1
Môc lôc
Môc lôcMôc lôc
Môc lôc
3.1. CÊu t¹o v nguyªn lý lm viÖc cña BJT ........................................................................................2
3.1.1. CÊu t¹o cña BJT ....................................................................................................................2
3.1.2. Nguyªn lý lm viÖc cña BJT .................................................................................................3
3.1.3. Quan hÖ dßng ®iÖn I
E
, I
B
, I
C
v c¸c hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α, β.....................................5
3.2. C¸c d¹ng m¾c m¹ch c¬ b¶n cña BJT.............................................................................................7
3.3. Giíi h¹n vïng lm viÖc cña BJT .................................................................................................13
3.4. Ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i v ®iÓm lm viÖc tÜnh (chÕ ®é 1 chiÒu) .................................................15
3.5. Ph©n cùc cho BJT........................................................................................................................16
3.5.1. Ph©n cùc Baz¬ (hay ph©n cùc b»ng dßng cè ®Þnh)..............................................................16
3.5.2. Ph©n cùc Emit¬ ...................................................................................................................18
3.5.3. Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p........................................................................................................20
3.5.4. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp Colect¬...........................................................................................22
3.6. HÖ sè æn ®Þnh S...........................................................................................................................23
3.6.1. §Þnh nghÜa hÖ sè æn ®Þnh....................................................................................................23
3.6.2. HÖ sè æn ®Þnh cho c¸c lo¹i m¹ch ph©n cùc .........................................................................24
3.7. Ph−¬ng ph¸p lùa chän ®iÓm c«ng t¸c tÜnh Q dùa trªn c¸c tham sè v ®Æc tÝnh cña BJT ............26
3.8. BJT chuyÓn m¹ch........................................................................................................................29
3.8.1. ChÕ ®é chuyÓn m¹ch cña BJT.............................................................................................29
3.8.2. ChÕ ®é c¾t dßng v bSo ho cña BJT..................................................................................30
3.9. BJT lm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nhá. .........................................................................31
3.9.1. Kh¸i niÖm............................................................................................................................31
3.9.2. BiÕn ®æi s¬ ®å m¹ch nguyªn lý sang s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng....................................................31
3.9.3. Mét sè tham sè c¬ b¶n trong m¹ch khuÕch ®¹i...................................................................32
3.9.4. §−êng t¶i v ®iÓm lm viÖc ®éng .......................................................................................33
3.9.5. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè vËt lý Z r
e
.................................................................................33
3.9.6. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng tham sè h (hybrid)................................................................................36
2
Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc
Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc
Ch−¬ng 3. Transistor tiÕp gi¸p l−ìng cùc BJT
BJTBJT
BJT
(Bipolar Junction Transistor)
3.1. CÊu t¹o v nguyªn lý lm viÖc cña BJT
3.1.1. CÊu t¹o cña BJT
Ng−êi ta lÊy hai lo¹i b¸n dÉn ghÐp theo thø tù PZNZP hoÆc NZPZN th× ®−îc mét cÊu
tróc cña lo¹i Tranzito tiÕp gi¸p l−ìng cùc v ®−îc viÕt t¾t l BJT (Bipolar Junction
Transistor). Kh¸i niÖm l−ìng cùc (Bipolar) ë ®©y ®−îc hiÓu l Tranzito dïng hai lo¹i
h¹t dÉn ®a sè: ®ã l ®iÖn tö (n
n
mang ®iÖn tÝch ©m) v lç trèng (p
p
mang ®iÖn tÝch
d−¬ng). Tuú theo c¸ch ghÐp hai chÊt b¸n dÉn m ng−êi ta cã lo¹i Tranzito PNP v
Tranzito NPN. Tranzito BJT cã 3 cùc ®−îc gäi tªn v ký hiÖu nh− sau:
Emit¬ Z Ký hiÖu l E (tiÕng Anh viÕt l Emitter)
Baz¬ Z Ký hiÖu l B (tiÕng Anh viÕt l Base)
Colect¬ Z Ký hiÖu l C (tiÕng Anh viÕt l Collector)
H×nh 3$1 : CÊu t¹o v ký hiÖu cña BJT lo¹i PNP v NPN
Trªn h×nh 3Z1 m« t¶ cÊu t¹o v ký hiÖu cña hai lo¹i BJT, trªn ký hiÖu cã mòi tªn t¹i
Emit¬ ngÇm chØ chiÒu dßng ®iÖn Emit¬.
