Tại sao bjt phân cực ngược
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
307 CHƯƠNG 09 9.1.TỔNG QUAN VỀ TRANSISTORS: BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi Mối nối pn giữa vùng nền Các đầu ra của linh kiện Vùng Nền chứa ít tạp chất Trong hình H9.3, trình bày các ký hiệu cho 9.1.2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTORS: Mối nối Nền – Phát được phân cực thuận. Để giải thích hoạt động của transistor, chúng ta cần khảo sát các sự kiện
xãy ra bên trong HÌNH H 9.1 HÌNH H 9.2 HÌNH H 9.3 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 308 Trong hình H9.4 trình bày Khi phân cực thuận mối nối pn Nền Phát , vùng nghèo tại mối nối thu hẹp. Phần lớn các điện tử từ cực phát đi vào vùng nền không thực hiện
quá trình tái hợp Các điện tử đi ngang qua vùng Thu đến cực Thu và đi về cực dương của nguồn áp ngoài HÌNH H 9.4: Các mạch phân cực transistor HÌNH H 9.6: Thành phần dòng điện qua
transistor. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 309 Trong hình H9.6 trình bày các thành phần dòng điện và hướng của dòng qua transistor ECB Nên nhớ giá trị dòng qua cực nền B HÌNH H 9.5 ) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 310 9.1.4.CÁC THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CỦA TRANSISTORS: Khi các transistor npn V 9.1.4.1.HỆ SỐ C I Hệ số C DC Hệ số 9.1.4.2.GIẢI TÍCH ÁP VÀ DÒNG TRONG MẠCH PHÂN CỰC TRANSISTOR: Trong mạch phân cực hình H9.8, gọi: : điện áp DC giữa cực thu và cực nền.2 BB HÌNH H 9.7 HÌNH H 9.8 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 311 vấn đề cơ bản. Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực nền, ta có quan hệ: BB B B BE BB BE Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực thu, ta có quan hệ: CC C C CE CE CC C C CC C DC B THÍ DỤ 9.1: Cho mạch phân cực transistor trong hình H9.9, biết GIẢI: Áp dụng quan hệ (9.5), ta có: BB BE Áp dụng quan hệ (9.2) suy ra dòng qua cực thu là: Áp dụng quan hệ (9.1) hay định luật Kirchhoff 1, ta có: Áp dụng quan hệ (9.7) để
xác định áp V 10 100 0,0645 3,55V Áp dụng định luật Kirchhoff2 ta có: 9.1.4.3.ĐẶC TUYẾN CỰC THU CỦA TRANSISTOR: Áp dụng mạch điện trong hình H9.10 để xác HÌNH H 9.9 HÌNH H 9.10 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 312 Giả sử áp Khi tăng áp Một cách lý tưởng, khi ngừng tăng và duy trì giá trị không đổi tương ứng với giá trị của dòng khi áp Khi động trong vùng phá vở phân cực nghịch của mối nối nền thu. Họ
đặc tuyến cực thu là các đồ thị trình bày quan hệ giữa dòng HÌNH H 9.11: Đặc tuyến cực thu của transistor bảo I Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 313 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 Dạng của họ đặc tuyến cực 9.1.4.4.VÙNG NGƯNG DẪN (CUT OFF): Như đã trình bày trong mục trên khi dòng phụ thuôc vào điều kiện nhiệt tác động lên các 9.1.4.5.VÙNG BÀO HÒA (CUT OFF): Khi mối nối nền phát phân cực thuận C được xác định theo quan hệ (9.6) hay: CE CC C C Tóm lại khi giảm đến trạng thái giá trị bảo hòa 9.1.4.6.ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE): HÌNH H 9.12: Họ đặc tuyến cực thu của transistor HÌNH H 9.13: Dòng điện rò cực thu HÌNH H 9.14: Dòng B Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 314 của transistor được viết theo quan Với giá trị VV;I0tại vùng
THÍ DỤ 9.3: Cho mạch transistor theo hình H9.16, GIẢI điện phân cực theo hình H9.16. BB BE Giả sử transistor hoạt động trong vùng tuyến tính, ta có quan hệ sau: CDCB Muốn biết transistor có hoạt động trong vùng bảo hòa hay không ta cần xác định giá trị CC CE SAT VV So sánh kết quả của dòng HÌNH H 9.15: Đường tải DC HÌNH H 9.16 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 315 Hệ số khuếch đại mức tối đa. 9.1.4.8.CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA TRANSISTOR: Transistor cũng như các linh kiện điện tử khác đều có giới hạn trong phạm vi hoạt động. V DCEC Tích số của HÌNH H 9.17: Ảnh hưởng cũa nhiệt độ lên hệ số khuếch đại DC Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 316 THÍ DỤ 9.4: Xác định giá trị tối đa cho phép của nguồn áp GIẢI Dòng qua cực nền: BB BE Dòng qua cực thu: CDCB Dòng C C C VVV Hay:
C DCEmaxC Giá trị hạn cho phép trước tiên khi thay đổi áp Tuy nhiên nên nhớ khi ngừng cấp dòng cực nền chuyển transistor sang trạng thái ngưng 9.1.4.9.SỰ THAY ĐỔI CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI THEO NHIỆT ĐỘ: Tương tự như các linh kiện bán dẫn khác, giá trị công suất tiêu tán o là độ thay đổi công suất tiêu tán khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng HÌNH H 9.18 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 317 THÍ DỤ 9.5: Cho Transistor bất kỳ có công suất tiêu tán cực đại cho phép là GIẢI Áp dụng quan hệ (9.9) ta có: Suy ra công suất tiêu tán tối đa cho phép của transsitor khi làm việc tại 70 oo 9.2.CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA
TRANSISTOR: Trước khi trình bày chế độ khuếch đại của transistor, chúng ta cần xác định ký hiệu dùng Trong mục này, chúng ta dùng các ký hiệu chữ in hoa cho dòng (I) và áp (V) để biểu thị Các đại lượng DC được đánh chỉ số bằng các ký tự in hoa, thí dụ như I các ký hiệu Các đại lượng AC là các đại lượng thay đổi theo thời gian được đánh
chỉ số bằng các ký hay Các điện trở trong mạch được ký hiệu bằng chữ in hoa R, các nội trở trong transistor được các điện trở mạch ngoài dùng cho giải tích với tín hệu AC có chỉ số là các 9.2.1.2.KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR: Theo các nội dung đã khảo sát nêu trong các mục trên, dòng qua cực thu của transistor Xét mạch điện trong hình H9.19, nguồn áp AC R Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 318 Nguồn áp AC tạo ra thuận nên điện trở nội xét đối Gọi b CCcCe Áp AC tại cực nền được xác định theo quan hệ: binBb C cCeC là điện trở ngoài và có giá trị rất lớn so với điện trở nội THÍ DỤ 9.6: Cho mạch khuếch đại áp AC dùng transistor GIẢI: Áp dụng quan hệ (9.10) ta có: C Áp AC ngõ ra là : out v in HÌNH H 9.19 HÌNH H 9.20 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 319 transistor như một khóa Trong hình H9.21b transistor hoạt động trong
vùng bảo hòa (saturation) vì mối nối nền 9.2.2.1.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI NGƯNG DẪN: Theo phân tích trên, transistor hoạt động trong
vùng ngưng dẫn khi mối nối nền phát bằng áp nguồn ngoài CE SAT CC 9.2.2.2.ĐIỀU KIỆN ĐẠT TRẠNG THÁI BẢO HÒA: Theo phân tích trên, khi mối nối nền phát phân cực thuận và dòng cực nền đủ lớn để CC CE SAT Trong trường hợp giá trị V CC Giá trị cực tiểu của dòng qua cực nền đủ tạo trạng thái bảo hòa cho transistor thỏa quan hệ C SAT Trong thực tế vận hành ta tạo ra dòng theo quan hệ (9.14) để duy trì tốt trạng thái bảo hòa cho transistor. HÌNH H 9.21 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 320 THÍ DỤ 9.7: Cho mạch transistor như trong hình H9.22; xác định: a./ Áp b./ Dòng , bỏ qua giá trị áp GIẢI: b./ Khi bỏ qua ảnh hưởng của áp C SAT c./ Giá trị cực đại của điện trở BB B B BE Suy ra: in BE
THÍ DỤ 9.8: Cho dòng điện qua LED khi phát sáng là 30 Biết: Xác định biên độ của sóng xung chữ
nhựt HÌNH H 9.22 HÌNH H 9.23 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 321 I xác định theo quan hệ sau: CC CE SAT Suy ra: C SAT Theo yêu cầu của đầu đề thí dụ khi chọn dòng qua cực nền dùng tính biên độ cho áp xung , ta có: BBmin Gọi in B B BE Tóm lại biên độ xung chữ nhựt cần có để transistor bảo hòa là 9.3.HÌNH DẠNG VÀ VỊ TRÍ CHÂN RA CỦA TRANSISTOR: HÌNH H 9.24: Transistor vỏ nhựa dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ. HÌNH H 9.25: Transistor vỏ kim loại dùng trong các ứng dụng tổng quát với tín hiệu có biên độ nhỏ. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 322 HÌNH H 9.26: Cấu tạo của Transistor package, nhiều transistor chứa trong cùng một vỏ. HÌNH H 9.27: Transistor có công suất trung bình đến công suất lớn (Transistor công suất). Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 323 9.4.CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỰC TRANSISTOR:
Phân cực là thao tác xác định điểm làm việc DC cho các bộ khuếch đại hoạt động các ảnh hưởng khi phân cực DC Trong hình a tín hiệu ra được phân cực trên ngõ ra. Phân cực không thích hợp sẽ Trong hình b phần áp dương Trong hình c phần áp âm của 9.4.1.2. GIẢI TÍCH MẠCH DÙNG ĐỔ THỊ: CC Đầu tiên điều chỉnh áp HÌNH H 9.28: Transistor dùng trong các ứng dụng có tần số cao (RF transistors). HÌNH H 9.29: Khuếch đại tuyến tính và phi
tuyến. ệ Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 324 HÌNH H 9.30: Phân cực transistor dùng đồ thị Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 325 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 9 CE CC C C Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q Kế tiếp trong hình H9.31b, giá trị CE Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q Sau cùng trong hình H9.31c, giá trị và dòng CE Điểm làm việc Q được ký hiệu là Q 9.4.1.3. ĐƯỜNG TẢI DC (DC LOAD LINE): Cần chú ý khi dòng C Đường tải DC cắt trục CE CC Thực sự tại vị trí ngưng dẫn ta có dòng rò Đường tải DC cắt trục tung tại vị trí , xem hình H 9.33. Đường tải DC có dạng đường thẳng xác định theo quan hệ hàm như sau: HÌNH H 9.33: Đường tải DC. Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 326 9.4.1.4. VÙNG LÀM VIỆC TUYẾN TÍNH Vùng dọc theo đường tải DC từ vị trí bảo Trong hình H9.34 trình bày một thí dụ về hoạt BB BE Giả sử áp sin ngõ . Sự kiện Điểm A trên đường tải DC trong hình H9.35 ứng với đỉnh dương của áp sin vào CEQ HÌNH H 9.34: HÌNH H 9.35: Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 327 Với nội dung phân tích vùng làm làm việc Q được chọn trên đường tải Trong hình H9.36 khi chọn điểm Tuy nhiên sự sái dạng áp ngõ ra THÍ DỤ 9.9: Xác định điềm làm việc Q của transistor Với mạch cho trước các thông số, điểm làm việc Q xác định bời cặp giá trị HÌNH H 9.36: Sự sái dạng áp ngõ ra khi chọn điểm làm việc Q HÌNH H 9.37: Sự sái dạng áp ngõ ra do biên độ áp vào quá lớn HÌNH H 9.38 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 328 Điểm làm việc Q của transistor có giá trị là : Khi transistor ngưng dẫn ta có : I0A Với kết quả tính toán được, ta xác định vị C C SAT CEQ Biên độ đỉnh của dòng xoay chiều cấp vào C 9.4.2. PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP: Trong các nội dung trên, chúng dùng hai nguồn DC độc lập để Điện áp phân cực tại cực nền được cung cấp bằng cầu phân áp là Trong trường hợp dòng cực nền không đủ nhỏ để bỏ qua khi so sánh với dòng qua INbase HÌNH H 9.39 HÌNH H 9.40 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 329 9.4.2.1. ĐIỆN TRỞ NHẬP TẠI CỰC NỀN : Để xây dựng các quan hệ dùng tính toán Áp dụng định luật Ohm ta có: IN IN BE E E Giả thiết IN E E Hơn nữa ta còn có quan hệ : EC DCB IN DC E B Vì dòng điện INbase DC E THÍ DỤ 9.10: GIẢI 9.4.2.2. GIẢI TÍCH MẠCH PHÂN CỰC DÙNG CẦU PHÂN ÁP : Xét transistor npn dùng mạch cầu phân áp để phân cực theo hình INbase 2 DC E 2 Hay: HÌNH H 9.42 HÌNH H 9.41 HÌNH H 9.43 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 330 BG CC Từ kết quả này chúng ta suy ra các đại EBBE E E CDC Khi CE CC C C E CC E C E THÍ DỤ 9.11: Điện trở tương đương từ cực nền đến Gnd: Áp BG 1 Áp EBBE Dòng E R 560 HÌNH H 9.44 HÌNH H 9.45 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 331 DC Áp 9.4.2.3. GIẢI TÍCH MẠCH PHÂN CỰC DÙNG MẠCH THÉVENIN TƯƠNG ĐƯƠNG : Ngoại trừ phương pháp Đầu tiên thay thế mạch Từ nút A
xác định mạch 2CC 12 Sau khi thay thế mạch phân cực bằng mạch tương đương Thévénin, áp dụng mạch tương Áp dụng định luật Kirchhoff áp trong mắt lưới cực nền phát chứa nguồn TH TH B BE E
E TH DC E Từ quan hệ (9.32) suy ra dòng HÌNH H 9.46 |