Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Phần 2 - Trường ĐH Lâm nghiệp

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Mạch khuếch đại; phần tử nhiều mặt ghép P-N. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Phần 2 - Trường ĐH Lâm nghiệp Chương 4 TRANSISTOR4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến và tham số của transistor lưỡng cực(BJT- Bipolar Junction Transistor)4.1.1. Cấu tạo BJT Transistor có cấu tạo gồm các miền bán dẫn P và N xen kẽ nhau, tùy theo trìnhtự sắp xếp các miền P và N mà ta có hai loại cấu trúc điển hình là PNP và NPN. Hình 4.1. Mô hình lý tưởng hóa và kí hiệu của transistor pnp (a) và npn (b) Miền bán dẫn thứ nhất của transistor là miền Emitơ với đặc điểm là có nồngđộ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực Emitơ. Miền thứ hai làmiền Bazơ với nồng độ tạp chất nhỏ nhất và độ dày của nó nhỏ cỡ μm, điện cực nốivới miền này gọi là cực Bazơ. Miền còn lại là miền Colectơ với nồng độ tạp chấttrung bình và điện cực tương ứng là colectơ. Tiếp giáp p-n giữa miền emitơ và bazơ gọi là tiếp giáp emitơ (JE), tiếp giáp p-ngiữa miền bazơ và miền colectơ là tiếp giáp colec tơ (JC). Về mặt cấu trúc có thể coitransistor như hai diode mắc đối nhau. Về kí hiệu transistor cần chú ý là mũi tên đặc ở giữa cực emitơ và bazơ và cóchiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N.4.1.2. Nguyên lý làm việc của BJT Để transistor làm việc, người ta phải đưa điện áp một chiều tới các điện cựccủa nó, gọi là phân cực cho transistor. Tùy theo điện áp đặt vào các cực mà 57transistor làm việc ở chế độ khác nhau. Có ba chế độ làm việc của transistor: chế độkhuếch đại, chế độ cắt dòng và chế độ bão hòa. Chế độ khuếch đại là chế độ mà transistor hoạt động trong vùng tuyến tính.Để transistor làm việc ở chế độ khuếch đại thì cần phân cực cho transistor nghĩa làcấp nguồn điện một chiều sao cho chuyển tiếp Emitơ JE phân cực thuận, chuyển tiếpColectơ JC phân cực ngược. Chế độ này được sử dụng trong các mạch khuếch đạicác tín hiệu nhỏ, mạch tạo dao động. Chế độ bão hòa là chế độ khi tăng dòng IB nhưng dòng IC giữ không đổi. Ởchế độ bão hòa ta phải cung cấp nguồn điện một chiều lên các cực của transistor saocho cả hai chuyển tiếp emitơ JE và chuyển tiếp colectơ JC đều phân cực thuận. Khiđó điện trở của hai chuyển tiếp JE và JC rất nhỏ. Dòng điện qua transistor IC khá lớnvà gần bằng dòng bão hòa. Chế độ cắt dòng: Khi điện áp vào Vin = 0 thì transistor sẽ ở trong trạng tháikhóa (off). Ở chế độ cắt dòng ta phải cung cấp nguồn điện một chiều lên các cựcsao cho cả hai chuyển tiếp emitơ JE và chuyển tiếp colectơ JC đều phân cực ngược.Lúc này điện trở của transistor rất lớn và qua transistor chỉ có dòng điện ngược rấtnhỏ của chuyển tiếp colectơ ICB0. Chế độ bão hòa và chế độ cắt dòng thường được sử dụng trong các mạchxung, mạch số. Đối với chế độ khuếch đại thì JE phân cực thuận và JC phân cực ngược nhưhình 4.2. Hình 4.2. Sơ đồ phân cực của transistor NPN (a) và PNP (b) Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor PNP làm ví dụ. Do JE phâncực thuận các hạt đa số (lỗ trống) từ miền E phun qua JE tạo nên dòng emitơ IE.Chúng tới vùng bazơ trở thành hạt thiểu số và tiếp tục khuếch tán sâu vào vùngbazơ hướng tới JC. Trên đường khuếch tán một phần nhỏ bị tái hợp với hạt đa số củabazơ tạo nên dòng điện cực bazơ IB. Do cấu tạo miền bazơ mỏng nên gần như toàn 58bộ các hạt khuếch tán tới được bờ của JC và bị trường gia tốc (do JC phân cựcngược) cuốn qua tới được miền colectơ tạo nên dòng điện colectơ IC. Qua việc phân tích trên rút ra được hệ thức cơ bản về các dòng điện trongtransistor (hệ thức gần đúng do bỏ qua dòng ngược của JC): (4-1) Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán trong vùng bazơ người ta địnhnghĩa hệ số truyền đạt dòng điện α của transistor. (4-2) Hệ số α xác định chất lượng của transistor, transistor loại tốt thì α có giá trịcàng gần 1. Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng điện IB tới dòng colectơ IC, người tađịnh nghĩa hệ số khuếch đại dòng điện β của transistor. (4-3) β thường có giá trị trong khoảng vài chục đến vài trăm. Từ các biểu thức (4-1),(4-2), (4-3) ta suy ra vài hệ thức hay sử dụng đối với transistor: (4-4) (4-5)4.1.3. Tham số của transistor Dòng ICmax là dòng qua cực colector lớn nhất trong thời gian dài mà khônglàm transistor nóng quá nhiệt độ cho phép. Điện áp UCmax là điện áp lớn nhất đặt vào hai cực colector - emitơ (trong sơ đồEC hoặc CC) hoặc bazơ - colectơ (trong sơ đồ BC) mà không làm chuyển tiếpcolectơ bị đánh thủng. Hệ ...