Đang tải... (xem toàn văn)
giao trinh linh kien dien tu
Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Chương TRANSISTOR MỐI NỐI LƯỢNG CỰC (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR = BJT) 4.1 Cấu tạo – ký hiệu C C P N B C B B PNP P E E E Hình 4.1.Cấu tạo ký hiệu BJT loại PNP C C C N B B P N B E E E Hình 4.1.Cấu tạo ký hiệu BJT loại NPN Transistor mối nối lưỡng cực linh kiện bán dẫn tạo thành từ hai mối nối P-N, có vùng chung gọi vùng Tùy theo xếp vùng bán dẫn mà ta có hai loại BJT: NPN, PNP Ba vùng bán dẫn tiếp xúc kim loại nối dây thành ba cực: Cực nền: B (Base) Cực thu: C (Collector) Cực phát: E (Emitter) Trong thực tế, vùng hẹp so với hai vùng Vùng thu C vùng phát E có chất bán dẫn khác kích thước nồng độ tạp chất nên hoán đổi vị trí cho 45 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực 4.2 Nguyên lý hoạt động IE IC e RE Rc IB e - e + - - + VEE Vcc Hình 4.3 Mối nối P-N cực cực phát phân cực thuận nguồn VEE Mối nối P-N thu phân cực nghịch nguồn VCC Điện tử từ cực âm nguồn VEE di chuyển vào vùng phát qua vùng nền, trở cực dương nguồn VEE vì: + Vùng hẹp so với hai vùng +Nguồn VCC>> VEE đa số điện tử bị hấp dẫn Do đó, số lượng điện tử từ vùng vào vùng thu tới cực dương nguồn Vcc nhiều so với số lượng điện tử từ vùng tới cực dương nguồn V EE Sự dịch chuyển điện tử tạo thành dòng điện: Dòng vào cực B gọi dòng IB Dòng vào cực C gọi dòng IC Dòng từ cực E gọi dòng IE 4.3 Hệ thức liên quan dòng điện R R C E IC V EE IB IE VEE 46 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Hình 4.4 Sự dịch chuyển điện tử cho thấy: IE = IB+IC (1) IC = IE (2) Hệ số gần Thế (2) vào (1) ta IC = IB + IC α IC( IC 1) = IB 1 α = IB α IC = IB 1 Đặt = 1 (3) Vậy thường vài chục đến vài trăm IC = .IB (4) gọi hệ số khuếch đại dòng Kết hợp (1) (4) ta hệ thức thường dùng : IE = IB + IC IC = .IB (5) mối nối P-N - thu phân cực nghịch có dòng rỉ (như diode phân cực nghịch) gọi ICB0 nhỏ (cỡ A) Dòng thu toàn thể là: IC = IE + ICB0 (6) Trong lúc hệ thức (1) (3) áp dụng: Thế (6) vào (1) : I C I CB0 IB IC α I CB0 1 α IC IB α α IC = I α I B CB0 1 α 1 α 47 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực IC = IB + I CB0 (7) 1 α Khi bỏ qua dòng điện rỉ ICB0 phương trình (7) trở thành phương trình (4) 4.4 Các cách mắc 4.4.1 Mạch cực phaùt chung Common Emitter CE Rc mas s AC Vo Vi + V cc + V bb Hình 4.5 4.4.2 Mạch cực chung Common Base C B Vi Vo Rc + V bb + V cc mas s AC Hình 4.6 4.4.3 Mạch cực thu chung Common Collector CC 48 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Vi Vo + + V bb V cc Re Hình 4.7 CE: tín hiệu vào B so với E, tín hiệu C so với E Pha tín hiệu vào : đảo pha CB : tín hiệu vào E so với B, tín hiệu C so với B Pha tín hiệu vào : pha CC: tín hiệu vào B so với C , tín hiệu E so với C Pha tín hiệu vào ra: pha 4.5 Đặc tuyến BJT Xét mạch sau: Ic Rb Rc C B Ib + E + V cc V bb Hình 4.8 Mạch khảo sát đặc tuyến BJT 4.5.1 Đặc tuyến ngõ vào IB (VBE) 49 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Đặc tuyến IB (VBE) có dạng giống đặc tuyến diode, sau điện VBE tăng đến trị số điện ngưỡng V bắt đầu có dòng IB dòng IB tăng theo hàm số mũ dòng ID diode IB VBE V Hình 4.9 Đặc tuyến ngõ vào BJT 4.5.2 Đặc tuyến truyền dẫn IC (VBE) Đặc tuyến truyền