KỸ THUẬT điện tử TRANSISTOR lưỡng cực

Bài này trình bày về các cách mắc cơ bản của tranzito lưỡng cực trong các sơ đồ mạch khuếch đại là cách mắc cực gốc chung, cực phát chung và cực góp chung, đặc điểm của từng cách mắc.. N

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

TRANSISTOR Lưỡng cực

Tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

Tổng quan

Bài này sẽ giới thiệu về tranzito lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor – BJT) Đây là linh kiện bán dẫn quan trọng có 2 lớp tiếp xúc P-N và 3 chân điện cực Trong bài sẽ trình bày về nguyên lý hoạt động của tranzito lưỡng cực ở 3 chế độ cấp điện phân cực cho nó là chế độ tích cực, chế độ ngắt và chế độ bão hòa Bài này trình bày

về các cách mắc cơ bản của tranzito lưỡng cực trong các sơ đồ mạch khuếch đại là cách mắc cực gốc chung, cực phát chung và cực góp chung, đặc điểm của từng cách mắc Trong bài này còn đề cập đến các phương pháp phân cực cho tranzito như phân cực bằng dòng cực gốc, phân cực bằng phân áp và phân cực bằng hối tiếp Đồng thời trong chương này cũng trình bày về các sơ đồ tương đương của tranzito trong chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ và trình bày về chế độ chuyển mạch của tranzito

Cơ sở nguyên lý

Chế độ hoạt động của transistor npn và pnp

Tranzito lưỡng cực gồm có hai tiếp xúc P-N được tạo nên bởi 3 miền bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại N thì ta có tranzito lưỡng cực loại P-N-P Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại P thì ta có tranzito lưỡng cực loại N-P-N

GIÁO TRÌNH

a Tranzito lưỡng cực loại P-N-P (hay tranzito thuận) cấu tạo và ký hiệu trên sơ đồ mạch; b Tranzito N-P-N (hay tranzito ngược) cấu

tạo và ký hiệu.

Tranzito có 3 chân cực là:

- Cực Phát ký hiệu là chữ E (Emitter) là nguồn phát ra các hạt tải điện trong tranzito

- Cực Gốc ký hiệu là chữ B (Base) là cực điều khiển dòng điện

- Cực Góp ký hiệu là chữ C (Collector) có nhiệm vụ thu nhận tất cả các hạt dẫn từ phần phát E qua phần gốc B tới

- Hai tiếp xúc P-N là tiếp xúc phát-gốc ký hiệu là TE (gọi tắt là tiếp xúc phát), và tiếp xúc góp-gốc ký hiệu là TC (gọi tắt là tiếp xúc góp)

Nguyên lý làm việc của tranzito

Khi chưa cung cấp điện áp ngoài lên các chân cực của tranzito thì hai tiếp xúc phát TE và góp TC đều ở trạng thái cân bằng và dòng điện tổng chạy qua các chân cực của tranzito bằng 0

Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc của tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm việc giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau

+ Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Tranzito có điện trở rất lớn

và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn điện

+ Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn

Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc như một phần tử tuyến tính trong mạch điện Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch xung, các mạch số

+ Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, và tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và

nó có khả năng tạo dao động, khuếch đại tín hiệu, Đây là chế độ thông dụng của tranzito trong các mạch điện

tử tương tự

So sánh giữa Transistor loại Ge và Si

Đặc điểm của các đường đặc tuyến

Họ đặc tuyến vào:

Đặc tuyến vào mô tả mối quan hệ giữa điện áp vào và dòng điện vào như sau:

U = f (I ) khi U = const

Xét trường hợp đối với tranzito lưỡng cực Gecmani loại P-N-P Khi cực góp hở thì đặc tuyến vào chính là đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N phân cực thuận nên ta có:

I = I (e – 1)

Ta có đường đặc tuyến vào mô tả trong hình 6.2

Họ đặc tuyến vào của tranzito gecmani loại P-N-P

Khi U ≤ 0, đặc tuyến xê dịch rất ít chứng tỏ điện áp trên cực góp ít ảnh hưởng đến dòng điện qua tiếp xúc phát

Họ đặc tuyến ra:

Đặc tuyến ra biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện trên mạch cực góp với điện áp trên mạch cực góp Ta có mối quan hệ sau:

I = f (U ) khi I = cont

Biểu thức tính dòng điện trên cực góp IC như sau:

I = I + I

E 0 UEB/VT

CB

C E CBo

Họ đặc tuyến ra của tranzito gecmani loại P-N-P

Thiết lập và ổn định điểm làm việc cho transistor

Xác định điện trở Colector (RC)

Muốn tranzito làm việc như một phần tử tích cực thì các phần tử của tranzito phải thảo mãn điều kiện thích hợp những tham số này của tranzito như ở mục trước đã biết, phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân cực các chuyển tiếp colectơ và emitơ Nói một cách khác các giá trị tham số phụ thuộc vào điểm công tác của tranzito Một cách tổng quát, dù tranzito được mắc mạch theo kiểu nào, muốn nó làm việc ở chế độ khuyếch đại cần có các điều kiện sau:

- Chuyển tiếp emitơ – bazơ luôn phân cực thuận

- Chuyển tiếp bazơ – colectơ luôn phân cực ngược

Có thể minh họa điều này qua ví dụ xet tranzito, loại pnp (h.2.33) Nếu gọi UE, UB, UC lần lượt là điện thế của emitơ, bazơ, colectơ, căn cứ vào các điều kiện phân cực kể trên thì giữa các điện thế này phải thảo mãn điều kiện:

U > U > U

Hãy xết điều kiện phân cực cho từng loại mạch

-Từ mạch chung bazơ với chiều mũi tên là hướng dương của điện áp và dòng điện, có thể xác định được cực tính của điện áp và dòng điện các cực khi tranzito mắc CB như sau:

U = U – U > 0 I >0

U = U – U > 0 I <0

Căn cứ vào điều kiện điện áp U âm, dòng IC cũng âm có nghĩa là hướng thực tế của điện áp và dòng điện này ngược với hướng mũi tên

CB

- Từ mạch chung emitơ, lý luận tương tự như trên, có thể xác định được cực tính của điện áp và dòng điện các cực như sau:

U = U – U > 0 I <0

U = U – U > 0 I <0

- Với mạch chung colectơ, căn cứ vào chiều qui định trên sơ đồ và điều kiện có thể viết:

U – U > 0 I <0

U = U – U < 0 I <0

Đối với tranzito npnđiều kiện phân cực để nó làm việc ở chế độ khuyếch đại là:

U <U <U

Từ bất đẳnh thức trên có thể thấy rằng hướng dòng điện và điện áp thực tế trong tranzito pnp

Phân cực cho transistor

Phân cực bằng dòng cố định

Sơ đồ mạch điện như hình dưới Trong sơ đồ dùng tranzito loại N-P-N nên có:

Mạch phân cực cố định

- Điện trở RB, gọi là điện trở định thiên, được đấu từ dương nguồn EC về cực gốc để phân cực thuận cho tiếp xúc phát - gốc

- Điện trở RC, gọi là tải, có nhiệm vụ dẫn điện áp từ dương nguồn EC về cực góp sao cho tiếp xúc góp - gốc phân cực ngược

Dòng điện IC chạy từ dương nguồn EC qua RC về âm nguồn EC Dòng điện IB chạy từ dương nguồn EC qua

RB về âm nguồn EC

Trên đường tải dc ta chọn điểm làm việc thích hợp với điều kiện tín hiệu đầu vào có giá trị dòng điện cực gốc không vượt quá giá trị dòng điện I được tính theo công thức sau:

I = (E – U )/R

Theo công thức trên, có nguồn điện ECC là cố định, điện áp UBE chọn bằng 0,2V cho tranzito gecmani và 0,6V cho tranzito silic nên dòng IB là cố định Trong trường hợp muốn thay đổi dòng điện IB, tức là thay đổi điểm làm việc tĩnh Q thì ta thay đổi trị số điện trở RB

Vì dòng IB đã chọn là một hằng số nên sơ đồ mạch ở trên (hình 6.4) được gọi là mạch phân cực kiểu cố định hay mạch phân cực nhờ dòng cực gốc Dòng IB được gọi là dòng điện định thiên

