Thiết kế ba bài thí nghiệm khảo sát đặc tuyến vôn – ampe của transistor lưỡng cực (bjt)

Các cặp hạt dẫn tự do này, dưới tác dụng của trường ngoài hay một Gradien nồng độ có khả năng dịch chuyển có hướng trong mạng tinh thể tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn thuần.. Trong

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Đà Nẵng, 05/2014

K uậ t t K Vật

SVT V M N 1 V T S N u V

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

K uậ t t K Vật

SVT V M N 2 V T S N u V

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Mạng tinh thể 9

Hình 1.2: Đồ thị năng lƣợng 10

Hình 1.3: Chuyển tiếp P-N ở trạng thái cân bằng Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Cấu tạo BJT Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Hình dáng kí hiệu BJT 16

Hình 2.3: Mắc BJT để khảo sát 17

Hình 2.4: Chiều dòng điện trong BJT 18

Hình 2.5: Phân cực BE và BC trong BJT 19

Hình 2.6: Phân cực mối nối BE 19

Hình 2.7: Phân cực thuận mối nối BE và nghịch BC 20

Hình 2.8: Transistor khuếch đại 20

Hình 2.9: Trạng thái dẫn bão hòa 21

Hình 2.10: Sơ đồ BJT mắc E chung 23

Hình 2.11: Họ đặc tuyến ra BJT mắc E chung 24

Hình 2.12: Họ đặc tuyến ra BJT mắc E chung 24

Hình 2.13: Đặc tuyến vào B chung 25

Hình 2.15: Họ đặc tuyến vào mắc C chung 26

Hình 3.9: Hình dạng điện trở trong thực tế 36

Hình 4.1.5: Sơ đồ mắc mạch E chung 46

Hình 4.2.5: Sơ đồ mắc mạch B chung 58

Hình 4.3.5: Sơ đồ mắc mạch C chung 70

Em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt thời gian ngồi trên ghế nhà trường để em có đủ kiến thức, xin cảm ơn các cô chú nhân viên trong trường đã cho em điều kiện học tập và làm việc tốt

Hơn hết, con xin cảm ơn ba má đã sinh con ra, vất vả nuôi con khôn lớn, cận

kề bên con mỗi bước đi để con hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Cuối cùng, mình xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả bạn bè đã giúp đỡ và

động viên mình trong suốt thời gian làm bài khóa luận này

Mặt dù em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo cuả quý Thầy, Cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Bùi Vũ My Na

Mặt khác, trong các trường Đại học Sư phạm nói chung và trong trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng nói riêng luôn có sự tiếp nối của các lớp thế hệ nhà giáo tương lai, trong đó có giáo viên vật lý Vì vậy, việc phát triển đội ngũ nhà giáo, đặc biệt là bồi dưỡng chuyên môn và nghiệp vụ sư phạm cho đội ngũ sinh viên, những người sắp sửa vào nghề nhà giáo, luôn là một công tác thường xuyên, quan trọng và cấp thiết của các trường Đại học Sư phạm

Bên cạnh đó, chúng ta đều biết, Vật Lý học là một môn khoa học thực nghiệm Bởi vậy, để dạy giỏi môn Vật Lý, người giáo viên không chỉ cần hiểu biết sâu sắc lí thuyết mà còn phải có năng lực giảng dạy thực nghiệm Vì vậy việc bồi dưỡng, rèn luyện và phát triển ở sinh viên ngành sư phạm Vật Lý những kĩ năng, kĩ xảo thí nghiệm Vật Lý phục vụ tốt cho việc giảng dạy sau này là một nhân tố mang tính chất quyết định Và chất lượng của đội ngũ nhà giáo tương lai này sẽ càng được nâng cao hơn nếu được mở rộng phạm vi các bài thực hành thí nghiệm: Không dừng lại ở các bài thí nghiệm của phổ thông mà có thể được tiếp xúc với các mô hình, cũng như được thực hành các bài thí nghiệm ở các bộ môn vật lý đại cương, đặc biệt là các bài thí nghiệm về Transistor lưỡng cực (BJT)

Hiện nay, các sách giáo khoa bằng tiếng việt giới thiệu loại linh kiện này đã được xuất bản, tuy nhiên chủ yếu vẫn là lý thuyết và rất ít tài liệu về các bài thực hành thí nghiệm

Xuất phát từ cơ sở lí luận và thực tiễn trên, cũng để hoàn thiện kiến thức của

bản thân, em xin chọn đề tài: "Thiết kế ba bài thí nghi m khả sát ặc tuyến

Vôn - Ampe củ Tr s st r ưỡng cự ( JT)”

K uậ t t K Vật

SVT V M N 5 V T S N u V

Lí do em chọn thiết kế các bài thí nghiệm về Transistor lưỡng cực vì đây là một linh kiện thiết yếu trong bất kì thiết bị điện tử nào Và cũng vì Transistor lưỡng cực là một trong số ít những linh kiện điện tử được sử dụng để giảng dạy trong

chương trình vật lý phổ thông, sách giáo khoa vật lý 11

4 Giả thuyết khoa h c củ ề tài

Qua khảo sát thực tế cho thấy việc lắp ráp các linh kiện điện tử thành bài thí nghiệm giúp sinh viên củng cố vững chắc kiến thức lý thuyết, đồng thời dễ dàng

hình thành ở sinh viên các kỹ năng ứng dụng

Trong chương trình khung hệ đại học của ngành sư phạm Vật Lý có học phần điện tử học Vì thế các bài thí nghiệm thiết kế được có thể đưa vào giảng thử nghiệm ngay để kịp thời điều chỉnh cho phù hợp

