Bài giảng Linh kiện và mạch điện tử - Chương 2: BJT Transistor

BK 
TP.HCM 
2016 
dce 
ELECTRONIC DEVICES AND 
CIRCUIT 
Faculty of Computer Science and Engineering 
Department of Computer Engineering 
Vo Tan Phuong 
2016 
dce 
2 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chapter 2 
BJT Transistor 
2016 
dce 
3 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Cấu tạo của BJT Transistor 
• Nguyên lý hoạt động 
• Các thông số và đặc tuyến 
• Các chế độ làm việc 
2016 
dce 
4 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Cấu tạo BJT Transistor 
• BJT = Bibolar Junction Transistor 
– Bibolar: cả lỗ trống và electron tham gia vào hoạt động dẫn điện 
– Gồm 2 mối nối PN nối tiếp nhau => có 2 cách PNP và NPN 
• Gồm 3 cực E (phát), B (nền), C (thu): 
– Nồng độ tạp chất thêm vào (doping): E > C (bình thường) > B 
– Lớp bán dẫn nền B ở giữa rất mỏng 
2016 
dce 
5 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Nguyên lý hoạt động 
• Phân cực 2 mối nối (EBJ và CBJ) quyết định các chế độ 
hoạt động của BJT 
• Có 4 khả năng: 
Chế độ hoạt động Mối nối EBJ Mối nối CBJ 
Tắt Phân cực ngược Phân cực ngược 
Khuếch đại Phân cực thuận Phân cực ngược 
Không dùng Phân cực ngược Phân cực thuận 
Mở (bảo hòa) Phân cực thuận Phân cực thuận 
2016 
dce 
6 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khuếch đại 
• EBJ: phân cực thuận 
– Hạt tải chính từ E tràn 
sang B là loại hạt tải 
phụ của B 
• CBJ: phân cực ngược 
– Chỉ cho phép các hạt 
tải phụ bên B đi qua 
B
I
C
I
E
I 
2016 
dce 
7 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khuếch đại (tt) 
2016 
dce 
8 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Cấu tạo của BJT Transistor 
• Nguyên lý hoạt động 
• Các thông số và đặc tuyến 
• Các chế độ làm việc 
2016 
dce 
9 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Tỉ số dòng điện 
• Xét BJT ở chế độ 
khuếch đại 
– EBJ phân cực thuận 
Các hạt dẫn đa số từ E 
tràn sang B 
– CBJ phân cực ngược, 
hút các hạt dẫn từ E 
tràn sang B đến C 
2016 
dce 
10 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Các loại điện thế trên BJT 
• Có 3 loại điện thế liên quan đến BJT trong mạch điện: 
– Nguồn cung cấp: VCC , VBB 
– Điện thế tại các cực: VC , VB , VE 
– Hiệu điện thế giữa các cực: VBE , VCE , VCB 
2016 
dce 
11 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Tính toán áp và dòng trong mạch 
• Mối nối E-B phân cực thuận, 
tương tự diode, VBE ≈ 0.7V 
• Phần mạch bên cực nền: 
• Phần mạch bên cực thu: 
2016 
dce 
12 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Họ đặc tuyến i-v 
• Thông số quan trọng nhất là các họ đặc tuyến i-v: 
– Thể hiện giá trị IC tương ứng với giá trị VCE cho các giá trị IB 
khác nhau 
• Có 4 vùng: 
– Khuếch đại (Active) 
– Bão hòa (Saturation) 
– Ngưng dẫn (Cutoff) 
– Đánh thủng (Breakdown) 
2016 
dce 
13 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Đường tải DC trên họ đặc tuyến i-v 
• Xét phần mạch bên cực thu C: 
– Đường tải DC cắt trục x tại VCE = VCC tương ứng IC = 0 
– Đường tải DC cắt trục y tại IC = VCC/RC tương ứng VCE = 0 
– Giao điểm đường tải DC với với các đường đặc tuyến xác định 
điểm làm việc tĩnh (Q-point) 
2016 
dce 
14 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Đường tải DC trên họ đặc tuyến i-v (tt) 
• Chuyển đổi giữa các vùng: 
– IB = 0, BJT ở trạng thái ngưng dẫn 
– IB tăng, BJT vào vùng khuếch đại, IC = βIB , IC tăng làm VCE giảm 
– VCB = VCE – VBE khi VCE giảm đến giá trị bão hòa VCESAT,làm cho 
