Kĩ thuật điện tử - Chương 3: BJT

Chương 3 BJT 3.1 Giới thiệu BJT là một loại linh kiện bán dẫn 3 cực có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc hoạt động như một khóa đóng mở Cu to và hình dáng Hình dáng BJT n+ p n B E C p+ n p B E C E: Emitter C: Collector B: Base 3.1 Giới thiệu Ký hiu ca BJT E C B BJT loại NPN E C B n+ p n B E C B E C BJT loại PNP B E C p+ n p B E C Các chế độ hoạt động (làm việc) của BJT: Tắt Bão hòa Khuếch đại NghịchNghịch ThuậnThuận NghịchThuận JCJE JE: chuyển tiếp P-N giữa miền phát (E) và miền nền (B) JC: chuyển tiếp P-N giữa miền thu (C) và miền nền (B) 3.1 Giới thiệu Qui c vê dòng trong BJT IE IC IB VEE VCC IB IE IC VEE VCC NPN PNP Theo đ#nh lu%t Kirchhoff: IE = IC + IB IC = IC(INJ) + ICBO IC(INJ): dòng c0c thu do các ht d1n phun (injection) t4 mi6n phát vào mi6n n6n gây ra. ICBO: là dòng collector khi emitter h; mch. 3.1 Giới thiệu EinjC I I )( =αĐ#nh nghĩa thông sô@ α : Vì ICBO rt nhB, có thêE bB qua : E C I I ≈α ⇒ IC = α IE + ICBOmà IC = IC(inj) + ICBO 3.1 Giới thiệu α: hệ số truyền đạt dòng điện phát Dòng ICEO và β Dòng ICEO là dòng ngIc trên tiJp xúc JC khi hơE mch ngõ vào. αα CBOC E II I −=⇒ αα CBOC CB II II −=+⇒ ( ) CEOBCBOBC II I II += − +=⇒∗ β α β 1 Vì ICEO là rất nhỏ: BC II β≈ ( )∗ − + − =⇒ 11 αα α CBOB C II I Khi hở mạch ngõ vào (IB=0), ta có: α− == 1 CBO CEOC I II Ta có: IC = α IE + ICBO ⇒ αIE = IC - ICBO Dòng ICEO và β α α β − = 1 Đặt: : hệ số khuếch đại dòng điện trong mạch E chung Vì ICBO là rất nhỏ và α≈1: EC II ≈ 3.2 Ba sơ đôQ cơ bản của BJT 3.2.1 Mch B chung (Common Base – CB) Cực B là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõ vào là dòng IE. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - Điện áp ngõ vào là VEB. - Điện áp ngõ ra là VCB. RL E C B • vi IE IC Mạch CB đơn giản hóa Cực E là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõ vào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IC. - Điện áp ngõ vào là VBE. - Điện áp ngõ ra là VCE. 3.2.2 Mch E chung (Common Emitter – CE) Mạch CE đơn giản hóa B C E • vi IB IC RL IE Cực C là cực chung cho mạch vào và ra. - Dòng điện ngõvào là dòng IB. - Dòng ngõ ra là dòng IE. - Điện áp ngõ vào là VBC. - Điện áp ngõ ra là VEC. B E C • vi IB IE RL IC Mạch CC đơn giản hóa 3.2.3 Mch C chung (Common Collector – CC) 3.3 Đặc tuyến Vôn – Ampe của BJT ĐSc tuyJn vào: nêu quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở ngõ vào. ĐSc tuyJn ra: quan hệ giữa dòng và áp ở ngõ ra. ĐSc tuyJn truy6n đt dòng đin: nêu sự phụ thuộc của dòng điện ra theo dòng điện vào. ĐSc tuyJn hTi tiJp đin áp: nêu sự biến đổi của điện áp ngõ vào khi điện áp ngõ ra thay đổi. Ví dụ: Xét mạch BJT mắc CE ĐSc tuyJn ngõ vào mch CE: constVBEB CE )V(fI = = 3.3 Đặc tuyến Vôn – Ampe của BJT Ví dụ: Xét mạch BJT mắc CE ĐSc tuyJn ngõ ra mch CE: constICEC B)V(fI == 3.3 Đặc tuyến Vôn – Ampe của BJT Điểm phân cực tĩnh (điểm làm việc tĩnh) Là giao điểm của đường tải một chiều với đặc tuyến Vôn-Ampe. ĐiUm làm vic tĩnh ; ngõ vào: là giao điểm của đường tải một chiều và đặc tuyến Vôn-Ampe ở ngõ vào. ĐiUm làm vic tĩnh ; ngõ ra: là giao điểm của đường tải một chiều và đặc tuyến Vôn-Ampe ở ngõ ra. 3.4 Phân cực cho BJT
Phân cực kiểu định dòng base (IB)
Phân cực kiểu phân áp
Phân cực nhờ hồi tiếp từ collector