ViÖc chän kÝch th−íc c¸c vïng Emit¬, Baz¬ vColect¬ còng nh− nång ®é h¹t dÉn
®a sè t¹i c¸c vïng ny ph¶i tu©n thñ mét qui t¾c nhÊt ®Þnh. Trªn h×nh 3Z1 cho thÊy vïng
Baz¬ cã kÝch th−íc rÊt máng (nhá h¬n 100 lÇn) so víi hai vïng Emit¬ v Colect¬. VÒ
nång ®é h¹t dÉn ®a sè t¹i vïng Emit¬ l lín nhÊt, sau ®ã ®Õn vïng Colect¬ cßn vïng
E
P
P
N
C
B
E
E
E
C
0,025 mm
E
B
C
3.8 mm
E
B
C
E
N
N
P
C
B
E
E
E
C
0,025 mm
3,8 mm
+
+
3
Baz¬ th× cÇn rÊt nhá, nhá h¬n nhiÒu lÇn (tèi thiÓu l 10 lÇn hoÆc bÐ h¬n) so víi nång ®é
hai vïng trªn.
Víi ph©n bè h¹t dÉn ®S nªu ë trªn, ng−êi ta muèn ®¹t ®−îc mét kÕt qu¶ l dßng
Baz¬ cng nhá cng tèt (ý nghÜa cña kÕt qu¶ ny sÏ ®−îc gi¶i thÝch ë phÇn hÖ sè α, β).
3.1.2. Nguyªn lý lm viÖc cña BJT
BJT l lo¹i cÊu kiÖn b¸n dÉn cã hai tiÕp gi¸p PN. Mçi tiÕp gi¸p PN vÒ nguyªn t¾c
gièng nh− mét §iot. Phô thuéc vo c¸ch ph©n cùc thuËn hay ng−îc cña hai tiÕp gi¸p
ny m ta cã c¸c chÕ ®é lm viÖc kh¸c nhau cña BJT. M« h×nh ®¬n gi¶n cña BJT ®−îc
m« t¶ trªn h×nh 3Z2, hai tiÕp gi¸p ®−îc ký hiÖu J
E
(tiÕp gi¸p Emit¬ Z Baz¬) v J
C
(tiÕp
gi¸p Colect¬ Z Baz¬). Cã 3 tr−êng hîp nh− sau:
J
E
Z ph©n cùc thuËn
J
C
Z ph©n cùc ng−îc
BJT lm viÖc ë vïng tÝch cùc (active region)
(dïng trong chÕ ®é khuÕch ®¹i tÝn hiÖu)
J
E
Z ph©n cùc ng−îc
J
C
Z ph©n cùc thuËn
BJT lm viÖc ë vïng tÝch cùc ®¶o (reverseZactive region)
(dïng trong chÕ ®é khuÕch ®¹i ®¶o tÝn hiÖu)
J
E
Z ph©n cùc ng−îc
J
C
Z ph©n cùc ng−îc
BJT lm viÖc ë vïng c¾t dßng (cutoff region)
(dïng trong chÕ ®é chuyÓn m¹ch Z switch)
J
E
Z ph©n cùc thuËn
J
C
Z ph©n cùc thuËn
BJT lm viÖc ë chÕ ®é bSo ho (saturation region)
(dïng trong chÕ ®é chuyÓn m¹ch Z switch)
a) Lo¹i Tranzito PNP b) Lo¹i Tranzito NPN
H×nh 3$2: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng ®¬n gi¶n cña BJT
§Ó ph©n tÝch c¬ chÕ lm viÖc v c¸c dßng ®iÖn ch¹y trong BJT cã thÓ lÊy nÒn
t¶ng ®S nghiªn cøu ®èi víi §iot b¸n dÉn. Trªn h×nh 3Z3 m« t¶ qu¸ tr×nh ny (lÊy vÝ dô
cho BJT lo¹i PNP)
XÐt BJT lm viÖc á vïng tÝch cùc: tiÕp gi¸p Emit¬ ph©n cùc thuËn, tiÕp gi¸p
Colect¬ ph©n cùc ng−îc.
