Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT

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