K uậ t t K Vật

SVT V M N 6 V T S N u V

5 P ươ á ê ứu

5 1 P ươ á ê ứu lí thuyết:

Đọc và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

5 2 P ươ á ê ứu thực ti n

điện tử ở trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

- Phương pháp phỏng vấn, trò chyện: Trao đổi và thăm dò ý kiến với giảng viên và sinh viên, nhằm tìm hiểu về thực tế giảng dạy và các thiết bị thực hành hiện có liên quan đến đề tài

6 Nhữ ủ ề tài

Là tài liệu tham khảo cho sinh viên

7 Cấu trúc của luậ v

Luận văn gồm 3 phần như sau: Phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận Trong đó, phần nội dung được chia làm 4 chương:

C ươ 1 Tổng quan về chất bán dẫn

C ươ 2: Tổng quan về Tr s st r ưỡng cực (BJT)

C ươ 3: Giới thi u dụng cụ và linh ki n có trong bài thí nghi m

C ươ 4: Thiết kế ba bài thí nghi m

1.1 Bán dẫn thuần và bán dẫn pha tạp

1.1.1 Bán dẫn thuần

Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Gemanium (Ge) và Silicium (Si) thuộc nhóm bốn bảng tuần hoàng Mendeleep, nó có cấu trúc vùng năng lượng dạng hình 1.1b

với bản chất là các liên kết ghép đôi điện tử hóa trị vành ngoài Ở 00K chúng là các chất cách điện Khi được một nguồn năng lượng ngoài kích thích thì trong bán dẫn đã xảy ra hiện tượng ion hóa các nguyên tử ở nút mạng và sinh ra các cặp hạt dẫn tự do: điện tử bứt khỏi liên kết ghép đôi trở thành hạt tự do và để lại một liên kết bị khuyến (lỗ trống) Điều này tương ứng với sự chuyển điện tử từ một mức năng lượng trong vùng hóa trị lên mức trong vùng dẫn để lại một mức tự do (trống) trong vùng hóa trị Các cặp hạt dẫn tự do này, dưới tác dụng của trường ngoài hay một Gradien nồng độ có khả năng dịch chuyển có hướng trong mạng tinh thể tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn thuần Kết quả là:

1 Muốn tạo hạt dẫn tự do trong chất bán dẫn thuần cần có năng lượng kích thích đủ lớn Ekt ≥ Eg

2 Dòng điện trong chất bán dẫn thuần gồm hai quá trình kích thích năng lượng

và dưới tác dụng của điện trường do quá trinh phát sinh từng cặp hạt dẫn tạo

ra ni = pi

1.1.2 Bán dẫn pha tạp

Trong mạng tinh thể của bán dẫn pha tạp xuất hiện những sai hỏng ở một số nút mạng của tinh thể bán dẫn

K uậ t t K Vật

SVT V M N 8 V T S N u V

Để làm rõ vấn đề này ta lấy trường hợp bán dẫn Gecmani thuần và Gecmani

pha tạp có thể mô tả cấu tạo của chúng như sau:

+ Cấu tạo của bán dẫn Gecmani thuần

Mỗi nguyên tử có 4 điện tử hóa trị góp chung với 4 nguyên tử bên cạnh để tạo thành mối liên kết đồng hóa trị Lực liên kết tác dụng lên các điện tử hóa trị tương đối lớn, vì vậy năng lượng cần thiết để đưa điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn cũng tương đối lớn Trong trường hợp này, nếu các điện tử hóa trị nhận được năng lượng từ bên ngoài (nhiệt độ hoặc ánh sáng) đủ để có thể tách khỏi mối liên kết trở thành điện tử tụ do nhảy lên vùng dẫn đồng thời tạo ra tại đây lỗ trống (nằm trong vùng hóa trị) quá trình này được gọi là quá trình phát xạ cặp điện điện tử lỗ trống Như vậy trong bán dẫn thuần các hạt dẫn được tạo ra chủ yếu bởi quá trình hình thành cặp điện tử lỗ trống

+ Cấu tạo của bán dẫn Gecmani pha tạp

Nếu như ở một vị trí đó của nút mạng tinh thể Ge được thay thế bằng một nguyên tử nguyên tố nhóm V, ví dụ như P, As, Sb thì khi ấy 4 điện tử hóa trị của nguyên tử này đã đủ điền vào các mối liên kết với mạng Ge còn điện tử hóa trị thứ 5 thì không tham gia vào liên kết mạng tinh thể

