương tự 1
Slide 1
Bài giảng: Transistor lưỡng cực
Co-inventors of the first transistor at Bell Laboratories: Dr. William Shockley (seated); Dr. John Bardeen (left); Dr. Walter H. Brattain. All shared the Nobel Prize in 1956 for this contribution.
The first transistor., 1947(Courtesy Bell Telephone Laboratories.)
Slide 2
Transistor
Slide 3
Transistor
• Giới thiệu cấu trúc và hoạt động • Các dạng mắc mạch cơ bản
– Mạch chung base – Mạch chung emitter – Mạch chung collector
• Các phương pháp phân cực cho BJT
– Nguyên tắc chung phân cực BJT – Đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh – PP phân cực bằng dòng base cố định – PP phân cực bằng dòng emitter – PP phân cực bằng điện áp phản hồi – PP phân cực bằng bộ phân áp
• Đánh giá sự ổn định của mạch phân cực cho BJT • Một số mạch phân cực dạng hỗn hợp • Tham số kỹ thuật quan trọng của BJT
Slide 4
Nội dung
3.1 Giới thiệu cấu trúc và hoạt động
Slide 5
• 3.1.1 Cấu trúc của transistor lưỡng cực • 3.1.2 Nguyên lý làm việc của BJT
3.1.1 Cấu trúc của BJT
• Linh kiện bán dẫn có 3 lớp – 2 lớp loại n, 1 lớp loại p: npn – 2 lớp loại p, 1 lớp loại n: pnp • 2 lớp bên ngoài có độ dày lớn
E: emitter, B: base, C: collector
Slide 6
hơn nhiều lớp ở giữa (ví dụ: tỷ lệ hơn nhiều lớp ở giữa (ví dụ: tỷ lệ 150/1) • Ký hiệu
• EB phân cực thuận • CB phân cực ngược
•
IC = αIE + ICBO
(cid:1) IE = IC + IB
•
IC ≈ αIE (bỏ qua ICBO vì rất nhỏ)
(cid:1) IC = βIB
=
α
• α = 0.9 ÷0.998.
(cid:1) β = 50 ÷ 400
β +
1
β
α hệ số truyền đạt dòng điện
β hệ số khuếch đại dòng điện
Slide 7
3.1.2 Nguyên lý làm việc của BJT
3.1.2 Nguyên lý làm việc của BJT
Slide 8
• Mũi tên đặt giữa cực E và B, chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n, chỉ chiều của dòng điện
Slide 9
Kiểm tra
3.2 Các dạng mắc mạch cơ bản của BJT
Slide 10
• 3.2.1 Mạch chung base • 3.2.2 Mạch chung emitter • 3.2.3 Mạch chung collector
3.2.1 Mạch chung base
– Cực base chung cho cả đầu vào (emitter) và
đầu ra (collector)
– Mô tả bằng 2 đặc tuyến vào, ra
BEV • Quan hệ giữa dòng đầu vào và điện áp vào
EI
với các điện áp ra khác nhau
CBV
CI
với các dòng đầu vào khác nhau
CBV • Quan hệ giữa dòng đầu ra và điện áp ra EI
Slide 11
• Mạch chung base
3.2.2 Mạch chung base
- Ba vùng + Tích cực + Cắt + Bão hòa
- Vùng tích cực + B-E: phân cực thuận + C-B: phân cực ngược + C-B: phân cực ngược I≈
C
=
V
E 0,7
I BEV
Slide 12
• Đặc tuyến vào và ra
Các dạng mắc mạch cơ bản của BJT
– Cực E chung cho cả
đầu vào (B) và đầu ra (C)
– Mô tả bằng 2 đặc tuyến vào, ra
BEV • Quan hệ giữa dòng đầu vào và điện áp vào
BI
với các điện áp ra khác nhau
CEV
CI
với các dòng đầu vào khác nhau
CEV • Quan hệ giữa dòng đầu ra và điện áp ra BI
