B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
11
Líp ph¸t E cã c−êng ®é t¹p chÊt lín nhÊt, líp gèc B cã nång ®é t¹p chÊt
nhá nhÊt. §Ó ph©n biÖt víi c¸c lo¹i tranzito kh¸c, tranzito PNP vµ NPN cßn
gäi lµ tranzito l−ìng nèi viÕt BJT (Bipolar Juntion Tranzito).
1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng
Trong ®iÖn tö c«ng suÊt ng−êi ta dïng phæ biÕn nhÊt lo¹i tranzito NPN.
tranzito c«ng suÊt ®−îc dïng ®Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn mét chiÒu c−êng ®é
t−¬ng ®èi lín, v× vËy chóng chØ lµm viÖc ë hai tr¹ng th¸i ®ãng vµ tr¹ng th¸i
më.
§Ó tranzito lµm viÖc ng−êi ta phi ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu tíi c¸c cùc B
cña tranzito gäi lµ ph©n cùc cho tranzito.
a) b)
H×nh 1.10: S¬ ®å ph©n cùc cña tranzito npn (a) vµ pnp (b) ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
§Ó ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc ta lÊy tranzito pnp lµm vÝ dô. Do JE
ph©n cùc thuËn nªn c¸c h¹t ®a sè (lç trèng) tõ miÒn E phun qua JE t¹o nªn
dßng emit¬ (IE). Chóng tíi vïng baz¬ t¹o thµnh h¹t thiÓu sè vµ tiÕp tôc khuÕch
t¸n s©u vµo vïng baz¬ h−íng tíi JC. Trªn ®−êng khuÕch t¸n mét phÇn nhá bÞ
t¸i hîp víi h¹t ®a sè cña baz¬ t¹o nªn dßng ®iÖn cùc baz¬ (IB). Do cÊu t¹o
miÒn baz¬ máng nªn gÇn nh− toµn bé c¸c h¹t khuÕch t¸n tíi ®−îc bê cña JC vµ
bÞ tr−êng gia tèc (do JC ph©n cùc ng−îc) cuèn qua tíi ®−îc miÒn colect¬ t¹o
nªn dßng ®iÖn colect¬ (IC). Qua viÖc ph©n tÝch trªn ta cã mèi qua hÖ vÒ dßng
®iÖn trong tranzito: IE= IB + IC (1-3)
§Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hao hôt dßng khuÕch t¸n trong vïng baz¬ ng−êi ta
®Þnh nghÜa hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α cña tranzito.
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
12
α=C
E
I
I (1- 4)
HÖ sè α x¸c ®Þnh chÊt l−îng cña tranzito vµ cã gi¸ trÞ cµng gÇn mét víi
c¸c tranzito lo¹i tèt.
§Ó ®¸nh gi¸ t¸c dông ®iÒu khiÓn cña dßng ®iÖn IB tíi dßng colect¬ (IC),
ng−êi ta ®Þnh nghÜa vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β cña tranzito.
β=C
B
I
I (1- 5)
β th−êng cã gi¸ trÞ trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m.
Tõ c¸c biÓu thøc trªn ta cã mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè:
IE= IB(1+β) (1- 6)
vµ α = 1
β
β
+
(1- 7)
−u ®iÓm næi bËt cña tranzito lµ chØ cÇn ®iÒu khiÓn dßng IB lµ cã thÓ ®iÒu
khiÓn cho tranzistor ®ãng ng¾t dÔ dµng.
1.2.3 C¸ch thøc ®iÒu khiÓn tranzito
Gäi IC lµ dßng colect¬ chÞu ®−îc ®iÖn ¸p b·o hoµ VCEsat khi tranzito dÉn
dßng b·o hoµ IB= IBbh vµ khi kho¸ IB= 0; VCEsat=VCE.