Độ ổn định của mạch định thiên

Khi tranzito hoạt động, các tham số của mạch sẽ thay đổi do nhiều nguyên nhân, đặc biệt là do nhiệt độ môi trường thay đổi Vì vậy, việc ổn định điểm làm việc Q đã chọn là rất cần thiết

Ta giả thiết rằng tranzito trong hình 6.4 được thay bằng một tranzito khác cùng loại nhưng có hệ số khuếch đại β lớn hơn như chỉ ra trong hình, và vì I giữ không đổi tại I bằng mạch phân cực bên ngoài, sẽ dẫn đến việc điểm làm việc Q1 phải di chuyển đến Q2

Điểm làm việc mới này có thể không thỏa mãn hoàn toàn Đặc biệt nó có thể làm cho tranzito chuyển sang chế

độ bão hòa Lúc này chúng ta phải thay đổi dòng điện IB để đảm bảo chế độ làm việc cần thiết cho tranzito

Ổn định nhiệt cho tranzito:

Vấn đề quan trọng thứ hai gây ảnh hưởng đến sự phân cực của tranzito là sự thay đổi nhiệt độ Như ta đã biết dòng điện ngược bão hòa I phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, điều này có thể gây khó khăn cho việc sử dụng tranzito Ngay cả khi điểm làm việc tĩnh đã được xác định ở vùng chế độ tích cực thì do ảnh hưởng của nhiệt độ

nó vẫn có thể chuyển sang chế độ bão hòa Trong hình 6.5 chỉ ra họ đặc tuyến ra của tranzito 2N708 tại nhiệt độ +25 C và +100 C Ta thấy rõ rằng hầu như nó làm việc ở chế độ bão hòa tại nhiệt độ +100 C mặc dù nó đã được phân cực ở giữa vùng chế độ tích cực tại +25 C

Họ đặc tuyến ra ở t0 = +250C (a) và +1000C (b) của tranzito loại N-P-N 2N708

Phân cực bằng cầu phân áp

Sơ đồ mạch cho trên hình:

CBo

0

Sơ đồ mạch định thiên phân áp

Trong mạch, hai điện trở R và R nối tiếp nhau và đấu trực tiếp giữa hai cực của nguồn cung cấp EC sẽ tạo nên mạch phân áp, dòng điện phân áp IP áp chạy qua R và R không phụ thuộc vào sự biến đổi theo nhiệt độ của các dòng điện và điện áp trên các chân cực của tranzito Do đó, sụt áp do dòng phân áp tạo ra trên R cũng không phụ thuộc vào hoạt động của tranzito

Điện áp trên cực gốc chính là sụt áp trên điện trở R do dòng điện phân áp tạo nên, vậy ta có:

U = I

U = E R /(R +R

Nếu ta thay sơ đồ mạch phân cực ở hình 6.6 bằng sơ đồ mạch phân cực dùng hai nguồn cung cấp một chiều là

UB cho mạch cực gốc và EC cho mạch cực góp như ở hình 6.7 thì điện trở RB là điện trở tương đương của hai điện trở R và R mắc song song, ta có:

Mạch thay thế tương đương với mạch định thiên phân áp

Nếu xét UB và UBE không phụ thuộc vào dòng điện IC, ta có thể tính đạo hàm công thức (4.31) theo IC để có:

2

2

B P.áp R2

Phân cực bằng dòng phản hồi

Trong sơ đồ, điện trở RB được gọi là điện trở định thiên hoặc điện trở hồi tiếp Nó dẫn một phần điện áp từ mạch

ra về mạch vào để phân cực cho tiếp xúc phát TE, và điện áp phân cực là: U = U - I R

a- Sơ đồ mạch định thiên hồi tiếp âm điện áp b- Phương pháp hạn chế hồi tiếp thành phần tín hiệu xoay chiều

Các phương pháp mắc transistor

BE CE B B

Emitter chung (EC)

Trong sơ đồ mạch gồm có các phần tử sau:

+/ E , E - Nguồn điện cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P

+/ R - Điện trở định thiên

+/ R - điện trở tải

+/ Tụ điện C và C là tụ liên lạc

Các cấu kiện này có nhiệm vụ trong mạch điện tương tự như ở sơ đồ mắc cực gốc chung

