Transistor là linh kiện bán dẫn được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt là trong các ứng dụng khuếch đại, điều khiển đóng ngắt bằng điện, điều chế tín hiệu hay tạo dao động. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo Bài giảng Giới thiệu và ứng dụng của Transitor.
Transitor GIỚI THIỆU VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRANSITOR Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Transistor linh kiện bán dẫn ứng dụng rộng rãi, đặc biệt ứng dụng khuếch đại, điều khiển đóng ngắt điện, điều chế tín hiệu hay tạo dao động Transistor đóng vai trò khối mạch điện thiết bị điện tử máy tính, điện thoại Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Cấu tạo: Transistor lưỡng cực cấu tạo gồm miền bán dẫn pha tạp p n xen kẽ nhau, tùy theo trình tự xếp miền p n mà ta có hai loại cấu trúc điển hình npn pnp hình vẽ: Mũi tên đặt hai cực B E Chiều mũi tên cho biết transistor loại npn hay pnp Chiều mũi tên hướng từ p sang n Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Transistor có điện cực: E – Emitter B – Base C – Collector Hai tiếp giáp: tiếp giáp pn Emitter Base gọi JE tiếp giáp pn Collector Base gọi JC Về mặt cấu trúc, coi transistor hai diode mắc đối hình vẽ Nhưng điều khơng có nghĩa mắc hai diode hình thực chức transistor Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Nguyên lý hoạt động Transistor có tiếp giáp pn, tiếp giáp pn có khả phân cực thuận phân cực ngược Kết hợp lại, ta có trường hợp hoạt động transistor sau: JE JC Miền làm việc Ứng dụng Phân cực ngược Phân cực ngược Miền cắt Khóa Phân cực thuận Phân cực ngược Miền tích cực Khuếch đại Phân cực thuận Phân cực thuận Miền bão hòa Khóa Phân cực ngược Phân cực thuận Tích cực ngược Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Để transistor hoạt động chế độ khuếch đại, JE phân cực thuận JC phân cực ngược Sự tác động qua lại lớp bán dẫn transistor tạo liên hệ transistor sau: IC IB I C IE I E IC I B hệ số khuếch đại dòng điện (50÷250) hệ số truyền đạt dòng điện IE I 1 B IC IC 1 1 (≈1) Transitor lưỡng cực Biopolar Junction Transitor Các dạng mắc mạch transistor: Khi sử dụng, nguyên tắc dùng cực transistor làm đầu vào cực thứ lại với cực đầu vào làm đầu Như vậy, có tất cách mắc khác Nhưng dù mắc cần có cực chung cho đầu đầu vào Trong cách mắc đó, có cách mắc transistor khuếch đại cơng suất cách mắc chung Emitter (EC), chung Base (BC) chung Collector (CC) Ba cách mắc lại khơng có ứng dụng thực tế Sau ta xem xét cách mắc, đặc tuyến vào tương ứng Mạch chung Emitter(EC) Mạch chung Emitter (EC): Trong cách mắc E chung, cực E lấy làm cực chung cho đầu vào đầu Điện áp vào UBE, điện áp UCE Dòng điện vào dòng IB, dòng điện dòng IC Mạch chung Emitter(EC) Đặc tuyến vào: I B f (U BE ) UCE const Đặc tuyến vào transistor mắc EC giống đặc tuyến diode phân cực thuận : dòng IB trường hợp phần dòng IE chảy qua chuyển tiếp JE phân cực thuận Với UBE=const, UCE lớn IB nhỏ ngược lại Ổn định điểm công tác nhiệt độ thay đổi Transistor linh kiện nhạy cảm với nhiệt độ Ngoài giới hạn nhiệt độ cực đại, khoảng nhiệt độ transistor làm việc bình thường biến thiên nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tham số transistor Hai tham số chịu ảnh hưởng lớn điện áp Base-Emitter UBE dòng điện ngược tiếp giáp JC dòng ICBo I C I B (1 ) I CBo Ổn định điểm công tác nhiệt độ thay đổi Khi nhiệt độ tăng, dòng điện ngược ICBo tăng làm cho IC tăng, IC tăng làm tăng va chạm hạt làm nhiệt độ tăng Nhiệt độ tăng lại làm cho ICbo tăng, trình lặp lại làm hệ ổn định, tượng gọi hiệu ứng nhiệt Hiệu ứng nhiệt làm thay đổi điểm cơng tác tĩnh làm hỏng transistor Nhiệt độ tăng làm UBE tăng, UBE tăng làm IC tăng, nhiên ảnh hưởng UBE đến IC khơng lớn ICBo Vì vậy, nói ảnh hưởng nhiệt độ đến điểm cơng tác thường nói đến tác động ICBo Ổn định điểm công tác nhiệt độ thay đổi Hệ số ổn định nhiệt transistor định nghĩa sau : I C S I CBo Hệ số ổn định nhiệt cho biết mức độ thay đổi IC ICBo thay đổi Như vậy, hệ số ổn định nhiệt S nhỏ tính ổn định nhiệt cao I C S I CBo 1 I B 1 I C Phân cực cho transistor dòng cố định Phân cực cho transistor dòng cố định Áp dụng định luật Kirchhoff vòng điện áp cho vòng (E,R1,BE) ta có: E I B R1 U BE E U BE E 0.7 IB R1 R1 Dòng điện IB=const khơng phụ thuộc vào tham số transistor nên mạch gọi mạch phân cực dòng (IB) cố định Phân cực cho transistor dòng cố định Áp dụng định luật Kirchhoff vòng điện áp cho vòng (E,R2,CE) ta có E I C R2 U CE Đây phương trình đường tải tĩnh mạch Xét tính ổn định nhiệt mạch, IB=const nên: I B 0 I C I C S I CBo 1 I B 1 I C 1 Phân cực cho transistor điện áp phản hồi Phân cực cho transistor điện áp phản hồi Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng mạch (E,R2,R1,BE) ta có E I R2 I B R1 U BE E ( I C I B ) R2 I B R1 U BE thay I C I B vào ta có E ( 1) I B R2 I B R1 U BE E U BE IB R1 ( 1) R2 (1) Phân cực cho transistor điện áp phản hồi Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng mạch (E,R2,CE) ta có E ( I C I B ) R2 U CE E I C (1 ) R2 U CE Đây phương trình đường tải tĩnh mạch Phân cực cho transistor điện áp phản hồi Xét tính ổn định nhiệt mạch, từ biểu thức (1) ta có E ( I C I B ) R2 I B R1 U BE E U BE R2 IB IC R1 R2 R1 R2 I B R2 I C R1 R2 I C 1 S I CBo I B 1 I C 1 R2 1 R1 R2 Khi R2>>R1 ta có S=1 Như vậy, hệ số ổn định nhiệt S lớn Phân cực cho transistor dòng Emitter (tự phân cực) Phân cực cho transistor dòng Emitter (tự phân cực) Áp dụng định lý Thevenin cho mạch phân áp chạy qua R1 R2, ta có sơ đồ mạch tương đương sau R1 R2 RB R1 R2 E R UB R1 R2 Phân cực cho transistor dòng Emitter (tự phân cực) Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng điện áp (UB,RB,BE,RE) ta có U B I B RB U BE I E RE Mà I E I C I B I B (1 ) I CBo I B U B I B RB U BE I B (1 ) I CBo I B RE U B I B RB (1 ) RE U BE (1 ) I CBo RE Vì giá trị ICBo nhỏ bỏ qua được, U B U BE IB R B (1 ) R E Phân cực cho transistor dòng Emitter (tự phân cực) Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng điện áp (E,RC,CE,RE) ta có E I C RC U CE I E RE Viết lại biểu thức vòng điện áp cho (UB,RB,BE,RE), ta có: U B I B RB U BE I E RE U B I B RB U BE ( I C I B ) RE U B U BE RE IB IC RB RE RB RE I B RE I C RE RB Phân cực cho transistor dòng Emitter (tự phân cực) Hệ số ổn định nhiệt I C S I CBo 1 I B 1 I C Khi RE>>RB S Khi RE