Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 5: Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor – BJT)

Nội dung text: Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 5: Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor – BJT)

1. TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (Bipolar Junction Transistor – BJT) Mục tiêu thực hiện: Học xong bài này học viên cĩ khả năng: -Nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc của transistor, các cách mắc cơ bản, và đặc trưng của từng sơ đồ. -Biết sử dụng các loại BJT trong các mạch điện tử chức năng: tính tốn, thiết kế các sơ đồ khuếch đại, sơ đồ khĩa
2. 1. Cấu tạo: ◼ BJT gồm 3 lớp bán dẫn tạo bởi 2 tiếp giáp p-n trong đĩ lớp giữa rất mỏng (cỡ 10-4 cm) và khác loại dẫn với 2 lớp bên. - Lớp giữa là bán dẫn loại p ta cĩ BJT loại n-p-n - Lớp giữa là bán dẫn loại n ta cĩ BJT loại p-n-p + + ◼ Lớp cĩ mật độ tạp chất cao nhất ( ký hiệu n hoặc p ) gọi là miền phát (emitter). ◼ Lớp cĩ mật độ tạp chất thấp hơn ( ký hiệu n hoặc p) gọi là miền thu (collector). ◼ Lớp cĩ mật độ tạp chất rất thấp gọi là miến gốc (base).
3. 2. Nguyên lý làm việc và khả năng khuếch đại của BJT - Vùng thứ nhất giữa miền phát và miền gốc gọi là vùng tiếp giáp emitter JE. - Vùng thứ hai giữa miền gốc và miền thu gọi là vùng tiếp giáp collector JC. - Nguồn E1 (1 vài volt) làm tiếp giáp JE phân cực thuận. - Nguồn E2 (5  20V) làm tiếp giáp JC phân cực ngược.
4. Ký hiệu của transistor Transistor loại npn Transistor loại pnp
5. Nguyên lý làm việc của transistor ◼ Khi chưa cĩ nguồn phân cực: trong mỗi vùng nghèo JE, JC tồn tại 1 hiệu điện thế tiếp xúc. Hiệu điện thế này xác lập hàng rào điện thế duy trì trang thái cân bằng của vùng tiếp giáp.
6. ◼Khi cĩ E2, vùng JC pcn, qua vùng nghèo JC cĩ 1 dịng rất nhỏ do các hạt dẫn thiểu số của vùng collector và base tạo nên, ký hiệu là ICBO. Ta gọi đĩ là dịng điện ngược collector. ◼Khi cĩ thêm nguồn E1, JE pct, điện tử miền n+ tràn qua vùng p và lỗ trống từ p tràn qua miền n+. Chỉ 1 bộ phận rất nhỏ điện tử phun từ n+ bị tái hợp cịn đại bộ phận vẫn tiếp tục khuếch tán qua miền base tới vùng nghèo JC, các điện tử này bị điện trường của tiếp giáp JC tăng tốc chạy về collector để tạo nên phần chủ yếu của dịng điện trong mạch collector α. IE, trong đĩ: Số điện tử tới được cực C = Tổng số điện tử xuất phát từ cực E
7. Các hệ thức cơ bản: ◼ Dịng điện tổng trong mạch collector: IC = . IE + ICBO . IE (vì ICBO rất nhỏ so với . IE ). Theo định lý dịng tại điểm nút: IE = IB + IC IC vì IB << IC
8. Quan hệ giữa các dòng điện transistor ◼ Alpha dc : dc là hệ số truyền đạt dòng điện IC dc = IE ◼ Beta dc : dc là độ khuếch đại dòng điện IC dc = IB
9. Các chế độ làm việc của BJT: ◼ Khuếch đại nếu JE pct, JC pcn. ◼ Làm việc như một khố điện tử: ◼ khố đĩng nếu cả hai tiếp giáp JE, JC đều phân cực ngược, ◼ khố mở (trạng thái dẫn bão hồ), nếu cả hai đều phân cực thuận.
10. 3. Các cách mắc cơ bản của BJT Transistor cĩ 3 cực (E, B, C), nếu đưa tín hiệu vào trên 2 cực và lấy tín hiệu ra trên 2 cực thì phải cĩ một cực là cực chung. Như vậy, transistor cĩ 3 cách mắc cơ bản: - Base chung (CB – Common Base) - Emitter chung (CE – Common Emitter) - Collector chung (CC – Common Cpllector)
11. Sơ đồ base chung (B.C) - Dịng điện vào là dịng emitter. - Dịng ra là dịng collector. - Điện áp vào là VEB. - Điện áp ra là VCB. - Điện áp ra cùng pha với điện áp vào.
