Bài giảng Giới thiệu và ứng dụng của Transitor

Transistor là linh kiện bán dẫn được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong các ứng dụng khuếch đại, điều khiển đóng ngắt bằng điện, điều chế tín hiệu hay tạo dao động. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo Bài giảng Giới thiệu và ứng dụng của Transitor.

Trang 1

GIỚI THIỆU VÀ ỨNG DỤNG

CỦA TRANSITOR

Transitor

Trang 2

Transitor lưỡng cực

Biopolar Junction Transitor

 Transistor là linh kiện bán dẫn được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong các ứng dụng khuếch đại, điều khiển đóng ngắt bằng điện, điều chế tín hiệu hay tạo dao động Transistor đóng vai trò các khối cơ bản trong các mạch điện của các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại

Trang 3

 Cấu tạo:

Transistor lưỡng cực cấu tạo gồm các miền bán dẫn pha tạp p và n xen

kẽ nhau, tùy theo trình tự sắp xếp các miền p và n mà ta có hai loại cấu

trúc điển hình là npn và pnp như hình vẽ:

Mũi tên bao giờ cũng được đặt giữa hai cực B và E Chiều mũi tên cho biết transistor là loại npn hay pnp Chiều mũi tên hướng từ p sang n

Trang 4

 Hai tiếp giáp:

 tiếp giáp pn giữa Emitter và Base gọi là JE.

 tiếp giáp pn giữa Collector và Base gọi là JC.

 Về mặt cấu trúc, có thể coi transistor như hai diode mắc đối nhau như hình vẽ Nhưng điều này không có nghĩa là cứ mắc hai diode như hình là có thể thực hiện chức năng của transistor

Trang 5

Trang 6

J E J C Miền làm việc Ứng dụng

Phân cực ngược Phân cực ngược Miền cắt Khóa Phân cực thuận Phân cực ngược Miền tích cực Khuếch đại Phân cực thuận Phân cực thuận Miền bão hòa Khóa

Phân cực ngược Phân cực thuận Tích cực ngược

Trang 7

 Để transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại, JE phân cực thuận và JC phân cực ngược Sự tác động qua lại của 3 lớp bán dẫn trong transistor tạo ra những liên

hệ cơ bản trong transistor như sau:

là hệ số khuếch đại dòng điện (50÷250)

là hệ số truyền đạt dòng điện (≈1)

B C

I

Trang 8

 Các dạng mắc mạch cơ bản của transistor:

Khi sử dụng, về nguyên tắc có thể dùng 2 trong 3 cực của

transistor làm đầu vào và cực thứ 3 còn lại cùng với 1 cực đầu vào làm đầu ra Như vậy, có tất cả 6 cách mắc khác nhau Nhưng

dù mắc thế nào cũng cần có 1 cực chung cho cả đầu ra và đầu vào Trong 6 cách mắc đó, chỉ có 3 cách mắc là transistor có thể khuếch đại công suất đó là cách mắc chung Emitter (EC), chung Base (BC) và chung Collector (CC) Ba cách mắc còn lại không

có ứng dụng trong thực tế Sau đây ta sẽ xem xét từng cách mắc, đặc tuyến vào ra tương ứng.

Trang 9

Mạch chung Emitter(EC)

 Mạch chung Emitter (EC):

 Trong cách mắc E chung, cực E được lấy làm cực chung cho đầu vào và đầu ra Điện áp vào là UBE, điện áp ra là UCE Dòng điện vào là dòng IB, dòng điện ra là dòng IC.

Trang 10

 Đặc tuyến vào:

 Đặc tuyến vào của transistor mắc EC giống như đặc tuyến của diode phân cực thuận : dòng IB trong trường hợp này chính là 1 phần của dòng IE chảy qua chuyển tiếp JE phân cực thuận.

 Với UBE=const, khi UCE càng lớn thì IB càng nhỏ và ngược lại

const U

BE

B f U CE

Trang 11

CE

Trang 12

Trang 13

 Nhận xét :

 Đối với transistor mắc EC, miền tích cực là miền có JE phân cực

thuận, JC phân cực ngược JE phân cực thuận tương ứng với UBE>0,

từ đặc tuyến vào ta thấy khi UBE>0 thì IB>0 JC phân cực ngược ứng với UBC<0 Miền tích cực được giới hạn bởi đường IB=0 và UBC=0.

 Khi IB<0, JE phân cực ngược Như vậy, vùng nằm dưới đường IB=0

có cả hai tiếp giáp phân cực ngược, vùng này được gọi là miền cắt.

 Khi UBC>0, JC phân cực thuận Như vậy, vùng nằm bên trái đường

UBC=0 có cả hai tiếp giáp phân cực thuận, vùng này được gọi là miền bão hòa.

Trang 15

Mạch chung Base(BC)

 Đặc tuyến vào: E EB U const

CB

U f

Trang 16

Mạch chung Base(BC)

 Nhận xét

 Vì tiếp giáp JE luôn phân cực thuận nên đặc tuyến vào của

transistor mắc B chung cơ bản giống với đặc tuyến của diode phân cực thuận IE chính là dòng điện qua diode, UEB chính là điện áp trên diode.

 So với cách mắc EC, ta thấy dòng điện vào IE ở đây lớn hơn rất nhiều (đơn vị là mA).

 Từ hình vẽ, ta thấy với UEB=const, dòng điện IE sẽ càng lớn khi

UCB càng lớn và ngược lại.

Trang 18

Mạch chung Collector(CC)

 Trong cách mắc C chung, cực C được lấy làm cực chung cho đầu vào và đầu ra Điện áp vào là UBC, điện áp ra là UEC Dòng điện vào là dòng IB, dòng điện ra là dòng IE

Trang 19

B f U EC

BC EB

Trang 20

Mạch chung Collector

 Đặc tuyến ra:

 Khi điện áp UCE nhỏ, độ dốc của đặc tuyến là khá lớn Quan hệ giữa IC và UCE gần như là đường thẳng.

