Giáo trình linh kiện điện tử và vi mạch điện tử phần 2

C hương V T R A N S IS T O R LƯ Ỡ N G c ự c (,B IP O L A R J U N C T IO N T R A N S IS T O R - B J T ) 5.1 C Á U T Ạ O VÀ K Ý H IỆ U Transitor lưỡng cực tính, thường gọi tắt B J T (B ipolar Junction Transistor), loại bán d ẫn ba cực khuếch đại tín hiệu hoạt động khóa đóng mở Vì sử dụng c ả hai loại h ạt dẫn: lỗ vò điện lữ, nên gọi loại lưỡng c ực tính BJT che tạo từ m ột tinh th ế bán dẫn c ó ba m iên ph a tạp khác để hình thành liai vùng tiếp x ú c P -N g ần nliau, phân cực ngược nliaiL M iền khác kiểu dẫn điện với hai m iền hai bên, nên la có hai loại BJT: PN P N P N (hình 5.1) Hình 5.1 K ý hiệu cấu tạo củ a BJT N PN PNP Ba miền hình thành ba cực: cự c B (base) hay cực g ố c miền giữa, cực E (emitter) hay cự c p lìá l , c ự c c (collector) h ay c ự c góp Miền B rắt mịng, c nhỏ u m , đ ợc p h a tạp M iền E có nơng độ tạp chát lớn (N4- p +) qó k phun hạt dẫn vào rrúền B M iền c có nồng độ tạp cliẳt thấp hơn, ng có bề dày lớn nhất, có khả nâng ihu lất hạt dẫn từ m iền E phun vào miền B Trong hai vùng tiếp xúc P -N , tiếp xúc B -E đ ợc ký hiệu JE, tiếp xúc B-C ký hiệu J o Ký hiệu số loại B JT trình bày hình 5.2 H ìn h 5.2 K ý h iệ u m ộ t số loại B JT a, b ) K ý liiệu c h u n g cù a B J T lo i N P N P N P c, d ) K ý liiệu B J T D arlington đ ,e ) K ý h iệu B J T D a rlin g to n c ó đ iổ t C -E g, h) K ý h iệu B J T D a rlin g to n c ó đ iố t C -E v c c đ iệ n t r B -E 5.2 N G U Y Ê N L Ý L À M V I Ệ C V À T Í N H C H Á T K H U É C H Đ Ạ I CỦA B JT N g u y ê n lý m việc c ủ a B J T X é t s ự h o t đ ộ n g c ủ a B JT loại N P N m ắ c th eo s đ B c h u n g vẽ hình 5.3: !■•£/, E ĩ - ng u n p h ân c ụ c E | khoảng v i v ô n , E 2CƠ 5-2 V E | phân c ụ c Ihuận c h o tiếp x úc Je, E p h ân c ụ c ng ọ c c h o tiế p xú c J c R e, R c - đ iện trở p h ân c ụ c c h o c ụ c E , c ụ c c điện trở tải m ộ t c h iều c ủ a c ụ c c RcCÒn g ọ i K hi c h u a c ó ngu n E i, E ỉ : J e hẹp , J c rộ n g h n M ỗ i v ù n g tồ n m ột E r (h n g từ N sa n g P ) tư ơng ứ n g với m ộ t đipn p tiếp x ú c (V *) m ộ t h àn g rà o thể, d u y trì trạn g thái c â n b ằ n g h a i tiếp xú c giũa địng trơi d ị n g khuếch tán D o đó, d ị n g tổ n g h ợ p (Ix) q u a tiếp xúc J e, J c b àn g 117 Khi có nẹnồn £ ; Jc phân c ự c ngược H àng rà o điện ihé ị\'„ t En cũa Jc lãng, điện trờ cù a Jc tăng lớn D o dịng đ iện qua ticp xúc B-C nhò ký hiệu le m gọi d ò ng n gư ợc colector Khi thêm ngu n £/.