CHUONG 3: TRANSISTOR LUONG CUC
(Bipolar Junction Transistor — BJT)
+ Mục tiêu thực hiện:
Học xong bài này học viên có khả năng:
-Năm vững câu tạo, nguyên lý làm việc của
transistor, các cách mắc cơ bản, và đặc trưng của
từng sơ đô
-Biết sử dụng các loại BỊT trong các mạch điện
tử chức năng: tính toán, thiết kế các sơ đô khuếch đại,
Trang 21 Câu tạo của transistor:
Transistor là linh kiện bán dẫn gồn 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành 2 mối nỗi P-N
Tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta
chế ra hai loại transistor là transistor PNP và NPN
E—IP N PL ˆC E—IN P NL—C
B B
Ba vùng bán dẫn được nỗi ra ba chân øọI là cực phát
Trang 32 NGUYEN LY VAN CHUYEN CUA TRANSISTOR 2.1 Xét transistor loai NPN a.Thi nghiém 1: N P N E seco e C ————Ì s + -®ss†————— œ "1 - B LẺ l
Trong trường hợp này electron trong ving ban dan N của cực E và
cực C, do tác dung của lực tĩnh điện sẽ bi di chuyển theo hướng từ cực E về cực C Do cực B đề hở nên electron từ vùng bán dẫn N của
Trang 4Thí nghiệm 2: Nỗi cực B vào một điện áp dương sao cho: Vz > Vụ và Vụ < Vụ N P N E C { *,°2 ®,®®%,` @ = e { IE ° 2c B5 s“ 1B Ic + - + | | ` `
Cực B nối vào điện áp dương của nguôn nên sẽ hút một số electron
trong vùng bản dan P xuống tạo thành dòng điện I; Cực C nỗi vào
điện áp dương cao hơn nên hút hâu hết các electron trong vùng ban
dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện I Cực
E nỗi vào nguồn điện áp âm nên khi bán dẫn N bị mắt elecron sẽ bị
hút electron từ nguồn âm lên thê chỗ tạo thành dòng điện l;
Số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C
Trang 54 2.2 Ky hiéu cua transistor a TL ) œ—1 aA P t củ :
Transistor loai npn Transistor loai pnp
Trang 6
4 2.3 Các hệ thức cơ ban:
= Dong dién téng trong mach collector: lặ¿=œ lg + lcsno“䌜 lg
(vì leso rất nhỏ so với œ lạ )
Theo định lý dòng tại điểm nút:
lg = lạ + lc* lc vì lạ << lạ Sơ điện tử tới được cực C
Trang 7
_ Quan hệ giữa các dong dién transistor s Alpha dc : œ„ là hệ số truyền đạt dòng điện
1c ly
Cục —
Trang 84 3 Các cách mắc cơ bản của BJT
Transistor co 3 cuc (E, B, C), nêu đưa tín hiệu vào trên 2 cực và lây tín hiệu ra trên 2 cực thì phải có một cực là cuc chung Nhu vay, transistor cé 3 cach mắc cơ ban:
- Base chung (CB — Common Base)
- Emitter chung (CE — Common Emitter)
Trang 9
4 Sơ đồ base chung (B.C)
- Dòng điện vào là dòng emitter
- Dong ra la dong collector - Điện áp vào là Vụa
- Điện ap ra là Vea
- Điện ap ra cùng pha với điện áp vào
Trang 10
5 Sơ đô emitter chung (E.C)
+ |, h i C, |; —>
if L | I: , ~ Dong dién vao la dong
e3 tÍ Vee le “ Ip
E, T | il | 1 E: - Dong ra là dòng lụ - Điện áp vào là Vụ
< | - Dién ap ra la Vor
|; —> ] - Điện áp ra ngược pha
T Vee R, với điện áp vào
Trang 11ot So dé collector chung (C.C)
