Chương 2
TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (Bipolar Junction Transistor-BJT)
2.1 Giới thiệu
BJT là một loại linh kiện bán dẫn 3 cực có
khả năng khuếch ñại tín hiệu hoặc hoạt ñộng
như một khóa ñóng mở, rất thông dụng trong
ngành ñiện tử.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Cấu tạo và hình dáng
E C
n+ p n
B
E C
p+ n p
B
Hình dáng BJT
E: Emitter C: Collector B: Base
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Ky(cid:20) hiệu của BJT
C E E C C n+ p n B
B B E
BJT loại NPN
C
B E C E C p+ n p
E
B B
BJT loại PNP
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2. 2 ChêE ñôF làm việc của BJT
Tùy theo cách phân cực cho transistor mà transistor sẽ có các chế ñộ làm việc khác nhau. Transistor có 3 chế ñộ làm việc cơ bản:
- ChêE ñôF khuếch ñại.
- ChêE ñôF khóa.
- ChêE ñôF dẫn bảo hòa.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Chế ñộ khuếch ñại: JE phân cực thuận và JC phân cực ngược.
- JE: tiếp xúc PN giữa cực phát (E)
vaU cực nền (B).
- JC: tiếp xúc PN giữa cực thu (C)
vaU cực nền (B).
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Chế ñộ khóa (hay ñóng mở): cả 2 chuyển tiếp JE và JC ñều ñược phân cực ngược.
Chế ñộ dẫn bảo hòa: cả 2 chuyển tiếp JE và JC ñều ñược phân cực thuận.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
* ChêE ñôF khuếch ñại
Qui ước vê! dòng trong BJT
IE IC IE IC
IB IB
NPN PNP
VEE
VCC
VCC VEE Theo ñịnh luật Kirchhoff:
IE = IC + IB IC = IC (INJ) + ICBO ; IC(INJ): dòng hạt dẫn ñi qua miền nền.
I
)
====αααα
⇒⇒⇒⇒IC = ααααIE + ICBO
ðịnh nghĩa thông sô(cid:20) αααα:
INJ (C I
I
E ≈≈≈≈αααα
Vì ICBO rất nho>, có thê> bo> qua :
C I
E
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.3 Ba sơ ñôU cơ bản của BJT
IE IC E C
vi RL
B
•
M(cid:10)ch CB ñ(cid:14)n gi(cid:18)n hóa
2.3.1 Mạch B chung (Common Base – CB) Cực B là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng ñiện ngo(cid:27) vào là dòng IE. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - ðiện áp ngõ vào là VEB. - ðiện áp ngõ ra là VCB.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
IC
2.3.2 Mạch E chung (Common Emitter – CE)
C IB
B
RL
vi IE
E
••••
Cực E là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng ñiện ngo(cid:27) vào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - ðiện áp ngõ vào là VBE. - ðiện áp ngõ ra là VCE.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
M(cid:10)ch CE ñ(cid:14)n gi(cid:18)n hóa
IE
2.3.3 Mạch C chung (Common Colletor – CC)
E IB B
RL
C vi IC
•
Cực C là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng ñiện ngo(cid:27) vào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IE. - ðiện áp ngõ vào là VBC. - ðiện áp ngõ ra là VEC.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
M(cid:10)ch CC ñ(cid:14)n gi(cid:18)n hóa
2.4 ðặc tuyến Vôn - Ampe