- Jg phân c ự c th u ận E,x củ a JE giảm , hàns rào điện ihế (Y u ) iro n g Je g iâ m (so vớ i trạng thái c ân băng) Do đ ó xây h iện lư ợ n ẹ p h u n h t d ẫn: e từ m iền N* (m ien E ) tràn qua m iền p (m ien B ), lỗ từ m iền p (m iền B ) tràn q u a m iên N* (miền E) hạt d ẫ n tiế p tục k h u ẽch tán v c h ú n g tái h ợ p irẽn đường k huếch tán Do miền B m ịng có nồng đ ộ hạt d ẫ n thấp so với m iền E (n, miển E » Pp miền B) nên số lượng e phun từ E sang B bị tái hợp nhỏ đa sồ e vượt qua m ien B đ en tiếp x úc J c bị điện trường cũa Jc hút v ề p h ía cự c c tạo n ên d ị n g Ic (dòng d iện colectơ) Gọi / f d ò n g e m itơ , tư ơng ứ n g v ó i tổ n g sổ e p hát r a từ m iền E sang miền B d ị n g lc tư ơng ứ n g với số đ iệ n tử đến đư ợ c c ự c c sc bans: lc = a ỉ£ (5-1) So lượng diện Ị đến đirợc a rc c Tong so điện lử p liú l tìrc ự c E Ic Ie (5 2) a *’I i ệ s o tru yền đ t d ò n g điện c ự c p h t, gọi h ệ số khuếch đ ại d ò n g Ỉ£ tĩn h T hông thường a = ,9 -t0 ,9 Dòng điện tổng m ạch c o lectơ gồm thành phần: /c = a l e + /c so I cbo - dòng điện n gư ợc a i a J c v (5-3) “• Ở Illicit B : M ột số lỗ (Pp) phun sang m iền N* (m iền E) bị tái Ih»P nên thiếu điện tích + Vì vậy, đ iện lích + cùa nguồn E | dịch dw ycn vào m iên B tao ncn dòng đ iện m ạch base lu (đế bù lại) 118 D ự a v o đ ịn li luật d ò n s đ iện đ iẻ m núL s u y : / £ = / * + lc T rong đ ó th n g /« « (5-4) /c I E T in h c h ấ t k h u ế c h đ i c ù a B J T T biểu Ihức (5 -4 ) n h ận thấy: N cu d ò n g ỈE b iế n đ ổ i, d ị n g Ic b iến đ ô i theo Đ ặt u n h iệu x o ay c h iều V/ (b iê n đ ộ n h ỏ ) q u a tụ C o g iữ a c ự c E cực B (x e m h ìn h ) x ế p c h n g lên n g u n p h â n c ự c m ộ t c h iều E | cũa Je s ự p h â n c ự c c ù a Je s ẽ th ay đ ỏ i th e o c h u k ỳ c ủ a V | D o đ ó , dịng điện tử từ c ự c E đ ế n c ự c c cũ n g s ẽ th a y đ ổ i th e o q u y luật b iên đổi c ủ a V |, n h v ậ y d ò n g Ic th a y đ i th e o d ị n g I c tạ o r a ( r ê n R c niột đ iệ n p It-R c c ũ n g b iể n đ ổ i th e o q u y lu ậ t c ủ a V | n h u n g v ói bicn đ ộ IĨTI h n V | g â p n h iề u lầ n ( d o R c c ó t r ị số k h ló n ) : T n ù to đ ã k h u ế c h đ i tín h iệ u V/ K hi có tín h iệu V |, d ị n g Ic c ũ n g b a o g m hai th n h p h ẩ n là: ihà nh p h ầ n m ộ t c h iể u ( ứ n g v ó i t r n g th i tĩn h , c ó n g u n E | E ỉ) v thành p h ầ n b iể n đ ổ i ( th n h p h ầ n x o a y c h iề n ) th e o s ự đ iề u k h iể n c ù a V| (ú n g v ó i t r n g t h i đ ộ n g ): ic = Ic + ic (5 -5 ) Đ iện p R c c ũ n g g m th àn h p h ần : đ iệ n p m ộ t c h iề u I c R c ứng với t r a n g th i l ĩn h đ iện p x o a y cliiẻu ic R c ứ n g vớ i t r n g thái ặ ệ n g S ự m việc c ù a B J T P N P : N g u y ê n lý m v iệ c v Ưnh c h ấ l khuêch đ i c ủ a B J T lo ại P N P cũ n g tư n g tự n h B JT loại N P N đ ã trình b y C h i c ó m ộ t s