- Dong dién vao la dong
- Dòng ra là dòng _m=- Điện áp vào là
| - Điện áp ra là
- Do điện áp ra cùng pha và
xap xi với điện áp vào,
điện trở vào rất lớn, điện
trở ra rât nhỏ nên C.C còn
“b»o1 là mạch lặp lại điện áp
Trang 124 4 Dac tuyén V-A (tinh) cia BJT 1 Đặc tuyến vào (quan hệ dòng điện và
điện áp ở lỗi vào)
2 Đặc tuyến truyền đạt dòng điện (sự phụ
thuộc của dòng điện ra theo dòng điện vào)
3 Đặc tuyên ra (quan hệ dòng điện và điện áp ở lỗi ra)
4 Đặc tuyến hôi tiếp điện áp (sự biến đối điện
Trang 14Il (MA) A 15 V = 10V 10 V = 5V 5 ”m O 100 200 300 l„ (ti A) Đặc tuyến truyền đạt dòng
Trang 15Miễn : 6 đản : GOLLA xế
bao f 50uA ` Miễn
đánh 4QHÀ - thủng 30uUA 20QUA 1OUA ye l= 0 —- 0 Me 2 6 9 Miền khoá Vi
Trang 165 Các thông số kỹ thuật của transistor
Độ khuếch đại dòng điện: của transistor thật ra không phải là một hăng số mà có trị số thay đổi theo dòng điện I,
Khi dòng điện lạ nhỏ thì B thập, dòng điện I tang thi B tang dén gid néu tiép tuc tang In đến mức bão hồ thì B giảm
B
trị cực đại B max
I,
Điện áp giới hạn:
Điện áp đánh thủng BV (Breakdown Voltage) là điện áp ngược tôi đa đặt vào giữa các cặp cực, nếu quá điện áp này thì transistor sẽ bị hư Có ba loại điện áp giới hạn:
Trang 17Dòng điện giới hạn: dòng điện qua transistor phải được giới hạn ở một mức cho phép, nêu quá trị số này thì transistor sẽ bị hư
Ta có: Iạ là dịng điện tối đa ở cực C và I, là dịng điện tơi
đa ở cực B
Công suất giới hạn:
Khi có địng điện qua transistor sẽ sinh ra một công suất nhiệt làm nóng transistor, cơng suất sinh ra được tính theo cơng thức:
Pr=lc.Vẹp _
môi transIstor đều có một cơng st giới hạn được gọi là công
suất tiêu tán tôi đa Pp, a (Dissolution) Nếu công suất sinh ra trên transistor lớn hơn cơng suất Ppma„ thì transistor sẽ bị hư
Tân số cắt (thiết đoạn) Í.„ „¡y là tân số mà transistor có độ
khuếch đại công suất là 1
Thí dụ: transistor 2SC458 có các thông số kỹ thuật như sau:
B = 230, BV cg = 30V , Pomax = 200mW
fout-off = 230MHz , Tomax = 100mA, loai NPN chat Si
Bmax
Trang 18
6 Mach phan cuc cho BJT
Phân cực transistor là cung cấp điện áp nguồn một
chiều cho các cực của nó sao cho các dong Ip, I va
điện áp Vẹ; có các tri số thích hợp Phan cuc cho BJT
Điêu kiện dan mé cua transistor: Loai npn, Vgr= 0,6V- 0,7V voi Si
= 0,2V —0.3V voi Ge Veg = 1/3 + 2/3 VCC
Loai pnp, Vez = 0,6V — 0,7V với S1
Trang 20+ lc(mA)
Duong tai tinh
Imax ⁄ 40uUA
3 ` 30pA
2 ` 20uA
1 ⁄ — TS I.=10uA B
Trang 22
} PHAN CỰC BẰNG NGUỎN ĐIỆN CHUNG
Trang 23Z ÁN 3 0 Rb1 ae ` 2 5k IB Rb2 10k nợ 0.5k = “0
a Phân cực kiêu phan áp
Trang 247 Ảnh hưởng của nhiệt độ đôi với các thông
sô của transistor
Ảnh hưởng đối với Icso
Dòng điện rỉ Iạ.s¿ là dòng các hạt tải thiểu số, khi nhiệt độ tăng thì
dòng lcpọ sẽ tắng theo hảm mũ