Như vậy, tín hiệu đưa vào giữa cực gốc và cực phát, tín hiệu được lấy ra từ giữa cực góp và cực phát Do đó, cực phát là chân cực chung của mạch vào và mạch ra và ta có sơ đồ mắc cực phát chung Chiều của các thành phần dòng điện và điện áp trên các chân cực cuả tranzito được mô tả ở hình 6.9

Trong sơ đồ mắc phát chung có dòng vào là IB, dòng ra là IC, điện áp vào là U , điện áp ra là U

Sơ đồ mạch cực E chung

Colector chung (CC)

B

C

1 2

Mạch chung colectơ có dạng như hình 6.10, cực colectơ dung chung cho đầu vào và đầu ra.

Để đo điện áp vào, dòng vào, dòng ra qua đó xác các đặc tuyến tĩnh cơ bản của mạch CC dung các vôn kế và miliampe kế được mắc như hình 6.9

Đặc tuyến vào của mạch chung colectơ (CC) IB= f(UCB) khi điện áp ra UCE không đổi có dạng như hình 2.31 nó

có dạng khác hẳn so với các đặc tuyến vào của hai cách mắc EC và BC xét trước đây Đó là vì trong kiểu mắc mạch này điện áp vào UCB phụ thuộc rất nhiều vào điện áp ra UCE (khi làm việc ở chế độ khuyếch đại điện áp UCB đối với tranzito silic luôn giữ khoảng 0.7V, còn tranzito Gecmani vào khoảng 0.3V trong khi đó điện áp UCE biến đổi trong khoảng rộng ) Ví dụ trên hình 2.31 hãy xét trường hợp UEC = 2V tại IB = 100mA UCB = UCE – UBE = 2V – 0.7 V =1,3V

Base chung (BC)

Sơ đồ mạch mắc cực gốc chung mô tả trong hình 4-10 Trong sơ đồ mạch có:

+ E , E là nguồn cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P trong mạch

+ R - điện trở định thiên cho tranzito R có nhiệm vụ làm sụt bớt một phần điện áp nguồn E để đảm bảo cho tiếp xúc phát được phân cực thuận với điện áp phân cực U ≈ 0,6 V cho tranzito Silic, và U ≈ 0,2V cho tranzito Gecmani Đồng thời tín hiệu vào sẽ hạ trên R để đưa vào tranzito

+ R - điện trở gánh có nhiệm vụ tạo sụt áp thành phần dòng xoay chiều của tín hiệu để đưa ra mạch sau và đưa điện áp từ âm nguồn E lên cực góp đảm bảo cho tiếp xúc góp được phân cực ngược

+ Tụ điện C , C gọi là tụ liên lạc có nhiệm vụ dẫn tín hiệu vào mạch và dẫn tín hiệu ra mạch sau

Sơ đồ mắc gốc chung cho tranzito loại P-N-P

Cực gốc B của tranzito trong sơ đồ được nối đất Như vậy, tín hiệu đưa vào giữa cực phát và cực gốc Tín hiệu lấy ra giữa cực góp và cực gốc nên cực gốc B là chân cực chung của mạch vào và mạch ra - Ta gọi là sơ đồ mắc cực gốc chung Trong mạch có các thành phần dòng điện và điện áp sau:

IE gọi là dòng điện trên mạch vào

IC gọi là dòng điện trên mạch ra

UEB gọi là điện áp trên mạch vào

UCB gọi là điện áp trên mạch ra

E C

C

Mối quan hệ giữa các dòng điện và điện áp trên các chân cực được mô tả thông qua các họ đặc tuyến tĩnh Có hai họ đặc tuyến chính là :

Họ đặc tuyến vào: UEB = f1(UCB, IE)

Họ đặc tuyến ra: IC = f2 (UCB, IE)

Plugin xã hội của Facebook

Cũng đăng trên Facebook Đăng với tư cách của TuyetKiem HoangNam (Không phải bạn?) Bình luận Viết bình luận