Nó trở thành điện tử tự do, hiện tượng này được biểu diễn như hình 1.1a, b

Hình 1.1a

Mạng tinh thể bán dẫn Ge thuần

Hình 1.1b

Mạng tinh thể Ge có pha tạp chất nhóm 1

1.Điện tử và lỗ trống trong vùng hóa trị

2 Điện tử trong vùng hóa trị

1 Dono bị ion hóa

2 Điện tử trong vùng dẫn

K uậ t t K Vật

SVT V M N 9 V T S N u V

Những tạp chất nhóm V kể trên được gọi là tạp chất dono (tạp chất cho điện tử) khi pha các tạp chất này vào bán dẫn thuần chúng bị ion hóa trở thành những ion dương và cho những điện tử tự do Bán dẫn được pha tạp chất dono gọi là bán dẫn loại n Số lượng điện tử tự do trong nhóm bán dẫn loại n nhiều hơn hẳn số lỗ trống bởi vậy trong trường hợp này gọi điện tử là hạt dẫn đa số lỗ trống là hạt dẫn thiểu

số Tính dẫn điện trong bán dẫn loại n Do điện tử quyết định việc làm sai hỏng mạng tinh thể bán dẫn Ge thuần bàng tạp chất dono tương ứng với việc làm xuất hiện trong vùng cấm của bán dẫn này những mức năng lượng nằm sát đáy vùng dẫn như hình 1.2

1 2 C u ể t ế P-N

Tiếp xúc P-N được tạo thành cùng một loại bán dẫn

1.2.1 Chuyển tiếp P-N ở trạng thái cân bằng nhi t

Chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng là chuyển tiếp p-n chưa có điện áp bên ngoài đặt vào Nó được tạo thành ở miền tiếp xúc tinh thể bán dẫn loại n và loại p Khi cho hai bán dẫn này tiếp xúc với nhau, tại bề mặt tiếp xúc lỗ trống sẽ khuếch tán từ bán dẫn p sang bán dẫn n

Ngược lại điện tử khuếch tán từ bán dẫn n sang bán dẫn p Kết quả dẫn tới

là phía bán dẫn p tại gần bề mặt tiếp xúc sẽ còn lại những ion âm của các nguyên tử acxepto đã bị ion hóa và phía bán dẫn n tại gần bề mặt tiếp xúc còn lại là các ion dương của các dono đã bị ion hóa Như vậy do sự khuếch tán các hạt đa số mà tại

K uậ t t K Vật

SVT V M N 10 V T S N u V

miền lân cận mặt tiếp xúc mất đặc tính trung hòa điện tích, phía bán dẫn n tích điện

gọi đó là nội trường có chiều hướng từ n sang p Cho nên điện trường này chống lại

sự di chuyển của các hạt dẫn đa số Nhưng điện trường này lại cuốn điện từ từ p sang n và lỗ trống từ n sang p nghĩa là làm tăng cường sự di chuyển của hạt dẫ thiểu

số

Sự khuếch tán các hạt đa số xảy ra càng mạnh, vùng điện tích âm, dương ở hai phía bán dẫn p, n càng rộng ra (số điện tích tăng lên) do đó cường độ nội trường

dòng cuốn các hạt thiểu số tăng lên cuối cùng sẽ tới một lúc mà dòng khuếch tán các hạt đa số bằng dòng cuốn các hạt thiểu số Khi ấy, chuyển tiếp p-n đạt tới trạng thái cân bằng Trạng thái cân bằng ở đây là trạng thái cân bằng động Ở trạng thái cân bằng, số ion âm nằm bên bờ mặt tiếp xúc về phía p và số ion dương nằm bên bờ

tới giá trị xác định, miền chứa các ion âm và dương vừa kể trên hầu như không có hạt dẫn cho nên gọi đó là miền điện tích không gian

được biểu diễn như hình 1.3

Hình 1.3:

Chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng

1.2.2 Chuyển tiếp p-n k n áp phân cực

1.2.2.1 Chuyển tiếp p-n k n áp phân cực thuận

Đặt lên lớp tiếp xúc p-n một điện áp thuận: cực dương đặt lên bán dẫn p, cực

âm đặt lên bán dẫn n Chuyển tiếp p-n lúc này có dang như hình 1.4

K uậ t t K Vật

SVT V M N 11 V T S N u V

Hình 1.4 cho ta thấy chiều tác dụng của điện trường ngoài ngược lại với chiều tác dụng của điện trường tiếp xúc trong lớp chuyển tiếp p-n nên lúc này lớp tiếp xúc p-n không còn ở trạng thái cân bằng động nữa Điện trường tổng cộng trong lớp tiếp xúc giảm xuống:

E= Etx – E ngĐiện thế ngoài V sẽ giảm làm chiều cao của rào thế đối với các hạt dẫn cơ

cơ bản qua lớp tiếp xúc tăng theo hàm mũ Kết quả là mật độ dòng khuếch tán hình thành bởi các hạt dẫn cơ bản qua tiếp xúc p-n cũng tăng lên Dòng các hạt dẫn không cơ bản không phụ thuộc vào độ cao rào thế nên mật độ dọng điện của các hạt dẫn không cơ bản không thay đổi

Dòng điện chạy qua tiếp xúc p-n khi nó phân cực thuận gọi là dòng điện thuận ith.Dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc p-n được tính theo công thức:

Với is là mật độ dòng bão hòa

Khi tăng hiệu điện thế thuận lên, tiếp xúc p-n được phân cực thuận càng mạnh, hiệu điện thế tiếp xúc càng giảm, hàng rào thế năng càng thấp xuống, đồng thời điện trở tiếp xúc giảm, bề dày lớp điện tích không gian giảm, dòng khuếch tán của các hạt dẫn cơ bản tăng nên dòng điện thuận ngày càng tăng

Hình 1.4:

Chuyển tiếp p-n phân cực thuận

K uậ t t K Vật

SVT V M N 12 V T S N u V

Hình 1.5:

Chuyển tiếp p-n phân cực thuận

a Sơ đồ năng lượng b Đường đặc trưng Vôn-Ampe

1.2.2.2 Chuyển tiếp p-n k n áp phân cự ược

Chuyển tiếp p-n phân cực ngược được biểu diễn như hình 1.6

Cực âm của điện áp ngoài đặt vào bán dẫn p, còn cực dương đặt vào bán dẫn n chiều của nội trường trùng với chiều điện trường ngoài Nếu so sánh với chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng thì độ rộng của miền điện tích không gian lúc này rộng hơn

Miền điện tích không gian trong trường hợp phân cực ngược rộng ra đó là

do cực tích của điện áp ngoài đặt vào chuyển tiếp p-n, điện tử trong bán dẫn n và lỗ trống trong bán dẫn p bị “hút” lại phía điện cực, khiến cho tại bờ miền điện tích không gian xuất hiện những ion mới lấn sâu vào bán dẫn n và p do đó miền điện tích không gian rộng hơn lúc cân bằng Khi phân cực ngược trạng thái cân bằng ban đầu ban đầu của chuyển tiếp p-n cũng bị phá vỡ Nhưng trường hợp này khác với

Hình 1.6:

Chuyển tiếp p-n phân cực nghịch

K uậ t t K Vật

SVT V M N 13 V T S N u V

phân cực thuận, nó làm cho dòng các hạt thiểu số cuốn bởi điện trường được tăng cường làm giảm các dòng khuếch tán hạt đa số Do tác dụng cuốn mạnh của điện trường miền điện tích không gian mà nồng độ của hạt dẫn thiểu số ở hai bờ miền này (Xm và Xp) nhỏ hơn so với lúc cân bằng

1.2.2.3 Kết luận

Tiếp xúc p-n chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều từ p đến n Đó chính là tính chỉnh lưu của tiếp xúc p-n Dựa vào tính chất quang trọng này của lớp tiếp xúc, người ta đã tạo nên đại đa số các linh kiện bán dẫn Trong đó có Transistor BJT

1.2.3 ặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp giáp p-n

Đặc tuyến Vôn – Ampe của tiếp xúc p – n mô tả mối quan hệ giữa dòng và

điện áp trên hai đầu tiếp xúc

Hình 1.7:

Đặc tuyến V-A của tiếp xúc p-n

chịu đựng khi phân cực ng ược mà không bị hỏng Lúc này, tiếp xúc p-n dẫn điện được theo cả chiều nghịch

K uậ t t K Vật

SVT V M N 14 V T S N u V

1.2.4 Hi tượ á t ủng trong chuyển tiếp p-n

Khi điện áp ngược lớn, dòng lớn làm các electron va chạm vào các e cố định khác làm tăng số e nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc p-n dẫn điện được theo

cả chiều nghịch, phá vỡ đặc tính chỉnh lưu của nó, gọi là hiện tượng đánh thủng

Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, vì vậy có ba loại đánh thủng cơ bản: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, và đánh thủng nhiệt - điện Trong đó sự đánh thủng về nhiệt do sự tích luỹ nhiệt trong vùng nghèo Khi có điện

áp ngược lớn, dòng điện ngược tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độ hạt dẫn thiểu số tăng và làm dòng điện ngược tăng Quá trình cứ như thế làm cho nhiệt độ vùng nghèo và dòng ngược tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng

K uậ t t K Vật

SVT V M N 15 V T S N u V

C ƯƠN 2 TỔN QUAN VỀ TRANSISTOR LƯỠN CỰC ( JT)

Transistor lưỡng cực nối (BJT- Bipolar Junction Transistor) được phát minh vào năm 1948 Những phát minh ra BJT đã được trao giải thưởng Nobel Vật lí năm

1956 Sự ra đời của BJT đã ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển điện tử học

2.1 Cấu tạo của BJT

Hình 2.1a: Cấu tạo BJT loại PNP Hình 2.1b: Cấu tạo BJT loại NPN

Gồm 3 phiến bán dẫn ghép lại với nhau tạo thành 2 loại: BJT loại PNP (hình2.1a) và BJT loại NPN (hình 2.1b) Trong đó, phiến bán dẫn ở cực Emitơ có nồng độ điện tích cao hơn (P+) hoặc (N+) so với phiến bán dẫn ở cực C nên điện tích dịch chuyển từ cực E sang cực C Vìvậy, cực E được gọi là cực phát (phát điện tích), cực C gọi là cực thu và cực B gọi là cực nền

