Chuong 05 transistor bjt

Chương 5:
TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT)
ThS. Nguyễn Bá Vương

1. Cấu tạo
• Transistor có cấu tạo gồm các miền bán dẫn p và
n xen kẽ nhau

1. Cấu tạo
• Miền bán dẫn thứ nhất của Transistor là
miền Emitter (miền phát) với đặc điểm là có
nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với
miền này gọi là cực Emitter (cực phát).
• Miền thứ hai là miền Base (miền gốc) với
nồng độ tạp chất nhỏ và độ dày của nó nhỏ
cỡ µm, điện cực nới với miền này gọi là cực
Base (cực gốc).
• Miền còn lại là miền Collector (miền thu) với
nồng độ tạp chất trung bình và điện cực
tương ứng là Collector (cực thu).

1. Cấu tạo
• Tiếp giáp p-n giữa miền Emitter và Base gọi là
tiếp giáp Emitter (JE).
• Tiếp giáp p-n giữa miền Base và miền Collector
là tiếp giáp Collector (JC).
• Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở
giữa cực Emitter và Base có chiều từ bán dẫn p
sang bán dẫn n.
PNP NPN

1. Cấu tạo
• Về mặt cấu trúc, có thể coi Transistor như 2
diode mắc đối nhau

1. Cấu tạo
• Cấu tạo mạch thực tế của một Transistor n-p-n

2.Nguyên lý hoạt động
Để Transistor làm việc, người ta phải đưa điện áp 1 chiều tới
các điện cực của nó, gọi là phân cực cho Transistor
giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua
mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE
do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số
điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp
bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ
trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử
bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy
qua Transistor.

sơ đồ phân cực trong BJT
JE JC

Tham số
• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong
Transistor
• Hệ số truyền đạt dòng điện α của
Transistor
• Hệ số khuếch đại dòng điện β của
Transistor
• Ta có hệ thức:
E B CI I I= +
C
E
I
I
=α
C
B
I
I
=β
(1 )E BI I= +β (1 )
=
+
βα
β

Họ đường đặc tuyến vào
IB = f(UBE) khi UCE = const

Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của sơ đồ EC
Họ đường đặc tuyến ra: IC = f(UCE ) khi IB=const
Họ đường đặc tuyến truyền đạt: IC = f(IBE) khi UCE = const

Hệ số khuếch đại
Theo định luật Kiếchôp ta có
E B CI I I= +
( )0 0= + = + +C E CB C B CBI I I I I Iα α
Giải phương trình với IC, chúng ta có mối quan hệ giữa IC và IB
( )0 0 0
1
1
1 1
= + = + + = +
− −
C B CB B CB B CBI I I I I I I
α
β β β
α α
Trong đó β = α(1-α) là hệ số khuếch đại CE
( thông thường α = 0,99; β = 99)

R1
10k
R2
47k
R3
4k7
R5
1k
Q1
2N2222
C1
22uF
+10V
C3
100u
C2
22uF
R4
10k

IE=f(UEB) khi điện áp ra UCB =const

Họ đường đặc tuyến ra và truyền đạt
Đặc tuyến ra:IC= f(UCB) khi giữ dòng vào IE=const
Đặc tuyến truyền đạt: IC=f(IE) khi khi UCB = const

3.3 Mạch chung Collector (CC)

Đặc tuyến ra của sơ đồ CC

Đường thẳng lấy điện (Load line)
• Phương trình đường thẳng lấy điện : VCC=ICRC+VCE
viết lại: IC = ( VCC – VCE)/ RC = -VCE / RC + VCC /RC
Đường lấy điện đựợc vẽ trên đặc tuyến ra qua 2 điểm
xác định sau:
• Điểm ngưng, IC = 0  VCE= VCC (Điểm M)
• Điểm bão hòa: VCE = 0  IC = VCC/ RC (Điểm N)
nối 2 điểm M và N lại ta có được đường lấy điện
• Giao điểm đường lấy điện và đường phân cực IB chọn
trước cho ta trị số điểm tĩnh Q.

