Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Transitor
VI.1 Phân cực ổn định cực phát
Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định,
nhưng ở cực emitter được mắc thêm một
điện trở RE xuống mass. Cách tính phân
cực cũng có các bước giống như ở mạch
phân cực cố định.
Mạch ngõ vào BE
47 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 19/03/2022 | Lượt xem: 225 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Transitor, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nhập môn Điện tử
Chương 5
Transitor
1
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
I. Tổng quan về transitor
Transistor là một thiết bị đa cực có khả năng:
+ Tăng (khuếch đại) dòng
+ Tăng (khuếch đại) áp
+ Tăng (khuếch đại) tín hiệu – công suất
Transistor lưỡng cực BJT (BJT- Bipolar Junction Transistor) là transistor
thế hệ đầu tiên được phát minh năm 1947 bởi Bardeen, Brattain và
Shockley.
2
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
I. Tổng quan về transitor
Lịch sử phát triển của transistor
3
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
I. Tổng quan về transitor
Logic
Transistors nu
Name Signification Year gates number[
mber[19]
20]
small-scale
SSI 1964 1 to 10 1 to 12
integration
medium-scale
MSI 1968 10 to 500 13 to 99
integration
large-scale
LSI 1971 500 to 20,000 100 to 9,999
integration
very large-scale 20,000 to 10,000 to
VLSI 1980
integration 1,000,000 99,999
ultra-large-
1,000,000 and 100,000 and
ULSI scale 1984
more more
integration
4
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor
0.150 in 0.150 in
0.001 in 0.001 in
E C E C
P n P n p n
B B
BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ các lớp bán dẫn p và
n xen kẽ nhau.
Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là : vùng Phát (Emitter - E) ;
Nền (Base - B) và Thu (Collector - C) .
5
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor
Mối nối pn giữa vùng nền và vùng thu được gọi là mối nối nền-thu
(BC) . Tương tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền
phát (BE).
6
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor
II.1 Cấu trúc của transitor
Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực Emitter
và Base có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n.
7
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Transistor BJT có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tuỳ thuộc vào
cách phân cực các mối nối BE và CB.
Chế độ BE CB
Ngưng dẫn Phân cực nghịch Phân cực nghịch
Tích cực Phân cực thuận Phân cực nghịch
Bão hoà Phân cực thuận Phân cực thuận
Trong các mạch khuếch đại tuyến tính chế độ tích cực thường sử dụng
8
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Chế độ tích cực ở transistor
9
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Xét hoạt động của transitior npn ở chế độ tích cực
10
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Xét hoạt động của transitior npn
Khi mối nối B-E được phân cực thuận, vùng nghèo giữa lớp tiếp
xúc p-n được thu hẹp lại, và do đó các electron (hạt mang điện đa
số) khuếch tán dễ dàng từ n sang p
11
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Đồng thời dưới tác dụng của hiệu điện thế VBE , các lỗ trống di
chuyển từ lớp p sang lớp n tạo thành dòng IB
12
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Khi mối nối B-C được phân cực nghịch, không có dòng tải đa số
(dòng các electron) từ n sang p, nhưng theo chiều ngược lại, dưới tác
dụng của nguồn VCB , có dòng các electron đi từ p sang n
13
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực
âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành
dòng cực thu IC .
14
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực
âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành
dòng cực thu IC .
15
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT
• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong Transistor
IIIEBC
16
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
III. Các thông số của BJT
Hệ số α
Hệ số αdc được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu C so với dòng DC
qua cực phát E:
Hệ số αdc có giá trị trong khoảng từ 0.90 đến 0.998
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số αac được định nghĩa
17
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
III. Các thông số của BJT
Hệ số β
Hệ số βdc được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng
DC qua cực thu C so với dòng DC qua cực nền B . Ta có:
Hệ số βdc còn được gọi là hFE là thông số của transistor trong mạch
tương đương tính theo thông số h, thường được áp dụng khi thiết kế các
mạch khuếch đại dùng transistor. Giá trị của hệ số βdc trong phạm vi từ
20 đến 200 hay lớn hơn.