K uậ t t K Vật

SVT V M N 16 V T S N u V

2.3 Nguyên í ạt ộ

Hình 2.3:

Mắc mạch BJT để khảo sát nguyên lý hoạt động

cân bằng và hàng rào điện thế ở mỗi mối nối duy trì trạng thái cân bằng này

Với hình 2.3, ta chọn nguồn VCC lớn hơn VEE và trị số điện trở sao cho thỏa điều kiện:

- Mối nối P – N giữa B và E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) đƣợc phân cực thuận

- Mối nối P – N giữa B và C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) đƣợc phân cực nghịch

- VBE đạt thế ngƣỡng tùy loại BJT

chuyển của điện tử tạo thành dòng điện:

K uậ t t K Vật

SVT V M N 17 V T S N u V

2 4 P â ự JT

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

Điều kiện để BJT dẫn điện

- Mối nối P – N giữa B và E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) đƣợc phân cực thuận

- Mối nối P – N giữa B và C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) đƣợc phân cực nghịch

- VBE đạt thế ngƣỡng tùy loại BJT

2 5 C ều á ò ạ tr JT

Hình 2.4a: Chiều các dòng điện

chạy trong BJT loại PNP

Hình 2.4b: Chiều các dòng điện chạy trong BJT loại NPN

2.6 Cá trạ t á ạt ộ ủ JT

BJT ở 3 trạng thái hoạt động chính: ngưng dẫn, khuếch đại và dẫn bảo hòa

K uậ t t K Vật

SVT V M N 18 V T S N u V

Hình 2.5:

Phân cực nghịch mối nối BE và BC trong BJT loại NPN

Hình 2.6a: Không phân cực mối nối BE Hình 2.6b: Phân cực ngược mối nối BE

- Khi transistor bị phân cực ngƣợc mối nối BE nghĩa là IB = 0 do đó IC= 0

- Khi IC = 0, Vcc =ICRC + VCE + IERE nên VCE = VCC

Nhƣ vậy, khi ta phân cực nghịch mối nối BC và BE hoặc không phân cực mối nối BE thì transistor ngƣng dẫn IC= 0, VCE= VCC

2.6.2 Trạng thái khuế ại

Khi ta phân cực thuận mối nối BE (VB>VE)) và phân cƣc nghịch mối nối BC (VC>VB) lúc này xuất hiện dòng điện đi qua mối BE là IB và dòng IC đi từ cực C sang cực E

K uậ t t K Vật

SVT V M N 19 V T S N u V

Hình 2.7:

Phân cực thuận mối nối BE và nghịch BC

Hình 2.8 Transistor khuếch đại 0V < VCE < Vcc Nhƣ vậy, khi ta phân cực nghịch mối nối BC và phân cực thuận BE thì transistor hoạt động trong vùng khuếch đại IC=  IB và VCE= Vcc-  IB (RE+RC)

2.6.3 Trạng thái dẫn bão hòa

Nếu ta giảm điện trở RB thì dòng IB tăng và lúc này dòng IC sẽ tăng lên một lƣợng gấp  lần so với lƣợng tăng của dòng IB

Nếu ta tiếp tục giảm RB thì dòng IB ,IC tiếp tục tăng cho đến lúc IC = IB =ICmaxnghĩa là ta tăng điện áp phân cực bằng cách giảm điện trở RB thì dòng IC không tăng đƣợc nữa tức là IC < IB. Lúc này BJT đã bảo hòa

K uậ t t K Vật

SVT V M N 20 V T S N u V

Hình 2.9: Trạng thái dẫn bảo hòa

Khi transistor hoạt động ở trạng thái bảo hòa với IC =  IB=ICmax hoặc IC < IB.

< IB ,VCE = 0V

Muốn biết BJT hoạt động ở trạng thái nào, ta có thể đo điện áp B – E (VBE)

Với các giá trị tương ứng của các điện áp VCE và VBE ta có thể xác định một

cách dể dàng các trạng thái hoạt động của BJT dựa vào sơ đồ 2.1 Đây cũng là

những kiến thức cần chú khi thiết kế một bài thí nghiệm để không đi trái với những kiến thức đã có trong lý thuyết

Đo V CE =0V

K uậ t t K Vật

SVT V M N 21 V T S N u V

Sơ ồ 2.1: Các trạng thái hoạt động của BJT

K uậ t t K Vật

SVT V M N 22 V T S N u V

2.7 Các cách mắc BJT và các h ặc tuyế tươ ứng

2.7 1 JT mắ k ểu ự át u

Trong các mắc EC, nghĩa là cực Emitơ chung cho cả đầu vào và đầu ra Điện

áp vào được mắc giữa cực bazơ và cực Emitơ, còn điện áp ra lấy từ collectơ được mô tả bởi hình 2.9

Hình 2.10:

Sơ đồ BJT mắc Emitơ chung

Đặc tuyến vào của transistor mắc CE : Để xác định đặc tuyến vào thì giữa

UCE không đổi, thay đổi UBE ghi các trị số dòng IB Mối quan hệ giữa dòng điện

IB với điện áp UBE khi UCE = const

IB =f(UBE)|Uce = const Thay đổi UCE đến một giá trị cố định khác, lại thay đổi UBE ta lại có một giá trị IB Cứ như vậy sẽ có một họ đặc tuyến vào của Transistor mắc emitter chung