12. Sơ đồ emitter chung (E.C) - Dịng điện vào là dịng IB. - Dịng ra là dịng IC. - Điện áp vào là VBE. - Điện áp ra là VCE. - Điện áp ra ngược pha với điện áp vào.
13. Sơ đồ collector chung (C.C) - Dịng điện vào là dịng - Dịng ra là dịng - Điện áp vào là - Điện áp ra là - Do điện áp ra cùng pha và xấp xỉ với điện áp vào, điện trở vào rất lớn, điện trở ra rất nhỏ nên C.C cịn gọi là mạch lặp lại điện áp (voltage follower).
14. Đặc tuyến ra: - Miền trái đường VCEbh là miền bão hồ:JE, JC pct. - Miền khố là miền phía dưới đường IB=0, JE, JC pcn. - Miền tích cực là miền ở giữa. Trong miền này tiếp giáp JE pct, tiếp giáp JC pcn. Miền này được dùng để khuếch đại điện áp, dịng điện hoặc cơng suất. - Miền đánh thủng: Với VCE quá lớn, dịng IC tăng mạnh dẫn đến tiếp giáp JC bị đánh thủng và BJT bị hư hỏng.
15. Tham số xoay chiều và mạch tương đương của transistor - Thực tế, transistor làm việc với tín hiệu nhỏ và cĩ thể xem nĩ như một phần tử tuyến tính, quan hệ giữa dịng và áp trên nĩ được biểu diễn bằng những hàm bậc nhất. - Do đĩ, ở trạng thái động với tín hiệu lối vào nhỏ ta cĩ thể coi transistor như một mạng bốn cực tuyến tính
16. Tham số xoay chiều của transistor Chọn I1, V2 làm hai biến độc lập và V1, I2 là hàm của chúng: V1 = f1 (I1,V2) I2 = f2 (I1,V2) Lấy vi phân tồn phần: Hệ phương trình cơ bản dùng tham số h biểu diễn mạng bốn cực: v1= h11 i1 + h12 v2 i2 = h21 i1 + h22 v2 trong đĩ:
17. Ý nghĩa của các tham số xoay chiều - Trở kháng vào của BJT khi điện áp xoay chiều ở lối ra bị ngắn mạch. - Hệ số khuếch đại dịng của BJT khi điện áp xoay chiều ở lối ra bị ngắn mạch:
18. Ý nghĩa của các tham số xoay chiều - Dẫn nạp ra của BJT khi dịng xoay chiều ở lối vào bị hở mạch - Hệ số hồi tiếp điện áp của BJT khi dịng xoay chiều ở lối vào bị hở mạch:
19. Mạch tương đương của transistor - Như vậy phẩm chất, tính năng của transistor thể hiện qua giá trị các tham số xoay chiều hij của BJT. - Về mặt tốn học, các tham số xoay chiều là những đạo hàm riêng biểu thị cho độ dốc (hoặc nghịch đảo độ dốc) của những đặc tuyến tĩnh tương ứng. Các tham số này chỉ dùng trong trường hợp BJT làm việc với tín hiệu nhỏ.
20. Mạch phân cực cho BJT Phân cực transistor là cung cấp điện áp nguồn một chiều cho các cực của nĩ sao cho các dịng IB, IC và điện áp VCE cĩ các trị số thích hợp. Phân cực cho BJT Điều kiện dẫn mở của transistor: Loại npn, VBE = 0,6V với Si = 0,2V với Ge VCE = 1/ 3 ÷ 2/ 3 VCC Loại pnp, VEB = 0,6V với Si = 0,2V với Ge VCE = 1/ 3 ÷ 2/ 3 VCC
21. Phân cực kiểu định dịng base (IB)
22. Phân cực định dịng IB cĩ thêm điện trở RE
23. Phân cực kiểu phân áp
24. Phân cực nhờ hồi tiếp từ collector
25. 7. Các thơng số tới hạn của BJT 1. Dịng cực đại cho phép 2. Điện áp cực đại cho phép 3. Cơng suất tiêu tán cực đại cho phép 4. Tần số tới hạn.