Chưoìig 3 TRANSISTOR LƯỠNG cục - BJT
3.3. PHÂN CỤC VÀ CÁC CHỀ Độ LÀM VIỆC CỦA BJT
De transistor làm việc cần phải cấp nguồn nuôi một chiều dặt vào các chân cực E, B, C tương ứng. Tùy thuộc cách phân cực mà BJT có thê làm việc ờ một trong hai chế độ: khuếch đại hoặc che độ khóa.
3.3.1. Chế độ khuếch đại
Từ các công thức (3.3) - (3.5) cho thấy một sự thay đối nhỏ cùa dỏng Ib cũng dẫn đến một sự biến thiên lớn của dòng /c- Tỷ số giữa /c và /b được gọi là hệ số khuếch dại dòng điện cùa transistor.
= (3.6)
hi
Dặc tính này cho phép transistor làm việc như một phần tứ khuếch dại hoặc điều khiển (hình 3.4).
Nguồn nuôi Ỉ7CC dồ dòng phân cực qua diện trờ /?B tạo thế tiếp giáp Kbe>0 phân cực thuận cho tiếp giáp BE và phân cực ngược cho tiếp giáp BC(Pbc<0)-
Linh kiện điện tử 127
Hình 3.4. Chê độ khuếch đại của transistor
Thế phân cực VBE chính là thế ngưỡng cùa tiếp giáp PN, có giá trị
~0,7V (với Si) và ~0,3V (với Gc).
Từ hình vẽ 3.4. ta có:
r _ JZ
4- CC'3E (3.7)
K/ỉ
Thế lối ra trên cực thu cúa BJT có dạng:
ỉ/. = rcr-zf./ỉr (3.8)
3.3.2. Chế độ khóa
Che độ khóa (ON-OFF): BJT làm việc như một chuyển mạch điện tử đóng, ngắt không tiếp xức giữa hai cực c và E diều khiến bằng dòng ỉ/j
(hình 3.5).
Trạng thái OFF (hình 3.5, a) - BJT không được phân cực (/b=0), cực B đê hở, cà hai tiếp giáp phân cực ngược ncn BJT ngưng dần, khóa ngắt (các cực c và E hớ). Dòng qua mạch lc = 0.
Trạng thái ON (hình 3.5, b) - khi đặt vào cực B một thế dương Fbb
đủ lớn làm xuất hiện dòng điều khiển Ilì lớn, cà hai tiếp giáp ở trạng thái phân cực thuận, BJT thông dẫn bão hòa, khóa đóng (các cực c và E dược nối tắt). Dóng qua mạch đạt giá trị lớn nhất (dòng bão hòa Icsat)
Csal
Vcc
Rc Ic max (3.9)
128 Linh kiện điện tử
til) ( )EE: ỉỉ./l tilt, khóa ngắt. dòng /< 0 (h/ ().\ : li.n thòng bào hòa. khóa mớ
Hình 3.5. Chế độ khóa cùa transistor
3.4. CÁC KIÉU MAC co BẢN VÀ HỌ DẶC TUYÊNCỦA BJT 3.4.1. Khái niệm chung
Transistor có 3 kiểu mắc cơ bản như hình 3.6 là E chung (Common Emitter), B chung (Common Base) và c chung (Common Collector).
CE - E chung CB — H chung cc - c chung
Hình 3.6. Các kiểu mắc cơ ban cùa BJT
Đe khảo sát hoạt động có the mô hình hóa BJT như một mạng hai cửa tuyến tính sau (hình 3.7):
li o--- V,
o---
BJT
h_
---o
v2
----o
Hình 3.7. Mô hình hóa BJT như mạng 2 cửa tuyên tính
Linh kiện điện từ 129 Giữa các đại lượng vào V\,l\ và các đại lượng ra V2, /2 có thể viết được 6 cặp phương trình quan hệ (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Các đặc tuyên của mạng hai cửa
Biến /1./2 Vỵ,V2 71, Vi V1J2 V2J2 V\,l\
Hàm V\, V2 /l,/2 Vx,h /|, ^2 V\,I\ V2J2
Tuy nhiên trong thực tế thường hay sử dụng hai hệ phương trình hồn hợp sau đây:
(3.10)
Dựa vào hệ phương trình trên, khi khảo sát đặc tuyến tĩnh cùa transistor người ta giữ một đại lượng không đổi và khảo sát sự phụ thuộc hàm số giữa 2 đại lượng còn lại. Trên cơ sờ đó, ta có các đặc tuyến sau:
- Đặc tuyến vào: I\ =J{V\) khi V2 = const - Đặc tuyến ra: /2 =7(^2) khi /] = const - Đặc tuyến truyền đạt: I2=JII\) khi ^2 = const - Đặc tuyến phản hồi: E1 =7(Ẹz) khi/1 = const
Thực tế ba dạng đặc tuyến đầu thường được sừ dụng nhiều nhất.