 Khi UCE lớn hơn 2V, dòng điện IC gần như không phụ thuộc vào

UCE Trong vùng này, giá trị của IC bằng khoảng 100 lần IB

const I

EC

Trang 21

Phân cực cho transistor

 Phân cực là cấp điện áp một chiều cho transistor để transistor hoạt động ở chế độ mong muốn Ví dụ, đối với trường hợp

transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại thì cần thỏa mãn các điều kiện sau:

 JE phân cực thuận

 JC phân cực ngược

áp ra trong mạch cụ thể Đường tải tĩnh được vẽ trên đồ thị

cùng với đặc tuyến ra tĩnh của transistor.

tuyến ra của transistor Điểm công tác tĩnh xác định dòng điện

và điện áp trên transistor, nghĩa là xác định điều kiện phân cực tĩnh cho transistor.

Trang 22

Phân cực cho transistor

Trang 23

Ổn định điểm công tác khi nhiệt độ thay đổi

 Transistor là linh kiện rất nhạy cảm với nhiệt độ Ngoài các giới hạn nhiệt độ cực đại, ngay cả trong khoảng nhiệt

độ transistor làm việc bình thường thì sự biến thiên của nhiệt độ cũng ảnh hưởng lớn đến các tham số của

transistor Hai tham số chịu ảnh hưởng lớn nhất là điện áp Base-Emitter UBE và dòng điện ngược trên tiếp giáp JC là dòng ICBo

CBo B

I    (1 )

Trang 24

 Khi nhiệt độ tăng, dòng điện ngược ICBo tăng làm cho ICtăng, IC tăng làm tăng sự va chạm giữa các hạt và làm

nhiệt độ tăng Nhiệt độ tăng lại làm cho ICbo tăng, quá

trình cứ thế lặp lại làm hệ rất mất ổn định, hiện tượng này gọi là hiệu ứng quá nhiệt Hiệu ứng quá nhiệt làm thay đổi điểm công tác tĩnh và có thể làm hỏng transistor

 Nhiệt độ tăng làm UBE tăng, UBE tăng làm IC tăng, tuy

nhiên ảnh hưởng của UBE đến IC không lớn như ICBo Vì vậy, khi nói ảnh hưởng của nhiệt độ đến điểm công tác

thường chỉ nói đến tác động của ICBo

Trang 25

 Hệ số ổn định nhiệt của transistor được định nghĩa như sau :

 Hệ số ổn định nhiệt cho biết mức độ thay đổi của IC khi

ICBo thay đổi Như vậy, hệ số ổn định nhiệt S càng nhỏ thì tính ổn định nhiệt càng cao

CBo

C

I

I S

C

I

I I

I S

1



Trang 26

Phân cực cho transistor bằng dòng cố định

Trang 27

 Áp dụng định luật Kirchhoff về vòng điện áp cho vòng

(E,R1,BE) ta có:

 Dòng điện IB=const không phụ thuộc vào các tham số của transistor nên mạch được gọi là mạch phân cực bằng dòng (IB) cố định

1 1

1

7.00

R

E R

U

E I

U R

I E

BE B

Trang 28

Phân cực cho transistor bằng dòng cố định

 Áp dụng định luật Kirchhoff về vòng điện áp cho vòng (E,R2,CE) ta có

 Đây chính là phương trình đường tải tĩnh của mạch

 Xét tính ổn định nhiệt của mạch, do IB=const nên:

1

C

I

I I

I S

Trang 29

Phân cực cho transistor bằng điện áp phản hồi

Trang 30

 Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng mạch (E,R2,R1,BE)

ta có

 thay vào ta có

0 )

(

0

.

1 2

B C

BE B

U R

I R

I I

E

U R

I R

I E

B

I  

2 1

1 2

) 1 (

0 )

1 (

R R

U

E I

U R

I R

I E

BE B

Trang 31

 Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng mạch (E,R2,CE) ta có

 Đây chính là phương trình đường tải tĩnh của mạch

0 )

1 1

(

0 )

CE B

C

U R

I E

U R

I I

E



Trang 32

 Xét tính ổn định nhiệt của mạch, từ biểu thức (1) ta có

 Khi R2>>R1 thì ta có S=1 Như vậy, hệ số ổn định nhiệt S luôn lớn hơn hoặc bằng 1

2 1

2

2 1

2 2

1

1 2

.

0 )

(

R R

R I

I

R R

R I

R R

U

E I

U R

I R

I I

E

C B

C

BE B

B C

2

1

R R

R I

I I

I S

C

B CBo

Trang 33

Phân cực cho transistor bằng dòng Emitter

(tự phân cực)

Trang 34

(tự phân cực)

 Áp dụng định lý Thevenin cho mạch phân áp chạy qua R1

và R2, ta có sơ đồ mạch tương đương như sau

2 1

2

2 1

.

R R

R

E U

R R

R

R R

Trang 35

E B CBo

B BE

B B B

B CBo

B B

C E

E E BE

B B B

R I

U R

R I

U

R I

I I

U R

I U

I I

Mà

R I U

) 1

( )

1 (

0 )

1 (

) 1

BE B

B

R R

U

U I

) 1

(  







Trang 36

E

C B

E B

E C

E B

BE B

B

E B

C BE

B B B

E E BE

B B B

R R

R I

I

R R

R I

R R

U

U I

R I

I U

R I U

(

0

Trang 37

E

C

B CBo

C

R R

R I

I I

I S

1

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	430,56 KB