Chương 3: BJT

Chỉ một số ít các electron khuếch tán từ E sang B kết hợp với số ít lỗ trống ở vùng B (mật độ lỗ trống thấp) và di chuyển về cực dương nguồn V BB tạo thành dòng cực nền I B rất nhỏ..  S[r]

TRANSISTOR LƯỠNG CỰC

(Bipolar Junction Transistor – BJT)

Bộ môn Kỹ Thuật Điện

Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ – Đại học Cần Thơ

Địa chỉ: Khu II, đường 3/2, P Xuân Khánh, Q Ninh Kiều, TP Cần Thơ

Điện thoại: (84-0710) 3832663 - Fax: (84-0710) 3838474

http://cet.ctu.edu.vn/ktd/

Department of Electrical Engineering, Can Tho University

1 Cấu tạo và hoạt động của BJT

 Nối pn giữa lớp nền và lớp thu được gọi là nối nền-thu (BC) Nối pn giữa lớp nền và lớp phát là nối nền-phát (BE).

 Lớp nền rất hẹp với nồng độ chất pha thấp nhất, lớp phátrộng hơn với nồng độ chất pha cao, lớp thu rộng nhất vớinồng độ chất pha vừa phải

 3 cực nối tương ứng với 3 lớp bán dẫn: cực thu (C), cực nền (B) và cực phát (E).

Cấu tạo BJT

Hoạt động của BJT

 BJT hoạt động trong vùng tác động, BE phân cực thuận bởi nguồn V BB , CB phân cực nghịch bởi nguồn V CC

 Vùng E có mật độ electron cao, các electron này dễ dàng đi vào vùng B Chỉ một số ít các electron khuếch tán từ

E sang B kết hợp với số ít lỗ trống ở vùng B (mật độ lỗ trống thấp) và di chuyển về cực dương nguồn V BB tạo

thành dòng cực nền I B rất nhỏ

 Số lượng lớn electron còn lại qua vùng C Do lực hút từ cực dương nguồn V CC, các electron này di chuyển về

cực dương nguồn V CC tạo thành dòng cực thu I C (IC >> IB)

I

I h

α

α β





dc dc

β

β α



 1

B C

I  

E C

E C

npn

pnp

Phân tích mạch BJT trong vùng tác động

 Nối BE phân cực thuận, nối BC phân cực nghịch.

 Nối BE phân cực thuận (có đặc tính giống như diode)

 Dòng cực nền

 Dòng cực thu

 Điện thế giữa cực thu và cực phát

 Điện thế giữa cực thu và cực nền

V7

0.

V BE 

B

BE BB

B

R

V V

B dc

I  b

C C CC

V  

BE CE

V  

R

V V

B dc

I  b

C C CC

B

EB BB

B

R

V V

B dc

I  b

C C CC

V  

EB EC

V  

Các loại BJT

 Transistor vỏ nhựa và vỏ kim loại dùng trong các

ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ

 Loại chứa nhiều transistor chứa trong cùng một vỏ

 Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn

(Transistor công suất).

 Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF transistors).

Department of Electrical Engineering, Can Tho University

2 Đặc tính và thông số của BJT

Các kiểu mắc BJT

C B

Đặc tuyến ngõ vào và đặc tuyến tải ngõ vào

Đặc tuyến ngõ vào BJT

Đặc tuyến tải Điểm hoạt động

T

BE V v dc

R

v V

A 10



T

V

 Tăng áp VCC, dòng ICtăng và áp VCEtăng dần được thể hiện trên đoạn AB Trên đoạn

AB, VCE< VCE(sat)(0.2V – 0.3V), nối BC phân cực thuận, BJT hoạt động trong vùng bão hòa Trong vùng này, điện thế cực C không đủ lớn để hút toàn bộ các electron tự

do từ vùng B sang vùng C.

 VCCtiếp tục tăng, VCE(sat)< VCE< 0.7 V, nối BC vẫn phân cực thuận nhưng BJT bắt

đầu đi vào vùng tác động (active region) Khi VCE> 0.7 V, nối BC bắt đầu phân cực nghịch và BJT hoạt động ổn định trong vùng tác động Trong vùng tác động, ICgần

như không đổi, nhưng áp VCEtiếp tục gia tăng do sự mở rộng vùng hiếm mối nối BC

(đoạn BC) Khi đó, điện thế cực C đủ lớn để hút toàn bộ các electron tự do từ vùng B

sang vùng C, nên dòng ICkhông đổi khi VCCtiếp tục tăng Dòng ICchỉ phụ thuộc

dòng IB(IC= bdc IB ).

 Khi VCCtiếp tục tăng, VCEtăng đủ lớn, nối BC phân cực nghịch đạt đến trạng thái đánh thủng và dòng ICgia tăng rất nhanh Quá trình này được biểu diễn bằng đoạn đặc tuyến bên phải điểm C.