Slide 13
• Mạch chung emitter
Các dạng mắc mạch cơ bản của BJT
C
- Vùng tích cực + B-E: phân cực thuận + C-B: phân cực ngược I I
Iβ= B + = I
=
+
I
I
β
E
C
B
B
(
)1
Slide 14
• Đặc tuyến vào và ra
Các dạng mắc mạch cơ bản của BJT
– Cực C chung cho cả đầu vào (B) và đầu ra (E) – Có thể sử dụng 2 đặc tuyến vào, ra của dạng mắc CE – Thường dùng cho các mục đích phối hợp trở kháng,
do có trở kháng vào cao và trở kháng ra thấp
Slide 15
• Mạch chung collector
3.3 Các phương pháp phân cực cho BJT
• 3.3.1 Nguyên tắc chung phân cực BJT • 3.3.2 Đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh • 3.3.3 PP phân cực bằng dòng base cố định • 3.3.4 PP phân cực bằng dòng emitter • 3.3.5 PP phân cực bằng điện áp phản hồi • 3.3.5 PP phân cực bằng điện áp phản hồi • 3.3.6 PP phân cực bằng bộ phân áp • 3.3.7 Đánh giá sự ổn định của mạch phân
cực cho BJT
Slide 16
• 3.3.8 Một số mạch phân cực dạng hỗn hợp
3.3.1 Nguyên tắc chung phân cực BJT
• Để khuếch đại tín hiệu BJT hoạt động
trong vùng tích cực => phân cực cho BJT • Phân cực: thiết lập điện áp, dòng điện một
chiều theo yêu cầu
– EB phân cực thuận – CB phân cực ngược
Slide 17
• Tiếp giáp • Tiếp giáp
3.3.1 Nguyên tắc chung phân cực cho BJT
– Dùng 1 số quan hệ cơ bản quan trọng của
BJT
=
V
0,7
BEV I
+
I
≈
I
B
C
)1
E I
β= ( Iβ= β=
C
B
BI
– Đầu tiên thường xác định dòng base – Áp dụng các quan hệ cơ bản để tìm các thông
số cần quan tâm
– Trong chế độ DC, tụ điện coi như hở mạch • Chú ý: trong quá trình thiết kế việc lựa chọn thông số cho chế độ
DC ảnh hưởng tới chế độ AC và ngược lại
Slide 18
• Để tính toán
3.3.2 Đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh
– Điện áp phân cực đặt vào BJT => điểm làm việc tĩnh,
tùy thuộc vào mục đích sử dụng của mạch
– Đường tải tĩnh: vẽ trên các đường đặc tuyến của BJT
để biểu diễn sự có mặt của tải
Slide 19
• Đường tải tĩnh và điểm làm việc tĩnh
+
V
V
BE
CC
V
V
BE
CC
=
I
B
I
3.3.3 PP phân cực bằng dòng base cố định
C
B
• Vòng BE = I R B B − R B Iβ=
=
−
V
V
CE
CC
I R C C
• Vòng CE • Vòng CE
Slide 20
• Đơn giản nhưng không ổn định
3.3.3 PP phân cực bằng dòng base cố định
• Dòng qua transistor lớn nhất
V= 0 CEV CER = Ω 0 I= I= I I
C
sat
=
I
C
sat
C V CC R C
Slide 21
• Trường hợp bão hòa
3.3.3 PP phân cực bằng dòng base cố định
=
−
V
V
CE
CC
I R C R
Slide 22
• Sử dụng đồ thị
=
+
3.3.4 PP phân cực bằng dòng emitter
CC
I R E E
BE
−
BE
=
I
B
V CC +
β
R B
R E
(
V + )1
+
• Vòng BE + V I R V B B
CE
CC
R E
I R ( C C
• Vòng CE − = V V
)
ER
Slide 23
• làm tăng độ ổn định
=
+
+
V
CC
BE
I R E E
=
I
B
3.3.5 PP phân cực bằng điện áp phản hồi
BE +
CC β
R B
R E
+ I R B B − V R ( C
)