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số βac được định nghĩa
Công suất tiêu tán cực đại:
18
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
III. Các thông số của BJT
Tóm tắt
19
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
III. Các thông số của BJT
Ví dụ:
Cho mạch phân cực transistor như hình
vẽ. Biết transistor có hệ số βdc =150.
Xác định các dòng điện IC, IB , IE và
các áp VCE , VCB
Giải:
Áp dụng định luật Kirchhoff
VVBB BE
IB 0,43 mA
RB
IC DC. I B 64,5 mA
IECB I I 64,93 mA
VVRIVCE CC . C 3,55
VVVVCB CE BE 2,85
20
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.Các kiểu mắc transistor - Đặc tuyến Volt- Ampere
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)
Mạch B
chung là
mạch mà
trong đó cực
B có điểm
chung với cả
cổng vào và
cổng ra của
mạch. Cực B
là cực được
nối đất hoặc
gần thế nối
đất nhất.
21
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)
Họ đặc tuyến ngõ vào
22
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base)
Trong kiểu mắc B
chung:
- Tín hiệu vào E so với
B, tín hiệu ra C so với
B.
- Pha giữa tín hiệu vào
và ra: cùng pha.
Họ đặc tuyến ngõ ra
23
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)
Mạch E chung là mạch mà trong đó cực E có điểm chung với cả
cổng vào và cổng ra của mạch. Cực E là cực được nối đất hoặc
gần thế nối đất nhất.
24
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)
Họ đặc tuyến ngõ vào
25
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter)
*Trong kiểu mắc
E chung:
- Tín hiệu vào B
so với E, tín hiệu
ra C so với E.
- Pha giữa tín
hiệu vào và ra:
đảo pha.
Họ đặc tuyến ngõ ra
26
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector)
Mạch C chung là
mạch mà trong đó
cực C có điểm
chung với cả cổng
vào và cổng ra của
mạch. Cực C là cực
được nối đất hoặc
gần thế nối đất
nhất.
27
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector)
V
V V
0
0 0
4
2 3
=
= =
C
C C
E
IB(μA) E E
U
U U
150
A
E
B V UOut 100
A
C
UIn V 50
CC
0
-3 -4.5 -6 VBC (V)
Họ đặc tuyến ngõ vào
28
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector)
IE(mA) *Trong kiểu mắc
IB=100μA
10 C chung:
- Tín hiệu vào B
IB=80μA so với C, tín hiệu
8
ra E so với C.
IB=60μA - Pha giữa tín
6 hiệu vào và ra:
cùng pha.
IB=40μA
4
IB=20μA
2
0 2 4 6 8 10 UEC(V)
Họ đặc tuyến ngõ ra
29
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
V. Đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line)
Đường tải một chiều là đường thẳng
IC(mA)
đựợc vẽ trên đặc tuyến ra qua 2 bão hòa
điểm xác định sau: N
IB(μA)
• Điểm ngưng, IC = 0
Q
VCE= VCC (Điểm M)
ICQ
• Điểm bão hòa: VCE = 0
IC = VCC/ RC (Điểm N)
nối 2 điểm M và N lại ta có được ngưng
đường lấy điện.
Phương trình đường tải một chiều: VCE(V)
V =I R +V
CC C C CE 0 V M
Hay CEQ
VV
I CC CE
C R
C
30
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
V. Đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line)
Vai trò của đường tải một chiều
• Phân giải mạch Transistor.
• Xác định điểm tĩnh điều hành Q.
• Cho biết trạng thái hoạt động của transistor ( tác động, bão hoà,
ngưng).
• Mạch khuếch đại có tuyến tính hay không.
• Thiết kế mạch khuếch đại theo ý định ( chọn trước điểm tĩnh Q,
tính các trị số linh kiện).
31
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line)
Điểm tĩnh điều hành Q
Giao điểm đường lấy điện và đường phân cực IB chọn trước cho ta trị số
điểm tĩnh Q (quiesent operating point).
Độ lợi dòng điện thay đổi theo vị trí điểm tĩnh điều hành Q.