V 7 0

)

( sat

CE

V

Họ đặc tuyến ngõ ra

 Họ đặc tuyến cực thu là các đồ thị trình bày quan hệ giữa dòng IC theo áp VCE ứng với các giá trị

khác nhau của IB

 Khi dòng IB = 0, BJT hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cutoff region), tồn tại dòng điện rò qua

cực thu rất nhỏ ICEO do dòng hạt mang điện sinh ra dưới tác dụng nhiệt và dòng điện rò bề mặt Do

ICEO rất nhỏ nên thường được bỏ qua, VCE = VCC Trong vùng ngưng dẫn, cả nối BE và BC đều

phân cực nghịch

IB1 < IB2 < IB3 < …

Cutoff region

 bdc(hFE) không hoàn toàn là hằng số, giá trị này thay đổi khi dòng IC và nhiệt độ môi trường.

 Duy trì nhiệt độ của các nối pn không đổi, tăng dòng IC thì hệ số bdc tăng đến giá trị cực đại Khi dòng

IC tiếp tục tăng, hệ số bdc giảm.

 Duy trì giá trị IC, nhiệt độ tăng hệ số bdctăng và ngược lại nhiệt độ giảm hệ số bdcgiảm.

Công suất cực đại của BJT

 Các tài liệu kỹ thuật bao gồm giá trị tối đa cho phép của các thông số VCB, VCE, VEB, IC và công suất tiêu tán PD Trong đó,

PD= VCE.IC

 Giá trị PD không được vượt quá công suất tiêu tán cực đại cho phép PD(max) cho nên các giá trị VCEvà IC không thể đạt giá trị tối đa cùng lúc.

 Giả sử Pd(max)= 500 mW, VCE(max)= 20 V, IC(max) = 50mA

 IC  IC(max): đoạn AB,

 PD PD(max): đoạn BC,

 VCE VCE(max): đoạn CD

Department of Electrical Engineering, Can Tho University

3 Mạch phân cực BJT

Mạch phân cực nền

 Phương pháp phân cực này thường sử dụng trong các mạch đóng cắt

 BJT hoạt động trong vùng tác động được phân tích như sau

dc B

dc C

R

V V

I

 Áp dụng định luât Kirchhoff 2 cho mạch vòng chứa cực thu phát

 Dòng qua cực thu được xác định

Nhược điểm: Do dòng IC phụ thuộc vào hệ số khuếch đại bdc, nên khi nhiệt độ thay đổi, hệ số bdc thay

đổi làm dòng IC và áp VCEthay đổi tương ứng Như vậy, điểm hoạt động của BJT thay đổi, mạch phân

B

BE CC

B

R

V V

C C CC

CE V I R

Mạch phân cực hồi tiếp cực phát

 Dùng điện trở RE mắc vào cực phát, mạch hoạt động ổn định hơn Khi ICtăng, VE tăng, nên VB tăng (VB = VBE + VE) Khi VB tăng, điện áp rơi trên RBgiảm, nên IB giảm giữ IC không tăng

 BJT hoạt động trong vùng tác động được phân tích như sau

 Áp dụng định luât Kirchhoff 2 cho mạch vòng chứa nối BE

E dc

dc C

dc B

E

BE CC E

E E BE B dc

E E

E BE B B CC

1 )1

/(

)1

(

I I

R R

V V I

R I V R

I R

I V R I V

b

bb

E E C C E

E E

C C CC C

R I R I V V V V

R I V

R I V V

CC E

Mạch phân cực hồi tiếp cực thu

 Điện trở cực nền được nối đến cực thu thay vì nối về nguồn áp VCC Khi ICtăng, điện áp rơi trên RC tăng, nên VC giảm Khi VC giảm, IB giảm giữ IC

không tăng

 BJT hoạt động trong vùng tác động được phân tích như sau

 Áp dụng định luât Kirchhoff 2 cho mạch vòng chứa nối BE

dc

C B C

BE CC C

BE dc

C C B C C BE B B C C B

b

b

R R R

V V I

V

I R R R

I V R I R I I V

CC (I I )R V

C C dc CC

CE

1

1 I R V

Mạch phân cực bằng cầu chia điện thế

 Điện áp phân cực tại cực B được cung cấp bởi cầu chia điện thế dùng điện trở R1và R2, với nguồn áp DC cấp vào cầu chia điện thế là VCC

 Mạch được phân tích bằng cách áp dụng định lýThevenin

TH B E E BE TH B

TH I R V I R I R V ( 1 )I R

V       b

E dc TH

BE TH B

) 1

R

V V I

I  b

C E dc

dc C

CC

E E C C CC CE

R V

2 1

2 TH





2 1

2 1 TH

R R

R R R





Department of Electrical Engineering, Can Tho University

4 Mạch khuếch đại tín hiệu

sử dụng BJT (Tham khảo)

Thank you for your attention!

Knowledge, Innovation, and Education

Department of Electrical Engineering, Can Tho University