Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

Thể loại: Điện Điện tử
Lượt xem: 14,692Lượt tải: 9Số trang: 7

Mô tả tài liệu

Là một linh kiện bán dẫn có ba cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc hoạt động như một khóa đóng mở, rất thông dụng trong ngành điện tử. Nó sử dụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử và lỗ trống, vì vậy được xếp vào loại hai cực tính.

Tóm tắt nội dung

Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ch­¬ng 3: TRANSISTOR L­ìng cùc BJT (Bipolar Junction transistor) Lµ mét linh kiÖn b¸n dÉn cã ba cùc cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu hoÆc ho¹t ®éng nh­ mét kho¸ ®ãng më, rÊt th«ng dông trong nghµnh ®iÖn tö. Nã sö dông c¶ hai lo¹i h¹t dÉn: ®iÖn tö vµ lç trè ng, v× vËy ®­îc xÕp vµo lo¹i hai cùc tÝnh. 3.1. CÊu t¹o-Nguyªn lý ho¹t ®éng Gåm ba líp b¸n dÉn p-n-p hoÆc n-p-n t¹o nªn. V× vËy cã hai lo¹i BJT H×nh 3. 1 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i pnp H×nh 3. 2 . CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña BJT lo¹i npn BJT cã hai tiÕp xóc p-n: tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ JC, tiÕp xóc p- n gi÷a miÒn B vµ E gäi lµ J E.  Nguyªn lý ho¹t ®éng H×nh 3..3 . C¸ch ph©n cùc ®Ó BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i P N P Collector Base Emitter N P N Collector Base Emitter C E B C E B N P N C B E VBB VCC IE IB IC ICB0 Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö Ban ®Çu khi cã nguån VCC ph©n cùc nghÞch tiÕp xóc J C th× cã dßng ng­îc ICB0 ch¶y tõ miÒn C sang B. Dßng nµy gièng nh­ dßng I tr trong Diod, cã gi¸ trÞ nhá. Sau ®ã cã nguån VBB ph©n cùc thuËn tiÕp xóc J E lµm cho ®iÖn tö tõ miÒn E dÔ dµng di chuyÓn sang miÒn B t¹o nªn dßng I E. HÇu hÕt c¸c ®iÖn tö v­ît qua vïng B, b¨ng qua JC (tiÕp xóc p-n gi÷a miÒn B vµ C gäi lµ J C) ®Ó ®Õn miÒn C t¹o nªn dßng IE. Mét sè ®iÖn tö bÞ gi÷ l¹i trong miÒn B vµ ch¹y vÒ cùc B. Lç trèng trong miÒn B ch¹y vÒ miÒn E t¹o nªn dßng I B. NÕu gäi  lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn th× ta c ã IC =IE+ICB0 Ta cã IE=IB+IC; IC=IE+ICB0=(IC+IB)+ICB0 suy ra (1-)IC=IB+ICB0 IC=(/(1-))IB+(1/(1-))ICB0=IB+(1+)ICB0 trong ®ã  ®­îc gäi lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn.  Nguyªn t¾c ph©n cùc cho BJT ho¹t ®éng ë chÕ ®é khuÕch ®¹i: JE ph©n cùc thuËn vµ JC ph©n cùc nghÞch, nghÜa lµ ®èi víi BJT lo¹i npn th× ph¶i tho¶ m·n VBE>0 vµ VCB>0 , ®èi víi BJT lo¹i pnp th× ng­îc l¹i. 3.2. C¸c c¸ch m¾c m¹ch cña BJT BJT cã ba cùc, tuú theo theo viÖc chän cùc nµo lµm cùc chung cho m¹ch vµo vµ m¹ch ra mµ cã ba s¬ ®å s au( ta chØ xÐt s¬ ®å d¹ng ®¬n gi¶n ho¸) 3.2.1. M¹ch CE(Common