Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - Transistor

Chia sẻ: Cù Hồng Toán | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Transistor lưỡng cực, Transistor MOSFET là 2 loại Transistor được giới thiệu đến trong chương 2 "Transistor" thuộc bài giảng Kỹ thuật điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng để nắm bắt chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - Transistor

Chương 2: TRANSISTOR 2.1 Transistor lưỡng cực – BJT 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe. 2.1.4 Các hệ số của BJT 2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT. 2.1.6 Phân cực transistor. 2.1.7 Bài tập 2.2 Transistor MOSFET 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Đặc tuyến Vol – Ampe. 2.2.3 Chế độ ON-OFF 1
2.1 Transistor lưỡng cực BJT. 2.1.1 Giới thiệu BJT. (BJT – Bipolar Junction Transistor) • Transistor lưỡng cực gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N. - Nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận. - Nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. • Hình dạng thực tế: 2
2.1.1 Giới thiệu BJT. (tt) • Các cực được ký hiệu bằng các kí tự E (Emitter - cực phát), C (Collector - cực thu) và B (Base - cực nền). 3
2.1.1 Giới thiệu BJT (tt)  Các cách mắc: 4
2.1.1 Giới thiệu BJT. (tt)  Các cách mắc: (tt) 5
2.1.2 Nguyên lý hoạt động. • Điều kiện phân cực transistor : - Phân cực thuận mối nối B-E - Phân cực ngược mối nối B-C • Ta xét hoạt động transistor npn: - Do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P(cực B) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều. - Một phần nhỏ trong số các điện tử đó đi xuyên qua cực B về dương nguồn VBE tạo thành dòng IB , còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp VCE => tạo thành dòng IC chạy qua Transistor. • Áp dụng ĐL K1: IE=IB+IC , với IB rất nhỏ so với IC 6
2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.  Đoạn AB - vùng bảo hòa. - Giả sử áp VBB được chỉnh để tạo ra giá trị IB bất kỳ và áp VCC=0V . Tại điều kiện này, các mối nối BE và BC phân cực thuận vì áp VBE=0,7V trong khi áp VCE=0V. Khi các mối nối BE và BC phân cực thuận, BJT hoạt động trong vùng bảo hòa. - Khi tăng áp VCC , áp VCE tăng dần khi dòng IC tăng.  Đoạn BC - vùng hoạt động. - Khi VCE vượt cao hơn giá trị 0.7 V, mối nối BC phân cực nghịch và transistor bắt đầu đi vào vùng hoạt động hay vùng tuyến tính. 7
2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.(tt) - Khi áp VCE tiếp tục gia tăng, dòng IC ngừng tăng và duy trì giá trị không đổi tương ứng với giá trị của dòng IB - Phần đặc tuyến BC (vùng hoạt động của BJT) thỏa quan hệ tuyến tính: 𝐈𝐂 = 𝛃𝐃𝐂 . 𝐈𝐁  Bên phải điểm C – vùng đánh thủng - Khi VCE tăng đến mức đủ lớn, mối nối BC phân cực nghịch đạt đến trạng thái phá vỡ phân cực nghịch và dòng IC gia tăng rất nhanh. (vùng break down – vùng đánh thủng). 8
2.1.4 Các hệ số của BJT • Hệ số 𝛃𝐃𝐂 hay hFE được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với dòng DC qua cực nền IB 𝐈𝐜 𝛃 = 𝛃𝐃𝐂 = 𝐈𝐁 Hệ số αDC là tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với dòng DC qua cực phát IE . 𝐈𝐂 α =α𝐃𝐂 = < 1 𝐈𝐄 Liên hệ giữa các hệ số: 𝛃 α α= và 𝛃= 𝛃+𝟏 𝟏−α 9
2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT. 2.1.5.1 Chế độ khuếch đại. • Nguồn áp Vin tạo ra dòng AC qua cực nền dẫn đến dòng AC qua cực thu. • Dòng AC qua cực thu tạo áp AC ngang qua điện trở RC. →Transistor khuếch đại tín hiệu AC cấp vào cực nền. Cần nhớ áp AC trên RC đảo pha so với áp AC cấp vào trên cực nền. • Do mối nối nền phát phân cực thuận nên điện trở nội 𝑟 ′ 𝑒 cực phát xét đối với tín hiệu AC có giá trị rất thấp. 10
