Bài giảng kỹ thuật điện chương 2 transistor

Chương 2: TRANSISTOR 2.1 Transistor lưỡng cực – BJT 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe 2.1.4 Các hệ số BJT 2.1.5 Các chế độ làm việc BJT 2.1.6 Phân cực transistor 2.1.7 Bài tập 2.2 Transistor MOSFET 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Đặc tuyến Vol – Ampe 2.2.3 Chế độ ON-OFF 2.1 Transistor lưỡng cực BJT 2.1.1 Giới thiệu BJT (BJT – Bipolar Junction Transistor) • Transistor lưỡng cực gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N - Nếu ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận - Nếu ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược • Hình dạng thực tế: 2.1.1 Giới thiệu BJT (tt) • Các cực ký hiệu kí tự E (Emitter - cực phát), C (Collector - cực thu) B (Base - cực nền) 2.1.1 Giới thiệu BJT (tt)  Các cách mắc: 2.1.1 Giới thiệu BJT (tt)  Các cách mắc: (tt) 2.1.2 Nguyên lý hoạt động • Điều kiện phân cực transistor : - Phân cực thuận mối nối B-E - Phân cực ngược mối nối B-C • Ta xét hoạt động transistor npn: - Do lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P(cực B) lớn số lượng lỗ trống nhiều - Một phần nhỏ số điện tử xuyên qua cực B dương nguồn VBE tạo thành dòng IB , phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp VCE => tạo thành dòng IC chạy qua Transistor • Áp dụng ĐL K1: IE=IB+IC , với IB nhỏ so với IC 2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe  Đoạn AB - vùng bảo hòa - Giả sử áp VBB chỉnh để tạo giá trị IB áp VCC=0V Tại điều kiện này, mối nối BE BC phân cực thuận áp VBE=0,7V áp VCE=0V Khi mối nối BE BC phân cực thuận, BJT hoạt động vùng bảo hòa - Khi tăng áp VCC , áp VCE tăng dần dòng IC tăng  Đoạn BC - vùng hoạt động - Khi VCE vượt cao giá trị 0.7 V, mối nối BC phân cực nghịch transistor bắt đầu vào vùng hoạt động hay vùng tuyến tính 2.1.3 Đặc tuyến Vol – Ampe.(tt) - Khi áp VCE tiếp tục gia tăng, dòng IC ngừng tăng trì giá trị không đổi tương ứng với giá trị dòng IB - Phần đặc tuyến BC (vùng hoạt động BJT) thỏa quan hệ tuyến tính: 𝐈𝐂 = 𝛃𝐃𝐂 𝐈𝐁  Bên phải điểm C – vùng đánh thủng - Khi VCE tăng đến mức đủ lớn, mối nối BC phân cực nghịch đạt đến trạng thái phá vỡ phân cực nghịch dòng IC gia tăng nhanh (vùng break down – vùng đánh thủng) 2.1.4 Các hệ số BJT • Hệ số 𝛃𝐃𝐂 hay hFE gọi độ lợi dòng điện DC định nghĩa tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với dòng DC qua cực IB 𝐈𝐜 𝛃 = 𝛃𝐃𝐂 = 𝐈𝐁 Hệ số αDC tỉ số dòng DC qua cực thu IC so với dòng DC qua cực phát IE 𝐈𝐂 α =α𝐃𝐂 = < 𝐈𝐄 Liên hệ hệ số: 𝛃 α α= 𝛃= 𝛃+𝟏 𝟏−α 2.1.5 Các chế độ làm việc BJT 2.1.5.1 Chế độ khuếch đại • Nguồn áp Vin tạo dòng AC qua cực dẫn đến dòng AC qua cực thu • Dòng AC qua cực thu tạo áp AC ngang qua điện trở RC →Transistor khuếch đại tín hiệu AC cấp vào cực Cần nhớ áp AC RC đảo pha so với áp AC cấp vào cực • Do mối nối phát phân cực thuận nên điện trở nội 𝑟 ′ 𝑒 cực phát xét tín hiệu AC có giá trị thấp 10 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.5: Cho mạch phân cực BJT hình Xác định dòng điện IB,IC,IE biết αDC=0,98 ĐS:[ 26μA ; 1,274mA ; 