ố đ iể m khdc c ầ n c h ú ý : • N guồn E ị, E ỉp h i đào Iigirợc C{IC đ ể J e thuận, Je n g ifp c , • C h iề u c ù a I e, I c, h n g ợ c lại, • D ò n g ỉ c Ị d ò n g l ỗ t m iề n p * (m iề n E ) p h u n s a n g m iề n N (miên B ) k h u ê c h t n t ó i m iề n p c ù a c o ỉe c tơ (m iề n Cị 119 Aỉi 5.3 C H É Đ ộ LÀM V IỆ C C Ủ A B J T Tùy theo mức phân cực m B JT c ó thể làm việc ba chế độ (trạng thái) sau dây: khuếch đại, khóa, bão hịa C h ế độ khuếcli đại C hế độ khuếch đại BJT trình bày mục 5.2 Ớ chế độ này, JE phán cực thuận, Jc phân cực ngược Vc » Vb > Ve loại NPN Khi Vbe = 0.5 + 0,7 V B JT dẫn ; Dòng IB khác 0, dòng Ic tãng Iheo dòng IB q ua h ệ sổ khuếch đại dòng Ịi ( B J T điều k h iển bung d ò n g Ib) l ú c này, điểm làm việc BJT nầm đường tài tĩnh, k h i Ib tăng Ic c ũ ng tăng cịn V c e giâm , v ì : Ic = f l h (5-6) V c e = V c c - Ĩ c.R c (5 -7 ) C liế độ khoá (n g u n g dẫn) H a i tiếp x úc Je J c phân c ự c ngược: Vbe < Vce > V c e > Vbe đ ó V u c < V Khi phân cực cho V be < Vỵ, B JT kliố (n g in tg d ẫn); Dịng Ib.= 0, dòng Ic = 0, điện áp V c e = Vcc- Lúc chi có dịng rị qua B JT dcDo) nhỏ khơng đáng kế (hình 5.3a) C hế độ bão hòa H a i tiếp xúc J e Jc V c e , d o đ ó V be > 0, Ic > 0, Ie > 0; d o vậ y Ic > Ic L ú c này, Ib tăng lư n g đ ố i lớ n Ic gán không thay đôi ■- Phán cực cho B JT với VtiE > V (với loại B JT Si), B JT dẫn mạnh dẫn đốn trạng th i bão hoà Lúc IB tăng cao Ic chi lãng gán băng m ứ c V c c / R c • C ò n đ iện áp V c e g iả m c ị n nhó (khoảng 0,2V), gọi Vc& *(\lay V c tb ã o lioà) 120 121 k> hiệu vã c àu tạo củ a transistor N PN PNP Types of Transistors H loặĩ Trsnãí o NPN v ĩ PNP NPN T n s is to r O peration Hoạt động cùa Tranòto K'P.'J ỉ Tinh 1loại (1ộnj> IỈJT 124 H in li a C ách m ac B C c ủ a B JT If in li b D ặc tuyến V -A c ủ a B J T m ác BC 6/ C h o m ạch điện hình 8, V BB = + 5V , V cc = + 5V ; LED dẫn (sáng) hay không dẫn (tát) đ iều kiện sau đây: a / C ực c E ngắn mạch h/ Đ iện trở 100Q h m ạch d Cực c E hờ m ạch (bình thưcmg) d /T ín h dịng qua L ED trư ờng h ợ p L ED sáng? LEO REO - _ [ H ì nil 7/ C ho m ạch khuếch đ ại hình B iết V cc = +20V Ic = 2m A , Vc e = 10V, p = C h ọ n V e theo điểu k ỉệ n : V e = ( — + — ) V c c a / M ạch đ iện m ắc theo kiểu gì? P hân cực theo kiểu gì? b/ T ính g iá trj linh kiện R e , R b , Rc? c / X c đ ịn h Crị s ố d ò n g đ iệ n v đ iệ n p c h iề u trê n cá c cực củ a B JT ? H ìn h 8/ C ho m ạch điện hình 10 Đ iện áp cực g ó p (Vc ) đ o đ ợ c +20V N guyên nhân dư ới đ ây đ ã gây nên s ự c ố , giải thích vl ? a/ Cực c E ngắn m ạch, b/ Đ iện trờ 0K ÍÌ h m ạch, c / Đ iện trở 7K Í2 h m ạch, d/ Cực c B ngắn m ạch H ìn