Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Kỹ thuật điện tử được biên soạn dựa theo nhiều tài liệu của những tác giả đã được xuất bản, cập nhật thông tin trên mạng sau đó chọn lọc, tổng hợp mà đặc biệt là bài giảng m
Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tửChương 3: TRANSISTOR Lưỡng cực BJT(Bipolar Junction transistor)Là một linh kiện bán dẫn có ba cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặchoạt động như một khoá đóng mở, rất thông dụng trong nghành điện tử. Nó sửdụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử và lỗ trố ng, vì vậy được xếp vào loại hai cực tính.3.1. Cấu tạo-Nguyên lý hoạt độngGồm ba lớp bán dẫn p -n-p hoặc n-p-n tạo nên. Vì vậy có hai loại BJTHình 3. 1 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại pnpHình 3. 2 . Cấu tạo và ký hiệu của BJT loại npnBJT có hai tiếp xúc p -n: tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là JC, tiếp xúc p-n giữa miền B và E gọi là JE. Nguyên lý hoạt độngHình 3 3 . Cách phân cực để BJT hoạt động ở chế độ khuếch đạiP N PCollectorBaseEmitterN P NCollectorBaseEmitterCEBCEBN P NCBEVBBVCCIEIBICICB0 Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tửBan đầu khi có nguồn VCC phân cực nghịch tiếp xúc JC thì có dòng ngượcICB0 chảy từ miền C sang B. Dòng này giống như dòng Itr trong Diod, có giá trị nhỏ.Sau đó có nguồn VBB phân cực thuận tiếp xúc JE làm cho điện tử từ miền Edễ dàng di chuyển sang miền B tạo nên dòng IE. Hầu hết các điện tử vượt qua vùngB, băng qua JC (tiếp xúc p-n giữa miền B và C gọi là JC) để đến miền C tạo nêndòng IE. Một số điện tử bị giữ lại trong miền B và chạy về cực B. Lỗ trống trongmiền B chạy về miền E tạo nên dòng IB.Nếu gọi là hệ số truyền đạt dòng điện thì ta c ó IC =IE+ICB0Ta có 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 đó được gọi là hệ sốkhuếch đại dòng điện. Nguyên tắc phân cực cho BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại:JE phân cực thuận v à JC phân cực nghịch, nghĩa là đối với BJT loại npn thì phảithoả mãn VBE>0 và VCB>0 , đối với BJT loại pnp thì ngược lại.3.2. Các cách mắc mạch của BJTBJT có ba cực, tuỳ theo theo việc chọn cực nào làm cực chung cho mạchvào và mạch ra mà có ba sơ đồ s au( ta chỉ xét sơ đồ dạng đơn giản hoá)3.2.1. Mạch CE(Common Emitter)Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra được lấyra giữa cực C và E, E là cực chung.Hình 3.4.Mạch CE3.2.2. Mạch CB (Common Base)Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra được lấyra giữa cực C và B, B là cực chung.Hình 3.5.Mạch CBTín hiệu raTín hiệu vàoTín hiệu vàoCBETín hiệu ra Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tử3.2.3.Mạch CC(Common Collector)Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và C, tín hiệu ra được lấyra giữa cực C và E, E là cực chung.Hình 3.6.Mạch CB3.3. Đặc tuyến tĩnh và các tham số tĩnh của BJTĐặc tuyến tĩnh diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp một chiềutrên BJT. Có bốn loại đặc tuyến là đặc tuyến vào, ra, truyền đạt dòng điện, hồi tiếpđiện áp. Ta chỉ xét đặc tuyến ra của mạch CE. Các tham số giới hạn của BJTTuỳ theo diện tích mặt tiếp xúc , vật liệu và công nghệ chế tạoMỗi BJT chỉcho phép một dòng điện tối đa trên mỗi điện cực là IEmax, IBmax, ICmax. Ngoài ra trêncác tiếp xúc JE, JC có các điện áp cực đại cho phép VCbmax, VBemax, VCemax để khônggây đánh thủng các tiếp xúc.Tần số giới hạn:Mỗi BJT chỉ làm việc hiệu quả đến một tần số nhất định vì do ở tần số cao, cácđiện dung ở các tiếp xúc p -n tăng. Mặt khác chuyển động của hạ t dẫn qua miền BIB1IB3IB4IB2Miền đánh thủngMiền dẫn bão hoàICVCEHình 3.7.Họ đặc tuyến tĩnh ngõ ra của BJT mắc kiểu