Ứng với một giá tị UCE nhất định, dòng IB càng nhỏ Khi UCE càng tăng, vì khi đó tăng UCB làm cho miền điện tích không gian của chuyển tiếp collector

thì tỷ lệ tái hợp trong miền bazơ và đến cực bazơ để tạo thành dòng bazơ càng

ít, do đó dòng bazơ nhỏ đi Ví dụ như hai đặc tuyến của transistor tương ứng với hai giá trị:

UCE = 2(v) và UCE = 6(v)

+ Đặc tuyến ra của transistor mắc CE giữ dòng IB cố định, thay đổi UCE đo dòng IC kết quả ta được đường cong về sự phụ thuộc của IC và UCE

IC = f(UCE)|IB=const

K uậ t t K Vật

SVT V M N 23 V T S N u V

Hình 2.11:

Họ đặc tuyến vào của BJT mắc E chung

Từ họ đặc tuyến ra ta có nhận xét là tại miền khuếch đại độ dốc của đặc

hiệu dụng miền bazơ hẹp lại làm cho hạt dẫn đến collector nhiều hơn do đó dòng

K uậ t t K Vật

SVT V M N 24 V T S N u V

Hình 2.13a: Sơ đồ mắc mạch bazơ chung Hình 2.13b: Họ đặc tuyến vào

Trong mạch các tham số được dùng để làm các nhiệm vụ sau: ampe kế (A1)

U2 là các vôn kế đo UEB và UCB

Đặc tuyến vào trong trường hợp này là xác định mối quan hệ giữa hàm số

Từ mối quan hệ trên ta sẽ nhận được đặc tuyến vào tương ứng với các giá trị

lên làm miền điện tích không gian rộng ra, làm cho khoảng các hiệu dụng giữa chuyển tiếp emitơ và colectơ hẹp lại do đó làm

hệ:

IC = f(UCB)|IE=const

tích không gian chuyển tiếp colectơ lớn lên, độ

rộng hiệu dụng của miền bazơ hẹp lại, số hạt

dẫn đến được miền colectơ so với khi UCB nhỏ

IC

(mA)

-1 -2 -3 -4 -5

UCB

K uậ t t K Vật

SVT V M N 25 V T S N u V

Trong mạch khuếch đại bazơ chung thì đặc tuyến ra khác với mạch khuếch đại emitơ chung ở chỗ khi điện áp ra UCB = 0, dòng ra IC ≠ 0 vì khi điện áp UCB = 0 bản than chuyển tiếp colectơ vẫn còn điện thế tiếp xúc, điện thế này đã cuốn hạt dẫn từ bazơ sang colectơ làm cho dong IC tiếp tục dẫn

Đặc tuyến truyền dẫn của mạch khuếch đại bazơ chung là quan hệ hàm số giữa

ra và dòng vào:

2.7.3 BJT mắc kiểu cực thu chung

Mạch colectơ chung có dạng như hình 2.14, có cực collect dùng chung cho đầu

ra và đầu vào

Hình 2.15a: Sơ đồ mắc chung colectơ Hình2.15b: Họ đặc tuyến vào

Đặc tuyến vào của mạch colectơ là xác định quan hệ hàm số:

Trong hai cách mắc EC và BC thì đặc tuyến vào khác hẳn với đặc tuyến vào

điện áp UCE

tuyến ra và đặc tuyến truyền dẫn giống như trường hợp mắc emitơ chung

K uậ t t K Vật

SVT V M N 26 V T S N u V

2.8 Thông s kỹ thuật của BJT

2.8 1 ộ khuế ạ ò β dc và h s α dc

qua cực phát IE Ta có:

2.8.2 n thế giới hạn:

Điện thế giới hạn (hay điện thế đánh thủng) là điện thế ngƣợc tối đa đặt vào giữa các cặp cực của BJT Có 3 loại điện thế giới hạn

- BVCBO (hoặc VCBOmax): điện thế giới hạn giữa C và B khi E hở

- BVCEO (hoặc VCEOmax): điện thế giới hạn giữa C và E khi B hở

- BVEBO (hoặc VEBOmax): điện thế giới hạn giữa E và B khi C hở

2.8 3 ò ƣới hạn

và IBmax là dòng điện tối đa qua cực B

2.8.4 Công suất giới hạn

Công suất tiêu tán trên cực C đƣợc tính theo công thức: PC = IC.VCE

Mỗi BJT đều có công suất giới hạn đƣợc gọi là công suất tiêu tán ký hiệu là

PDmax

chung màu đen

trở Khi đo điện trở chập 2 que đo và chỉnh 0 của thang độ trước mỗi lần đo

3.1.2 Cấu tạo và cách sử dụng

Mô tả các thang đo ở hình 3.2 tương ứng từ trên xuống:

8 Ω : Thước với thang đo giá trị điện trở

9 DCV.A : Thước với thang đo giá trị điện áp sử dụng khi đo dòng

12 LI: Thang đo dòng qua điện trở bằng

transistor

13 LV: Thang đo áp hai đầu điện trở

bằng phép đo Ω; ICEO là cũng đọc

dòng rỉ của BJT

14 BATT: Thang độ kiểm tra pin Khi

thử pin, kiểm tra pin trong đồng hồ

xem còn tốt (GOOD) hay xấu(BAD)

