Bài giảng Mạch điện tử - Chương 2: Transistor 2 lớp tiếp giáp-BJT

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

1

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

2

• Giới thiệu

• Dòng chảy trong BJT

• Phân cực BJT

• Giải tích mạch BJT bằng đồ thị

• Sơ đồ tương đương thông số H-chế độ tín hiệu nhỏ

• Phân tích mạch khuếch đại dùng BJT

• Mạch khuếch đại E chung

• Mạch khuếch đại B chung

• Mạch khuếch đại C chung

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

3

• 1948: Transistor đầu tiên (Bell Lab)

• Các loại transistor (TST): BJT, FET

• BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lớp tiếp giáp

• Cấu tạo: 2 lớp tiếp xúc p-n ghép đối đầu nhau

• Phân loại: pnp & npn

• Ký hiệu: 3 cực B, C & E

• Hoạt động phân cực: tắt, bão hòa, dẫn khuếch đại & đảo

Hình dꢀng

BJT trong

thꢁc tꢂ

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

4

• Với BJT-pnp:

Có các dòng

khuếch tán,

dòng lỗ trống

dòng ngược.

• Hoạt động phân cực của BJT-npn:

• Vùng tắt: mối ghép BE phân cực nghịch.

• Vùng bão hòa: mối ghép BE phân cực thuận, mối ghép BC phân

cực thuận.

• Vùng khuếch đại: BE phân cực thuận, BC phân cực nghịch.

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

5

• Vùng khuꢂch ñꢀi pnp:

• EB: Phân cực thuận

• CB: Phân cực nghịch

I_C=

αI_E+ I_CBO

I_E= I_B+ I_C

I_B= (1−

α

)I_E− I_CBO

⇒

I_CBO

1−

α











I =

I −



B

C

α

Đặt

hệ số khuếch đại dòng

β

=

1−

α

Lưu ý: cấu hình B chung (CB – common Base Configuration)

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

6

• Xem mối nối EB như một Diode phân

cực thuận hoạt động độc lập (i_D= i_E;

v_D= v_EB)

• DCLL và đặc tuyến EB

V

_EE

1

i_E= − v_EB+

R_e

• Mạch tương đương đơn giản

v_E= V_EBQ= V_γ

V_γ= 0.7V: Silicon;

V_γ= 0.2V: Germanium

r_d= 0

V_EE−V_EBQ

I_EQ=

R_e

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

7

I = αI_E+ I_CBO

• Từ quan hệ:

C

ꢀ mạch tương đương của mối nối CB

I_E

I_C

I_E

I_C

C

E

V_EBQ

αI_E

I_CBO

Diode lyù

töôûng

I_B

B

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

8

Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ: α ≈ 1, I_CBO≈ 0; V_EE= 2V;

R_e= 1k; V_CC= 50V; R_c= 20k; v_i= 1sinωt. Tính i_Evà v_CB.

R_e

C

E

1

3

V_EE+ v_i−V_EBQ

B

i

_E

=

1.

3

+

1.

0

s

in

ω

t

(

mA

)

R_c

R_e

v_i

V_EE

V_CC

i_C

v_CB= −V_CC+ R_ci_C= −V_CC+ R_ci_E

i_E

E

C

V_EE−V_EBQ

R_c

+ v_i

R_e

v_CB= −V_CC+ R_c

R_e

v_i

R_c

R_e

V_EBQ

C

v_CB= −24+ 20sinωt (V)

B

V_EE

V_CC

Hệ số khuếch đại tín hiệu xoay chiều: A_v= 20

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

9

α

1−

i_C≈

β ×i_B

β

=

Quan hệ giữa i_Cvà i_B(bỏ qua I_CBO):

Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ

với

α

ꢀi_C=

β

× ꢀi_B+ ꢀ

β

×i_B

ꢀi_C

=

ꢀβ

Suy ra:

+

i_B= h_fe

ꢀi_B

h_fe≈

β ≡ h_FE

Xem gần đúng:

Lưu ý: β của các TST cùng loại có thể thay đổi theo từng TST.

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

10

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ. Xác định hệ số khuếch đại

dòng tín hiệu nhỏ.

