Bài giảng chương 3 transistor lưỡng cực (bipolar junction transistor – bjt) bài giảng mẫu

Do cực B đề hở nên electron từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nên B nên không có hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống và do đó không có đòng d

CHUONG 3: TRANSISTOR LUONG CUC

(Bipolar Junction Transistor — BJT)

+ Mục tiêu thực hiện:

Học xong bài này học viên có khả năng:

-Năm vững câu tạo, nguyên lý làm việc của

transistor, các cách mắc cơ bản, và đặc trưng của

từng sơ đô

-Biết sử dụng các loại BỊT trong các mạch điện

tử chức năng: tính toán, thiết kế các sơ đô khuếch đại,

sơ đồ khóa

1 Câu tạo của transistor:

Transistor là linh kiện bán dẫn gồn 3 lớp bán dẫn tiếp

giáp nhau tạo thành 2 mối nỗi P-N

Tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta

chế ra hai loại transistor là transistor PNP và NPN

E—IP N PL ˆC E—IN P NL—C

Ba vùng bán dẫn được nỗi ra ba chân øọI là cực phát

E(Emitter), cực nên B(Base) và cực thu C(collector)

2 NGUYEN LY VAN CHUYEN CUA TRANSISTOR

Trong trường hợp này electron trong ving ban dan N của cực E và

cực C, do tác dung của lực tĩnh điện sẽ bi di chuyển theo hướng từ cực E về cực C Do cực B đề hở nên electron từ vùng bán dẫn N của

cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nên B nên không có hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống và do đó không có đòng dién qua transistor.

Thí nghiệm 2: Nỗi cực B vào một điện áp dương sao cho:

Cực B nối vào điện áp dương của nguôn nên sẽ hút một số electron

trong vùng bản dan P xuống tạo thành dòng điện I; Cực C nỗi vào

điện áp dương cao hơn nên hút hâu hết các electron trong vùng ban

dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện I Cực

E nỗi vào nguồn điện áp âm nên khi bán dẫn N bị mắt elecron sẽ bị

hút electron từ nguồn âm lên thê chỗ tạo thành dòng điện l;

Số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C

nén dong dién I, va I, déu chay sang cuc E

Taco: Ip =I, + Ic

4 2.2 Ky hiéu cua transistor

Theo định lý dòng tại điểm nút:

lg = lạ + lc* lc vì lạ << lạ Sô điện tử tới được cực C

Tổng sô điện tử xuât phát từ cực E

_ Quan hệ giữa các dong dién transistor

s Alpha dc : œ„ là hệ số truyền đạt dòng điện

4 3 Các cách mắc cơ bản của BJT

Transistor co 3 cuc (E, B, C), nêu đưa tín hiệu vào trên

2 cực và lây tín hiệu ra trên 2 cực thì phải có một cực là cuc chung Nhu vay, transistor cé 3 cach mắc cơ ban:

- Base chung (CB — Common Base)

- Emitter chung (CE — Common Emitter)

- Collector chung (CC — Common Cpllector)

4 Sơ đồ base chung (B.C)

- Dòng điện vào là dòng emitter

- Dong ra la dong collector

- Điện áp vào là Vụa

- Điện ap ra là Vea

- Điện ap ra cùng pha với điện áp vào

xap xi với điện áp vào,

điện trở vào rất lớn, điện

trở ra rât nhỏ nên C.C còn

“b»o1 là mạch lặp lại điện áp

(voltage follower)

4 4 Dac tuyén V-A (tinh) cia BJT

1 Đặc tuyến vào (quan hệ dòng điện và

điện áp ở lỗi vào)

2 Đặc tuyến truyền đạt dòng điện (sự phụ

thuộc của dòng điện ra theo dòng điện vào)

3 Đặc tuyên ra (quan hệ dòng điện và điện áp ở lỗi ra)

4 Đặc tuyến hôi tiếp điện áp (sự biến đối điện

áp ở đầu vào theo sự thay đối điện áp ở đầu

ra)

ILdm AX)