1,3mA ] 35 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.6: Cho mạch hình a Xác định giao điểm đường tải DC với hệ trục tọa độ đặc tuyến cực thu b Xác định điểm làm việc Q c Nếu muốn phân cực lại BJT với dòng IB=20μA, ta cần chỉnh nguồn áp VBB có giá trị bao nhiêu? Tính lại điểm làm việc ĐS:[ a) 2mA ; 20V; b) 0,465A ; 15,35 V ; c) 20,7V] 36 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.7: Cho mạch hình a Xác định giao điểm đường tải DC với hệ trục tọa độ đặc tuyến cực thu b Xác định điểm làm việc Q ĐS:[ a) 20,5mA ; 8V ; b) 6mA ; 5,66V] 37 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.8: Cho mạch hình βDC =110 a Tính điện cực transistor so với điểm Gnd mạch b Tính công suất tiêu tán transistor (bỏ qua IB) ĐS:[ VB=1,496V ; VE=2,196V ; VC= -4,57V ; PD=0,1113W ] 38 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.9: Cho mạch transistor phân cực cực a b c d có hồi tiếp hình, xác định: Điểm làm việc BJT Điện cực BJT so với điểm Gnd mạch Tìm giá trị RC để giảm dòng IC thấp xuống 25% Công suất tiêu tán transistor tính theo câu a c (bỏ qua IB) ĐS:[ a) 1,052mA ; 1,086V ; b) VB=0,7V ; VE=0V ; VC=1,086V ; c) 2,52KΩ ; d) 1,14mW ; 0,78mW ] 39 2.1.7 Bài tập (tt) • BT 2.10: Cho mạch phân cực BJT hình Biết βDC =100 , VCEsat=0.1 , VBE=1V Tính IB, IC, công suất qua transistor, hiệu suất toàn mạch? a Với RB = 10kΩ, RC= 1kΩ, VCC = 5V, VBB = 3V b RB = 50kΩ, RC = 1kΩ, VCC = 5V, VBB = 3V ĐS:[ a)IB=0,2mA ; IC=4,9mA ; PBJT=0,69mW ; η=95,66% b)IB=0,04mA ; IC=4mA ; PBJT=4,04mW ; η=79,52% ] 40 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.11: Xác định điểm làm việc mạch phân cực dùng cầu phân áp hình Biết hệ số khuếch đại hFE=100 ĐS: [4,8mA ; 2,49V] 41 2.1.7 Bài tập (tt)  BT 2.12: Xác định giá trị RC R1 biết điểm làm việc Q BJT có ICQ= 2mA, VCEQ=10 V (Xem IB[...]... [0,105mA] 27 2. 1.6 .2 Mạch phân cực transistor a Phân cực cực nền b Phân cực dùng cầu phân áp c Phân cực cực phát d Phân cực hồi tiếp cực thu 28 2. 1.6 .2 Mạch phân cực transistor. (tt) Tùy theo từng phương pháp phân cực, ta áp dụng định luật Kirchoff để tìm điểm làm việc Q 29 2. 1.7 Transistor ghép Darlington Xét transistor NPN ghép darlington như hình a) Ta có: IC=IC1+IC2=β1IB+ β2IB2= β1IB+ 2( β1+1).IB=(β1+... β1 2+ 2) .IB → Dòng ngõ ra IC được khuếch đại với hệ số rất lớn so với dòng ngõ vào IB 30 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 1: Cho dòng điện IB=50 μA và áp đặt ngang qua hai đầu điện trở RC là 5V Xác định hệ số βDC và hệ số αDC? ĐS:[100 ; 0,99] 31 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 2: Cho mạch phân cực BJT như hình Xác định: dòng IB,IC,IE và hệ số khuếch đại dòng βDC ? ĐS:[ 0,702mA; 34,04mA ; 34,74mA ; 48,48] 32 2.1.7... 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 3: Cho mạch phân cực BJT như hình Xác định : a Các điện áp VBE; VCE và VCB b BJT hoạt động trong vùng tuyến tính hay vùng bảo hòa ĐS:[0,7V ; 5,08V ; 4,38V ] 33 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 4: Cho mạch phân cực BJT như hình Xác định : a Các điện áp VEB; VEC và VBC b BJT hoạt động trong vùng tuyến tính hay vùng bảo hòa ĐS:[0,7V ; 3,85V ; 3,15V ] 34 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 5: Cho... định các dòng điện IB,IC,IE biết αDC=0,98 ĐS:[ 26 μA ; 1 ,27 4mA ; 1,3mA ] 35 2. 