
Chương 3: Transistor lưỡng cực BJT
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× ICVBB/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