Slide điện tử tương tự chapter 2 bjt

Characteristic curves: CE  Input and output characteristic curves of CE configuration cuu duong than cong... Characteristic curves: CB  Input and output characteristic curves of CB con

Trang 1

CHAPTER 2:

BIPOLAR JUNCION TRANSISTOR

DR PHAM NGUYEN THANH LOAN

cuu duong than cong com

Trang 3

Structure and operation of BJT

 BJT :Bipolar Junction Transistor

 2 kinds of BJT: NPN & PNP

 3 terminals: E, B và C

 E: Emitter; B: Base, C: Collector

 Base located in the middle:

thinner than E & C; and lower dope

BJT structure

3

Trang 4

 Junction BE in forward bias : electrons (e) move from E region

to B region to create the current I E

(diffusion current; flow of majority carriers)

 Junction BC in reverse bias : e that moved from E to B then move from B to C to create the current I C (drift current, flow of minority carriers)

 The combination of some electrons with holes in B region creates the current I B

 So: I E = I C + I B

 Bias condition for 2 junctions: J BE & J BC

4

Trang 5

Trang 8

C B

EC

C E

BC

Output Input

Configuration

Trang 10

CE configuration – small signal

 Z i = U be /I b ≈ βI b r e /I b ≈ βr e (~ n100Ω – nKΩ)

 Z o = r o  ∞ (ignore in r e model)

 A v = - R L /r e (r o  ∞)

 A i = I c /I b = β

 Characteristics + Z i , Z o average + A v , A i high

10

Trang 11

Characteristic curves: CE

 Input and output characteristic curves of CE configuration

Trang 12

Characteristic curves: CE

 0<V CE <0.7V: Junction BE starts moving to forward bias I C increases gradually

Trang 15

Characteristic curves: CB

 Input and output characteristic curves of CB configuration

Trang 18

Cutoff and saturation

Trang 20

DC bias

 A transistor must be properly biased in order to operate as

an amplifier

 DC bias can be considered as supply power to BJT so that

 NPN: V E < V B < V C (J E : in Forward; J C : in Reverse bias)

Trang 21

 Question: How many amplifier circuits can be designed?

22

Trang 22

3 types of baising

Base bias

23

Collector feedback bias

Voltage divider bias

Trang 23

Example of DC bias

24

 Q1 What are the amplifier configuration of these circuits?

 Q2 What kind of DC bias? And then draw DC equivalent circuit

Trang 24

 Consider the analysis for only EC configuration (similar analysis can be obtained for BC and CC)

25

Base bias

Trang 26

Voltage divider bias

Method 1: Thevenin equivalent circuit:

* Group R1, R2 and Vcc can be considered as follows:

Trang 27

Collector-feedback bias

BE loop:

(1) V cc - I c ‘ R C – I B R B – U BE – I E R E =0 (2) I C = β *I B ; I E  I C

(3) Kirchoof cho dòng tại C: I C = I B + I c ‘

 I c ‘ = I C - I B = (β-1)I B (1)+(2)+(3)

Trang 28

29

Analyze the following circuit and then determine its

Q-point and DC loadline

Trang 29

30

Analyze the following circuit and then determine its

Q-point and DC loadline

Trang 30

Analysis by method 1

Trang 34

AC analysis (Small signal analysis)

35

Trang 35

Small signal analysis

 Small signal analysis:

 Small signal refers to AC signal with small amplitude that take up

a relatively small percentage of an amplifier’s operation range (compared to DC power supply)

 The operation region on amplifier should be in linear

 BJT model for small signal analysis

 Represent the BJT by an equivalent circuit that allows to visualize and analyze the operation of BJT as an amplifier

36

Trang 36

Example of CE configuration

37

 Output and input signal is out of phase

 Output signal is amplified

Trang 37

Gain and impedances



38

Trang 38

AC equivalent circuit

 1 Setting all DC sources to zero

 2 Replacing all capacitors by a

short-circuit equivalent (wire)

 3 Regrouping all elements

(resistors) in parallel (introduced

by step 1 and 2)

 4 Redrawing the network in a

more convenient and logical form

39

Trang 39

 Using graphical determination method

 Using equivalent circuits

Trang 40

 Q-point and DC load-line

 Quiescent point (Q-point) is fixed on the output characteristic curve and corresponding to a fixed collector-to-emitter voltage (V CE )

 DC load-line is used to describe the DC operation of BJT, a straight line from saturation point (I C =I Cmax , y-axe) to cutoff point

Trang 41

AC analysis methods

Graphical determination

 Input and output characteristic curves of EC config.