ðồ thị diễn tả các mối tương quan giữa dòng ñiện và ñiện áp trên BJT ñược gọi là ñặc tuyến Vôn-Ampe (hay ñặc tuyến tĩnh). Người ta thường phân biệt thành 4 loại ñặc tuyến: ðặc tuyến vào: nêu quan hệ giữa dòng ñiện và ñiện áp ở ngõ vào. ðặc tuyến ra: quan hệ giữa dòng và áp ở ngõ ra. ðặc tuyến truyền ñạt dòng ñiện: nêu sự phụ thuộc của dòng ñiện ra theo dòng ñiện vào. ðặc tuyến hồi tiếp ñiện áp: nêu sự biến ñổi của ñiện áp ngõ vào khi ñiện áp ngõ ra thay ñổi.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.4.1 ðặc tính B chung 2.4.1.a Họ ñặc tuyến ngoO vào B chung:
I
)V(f
====
E
BE
V
const
====
CB
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
I
====
2.4.1.b ðặc tuyến ngoO ra B chung:
C
)V(f CB
I
const
====
E
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.4.2 ðặc tính E chung 2.4.2.a Dòng ICEO va! ββββ
Dòng ICEO là dòng ngược trên tiếp xúc JC khi hơ> mạch ngoO vào.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Ta có: IC = αααα IE + ICBO ⇒⇒⇒⇒ αααα IE = IC - ICBO
I
I
I
I
⇒⇒⇒⇒
−−−−
====
++++
I
====
−−−−
B
C
E
I C αααα
CBO αααα
Chia 2 vêE cho αααα, ta có: I C αααα
++++
I ====⇒⇒⇒⇒ C
I 1
CBO αααα I αααα B αααα−−−− 1
CBO αααα−−−−
I
I
====
====
C
CEO
I 1
CBO αααα−−−−
Khi VBE hơg mạch, ta có: ðặt:
=
ββββ
1
αααα
I
I
++++
ββββ====⇒⇒⇒⇒ I C
B
++++ββββ==== I B
CEO
αααα − I 1
xem(
)0
≈≈≈≈
CBO αααα−−−− Vì ICEO là rất nhog:
I C
ββββ≈≈≈≈ I B
I CEO
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
I
====
2.4.2.b ðặc tuyến ngoO vào E chung:
B
)V(f BE
V
const
====
CE
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.4.2.b ðặc tuyến ngoO ra E chung:
I
)V(f
====
C
CE
I
const
====
B
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.4.3 ðặc tính C chung 2.4.3.a Họ ñặc tuyến ngoO vào C chung:
I
)V(f
====
B
CB
V
const
====
CE
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.4.3.b Họ ñặc tuyến ngoO ra C chung:
I
====
E
)V(f CE
I
const
====
B
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.5 Phân cực cho BJT
ðiểm phân cực tĩnh (ñiểm làm việc tĩnh) Là giao ñiểm của ñường tải một chiều với ñặc tuyến Vôn-Ampe. ðiểm làm việc tĩnh ở ngoO vào: là giao ñiểm của ñường tải một chiều vaU ñặc tuyến Vôn- Ampe ở ngol vào. ðiểm làm việc tĩnh ở ngoO ra: là giao ñiểm của ñường tải một chiều vaU ñặc tuyến Vôn-Ampe ở ngol ra.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.5.1 Phân cực kiểu ñịnh dòng base IB
Phương trình ñường tải ở ngol vào:
V
V
CC
BE
====⇔⇔⇔⇔ I B
−−−− R
B
====
VBE
7.0 3.0
)Si_ )Ge _
- VCC + IB RB + VBE = 0 6.0 BJT( ÷÷÷÷ 2.0 BJT( ÷÷÷÷
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Phương trình ñường tải ở ngol ra:
V
++++
−−−−====⇔⇔⇔⇔ I C
CE
- VCC + IC RC + VCE = 0
1 R C
V CC R C
ðiểm làm việc tĩnh ở ngol ra: Q(IC,VCE)
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.5.2 Phân cực kiểu ñịnh dòng base IB vaU có thêm ñiện trơg RE Phương trình ñường tải ở ngol vào:
RC
IC
RB
IB
VCC
- VCC+ IB RB+VBE +IERE = 0
Cout
Cin
RE
IE
====⇔⇔⇔⇔ I B
R
Với: IE = IC + IB = (ββββ+1)IB −−−− V V BE CC ++++ββββ++++ ( R)1
B
E
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Phương trình ñường tải ở ngol ra:
- VCC + IC RC + VCE+IERE = 0
RC
I
−−−−====
++++
C
IC
RB
IB
V CE ++++ RR C E
V CC ++++ RR C E
VCC
Cout
Cin
RE
IE
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.5.3 Phân cực kiểu phân áp
RC
RB1
Biến ñổi tương ñương thành mạch Thevenin:
B
Cout
VCC
R
====
BB
R.R 1B 2B R R ++++
2B
Cin
RE
RB2
V
Vcc
====
BB
M
R
1B R 2B ++++ R
2B
1B
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Phương trình ñường tải ở ngol vào:
RC
- VBB + IB RBB + VBE +IERE= 0
IB
Với: IE = (ββββ+1)IB
VCC
====⇔⇔⇔⇔ I B
RBB
−−−− VV BB ++++ββββ++++ (R BB
BE R)1 E
RE
IE
VBB
Phương trình ñường tải ở ngol ra giống trường hợp ñịnh dòng IB có RE.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.5.4 Phân cực nhơU hồi tiếp tưU C
IE
RC
IB
Ta có: VBE = VCE – IBRB =VCC - (IC+IB)RC - IBRB
Vcc
RB
IC
I
====
B
−−−− V V CC BE ++++ββββ++++ (R R)1 B C
VCE
IE
VBE
IC = ββββIB VCE = VCC – IERC = IBRB + VBE
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.6 Thiết kêE mạch phân cực
Việc thiết kêE ñược tính toán trên các giaE trị nguồn cung cấp là côE ñịnh. TưU yêu cầu vêU ñiểm làm việc ta phải xác ñịnh các giaE trị ñiện trơg trên mạch. Vì trên thực têE các ñiện trơg sẽ ñược chọn theo giaE trị chuẩn, do ñoE khi chọn phải phuU hợp với sai sôE cho phép.
Một sô(cid:20) gia(cid:20) trị R chuẩn: 10, 12, 15, 18,22, 27,33, 39,43, 47,51, 56, 68, 75, 82, 91.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Ví du[ cho thiết kê(cid:20) phân cực E chung
Một transistor silicon NPN có ββββ tối ưu là 100, ñược sử dụng trong mạch phân cực CE ñịnh dòng IB, với VCC = 12V. ðiểm phân cực là IC = 2mA và VCE = 6V. 1. Thiết kế mạch dùng các ñiện trở chuẩn 5%.
2. Tìm giới hạn có thể có của ñiểm phân cực nếu
ββββ của transistor thay ñổi từ 50 ñến 150 (một giới hạn thường gặp trong thực tế). Giả sử là các ñiện
trở có giá trị tối ưu.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Hướng dẫn
1. - VCC + IC RC + VCE = 0 - VCC + IB RB + VBE = 0 IC= ββββ IB ; VBE = 0.7V
⇒ RB = 565KΩΩΩΩ ; RC = 3KΩΩΩΩ ⇒ chọn 560 KΩΩΩΩ vaU 3KΩΩΩΩ
2. Tính lại IC theo sưF thay ñổi của ββββ từ IB ứng với RB ñal chọn. TưU ñoE tìm giới hạn của ñiểm phân cực.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.7 BJT Inverter BJT ñược ứng dụng như một chức năng ñảo trạng thái.
- Khi ñiện áp ở ngol vào là 5V: RB vaU RC ñược thiết kêE sao cho BJT hoạt ñộng ở chêE ñôF bảo hòa.
- Khi ñoE VCE ≈≈≈≈ 0 (khoảng 0.1V) ñược gọi là VCE sat(saturation), tương ứng:
I
V
V
HI
BE
I
I
====
====
I
====
====
C
satC
B
−−−− R
satC ββββ
V CC R C
B
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
-Khi ñiện áp ở ngol vào là 0V: BJT không dẫn
⇒⇒⇒⇒ VCE = + 5V.
Kết luận:
V in = 5V ⇒⇒⇒⇒ V out = 0V.
Inverter
V in = 0V ⇒⇒⇒⇒ V out = 5V.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
2.8 Công tắc transistor
Một mạch Inverter dùng transistor ñược xem là một công tắc ñược ñiều khiển bởi ñiện áp ở ngol vào.
ðược gọi là công tắc transistor.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử C GV: Lê Thị Kim Anh