Độ ổn định tương đối tốt
+
• Vòng BE ' I R V C C V +
CE
CC
R E
I R ( C C
• Vòng CE − = V V
)
• Tăng độ ổn định bằng đường phản hồi từ
Slide 24
C tới B
=
=
V
Th
1
3.5.6 PP phân cực bằng bộ phân áp
+
V
E
I R E E
Th
−
BE
=
I
B
I R B Th E Th +
BE V +
R
β
Th
R E
• Thevenin R R ThR || 1 2 R V 2 CC + R R 2 (cid:1) Tương đương mạch phân cực bằng dòng base • Vòng BE • Vòng BE + =
(
)1
Dòng và áp không phụ thuộc β
+
V
V
CE
CC
R E
I R ( C C
• Vòng CE − =
)
Slide 25
3.5.6 PP phân cực bằng bộ phân áp
R 2
ER I≈
β I 1
2
=
V B
R V 2 CC R R+ + R R 2 2
1 1
=
−
V
V E
V B
≈
=
I
I
C
E
BE V E R E
+
V
V
• Cách tính xấp xỉ ≥ 10
R E
I R ( C C
• Vòng CE − = CC CE
)
Slide 26
3.3.7 Đánh giá sự ổn định của mạch phân cực cho BJT
- Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến các tham số thiết bị Khi nhiệt độ tăng: (cid:1) Hệ số β tăng (cid:1) Dòng dò Icbo tăng (cid:1) Điện áp Vbe giảm (cid:1) Điện áp Vbe giảm
⇒gây ra sự không ổn định của mạch do sự dịch chuyển của
điểm làm việc Q
⇒chất lượng tín hiệu ra giảm - Đối với BJT chế tạo từ Si, β chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ
Slide 27
• Ảnh hưởng của nhiệt độ
3.3.7 Đánh giá sự ổn định của mạch phân cực cho BJT
(cid:1) S(Ico)=∆Ic/∆Icbo
– ảnh hưởng nhiều đến BJT dùng Germani
– ảnh hưởng ít
– ảnh hưởng nhiều đến – ảnh hưởng nhiều đến
(cid:1) S(Vbe)=∆Ic/∆Vbe (cid:1) S(β)= ∆Ic/∆β (cid:1) S(β)= ∆I /∆β
BJT dùng Silic
Tổng ảnh hưởng đến dòng Ic ∆Ic=S(Ico)* ∆Icbo+ S(Vbe)*∆Vbe+ S(β)*∆β
Slide 28
• Các hệ số ổn định
BI
3.3.8 Một số mạch phân cực dạng hỗn hợp
định khá trực tiếp định khá trực tiếp
Slide 29
• Có rất nhiều mạch phân cực khác cho BJT • Về cơ bản khi xem xét 1 mạch phân cực EI – Đầu tiên tính dòng đầu vào (hoặc ) – Các dòng + các điện áp khác có thể được xác
3.3.8 Một số mạch phân cực dạng hỗn hợp
EV
– Cho mạch như hình vẽ – Xác định , CV
Slide 30
• Ví dụ:
• Tên: 2N+số, ví dụ 2N4123, 2N2218… • Thông số cơ bản: Tối đa: Vce, Vcb, Veb, Ic, Pdis, T Đặc tính điện: (cid:1) OFF chars.: điện áp đánh thủng của CE, CB, EB, Iccutoff,
Iecutoff Iecutoff
(cid:1) ON chars.: DC β, Vce(sat), Vbe(sat) (cid:1) Tín hiệu nhỏ:current-gain – bandwidth product (β*f),
small-signal β
Slide 31
Tham số kỹ thuật quan trọng của BJT
Tóm tắt
• Các dạng mắc mạch cơ bản • Phương pháp phân cực cho BJT, chú ý tới
Slide 32
độ ổn định
Bài tập
• Đọc chương 7, 8 (mô hình của transistor lưỡng cực, mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ sử dụng transistor lưỡng cực) trong tài liệu tham khảo [1]
– Chương 4: 5, 7, 10, 14, 23, 26, 28, 32, 33
• Bài tập [1]: • Bài tập [1]:
• Bài giảng có thể được tải về tại
Slide 33
https://sites.google.com/site/pvthanhbk1/m y-forms
