Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT - Hồ Trung Mỹ

iệu năng cao, ta cần gì? 
• Hiệu suất phát cao
• Hệ số vận chuyển miền nền cao
26
Tổng quát, có các dòng điện sau trong BJT:
• Dòng [điện] nền IB: được tạo ra từ lỗ kết hợp với điện tử 
được bơm vào từ miền phát (Thành phần I) và lỗ được bơm 
qua tiếp xúc JE vào miền phát (Thành phần II). Một lần nữa ta 
bỏ qua JC với chế độ tích cực thuận.
• Dòng [điện] phát IE: gồm dòng điện tử tái hợp với lỗ trong 
miền nền (III), dòng điện tử được bơm vào miền thu (IV), và 
dòng lỗ được bơm vào miền phát (II).
Những dòng điện tử (V) và lỗ (VI) thiểu số chạy trong JC thì 
quan trọng khi dòng phát tiến tới zero. Trong phân tích này, 
ta sẽ giả sử rằng các nguyên tố tạp chất đều bị ion hóa hết 
và nồng độ hạt dẫn đa số bằng nồng độ tạp chất. Ta qui 
ước các ký hiệu cho các nồng độ tạp chất (với BJT NPN): 
NDE–nồng độ Donor tại Emitter; NAB–nồng độ Acceptor tại 
Base; NDC–nồng độ Donor tại Collector. 
27
Rb
Rc
EB
EC
e
c
b
IENIEP
Maj.
• EBJ (JE)：Khuếch tán đa số
−IEN
−IEP
• CBJ(JC)：Trôi thiểu số
−ICBO
JC thu thập những điện tử từ E và tạo nên dòng 
ICN
Dòng nền
−Dòng tái hợp IBN
ICN
ICBO
IBN
Các dòng điện trong BJT N+PN
28
Các chế độ làm việc của BJT
Common-emitter output characteristics 
(IC vs. VCE)
Chế độ (Mode) Tiếp xúc emitter JE Tiếp xúc collector JC
TẮT (CUTOFF) p/c ngược p/c ngược
TÍCH CỰC thuận
Forward ACTIVE
p/c thuận p/c ngược
TÍCH CỰC ngược
Reverse ACTIVE
p/c ngược p/c thuận
BÃO HÒA (SATURATION) p/c thuận p/c thuận
29
Các chế độ hoạt động của BJT NPN
Phân cực cho
Chế độ hoạt động Cách nhận biết với BJT NPN
JE JC
Thuận Ngược
Tích cực [thuận]
(khuếch đại)
VBE = VON và VCE > VCEsat
IC = IB
Ngược Ngược Tắt (OFF)
VBE, VBC  0 (thực tế VBE, VBC < VON)
IC = IB = IE = 0
Thuận Thuận Bão hòa (ON)
VBE = VBEsat và VCE = VCEsat
IC < IB
Ngược Thuận Tích cực ngược
Tương tự với chế độ tích cực thuận
nhưng hoán đổi chức năng E và C: 
IE = RIB (R << ) và IC = IB + IE
Chú ý: Với BJT NPN Si thì VON = 0.7V, VBEsat = 0.8V, và VCEsat = 0.2V. 
30
BT tại lớp
31
5.3.1 Những dòng điện trong BJT
• Vì BJT dựa trên các diode p-n nên ta sẽ sử dụng các kiến thức của 
chuyển tiếp p-n để tìm hiểu BJT. 
• Ta sẽ giả sử rằng bề rộng miền phát thì dài hơn so với chiều dài khuếch 
tán lỗ và bề rộng miền nền nhỏ hơn so với chiều dài khuếch tán điện tử. 
Ta sẽ sử dụng các trục và gốc tọa độ như trong hình 5.7, các khoảng 
cách xe, xb, và xc được đo từ các cạnh của miền nghèo. Bề rộng miền 
nền là WB nhưng bề rộng miền nền phần trung hòa là WBn. Để đơn giản 
ta sẽ giả sử rằng WB =WBn.
• Sử dụng lý thuyết diode p-n ta có các quan hệ sau cho những nồng độ 
hạt dẫn dôi ra trong các miền khác nhau: 
32
Hình 5.7 BJT NPN ở chế độ tích cực thuận.
 (a) nồng độ hạt dẫn cân bằng của điện tử và lỗ của các miền nghèo chuyển tiếp trong BJT NPN.
 (b) sự phân bố hạt dẫn thiểu số trong các miền phát, nền, và thu.
Chú ý: neo=NDE, pbo=NAB, và nco=NDC
33
Giản đồ năng lượng và sự phân bố điện tích thiểu số trong BJT 
dưới các chế độ bão hòa, tích cực thuận và tắt.
(Bão hòa) (Tích cực thuận) (Tắt)
Thuận Thuận Thuận Ngược
Ngược Ngược
Nồng độ hạt dẫn thiểu số Nồng độ hạt dẫn thiểu số Nồng độ hạt dẫn thiểu số
34
Sự phân bố nồng độ hạt dẫn thiểu số
• Dòng điện chính là dòng điện tử từ miền phát vào miền nền 
do phân cực thuận và do khuếch tán hạt dẫn thiểu số qua 
miền nền
 Có tái hợp (trong miền nền) làm giảm nồng độ điện tử
 Miền nền được thiết kế ngắn (nhằm tối thiểu hóa sự tái hợp)
 Miền phát được pha tạp chất rất nhiều (đôi khi trở thành suy biến) và 
miền nền được pha tạp chất ít. (NDE >> NAB)
• Những dòng điện trôi thường nhỏ và bỏ qua được
35
Phân tích đơn giản hóa
pe0, nb0 và pc0 = nồng độ hạt dẫn (ở đkcb) của hạt dẫn thiểu số ở E, B, và C
pe(0), nb(0) và pc(0) = nồng độ hạt dẫn thiểu số ở cạnh miền nghèo (tích cực thuận)
pe (0), nb(0) và pc(0) = nồng độ hạt dẫn dôi ra ở cạnh miền nghèo
pe (0) = pe(0) – pe0 = pe0 [exp (VBE / VT) – 1]
nb(0) = nb(0) – nb0 = nb0 [exp (VBE / VT) – 1]
Bằng cách lấy độ dốc của các phân bố hạt dẫn thiểu số này ở các cạnh miền 
nghèo và nhân nó cho qADn (hay qADp), ta có được dòng điện tử (hay dòng lỗ).
Chú ý là In = q A Dn (dn / dx) và Ip = – q A Dp (dp / dx)
E
(n+)
B
(p)
C
(n)
36
Các phân bố hạt dẫn thường gặp
• Phân bố phi tuyến
 dòng khuếch tán thay đổi
L
N
qD
dx
dp
qDJ
p
pdiffp


