Bipolar Junction Transitor - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong3_BJT_p1.pdf · Phân tích mạch tín hiệu nh ... Transitor ghép liên tầng 6.1. ... • Cấu tạo của Transistor package,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

11

CHƢƠNG 3

Bipolar Junction

Transitor

Bùi Minh Thành

Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Tài liệu tham khảo

[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and

Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991

[2] Lê Phi Yên, Nguyên Như Anh, Lưu Phu, Ky thuât

điên tư, NXB Khoa hoc ky thuât

[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:

Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition

(2007)

[4] Slide bài giảng môn Ky thuât điên tư cô Lê Thị Kim

Anh

2


Nội dung

1. Cấu tạo

2. Nguyên tắc hoạt động.

3. Ba sơ đồ kết nối cơ bản

4. Phân cực cho BJT

4.1) Tính toán phân cực

4.2) Đường tải một chiều và đường tải xoay chiều

4.3) Dao động cực đại không méo dạng và điều kiện maxswing.

4.4) Thiết kế phân cực cho mạch.

3


Nội dung

5. Phân tích mạch tín hiệu nhỏ

5.1. Các tham số xoay chiều

5.2. Sơ đồ tương đương E chung

5.3. Sơ đồ tương đương B chung.

5.3. Sơ đồ tương đương C chung.

6. Transitor ghép liên tầng

6.1. Giới thiệu

6.2. Mạch khuếch đại ghép RC

4


Nội dung

1. Cấu tạo








5


1) Cấu tạo• BJT là một linh kiện ba cực

được tạo nên từ hai chuyển tiếp P-N

• Ba cực tương ứng:

E: Phát (Emitter), cực có nồng độ hạt dẫn cao nhất.

C: Thu (Collector), có nồng độ hạt dẫn thấp hơn.

B: Nền (Base), hẹp nhất và có nồng độ hạt dẫn thấp nhất.

6

N+ NP

E C

B

JE

JC

P+ PN

E C

B

JE

JC


1) Cấu tạo• BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên

từ ba lớp bán dẫn phân cách nhau bởi hai mốinối pn,

• Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là: vùng Phát (Emitter); Nền (Base) và Thu (Collector) .

7


1) Cấu tạo

• Có hai loại BJT: NPN và PNP

8

JCJC

JEJE


Hình dạng một số BJT

9

• Transistor vỏ nhựa dùng trong

các ứng dụng tổng quát với tín

hiệu có biên độ nhỏ.



10

• Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tổng quát

với tín hiệu có biên độ nhỏ



11

• Cấu tạo của Transistor package, nhiều transistor chứa

trong cùng một vỏ



12

• Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn

(Transistor công suất).



13

• Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF

transistors)


Nội dung

1. Cấu tạo








14


2) Nguyên tắc hoạt động

15

• Hoạt động của BJT dựa trên sự tƣơng tác của hai tiếp giáp JE

và JC

E1 (có giá trị khoảng vài V): làm cho

chuyển tiếp JE phân cực thuận

E2 có giá trị 5-20V: làm cho chuyển tiếp JC

phân cực ngược

• Khi chƣa có nguồn E1, E2: Trong

mỗi vùng nghèo của JE và JC sẽ tồn tại

một điện trường tiếp xúc Etx (NP),

tương ứng với một điện thế hàng rào Vy

RE

JE JC

N+ NP

αIE

ICBO

ICIE

B

E C

E2

E1

RC

Duy trì sự cân bằng của chuyển tiếp (giữa dòng trôi của hạt dẫn

thiểu số và dòng khuếch tán của hạt dẫn đa số), dòng tổng hợp

qua mỗi chuyển tiếp bằng 0



16

• Xét tác dụng của nguồn E2:

Chuyển tiếp JC được phân cực ngược,

vùng nghèo được mở rộng, hàng rào điện

thế Vy và điện trường tiếp xúc Etx tăng lên.

Tương tự như diode phân cực ngược, sẽ

có một dòng điện bão hòa rất nhỏ ICBO chạy

từ C B, gọi là dòng ngược collector.

• Có thêm nguồn E1:

Chuyển tiếp JE được phân cực thuận: điện thế hàng rào tại tiếp giáp JE

giảm xuống làm xuất hiện hiện tượng phun hạt dẫn: điện tử từ N+ tràn qua P

và lỗ trống từ P tràn qua miền N+ => Hình thành dòng điện IE chạy từ B->E

Do nồng độ n >>p trong cực E và miền base rất mỏng nên trong số các

điện tử phun từ N+ vào miền P, chỉ một phần nhỏ bị tái hợp còn tuyệt đại đa

số vẫn có thể khuếch tán qua miền base tới vùng nghèo JC

RE RC

JE JC

N+ NP

αIE

ICBO

ICIE

B

E C

E2

E1

+-Etx, Vy



17

Khi tới vùng nghèo JC, các điện tử này lập tức bị Etx của JC hút về phía

cực C => Hình thành dòng điện chạy từ C B có độ lớn là αIE

α = (Số lƣợng điện tử tới đƣợc cực C) / (Tổng số điện tử phát ra từ

cực E)

α: Hệ số truyền đạt dòng điện phát (0.95 – 0.99)

Vậy dòng điện tổng trong

mạch collector gồm hai

thành phần IC = αIE + ICBO

Trong miền base, số lỗ trống phun sang miền N+, gây nên sự thiếu hụt

điện tích dương, để bù lại các điện tích sẽ từ nguồn E1 chạy vào miền

base thông qua cực B => tạo nên dòng IBTa được IE = IC + IB

Trong miền base, số lỗ trống phun sang miền N+, gây nên sự thiếu hụt

điện tích dương, để bù lại các điện tích sẽ từ nguồn E1 chạy vào miền

base thông qua cực B => tạo nên dòng IBTa được IE = IC + IB



18

IC = α IE +ICBO ≈ α IE

IE = IC + IB

JE

JC

N+

N

P

αIE

ib

ICIE

B

EC

E2

E1

is

1C B BI I I

=>

Với1

: Hệ số truyền đạt dòng điện

phát

Khi BJT đã được phân cực. Thêm nguồn

tín hiệu nhỏ nguồn dòng is như hình vẽ.