Hai tiÕp gi¸p PN h×nh thnh hai vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian. Gäi t¾t tiÕp gi¸p
Emit¬ Z Baz¬ l tiÕp gi¸p Emit¬; TiÕp gi¸p Colect¬ Z Baz¬ l tiÕp gi¸p Colect¬. Nguån
E
E
m¾c ph©n cùc thuËn cho tiÕp gi¸p Emit¬, cßn nguån E
C
m¾c ph©n cùc ng−îc cho
tiÕp gi¸p Colet¬. GÇn nh− ton bé ®iÖn ¸p nguån E
C
h¹ trªn tiÕp gi¸p colect¬:
E
J
E
J
C
C
B
E
J
E
C
B
J
C
(3
Z
1)
U
CE
≈
E
C
4
p
p
(Emit¬) > p
p
(Colect¬) >> n
n
(Baz¬)
U
EB
: §iÖn ¸p h¹ trªn tiÕp gi¸p Emit¬ do nguån E
E
cung cÊp v U
EB
/ U
BE
≅ 0,7v (Si) v ≅ 0,3v (Ge)
U
CE
: §iÖn ¸p h¹ trªn tiÕp gi¸p Colect¬ Z Emiter do nguån E
C
cung cÊp v U
CE
≈ E
C
H×nh 3$3: Sù h×nh thnh c¸c dßng ®iÖn trong BJT.
Do tiÕp gi¸p Emit¬ ph©n cùc thuËn, ®iÖn ¸p tæng trªn tiÕp gi¸p gi¶m ®i v b»ng:
Lm cho dßng khuÕch t¸n c¸c h¹t dÉn ®a sè t¨ng m¹nh (lç trèng p
p
tõ Emit¬
khuÕch t¸n sang Baz¬ v ®iÖn tö n
n
tõ Baz¬ sang Emit¬) t¹o thnh dßng I
E
. Tuy nhiªn
do nång ®é p
p
(Emit¬) >> n
n
(Baz¬) nªn trong thnh phÇn cña I
E
chñ yÕu l do lç trèng
tõ Emit¬ t¹o thnh.
T¹i vïng Baz¬ s¸t tiÕp gi¸p Emit¬ nång ®é lç trèng giê ®©y lín h¬n nhiÒu so víi
phÝa s¸t tiÕp gi¸p Colect¬ nªn dßng h¹t dÉn ny tiÕp tôc khuÕch t¸n vÒ phÝa tiÕp gi¸p
colect¬. Trong qu¸ tr×nh khuÕch t¸n ny mét sè lç trèng t¸i hîp víi ®iÖn tö t¹i vïng
Baz¬ v t¹o thnh dßng Baz¬ I
B
. Tuy nhiªn nh− ®S nãi ë phÇn trªn, do nång ®é h¹t dÉn
®a sè t¹i Baz¬ nhá, mÆt kh¸c bÒ dÇy cña Baz¬ l rÊt nhá nªn dßng I
B
<< I
E
.
TiÕp gi¸p colect¬ ph©n cùc ng−îc nªn tæng ®iÖn ¸p trªn tiÕp gi¸p l:
§iÖn ¸p tæng ny cã chiÒu gia tèc ®èi víi lç trèng nªn nã kÐo nhanh sè lç trèng
ny vÒ Colect¬ v t¹o thnh dßng Colet¬ I
C
.