Ảnh hưởng đối với độ khuếch đại: độ khuếch đại thay đơi theo dịng điện lạ Khi nhiệt độ tăng làm dòng điện lạ tắng và tăng theo
Ảnh hưởng đối với phân cực Vpy
Điện áp phân cực Vỹ khoảng 0,6V đến 0,7V cho transistor Si va khoảng 0,1V đến 0,3V cho transistor Ge Khi nhiệt độ tang, Vir sé
bi giảm Thông thường khi nhiệt độ tăng 1°C thì Vay giảm khoảng
2,4mV
Trong ba thong s6 trén, dong dién ri ICBO có ảnh hưởng quan trong
Trang 25CÁC BIỆN PHÁP ƠN ĐỊNH NHIỆT
°ỊỒ = Dùng điện trở R; dé 6n định nhiệt
° _ Dùng điện trở R› hôi tiếp từ cực C ¢ Dùng câu phân áp có điện trở nhiệt ¢ Dùng cầu phân áp có điện trở nhiệt
Trang 26Mạch khuếch đại ráp kiểu E chung(CE)
+V/cc
Trang 27
Mạch khuếch đại rap kiéu E chung(CE) Tông trở ngõ vào: Vv V — _ — be Ứ, = — `, L lp Tông trở ngõ ra: V O V ce T = = 0 1 0 1 C
Độ khuếch đại dòng điện:
1 1
_ 20 _ 7c _
A i OT P
1; ly
Do khuéch dai dién ap:
V V Re
Trang 28Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung(CB Common Base)
Trong mạch transistor ráp kiêu B chung có tụ điện phân
dòng CB nỗi mass nên cực B không có tín hiệu xoay chiêu
Tín hiệu đưa vào ở cực E và lây ra ở cực C
Trang 29Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung(CB Common Base) ‹Ổ = Tổng trở ngõ vào:
"-
A ? ~ 1 1,
°« Tong tro ngo ra:
V V
¬ "cb
l= =
1Q 1Q
¢ Độ khuêch đại dòng điện:
A, — đọ — I, ~ ]
: ° ° lị I,
¢ Do khuéch dai dién ap :
Trang 30Mạch khuếch đại ráp kiéu C chung(CC Common Collector) Trong mach transistor rap kiéu C chung thì cực C ráp thăng lên nguôn VCC (được gọi là mass xoay chiêu) nên
cực C khơng có tín hiệu Tín hiệu vào ở cực B va lây ra ở
Trang 31Mạch khuếch đại ráp kiêu C chung(CC Common Collector) ¢ Téng trở ngỡ vào: V, y — _Ì —_Ð ‘= FF | F Ly
¢ Tong tro ngo ra:
V V Tọ — O — Cc 1 O 1 Cc © Độ khếch đại dịng điện: | 1 1; 1,
¢ Do khuéch dai dién ap:
V V,
Hà
0
Trang 32MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA TRANSISTOR
Transistor là một linh kiện có tính phi tuyến nhưng nêu
xét ở mức tín hiệu nhỏ thì ảnh hưởng của tính phi tuyến
không quan trọng Trong điêu kiện này người ta có thể phân tích mạch khuếch đại dung transistor bang ly thuyét
tuyến tinh , trong do transistor duoc d6i thanh mach tương
đương gôm các phân tử như điện trở, nguôn dòng điện và
Trang 33¢ Diéu kién dé transistor dan dién la phan cuc diode BE va
phan cuc nguoc diode BC
¢ Mach tuong duong cua transistor cé thé vé nhu hinh 8.9 trong do r, la dién tro tu cuc B vao gitta vung ban dan cua cuc B, r, la điện trở thuận ở trang thai xoay chiéu
cua diode BE, r, la dién tro nghich cua diode BC
| bo
Trang 34
Điện trở rạụ có trị sô nhỏ khoảng vài chục ohm đên vài trăm ohm Điện trở r, là điện trở động của diode BE nên được tính theo cơng thirc cua diode là:
26nV 26mnV
—=———— —> I =
I, (mA) I.(mA)
