----- oOo---- Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT THỜI LƯỢNG (15 tiết) LT BT TH 15 0 0
Mục tiêu (Kiến thức - Kỹ năng)
Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của BJT.
Phân tích được các chế độ làm việc, các dạng mạch phân cực BJT.
Phân tích được các phương pháp ghép tầng dùng BJT
CHƯƠNG 3: TRANSISTOR LƯỠNG cực BJT
BÀI 1. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI TRANSISTOR BJT.
1.1. Giới thiệu chung. 1.2. Cấu tạo và phân loại. 1.3. Nguyên tắc hoạt động
1.4. Các thơng sổ kỹ thuật.
BÀI 2. CÁC CHẾ Độ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR BJT.
2.1 Đặc tuyến vào2.2 Đặc tuyến ra 2.2 Đặc tuyến ra
2.3 Các chế độ làm việc
BÀI 3. CÁC DANG PHÂN cực CHO BJT
3.1 Phân cực cổ định
3.2 Phân cực ổn định cực phát (Emitter Stabilzed Bias) 3.3 Phân cực bằng cầu chia áp ( Voltage Divider bias) 3.4 Các dạng mạch phân cực khác
BÀI 4. KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT
4.1 Mắc transistor theo kiểu B chung
4.2 Mắc trasistor theo kiểu E chung4.3 Mắc trasistor theo kiểu c chung 4.3 Mắc trasistor theo kiểu c chung
BÀI 5. PHƯƠNG PHÁP GHÉP CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI
5.1 Ghép gián tiếp.5.2 Ghép trực tiếp. 5.2 Ghép trực tiếp.
BÀI 6. MỘT SĨ MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÁC.
BÀI 1. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI TRANSISTOR BJT. — oOo —
1.1. Giới thiệu chung.
Giới thiệu
_______t---------- -——— — -------------------------------------------------
Transistor (Transfer Resistor: điện chuyển) được phát minh vào năm 1947 bởi 2 nhà Bác hoc W.H. Britain và J. Braden
được chế tạo cùng trên 1 mẫu bán dẫn Silic hay Gecmani.
Transistor BJT cĩ 3 cực:
+ Cực E (Emitter- cực phát): là lớp cĩ nồng độ tạp chất
lớn nhất chủ yếu cung cấp các electron .
+ Cực c (Collector- cực thu): là lớp cĩ nồng độ tạp chất
thấp hơn cĩ nhiệm vụ thu nhận các electron từ miền phát.
+ Cực B (Base - cực nền): là lớp cĩ nồng độ tạp chất thấp
nhát.
Phân ghi chép
Hình dạng thực té"
BCSÕ8
B c E E c É
Loại cơng suât nhỏ loại NPN' và PNP Loại SMD dán sát mạch in
Loại cơng suất Iđn ( cịng ) Loại cổng suất Iđn ( sị )
1.2. Cấu tạo và phân loại.
Transistor vỏ nhựa dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín Phần ghi chép
hiệu cĩ biên độ nhỏ
4«) TO-9Z«*rTO-226AA CoiiwCTo.
<w TO 92 « 22t>AL- (€) SOT 23 ar To 23«.AM
Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tơng quát
với tín hiệu cĩ biên độ nhỏ .................................
I h í ĨO or TCkMlMO
một vỏ
Collector Ị 7 Collector 7 !
(a) Dual metal can
(c) TO-218AC
2 npn }+• 6 Base x\ Base Emitter 3 5 Emitter
Câu tạo của Transistor package, nhiêu transistor chứa trong cùng
14 13 12 11 10 9 8
(b) TO-218
(a)
(d)
Transistor cĩ cơng suât trung bình đên cơng suât lớn (Transistor cơng suất)
Transistor dùng trong các ứng dụng cĩ tân sơ cao (RF transistors)
1 2 3 4 5 6 7
(b) Quad dual in-line (DIP) and quad Cat-pack. Dot indicates pin 1.
(a) TO-3 or TO-2O4AE
1.3. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên lý Phần ghi chép
*Khi cực B hở: các electron từ vùng N+ khơng thể qua vùng
bán dẫn p được (do mốì nối PN bị phân cực nghịch), vì vậy khơng cĩ dịng qua transistor (IB = Ic = IE = 0)
*Khi cực B cĩ điện áp dương sao cho: Vc > VB > Ve: .................................
