Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9
CHƯƠNG 09
TRANSISTOR–CÁCPHƯƠNGPHÁPPHÂNCỰC
9.1.TÔNG QUAN VÊ TRANSISTORS:
9.1.1.CẤU TRÚC CỦA TRANSISTORS:
BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo
nên từ ba lớp bán dẫn phân cách nhau bởi hai
mối nối pn, xem hình H9.1
Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi
là : vùng Phát (Emitter) ; Nền (Base) và Thu
(Collector) . Các hình vẽ dùng biểu diễn cấu trúc vật
lý của các loại transistor : pnp và npn trình bày trong
hình H9.2.
Mối nối pn giữa vùng nền
và vùng thu được gọi là mối nối nền-
thu (Base–Collector Junction) . Tương
tự mối nối pn giữa vùng nền và
vùng phát là mối nối nền phát (Base
– Emitter Junction).
Các đầu ra của linh kiện
được đặt trên mỗi vùng và ký hiệu
bằng các ký tự E (Phát) ; B (Nền) và
C( Thu).
Vùng Nền chứa ít tạp chất
và rất mỏng so với vùng Phát có
nhiều tạp chất nhất và vùng Thu có
số lượng tạp chất trung bình.
Trong hình H9.3, trình bày các ký hiệu cho
các loại transistor npn và pnp
9.1.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTORS:
Muốn transistor hoạt động như bộ khuếch
đại, hai mối nối pn phải được phân cực đúng bằng
các nguồn DC ngoài. Trong chương này chúng ta
dùng transistor npn khảo sát, nguyên lý hoạt động của
transistor pnp được suy ra một cách tương tự ngoại
trừ các qui luật về điện tử và lổ trống, cực tính của các
nguồn áp phân cực và hướng của dòng qua linh kiện.
Trong hình H9.4 trình bày phương pháp phân cực cho các transistor npn và pnp để linh
kiện tác động như một bộ khuếch đại (amplifier) . Cần nhớ:
Mối nối Nền – Phát được phân cực thuận.
Mối nối Nền – Thu được phân cực nghịch.
Để giải thích hoạt động của transistor, chúng ta cần khảo sát các sự kiện xãy ra bên trong
transistor npn.
HÌNH H 9.1
Lớp kim loại tiếp xúc Lớp Oxid
HÌNH H 9.2
Mối nối Nền –Phát
(Base –Emitter Junction)
Mối nối Nền –Thu
(Base –Collector Junction)
Transistor
pnp
Transistor
npn
HÌNH H 9.3
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
KỸ
THUẬT
ĐIỆN
ĐIỆN TỬ
– CHƯƠNG 9
Trong hình H9.4 trình bày
các mạch phân cực cho
transistor npn và pnp.
Mối nối BC phân cực nghịch
và mối nối BE phân cực
thuận.
Khi phân cực thuận mối nối pn Nền Phát , vùng nghèo tại mối nối thu hẹp.
Khi phân cực nghịch mối nối pn Nền Thu , vùng nghèo tại mối nối mở rộng, hình H9.5.
Vì vùng Phát là bán dẫn loại n có nồng độ tạp chất cao đẩy ào ạt các điện tử tự do
(trong dảy dẫn) khuếch tán dễ dàng qua mối nối pn Nền Phát để vào lớp bán dẫn p tại vùng Thu.
Tại vùng này các điện tử trở thành các hạt tải thiểu, tương tự như trường diode phân cực
thuận.
Vì vùng Nền hẹp và là bán dẫn cố nồng độ tạp chất thấp nhất , do đó số lượng lỗ trống
trong vùng này hữu hạn. Như vậy, một phần nhỏ các điện tử sau khi qua mối nối Nền Phát có
thể tái hợp với số lổ trống hữu hạn trong cực nền. Một số rất ít các điện tử không tái hợp đi ra
khỏi cực nền là dòng điện tử hóa trị, hình thành dòng điện nhỏ trong cực nền.
Phần lớn các điện tử từ cực phát đi vào vùng nền không thực hiện quá trình tái hợp
nhưng khuếch tán vào vùng nghèo của mối nối pn Nền Thu. Ngay khi đến vùng này các điện
tử được kéo qua vùng mối nối phân cực nghịch do tác động của điện trường tạo bởi lực hấp
dẫn giữa các ion dương và âm. Thực sự chúng ta có thể thấy các điện tử được kéo sang vùng
nghèo của mối nối phân cực nghịch Nền Thu do điện áp của nguồn ngoài đang đặt trên cực thu.
Các điện tử đi ngang qua vùng Thu đến cực Thu và đi về cực dương của nguồn áp ngoài
đang cấp vào cực thu. Điều này hình thành dòng cực thu C
I. Dòng cực thu có giá trị rất lớn hơn
so với dòng qua cực nền B
I. Đây chính là lý do tạo được độ lợi dòng điện (current gain).
9.1.3.CÁC THÀNH PHẦN DÒNG ĐIỆN QUA TRANSISTORS
HÌNH H 9.4: Các mạch phân cực transistor
Transistor npn
BC phân cực
nghịch BC phân cực
nghịch
BE phân cực
thuận BE phân cực
thuận
Transistor pnp
HÌNH H 9.6: Thành phần dòng điện qua transistor.
Transistor pnp Transistor npn
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9
Trong hình H9.6 trình bày các thành phần dòng điện và hướng của dòng qua transistor
npn và pnp. Quan hệ giữa các thành phần dòng điện thỏa định luật Kirchhoff 1 như sau:
ECB
III