300 + ZOO +

5 Các thông số kỹ thuật của transistor

Độ khuếch đại dòng điện: của transistor thật ra không phải là một hăng số mà có trị số thay đổi theo dòng điện I,

Khi dòng điện lạ nhỏ thì B thập, dòng điện I tang thi B tang dén gid

néu tiép tuc tang In đến mức bão hoà thì B giảm

Có ba loại điện áp giới hạn:

BVecso : điện áp đánh thủng giữa C và E khi cực B hở

BVcao : điện áp đánh thủng giữa C và B khi cực E hở

BVbaso : điện áp đánh thủng giữa E và B khi cực C hở

Dòng điện giới hạn: dòng điện qua transistor phải được giới hạn

ở một mức cho phép, nêu quá trị số này thì transistor sẽ bị hư

đa ở cực B

Công suất giới hạn:

Khi có đòng điện qua transistor sẽ sinh ra một công suất nhiệt làm nóng transistor, công suất sinh ra được tính theo công thức:

Pr=lc.Vẹp _

môi transIstor đều có một công suât giới hạn được gọi là công

suất tiêu tán tôi đa Pp, a (Dissolution) Nếu công suất sinh ra trên transistor lớn hơn công suất Ppma„ thì transistor sẽ bị hư

Tân số cắt (thiết đoạn) Í.„ „¡y là tân số mà transistor có độ

khuếch đại công suất là 1

Thí dụ: transistor 2SC458 có các thông số kỹ thuật như sau:

B = 230, BV cg = 30V , Pomax = 200mW

fout-off = 230MHz , Tomax = 100mA, loai NPN chat Si

Bmax

Cmax

Phân cực transistor là cung cấp điện áp nguồn một

chiều cho các cực của nó sao cho các dong Ip, I va

điện áp Vẹ; có các tri số thích hợp

Phan cuc cho BJT

Điêu kiện dan mé cua transistor:

Loai npn, Vgr= 0,6V- 0,7V voi Si

= 0,2V —0.3V voi Ge Veg = 1/3 + 2/3 VCC

Loai pnp, Vez = 0,6V — 0,7V với S1

= 0,2V —0,3V voi Ge Vop = 1/3 + 2/3 VCC

Vecec 12V

7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đôi với các thông

sô của transistor

Ảnh hưởng đối với Icso

Dòng điện rỉ Iạ.s¿ là dòng các hạt tải thiểu số, khi nhiệt độ tăng thì

dòng lcpọ sẽ tắng theo hảm mũ

Ảnh hưởng đối với độ khuếch đại: độ khuếch đại thay đôi theo dòng điện lạ Khi nhiệt độ tăng làm dòng điện lạ tắng và tăng theo

Ảnh hưởng đối với phân cực Vpy

Điện áp phân cực Vỹ khoảng 0,6V đến 0,7V cho transistor Si va khoảng 0,1V đến 0,3V cho transistor Ge Khi nhiệt độ tang, Vir sé

bi giảm Thông thường khi nhiệt độ tăng 1°C thì Vay giảm khoảng

2,4mV

Trong ba thong s6 trén, dong dién ri ICBO có ảnh hưởng quan trong

nhat.

CÁC BIỆN PHÁP ÔN ĐỊNH NHIỆT

°ÒỒ = Dùng điện trở R; dé 6n định nhiệt

° _ Dùng điện trở R› hôi tiếp từ cực C

¢ Dùng câu phân áp có điện trở nhiệt

¢ Dùng cầu phân áp có điện trở nhiệt

Mạch khuếch đại ráp kiểu E chung(CE)

+V/cc

Hinh 8.5

Mạch khuếch đại rap kiéu E chung(CE)

Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung(CB Common Base)

Trong mạch transistor ráp kiêu B chung có tụ điện phân

dòng CB nỗi mass nên cực B không có tín hiệu xoay chiêu

Tín hiệu đưa vào ở cực E và lây ra ở cực C

Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung(CB Common Base)

Mạch khuếch đại ráp kiéu C chung(CC Common Collector)