+LÚC này 2 vùng bán dẫn N+ và P giống như diode phân ................................. cực thuận nên dẫn điện, electron từ vùng N+ sẽ sang vùng bán ................................. dẫn P để tái hợp với lỗ trống.
+Khi đĩ vùng P nhận thêm electron nên cĩ điện tích âm.
Cực B nối với nguồn dương nên sẽ hút một sơ' electron của vùng
p xuống tạo thành dịng IB.
+Cực c nối với nguồn dương cao hơn nên hút hầu hết ................................. electron trong vùng p sang vùng N tạo thành dịng Ic. .................................
+Cực E nối với nguồn âm nên khi vùng N+ bị mất .................................
electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm lên thế chổ tạo thành dịng IE.
ml
1.4. Các thơng số kỹ thuât.
Thơng số kỹ thuật Phân ghi chép
1. Dịng điện cực đại cho phép Icmax : là dịng điện tối đa cĩ thể chạy qua transistor mà khơng làm hưưansistor
2. Điện áp cực đại cho phép: (VcBmax, VcEmax , VEBmax) : nếu vượt qua mức áp này thì transistor sẽ bị đánh thủng
3. Cơng suất tiêu tán: Pcmax = VcEmax. Icmax <Ptot (Total)
4. Hệ số khuếch đại dịng: hfE , p
5. Tần số làm việc : FTmin . Nếu lớn hơn trị số này thì hệ số khuếch đại transistor sẽ giảm xuống.
Ví du:
..........................................
•
Mã Loại Ic max VcxmaxiV) hiE= p PrơT max
2N3035 NPN 700mA 40 50 50ữmW
2N3055 NPN 15A 60 20 117W
C828 NPN 50mA 50 65 250mW
BÀI 2. CÁC CHÉ Độ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR BJT.
---- 0O0-----
2.1. Đặc tuyến vào:
Xét mạch phân cực B chung - CB (Common Base)______
Tín hiệu cần khuếch đại đưa vào giữa cực E và cực B, tín hiệu sau khi đã khuếch đại lấy ra giữa cực c và cực B. Cực B
là cực chung của mạch vào và mạch ra. Như vậy dịng điện vào là dịng emitter IE, dịng điện ra là dịng collector Ic. Điện
áp vào là VEB, điện áp ra là VCB.
Phần ghi chép
Hình 14: Đặc tuyến ngõ vào B chung
Đặc tuyến ngõ vào: IE = f(VBE) khi VCB = const
Xét mạch phân cực E chung - CE (Common Emitter) Phần ghi chép
Tín hiệu cần khuếch đại đưa vào giữa cực B và G, tương đương như đưa vào giữa B và c. Tín hiệu sau khi đã khuếch đại, lấy ra giữa E và G, tương đương như lấy ra giữa E và c.
Hình 15: Đặc tuyên ngõ vào E chung
Đặc tuyến ngõ vào: Ib= f (Vbe) khi Vce = const
Mạch phân cực cc tưomg tự
2.2, Đặc tuyến ra:
Xét mạch phân cực B chung - CB (Common Base) Phân ghi chép
Ig= 7mA
▲ 1° Vùng tích cực
1 5 ÍO 15 20
Vùng ngưng dẫn
Hình 16: Đặc tuyến ngõ ra B chung
Phân ghi chép
Xét mạch phân cực E chung - CE (Common Emitter)
Hình 17: Đặc tuyến ngõ ra E chung Đặc tuyến ngõ ra: Ic = f (Vce) khi Ib = const
Mạch phân cực cc tuơng tự
2.3 Các chế đơ làm việc
3 chế độ hoạt động BJT Phân ghi chép
Transistor BJT được cĩ 3 chế độ hoạt động như sau :
*Chế độ bão hồ (Saturation Mode): nếu phân cực cho
transistor cĩ Vbe > 0,7V thì transistor sẽ dẫn rất mạnh gọi là bảo hồ. Lúc đĩ IB tăng cao làm Ic tăng cao đến mức gần bằng Vcc/Rc và điện áp VCE giảm xuống cịn rất nhỏ (0,2V) gọi là điện áp bảo hịa VcEsat (saturation). Thường được ứng dụng để làm khố điện tử (switching)
*Chế độ tích cực (Active Mode): nếu phân cực cho transistor
cĩ Vbe= (0,55-?0,65)V transistor dẫn điện và cĩ dịng IB, dịng Ic
mạch khuếch đại (Amplifier Circuits)
*Chế độ ngưng dẫn (Cut off Mode): nếu phân cực cho
transistor cĩ Vbe< Vỵ (Vbe = 0 4- 0,5)V thì transistor ngưng dẫn,
dịng Ib = 0, Ic = 0 và Vce ~Vcc. Thường được ứng dụng để làm
khố điện tử (switching)
* Chế độ đánh thủng : nếu ta đặt điện áp vào vượt qúa trị
số cho phép sẽ làm cho vùng chuyển tiếp P-N bị đánh thủng.
