Bài giảng Nhập môn điện tử: Chương 5 - ĐH Công nghệ Thông tin

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Transitor cung cấp cho người học các kiến thức: Tổng quan về transitor, cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor, các thông số của BJT, các kiểu mắc transistor - Đặc tuyến Volt- Ampere, đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line),... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 5 Transitor

Nhập môn Điện tử

I Tổng quan về transitor

Transistor là một thiết bị đa cực có khả năng:

+ Tăng (khuếch đại) dòng

+ Tăng (khuếch đại) áp

+ Tăng (khuếch đại) tín hiệu – công suất

Transistor lưỡng cực BJT (BJT- Bipolar Junction Transistor) là transistor

thế hệ đầu tiên được phát minh năm 1947 bởi Bardeen, Brattain và

Shockley

Lịch sử phát triển của transistor

10,000 to 99,999 ULSI

scale

ultra-large-integration

more

100,000 and more

BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ các lớp bán dẫn p và

n xen kẽ nhau

Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là : vùng Phát (Emitter - E) ;

Nền (Base - B) và Thu (Collector - C)

Nhập môn Điện tử

Mối nối pn giữa vùng nền và vùng thu được gọi là mối nối nền-thu

(BC) Tương tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền

phát (BE)

II Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor

II.1 Cấu trúc của transitor

Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực Emitter

và Base có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n

Nhập môn Điện tử II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Transistor BJT có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tuỳ thuộc vào

cách phân cực các mối nối BE và CB

Ngưng dẫn Phân cực nghịch Phân cực nghịch Tích cực Phân cực thuận Phân cực nghịch Bão hoà Phân cực thuận Phân cực thuận

Trong các mạch khuếch đại tuyến tính chế độ tích cực thường sử dụng

Chế độ tích cực ở transistor

Nhập môn Điện tử

Xét hoạt động của transitior npn ở chế độ tích cực

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Khi mối nối B-E được phân cực thuận, vùng nghèo giữa lớp tiếp xúc p-n được thu hẹp lại, và do đó các electron (hạt mang điện đa số) khuếch tán dễ dàng từ n sang p

Xét hoạt động của transitior npn

Nhập môn Điện tử

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Đồng thời dưới tác dụng của hiệu điện thế VBE , các lỗ trống di chuyển từ lớp p sang lớp n tạo thành dòng IB

Khi mối nối B-C được phân cực nghịch, không có dòng tải đa số

(dòng các electron) từ n sang p, nhưng theo chiều ngược lại, dưới tác

dụng của nguồn VCB , có dòng các electron đi từ p sang n

Nhập môn Điện tử

Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực

âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C Điều này hình thành

dòng cực thu IC

II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực

âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C Điều này hình thành

dòng cực thu IC

Nhập môn Điện tử II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT

• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong Transistor

E B C

Hệ số αdc được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu C so với dòng DC

qua cực phát E:

Hệ số αdc có giá trị trong khoảng từ 0.90 đến 0.998

Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số αac được định nghĩa

Nhập môn Điện tử III Các thông số của BJT

Hệ số β

Hệ số β dc được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng

DC qua cực thu C so với dòng DC qua cực nền B Ta có:

Hệ số β dc còn được gọi là hFE là thông số của transistor trong mạch

tương đương tính theo thông số h, thường được áp dụng khi thiết kế các

mạch khuếch đại dùng transistor Giá trị của hệ số β dc trong phạm vi từ

20 đến 200 hay lớn hơn

Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số β ac được định nghĩa

Công suất tiêu tán cực đại:

Nhập môn Điện tử

Ví dụ:

III Các thông số của BJT

Cho mạch phân cực transistor như hình

Mạch B chung là

trong đó cực

B có điểm chung với cả cổng vào và cổng ra của mạch Cực B

là cực được nối đất hoặc gần thế nối đất nhất

Nhập môn Điện tử IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)

Họ đặc tuyến ngõ vào

Họ đặc tuyến ngõ ra

Trong kiểu mắc B chung:

- Tín hiệu vào E so với

B, tín hiệu ra C so với

B

- Pha giữa tín hiệu vào

và ra: cùng pha

Nhập môn Điện tử IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)

Mạch E chung là mạch mà trong đó cực E có điểm chung với cả cổng vào và cổng ra của mạch Cực E là cực được nối đất hoặc gần thế nối đất nhất

Họ đặc tuyến ngõ vào

Nhập môn Điện tử IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)

đảo pha

Mạch C chung là mạch mà trong đó cực C có điểm chung với cả cổng vào và cổng ra của mạch Cực C là cực được nối đất hoặc gần thế nối đất nhất

Nhập môn Điện tử IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector)

IB(μA)

VBC (V) 0

50 100 150

V A

-4.5

Họ đặc tuyến ngõ vào

2 4 6 8

cùng pha

Nhập môn Điện tử

V Đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line)

Đường tải một chiều là đường thẳng

đựợc vẽ trên đặc tuyến ra qua 2

nối 2 điểm M và N lại ta có được

đường lấy điện

Phương trình đường tải một chiều:

N

Mngưngbão hòa

VCEQ

ICQ

CC CE C

• Phân giải mạch Transistor

• Xác định điểm tĩnh điều hành Q

• Cho biết trạng thái hoạt động của transistor ( tác động, bão hoà, ngưng)

• Mạch khuếch đại có tuyến tính hay không

• Thiết kế mạch khuếch đại theo ý định ( chọn trước điểm tĩnh Q, tính các trị số linh kiện)

32

Nhập môn Điện tử

V Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line)

Giao điểm đường lấy điện và đường phân cực IB chọn trước cho ta trị số

điểm tĩnh Q (quiesent operating point)

Độ lợi dòng điện thay đổi theo vị trí điểm tĩnh điều hành Q

Điểm tĩnh điều hành Q thay đổi vị trí theo điện thế phân cực transistor

và còn thay đổi theo tín hiệu xoay chiều ( AC) tác động vào mạch

Điểm tĩnh điều hành Q

Chương 5: Transitor

33

Chương 5: Transitor

BJT có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử, tùy theo

từng ứng dụng cụ thể mà BJT cần cung cấp điện thế và dòng điện

cho từng chân một cách thích hợp Phân cực (định thiên) là áp đặt

hiệu điện thế cho các cực BJT Phân cực BJT là chọn nguồn điện

DC và điện trở sao cho IB , IC , VCE có trị số thích hợp theo yêu cầu

hoạt động của BJT theo các vùng hoạt động của transistor

Nhập môn Điện tử

Phương pháp chung để phân giải mạch phân cực gồm ba bước:

VI Phân cực transistor

Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào (IB

hoặc IE)

Bước 2: Suy ra dòng điện ngõ ra từ các liên hệ IC=βIB hay IC=αIE

Bước 3: Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn lại (điện thế

tại các chân, giữa các chân của BJT )

Nhập môn Điện tử VI.1 Phân cực cố định (Fixed – Bias)

C

V I

Nhập môn Điện tử VI.1 Phân cực ổn định cực phát

Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định, nhưng ở cực emitter được mắc thêm một điện trở RE xuống mass Cách tính phân cực cũng có các bước giống như ở mạch phân cực cố định

V I





Nhập môn Điện tử VI.1 Phân cực ổn định cực phát

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE

R V

V I





Nhập môn Điện tử VI.3 Phân cực bằng cầu chia thế

Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE Biết

Nhập môn Điện tử I.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế

Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE Biết

B C E CE

VBE =0,7V