CEIC=f(VCE) IB=constTín hiệu vàoTín hiệu ra Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tửkhông thể coi là tức thời mà chiếm một thời gian đáng kể so với chu kỳ tín hiệunên , bị giảm theo tần số.3.4.Các cách phân cực cho BJTVề nguyên tắc ta cần hai nguồn để phân cực thuận JE và phân cực nghịch JC3.4.1. Phân cực bằng dòn g IB cố định:3.4.1.1. Dùng một nguồnVCCĐiện trở RB lấy điện áp từ nguồn VCC để phân cực thuận JE, điện trở RClấyđiện áp từ nguồn VCC phân cực nghịch JC, nghĩa là VBE>0, VCB>0.CCCCCEBCBBECCBRIVVIIRVVIHình 3.8. Mạch khuếch đại dùng BJT, phân cực bằng dòng IB cố địnhTa thấy dòng IB có giá trị không đổi tuỳ thuộc vào VCC và RB nên mạch cótên là phân cực bằng dòng IB cố định.Các giá trị của VCE và IC xác định vị trí điểm làm việc tĩnh Q trên đặc tuyếnngõ ra của BJT.Ta cũng có thể xác định điể m làm việc tĩnh Q theo phương pháp đồ thị.Từ biểu thức VCE=VCC-ICRC ta có IC=(-1/RC)VCE+(1/RC)VCC(1). Giao điểmcủa đường thẳng có phương trình như (1) với đường biểu diễn mối quan hệ giữa ICvà VCE ứng với dòng IB=(VBB-VBE)/RB trên đặc tuyến ngõ ra mạc h EC xác định vịtrí của điểm làm việc tĩnh Q.RBVCCRc.REIBIcIEIB1IB3IB4IB2=(VCC-VBE)/RBICVCEHình 3.9. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phương pháp đồ thịVCCVCC/RCQVCEQICQ Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tử3.4.1.2. Dùng hai nguồnCCCCCEBCBBBEBBBRIVVIIRVVIHình 3.10. Mạch phân cực bằng dòng IB cố định dùng hai nguồn3.4.2. Phân cực bằng hồi tiếp từ collectorHồi tiếp là sự đưa tín hiệu ngõ ra của b ộ khuếch đại trở ngược lại đầu vào.Nếu tín hiệu hồi tiếp đưa về làm giảm điện áp vào bộ khuếch đại thì gọi đó là hồitiếp âm.Điện trở RB dẫn điện áp từ cực C đưa ngược về cực B. Khi nhiệt độ tăngdòng IC, IE tăng làm VC giảm, thông qua điện trở RB làm điện áp phân cực cho cựcB là VBE giảm, làm BJT dẫn yếu lại làm giảm dòng IC. Điện trở RB gọi là điện trởhồi tiếp âm.CCCCCEBCCBBECCBRIVVIIRRVVI)1(Hình 3.12. Mạch phân cực bằng hồi tiếp từ collector3.4.3. Phân cực bằng dòng EmitterMạch dùng hai điện trở RB1, RB2tạo thành cầu phân áp để phân cực thuận JE,RC lấy điện áp từ nguồn VCC phân cực cho JC. RE là điện trở ổn định nhiệtáp dụng định lý Thevenin, ta có sơ đồ mạch tương đương(a)R BV C C.R cRB1VCC.RcRERB2R B BR cV C C.V B B Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tử(b)Hình 3.13.(a)Mạch phân cực bằng dòng Emitter (b) Mạch tương đương theo định lý TheveninTrongđó21212//;BBBBBBBCCBBRRRRRRVV EECCCCCEBCEBBBEBBBRIRIVVIIRRVVI ;;)1(Ta biết khi nhiệt độ tăng, ba tham số của BJT sẽ thay đổi , đó là VBE, , IC.Trong ba kiểu phân cực trên , kiểu phân cực bằng định dòn g Emitter cho ta dòng ICổn định nhất vì dòng IC hầu như không phụ thuộc vào vì ICVBB/RE nếu chọnVBB>>VBEBài tập :Cho sơ đồ mạch như hình 3.13a. Biết rằng RB1=32k; RB2=6,8k; Rc=3k;RE =1,5k; R; =100;Vcc=15V. Xác định điểm làm việc tĩnh và biểu diễn nó trênđặc tuyến ngõ ra.Giải:VRRIVRIRIVVmAmAIImARVVIVRRRVVkkkRRRECCCCeECCCCCEBCEBEBBBBBBCCBBBBBB6,95,4*012,015)(2,1012,0.100012,05,1*1016,57,06,2)1(R6,28,6328,6*156.58.6//32//BB21221RBBRcVCCVBBRE Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tửHình 3.14. Xác định điểm làm việc tĩnh Q theo phương pháp đồ thị15V9,6IB1IB3IB4IB2=0,012mAIC(mA)VCE(V)15/4,5Q1,2 . ra.Giải:VRRIVRIRIVVmAmAIImARVVIVRRRVVkkkRRRECCCCeECCCCCEBCEBEBBBBBBCCBBBBBB6,95,4*012,015)(2,1012,0.100012,05,1*1016,57,06,2)1(R6,28, 632 8,6*156.58.6/ /32 //BB21221RBBRcVCCVBBRE Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện tửHình 3. 14. Xác định điểm làm. raTín hiệu vàoTín hiệu vàoCBETín hiệu ra Chương 3: Transistor lưỡng cực BJTBài giảng môn Kỹ thuật điện t 3 .2 .3. Mạch CC(Common Collector)Tín hiệu cần khuếch