Chế độ hoạt
động
Mối nổi EB Mối nối CB
Ngưng dẫn Nghịch Nghịch
Tích cực Thuận Nghịch
BÀI 3. CÁC DẠNG PHÂN cực CHO BJT — 0O0 —
3.1 Phân cực dùng nguồn đơi:
Phân cực dùng nguồn đơi___________________ ____________
Đê khảo sát các dạng mạch phân BJT ta lân lượt xét các
Ví dụ sau:
Ví dụ: Xét mạch phân cực cho transistor cĩ độ khuếch
đại dịng p =100 và Vbe = 0,6V, Vcc = 12V, Vbb =3V. Re dùng
để ổn định nhiệt.
Phần ghi chép
Hình 18: Phân cực nguồn đơi
'■Xác đinh dịnẹ
Ta cĩ: Vbb- IbRb + Vbe + IeRe
Thay Ie = Ib+Ic = Ib(P+1 )
JZ _ ỊZ 12-0.7 IB = -■ ■ ™ ~ 20pA RB+(J3 + V)RE 520X + (100 + l)0,5Ẩ’ Ic = p . Ib = 2mA. IE « Ic = 2mA. *Tính điên áp các chân Vr<,Vc,Vf.: VE = IeRe = 2mA . 0,5K = IV VB = VE + Vbe =1V + 0,6 V = 1,6V Vc = Vcc- IcRc = 12V - (2mA . 2,5K ) = 7V
*Phương trình đường tải tình:
Vcc = IcRc + Vce + IeRe ( với Ic = Ie ) + Khi Ic — 0 => Vce — Vcc = 12 V
+ Khi Vce = 0 => Ic = Vcc/( Rc + Re ) = 4mA
Nối liền 2 điểm VcEmax và Icmax ta cĩ đường tải tĩnh.
*Điểm làm việc Q(Vce, Ic)
Ic = 2mA
Vce = Vcc - Ic ( Rc + Re )= 12 - 2mA ( 2,5K+ 0,5K ) = 6V
Q ( Vce - 6V, Ic = 2mA)
*ĐỒ thi phương trình đường tải tỉnh:
' Ic(mA)
3.2 Phân cực cố định:
Dùng nguồn đơn phân cực cho cực B bằng điện trở Rb Phần ghi chép
Ví dụ: Xét mạch p dịng p =100 và Vbe = ổn định nhiệt. lân cực chc 0,6V, Vcc = ' RB > 520K ——► Ib
transistor cĩ độ khuếch đại
= 12V, Vbb = 3V. Re dùng để > Vcc > RC > 2,5K Q ? RE > 0,5K .....................................................
Hình 19: Phân cực cố định
*Xác đinh dịng IrJcJe:
Ta cĩ: Vbb= IbRb + Vbe + IeRe
Thay Ie = Ib + Ic = Ib( p +1 ) r VCC~VBE 12-0,7 , 7» = ——.£_ = » 20ụA Rg+(P + Y)RE 52OẲ7 +(100+ 1)0,577 Ic = p - Ib = 2mA. Ie ~ Ic = 2mA.
*Tính điên áp các chân VB_,vQyE_:
Ve = IeRe = 2mA . O,5K = IV Vb = Ve + Vbe = 1V + 0,6 V = 1,6V
Vc = Vcc- IcRc = 12V - (2mA . 2,5K ) = 7V
*Phương trình đường tải tình:
Vcc = IcRc + Vce + IeRe ( với Ic = Ie )
+ Khi Ic = 0 => Vce= Vcc = 12V
+ Khi Vce — 0 => Ic = Vcc/( Rc "1" Re ) ~ 4mA
Nơì liền 2 điểm VcEmax và Icmax ta cĩ đường tải tĩnh.