Đường thẳng lấy điện cho EC

Vai trò của đường thẳng lấy điện
• Phân giải mạch Transistor.
• Xác định điểm tĩnh điều hành Q.
• Cho biết trạng thái hoạt động của
transistor ( tác động, bão hoà, ngưng).
• Mạch khuếch đại có tuyến tính hay không.
• Thiết kế mạch khuếch theo ý định ( chọn
trước điểm tĩnh Q , tính các trị số linh
kiện)

Chú ý:
• Độ lợi dòng điện thay đổi theo vị trí điểm
tĩnh điều hành Q.
• Điểm tĩnh điều hành Q thay đổi vị trí theo
điện thế phân cực transistor và còn thay
đổi theo tín hiệu xoay chiều ( AC) tác động
vào mạch .

Phân giải bằng đồ thị

Vùng hoạt động của BJT:
•Vùng tác động: (Vùng khuếch đại hay tuyến tính)
Mối ghép B-E phân cực thuận
Mối ghép B-C phân cực nghịch
•Vùng bảo hòa:
Mối ghép B-E phân cực thuận
Mối ghép B-C phân cực thuận
•Vùng ngưng: Mối ghép B-E phân cực nghịch

Phương pháp chung để phân giải mạch
phân cực gồm ba bước:
• Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định
dòng điện ngõ vào (IB hoặc IE).
• Bước 2: Suy ra dòng điện ngõ ra từ các liên hệ
IC=βIB hay IC=αIE
• Bước 3: Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các
thông số còn lại (điện thế tại các chân, giữa các
chân của BJT...)

4.1 Phân cực cố định của BJT (Fixed –
Bias)

Phân cực cố định của BJT (Fixed – Bias)
• Mạch ngõ nền-phát (Base-Emitter):
Với VBE = 0.7V nếu BJT là Si và VBE = 0.3V nếu là Ge.
Suy ra : IC=βIB
Mạch ngõ ra thu-nền (Collector-Base):
hay
0− − =CC B B BEV R I V
CC BE
B
B
V V
I
R
−
⇒ =
= +CC C C CEV R I V = −CE CC C CV V R I
Đây là phương trình đường thẳng lấy điện.

Sự bảo hòa của BJT
• Sự liên hệ giữa IC và IB sẽ quyết định BJT có hoạt động
trong vùng tuyến tính hay không. Ðể BJT hoạt động trong
vùng tuyến tính thì nối thu - nền (CE) phải phân cực nghịch.
Ở BJT NPN và cụ thể ở mạch vừa xét ta phải có:
C B C B BEV V V V V> ⇒ > = 0.7C CC C C CE BEV V R I V V V⇒ = − = > =
0.7CC
C
C
V
I
R
−
⇒ <
0.7CC
C
C
V
I
R
−
→Nếu
thì BJT sẽ đi dần vào hoạt động trong vùng bão hòa. Từ điều
kiện này và liên hệ IC=βIB ta tìm được trị số tối đa của IB, từ đó
chọn RB sao cho thích hợp.

CC
C
C
V
I
R
=
CC
Csat
C
V
I
R
=
Nếu
Thì VC
≤VB
, nối CB (thu-nền) phân cực thuận, BJT hoàn toàn nằm
trong vùng bão hòa và dòng điện
được gọi là dòng cực thu bão hòa ICsat
= CC
C
C
V
I
R
tức VCE = 0V (thực ra khoảng 0.2V)

4.2 Phân cực ổn định cực phát
Mạch cơ bản giống mạch
phân cực cố định, nhưng ở
cực emitter được mắc thêm
một điện trở RE xuống mass.
Cách tính phân cực cũng có
các bước giống như ở mạch
phân cực cố định.

CC B B BE E EV R I V R I= + +
( )1E BI Iβ= +
( )1
CC BE
B
B E
V V
I
R Rβ
−
⇒ =
+ +
CC C C CE E EV R I V R I= + +
E B C CI I I I= + =
( )CE CC C E CV V R R I⇒ = − +
Ta có:
Thay
Ở mạch CE(thu-phát):
Trong đó:
(suy ra IC từ liên hệ: IC=βIB)

• Tương tự như trong mạch phân cực cố
định, bằng cách cho nối tắt giữa cực thu
và cực phát ta tìm được dòng điện cực
thu bảo hòa ICsat
CC
Csat
C E
V
I
R R
=
+
Ta thấy khi thêm RE vào, ICsat nhỏ hơn trong
trường hợp phân cực cố định, tức BJT dễ bão
hòa hơn.

