Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT (Phần 2) - Hồ Trung Mỹ

W W LW
D L L
 
      
       
 
với WBn << LB
Chú ý: Hệ số vận chuyển miền nền B phụ thuộc vào bề rộng miền nền trung 
hòa (WBn) chứ không phải bề rộng miền nền khi được chế tạo. Như vậy nó 
phụ thuộc vào điều kiện phân cực. Điều này làm gây ra hiệu ứng Early mà ta 
sẽ xét sau. 
6Độ lợi dòng và hỗ dẫn
C C B
m
BE T T
I I I
g
V V V

  

2
0
0
1
1 1
2
C EN e BnE B
e
E EN EP b B E B
I BI p WD W
B
I I I n D L L
 
    
               
Suy ra để có được độ lợi dòng cao, cần có WB nhỏ, NAB thấp và NDE cao
Tỉ số của dòng thu IC trên dòng nền IB rất quan trọng vì người ta dùng dòng 
nền để điều khiển dụng cụ. 
 Độ lợi dòng E chung (DC):
Độ lợi dòng B chung:
Từ biểu thức trên, ta thấy để có  cao ta cần pha tạp chất cao ở miền phát và
bề rộng miền nền nhỏ. Một tham số quan trọng khác cho thấy hiệu năng của 
dụng cụ là hỗ dẫn, nó mô tả việc điều khiển dòng ra (IC) bằng phân cực ngõ 
vào (VBE). Hỗ dẫn có trị là
Hỗ dẫn của BJT rất cao so với FET có cùng kích thước.Điều này có được do 
IC là hàm mũ theo VBE.
1





7• Các tham số hiệu năng của BJT loại PNP:
– Hiệu suất phát
– Hệ số vận chuyển miền nền
– Độ lợi dòng B chung
– Độ lợi dòng E chung
C
Ep
I
B
I

C
e
E
I
B
I
  
C
e
Ep En
I
I I
 

1
C
B
I
I



 

85.5 Các hiệu ứng thứ cấp
• Điều chế miền nền-hiệu ứng Early
• Đánh thủng: xuyên qua và thác lũ
9Điều chế miền nền
Dòng điện thu tỉ lệ nghịch với WBn (bề rộng miền nền trung hòa)
Tăng VCE làm giảm WBn  
dòng IC tăng.
Khi thay đổi VCE  WBn thay 
đổi (điều chế miền nền)
Tăng 
gradient 
hạt dẫn 
thiểu số
Miền nền 
(base)
10
Điện áp Early VA
A CEQCE A
o
C CQ CQQ
V VV V
r
I I I

  

Q
VCEQ VCE
ICQ
Điện trở ra ro
Nếu pha tạp chất sao 
cho NDC << NAB  bề 
rộng miền nghèo ở JC 
sẽ nằm bên phía miền 
thu (Collector)  điện 
áp Early VA lớn.
Với VA = 50V đến 200V
-VA
11
Hiệu ứng Early
• Hiệu ứng Early
– Dòng điện trong miền tích cực (hơi) phụ thuộc vào VCE
– VA là tham số của BJT (50 đến 100) và được gọi là điện áp Early
– Do sự giảm bề rộng miền nghèo hiệu dụng WBn khi phân cực ngược tăng
– Làm xuất hiện thêm đại lượng điện áp Early trong phương trình dòng điện
– Độ dốc khác không nghĩa là điện trở KHÔNG phải vô hận.
VCE
VBE1
VBE2
VBE3Active region
Saturation region
-VA
IC
12
• Cái gì gây ra hiệu ứng Early?
– Tăng VCB làm cho bề rộng miền nghèo của JC tăng lên và 
như vậy bề rộng miền nền giảm (điều chế miền nền)
– Bề rộng miền nền hiệu dụng WBn càng ngắn thì dn/dx 
càng cao.
Hiệu ứng Early
EBJ CBJ
dn/dx
VCB > VCB
WbaseBn 
13
Đánh thủng trong BJT
Có 2 cơ chế đánh thủng quan trọng trong BJT: 
(1) đánh thủng xuyên qua (punch-through breakdown) 
(2) đánh thủng thác lũ (avalanche breakdown) 
 [tương tự với đánh thủng trong các chuyển tiếp PN]
14
• Đánh thủng xuyên qua (punch-through breakdown) xảy ra khi 
điện áp phân cực ngược VBC lớn đến nỗi mà các miền ghèo của JE 
và JC trộn lẫn nhau (WBn  0).
Độ cao của rào E-B với lỗ bị ảnh hưởng bởi VBC, nghĩa là sự tăng 
nhỏ trong VBC cần cho sự tăng lớn ở IC.
• Cơ chế đánh thủng thác lũ (avalance breakdown) trong BJT phụ 
thuộc vào cấu hình mạch (CE hay CB).
p+ n p
VBC tăng
Chú ý: Điện áp xuyên-qua thường 
lớn hơn nhiều điện áp đánh thủng
thác lũ
15
• Với cấu hình CB, đánh thủng thác lũ trong JC (E hở) BVBC có được 
từ điện trường (đánh thủng) cực đại EBR (~300 kV/cm với Si và 
400 kV/cm với GaAs):
• Sự tăng dòng điện do điện áp BVBC cao hơn được phản ánh qua hệ 
số nhân (multiplication factor) MCB trong biểu thức dòng điện. 
Nó bằng trong các điều kiện làm việc bình thường, và lớn hơn 1 
khi đánh thủng thác lũ xảy ra.
• Khi cực E hở, hệ số nhân của JC là :
1
1
