'■Điếm làm viêc Ọ(Vce, Iq)
Ic = 2mA
Vce = Vcc - Ic ( Rc + Re )= 12 - 2mA (2,5K+ 0,5K) = 6V Q( Vce = 6V, Ic = 2mA)
3.3. Phân cưc bằng cầu chia áp ( Voltage Divider bias)
Phân cực cho cực B bằng cầu phân áp
Ví dụ: Xét mạch phân cực cho transistor cĩ độ khuếch đại
dịng p =100 và VBE = 0,6V, Vcc = 12V, Vbb = 3V. Re dùng để ổn định nhiệt. Mạch dùng 2 điện trở Rbi và Rb2 tạo thành bộ phân áp để phân cực cho ngõ vào.
Phân ghi chép
Hình 20: Phân cực câu phân áp
VBR = Vcc. „ =1 2P- = h8K
BB cc Rm+RB2 56K + \0K
R = = = 8,5 KQ. BB RBÌ+RB2 56K + Ỉ0K
*Xác đinh dịng
Ta cĩ: Vbb= IbRbb + Vbe + IeRe Thay Ie = Ib + Ic = Ib(P+1 )
1,8-0,7
r _ IT r BB Ỵ BE
Ic = p . Ib = 2mA. Ie ~ Ie = 2mA.
*Tính điên áp các chân Vii,Vc
VE = IERE = 2mA . 0,5K = IV Vb = VE + VBE =1V + 0,6 V = 1,6V
Vc = Vee - IcRc = 12V - (2mA . 2,5K ) = 7V
*Phương trình đường tải tình:
Vcc = IcRc + Vce + IeRe ( với le = Ie ) + Khi le = 0 =í> Vce = Vcc = 12V
+ Khi Vce = 0 => le = Vcc/( Re + Re ) — 4mA
Nối liền 2 điểm VcEmax và Icmax ta cĩ đường tải tĩnh.
*Đỉểm làm việc Ọ(Vce, le)
le = 2mA
Vce = Vcc - le ( Re + Re )= 12 - 2mA ( 2,5K+ 0,5K ) = 6V
Q ( Vce - 6V, Ic = 2mA)
*ĐỒ thiphiiơng trình đường tải tỉnh:
3.4. Các dạng mạch phân cực khác:
Phân cực hơi tiêp từ cực c (phân cực ơn
định cực phát emitter Stabilzed Bias)
* Tĩm tắt: Ig ’ RB < Ic 1 -------- ► Vcc > RC Q ực hổi tiếp từ c điện áp từ ngõ ra ( cực c ) đưa
- (Ic + Ib)Rc - IbRb
t độ làm dịng ra Ic tăng lên sẽ Vbe giảm từ đĩ làm giảm dịng
................................................................ —k Ib Hình 21: Phân c Mạch này điện trở Rb dẫn nguỢc về ngõ vào (cực B):
Vce = Vbe + IbRb
<=> Vbe = Vce - IbRb — Vcc
Từ biểu thức trên, khi nhiệ
tác động ngược về ngõ vào làm Ic. ................................................................ Phân cực dùng nguồn đơi Phân cực dịng
kiểu định Phân cực dùng cầu phân áp
Phân cực hồi tiếp từ cực c Mạch nguyên lý Vbb +V 4 Rb ^cc y Rc NPN •Re ^cc V Rc NPN Re : Các dạng m +ĩocV Rc NPN re c BJT rb Ỵcc +V J Rc Jq__ -1 NPN RE |rB ạc RB1 Hình 3. RB2 hphân cự
Xác định T _ 3B ỵ 3E ĩ - 17 _ r cc K BE ỊZ -V RB1 Ị _ rcc r2E dịng IB> Ic.Ie 3 RS+/3.RS Ic = Ie=P.Ib 1 3 Ic - Ie 4- p-Rg = p.IB 1 BB * cc p p _ RbiRsi Rbs R + R K-Sl + i'-s 2 J _ Vbb-VSE 3 R3s + (/3+ì)R£ Ic = Ie=P.Ib s Rs+p.Rc+p.R, Ic = Ie=P.Ib Kkảo sát phương trình đường tải tỉnh
Vcc = ICRc + VCE + IeRe - Khi Ic = 0
=> VCE=VCC -Khi VCE = 0
=> lc= Vcc/( RC+RE)
Vcc — IcRc + VcE + IeRe - Khi Ic = 0 => VCE= vcc - Khi VCE = 0 => Ic= Vcc/( Rc+Re ) Vcc = IfRc + VCE + IeRe - Khi Ic = 0 => VCE= vcc - Khi VCE = 0 => Ic= Vcc/( Rf +RE ) Vcc= IcRc + VCE + IeRe - Khi Ic = 0 => VCE=VCC - Khi VCE = 0 => Ic= Vcc/(RE+Rr) Vẽ phương trình đường tải tỉnh A?max Icq “ Ic(mA) ,Q X Vce(V) 0 Vceq Vcc
BÀI 4. KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT
Hình 24: Dạng sĩng vào ra mạch CC: Common Collecte Mạch CE là mạch thơng dụng nhất, cĩ tổng trở đầu vào lớn trung bình, tổng trở đầu ra lớn trung bình, hệ số khuếch đại khá lớn. Cĩ thể điều chỉnh hệ số khuếch đại
bằng cách điều chỉnh điện trở nổi đất Re. Mạch CB là mạch ít thơng dụng nhất, cĩ tổng trở đầu vào rất nhỏ, tổng trở đầu ra rất lớn, hệ số khuếch đại khá lớn. Mạch CB thường dùng để ghép nối với những mạch tín hiệu vào cĩ tổng trở rất thấp.