+ M¹ch trî gióp tranzito më
Khi tranzito chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ®ãng sang tr¹ng th¸i më. M¹ch trî
gióp bao gåm c¸c phÇn tö tô ®iÖn (C), ®iÖn trë (R2), ®i«t(D2)
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
13
H×nh 1.11: M¹ch trî gióp tranzito më
tf: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó IC tõ gi¸ trÞ max gi¶m xuèng 0
Dßng ®iÖn t¶i I lµ thêi gian chuyÓn m¹ch cña tranzito rÊt ng¾n vËy cho
nªn dßng t¶i = const.
S¬ kiÖn: VCE = 0
IC = I ID = 0 (1- 8)
Khi cho xung ¸p ©m t¸c ®éng vµo cùc gèc baz¬ cña tranzito dßng IC
gi¶m xuèng kh«ng trong kho¶ng thêi gian tf. NÕu kh«ng cã m¹ch trî gióp ta
cã: I = IC + ID = const (1-9)
Khi gi¶m IC th× ID T¨ng lªn ngang D1 sÏ lµm ng¾n m¹ch t¶i n¨ng l−îng
tiªu t¸n bªn trong tranzito sÏ lµ:
..
2
f
T
UIt
W= (1-10)
ChÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c thªm m¹ch trî gióp më cho trazito.
I= IC ≈ ID = const
Khi IC b¾t ®Çu gi¶m th× I1 còng b¾t ®Çu t¨ng(IC vµ I1 phi tuyÕn víi nhau,
lóc nµy tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn)
Vc C
t
dII
dC
−
= (1-11)
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
14
Khi t = tf ; Ic = 0 Vc (tf)= V0 = VCE << VCC
Vc
t
dI
dC
=
(1-12)
Sau thêi gian tf tô C ®−îc n¹p b»ng dßng I, cho ®Õn khi Vc = VCE lóc nµy
D1 cho dßng ch¹y qua, thêi gian tæng céng cña qu¸ tr×nh chuyÓn sang tr¹ng
th¸i më lµ tc.
§iÖn dung ®−îc tÝnh gÇn ®óng b»ng c«ng thøc:
1
CE
F
dv U
IC C
dt t
== ≈
⇒
F
It
CU
= (1- 13)
Trong thùc tÕ ng−êi ta chän C trong kho¶ng. 2tf ≤ tF ≤ 5tf
+ M¹ch trî gióp ®ãng tranzito
H×nh 1.12: M¹ch trî gióp ®ãng tranzito
Khi tranzito tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i ®ãng m¹ch trî gióp ®ãng
cña tranzito gåm c¸c phÇn tö cuén c¶m (L), ®i«t(D3), ®iÖn trë (R3) cã chøc
L
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
15
n¨ng h¹n chÕ sù t¨ng vät cña dßng IC trong kho¶ng thêi gian ®ãng Ton cña
tranzito.
Ton: lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó VCE gi¶m tõ ®iÖn ¸p nguån VCC xuèng VCE≈ 0.
Thêi gian tæng céng cho qóa tr×nh ®ãng lµ tf.
®iÖn c¶m L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
di i I UR
LUL L L
dt t R I
Δ
== = ⇒=
Δ (1- 14)
§Ó chän L ta chän thêi gian ®ãng tr trong kho¶ng: 2ton < tr < 5ton
§iÖn trë R4 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong
cuén c¶m (L) t¹o ra trong m¹ch L; D5; R4 trong kho¶ng thêi gian tc chuyÓn
sang tr¹ng th¸i më cña tranzito.
Nh− vËy tc ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn.
4
c
i
tR
> (1-15)
§iÖn trë R5 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ®iÖn phãng cña tô ®iÖn C trong
m¹ch víi kho¶ng thêi gian ®ãng tf.
Ta cã D6: T¹o m¹ch ®èi víi xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc gèc baz¬
D
5: h¹n chÕ dßng ®iÒu khiÓn cho cùc gèc (baz¬)
D
4: Dïng ®Ó chèng b·o hoµ
1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt
+ M¹ch khuÕch ®¹i
H×nh: 1.13: Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
- Trong thùc tÕ tranzito th−êng ®−îc lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸
- Khi dßng ë cùc gèc b»ng kh«ng dßng ®iÖn cùc ghãp b»ng kh«ng,