dẫn IC(VBE) có dạng giống đặc tuyến IB (VBE) dòng IC có trị số lớn IB nhiều lần IC =IB 4.5.3 Đặc tuyến ngõ IC(VCE) Nguồn VBB phân cực thuận nối - phát để tạo dòng IB Khi điện phân cực VBE < V có dòng IB = IC = Nguồn VCC lớn làm cho cực thu dương so với phát để cấp dòng IC Thay đổi VBB để IB có trị số đó, dùng máy đo, giả sử đo IB=15A Lúc giữ cố định IB cách không đổi VBB, thay đổi VCC VCE thay đổi, đo dòng IC tương ứng với VCE thay đổi Ban đầu IC tăng nhanh theo VCE, đến giá trị cỡ IC=IB IC gần không tăng hiệu VCE tăng nhiều Muốn IC tăng cao phải tăng VBB để có IB tăng cao hơn, tiếp tục thay đổi VCC để đo IC tương ứng, ta thấy lúc đầu IC tăng nhanh đến giá trị bão hoà IC = IB, IC gần không tăng VCE tăng sau: Khảo sát tương tự IC(VCE) giá trị IB khác ta có họ đặc tuyến nhö Ic (mA) IB = 60A IB = 45A IB = 30A IB = 15A 50 IB= A VCE (v) Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Hình 4.10 Họ đặc tuyến ngõ BJT 4.6 Hình dạng C 828 H 1061 Hình 4.11 Hình dạng loại transistor 4.7 Phân cực BJT BJT có nhiều ứng dụng thiết bị điện tử, tuỳ theo ứng dụng cụ thể mà BJT cần phải cung cấp điện dòng điện cho chân cách thích hợp Phân cực (định thiên) BJT chọn nguồn điện điện trở cho IB, IC, VCE có trị số thích hợp theo yêu cầu 4.7.1 Phân cực dùng nguồn riêng Điều kiện dẫn điện BJT: Mối nối P-N B E phân cực thuận, VBE = V Mối nối P-N B C phân cực nghịch NPN: VBE = 0,6 V(Si) VBE = 0,2V (Ge) 1 VCE VCC VCC 3 PNP: VEB = 0,6V (Si) VEB = 0,2 V (Ge) 1 VEC VCC VCC 3 Xét mạch hình vẽ: VCC = 18V 51 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực VBB = 3,6V VBE = 0,6V RC IC RB = 50K RB RC = 2K = 80 B IB C E + + VCC IE VBB Hình 4.12 Mạch phân cực dùng hai nguồn riêng cực E nối masse Với mạch hình trên, dùng BJT loại Si, NPN mắc theo kiểu cực phát chung (CE), nguồn VBB phân cực thuận mối nối P-N B –E Nguồn Vcc tạo điện VC > VE để có dòng IC, VCC kết hợp với VBB phân cực nghịch mối nối P-N B C Mạch thiết kế sẵn, tính thông số IB, IC, VCE để xác định vùng làm việc BJT theo thiết kế Ta có: IB = IB = VBB VBE RB 3,6 0,6 60(μA) 50K IC= 80 60 =4800(A) = 4,8(mA) VCE = VCC - IC.RC VCE = 18 –4,8 2k = 18 – 9,6 = 8,4 (V) Điểm phân cực Q Ba thông số IB, IC, VCE xác định điểm phân cực Q đặc tuyến ngõ ra, hay điểm phân cực Q có toạ độ IB, IC, VCE Điểm phân cực Q gọi điểm hoạt động tónh (quiesent operating point ) hay điểm làm việc trạng thái tĩnh IC (mA) IB = 90A 9,0 IB = 75A 4,8 Q 52 IB = 60A IB = 30A IB= µA Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Giả sử BJT có đặc tính ngõ hình vẽ Điểm đặc tuyến ngõ Q có toạ độ IB = 60A; IC = 4,8mA; VCE = 8,4V điểm phân cực Đường tải tónh (static load line) Đối với RC không đổi IC thay đổi theo hiệu điện VCE biểu thức: IC = VCC VCE RC Để phù hợp với phương trình toán học với IC hàm số, VCE biến số ta viết lại biểu thức sau: IC = - VCE VCC RC RC : Phương trình đường tải tónh Theo phương trình đường tải tónh, ta thấy có dạng đường thẳng (phương trình bậc y = ax+b) Muốn vẽ đường thẳng, ta phải tìm hai điểm đặc biệt Điểm nằm trục biến số VCE có giá trị hàm IC = IC = VCE = VCC = 18(V) Điểm nằm trục hàm số IC có giá trị biến số VCE = VCE = IC = VCC 18 = = 9(mA) 2k RC Vậy đường tải tónh đường thẳng qua điểm VCE = 18V trục biến số, điểm