Tuy nhiªn t¹i vïng Baz¬ v Colect¬ cã c¸c h¹t dÉn thiÓu sè p
n
v n
p
. C¸c h¹t dÉn
ny d−íi t¸c dông cña U
∑
(Colect¬)
h×nh thnh mét dßng ®iÖn Z ký hiÖu l dßng I
C0
. Dßng
ny ®−îc gäi l dßng d− Colect¬ (hay cßn gäi l dßng dß). B¶n chÊt dßng ®iÖn ny
gièng nh− dßng ®iÖn ng−îc I
S
trong §iot. Nh− vËy dßng ®iÖn Colect¬ gåm hai thnh
phÇn: Thnh phÇn chÝnh do h¹t dÉn ®a sè tõ Emit¬ khuÕch t¸n sang t¹o thnh I
C
v
U
∑
(E)
= U
txE
Z U
EB
(3
Z
2)
(3
Z
3)
U
∑
(Colect¬)
= U
txC
+ U
CB
E
P
U
tXE
U
tXC
N(n
n
) P
C
I
C
I
C
I
C0
I
B
I
E
I
E
B
U
CB
U
EB
I
B
E
C
E
E
P
n
n
p
+
+
n
p
5
thnh phÇn do h¹t dÉn thiÓu sè ë vïng Baz¬ v Colect¬ t¹o thnh I
C0
(b¶n chÊt l dßng
Tr«i Z xem trong phÇn §iot).
Trªn thùc tÕ dßng I
C0
rÊt nhá ; I
C0
<< I
C
v× vËy dßng I
C
∑
≅ I
C
; tuy nhiªn dßng I
C0
phô thuéc nhiÒu vo nhiÖt ®é, nªn trong mét sè tr−êng hîp sÏ lm ¶nh h−ëng lín ®Õn
®é æn ®Þnh cña m¹ch khi lm viÖc trong d¶i biÕn thiªn lín cña nhiÖt ®é.
3.1.3. Quan hÖ dßng ®iÖn I
E
, I
B
, I
C
v c¸c hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α
αα
α, β
ββ
β
Theo ph©n tÝch ë phÇn trªn, ¸p dông ®Þnh luËt Kirchhoff’s vÒ dßng ®iÖn trong
Tranzito BJT ë h×nh 3Z3 ta nhËn ®−îc mèi quan hÖ sau:
Trong ®ã, th«ng th−êng I
B
<< I
C
v I
E
(do miÒn Base rÊt máng)
+ HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬
α
: L tû sè gi÷a dßng Colect¬ v dßng
Emit¬. Tuú thuéc vo chÕ ®é lm viÖc mét chiÒu (DC) hay xoay chiÒu (AC) m cã kh¸i
niÖm:
α
dc
Z HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬ mét chiÒu
α
ac
Z HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Emit¬ xoay chiÒu
C¸c hÖ sè trªn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
Trong ®ã I
C
, I
E
l gi¸ trÞ dßng mét chiÒu
Trong ®ã ∆I
C
v ∆I
E
l gi¸ trÞ biÕn thiªn nhá cña dßng Colect¬ v Emit¬.
Do I
B
<< I
C
v I
E
nªn cã thÓ coi I
C
≅ I
E
. Trªn thùc tÕ α
dc
th−êng kh«ng kh¸c nhiÒu
α
ac
tøc l α
dc
≅ α
ac
v cã gi¸ trÞ gÇn b»ng 1. (th−êng α cã gi¸ trÞ kho¶ng tõ 0,9 ÷ 0,998).
+HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn Colect¬ β: Cßn gäi l hÖ sè khuyÕch ®¹i dßng
®iÖn. Ph©n biÖt chÕ ®é mét chiÒu hay xoay chiÒu còng cã kh¸i niÖm:
β
dc
Z HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn mét chiÒu
β
ac
Z HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn xoay chiÒu
β
dc
v β
ac
®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
Trong ®ã I
C
, I
B
l gi¸ trÞ dßng ®iÖn mét chiÒu
(3
Z
4)
I
C
∑
= I
C
+ I
C0
(3
Z
5)
I
E
= I
C
+ I
B
E
C
dc
I
I
=α
(3
Z
6)
1-EiEi
1-CiCi
E
C
E
C
ac
II
II
I
I
dI
dI
=−
−
=≅
α
(3
Z
7)
I
I
=
B
C
c
d
β
(3
Z
8)