4.3 Phân cực bằng cầu chia điện thế
Dùng định lý Thevenin biến đổi thành mạch tương đương

1 2
1 2
BB
R R
R
R R
=
+
2
1 2
BB CC
R
V V
R R
=
+
BB BB B BE E EV R I V R I= + +
( )1
BB BE
B
BB E
V V
I
R Rβ
−
=
+ +
C BI Iβ=
= − −CE CC C C E EV V R I R I
C EI I= ( )⇒ = − +CE CC C E CV V R R I
= −C CC C CV V R I
= −B BB B BV V R I
= =E E E E cV R I R I
Trong đó:
Thay: IE
=(1+β)IB
Suy ra:
Mạch CE (thu phát):
Vì
Mạch BE (nền phát):
Từ liên hệ
Ngoài ra:

Tương tự như phần trước:
CC
Csat
C E
V
I
R R
=
+

4.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế
Ðây cũng là cách phân cực cải thiện độ ổn định cho hoạt
động của BJT

'
= + + +CC C C B B E E BEV R I R I R I V
'
= + = = =C C B E C BI I I I I Iβ
( )
−
⇒ =
+ +
CC BE
B
B C E
V V
I
R R Rβ
=C BI Iβ
( )= − +CE CC C E CV V R R I
•Mạch nền phát:
Với

4.5 Một số dạng mạch phân cực khác

5. Thiết kế mạch phân cực

Khi thiết kế mạch phân cực, người ta
thường dùng các định luật căn bản về
mạch điện như định luật Ohm, định luật
Kirchoff, định lý Thevenin..., để từ các
thông số đã biết tìm ra các thông số chưa
biết của mạch điện.

Thí dụ 1
• Cho mạch phân cực với đặc tuyến ngõ ra của BJT như
hình dưới. Xác định VCC, RC, RB.

( ) ( )8 2.5= = ⇒ = Ωcc
Csat C
c
V
I mA R k
R
( )
20 0.7
40
− −
= = =CC BE
B
B B
V V V V
I A
R R
µ
( )482.5⇒ = ΩBR k
Từ đường thẳng lấy điện: VCE
=VCC
-RC
IC
•Tại trục trục tọa độ UCE
, khi IB
=0 ta suy ra IC
=0 và VCE
=20V thay
vào phương trình đường thẳng lấy điện ta có VCC
=20V
•Ngoài ra: Transistor làm từ vật liệu thuần bán dẫn Si do đó
VBE
=0.7V và
Để có các điện trở tiêu chuẩn ta chọn: RB
=470 KΩ, RC
=2.4 KΩ..

Thí dụ 2
• Thiết kế mạch phân cực như hình dưới. IC=2mA, VCE=10V

Điện trở RC và RE không thể tính trực tiếp từ các thông số
đã biết. Việc đưa điện trở RE vào mạch là để ổn định
điều kiện phân cực. RE không thể có trị số quá lớn vì như
thế làm giảm VCE (sẽ làm giảm độ khuếch đại). Nhưng
nếu RE quá nhỏ thì độ ổn định kém. Thực nghiệm
người ta thường chọn VE khoảng 1/10VCC.
( )
1 1
20 2
10 10
= = =E CCV V V
( )
2
1
2
= = = = ΩE E
E
E C
V V V
R k
I I mA
( )
20 10 2
4
2
− − − −
= = = ΩC CE E
c
C
V V V V V V
R k
I mA

( )
1 1
2 13.333
150
= = =B CI I Aµ
β
( )20 0.7 2 17.3= − − = − − =EB CC BE RV V V V V
( )
17.3
1.3
13.333
= = = ΩB
B
B
V V
R M
I Aµ
Chọn RB
=1.2 MΩ

Thí dụ 3
• Thiết kế mạch phân cực có dạng như hình dưới

( )
1 1
20 2
10 10
= = =E CCV V V
( )
2
1
2
= = = = ΩE E
E
E C
V V V
R k
I I mA
( )
20 10 2
4
2
− − − −
= = = ΩC CE E
c
C
V V V V V V
R k
I mA
( )0.7 2 2.7= + = + =B BE EV V V V
Ta có:
Ðiện trở R1, R2 không thể tính trực tiếp từ điện thế chân B và
điện thế nguồn. Ðể mạch hoạt động tốt, ta phải chọn R1, R2
sao cho có VB mong muốn và sao cho dòng qua R1, R2 gần
như bằng nhau và rất lớn đối với IB.
Lúc đó:
( )2
1
8
10
≤ = ΩER R kβ

