Bài giảng Kỹ thuật điện tử C - Chương 3: Transistor lưỡng cực - Lê Thị Kim Anh

Chương 3 Cấutạovàhìnhdáng TRANSISTOR LƯỠNG CỰC E C (Bipolar Junction Transistor-BJT) n+ p n 3.1 Giớithiệu B BJT là mộtloạilinhkiện bán dẫn3 cựccó E C khả năng khuếch đạitínhiệuhoặchoạt động p+ n p như mộtkhóađóng mở, rất thông dụng trong B ngành điệntử. Hình dáng BJT E: Emitter C: Collector Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh B: Base GV: Lê Thị Kim Anh Ký hiệucủaBJT 3. 2 Chế độ làm việccủaBJT E C E C C n+ p n B Tùy theo cách phân cực cho transistor B mà transistor sẽ có các chếđộlàm việc B E khác nhau. Transistor có 3 chếđộlàm BJT loạiNPN C việccơ bản: B E C EC p+ n p - Chế độ khuếch đại. E B B - Chế độ khóa. BJT loạiPNP - Chế độ dẫnbảo hòa. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 1 Chếđộkhuếch đại: J phân cựcthuận E Chếđộkhóa (hay đóng mở): cả 2 và JC phân cựcngược. chuyểntiếpJE và JC đều được phân -JE: tiếpxúcPN giữacực phát (E) và cựcnền(B). cựcngược. -JC: tiếpxúcPN giữacựcthu(C) Chếđộdẫnbảohòa: cả 2 chuyểntiếp và cựcnền(B). JE và JC đều đượcphâncựcthuận. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh * Chế độ khuếch đại 3.3 Ba sơđồ cơ bảncủaBJT Qui ướcvề dòng trong BJT IE I 3.3.1 Mạch B chung ECC IE IC IE IC (Common Base – CB) vi RL IB IB CựcB làcực chung B cho mạch vào và ra. • NPN PNP VEE VCC VEE VCC - Dòng điện ngõ vào là dòng IE. Theo định luật Kirchhoff: IE = IC + IB - Dòng ngõ ra là dòng I . Mạch CB đơngiảnhóa IC = IC(INJ)+ ICBO ; IC(INJ): dòng hạtdẫn điqua miềnnền. C IC(INJ) - Điện áp ngõ vào là VEB. Định nghĩa thông số α : α = ⇒ IC = α IE + ICBO I E - Điện áp ngõ ra là V . IC CB Vì ICBO rất nhỏ, có thể bỏ qua : α ≈ IE Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 2 3.3.2 Mạch E chung (Common 3.3.3 Mạch C chung I (Common Colletor – CC) E Emitter – CE) IC C E IB IB CựcE làcực chung cho mạch B CựcC làcực chung cho B R R L vào và ra. L mạch vào và ra. C vi vi IE - Dòng điện ngõ vào là IC - Dòng điện ngõ vào là dòng IB. E • • dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - Dòng ngõ ra là dòng IE. Mạch CC đơngiảnhóa Mạch CE đơngiảnhóa - Điện áp ngõ vào là VBE. - Điện áp ngõ vào là VBC. - Điện áp ngõ ra là VCE. - Điện áp ngõ ra là VEC. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3.4.1 Đặc tính B chung 3.4 Đặctuyến Vôn - Ampe 3.4.1.a Họ đặctuyếnngõ vào B chung: I E = f (VBE ) VCB =const Đồ thị diễntả các mốitương quan giữa dòng điệnvàđiện áp trên BJT đượcgọilàđặctuyến Vôn-Ampe (hay đặc tuyếntĩnh). Ngườitathường phân biệt thành 4 loại đặctuyến: Đặctuyếnvào: nêu quan hệ giữa dòng điệnvàđiệnápở ngõ vào. Đặctuyếnra: quan hệ giữadòngvàápở ngõ ra. Đặctuyếntruyền đạt dòng điện: nêu sự phụ thuộccủa dòng điệnratheodòngđiện vào. Đặctuyếnhồitiếp điệnáp: nêu sự biến đổicủa điệnápngõ vào khi điện áp ngõ ra thay đổi. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3 3.4.1.b Đặctuyếnngõ ra B chung: IC = f(VCB ) IE =const 3.4.2 Đặc tính E chung 3.4.2.a Dòng ICEO và β Dòng ICEO là dòng ngượctrêntiếpxúcJC khi hở mạch ngõ vào. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh Ta có: I = α I + I ⇒αI = I -I C E CBO E C CBO 3.4.2.b Đặctuyếnngõ vào E chung: IB = f(VBE) VCE=const Chia 2 vế cho α, ta có: I I I I C − CBO = I ⇒ C − CBO = I + I α α E α α B C αI I ⇒ I = B + CBO C 1− α 1− α I Khi V hở mạch, ta có: I = I = CBO BE C CEO 1− α α Đặt: β = 1− α I ⇒ I = βI + CBO = βI + I C B 1− α B CEO Vì ICEO là rất nhỏ: IC ≈βIB (xem ICEO ≈0) Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 4 3.4.2.b Đặctuyếnngõ ra E chung: I = f (V ) 3.4.3 Đặc tính C chung C CE I B =const 3.4.3.a Họ đặctuyếnngõ vào C chung: I B = f (VCB ) VCE = const Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3.5 Phân cựcchoBJT 3.4.3.b Họ đặctuyếnngõ ra C chung: IE = f(VCE) IB =const Điểmphâncựctĩnh (điểm làm việctĩnh) Là giao điểmcủa đường tảimộtchiềuvới đặc tuyếnVôn-Ampe. Điểmlàmviệctĩnh ở ngõ vào: là giao điểm của đường tảimộtchiềuvà đặctuyến Vôn- Ampe ở ngõ vào. Điểmlàmviệctĩnh ở ngõ ra: là giao điểmcủa đường tảimộtchiềuvà đặctuyến Vôn-Ampe ở ngõ ra. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 5 3.5.1 Phân cựckiểu định dòng base IB Phương trình đường tải ở ngõ ra: Phương trình đường tải ở ngõ vào: V − V 1 VCC CC BE -V + I R + V = 0 ⇔IC = − VCE + -VCC + IB RB + VBE = 0 ⇔ IB = CC C C CE RC RC R B ⎧0.6 ÷ 0.7 (BJT _ Si ) VBE = ⎨ Điểmlàmviệctĩnh ở ngõ ra: Q(IC,VCE) ⎩0.2 ÷ 0.3 (BJT _ Ge ) Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3.5.2 Phân cựckiểu định dòng base IB và có Phương trình đường tải ở ngõ ra: thêm điệntrở RE -V + I R + V +I R = 0 Phương trình đường tải CC C C CE E E R ở ngõ vào: R I C VCE VCC B C I = − + RC IB C R IC -V + I R +V +I R = 0 VCC R + R R + R I B CC B B BE E E C E C E B VCC Cout Cout Với: IE = IC + IB C in C = (β+1)I R in B IE E R IE E VCC − VBE ⇔ IB = R B + (β + 1)R E Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 6 3.5.3 Phân cựckiểuphânáp Phương trình đường tải ở ngõ vào: RC Biến đổitương đương -VBB + IB RBB + VBE +IERE= 0 R RB1 C thành mạch Thevenin: I Với: IE = (β+1)IB B VCC B Cout R .R V B1 B2 V −V CC RBB = ⇔ I = BB BE R R + R B BB Cin B1 B2 RBB +(β+1)RE R IE E RB2 RE R B2 VBB VBB = Vcc Phương trình đường tải M R +R B1 B2 ở ngõ ra giống trường hợp định dòng IB có RE. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3.5.4 Phân cựcnhờ hồitiếptừ C 3.6 Thiếtkế mạch phân cực Ta có: Việcthiếtkế được tính toán trên các giá trị V = V –I R IE nguồncungcấp là cố định. BE CE B B RC IB =VCC -(IC+IB)RC -IBRB Từ yêu cầuvề điểm làm việctaphải xác định Vcc các giá trị điệntrở trên mạch. V − V RB I I = CC BE C Vì trên thựctế các điệntrở sẽ đượcchọntheo B R +(β+1)R B C VCE giá trị chuẩn, do đó khi chọnphảiphù hợp vớisaisố cho phép. IE IC = βIB V BE Mộtsố giá trị R chuẩn: V = V –I R CE CC E C 10, 12, 15, 18,22, 27,33, 39,43, 47,51, 56, 68, 75, 82, 91. = IBRB + VBE Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 7 Ví dụ cho thiếtkế phân cực E chung Hướng dẫn 1. - V + I R + V = 0 Một transistor silicon NPN có β tối ưu là 100, CC C C CE -V + I R + V = 0 đượcsử dụng trong mạch phân cựcCE định CC B B BE IC= β IB ; VBE = 0.7V dòng IB, vớiVCC = 12V. Điểm phân cựclàIC = 2mA và VCE = 6V. ⇒ RB = 565KΩ ; RC = 3KΩ 1. Thiếtkế mạch dùng các điệntrở chuẩn5%. ⇒ chọn 560 KΩ và 3KΩ 2. Tìm giớihạncóthể có của điểm phân cựcnếu 2. Tính lạiI theo sự thay đổicủa β từ I ứng vớiR β của transistor thay đổitừ 50 đến150 (mộtgiới C B B đã chọn. Từ đó tìm giớihạncủa điểm phân cực. hạnthường gặptrongthựctế). Giả sử là các điện trở có giá trị tối ưu. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 3.7 BJT Inverter -Khi điệnáp ở ngõ vào là 0V: BJT không dẫn BJT được ứng dụng như mộtchứcnăng đảotrạng thái. ⇒ VCE = + 5V. -Khiđiệnáp ở ngõ vào là 5V: RB và RC đượcthiếtkế sao cho BJT hoạt động ở chế Kếtluận: độ bảohòa. V in = 5V ⇒ V out = 0V. Inverter - Khi đó VCE ≈ 0 (khoảng V in = 0V ⇒ V out = 5V. 0.1V) đượcgọi là VCE sat(saturation), tương ứng: V I V − V I = I = CC I = C sat = HI BE C Csat R B C β R B Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 8 3.8 Công tắctransistor Mộtmạch Inverter dùng transistor đượcxem là mộtcôngtắc được điều khiểnbởi điệnáp ở ngõ vào. Đượcgọi là công tắc transistor. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử C GV: Lê Thị Kim Anh GV: Lê Thị Kim Anh 9