bm
BC
BC
CB BV
V
M
16
• Với cấu hình CE, điện áp đánh thủng CE là BVEC có liên hệ với 
với BVBC:
 
  bmdcBCEC
BCdc
dcBC
EC
ECEC
BCdc
BCBC
CBCEdcBCC
CE
BVBV
M
M
M
IM
M
IM
IIIMI
II
/1
0
0
0
1
1
)1(
1







 Cấu hình B hở
Phải nhỏ hơn nhiều BVBC
do hoạt động của BJT.
H
ệ 
số
 n
hâ
n
Điện áp ngược
10
20
30
40
50
20 40
MEC MBC
17
VEC
IC
BVEC0
Đặc tuyến ra CE
IC
VBCBVBC0
Đặc tuyến ra CB
18
Avalanche breakdown related characteristics of a bipolar transistor in the commonbase
and common-emitter configurations.
19
Transistor (NPN) Voltage Ratings
Rating Description 2N3904
VCBO VCB with emitter circuit open 60 Vdc
VCEO VCE with base circuit open 40 Vdc
VEBO VEB with collector circuit open 6 Vdc
o = with the 3rd terminal open circuit
s = with the 3rd terminal short circuit (usually B and E)
x = with some specified circuit conditions
20
5.5 Các đặc tuyến của BJT
• Đặc tuyến vào
• Đặc tuyến ra
• Đặc tuyến truyền đạt
• Các giới hạn hoạt động với BJT
21
Mạch đo đặc tuyến BJT NPN
22
23
24
25
A collector characteristic curve.
Operating region?
VCE = ?
26
A composite of collector characteristic curves 
of a BJT
27
Đặc tuyến của BJT NPN mắc CB
a) Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến ra
28
Đặc tuyến của BJT NPN mắc CE
a) Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến ra
29
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tuyến (NPN-CE): 
a) Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến ra
c) Đặc tuyến truyền đạt
30
31
Transconductance, gm
• The transconductance (gm) of a transistor is a 
measure of how well it converts a voltage signal into a 
current signal.
• It will be shown later that gm is one of the most 
important parameters in integrated circuit design. 
T
C
m
T
BE
S
T
m
T
BE
S
BEBE
C
m
V
I
g
V
V
I
V
g
V
V
I
dV
d
dV
dI
g









