Transistor BJT

Câu to và nguyên lý làm viec 1.1. Câu to BJT loi NPN, PNP 1.2. Nguyên lý làm viec ca BJT 1.3. He sô truyên ñt dòng ñien ca BJT 2. Các cách mac BJT và các h ñac tuyên tương ng 3. Các tham sô cc ñi và gii hn vùng làm viec ca BJT 4. Phân cc cho BJT 4.1. Chê ño làm viec ca BJT 4.2. Các dng phân cc 4.3. Xác ñnh ñiem công tác tĩnh 5. Sơ ñô tương ñương ca BJT  chê ño khuêch ñi tín hieu nh 5.1. Sơ ñô mng 4 cc dùng cho BJT 5.2. Sơ ñô tương ñương vat lý 6. BJT làm viec  chê ño chuyen mch 6.1. Nguyên lý làm viec 6.2. Các tham sô ca BJT chuyen mch 7. Darlington BJT 8. BJT công suât ln

http://hqhuy.wordpress.com 1

Lession 4 Transistor

http://hqhuy.wordpress.com 2

Néi dung

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

1.1 Cấu tạo BJT loại NPN, PNP

1.2 Nguyên lý làm việc của BJT

1.3 Hệ số truyền ñạt dòng ñiện của BJT

http://hqhuy.wordpress.com 3

CÊu t¹o cña BJT

http://hqhuy.wordpress.com 4

Nguyªn lý lµm viÖc cña BJT

http://hqhuy.wordpress.com 6

Moore’s law

• Moore founded Intel with Robert Noyce in 1968 and served as its CEO from 1975 to 1987 Since 1997, he has served as Chairman Emeritus of the company

• While working for Fairchild Semiconductor in 1965,

he coined the now famous Moore's Law as he was

preparing an article for Electronics magazine At that

time, the law stated that the number of transistors on a chip doubles every year In 1975, he amended it to

say it doubles every two years

• "If you asked me in 1980, I would have missed the

PC I didn't see much future for it"

(http://news.zdnet.com/2100-9584_22-123972.html)

http://hqhuy.wordpress.com 7

N P N

NPN Transistor Structure

The base is thin and

http://hqhuy.wordpress.com 8

The C-B junction

is reverse biased.

N P N

http://hqhuy.wordpress.com 9

The B-E junction

is forward biased.

N P N

http://hqhuy.wordpress.com 10

When both junctions

are biased

N P

B

E

Current flows everywhere.

Most of the emitter carriers

diffuse through the thin base

region since they are attracted

http://hqhuy.wordpress.com 11

N P

Note: when the

switch opens, all

currents go to zero.

Gain is something small

controlling something large

(I B is small).

http://hqhuy.wordpress.com 12

XÐt BJT lµm viÖc ë vïng tÝch cùc

α dc - Hệ số truyền đạt dòng điện Emitơ một chiều

α ac - Hệ số truyền đạt dòng điện Emitơ xoay chiều

E

C dc

1 - Ci Ci

E

C E

C ac

I I

I I

I

I dI

http://hqhuy.wordpress.com 16

I

I

=

B

C c

d β

• Hệ số truyền đạt dòng điện Colectơ β : Còn gọi là hệ số

khuyếch đại dòng điện

• Phân biệt chế độ một chiều hay xoay chiều cũng có khái

niệm:

β dc - Hệ số khuếch đại dòng điện một chiều

β ac - Hệ số khuếch đại dòng điện xoay chiều

• Hai giá trị β dc và β ac cũng không khác nhau nhiều

β dc ≅ β ac

1 - Bi Bi

1 - Ci Ci

B

C C

c a

I I

I I

I

I dI

B

http://hqhuy.wordpress.com 17

=

α

1

β

β α

α α

β β

1-=

+ 1

=

I I

+ I

= I

I 1 +

= I

I

= I

I + I

= I

E C0

E C

B E

B C

B C

E

≅

http://hqhuy.wordpress.com 19

N P

http://hqhuy.wordpress.com 20

N P

http://hqhuy.wordpress.com 22

Transistor Currents Quiz

The sum of the base and collector

In NPN transistors, the flow from emitter

In PNP transistors, the flow from emitter

Both NPN and PNP transistors show

http://hqhuy.wordpress.com 23

C¸c d¹ng m¾c m¹ch c¬ b¶n cña BJT

• Cã 3 d¹ng m¾c c¬ b¶n:

Baz¬ chung - Ký hiÖu CB (Common Base)

Emit¬ chung - Ký hiÖu CE (Common Emitter)