mối nối BC phân cực thuận (VCB ≤ -0.5V) ngăn IC tăng 
2016 
dce 
15 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Tóm tắc các vùng trên đồ thị họ đặc tuyến 
• Vùng khuếch đại (Active) 
– Mối nối EB phân cực thuận 
– Mối nối CB phân cực ngược 
– IC được điều khiển bởi IB 
• Vùng bão hòa (Saturation) 
– Mối nối EB phân cực thuận 
– Mối nối CB phân cực thuận 
– IC đạt giá trị tối đa ICSAT 
– VCE đạt giá trị nhỏ nhất VCESAT 
• Vùng ngưng dẫn (Cutoff) 
– Mối nối EB phân cực ngược, 
không có dòng chạy qua 
• Vùng đánh thủng 
(Breakdown) 
– IC, VCE và vượt 
giới hạn cho phép 
– BJT bị hỏng 
2016 
dce 
16 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Bảng thông số kỹ thuật Datasheet của BJT 
2016 
dce 
17 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Cấu tạo của BJT Transistor 
• Nguyên lý hoạt động 
• Các thông số và đặc tuyến 
• Các chế độ làm việc 
2016 
dce 
18 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Các chế độ làm việc của BJT 
• Transistor được phân 
cực để làm việc trong 
vùng giới hạn cho phép 
(vùng màu trắng) 
– IC < IC(max) 
– VCE < VCE(max) 
– PD = IC*VCE < PD(max) 
• Có hai chế độ làm việc: 
– Khóa (Switch) 
– Khuếch đại (Amplifier) 
2016 
dce 
19 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khóa 
• Transistor phân cực hoạt động trong 2 vùng 
– Ngưng dẫn, IB = 0 không có dòng chạy qua transistor IC = 0, 
 khóa hở 
– Bão hòa, IC đạt giá trị cực đại IC(sat) ,VCE đạt giá trị cực tiểu 
VCE(sat) ≈ 0.2V đến 0.5V,  khóa đóng 
2016 
dce 
20 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khóa (tt) 
• Vin = 0V (Low)  IB = 0  
Transistor ngưng dẫn, IC = 0  
VOut = VCC (High) 
• Vin = VCC (High), Transistor ở 
trạng thái bão hòa  
 VOut = VCE(Sat) (Low) 
𝐼𝐵 = 
𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝐵𝐸 
𝑅𝐵
 > 𝐼𝐵(𝑚𝑖𝑛) = 𝛽𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) 
2016 
dce 
21 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khóa (tt) 
• Nhận xét: 
– Hoạt động như cổng đảo 
– Dòng IC đạt giá trị bảo hòa đảm bảo dòng điện hoạt động của tải 
(Đèn LED, Động cơ, Rờ le) 
2016 
dce 
22 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chế độ khuếch đại 
• Biến đổi tín hiệu ac nhỏ (sóng vô tuyến, micro) thành 
tín hiệu có dạng sóng tương tự nhưng có biên độ lớn 
hơn 
• BJT hoạt động trong vùng khuếch đại, Vb thay đổi dẫn 
đến Ib thay đổi, Ic sẽ thay đổi theo một cách tuyến tính 
nhưng lớn hơn lần (Ic = βIb), Vce thay đổi theo Ic  ngõ 
vào Vb có biên độ nhỏ qua BJT tạo ra Vce ngõ ra có biên 
độ lớn 
2016 
dce 
23 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chọn lựa điểm làm việc tĩnh Q-point 
• Yêu cầu 
của mạch 
khuếch đại 
là tạo ra tín 
hiệu lớn 
hơn nhưng 
giữ được 
dạng sóng 
• Chọn lựa 
điểm làm 
việc tĩnh 
đảm bảo 
yêu cầu 
bảo toàn 
dạng sóng 
2016 
dce 
24 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chọn lựa điểm làm việc tĩnh Q-point (tt) 
• Tín hiệu ac thay đổi xung quanh điểm làm việc tĩnh  
điểm làm việc động có khả năng làm BJT vào vùng bão 
hòa hoặc vùng ngưng dẫn (không còn tuyến tính  
không bão toàn dạng sóng) 
2016 
dce 
25 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Chọn lựa điểm làm việc tĩnh Q-point (tt) 
• Ví dụ BJT được phân cực đúng cho chế độ khuếch đại 
2016 
dce 
26 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 2 © Spring 2016 
Các cách phân áp chọn Q-point 
• Cầu phân áp • Phân áp trực tiếp • Hồi tiếp cực C