Nguyễn Hữu Thọ · Làm việc tại Quy Nhon University

ai biet link nao noi ve cac thong so ki thuat cua transistor BJT ko ak

Trả lời · Thích · 1 · Theo dõi bài viết này · 26 Tháng 9 lúc 19:12

Mạch Điện Tử · · Làm việc tại Emirates Stadium

có ai biết cách xác định điểm làm việc tĩnh của tranzito lưỡng cực không vậy

Trả lời · Thích · Theo dõi bài viết này · 13 Tháng 4 lúc 17:10

Theo dõi

Hoàng Văn Lộc · Những Người bình luận Hàng đầu · Làm việc tại Hanoi University of Industry

tính Ib sau đó lập phương trình đường tải rồi vẽ đồ thị dựa vào 2 điểm

Trả lời · Thích · 19 Tháng 6 lúc 23:57

(/profile/13)

Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên (/profile/13)

47 GIÁO TRÌNH (/PROFILE/13?TYPES=2) | 1411 TÀI LIỆU (/PROFILE/13?TYPES=1)

Kỹ thuật Điện tử

Lời nói đầu (/c/loi-noi-dau/5ac39975/80e178fd)

Bài 1: Các đại lượng cơ bản

Bài 2: Các linh kiện thụ động

Bài 3: Chất bán dẫn

Bài 4: DIODE và Mạch ứng dụng

Bài 5: TRANSISTOR Lưỡng cực

TRANSISTOR Lưỡng cực (/c/transistor-luong-cuc/5ac39975/a73d6824)

Bài 6: Ứng dụng cơ bản của TRANSISTOR ngắm gọn

ĐÁNH GIÁ:

Các Phương Pháp Ðảm Bảo Data Integrity (/m/cac-phuong-phap-am-bao-data-integrity/3df3a818)

Tìm hiểu JNDI và dịch vụ quản lí trên CosNaming của Corba

(/m/tim-hieu-jndi-va-dich-vu-quan-li-tren-cosnaming-cua-corba/c91a184a)

Thực hành một số dạng truy vấn khác và câu lệnh cập nhật dữ liệu

(/m/thuc-hanh-mot-so-dang-truy-van-khac-va-cau-lenh-cap-nhat-du-lieu/74df69c8)

Nhận dạng và xác thực điện tử (/m/nhan-dang-va-xac-thuc-dien-tu/d2d97958)

Truy xuất dữ liệu sử dụng công nghệ ADO (/m/truy-xuat-du-lieu-su-dung-cong-nghe-ado/dd06d9de)

Thị trường (/m/thi-truong/1582c2fb)

Bài toán 8 quân hậu (/m/bai-toan-8-quan-hau/a5a1e2a6)

Sử dụng câu lệnh Debug.Print (/m/su-dung-cau-lenh-debugprint/06299e4a)

Các tiêu chuẩn ổn định (/m/cac-tieu-chuan-on-dinh/6e223a25)

Đặc tả yêu cầu (/m/dac-ta-yeu-cau/5a6ad290)

TRƯỚC TIẾP CÙNG TÁC GIẢ

Bài toán về hệ thống đại diện chung (/m/bai-toan-ve-he-thong-dai-dien-chung/b0eb39a7)

Ngôn ngữ và hàm tính được (/m/ngon-ngu-va-ham-tinh-duoc/76c46bed)

quan hệ giữa mã tách được và độ dài mã (/m/quan-he-giua-ma-tach-duoc-va-do-dai-ma/308cad63)

Bài toán nội suy (/m/bai-toan-noi-suy/b6083ffd)

làm việc của quạt trong mạng (/m/lam-viec-cua-quat-trong-mang/4e507972)

Diệp lục (/m/diep-luc/ae712078)

ĐO LƯỜNG ĐIỆN (/m/do-luong-dien/94788422)

Vai trò của cơ cấu đầu tư đối với chuyển dịch cơ cấu kinh tế

(/m/vai-tro-cua-co-cau-dau-tu-doi-voi-chuyen-dich-co-cau-kinh-te/f299f3c9)

Vẽ nối tiếp (/m/ve-noi-tiep/ca260329)

Biến đổi qua lại giữa các hệ thống số (/m/bien-doi-qua-lai-giua-cac-he-thong-so/8e2dbc24)

TRƯỚC TIẾP NỘI DUNG TƯƠNG TỰ

0 dựa trên 0 đánh giá