Colect¬ chung - Ký hiÖu CC (Common Colector)

http://hqhuy.wordpress.com 24

M¹ch Baz¬ chung - BC

const CB U BE

I = ( ) =

const E I CB

http://hqhuy.wordpress.com 25

http://hqhuy.wordpress.com 26

http://hqhuy.wordpress.com 27

• Vùng tích cực: (Active - Region) đây là vùng khuếch đại tín

hiệu

• Vùng b+o hoà: (Saturation Region) khi U CB ≤ 0 Cả hai tiếp

xúc Emitơ và Colectơ đều phân cực thuận

• Vùng cắt dòng: (Cutoff - Region) với giá trị IE ≤ 0 Vùng này tiếp xúc Emitơ phân cực ngược, dòng I E = 0 Tại vùng cắt dòng

cả hai tiếp xúc phân cực ngược

• Vùng đánh thủng: (Breakdown - Region) nếu U CB quá lớn sẽ gây nên hiện tượng đánh thủng tiếp giáp Colectơ làm dòng I C tăng đột ngột (đánh thủng Zener hay đánh thủng thác lũ hoặc cả hai)

• Chú ý: Đối với mạch mắc kiểu Base chung thường có hệ số

khuếch đại điện áp từ 50 đến 300, hệ số khuếch đại dòng điện

< 1 (do I C /I E = α , α thường < 1 ).

http://hqhuy.wordpress.com 28

M¹ch Emit¬ chung - CE

http://hqhuy.wordpress.com 29

http://hqhuy.wordpress.com 30

http://hqhuy.wordpress.com 31

• Vùng tích cực: (hay còn gọi là vùng khuếch đại) khi tiếp xúc

Emitơ phân cực thuận và tiếp xúc Colector phân cực ngược.

• Vùng b+o hoà: Khi cả hai tiếp xúc Emitơ và Colectơ phân cực

thuận Khi này dòng I C tăng rất nhanh Điện áp b+o hoà U CE bh

≈ 0,3V.

• Vùng cắt dòng: Nằm dưới đặc tuyến ứng với I B = 0 ứng với cả hai tiếp xúc Emitơ và Colectơ phân cực ngược Với I B = 0, có dòng dư - gọi là I CE0 Dòng này được xác định như trên với cực Bazơ hở (I B = 0).

• Vùng đánh thủng: Khi U CE quá lớn đến một giá trị nào đó làm

đánh thủng tiếp xúc Colectơ Khi đó dòng I C tăng vọt.

http://hqhuy.wordpress.com 32

M¹ch Colect¬ chung - CC

http://hqhuy.wordpress.com 33

http://hqhuy.wordpress.com 34

Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña BJT

http://hqhuy.wordpress.com 36

http://hqhuy.wordpress.com 37

• U CE bh ≤ U CE ≤ U CEmax

• I CE0 ≤ I C ≤ I Cmax

• I C U CE ≤ P Cmax

http://hqhuy.wordpress.com 38

• Ví dụ 3-1: Cho BJT 2N4123 có P Cmax =

625mW ở nhiệt độ T 0 = 25 0 C Hệ số γ PCmax

P Cmax = 5mW/ 0 C H}y xác định giá trị công

suất P Cmax tại nhiệt độ T = 125 0 C.

http://hqhuy.wordpress.com 39

Ph−¬ng tr×nh ®−êng t¶i vµ ®iÓm lµm

viÖc tÜnh

http://hqhuy.wordpress.com 40

Phân cực cho BJT

• Với chế độ khuếch đại, các điện áp cung cấp cho BJT

phải đảm bảo cho BJT làm việc tại vùng khuếch đại

Tiếp giáp Emitơ - Bazơ: Phân cực thuận

Tiếp giáp Colectơ - Bazơ: Phân cực ng−ợc

http://hqhuy.wordpress.com 41

Phân cực Bazơ (hay phân cực

bằng dòng cố định)

http://hqhuy.wordpress.com 42

• Xác định điểm làm việc tĩnh Q

• Chế độ bo hoà và cắt dòng

http://hqhuy.wordpress.com 43

Sự xê dịch điểm làm việc tĩnh Q khi

nhiệt độ thay đổi

http://hqhuy.wordpress.com 45

Ph©n cùc Emit¬

R

U E

http://hqhuy.wordpress.com 47

Ph©n cùc b»ng ph©n ¸p

R

U E

T×m ®iÓm lµm viÖc tÜnh cña m¹ch.

Q(I BQ = 6,0 µ A; I CQ = 0,85mA; U CEQ = 12,22V)

http://hqhuy.wordpress.com 50

http://hqhuy.wordpress.com 51

• Các mạch phân cực bằng dòng Emitơ, phân áp

hay hồi tiếp đều có một điểm chung là có điện trở R E tại cực Emitơ.