2.1.5.1 Chế độ khuếch đại. (tt) Dòng cực phát tính đối với áp AC là: vb ie = ≅ ic r′e Áp AC trên cực thu là vc bằng với áp AC đặt ngang qua hai đầu điện trở RC: vc = R C . ic Độ lợi điện áp (hệ số khuếch đại áp) Av của mạch transistor : vc R C Av = = vb r′e Vì R C là điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội r′e → Điện áp ra luôn có biên độ rất lớn so với điện áp cấp vào. → Ứng dụng trong mạch ampli để khuếch đại âm thanh. 11
2.1.5 Các chế độ làm việc của BJT.(tt) 2.1.5.2 Chế độ ON-OFF.  Trạng thái ngưng dẫn: Khi IB=0 , transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) vì mối nối nền phát không được phân cực thuận → IC=0 → Xem như cực thu và phát hở mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương hở mạch. → Áp tại cực thu: VC=VCC 12
2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)  Trạng thái bão hòa: • Khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng IB gia tăng, dòng cực thu IC cũng gia tăng theo quan hệ IC = βDC . IB → VCE = VCC − IC R C • Tóm lại, khi IB và IC tăng thì VCE giảm. Khi VCE giảm đến trạng thái giá trị bảo hòa VCEsat , mối nối BC bắt đầu phân cực thuận và dòng IC tăng nhanh. Tại lúc bảo hòa, quan hệ IC = βDC . IB không còn duy trì chính xác. Áp VCEsat thường được xác định tại điểm khuỷu của đặc tuyến cực thu và có giá trị khoảng VCEsat = 0,4V đến 0,5V ( Si ). • Gần đúng: VCEsat ≈ 0V. → Áp tại cực thu: VC=0. 13
2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)  Điều kiện trạng thái bão hòa: Khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng IB đủ lớn để tạo dòng IC cực đại, transistor đạt trạng thái bảo hòa. Khi đạt trạng thái bảo hòa, ta có quan hệ sau: VCC − VCEsat ICsat = RC Giá trị cực tiểu của dòng IB đủ tạo trạng thái bảo hòa cho transistor là: ICsat IBmin = βDC Trong thực tế vận hành, ta tạo ra dòng IB có giá trị hơi lớn hơn giá trị IBmin xác định để duy trì tốt trạng thái bảo hòa cho transistor. 14
2.1.5.2 Chế độ ON-OFF(tt)  Ứng dụng: Xét mạch transistor đóng ngắt tải như hình. • Khi đóng khóa K: chọn các thông số của mạch sao cho BJT dẫn bão hòa → VCE=VCEsat=0,2V → cuộn dây của relay có điện → sinh ra từ trường đóng khóa KLoad. • Khóa K mở: IB=0 → BJT ngưng dẫn → cuộn dây relay không có điện → khóa KLoad hở mạch. Diode được sử dụng để dẫn dòng ngược khi cuộn dây relay phóng điện. 15
2.1.5.3 Công suất cực đại của BJT.  Công suất tiêu tán trên BJT: 𝐏𝐃 = 𝐈𝐂 𝐕𝐂𝐄 + 𝐈𝐁 𝐕𝐁𝐄 Trong trường hợp đơn giản, ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của dòng IB (xem IB
2.1.5.4 Ví dụ Ví dụ 1: Cho mạch transistor như hình, biết áp bảo hòa VCEsat=0,2V. Hãy xác định trạng thái hoạt động của transistor ? ĐS: [IC=ICsat=9,8mA; bão hòa] 17
2.1.5.4 Ví dụ (tt) Ví dụ 2: Cho mạch transistor như hình, tính: a. Áp VCE khi VIN=0V. b. Dòng IBmin để BJT hoạt động trong vùng bảo hòa, biết βDC =200, bỏ qua giá trị áp VCEsat . c. Giá trị cực đại của điện trở RB khi VIN=5V mà vẫn bảo đảm cho BJT dẫn bão hòa. ĐS: [10V; 50μA;86K] 18
2.1.5.4 Ví dụ (tt) Ví dụ 3: Cho: VCC=9V; VCEsat=0,3V; RC=270Ω; RB=3,3KΩ; βDC =50. Cho dòng điện qua LED khi phát sáng là 30 mA. Áp cấp vào cực nền có dạng xung chữ nhựt. Xác định biên độ của sóng xung chữ nhựt đủ để transistor bảo hòa. Khi tính toán chọn dòng điện qua cực nền bằng 2 lần giá trị IBmin để đảm bảo BJT bảo hòa hoàn toàn. ĐS: [4.95V] 19
2.1.6 Phân cực transistor. 2.1.6.1 Điểm làm việc DC (điểm Q). a. Phân cực DC. • Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các bộ khuếch đại hoạt động trong vùng tuyến tính. • Nếu bộ khuếch đại không được phân cực đúng điểm làm việc DC, có thể dẫn đến quá trình ngưng dẫn hay bảo hòa khi cấp tín hiệu vào bộ khuếch đại. 20