15 DCV: Khi đo áp một chiều quay

khóa chuyển mạch (6) về vị trí này

16 Lối vào riêng dành cho thang đo

dòng lớn2,5A

17 Thang đo dòng một chiều, khi đo

dòng một chiều quay khóa chuyển

mạch (6) về vị trí này

18 Thang đo áp xoay chiều ACV, khi

đo áp xoay chiều quay khóa chuyển

mạch (6) về vị trí này

19 Thang đo điện trở Ω , khi đo điện

trở quay khóa chuyển mạch (6) về vị

trí này

Hình 3.2:

Mô tả các ký hiệu của đồng hồ vạn năng VOM SUNWA

Hình 3.3:

Mô tả các ký hiệu của VOM SUNWA

6 Đầu đo chung (COM)

7 Đầu đo dòng điện 10A

3.2.2 Cấu tạo và cách sử dụng

Hình 3.5:

Mô tả các ký hiệu của đồng hồ

vạn năng hiển thí số A830B

8 V- : Các thang đo điện áp một chiều

9 Ω : Các thang đo điện trở

10 V~ : Các thang đo điện áp xoay chiều

11 A : Các thang đo dòng điện một chiều

12 hFE: Thang đo hệ số khuyếch đại

β

3.3 Bảng Breadboard

3.3 1 ị ĩ

Breadboard là một dạng đế cắm nhiều lỗ, cho phép cắm các linh kiện điện tử,

IC và dây nối để tạo thành mạch điện tử mà không cần hàn nối Vì thế nên nó có thể

đƣợc sử dụng lại và giúp cho việc lắp một mạch điện tử thí nghiệm đƣợc dễ dàng

SVT V My Na 30 V T S N u V

3.3.2 Cấu tạo và cách sử dụng

Breadboard gồm có 3 mảng tương ứng với hai phần chính:

 Terminal strip tương ứng với mảng giữa (2):

Cấu trúc:

5 cột bên phải (F, G, H, I, J).Trong đó, cột E

và cột F cách nhau khoảng 0.3 inch (khoảng

cách giữa hai hàng chân IC) Trừ hai dòng ở

đầuvà cuối hàng, các cột ở giữa cứ 5 cột một

được đánh số theo nhóm số: 1, 5, 10, 15, cho

đến 60

 Các lỗ trên cùng một hàng trong phần này

được nối thông nhau (như hình vẽ)

strip Một bus strip có hai hàng lỗ, mỗi hàng có 50 lỗ

hàng bên trên không nối thông (về điện) với 25 lỗ hàng bên dưới

cùng hàng ngang thì cách ly nhau (không thông nhau)

Chứ làm chỗ nối nguồn một chiều (DC), xoay chiều (AC) hoặc nguồn

tín hiệu để cấp cho mạch điện tử lắp trên board

3.4 Bộ nguồn cấ n một chiều

SVT V My Na 32 V T S N u V

Giả á út ều kiển của bộ cấp nguồn INSTEK GPS-4303 trên hình 3.7

1 Đèn Led hiển thị điện áp volt của nguồn ra Master

2 Đèn Led hiển thị cường độ dòng điện Ampe của nguồn ra Master

3 Đèn Led hiển thị điện áp volt của nguồn ra Slave

4 Đèn Led hiển thị cường độ dòng điện Ampe của nguồn ra Slave

5 Điều chỉnh điện áp đầu ra của nguồn Master Đồng thời cũng điều chỉnh điện

áp ra tối đa của nguồn ra Slave khi thiết bị họat động ở chế độ song song (parallel) hoặc tuần tự (series)

6 Điều chỉnh cường độ dòng điện đầu ra của nguồn Master Đồng thời cũng điều chỉnh cường độ dòng tối đa của nguồn ra Slave khi thiết bị họat động ở chế độ song song hoặc tuần tự, Series/Parallel Tracking mode

7 Điều chỉnh điện áp đầu ra của nguồn Slave

8 Điều chỉnh cường độ dòng điện đầu ra của nguồn Slave

9 Đèn báo quá tải: đèn sẽ sáng nếu tải lớn hơn 2.5V/3.3V/5V 11

10

là nguồn tạo ra điện áp cung cấp không đổi) Nếu thiết bị ở chế độ làm việc Series/Parallel Tracking thì cả 2 nguồn Master và Slave đều chỉ được phép là nguồn áp thôi

(tức là nguồn tạo ra dòng cung cấp không đổi)

11 Đèn báo quá tải: đèn sẽ sáng nếu tải lớn hơn 2.5V/3.3V/5V 11

12

nguồn tạo ra điện áp cung cấp không đổi)

là nguồn tạo ra dòng cung cấp không đổi)

13 Các nút bấm chọn chế độ Tracking với 3 chế độ làm việc là

SVT V My Na 33 V T S N u V

 Chế ộ ộc lập (independent): khi cả 2 nút bấm chế độ đều không bấm

Ở chế độ này, 2 nguồn Master và Slave làm việc riêng rẽ, không gây ảnh hưởng tới nhau