Trang 42

AC load line determination

43

AC load line (Slope_AC: 1/(Rc //Rtai)

DC load line (slope= 1/Rc)

 AC loadline is steeper than DC loadline

Graphically: ON = OQ + QN where QN = I C-Q / Slope _AC = IQ*(Rc//Rtai)

 A straight line through Q_point and N : AC load line

Trang 43

 Q_point deplacement when R c , V cc , I B vary respectively

AC analysis methods

Graphical determination

Variation of R C Variation of V CC Variation of I B

Trang 46

 Impact of Q point on AC output

signal

 Q closed to cutoff  BJT is closed to

OFF operation, with a very small AC

input amplitude  output voltage is

distorsed (is cut) at upper-part

 Q closed to saturation  BJT is

closed to saturation operation, with a

very small AC input amplitude 

output volage is distorsed (is cut) at

Trang 47

AC analysis

analyzed DC and AC separately (using superposition theorem)

Trang 48

Two-port model

49

 Most used for small signal analysis

 Characterized by 2 input terminals and 2 output terminals (4

-terminals model)

 The common terminal is used for input and output

Trang 49

Remind: AC equivalent circuit

 1 Setting all DC sources to zero

 2 Replacing all capacitors by a

short-circuit equivalent (wire)

 3 Regrouping all elements

(resistors) in parallel (introduced

by step 1 and 2)

 4 Redrawing the network in a

more convenient and logical

Trang 50

 Equivalent circuit

after step 1 and 2

Remind: AC equivalent circuit

?????????

 Equivalent circuit

after step 3 and 4

Trang 51

AC analysis

analyzed DC and AC separately (using superposition theorem)

Trang 52

 Index e (or b, c) illustrated

for CE topology (or CB, CC)

Trang 53

h 22 (h o ) 25μA/V 0,5μA/V 25μA/V

Trang 56

 BJT is modeled by a diode and current source

 Input : BE junction is characterized by a diode in Forward bias

 Output: dependent current source where controlled current is input current that is expressed by I c = βI b

Trang 58

c

e b

e

c

Refer to T model as learnt in Electronics Devices Course 

Determine Rin & Iout =f(Iin) to obtain r e model

Input: ib, vb Output: ic, vc Rin = vb/ib = βr e

Trang 61

EC configuration with fixed biasing

T model (learnt in Electronics Devices Courses)

Trang 62

Trang 63

65

Trang 64

EC configuration with voltage divider

66

Trang 65

67

Trang 67

69

Trang 68

EC configuration with feedback biasing

70

Trang 69

Trang 70

Trang 73

BC: small signal model

Trang 75

Analyze CC cuu duong than cong com

Trang 76

CC configuration with fixed biasing

78

Trang 77

79

Trang 78

Analyze output impedance

80

Trang 79

V o

81

Trang 80

Trang 81

Example: Determine Ai, Av, Zi, Zo?

83

Trang 82

Trang 83

Trang 84

Trang 85

Trang 86

Impact of temperature and other effects

88

Trang 87

Ảnh hưởng của các yếu tố

kỹ thuật đến hoạt động thiết bị

• Ảnh hưởng của cấu trúc BJT:

– Vật liệu chế tạo: Ge, Si

– Mức độ pha tạp

• Ảnh hưởng của tần số làm việc

• Ảnh hưởng của thời gian sử dụng

• Ảnh hưởng của độ ổn định nguồn

• Ảnh hưởng của nhiệt độ

89

Trang 88

Các ảnh hưởng khác

• Ảnh hưởng của tần số làm việc

– Xét trong phần đáp ứng tần số

• Ảnh hưởng của thời gian sử dụng

• Ảnh hưởng của độ ổn định nguồn

– Gây méo tín hiệu ra

• Ảnh hưởng của cấu trúc BJT:

– Vật liệu chế tạo: Ge, Si V be , β,nhiệt độ…

Trang 89

Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến các tham số thiết bị

 Khi nhiệt độ tăng:

chất lượng tín hiệu ra giảm

 Đối với BJT chế tạo từ Si, β ch ịu ảnh hưởng nhiều của

nhiệt độ

91

Trang 91

Hệ số ổn định

 S(I co )=ΔI c /ΔI cbo – ảnh hưởng nhiều đến BJT dùng

Germani

 S(U be )=ΔI c /ΔU be – ảnh hưởng ít

 S(β)= ΔI c /Δβ – ảnh hưởng nhiều đến BJT dùng Silic

Trang 93

Ổn định bằng hồi tiếp âm điện áp

95

Trang 94

96

Trang 95

97

Trang 96

Trang 97

Sơ đồ CE dùng tụ ngắn mạch R E

99

Trang 98

Thiết kế mạch phân cực có R E ổn định nhiệt

Điện áp rơi trên điện trở emittor

Trang 99

Thiết kế mạch phân cực phân áp

Điện áp rơi trên điện trở emittor

cỡ ¼ đến 1/10 điện áp nguồn cung cấp

10R 2 < βR E

101

Trang 101

Tóm Tắt (p 383, sách của tác giả Boylstad)

103

Trang 102

Trang 103

Tiêu đề	Bipolar Junction Transistor
Tác giả	Dr. Pham Nguyen Thanh Loan
Trường học	Cuu Duong Than Cong
Chuyên ngành	Electronics
Thể loại	presentation
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hanoi

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	3,1 MB