Ví dụ như mạch khuếch đại microphone tổng trở thấp
hoặc các mạch khuếch đại cao
tần.
Mạch cc là mạch tương đối thơng dụng, thường dùng làm mạch đệm vì cĩ tổng trở đầu vào rất lớn, tổng trở đầu
ra khá nhỏ, hệ số khuếch đại
điện áp gần bằng 1. Hệ số
khuếch đại dịng gần bằng p của transistor.
Mạch cc được ứng dụng nhiều ở các tầng cơng suất, các bộ ổn áp, các bộ đệm để phối hợp tổng trở...
Dạng mạch tương đương BJ'
Mạch cực Emitter và Collector chung:
thơng số h Dạng đơn giản Dạng đơn giản Dạng đầy đủ Dạng đầy đủ Mạch cực nền chung: thơng số h kiểu mẫu re
Dạng đơn giản Dạng đơn giản
Dạng đầy đủ
Các liên hệ: 26mV 26mV
fe _ " Ip
Ấc XE
4.1 Mắc transistor theo kiểu B chung
Mạch khuếch đại kiểu B chung ( CB - Common Base) Phần ghi chép
Hình 25: Mạch khuếch đại kiểu B chung
Tín hiệu vào cực E và ra ở cực c. a. Tổng trở ngõ vào: r -lL= V + V - Vì + Ễv =1± ỄTi (sVàichụcQ) p>> p b. Tổng trở ra : r0 = — = — ( Vài trăm KQ ) i0 ic c. Độ khuếch đại dịng: A =ịọ_=ị^ = Pib = V « 1 ỉe (P + 1)ÍẾ (3 + 1 d. Độ khuếch đại áp: Av = = - -c~- = = Ị3 — ( sVài trăm lần)
Veh 'er, h,e
(3
e. Gĩc pha: điện áp ngõ vào và điện áp ngõ ra đồng pha.
Mạch khuếch đại kiểu E chung ( CE - Common Emitter): Phân ghi chép
Hình 26: Mạch khuếch đại kiểu E chung
Tín hiệu vào cực B và ra ở cực c.
a. Tổng trở ngõ vào:
Ị. = r=?L = Wb + We = Wb + 0We ỉlie ri
ỉi h h hie=rb + Pre (sVàiKQ)
b. Tổng trở ra r0 = vài chục Q đến vài trăm KQ. do đĩ cĩ
thể bỏ qua r0.
c. Độ khuếch đại .dịng:
A, = ỉf-=^=p =hfe ii h
A = p — ( sVài chục đến vài trăm lần)
d. Độ khuếch đại áp:
A -Ice _ _ icRc _ _ PihRc vbe hr. hhie
J _ p (=Vài trăm lần)
h,e
4.3 Mac trasistor theo kiểu c chung
Mạch khuếch đại kiểu c chung ( cc - Common Colletor) Phần ghi chép
Hình 27: Mạch khuếch đại kiểu c chung
Tín hiệu vào cực B và ra ở cực E. a. Tổng trở ngõ vào: r, = _ r„ + pr + pR - h + pRc ii h ( =Vài trăm KQ ) b. Tổng trở ra :
r _VO _Ve _ hRE _ h (rs +rb + Phì
h h h Ph
r = (rs + rb + Pre) _ rs + hịe ( Vài chục Q )
p p
c. Độ khuếch đại dịng:
= —= —= ^-+-^ib = p + 1
h h