 Chế ộ tuần tự (series tracking): khi nút bấm bên trái bấm, nút bên phải

Ở chế độ này, điện áp ra tối đa của nguồn slave được lấy theo điện áp ra của nguồn Master, đồng thời theo nguyên tắc, dương cực màu đỏ của Slave nối thẳng, thông với âm cực màu đen của Master Như vậy, cả 2 nguồn dường như đựơc ghép lại thành một với mức điện áp điều chỉnh được tăng gấp đôi Chú ý, phải vặn nút điều chỉnh dòng của 2 nguồn Master, Slave để đưa về chế độ nguồn áp

 Chế ộ song song (parallel tracking): khi nút bấm bên trái bấm, nút bên

phải bấm, đồng thời theo nguyên tắc, dương cực màu đỏ của Slave và Master thông nhau, âm cực màu đen của Slave và Master thông nhau Như vậy, cả 2 nguồn dường như đựơc ghép lại thành một với cường độ dòng điện điều

chỉnh đựơc tăng gấp đôi

14 Chức năng tương tự như 13

15 Nút chọn kênh tín hiệu làm việc (CH2 hoặc CH4)

16 Đầu ra “-” : Là âm cực, màu đen của nguồn tín hiệu CH4

17 Đầu ra “+”: Là dương cực, màu đỏ của nguồn tín hiệu CH4

18 Đầu ra “-”: Là âm cực, màu đen của nguồn Slave CH2

19 Đầu ra “+”: Là dương cực, màu đỏ của nguồn Slave CH2

20 Đầu tiếp đất “GND”: Dùng để nối đất và vỏ thiết bị

21 Nút chọn kênh tín hiệu làm việc (CH1 hoặc CH3)

22 Đầu ra “-”: Là âm cực, màu đen của nguồn Master CH1

23 Đầu ra “+”: Là dương cực, màu đỏ của nguồn Master CH1

24 Đầu ra “-”: Là âm cực, màu đen của nguồn Master CH3

25 Đầu ra “+”: Là dương cực, màu đỏ của nguồn Master CH3

3.5 n trở

3.5.1 Khái ni m, ký hi u, ơ vị, hình dạng

Cách đọc trị số của điện trở tùy thuộc vào cách biểu diễn số lƣợng vạch

màu trên điện trở Bảng quy luật màu đƣợc thể hiện ở bảng 4.1

3.5.2.1 n trở 4 vạch màu

Vòng màu 1, 2 là vòng giá trị thực

Vòng màu thứ 3 biểu thị số lũy thừa của 10

Vòng màu thứ 4 biểu thị sai số

Ví dụ 1: Điện trở có các vạch màu:

Hình 3.8:

Ký hiệu điện trở

Vòng màu thứ 4 biểu thị số lũy thừa của 10

Vòng màu thứ 5 biểu thị sai số (thường là màu nâu)

Ví dụ: Điện trở có các vạch màu:

(Cam-Cam-Đen-Nâu-Nâu)

Điện trở trên có giá trị là:

- Tiết diện vạch cuối cung là lớn nhất

- Vạch 1 không bao giờ là nhũ vàng, nhũ bạc

- Bốn vạch chỉ giá trị thực và số mũ lũy thừa 10 song song và gần nhau nhất

SVT V My Na 37 V T S N u V

CHƯƠN 4 T IẾT KẾ BA ÀI T Í N IỆM

Ề CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT CÁC BÀI 1, 2,3

Để thực hiện tốt các bài thực hành 1, 2, 3 hãy chuẩn bị trước các câu hỏi lý

thuyết sau bằng cách vẽ hình, điền vào chỗ trống hoặc chọn đáp áp đúng

Đường đặc tuyến Volt – Ampe của Diode

6 Trong các cách mắc mạch của BJT, cực chung chính là cực nối ………

a) b)a) b)a) b)

SVT V My Na 38 V T S N u V

7 Khi BJT mắc cực phát chung (CE) thì:

khi điện áp ra …… không đổi

ra…….khi dòng vào…… không đổi

- Vẽ hình:

Dạng đặc tuyến ngõ vào Dạng đặc tuyến ngõ ra

8 Khi BJT mắc cực phát chung (CB) thì:

khi điện áp ra ……… không đổi

dòng vào………không đổi

- Vẽ hình:

Dạng đặc tuyến ngõ vào Dạng đặc tuyến ngõ ra

9 Khi BJT mắc cực C chung (CC) thì:

khi điện áp ra ……….không đổi

- Nhận xét và giải thích đƣợc các đồ thị, từ đó so sánh với lý thuyết đặc tuyến của BJT trong cách mắc này

2 Cơ sở t u ết

BJT là một thiết bị có 3 chân Các chân cực

này là cực phát E, cực thu C, cực nền B Trong

mạch phát chung (E chung), điện áp đầu vào đƣợc

cung cấp giữa cực nền B và cực phát E và đầu ra

đƣợc lấy thông qua cực thu C và cực phát E Vì vậy

đầu cực phát là chung cho cả đầu vào và đầu ra nhƣ