( )2 6,8= ΩR k
( )2
1 2
2.7⇒ = =
+
B CC
R
V V V
R R
( )1 43.57⇒ = ΩR k
Ta có thể
chọn:
Ta có thể chọn: R1
=39kΩ hoặc 47kΩ

6. BJT hoạt động như một
chuyển mạch

Thí dụ: Xác định RC và RB của mạch điện nếu ICsat=10mA
( )10= =CC
Csat
C
V
I mA
R
( )1⇒ = = ΩCC
C
Csat
V
R k
I
( )40= =Csat
B
DC
I
I Aµ
β
Ta chọn IB=60μA để đảm bảo BJT hoạt động trong vùng bảo hòa
( )
0.7
155
− −
= ⇒ = = ΩIn BE In
B B
B B
V V V
I R k
R I
Do đó ta thiết kế: RC=1kΩ
RB=150kΩ

Thí dụ ở 1 BJT bình thường:
ts=120ns ; tr=13ns
tf=132ns ; td=25ns
Vậy: ton=38ns ; toff=132ns

Một số ứng dụng của BJT hoạt
động như một chuyển mạch

Using a transistor as a switch
NPN
PNP

Using a transistor switch with sensors

7. Tính khuếch đại của BJT

• Giả sử ta đưa một tín hiệu xoay chiều Vin(t) có dạng sin,
biên độ nhỏ vào chân B của BJT khi đó ta có:
VB(t)=VB+Vin(t)
• Các tụ liên lạc C1 và C2 được chọn như thế nào để có thể
xem như nối tắt -dung kháng rất nhỏ - ở tần số của tín
hiệu.
• Như vậy tác dụng của các tụ liên lạc C1, C2 làm cho
thành phần xoay chiều của tín hiệu đi qua và ngăn thành
phần phân cực một chiều.

• VB(t) >VB→IB↑ → IC ↑
→VC(t)=VCC-RCiC(t) ↓
• VB(t) <VB→IB↓ → IC↓
→VC(t)=VCC-RCiC(t) ↑
• VOut(t) ngược pha với VIn(t).
là độ khuếch đại hay độ lợi điện
thế của mạch
( )
( )
= Out
V
In
V t
A
V t

• Chìa khóa để phân giải và xác định các thông số của
mạch là mạch tương đương xoay chiều.
• Độ lợi điện thế:
• Độ lợi dòng điện:
• Tổng trở vào:
• Tổng trở ra:
o
V
i
v
A
v
=
o
V
i
i
A
i
=
i
i
i
v
Z
i
=
o
o
o
v
Z
i
=

Dạng mạch tương đương

Mạch cực Emitter và Collector chung
Dạng đơn giản
Dạng đầy đủ
kiểu mẫu re
Dạng đơn giản
Dạng đầy đủ
thông số h

Mạch cực nền chung
Dạng đơn giản
Dạng đầy đủ
kiểu mẫu re
Dạng đơn giản
Dạng đầy đủ
thông số h

Các liên hệ cần chú ý:
e
C E
26mV 26mV
r
I I
= =
e ier hβ = fehβ = e ibr h= fbh 1= −α = −
;
Ngoài ra:
be be c
e b m be
b c b m
v v i 1
r . i g .v
i i i g
β = = = β ⇒ β =
Do đó nguồn phụ thuộc βib có thể thay thế bằng nguồn gm.vbe

8. Mạch khuếch đại cực phát (E)
chung

Trị số β do nhà sản xuất cho biết
Trị số re
được tính từ mạch phân
cực: e
C
26mV
r
I
=
Từ mạch tương đương ta tìm được các thông số của mạch.