Mức độ phân cực JE sẽ thay đổi theo islàm dòng điện từ E tới C cũng thay đổi

theo => iC thay đổi theo is. ib ~ is và ic = β ib

iC lớn hơn is => BJT khuếch đại tín hiệu.


Nội dung

1. Cấu tạo








19


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản

20

3.1) Sơ đồ E chung:

- Ngõ vào : B – E

- Ngõ ra: C – E

- Mạch có tính khuếch đại dòng và

áp

E2

E1

RC

RBVIN

VOUTB

E

CIC

IB


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.1) Sơ đồ E chung:

21

E2

E1

RC

RBVIN

VOUTB

E

CIC

IB

Đặc tuyến ngõ vào: IB = f(VBE) khi VCE =

const

VBE

IB(uA)

O

VCE = 5v

VCE =10v

Khi VCE tăng thì áp VCB tăng IB giảm


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.1) Sơ đồ E chung:

22

E2

E1

RC

RBVIN

VOUTB

E

CIC

IB

Đặc tuyến ngõ ra: IC = f(VCE) khi IB = const

Vùng đánh

thủng

Vùng hoạt

động (tích

cực)

Vùng bão hòa


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.2) Sơ đồ B chung:

23

- Ngõ vào : E – B

- Ngõ ra: C – B

- Mạch khuếch đại áp (RC//RL >> RE).

- Mạch có độ lợi dòng < 1 (IC ≈ IE, IL< IC ).

ICIE

B

E C

E2E1

RERC RL



24

Đặc tuyến ngõ vào: IE = f(VBE) khi VCB = const ICIE

B

E C

E2E1

RERC RL

VBE

IE(mA)

O

VCB = 10V

VCB =1V

VCB =5V



25

Đặc tuyến ngõ ra: IC = f(VCB) khi IE = const

ICIE

B

E C

E2E1

RERC RL

VCB

IC(mA)

O

IE = 3mA

IE =1mA

IE =2mA


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản

3.3) Sơ đồ C chung:

26

- Ngõ vào : B – C

- Ngõ ra: E – C

- Mạch khuếch đại dòng (IE >> IB)

- Mạch có độ lợi áp gần bằng 1

E2

E1 RE

RBVIN VOUT

G

B

E

C


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.3) Sơ đồ C chung:

27

E2

E1 RE

RBVIN VOUT

G

B

E

C

Đặc tuyến ngõ vào: IB = f(VCB) khi VCE =

const

Ta có VCE = VCB + VBE mà VBE = Vy = const

VCB

IB(uA)

O

VCE = 10V

15V10V

VCE = 15V


3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.3) Sơ đồ C chung:

28

E2

E1 RE

RBVIN VOUT

G

B

E

C

Đặc tuyến ngõ ra: IE = f(VCE) khi IB = const

Có dạng giống đặc tuyến ngõ ra: IC = f(VCE)

khi IB = const ở sơ đồ E chung.


Nội dung

1. Cấu tạo








29



30

a) Phân cực kiểu định dòng base

Rc

0

Q22N1069

Vcc

Rb

IB

IC

CC

BQ

b

V VI

R

CQ BQI I

CEQ CC CQ CV V I R

=>

=>

Điểm tĩnh Q(VCEQ, ICQ)

4.1. Tính toán phân cực



31

b) Phân cực kiểu định dòng base và điện trở Re

CQ BQI I ( )CEQ CC CQ C EV V I R R =>=>


IB

IC

0

Rb

Q22N1069

Re

Rc

Vcc

Vbe

Vbe = Vcc – IB.Rb – IE.Re

Re có tác dụng ổn định điểm tĩnh Q khi nhiệt độ thay đổi

(ổn định nhiệt)

Khi to tăng -> IB tăng -> IE tăng -> Vbe giảm -> IB giảm -> IEgiảm => ổn định điểm Q

Khi to giảm -> IB giảm -> IE giảm -> Vbe tăng -> IB tăng -> IEtăng => ổn định điểm Q

eR

CC

BQ

b

V VI

R




32

c) Phân cực kiểu phân áp

CQ BQI I

( R )CEQ CC CQ C EV V I R =>

=>


eR

bb

BQ

bb

V VI

R

0

R1

Q22N1069

R2

Re

Rc

Vcc

Vbb

=>

Rb

Vbb

Vcc

0

Q22N1069

Rc

Re

Rbb = R1// R2

. 1

1 2

CCbb

V RV

R R



Nội dung

1. Cấu tạo








33

Documents

Bipolar Junction Transitor - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong3_BJT_p1.pdf · Phân tích mạch tín hiệu nh ... Transitor ghép liên tầng 6.1. ... • Cấu tạo của Transistor package,