h 10 9/ C h o m ạch đ iện h ìn h 11, V c c = + 30V V be = 7V : a/ M ạch m ắc th eo k iểu g ì, p h án c ụ c theo k iểu g ì ? b / T ín h điện p trcn c ự c (V B, đ iện cự c g ó p (Ic) c ù a BJT ? d VE, v c), đ iệ n áp VCE dòne X c đ ịn h đ iể m m v iệ c tĩn h Q v v ẽ đ n g tài tĩnh cùa m ạch? C ho m ạch đ iện h ìn h 12 B J T Q i c ó p = 100 a/ M ạch đ iệ n ê n m ắc th eo kiều ? P h ân c ự c theo k iểu ? b / X ác đ ịn h d ò n g đ iện đ iện áp chiều cá c cự c cùa BJT ( V o V b V e, Ic, Ib h ) ? c / V ẽ đ n g tả i tĩn h v x c đ ịn h vị t r í đ iể m m v iệ c tĩnh Q m ạch ? 11/ C h o m ạch đ iệ n h ìn h 13, c ó p = 80, V cc = + 25V : 30 a/ M ạch m ắc th e o k iê u gì, p h ân c ự c th e o kiểu ? b / T ín h đ iệ n p v d ò n g đ iệ n c c c ự c c ù a B J T (V c V B V e, Ic I b, I e) ? c / X c đ ị n h đ i ể m l m v iệ c t ĩn h Q v v ẽ đ n g tả i tĩn h c ù a m ạch ? L L i: H ìn h 13 12/ C h o m c h đ iệ n h ìn h 14 B J T Q i c ó (3 = 0 a/ M c h đ iệ n trê n m ắ c th eo k iểu ? P h â n c ự c th e o k iể u ? b/ X c đ ịn h d ò n g đ iệ n v đ iệ n p c h iề u c c c ự c củ a B JT (V c , V b, V e; I c , I b 1e)? c / V ẽ đ n g tả i t ĩn h v x c đ ịn h v ị tr í đ iể m m v iệ c tĩn h Q m ạch ? H ì n h 14 231 Ị I I / Tra n zilo triròn g (F E T ) C ấu tạo, tham số c ủ a F E T ? N guyên lý làm việc c ù a JF E T ? Đ ặc điểm cách phân biệt JF E T với linh kiện khác (như điot, B JT , S C R , T riàc)? IV / SC R C ấu lạo, tham số củ a S C R ? N guyên lý làm việc c ù a S C R ? Đ ặc đ iếm v cách p hân biệt S C R với c c linh kiện khác (như điốt B JT , FE T , T riac) ? C ấu tạo, c ác tham s ố c ủ a T R A C ? N guyên lý làm việc c ù a T R IA C ? Đ ặc điếm cách phân biệtT R IA C với linh kiện khác (như điot, B JT , FET, SC R ) ? V / T rìac ’ V I/ M K D B J T 1.' M K Đ g ì? T rìn h b ày c ác chi tiêu tham số cùa M K Đ ? T rình bày giải thích đ iềm làm v iệc tĩnh đư ờng tải tĩnh c ù a M K Đ B JT ? G iải thích trạng lh áf đ ộ n g đ n g tài đ ộ n g (đư ờng tải xoay chiều ) c ù a M K Đ BJT ? T rình b ày phản biệt c ác ch ế đ ộ làm việc (A , B, AB, c , D ) MKĐ? rs T rìn h bày kiểu p hán c ự c c ủ a M K Đ (phân cự c định dòng Ifl, phân cự c kiểu phân p )? X em tất c ả c ác tập đ ă giải ? 232 PHỤ LỤC S ĐỒ CÁC MẠCH 1C ĐƠN GIẢN P IIỤ L Ụ C A C c v i m c h c ổ n g v m c h tổ h ọ p t h ô n g d ụ n g A l : L o i T T L "ữ*” 7ÍISM 74LSÚ8 JHW< MIS04 74LS08 =£> =£> 'íỉr1' "ừ" "ừ" MISM HIÍH /HUM 74LSŨ8 74LSÙ8 Í41S0Ữ 74LỈ0Ũ 74LSŨŨ 741SOO ?