,
dd
p
pdiffp
L
x
L
NqD
dx
dp
qDJ



exp 
,
• Phân bố tuyến tính 
 dòng khuếch tán hằng
dL
x
Np

 exp




 
L
x
Np 1
Bơm 
hạt dẫn
Bơm 
hạt dẫn
37
Tính toán các dòng điện (1/3)
Dòng [điện ở cực] thu, IC
IC = q A DB (dn/dxB) (độ dốc phải được lấy ở cuối miền nền)
= q A DB [nb(0) – 0] / WB 
= q A DB nb(0) / WB
IC = q A (DB/WB) nb0 [exp (VBE / VT) – 1] = IS [exp (VBE / VT) – 1]
IC  IS exp (VBE / VT)
(chỉ có dòng do điện tử khuếch tán nếu ta bỏ qua dòng bão hòa 
ngược của JC bị phân cực ngược)
với IS = qA(DB/WB) nb0 = qADn ni2/(WBNAB) là dòng bão hòa
Do sự tái hợp trong miền nền, dòng điện tại JE và dòng điện tại JC 
không bằng nhau và hiệu của chúng bằng dòng nền
38
Dòng khuếch tán đi qua miền nền
• Khuếch tán điện tử qua miền nền được xác định bởi nồng độ tại JE
• Dòng khuếch tán của điện tử đi qua miền nền (giả sử đường thẳng lý tưởng):
• Do sự tái hợp trong miền nền, dòng điện tại JE và dòng điện tại JC không bằng 
nhau và hiệu của chúng bằng dòng nền
AE=A=diện tích mặt cắt ngang của dụng cụ
W = WBn
39
Dòng [điện ở cực] thu
• Điện tử khuếch tán qua miền nền vào JC lại được kéo qua miền nghèo 
của JC vào miền thu do phân cực ngược JC với điện thế cao tại C.
• Chú ý rằng lý tưởng thì iC độc lập với VCB (điện áp phân cực JC) 
• Dòng bão hòa thì
– tỉ lệ nghịch với W và tỉ lệ thuận với AE
• Ta muốn có bề rộng miền nền ngắn và diện tích miền phát lớn để có 
dòng điện cao
– Phụ thuộc vào nhiệt độ do có số hạng ni2 
 với dòng bão hòa là 
và ta có thể viết lại dòng bão hòa như sau: 
40
Dòng [điện] nền
• Dòng nền iB được tạo nên từ 2 thành phần
– Lỗ được bơm từ miền nền vào miền phát ( iB1=IpBE)
– Lỗ tái hợp với các điện tử khuếch tán (từ E) vào miền nền và 
phụ thuộc vào thời gian sống hạt dẫn thiểu số tb ( iB2=IBER)
và điện tích Q ở miền nền là
Do đó iB2 có trị
• Dòng nền tổng cộng là
41
Dòng [điện ở cực] phát, IE
• IE được tạo nên bởi 2 thành phần (IEn và IEp)
 Thành phần IEn
IEn = Ic + dòng điện bị mất đi ở miền nền do tái hợp
= Ic + điện tích chứa dôi ra ở miền nền/tB 
= Ic + q A WB nb(0)/tB 
(tB là thời gian sống của hạt dẫn thiểu số)
IEn  qA(DB/WB)nb0 exp(VBE /VT) + qA(W B/2B)nb0 exp(VBE / VT)
 Thành phần IEp
IEp tương ứng với sự bơm dòng lỗ từ nền vào phát (do JE được phân 
cực thuận).
IEp = q A (DE/LE)pe0[exp(VBE/VT) – 1 ]  qA(DE/LE) pe0 exp(VBE / VT)
Tính toán các dòng điện (2/3)
42
Dòng [điện ở cực] nền, IB
- cung cấp lỗ cho sự tái hợp tại miền nền
- cung cấp lỗ cho sự bơm vào miền phát
IB = qAnb0 (WB/2B) exp(VBE/VT) + qA(D E/LE)pe0exp(VBE/VT)
 ( tái hợp) + (bơm lỗ vào miền phát)
Với các phương trình dòng điện IE, IB, và IC, ta có thể dễ dàng 