Điện trở r, là điện trở nghịch của diode BC có trị số lớn khoảng vài trăm kilôôm được coI như cách điện giữa C và B, do đó, khơng có dịng điện từ C qua điode BC ra ở cực B, nhưng có dòng điện l,
qua mỗi nỗi và ra ở cực E Như vậy, ở ngỏ ra mạch tương đương
được đổi lại là cực C không dính vào cực B và có nguồn dịng điện
Trang 35Mạch tương đương kiểu E chung: rb — ————*> lật DY de cám ° Tinh Hinh 8.11
b=r=Vi eth hk byt hal
je “i -
L, L, L,
1
‹e = Tổng trở ngõ ra 1, => = vài chục kiloohm đến vài trăm
kilo-ohm , sy h oe, ,
¢ Do ra có trị sô rât lớn nên nhiều trường hợp có thê bo rp
Trang 36h,„ = tông trở ngõ vào kiểu E chung (¡: inputf)
h„ = độ khuếch đại dòng điện thuận kiêu E chung
Doe = tông dẫn ngõ ra (nghịch đảo của tông trở ngõ ra)
Tính độ khuếch đại dòng điện:
L,
A, = — = B = h fe
ly
Tính độ khuếch đại điện áp:
Vee l “Re B-i,- Re
_ “ec _
A, = — —~, — i
Vbe LT; Ly oH; le
—> A, =—f-—
Trang 37Mạch tương đương kiểu B chung re Bw + * Vi ce Vo a ya teal r +, -f, ¢ lơng trở ngõ vào: i, l, r _ Pi, Ƒ, +1, -F, _ r,+7, B -i, p ¢ Tong tré ra: on h,, Vo ee pap oe aC nha
Ƒ =——“= O vài trắm kilo-ohm vì BC phân cực ngược
Trang 38h,„ = tông trở ngõ vào kiểu E chung (¡: inputf)
h„ = độ khuếch đại dòng điện thuận kiêu E chung
Doe = tông dẫn ngõ ra (nghịch đảo của tông trở ngõ ra)
Tính độ khuếch đại dòng điện:
A =2=%= p-i, — B ~]
i i, (B+)i, B+! Tính độ khuếch đại điện áp:
A,=->~—= | ~ Ko _ PRe
Vo TE, “Reo
V l —1.-Vr Cc l h, h le
Trang 39Mạch tương đương kiểu C chung:
Tổng G6 MU HỆG VAO trở ngõ vào: V, Uy hth he the R, L - i: i:
1, Ly
r =r, +B-r, +B-R,
Trang 40_Vo _Ve
lọ 1,
¢ Tong tro ng6 ra la: Tọ
¢ Theo mach tuong đương thì các điện tro rs, rb va Bre
chép nôi tiêp nhau và song song với điện tro tai RE Ta có: V.= 1,.-Rp = 1, (+ fh, + Tẹ)
ave _ ,+n+/,)_ n+n +ổ-P,
l L, pt, p
!
Trang 41‹ Tính độ khuếch dai dòng điện:
ø te (B+ Vi,
Ay =—=—
iF Lh Lh
Ay —= 8 +]
¢ Tính độ khuếch đại điện áp:
Vo l, Re p-R,
A=%=% - O
1y „+ir+I'Đ, "+, +
4.%I1 (vir+j8,<</-R.)
¢ Xét goc pha: khi V, tang lam I, tang va I, tang nén V,
cũng tăng theo, do đó, điện áp của tín hiệu vào và ra
Trang 42BA TRẠNG THÁI CỦA TRANSISTOR:
Transistor có thể làm việc ở một trong ba trạng thái là:
ngưng dẫn, khuếch đại tuyến tính và bão hịa
Trạng thái ngưng dẫn:Nếu phân cực cho transistor có Vụ, <Vy ( Vaz = OV — 0,5V) thi transistor ngung dan, dong dién
Iz =0,16=0 va Veg = Vec Luc do, chi co dong dién ri qua
transistor rat nho khong dang ké
Trang thai khuếch đại: Nếu phân cực cho transistor có
V_p = 0,55 — 0,75V transistor dẫn điện và có dịng điện lạ, dong dién I tang theo I, qua hé s6 khuéch dai B Luc do,
Trang 43Trang thai bao héa:Néu phân cực cho transistor có Var = 0,8V thi transistor sé dẫn rất mạnh gọi la bao hoa Luc do I, tang cao lam I, tang cao đến mức gân băng và điện áp Vạ giảm còn rât nho (0,2V) goi la dién ap Vez (Saturation) hay