«l$32 74LS32 Ĩ4LS32 74LS32 = ĩ> = ĩ> = ĩ> 74LSŨ2 71LS02 = 5> 3E > 741S8Í MLSSC 74L&02 74LS8Í MIS02 Ỉ4LS88 A 2: Loại C M O S 234 PH Ụ LỤ C B C c v i m c h tổ h ọ p t h ô n g d ụ n g M c h g iả i m ã ( d e c o d e r ) - > ,3 - > , -> MM 74LSIS4 M c h m ã h ó a ( e n c o d e r ) c ó u tiê n - > ,1 - > nu I /M c h c h ọ n k c n h (m u x ) - M , - > l , - M ẢAAA 235 M ạch p h â n k ên h (d e m u x ) l-> M ạch cộng n h ị p h â n b it M ạch so s n h b it, b it 74LS.6Ỉ2 M c h tạ o /k iể m t r a p a rity 10 11 12 13 A c EVEN " _5 _ ODD D E' F p U H I 74LS230 M c h c h u y ể n m ã B C I) - > m ă L E D đ o n a n o d e c h u n g BKRBO RBI n A B c u E F G 13 M c h đ ệ m b it 237 c PHỤ LỤ C C c v i m f c h tu ầ n t ự t h ô n g d ụ n g M ? c h đ c n i n h ị p h â n b it d n g b ộ Cícngỗ vào CLR LO AD Các ngỗ EN P ENT CLK Qa Q b Chúc nỉing Qc Qd L X X X ỉ L L L L Reset vềo H L X X ĩ D c B A Nhập dừ liệu vào :H H X L I Không thay đổi Không đếm H H L X ĩ Không thay đổi Không đểm H H H H Dcm lên Đcm X X X X Kliông thay đổi a Không đếm ĩ V R C O (R ip p le C a rry O u t) = E N T Q a Q d Q c Q d 23 M c h đ ế m lê n /x u ố n g d n g b ộ nhỊ p h â n bít UP DN LOAD CLR ĩ H H L C h ứ c Đ é m lên H H L K hông đếm H ĩ H L Đ ẻm xuổng H K hông đẻm H L X X L L N h ậ p d liệu v o X X X 11 R eset v ề M ọ c h d i m m o d 10 (m o d vù m o d 5) y g im 239 M c h đ ế m m o d 12 (m o d m o d 6) >A >B QA QB QC QD R0(1) R0(2) 74LS92 M c h đ ế m m o d 16 (m o d m o d 8) 140 'A R0(1) RÒỘ) 74LS93 T h a n h g h i d ịc h P IP O T h a n h g h i d ịc h sípo 74LS164 240 12 QA J _ QB QC i7 ~ Cũ T h a n h g h i d ịc h P IS O SER A e ẽ D õ H QH •CLK Õĩi •INH SH/10 T h a n h g h i d ịc h t r i / p h ả i P IP O M c h c h ố t b it 74LSỈ73 241 TÀI LIỆU THAM KHÀO T S N g uyễn V iết N guyên, G iá o trình k ỹ thuật sổ, N X B G iáo D ục K S N g uyễn T ấ n P hư c, L in h k iện đ iệ n tử, N X B T ổ n g h ợ p T P H C h í M inh, 12-2003 P G S , T S N gu y ễn Q uốc T ru n g , X lý tín hiệu lọ c số , N XB K h o a h ọ c v K ỹ thuật, -2004 T S V ũ Đ ứ c L ung, G iá o trình K iến trú c m y tín h , N X B Đ ại học 04-2006 Q u ố c g ia T P H C h í M inh, 12-2009 K S Phạm V ăn T ấn, C s tin h ọ c viễn thông, G iáo án đ iệ n tử trang W eb B ộ G iáo d ụ c v Đ o tạo KS T rư n g V ă n T m , G iáo trình L in h k iện đ iện từ, G iáo án điện tử tran g W e b B ộ G iá o d ụ c v Đ o tạo T S L ê M n h , T h S N g u y ễ n T ấ t B ả o T h iệ n , C c b i g iả n g cho m ô n lin h k iệ n đ iệ n tử v vi m c h c h o sin h v iê n K h o a K ỹ th u ậ t m y tín h v K h o a M n g & T ru y ề n th ô n g , T rư n g Đ ại h ọ c C ô n g n g h ệ th ô n g tin th u ộ c Đ ại h ọ c Q u ố c g ia H C h í M in h 12-2010 H o w e , R T a n d C G S o d in i, M ic r o e le c tr o n ic s A lt In te rg te d A p p r o a c h U p p e r S a d d le R iv e r, N J, P re n tic e H a ii 1999 IS B N 0135885183 * 242