Trong mach transistor rap kiéu C chung thì cực C ráp thăng lên nguôn VCC (được gọi là mass xoay chiêu) nên

cực C không có tín hiệu Tín hiệu vào ở cực B va lây ra ở

Mạch khuếch đại ráp kiêu C chung(CC Common Collector)

MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA TRANSISTOR

Transistor là một linh kiện có tính phi tuyến nhưng nêu

xét ở mức tín hiệu nhỏ thì ảnh hưởng của tính phi tuyến

không quan trọng Trong điêu kiện này người ta có thể

phân tích mạch khuếch đại dung transistor bang ly thuyét

tuyến tinh , trong do transistor duoc d6i thanh mach tương

đương gôm các phân tử như điện trở, nguôn dòng điện và

¢ Diéu kién dé transistor dan dién la phan cuc diode BE va

phan cuc nguoc diode BC

¢ Mach tuong duong cua transistor cé thé vé nhu hinh 8.9 trong do r, la dién tro tu cuc B vao gitta vung ban dan cua cuc B, r, la điện trở thuận ở trang thai xoay chiéu

cua diode BE, r, la dién tro nghich cua diode BC

Hinh 8.9

Điện trở rạụ có trị sô nhỏ khoảng vài chục ohm đên vài trăm ohm Điện trở r, là điện trở động của diode BE nên được tính theo công thirc cua diode là:

qua mỗi nỗi và ra ở cực E Như vậy, ở ngỏ ra mạch tương đương

được đổi lại là cực C không dính vào cực B và có nguồn dòng điện

Mạch tương đương kiểu E chung:

h,„ = tông trở ngõ vào kiểu E chung (¡: inputf)

h„ = độ khuếch đại dòng điện thuận kiêu E chung

Doe = tông dẫn ngõ ra (nghịch đảo của tông trở ngõ ra)

Tính độ khuếch đại dòng điện:

L,

A, = — = B = h fe

ly

Tính độ khuếch đại điện áp:

Vee l “Re B-i,- Re

Mạch tương đương kiểu B chung

h,„ = tông trở ngõ vào kiểu E chung (¡: inputf)

h„ = độ khuếch đại dòng điện thuận kiêu E chung

Doe = tông dẫn ngõ ra (nghịch đảo của tông trở ngõ ra)

Tính độ khuếch đại dòng điện:

Mạch tương đương kiểu C chung:

_Vo _Ve

lọ 1,

¢ Tong tro ng6 ra la: Tọ

¢ Theo mach tuong đương thì các điện tro rs, rb va Bre

chép nôi tiêp nhau và song song với điện tro tai RE Ta có: V.= 1,.-Rp = 1, (+ fh, + Tẹ)

‹ Tính độ khuếch dai dòng điện:

¢ Xét goc pha: khi V, tang lam I, tang va I, tang nén V,

cũng tăng theo, do đó, điện áp của tín hiệu vào và ra

đông pha

BA TRẠNG THÁI CỦA TRANSISTOR:

Transistor có thể làm việc ở một trong ba trạng thái là:

ngưng dẫn, khuếch đại tuyến tính và bão hòa

Trạng thái ngưng dẫn:Nếu phân cực cho transistor có Vụ,

<Vy ( Vaz = OV — 0,5V) thi transistor ngung dan, dong dién

Iz =0,16=0 va Veg = Vec Luc do, chi co dong dién ri qua

transistor rat nho khong dang ké

Trang thai khuếch đại: Nếu phân cực cho transistor có

V_p = 0,55 — 0,75V transistor dẫn điện và có dòng điện lạ, dong dién I tang theo I, qua hé s6 khuéch dai B Luc do,

điểm làm việc của transistor sẽ năm trên đường tải tĩnh và khi I, tăng và lạ tăng và Vep g1ảm

Trang thai bao héa:Néu phân cực cho transistor

có Var = 0,8V thi transistor sé dẫn rất mạnh gọi

la bao hoa Luc do I, tang cao lam I, tang cao

đến mức gân băng và điện áp Vạ giảm còn rât nho (0,2V) goi la dién ap Vez (Saturation) hay

la Voz bao hoa.