(9.1)
Nên nhớ giá trị dòng qua cực nền B
I rất nhỏ so với dòng C
I. Các chỉ số dùng trong các
ký hiệu dòng điện được ghi bằng các chữ in hoa để xác định các thành phần dòng điện này là
dòng một chiều DC.
HÌNH H 9.5
Vùng nghèo tại mối nối
Nền Phát (B-E)
Vùng nghèo tại mối nối
Nền Thu (B-C)
Phân cực Thuận
mối nối Nền Phát
Phân cực Nghịch
mối nối Nền Thu
Dòng điện tử
cực Nền ( IB )
Dòng điện tử
cực Nền ( IB )
Dòng điện tử
cực Thu ( IC )
Dòng điện tử
cực Thu ( IC )
Dòng điện tử cực Phát
ECB
III
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
KỸ
THUẬT
ĐIỆN
ĐIỆN TỬ
– CHƯƠNG 9
9.1.4.CÁC THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CỦA TRANSISTORS:
Khi các transistor npn
hay pnp được kết nối với
các nguồn áp DC phân
cực, gọi : BB
Vlà nguồn áp
DC phân cực thuận mối
nối nền phát và CC
Vlà
nguồn áp DC phân cực
nghịch mối nối nền thu ,
xem hình H9.7.
9.1.4 .1 .HỆ SỐ
DC
VÀ HỆ SỐ
DC
:
Hệ số DC
được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua
cực thu C
I so với dòng DC qua cực nền B
I. Ta có:
C
DC
B
I
I
 (9.2)
Hệ số DC
còn được gọi là FE
h 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 DC FE
h
 trong phạm vi từ 20 đến 200 hay lớn hơn.
Hệ số DC
được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu C
I so với dòng DC qua cực
phát E
I. Ta có:
C
DC
E
I
I
 (9.3)
Hệ số DC
ít được sử dụng hơn so với hệ số DC
trong quá trình tính toán hay thiết kế.
Giá trị của hệ số DC
trong phạm vi từ 0,95 đến 0,98 hay lớn hơn.
9.1.4 .2 .GI ẢI TÍ CH ÁP VÀ DÒNG TRONG MẠCH PHÂN CỰC TRANSI STOR:
Trong mạch phân cực hình H9.8, gọi:
BE
V: điện áp DC giữa cực nền và cực phát.
CE
V: điện áp DC giữa cực thu và cực phát.
CB
V: điện áp DC giữa cực thu và cực nền.2
BB
V là áp phân cực thuận mối nối nền phát (BE) và
CC
V là áp phân cực ngược mối nối nền thu (BC). Khi
mối nối BE phân cực thuận, tương tự như diode
điện áp giữa mối nối BE là: BE
V0,7V
.
HÌNH H 9.7
HÌNH H 9.8
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9
Mặc dù trong các transistor thực sự, áp BE
V có thể cao đến mức 0,9 V và phụ thuộc vào
dòng điện, trong tài liệu này chúng ta dùng giá trị 0,7 V để đơn giản trong quá trình phân tích các
vấn đề cơ bản.
Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực nền, ta có quan hệ:
BB B B BE
VRIV
 (9.4)
Suy ra:
BB BE
B
B
VV
IR
(9.5)
Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực thu, ta có quan hệ:
CC C C CE
VRIV
 (9.6)
Suy ra:
CE CC C C CC C DC B
VVRIVR .I
 (9.7)
THÍ DỤ 9.1:
Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.9, biết
transistor có hệ số DC 150
 . Xác định các dòng điện: B
I;
C
I ; E
Ivà các áp CE
V và CB
V.
GIẢI:
Áp dụng quan hệ (9.5), ta có:
BB BE
B
B
VV 5V 0,7V
I0,43mA
10kR

Áp dụng quan hệ (9.2) suy ra dòng qua cực thu là: CDCB
I .I 150 0,43 64,5mA

Áp dụng quan hệ (9.1) hay định luật Kirchhoff 1, ta có: ECB
III64,50,4364,93mA

Áp dụng quan hệ (9.7) để xác định áp CE
V, ta có: CE
V 10 100 0,0645 3,55 V

Áp dụng định luật Kirchhoff2 ta có: CB CE BE
V V V 3,55 0,7 2,85V

9.1.4 .3 .ĐẶC TUYẾN CỰC THU CỦA TRANSI STOR:
Áp dụng mạch điện trong hình H9.10 để xác
định đặc tuyến cực thu bằng thực nghiệm. Đặc
tuyến cực thu của transistor là đồ thị mô tả
quan hệ giữa áp CE
V theo dòng C
I, khi chọn
dòng B
I làm thông số.
Đặc tuyến cực thu của transistor được trình
bày trong hình H9.11.
HÌNH H 9.9
HÌNH H 9.10