Tùy thuộc kiếu mắc mà các chỉ số 1 và 2 sẽ chỉ dòng hoặc thế tại các chân cực tương ứng.
V í dụ với sơ đồ mắc Emitter chung như hình 3.8:
Hình 3.8. Kháo sát các đặc tuyên tĩnh trong mạch CE
130 Linh kiện điện tử Bằng thực nghiệm khi khào sát sự phụ thuộc của các đại lượng vào, ra cho mạch Emitter chung ta VC được các họ đặc tuyến sau:
3.4.1.1. Đặc tuyến vào (hình 3.9, a)
Biểu diễn sự phụ thuộc hàm số cùa dòng IB và thế lối vào Vbe khi thế lối ra Vce không đổi:
4 = (3.11)
3.4.1.2. Đặc tuyến truyền đạt (hình 3.9, b)
Biêu diễn sự phụ thuộc hàm số của dòng lối ra Ic và dòng lối vào Ib khi thế lối ra Vce không đổi:
'<=/(4)1, (3 12)
Ilình 3.9. Các đặc tuyến vào và truyền đạt của BJT mắc CE 3.4. ỉ.3. Đặc tuyến ra
Biêu diễn sự phụ thuộc hàm số của dòng và thế lối ra khi dòng lối vào không dôi. Trong trường hợp mac Emitter chung đặc tuyến ra biêu diễn sự phụ thuộc cùa dòng cực thu le vào the lzc/i khi dòng phân cực //;
không đồi.
Trên hình 3.10 biểu diễn một họ đặc tuyến ra ứng với các giá trị khac nhau cùa /b-
4 =/(4t (3.13)
Linh kiện điện từ 131
Hình 3.10. Họ đặc tuyến ra của BJTmắc CE 3.4.2. Mạch khuếch dại mắc Emitterchung (CE)
Sơ đồ nguyên lý mạch CE (Common Emitter) như hình 3.11. Cực E nối đất chung cho tín hiệu vào Vị và tín hiệu ra V(). Điện trở làm nhiệm vụ tạo dòng phân cực đáy ỉ li sao cho BJT làm việc ở che độ khuếch đại.
Hình 3.11. Mạch khuếch đại CE
Các tụ liên kết Cị và c„ dùng để ngăn cách thành phần một chiều của mạch phân cực với nguồn tín hiệu. Từ sơ đồ ta có các phương trình:
132 Linh kiện điện tử
V. - V...
IB = Cl' BE (3.14)
"B
ỉc=piB (315)
/£=(>ỡ + l)/fl (3.16)
^£=^cc-^ (3.17)
Đặc tính cùa mạch CE:
- Tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào (đáo pha) - Trờ kháng vào và ra trung bình
- Được dùng trong các mạch khuếch đại điện áp.
3.4.3. Mạch khuếch đại mắc Base chung(CB)
Sơ đồ mạch khuếch đại CB (common Base) như hình 3.12. Tín hiệu vào cực E lấy ra trên cực c. Cực B nối đất chung về mặt tín hiệu xoay chiều qua tụ Cr. Điện trở Rn làm nhiệm vụ tạo dòng phân cực ỈB
sao cho BJT làm việc ờ chế độ khuếch đại.
Hình 3.12. Mạch khuếch đại CB
Từ sơ đồ ta, xét che độ phân cực tĩnh ta có các phương trình sau:
V.... - V....
(3.18)
‘'■H
(3.19)
Linh kiện điện từ 133
//;=(Z? + l)/fl (3.20)
l'c£=^c-W + <3-21)
C£.=4A (3-22)
Đặc tính cúa mạch CB:
- Tín hiệu ra cùng pha tín hiệu vào - Trở kháng vào nhò, trờ kháng ra lớn, - Cú độ lợi dũng Ai ô 1 vỡ Ie~ỉc
3.4.4. Mạch khuếch đại Collectorchung (CC)
Sơ đồ mạch khuếch đại cc (Common Collector) như hình 3.13.
Tín hiệu vào cực B lấy ra trên cực E. Diện trờ làm nhiệm vụ tạo dòng phân cực ỈB sao cho BJT làm việc ở chế độ khuếch đại.
liình 3.13. Mạch khuếch đại cc
Từ sơ đồ ta, xét chế độ phân cực tĩnh ta có các phương trình sau:
(3.23) (3.24)
/£=ơ? + l)4 (3.25)
VE=ỈERE=VB-VBE (3.26)
= ^cc - VE ~ cc~lERE (3.27)
134 Linh kiện điện tử Đặc tính của mạch CC:
- Tín hiệu ra cùng pha tín hiệu vào (mạch lặp áp);
- Trờ kháng vào lớn, trở kháng ra nhó, thường dùng để phổi hợp trở kháng;
- Có độ lợi dòng lớn, thường dùng trong tầng lối ra mạch khuếch đại công suất.