Điểm tĩnh điều hành Q thay đổi vị trí theo điện thế phân cực transistor
và còn thay đổi theo tín hiệu xoay chiều ( AC) tác động vào mạch .
32
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line)
Điểm tĩnh điều hành Q
33
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line)
Điểm tĩnh điều hành Q
Ví dụ: Tìm điểm Q cho mạch như hình vẽ và vẽ đường tải 1
chiều. Cho =200
34
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI. Phân cực transistor
BJT có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử, tùy theo
từng ứng dụng cụ thể mà BJT cần cung cấp điện thế và dòng điện
cho từng chân một cách thích hợp. Phân cực (định thiên) là áp đặt
hiệu điện thế cho các cực BJT. Phân cực BJT là chọn nguồn điện
DC và điện trở sao cho IB , IC , VCE có trị số thích hợp theo yêu cầu
hoạt động của BJT theo các vùng hoạt động của transistor.
35
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI. Phân cực transistor
Phương pháp chung để phân giải mạch phân cực gồm ba bước:
Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào (IB
hoặc IE).
Bước 2: Suy ra dòng điện ngõ ra từ các liên hệ IC=βIB hay IC=αIE
Bước 3: Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn lại (điện thế
tại các chân, giữa các chân của BJT...)
36
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực cố định (Fixed – Bias)
Mạch ngõ vào BE (Base-Emitter):
VRIV
CC B B BE
=>
VV
I CC BE
B R
B
Với VBE = 0.7V nếu BJT là Si
và VBE = 0.3V nếu là Ge.
Suy ra : IC=βIB
37
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực cố định (Fixed – Bias)
Mạch ngõ ra BC (Collector-Base):
VRIVCC C C CE
Hay
VVRICE CC C C
VVCC CE
=> IC
RC
Đây là phương trình đường tải một chiều
Dòng cực thu bão hoà:
VCC
ICsat
RC
38
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực cố định của BJT (Fixed – Bias)
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE
ĐS
IBCE47,08 A , I 2,35 mA , I 2,397 mA
VVCE 4,245
39
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực ổn định cực phát
Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định,
nhưng ở cực emitter được mắc thêm một
điện trở RE xuống mass. Cách tính phân
cực cũng có các bước giống như ở mạch
phân cực cố định.
Mạch ngõ vào BE
VRIVRICC B B BE E E
Thay: II1
EB
=> VVCC BE
IB
RRBE1
Suy ra : IC=βIB
40
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực ổn định cực phát
Mạch ngõ ra BC (Collector-Base):
VRIVRICC C C CE E E
Dòng điện cực thu bảo hòa ICsat
VCC
ICsat
RRCE
41
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.1 Phân cực ổn định cực phát
Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE
63
ĐS IAIABC36,35.10 , 3,635.10
3
IAVVE3,671.10 , CE 9
42
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.3 Phân cực bằng cầu chia thế
Mạch ngõ vào BE
VVVVIB BE E BE E.R E
Hay
R2.VCC
VB
()RR12
Mạch ngõ ra BC:
VIRVVCC C C CE E
Dòng điện cực thu bảo hòa ICsat
VCC
ICsat
RRCE
43
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.3 Phân cực bằng cầu chia thế
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết
VBE =0,7V, IE ≃ IC
3
ĐS VVVVIIABECE2 , 1,3 , ; 0,867.10
VVVVC13,33 , CE 12,03
44
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế
Mạch ngõ vào BE
VIIRIRVCC C B C B B BE
Thay: IC=βIB
VVCC BE
IB
RRBC 1
Mạch ngõ ra CE
VIIRVCC C B C CE
45
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
I.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế
Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết
VBE =0,7V
Giải
Mạch ngõ vào BE
VIIRIRVCC C B C B B BE
Thay: IC=βIB
VVCC BE
IB
RRBC 1
Mạch ngõ ra CE
VIIRVCC C B C CE
46
Chương 5: Transitor
Nhập môn Điện tử
VI.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế
Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết
VBE =0,7V
47
Chương 5: Transitor
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_nhap_mon_dien_tu_chuong_5_transitor.pdf