3.4 Phân cực cho BJT 3.4.1 Phân cực kiểu định dòng base IB Phương trình đường tải ở ngõ vào: VCC= IBRB + VBE B CC BE BB BECC B R V V RR VV I +−= − =⇒ 1    = ):(3.0 ):(7.0 GeBJTV SiBJTV VBE Phương trình đường tải ở ngõ ra: VCC =ICRC +VCE C CC CE C C R V V R I +−=⇒ 1 Điểm làm việc tĩnh ở ngõ ra: Q(ICQ,VCEQ) Q: quiet (tĩnh) Phương trình đường tải ở ngõ ra: CCC CE C C CCCECC R V V R I RIVV +−=⇒ += 1 DCLL Phương trình đường tải ở ngõ ra: Phân cực kiểu định dòng base (IB) Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=50, VBE=0.7V. Tìm a. IBQ, ICQ b. VCEQ c. VB, VC d. VBC e. Cho biết BJT đang hoạt động ở chế độ nào? ĐS: a. IBQ=47.08µA, ICQ=2.35mA b. VCEQ=6.83V c. VB=0.7V, VC=6.83V d. VBC= −6.13V Phân cực kiểu định dòng base (IB) Ví dụ: Cho mạch phân cực BJT có điểm làm việc Q và đường tải như hình vẽ. Tìm VCC, RC, RB. Biết VBE=0.7V ĐS: VCC=20V, RC=2KΩ, RB=772KΩ EB BECC B RR VV I β+ − = Phân cực kiểu định dòng base (IB) Trường hợp có thêm điện trở RE Phân cực kiểu định dòng base (IB) Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=50, VBE=0.7V.Tìm: ĐS: a. IB=40.1µA b. IC=2.01mA c. VCE=13.97V d. VC=15.98V e. VE=2.01V f. VB=2.71V g. VBC=−13.27V 3.4.2 Phân cực kiểu phân áp Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=140,VBE=0.7V Tìm IC, VCE ĐS: IC=0.85mA VCE=12.22V 3.4.2 Phân cực kiểu phân áp Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=50,VBE=0.7V Tìm ICQ, VCEQ ĐS: ICQ=1.98mA VCEQ=4.54V 3.4.2 Phân cực kiểu phân áp Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=120,VEB=0.7V Tìm ICQ, VCEQ ĐS: ICQ=2.24mA VCEQ= −10.16V 3.4.2 Phân cực kiểu phân áp pnp 3.4.3 Phân cực nhờ hồi tiếp từ collector Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=90,VBE=0.7V Tìm ICQ, VCEQ ĐS: ICQ=1.07mA VCEQ=3.69V 3.4.3 Phân cực nhờ hồi tiếp từ collector 3.5 BJT Inverter - Khi điện áp ở ngõ vào là 5V: RB và RC được thiết kêg sao cho BJT hoạt động ở chêg đôh bảo hòa. BJT được ứng dụng như một chức năng đảo trạng thái. - Khi đó VCE ≈ 0 (khoảng 0.1V) được gọi là VCEsat (saturation), tương ứng: C CEsatCC CsatC R VV II − == B BEHIsatC B R VVI I − >> β -Khi điện áp ở ngõ vào là 0V: BJT tắt ⇒ V0=VCE = 5V Kết luận: Vin = 5V ⇒ Vout = 0V (giả sử VCEsat=0V) Vin = 0V ⇒ Vout = 5V. 3.6 Công tắc transistor Một mạch Inverter dùng transistor được xem là một công tắc được điều khiển bởi điện áp ở ngõ vào được gọi là công tắc transistor. 3.7 Phân tích mạch khuếch đại dùng transistor 3.7.1 Mô hình BJT mắc CE và CC C B EUIn UOut EC Mạch BJT mắc E chung (EC) Mạch BJT mắc C chung (CC) α α β − == = 1 .. fe fe EQ T ie h h I V mh Nhiệt độ phòng: VT=26mV BJT silic: m≈1.4 β: hệ số KĐ dòng điện trong mạch ghép CE ieh B ib E ic fe bh .i Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp đơn giản C Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp đơn giản hib α α β − == = + = + = 1 1 1 fe fe EQ T ie fe fe fb fe ie ib h h I V mh h h h h h h 3.7.2 Mô hình BJT mắc B chung 3.7.3 Phân tích mạch KĐ tín hiệu nhỏ tần số thấp dùng BJT Xét mạch sau Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=80,VBE=0.7V 1. Vẽmạch tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp 2. Tìm Av, Zi, Z0 Trường hợp không có tụ điện ở cực E Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. BJT có β=120,VBE=0.7V 1. Vẽmạch tương đương tín hiệu nhỏ tần số thấp 2. Tìm Av, Zi, Z0