ꢁCấu hình E chung (CE – Common Emitter configuration)

ꢁTransistor npn

V_BB+ v_i−V_BEQ

i

_B

=

I

_BQ

+

i

_b

C

• Ngõ vào:

i_B

i_C

1

3

R_b

2

R_c

B

V_BB−V_BEQ

E

R_b

v_i

i_b=

I_BQ=

Với

và

R_b

V_CC

V_BB

i_C≈

β ×i_B= β ×(I_BQ+ i_b) = I_CQ+ i_c

• Ngõ ra:

Hệ số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ

i_c

A = =

β

i

i_b

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

11

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung

Vùng bão hòa: v_CE≤ V_CEsat

Quan hệ i_Cvà i_Bkhông tuyến tính

Vùng chủ động: V_CEsat≤ v_CE≤ βV_CEO

Quan hệ tuyến tính:

β

i_C=

Giới hạn dòng:

I_C-cutoff≤ i_C≤ I_Cmax

β

×i_B+ I_CBO

α

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

12

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung

Ví dụ 3: V_CC= 10V, R_b= 10K, R_c= 1K.

TST: β = 100, V_BE= 0.7V, V_CEsat=0.1V.

Tìm điều kiện làm việc (I_Cvà V_CE) của TST khi:

a) V_BB= 1.5V b) V_BB= 10.7V

R_b

3

1

2

R_c

V_BB

;

V_CC

V_BB−V_BE

V_CE=V_CC− I_CR_c

I_B=

R_b

a) I_B= 0.08mA; I_C= βI_B= 8mA

⇒V_CE= 2V: TST hoạt động trong vùng tích cực.

b) I_B= 1mA; Giả sử I_C= βI_B= 100mA

⇒ V_CE= -90 !!!

TST hoạt động trong vùng bão hòa:

V_CE= V_CEsat= 0.1

V_CC−V_CE

10 − 0.1

I_C=

=

= 9.9mA

R_c

1K

10/28/2013

Khoa ðiꢀn – ðiꢀn tꢁ ꢂ ðHBK Tp.HCM

13

Đặc tuyến VA ngõ ra, cấu hình E chung (cont)

h_fe≈

β ≡ h_FE

• Mạch tương đương

i_c

1

C

+

h

_fe

i

_b

R₀

v_ce

_

1

• 2 nguồn đơn/1 nguồn đôi

• 1 nguồn đơn

• Ổn định phân cực

• β thay đổi ꢀ điện trở

• Nguồn phân cực thay đổi ꢀ diode Zener

• V_γthay đổi ꢀ diode

Dùng 2 nguồn đơn:

Mối nối B-E:

V_BB= R_BI_B+V

γ

V_BB−V

γ

⇒ I_B=

R_B

V_BB−V

γ

⇒ I_E≈ I_C=

β

I_B=

β

> 0

V_γ

R_B

V_BB≥ V_γ

do đó điều kiện

Tiếp xúc pnp phân cực thuận,

với mặc định Vγ=0.7V

Dùng 2 nguồn đơn:

Mối nối B-C

• Điều kiện để tiếp xúc B-C phân cực ngược

V

_CB

=

V

_C

−

V

_B

= −

R

_C

I

_C

+

V

_CC

−

V

_γ

=V_CC− R_CI_C−V_{γ BE}≥ −V_γCB

V

• Có thể kiểm tra theo

CE

V_CE=V_C−V_E=V_CC− R_CI_C≥V_CEsat

V_BB= 2V

Ví dụ: cho

R_B=10kꢁ

=100

V_CC=12V

Tìm để mạch phân cực đúng

β

R

c

Giải:

V_BB−V_γ

2 −0.7

10k

I_C=

β

=100.

=13mA

R_B

R_CI_C≤V_CC−V_CEsat

V_CC

12

= ≈1kꢁ

I_C3m

R_C≤

Dùng 1 nguồn đôi:

• Tại mối nối B-E: V_γ+ R_EI_E−V_EE= 0

V_EE−V_γ

⇒ I_E=

> 0

R_E

⇒V_EE>V_γ

• Tại mối nối B-C (phân cực ngược)

V_γ

Ta kiểm tra theo điều kiện V_CE

V_CE=V_C−V_E=V_CC− R_CI_C−(R_EI_E−V_EE)

≈V_CC+V_EE− I_C(R_C+ R_E) ≥V_CEsat

Dùng 1 nguồn đơn: dùng biến đổi Thevenin

⇔

V_γ

Dùng 1 nguồn đơn:

Trong đó:

R1.R2

R_B= R1/ /R2 =

R1+ R2

R2

V_BB=

V_CC

R1+ R2

Mạch tương tự với trường hợp 2 nguồn

V_BB−V_γ

I_E≈ I_C=

β

I_B=

β

> 0

R_B

V_CE=V_C−V_E=V_CC− R_CI_C≥V_CEsat