Emitter) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung. H×nh 3.4.M¹ch CE 3.2.2. M¹ch CB (Common Base) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ E, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ B, B lµ cùc chung. H×nh 3.5.M¹ch CB TÝn hiÖu ra TÝn hiÖu vµo TÝn hiÖu vµo C B E TÝn hiÖu ra Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö 3.2.3.M¹ch CC(Common Collector) TÝn hiÖu cÇn khuÕch ®¹i ®­îc ®­a vµo gi÷a cùc B vµ C, tÝn hiÖu ra ®­îc lÊy ra gi÷a cùc C vµ E, E lµ cùc chung. H×nh 3.6.M¹ch CB 3.3. §Æc tuyÕn tÜnh vµ c¸c tham sè tÜnh cña BJT §Æc tuyÕn tÜnh diÔn t¶ mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu trªn BJT. Cã bèn lo¹i ®Æc tuyÕn lµ ®Æc tuyÕn vµo, ra, truyÒn ®¹t dßng ®iÖn, håi tiÕp ®iÖn ¸p. Ta chØ xÐt ®Æc tuyÕn ra cña m¹ch CE.  C¸c tham sè giíi h¹n cña BJT Tuú theo diÖn tÝch mÆt tiÕp xóc , vËt liÖu vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o…Mçi BJT chØ cho phÐp mét dßng ®iÖn tèi ®a trªn mçi ®iÖn cùc lµ I Emax, IBmax, ICmax. Ngoµi ra trªn c¸c tiÕp xóc JE, JC cã c¸c ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp V Cbmax, VBemax, VCemax ®Ó kh«ng g©y ®¸nh thñng c¸c tiÕp xóc. TÇn sè giíi h¹n: Mçi BJT chØ lµm viÖc hiÖu qu¶ ®Õn mét tÇn sè nhÊt ®Þnh v× do ë tÇn sè cao, c¸c ®iÖn dung ë c¸c tiÕp xóc p -n t¨ng. MÆt kh¸c chuyÓn ®éng cña h¹ t dÉn qua miÒn B IB1 IB3 IB4 IB2 MiÒn ®¸nh thñngMiÒn dÉn b·o hoµ IC VCE H×nh 3.7.Hä ®Æc tuyÕn tÜnh ngâ ra cña BJT m¾c kiÓu CE IC=f(VCE) IB=const TÝn hiÖu vµo TÝn hiÖu ra Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö kh«ng thÓ coi lµ tøc thêi mµ chiÕm mét thêi gian ®¸ng kÓ so víi chu kú tÝn hiÖu nªn , bÞ gi¶m theo tÇn sè. 3.4.C¸c c¸ch ph©n cùc cho BJT VÒ nguyªn t¾c ta cÇn hai nguån ®Ó ph©n cùc thuËn J E vµ ph©n cùc nghÞch JC 3.4.1. Ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®Þnh: 3.4.1.1. Dïng mét nguånV CC §iÖn trë RB lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån VCC ®Ó ph©n cùc thuËn JE, ®iÖn trë RC lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån VCC ph©n cùc nghÞch JC, nghÜa lµ VBE>0, VCB>0. CCCCCE BC B BECC B RIVV II R VV I      H×nh 3.8. M¹ch khuÕch ®¹i dïng BJT, ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®Þnh Ta thÊy dßng IB cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi tuú thuéc vµo V CC vµ RB nªn m¹ch cã tªn lµ ph©n cùc b»ng dßng I B cè ®Þnh. C¸c gi¸ trÞ cña VCE vµ IC x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra cña BJT. Ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ. Tõ biÓu thøc VCE=VCC-ICRC ta cã IC=(-1/RC)VCE+(1/RC)VCC(1). Giao ®iÓm cña ®­êng th¼ng cã ph­¬ng tr×nh nh­ (1) víi ®­êng biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a I C vµ VCE øng víi dßng IB=(VBB-VBE)/RB trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra m¹ch EC x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q. R B V C C R c . R E IB Ic IE IB1 IB3 IB4 IB2=(VCC-VBE)/RB IC VCE H×nh 3.9. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ VCC VCC/RC Q VCEQ ICQ Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö 3.4.1.2. Dïng hai nguån CCCCCE BC BB BEBB B RIVV II R VV I      H×nh 3.10. M¹ch ph©n cùc b»ng dßng IB cè ®Þnh dïng hai nguån 3.4.2. Ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collector Håi tiÕp lµ sù ®­a tÝn hiÖu ngâ ra cña b é khuÕch ®¹i trë ng­îc l¹i ®Çu vµo. NÕu tÝn hiÖu håi tiÕp ®­a vÒ lµm gi¶m ®iÖn ¸p vµo bé khuÕch ®¹i th× gäi ®ã lµ håi tiÕp ©m. §iÖn trë RB dÉn ®iÖn ¸p tõ cùc C ®­a ng­îc vÒ cùc B. Khi nhiÖt ®é t¨ng dßng IC, IE t¨ng lµm VC gi¶m, th«ng qua ®iÖn trë R B lµm ®iÖn ¸p ph©n cùc cho cùc B lµ VBE gi¶m, lµm BJT dÉn yÕu l¹i lµm gi¶m dßng I C. §iÖn trë RB gäi lµ ®iÖn trë håi tiÕp ©m. CCCCCE BC CB BECC B RIVV II RR VV I        )1( H×nh 3.12. M¹ch ph©n cùc b»ng håi tiÕp tõ collector 3.4.3. Ph©n cùc b»ng dßng Emitter M¹ch dïng hai ®iÖn trë RB1, RB2t¹o thµnh cÇu ph©n ¸p ®Ó ph©n cùc thuËn J E, RC lÊy ®iÖn ¸p tõ nguån VCC ph©n cùc cho JC. RE lµ ®iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt ¸p dông ®Þnh lý Thevenin, ta cã s¬ ®å m¹ch t­¬ng ®­¬ng (a) R B V C C . R c RB1 VC C . Rc RERB2 R B B R c V C C . V B B Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö (b) H×nh 3.13. (a)M¹ch ph©n cùc b»ng dßng Emitter (b) M¹ch t­¬ng ®­¬ng theo ®Þnh lý Thevenin Trong®ã 21 21 2 //; BBBB BB BCC BB RRRRR RV V    EECCCCCEBC EBB BEBB B RIRIVVIIRR VV I     ;; )1(   Ta biÕt khi nhiÖt ®é t¨ng, ba tham sè cña BJT sÏ thay ®æi , ®ã lµ V BE, , IC. Trong ba kiÓu ph©n cùc trªn , kiÓu ph©n cùc b»ng ®Þnh dßng Emitter cho ta dßng IC æn ®Þnh nhÊt v× dßng I C hÇu nh­ kh«ng phô thuéc vµo  v× ICVBB/RE nÕu chän VBB>>VBE Bµi tËp : Cho s¬ ®å m¹ch nh­ h×nh 3.13a. BiÕt r»ng R B1=32k; RB2=6,8k; Rc=3k; RE =1,5k; R; =100;Vcc=15V. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh vµ biÓu diÔn nã trªn ®Æc tuyÕn ngâ ra. Gi¶i: VRRIVRIRIVV mAmAII mA R VV I V RR RV V kkkRRR ECCCCeECCCCCE BC E BEBB B BB BCC BB BBBB 6,95,4*012,015)( 2,1012,0.100 012,0 5,1*1016,5 7,06,2 )1(R 6,2 8,632 8,6*15 6.58.6//32// BB 21 2 21                  RBB Rc VCC VBB RE Ch­¬ng 3: Transistor l­ìng cùc BJT Bµi gi¶ng m«n Kü thuËt ®iÖn tö H×nh 3.14. X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc tÜnh Q theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ 15V9,6 IB1 IB3 IB4 IB2=0,012mA IC(mA) VCE(V) 15/4,5 Q 1,2