• Chính điện trở này tạo thành hồi tiếp âm trong

mạch nên đ+ cải thiện đáng kể nhiều thông số

và làm mạch ổn định hơn khi nhiệt độ thay đổi

10

C R

E U

http://hqhuy.wordpress.com 52

http://hqhuy.wordpress.com 53

http://hqhuy.wordpress.com 54

dc

Cbh bh

B

I I

bh CE bh

I E

R =

http://hqhuy.wordpress.com 55

C¸c tham sè chÝnh cña BJT

chuyÓn m¹ch

http://hqhuy.wordpress.com 56

http://hqhuy.wordpress.com 58

M« h×nh t−¬ng ®−¬ng cña BJT

D C

D E C

E

B

D C

D E C

E B

http://hqhuy.wordpress.com 59

Qui định chiều dòng điện

http://hqhuy.wordpress.com 60

M« h×nh t−¬ng ®−¬ng tÝn hiÖu nhá

• hai tham sè vµo lµ dßng i 1 vµ ®iÖn ¸p vµo u 1 ;

• hai tham sè ra lµ dßng i 2 vµ ®iÖn ¸p u 2

21 2

1 2

2 12 1

11 2

1 1

) , (

) , (

i z i

z i

i f

u

i z i

z i

i f

u

http://hqhuy.wordpress.com 62

Tham sè z

0 1

1 11

0 2

2 22

0 2

1 12

01

221

2=

=

i

i u z

12

2121

112

11

) ,

(

) ,

(

u y u

y u

u f

i

u y u

y u

u f

i

21 2

1 2

2 12 1

11 2

1 1

) , (

) , (

u h i

h u

i f i

u h i

h u

i f u

http://hqhuy.wordpress.com 65

0 1

1 11

0 2

2 22

0 2

1 12

0 1

2 21

2=

=

u

i i h

http://hqhuy.wordpress.com 66

• h 11 - thay bằng h i : gọi là điện trở vào;

• h 12 - thay bằng h r : gọi là hệ số truyền đạt điện

áp ng−ợc;

• h 21 - thay bằng h f : gọi là hệ số truyền đạt dòng

điện thuận (hệ số khuyếch đại dòng điện);

• h 22 - thay bằng h o : gọi là dẫn nạp ra.

fb ac

h

h

β α

http://hqhuy.wordpress.com 68

http://hqhuy.wordpress.com 69

http://hqhuy.wordpress.com 70

B¶ng tham sè h

http://hqhuy.wordpress.com 71

Sơ đồ tương đương rút gọn

http://hqhuy.wordpress.com 72

Xác định tham số h

Const I

Const U

Const I

Const U

B CE

B CE

u

i u

i u

i h

i

i i

i i

i h

U

U u

u u

u h

i

U i

u i

u h

http://hqhuy.wordpress.com 74

M« h×nh tham sè r e

) 1

EB

U U

T

e

I

mV I

U

r ≅ ≅ 26

) ( ) (

EC Const I

BC Const I

C

C c

B E

I

U r

==

∂

∂

=

fe ac

fe oe

re ie

b

oe

re c

h h

h h

r

h

h r

;

) 1

β

http://hqhuy.wordpress.com 76

BC

• Trë kh¸ng vµo: r v = r e

• Trë kh¸ng ra: r ra = r c

http://hqhuy.wordpress.com 77

EC

e e

b

e b

b

e e

r i i

U

r = = = ( β + 1 ) = ( β + 1 ) ≅ β

rra = rc

http://hqhuy.wordpress.com 78

CC

http://hqhuy.wordpress.com 79

CC

b

E b e

b

b

E e e

i i

R i r

i i

U i

u

r = = = β + = β + ( β + 1 )

rv = β re + ( β +1)RE ≅ β RE

u

i =

E e

v

v

v b

e

R r

u r

u i

i

) 1 (

) 1

( )

1 (

) 1 (

+ +

+

= +

= +

=

β β

β β

β

E e

v e

R r

u i

=

=

e E

E

v

ra u

r R

R u

u K

i

i i

i i

i

http://hqhuy.wordpress.com 82

v

v v

http://hqhuy.wordpress.com 83

e

c c

e b

c c

b

v

ra u

r

r R

r i

r R

i u

i

i i

i i

i

c c

c

b

ra

c c

c b ra

R r

r i

i R

r

r

i i

+

=

→ +

e v

b

e

v b

r R

R

R R

i

i r

R R

i R

R i

2 1

2 1

2 1

//

//

//

) //

(

) //

)(

(

) //

(

2 1

2 1

e c

c

c i

r R

R R

r

r R

R K

β

β

+ +

=

e

i

r R

R

R

R K

2 1

//

) //

(

Ki ≅ β

http://hqhuy.wordpress.com 84

Sù phô thuéc cña hfe vµo tÇn sè

http://hqhuy.wordpress.com 85

Các tham số cực đại

http://hqhuy.wordpress.com 86

Transistor Structure and Bias Quiz

The heaviest doping is found in

The thinnest of all three regions

The collector-base junction is

The base-emitter junction is

The majority of the emitter

http://hqhuy.wordpress.com 87