•Ðộ lợi điện thế: o
V
i
v
A
v
=
o b Cv .i .R= −β ( )i e b E bv .r .i 1 R .i= β + +β
( ) ( )
o b C C
V
i e b E b e E
v .i .R .R
A
v .r .i 1 R .i .r 1 R
−β β
= = = −
β + +β β + +β
1β ?
C
V
e E
R
A
r R
= −
+
E eR r?
= − C
V
E
R
A
R
Ta có:
Suy ra:
Do
nên
Nếu
thì
Dấu - cho thấy vo
và vi
ngược pha

i
i
i
v
z
i
=
( )
( ) ( )e b E bi
b e E e E E
b b
.r .i 1 R .iv
z .r 1 R r R R
i i
β + +β
= = = β + +β = β + = β
i B bz R // z=
o
i
i
i
A
i
=
o
o
C
v
i
R
= − i
i
i
v
i
z
= − .= − o i
i
i C
v z
A
v R
.= − i
i V
C
z
A A
R
•Tổng trở vào:
Ta đặt:
Suy ra:
•Ðộ lợi dòng điện:
Hay

o
o
o
v
z
i
=
o
o
o
v
z
i
=•Tổng trở ra:
Ðể tính tổng trở ra của mạch, đầu tiên ta nối tắt ngõ vào (vi
=0);
áp một nguồn giả tưởng có trị số vo
vào phía ngõ ra như trên,
xong lập tỉ số
Khi vi
=0 ⇒ ib
= 0 ⇒ βib
=0 (tương đương mạch hở) nên
= =o
o C
o
v
z R
i

Mạch tương đương
Trong trường hợp nối thêm CE hoặc nối chân E xuống mass

o C
V
i e
v R
A
v r
= = −
i
i B e
i
v
z R // r
i
= = β
o Cz R=
i
i V
C
z
A A
R
= −
Phân giải mạch ta sẽ tìm được:

Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân
cực bằng cầu chia điện thế và ổn định cực
phát
C C
V
e E E
R R
A
r R R
= − = −
+
i 1 2 bz R // R // z=
( )b e E Ez r R R= β + = β
o Cz R=i
i V
C
z
A A
R
= −

Trong trường hợp nối thêm CE hoặc nối chân E xuống mass
C
V
E
R
A
r
= −
i 1 2 bz R // R // z=
b Ez r= β
o Cz R=
i
i V
C
z
A A
R
= −

Mạch khuếch đại cực phát chung phân cực
bằng hồi tiếp điện thế và ổn định cực phát
o C C
V
i e E E
v R R
A
v r R R
= = − = −
+
E B
i
B E V
.R .R
z
R .R . A
β
=
+β
i
i V
C
z
A A .
R
= −
o C Bz R // R=

9. Phân giải theo thông số h đơn giản

liên hệ 2 mạch tương đương
ie eh r= β
feh = β
oe
o
1h
r
=
ib eh r=
fbh = −α

Mạch khuếch đại cực phát chung

o
V
i
v
A
v
=
o fe b Cv h .i .R= −
( )i ie b fe E bv h .i 1 h R .i= + +
( ) ( )
o fe b C fe C fe C
V
i ie b fe E b ie fe E ie fe E
v h .i .R h .R h .R
A
v h .i 1 h R .i h 1 h R h h .R
= = − = − = −
+ + + + +
ie fe Eh h .R=
Phân giải mạch tương đương ta tìm được
•Tổng trở vào Zi
=R1
//R2
//Zb
với: Zb
=hie
+(1+hfe
)RE
=hie
+hfe
RE
•Ðộ lợi điện thế:
Ta có:
Thường ⇒ = − C
V
E
R
A
R

o
i
i
i
A
i
=
o
o
C
v
i
R
= − i
i
i
v
i
z
= −
o i
i
i C
v z
A .
v R
= − i
i V
C
z
A A .
R
= −
• Tổng trở ra: Zo
=RC
• Ðộ lợi dòng điện:
Hay

10. MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI CỦA BJT

mạch khuếch đại micro dùng cho máy tăng âm

Mạch tạo dao động sóng hình sin

Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito lưỡng cực
B2 1 B1 2
1 1
f
T 0.69R C 0.69R C
= =
+

Hình dạng thực của Transistor BJT

Chuong 05 transistor bjt

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Chuong 05 transistor bjt

Similar a Chuong 05 transistor bjt (20)

Más de Jean Okio

Más de Jean Okio (9)

Último

Último (20)

Chuong 05 transistor bjt