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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
5
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
1) Cấu tạo
• Có hai loại BJT: NPN và PNP
8
JCJC
JEJE
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Hình dạng một số BJT
9
• Transistor vỏ nhựa dùng trong
các ứng dụng tổng quát với tín
hiệu có biên độ nhỏ.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Hình dạng một số BJT
10
• Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tổng quát
với tín hiệu có biên độ nhỏ
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Hình dạng một số BJT
11
• Cấu tạo của Transistor package, nhiều transistor chứa
trong cùng một vỏ
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Hình dạng một số BJT
12
• Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn
(Transistor công suất).
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Hình dạng một số BJT
13
• Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF
transistors)
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
14
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
2) Nguyên tắc hoạt động
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
2) Nguyên tắc hoạt động
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
2) Nguyên tắc hoạt động
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.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
19
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.2) Sơ đồ B chung:
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3) Ba sơ đồ kết nối cơ bản3.2) Sơ đồ B chung:
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
29
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4. Phân cực cho BJT
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
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4. Phân cực cho BJT
31
b) Phân cực kiểu định dòng base và điện trở Re
CQ BQI I ( )CEQ CC CQ C EV V I R R =>=>
Điểm tĩnh Q(VCEQ, ICQ)
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
4.1. Tính toán phân cực
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4. Phân cực cho BJT
32
c) Phân cực kiểu phân áp
CQ BQI I
( R )CEQ CC CQ C EV V I R =>
=>
Điểm tĩnh Q(VCEQ, ICQ)
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
4.1. Tính toán phân cực
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
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.
33