Bài giảng Kỹ thuật điện tử C: Chương 3 - GV. Lê Thị Kim Anh

Chương 3

Cấu tạo và hình dáng

E C

TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (Bipolar Junction Transistor-BJT)

n+ p n

3.1 Giới thiệu

B

BJT là một loại linh kiện bán dẫn 3 cực có

E C p+ n p

khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc hoạt động

như một khóa đóng mở, rất thông dụng trong

B

Hình dáng BJT

ngành điện tử.

E: Emitter C: Collector B: Base

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Ký hiệu của BJT

3. 2 Chế độ làm việc của BJT

C E E C C n+ p n B

B B E

BJT loại NPN

C

Tùy theo cách phân cực cho transistor mà transistor sẽ có các chế độ làm việc khác nhau. Transistor có 3 chế độ làm việc cơ bản:

B E C E C p+ n p

- Chế độ khuếch đại.

E B B

- Chế độ khóa.

BJT loại PNP

- Chế độ dẫn bảo hòa.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

1

Chế độ khuếch đại: JE phân cực thuận và JC phân cực ngược.

- JE: tiếp xúc PN giữa cực phát (E)

Chế độ khóa (hay đóng mở): cả 2 chuyển tiếp JE và JC đều được phân cực ngược.

và cực nền (B).

- JC: tiếp xúc PN giữa cực thu (C)

và cực nền (B).

Chế độ dẫn bảo hòa: cả 2 chuyển tiếp JE và JC đều được phân cực thuận.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

* Chế độ khuếch đại

3.3 Ba sơ đồ cơ bản của BJT

Qui ước về dòng trong BJT

IE IC E C IE IC IE IC

vi RL IB IB B • NPN PNP

VEE

VCC

VCC VEE Theo định luật Kirchhoff:

Mạch CB đơn giản hóa

IE = IC + IB IC = IC (INJ) + ICBO ; IC(INJ): dòng hạt dẫn đi qua miền nền.

I

)

=α

⇒IC = αIE + ICBO

Định nghĩa thông số α:

INJ (C I

I

3.3.1 Mạch B chung (Common Base – CB) Cực B là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõ vào là dòng IE. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - Điện áp ngõ vào là VEB. - Điện áp ngõ ra là VCB.

E ≈α

Vì ICBO rất nhỏ, có thể bỏ qua :

C I

E

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

2

IE

3.3.3 Mạch C chung (Common Colletor – CC)

IC

3.3.2 Mạch E chung (Common Emitter – CE)

E C IB IB B B RL RL C vi vi IC IE E • •

Cực E là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõ vào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - Điện áp ngõ vào là VBE. - Điện áp ngõ ra là VCE.

Cực C là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõ vào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IE. - Điện áp ngõ vào là VBC. - Điện áp ngõ ra là VEC.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Mạch CC đơn giản hóa Mạch CE đơn giản hóa

3.4 Đặc tuyến Vôn - Ampe

3.4.1 Đặc tính B chung 3.4.1.a Họ đặc tuyến ngõ vào B chung:

I

)V(f

=

E

BE

V

const

=

CB

Đồ thị diễn tả các mối tương quan giữa dòng điện và điện áp trên BJT được gọi là đặc tuyến Vôn-Ampe (hay đặc tuyến tĩnh). Người ta thường phân biệt thành 4 loại đặc tuyến: Đặc tuyến vào: nêu quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở ngõ vào. Đặc tuyến ra: quan hệ giữa dòng và áp ở ngõ ra. Đặc tuyến truyền đạt dòng điện: nêu sự phụ thuộc của dòng điện ra theo dòng điện vào. Đặc tuyến hồi tiếp điện áp: nêu sự biến đổi của điện áp ngõ vào khi điện áp ngõ ra thay đổi.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

3

I

=

3.4.1.b Đặc tuyến ngõ ra B chung:

C

)V(f CB

I

const

=

E

3.4.2 Đặc tính E chung 3.4.2.a Dòng ICEO và β

Dòng ICEO là dòng ngược trên tiếp xúc JC khi hở mạch ngõ vào.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Ta có: IC = α IE + ICBO ⇒ α IE = IC - ICBO

I

3.4.2.b Đặc tuyến ngõ vào E chung:

=

B

)V(f BE

V

const

=

CE

I

I

I

I

⇒

−

=

+

I

=

−

B

C

E

I C α

CBO α

Chia 2 vế cho α, ta có: I C α

+

I =⇒ C

I 1

CBO α I α B 1 α−

CBO α−

I

I

=

=

C

CEO

I 1

CBO α−

Khi VBE hở mạch, ta có: Đặt:

β

=

1

α

I

I

I

+

β=

+

I β=⇒ C

B

B

CEO

α − I 1

xem(

)0

≈

CBO α− Vì ICEO là rất nhỏ:

I C

I β≈ B

I CEO

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

4

3.4.2.b Đặc tuyến ngõ ra E chung:

I

)V(f

=

C

CE

I

const

=

B

3.4.3 Đặc tính C chung 3.4.3.a Họ đặc tuyến ngõ vào C chung:

I

)V(f

=

B

CB

V

const

=

CE

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

3.5 Phân cực cho BJT

3.4.3.b Họ đặc tuyến ngõ ra C chung:

I

=

E

)V(f CE

I

const

=

B

Điểm phân cực tĩnh (điểm làm việc tĩnh) Là giao điểm của đường tải một chiều với đặc tuyến Vôn-Ampe. Điểm làm việc tĩnh ở ngõ vào: là giao điểm của đường tải một chiều và đặc tuyến Vôn- Ampe ở ngõ vào. Điểm làm việc tĩnh ở ngõ ra: là giao điểm của đường tải một chiều và đặc tuyến Vôn-Ampe ở ngõ ra.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

5

Phương trình đường tải ở ngõ ra:

3.5.1 Phân cực kiểu định dòng base IB

Phương trình đường tải ở ngõ vào:

V

V

CC

BE

V

+

I −=⇔ C

CE

- VCC + IC RC + VCE = 0

I =⇔ B

V CC R C

1 R C

− R

B

7.0

)Si_

- VCC + IB RB + VBE = 0 6.0 BJT( ÷

=

VBE

Điểm làm việc tĩnh ở ngõ ra: Q(IC,VCE)

2.0

3.0

BJT(

_

)Ge

÷

⎧ ⎨ ⎩

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Phương trình đường tải ở ngõ ra:

- VCC + IC RC + VCE+IERE = 0

3.5.2 Phân cực kiểu định dòng base IB và có thêm điện trở RE Phương trình đường tải ở ngõ vào:

RC

IC

RB

RC

I

−=

+

C

IB

IC

RB

VCC

IB

V CE RR + C E

V CC RR + C E

- VCC+ IB RB+VBE +IERE = 0

VCC

Cout

Cout

Cin

Cin

RE

IE

RE

IE

I =⇔ B

R

Với: IE = IC + IB = (β+1)IB V V − CC BE R)1 ( +β+

B

E

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

6

3.5.3 Phân cực kiểu phân áp

Phương trình đường tải ở ngõ vào:

RC

- VBB + IB RBB + VBE +IERE= 0

RC

RB1

Biến đổi tương đương thành mạch Thevenin:

IB

Với: IE = (β+1)IB

VCC

B

Cout

VCC

R

=

BB

I =⇔ B

RBB

R.R 1B 2B R R +

2B

Cin

VV − BB (R +β+ BB

BE R)1 E

RE

IE

RE

RB2

VBB

Vcc

V

=

BB

M

R

1B R 2B R +

2B

1B

Phương trình đường tải ở ngõ ra giống trường hợp định dòng IB có RE.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

3.5.4 Phân cực nhờ hồi tiếp từ C

3.6 Thiết kế mạch phân cực

IE

Việc thiết kế được tính toán trên các giá trị nguồn cung cấp là cố định.

RC

IB

Ta có: VBE = VCE – IBRB =VCC - (IC+IB)RC - IBRB

Vcc

RB

IC

I

=

B

V V − CC BE (R R)1 +β+ B C

VCE

Từ yêu cầu về điểm làm việc ta phải xác định các giá trị điện trở trên mạch. Vì trên thực tế các điện trở sẽ được chọn theo giá trị chuẩn, do đó khi chọn phải phù hợp với sai số cho phép.

IE

VBE

Một số giá trị R chuẩn: 10, 12, 15, 18,22, 27,33, 39,43, 47,51, 56, 68, 75, 82, 91.

IC = βIB VCE = VCC – IERC = IBRB + VBE

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

7

Hướng dẫn

Ví dụ cho thiết kế phân cực E chung

1. - VCC + IC RC + VCE = 0 - VCC + IB RB + VBE = 0 IC= β IB ; VBE = 0.7V

⇒ RB = 565KΩ ; RC = 3KΩ ⇒ chọn 560 KΩ và 3KΩ

Một transistor silicon NPN có β tối ưu là 100, được sử dụng trong mạch phân cực CE định dòng IB, với VCC = 12V. Điểm phân cực là IC = 2mA và VCE = 6V. 1. Thiết kế mạch dùng các điện trở chuẩn 5%. 2. Tìm giới hạn có thể có của điểm phân cực nếu

2. Tính lại IC theo sự thay đổi của β từ IB ứng với RB đã chọn. Từ đó tìm giới hạn của điểm phân cực.

β của transistor thay đổi từ 50 đến 150 (một giới hạn thường gặp trong thực tế). Giả sử là các điện trở có giá trị tối ưu.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

-Khi điện áp ở ngõ vào là 0V: BJT không dẫn

3.7 BJT Inverter BJT được ứng dụng như một chức năng đảo trạng thái.

⇒ VCE = + 5V.

Kết luận:

V in = 5V ⇒ V out = 0V.

- Khi điện áp ở ngõ vào là 5V: RB và RC được thiết kế sao cho BJT hoạt động ở chế độ bảo hòa.

Inverter

V in = 0V ⇒ V out = 5V.

- Khi đó VCE ≈ 0 (khoảng là VCE 0.1V) được gọi sat(saturation), tương ứng:

I

V

V

HI

BE

I

I

=

=

I

=

=

C

satC

B

− R

satC β

V CC R C

B

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

8

3.8 Công tắc transistor

Một mạch Inverter dùng transistor được xem là một công tắc được điều khiển bởi điện áp ở ngõ vào.

Được gọi là công tắc transistor.

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh

9