1.7 Bài tập (tt)  BT 2. 6: Cho mạch như hình a Xác định các giao điểm của đường tải DC với hệ trục tọa độ của đặc tuyến cực thu b Xác định điểm làm việc Q c Nếu muốn phân cực lại BJT với dòng IB =20 μA, ta cần chỉnh nguồn áp VBB có giá trị bao nhiêu? Tính lại điểm làm việc ĐS:[ a) 2mA ; 20 V; b) 0,465A ; 15,35 V ; c) 20 ,7V] 36 ... bộ khuếch đại 20 b Giải tích mạch dùng đồ thị Xét mạch điện: Khi thay đổi áp VCC và VBB, ta có đặc tuyến cực thu: Phân cực để xác định điểm làm việc Q của transistor, ta có: VCE = VCC − IC R C 21 b Giải tích mạch dùng đồ thị.(tt) 22 d Vùng làm việc tuyến tính • Vùng dọc theo đường tải DC từ vị trí bảo hòa đến vị trí ngưng dẫn được gọi là vùng làm việc tuyến tính của transistor • Khi transistor hoạt.. .2. 1.5.1 Chế độ khuếch đại (tt) Dòng cực phát tính đối với áp AC là: vb ie = ≅ ic r′e Áp AC trên cực thu là vc bằng với áp AC đặt ngang qua hai đầu điện trở RC: vc = R C ic Độ lợi điện áp (hệ số khuếch đại áp) Av của mạch transistor : vc R C Av = = vb r′e Vì R C là điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội r′e → Điện áp ra luôn có biên độ rất lớn so với điện áp cấp vào... trong mạch ampli để khuếch đại âm thanh 11 2. 1.5 Các chế độ làm việc của BJT.(tt) 2. 1.5 .2 Chế độ ON-OFF  Trạng thái ngưng dẫn: Khi IB=0 , transistor hoạt động trong vùng ngưng dẫn (cut off) vì mối nối nền phát không được phân cực thuận → IC=0 → Xem như cực thu và phát hở mạch và được ký hiệu bằng khóa điện tương đương hở mạch → Áp tại cực thu: VC=VCC 12 2.1.5 .2 Chế độ ON-OFF(tt)  Trạng thái bão hòa:... cho transistor 14 2. 1.5 .2 Chế độ ON-OFF(tt)  Ứng dụng: Xét mạch transistor đóng ngắt tải như hình • Khi đóng khóa K: chọn các thông số của mạch sao cho BJT dẫn bão hòa → VCE=VCEsat=0,2V → cuộn dây của relay có điện → sinh ra từ trường đóng khóa KLoad • Khóa K mở: IB=0 → BJT ngưng dẫn → cuộn dây relay không có điện → khóa KLoad hở mạch Diode được sử dụng để dẫn dòng ngược khi cuộn dây relay phóng điện. .. [IC=ICsat=9,8mA; bão hòa] 17 2. 1.5.4 Ví dụ (tt) Ví dụ 2: Cho mạch transistor như hình, tính: a Áp VCE khi VIN=0V b Dòng IBmin để BJT hoạt động trong vùng bảo hòa, biết βDC =20 0, bỏ qua giá trị áp VCEsat c Giá trị cực đại của điện trở RB khi VIN=5V mà vẫn bảo đảm cho BJT dẫn bão hòa ĐS: [10V; 50μA;86K] 18 2. 1.5.4 Ví dụ (tt) Ví dụ 3: Cho: VCC=9V; VCEsat=0,3V; RC =27 0Ω; RB=3,3KΩ; βDC =50 Cho dòng điện qua LED khi... điện qua LED khi phát sáng là 30 mA Áp cấp vào cực nền có dạng xung chữ nhựt Xác định biên độ của sóng xung chữ nhựt đủ để transistor bảo hòa Khi tính toán chọn dòng điện qua cực nền bằng 2 lần giá trị IBmin để đảm bảo BJT bảo hòa hoàn toàn ĐS: [4.95V] 19 2. 1.6 Phân cực transistor 2. 1.6.1 Điểm làm việc DC (điểm Q) a Phân cực DC • Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các bộ khuếch đại hoạt