IC = 9mA trục hàm số dó nhiên qua điểm hoạt động tónh Q Ýù nghóa: Đường tải tónh q tích điểm phân cực Q Khi phân cực mạnh điểm Q chạy lên phía Khi phân cực yếu điểm Q chạy xuống phía Khi BJT làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu biên độ nhỏ phân cực cho điểm Q nằm khoảng đường tải tónh thích hợp Xác định điện cực cuûa BJT: VE = 0V VB = VE +VBE = 0,6 V VC = VCC – ICRC = 18 – 4,8 2k = 18 –9,6 = 8,4 (V) Trường hợp có thêm điện trở RE: 53 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực IC RC RB C B + IB E + RE VBB VCC IE Hìmh 4.14.Mạch phân cực BJT dạng dùng hai nguồn Tọa độ điểm phân cực Q IB = VBB VBE R B βR E IC = IB VCE = VCC – IC(RC+RE) Phương trình đường tải tónh: IC = VCE VCC RC RE RC RE Vẽ đường tải tónh IC = VCE =VCC VCE = IC = VCC RC RE Đường tải tónh đường thẳng qua điểm: A( 0, VCC ) ; B (Vcc, 0) RC RE 54 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Xác định điện cực BJT: VE = IE RE VB = VE +VBE VC = VCC – IC.R hay VC = VE +VCE 4.7.2 Phân cực dùng nguồn nhất: a.Dùng điện trở giảm áp RB RC RB B C E + VCC RE Hình 4.15 Mạch phân cực BJT dùng điện trở giảm áp Toạ độ điểm phân cực: IB = VCC VBE R B βR E IC = IB VCE = VCC – IC (RC +RE) Phương trình đường tải tónh: IC = - VCE VCC RC RE RC RE Xác định điện cực BJT: VE = IERE VB = VE +VBE VC = VCC – ICRC b Duøng điện trở hồi tiếp điện áp Ic Rc Rb Ib C 55 B + E V cc Ie Re Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Hình 4.16 Mạch phân cực BJT dùng điện trở hồi tiếp áp Toạ độ điểm phân cực : IB = Q VCC VBE RB β( RC RE ) IC = IB VCE = VCC – IC (RC +RE) Phương trình đường tải tónh: IC = - VCE VCC RC RE RC RE Xác định điện cực BJT: VE = IERE VB = VE +VBE VC= VCC – ICRC = VE+VCE RC c Dùng cầu phân C RB1 RB RC B C EE RB2 IC C C B + B IB + VCC E + B RE RE IE E VBB E Hình 4.17 Cách tính tương tự trường hợp phân cực BJT dạng dùng nguồn riêng biệt có RE Với: 56 VCC C Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực VBB RB RB VCC RB R B RB RB RB RB 4.8 Mạch tương đương dùng tham số h BJT Để khảo sát mạch cần trình bày mô hình mạch tương đương Mô hình xuất phát từ hệ thức toán học Chúng thường trình bày dạng nguồn dòng nguồn điện thế, tham số hỗn hợp (hydrid) (tham số h) Ý nghóa tham số: Vi h ie = tổng trở vào i i (V0 0) hie =rb +re i0 = hfe = : hệ số khuếch đại dòng ii i0 = hre = : tổng dẫn roe v (i i 0) Vi = hre : hệ số hồi tiếp điện áp V0 (i i 0) Tham số hỗ dẫn : gm = i0 ii V = 0 (ảnh hưởng điện áp vào dòng ra) *áp dụng cho mạch CE: gm = h fe h ie Mạch tương đương dùng tham số h BJT: Rb hfe Re Roc 57 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Hình 4.18 Giữa B E mối nối P – N phân cực thuận nên điện trở tín 26 hiệu xoay chiều tức điện trở động re = Nếu xem dòng ib chạy khắp i c (mA ) mạch ngõ vào phải re = re Giữa cực thu phân cực nghịch nên điện trở động lớn, để đơn giản ta xem hở mạch B C Trong mô hình xác người ta thêm điện trở lớn mắc B C Giữa E C hai diode mắc ngược B C Giữa E C hai diode mắc ngược nên điện trở động lớn roe thường 100k trở lên nên hầu hết trường hợp bỏ Mô hình đơn giản BJT: B C hie hfe E Hình 4.19 58 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực BÀI TẬP Xem sơ đồ sau, sơ đồ diode phân cực thuận: VCC R1 R2 D R1 < R2 a) V CC =12 v 10 K 22 K D 4K 15 K b) Nêu cách chỉnh Q1 chạy mạnh, yếu trường hợp sau: +Vcc a) RC RB1 B C E RB2 RE 59 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực b) +Vcc RC BB B C E R RE Cho mạch hình vẽ RC IC C RB B + IB E + IE VBB với Vcc =12V; =100; VCC VBB =3V; RC =3k; VBE =0,6V; RB =120k a Xác định toạ độ điển phân cực Q b Viết phương trình đường tải tónh,vẽ đường tải tónh c Xác định điện cực BJT Cho mạch hình tập số , với Vcc =18V, VBB =3,6 V, VBE =0,6V; =80; RC =2k; RB =50k a Hãy xác định toạ độ điểm làm việc Q b Viết phương trình đừơng tải tónh, vẽ đường tải tónh 60 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực c Cho biết điện cực BJT Cho mạch hình vẽ sau: RC RB B C E + + VCC RE VBB Với VCC = 18V RB = 10k VBB = 3,6 V RC = 1,5k VBE = 0,6 V RE = 0,5k = 80 a) Xác định toạ độ điểm phân cực Q b) Viết phương trình đường tải tónh c) Xác định điện cực BJT Cho mạch hình tập số Với VCC = 12V VBB = 3V VBE = 0,6V = 100 RB = 70k RC = 2,5k RE = 0,5k a) Xác định dòng điện chạy qua điện trở Cho biết toạ độ điểm phân cực Q b) Viết phương trình đường tải tónh c) Xác định điện cực BJT Cho mạch hình vẽ: Với: VCC = 12V VBE = 0,6V RB = 520k RC = 2,5k RE = 0,5k = 100 RC RB 61 B C E RE + VCC Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực a) Xác định toạ độ điểm làm việc Q b) Viết phương trình đường tải tónh c) Xác định điện cực BJT Cho mạch hình vẽ: Với: VCC = 12V VBE = 0,6V RB = 270k RC = 2,5k RE = 0,5k = 100 RB RC VCC a) Xác định toạ độ điểm làm việc Q RE b) Viết phương trình đường tải tónh c) Xác định điện cực BJT Cho mạch hình vẽ : RB1 RC C B EE RB2 + VCC RE Với: VCC = 12v VBE = 0,6V =100 RB1 = 56k RB2 =10k Rc = 2,5k RE = 0,5k a Cho biết toạ độ điểm phân cực Q b Viết phương trình đường tải tónh c Cho biết điện cực BJT 10 Cho mạch hình tập số với: 62 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Vcc = 18V VBE = 0,6V = 80 RB1 = 48k RB2 = 12k RC = 1,5k RE = 0,5k a Xaùc định toạ độ điểm phân cực b Viết phương trình đường tải tónh c Xác định điện cực BJT 11 Cho mạch hình tập số , với VCC = 9V, = 50, VBE= 0,7 Hãy xác định điện trở mạch, biết trạng thái tónh IC = 1mA, VCE = 5V(để ổn định điểm làm việc theo nhiệt độ chọn R E theo điều kiện: 1 VCC) 10 VE( +VCC 12 Vẽ mạch tương đượng mạch sau: RB1 RC C2 VO C1 Vi Hình 12 RB2 RE 13 Vẽ mạch tương đương mạch sau: +VCC RB1 RC C2 C1 RS RB2 RE VS 63 Hình 13 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực 14 Veõ mạch tương đương mạch sau: +V C C RC RB1 C2 C1 RL CB RS RE RB2 VS Hình 14 15 Vẽ mạch tương đương mạch sau: + VCC Hình 15 RB1 RC C1 C2 RS RB2 VS 64 RE RL ... 75A 4, 8 Q 52 IB = 60A IB = 30A IB= µA Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực Giả sử BJT có đặc tính ngõ hình vẽ Điểm đặc tuyến ngõ Q có toạ độ IB = 60A; IC = 4, 8mA; VCE = 8,4V điểm phân cực. ..Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực 4. 2 Nguyên lý hoạt động IE IC e RE Rc IB e - e + - - + VEE Vcc Hình 4. 3 Mối nối P-N cực cực phát phân cực thuận nguồn VEE Mối nối P-N thu phân cực nghịch... hợp Xác định điện cực BJT: VE = 0V VB = VE +VBE = 0,6 V VC = VCC – ICRC = 18 – 4, 8 2k = 18 –9,6 = 8 ,4 (V) Trường hợp có thêm điện trở RE: 53 Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực IC RC RB C B