tìm được các tham số khác của BJT.
Tính toán các dòng điện (3/3)
43
Tóm tắt quan hệ dòng-áp của BJT 
ở chế độ tích cực thuận
Chú ý:
• IS = dòng bão hòa (phụ thuộc nhiều vào cấu tạo của dụng cụ và nhiệt độ)
• VT = điện áp nhiệt = kT/q (=0.026V ở 300oK)
• β = độ lợi dòng CE
• α = độ lợi dòng CB
Với cả hai loại BJT
44
5.3.2 Các cách mắc BJT trong mạch
(a) Ba cấu hình có thể gặp khi dùng BJT trong các mạch điện tử.
(b) Đặc tuyến dòng-áp (I-V) của BJT ở cấu hình nền chung (CB) và 
phát chung (CE).
CB=Common Base=Nền chung CE=Common Emitter=Phát chung CC=Common Collector=Thu chung
45
Other BJT Configurations
46
Common-emitter 
It is called the common-emitter configuration because (ignoring the 
power supply battery) both the signal source and the load share the 
emitter lead as a common connection point. 
47
Common-collector 
It is called the common-collector configuration because both the signal 
source and the load share the collector lead as a common connection 
point. Also called an emitter follower since its output is taken from the emitter 
resistor, is useful as an impedance matching device since its input impedance is 
much higher than its output impedance. 
48
Common-base
This configuration is more complex than the other two, and is less 
common due to its strange operating characteristics. 
Used for high frequency applications because the base separates the 
input and output, minimizing oscillations at high frequency. It has a high 
voltage gain, relatively low input impedance and high output impedance 
compared to the common collector. 
49
5.3.3 Dòng [điện]- [Điện] áp: Mô hình Ebers-Moll
Mạch tương đương Ebers-Moll của BJT giống như dụng 
cụ được tạo bởi hai diode ghép lại.
50
Một khi chúng ta biết các tham số này, ta có thể tìm ra đặc tuyến I-V của BJT
I
E
 I
F

R
I
R
I
C

F
I
F
 I
R
I
B
 I
E
 I
C
 I
F

R
I
R
 (
F
I
F
 I
R
)
  I
F
(1
F
) I
R
(1
R
)
The forward and reverse common base
current gains are related by
"the reciprocity relation"
F IF 0 R IR0  IS
F : normal mode common base current gain

R
: inverted mode common base current gain
I
F
: base-emitter diode current 
I
R
: base-collector diode current
Các độ lợi dòng CB thuận và ngược 
quan hệ với nhau theo
Độ lợi dòng CB thuậ
Độ lợi òng CB ngược
Dòng điện diode nền-phát
Dòng điện diode nền-thu
51
Biểu diễn CE của mô hình Ebers-Moll.
//
,
1 1
,
1 1
( )
1 1
1
1
( 1) ( 1)
1 1
BCBE
F F
F F
F F
R R
R R
R R
F F R R
CT F F R R
F R
F
E CT F R R
F
R
C CT F F R
R
qV kTqV kTSF R
B
F R F
S
R
I I
I I I
thus
I
I I I I
I
I I I I
I II I
I e e
 
 
 
 
 
 
 
 
 




   
 
 
 
 
   
 
   

  

     
 

Common base
như vậy