exp
1
exp
32
Visualization of Transconductance
• gm can be visualized as the slope of the IC vs. VBE curve.
• The slope (hence gm) increases with IC.
33
Transconductance and IC 
• For a given VBE swing (DV), the resulting current swing 
about IC2 is larger than it is about IC1. 
– This is because gm is larger when VBE = VB2.
34
Transconductance and Emitter Area
• When the BJT emitter area is increased by a factor n, IS 
increases by the factor n. 
 For a fixed value of VBE, IC and hence gm increase by 
a factor of n.
35
 Ảnh hưởng của nhiệt độ và dòng IC đến 
36
Beta () or amplification factor
• The ratio of dc collector current (IC) to the dc base current (IB) is dc 
beta (dc ) which is dc current gain where IC and IB are determined at 
a particular operating point, Q-point (quiescent point). 
• It’s define by the following equation:
30 < dc < 300 2N3904
dc IB
IC
• On data sheet, dc=hFE with h is derived from ac hybrid equivalent 
cct. FE are derived from forward-current amplification and 
common-emitter configuration respectivley.
37
• For ac conditions an ac beta has been defined as the changes of 
collector current (IC) compared to the changes of base current 
(IB) where IC and IB are determined at operating point.
• On data sheet, ac=hfe
• It can defined by the following equation:
ac DIB
DIC
VCE=constant
38
5
6
4
3
2
1
Saturation
region
Active region
Cutoff region
IC(mA)
VCE(V)
IB=60 uA
5 10 15VCE(sat)
IB=50 uA
IB=0 uA
IB=40 uA
IB=30 uA
IB=20 uA
IB=10 uA
20
V 7.5VCE 
Q-
point
IC2
IC1
DIC IB1
IB2
Bài giải:
100
10
m1
2030
m2.2m2.3
II
II
I
I
1B2B
1C2C
constantVce
B
C
ac









D
D
 
108
25
m7.2
I
I
B
C
dc




TD: Từ đặc tuyến ra của cấu hình CE, hãy tìm ac và dc với điểm làm 
việc ở IB=25 A và VCE =7.5V.
39
Xác định dc và ac từ đặc tuyến collector
Điểm hoạt động
có thể khác nhiều ở những điểm khác
40
Các giới hạn hoạt động cho BJT
• Nhiều BJT dùng cho mạch khuếch đại. Như vậy ta phải lưu ý 
đến các giới hạn hoạt động của nó.
• Tối thiểu có 3 giá trị cực đại được đề cập trong sổ tay: 
a) Tiêu tán công suất cực đại ở miền thu: PCmax hay PD
b) Điện áp CE cực đại: VCEmax đôi khi được gọi là VBR(CEO) hay 
VCEO.
c) Dòng [điện] thu cực đại: Icmax
• Nếu dùng BJT cho mạch khuếch đại ta phải theo 1 số qui tắc 
sau:
i) BJT cần làm việc ở chế độ tích cực thuận!
ii) IC < ICmax
ii) PC < PCmax
41
Các giới hạn làm việc của BJT
Chú ý:
• VCE có trị cực đại và IC có trị cực tiểu (ICmax=ICEO) trong miền tắt (cutoff ). 
• IC có trị cực đại và VCE có trị cực tiểu (VCE min = VCEsat = VCEO) trong miền bão hòa
(saturation).
• BJT hoạt động như mạch khuếch đại trong miền tích cực giữa miền bão hòa và
miền tắt.
Miền
bão hòa
Miền tắt
Miền
tích cực
42
Đọc bảng dữ liệu
• BJT có công suất tiêu tán PD:
< 1 W  BJT tín hiệu nhỏ
> 1 W  BJT công suất
• Định mức đánh thủng: VCB, VCEO, VEB
• Dòng và công suất cực đại: IC, PD@TA, PD@TC
• Hệ số giảm định mức [của công suất]
• Tản nhiệt
• Độ lợi dòng: 
– hFE = βdc (hFE phụ thuộc IC)
– hfe = βac (hfe phụ thuộc tần số hoạt động)
43
Transistor Testing
(Máy vẽ đặc tuyến)
(Máy đo đa năng hiện số)
(Máy đo Ohm)
44
TD: Phân tích DC mạch BJT mắc CE
Tính IB, IC, IE và VCE. (Biết : VBE (on) = 0.7V và β = 200)
Mạch khuếch đại BJT mắc CE
45
Đường tải của mạch CE
Đường tải
Điểm tĩnh
IBQ và VBEQ
Đường tải vào
Tích cực thuận
Bão hòa
Điểm Q
Đặc tuyến
chuyển tiếp B-E
Đường tải
Tắt
Đường tải C-E:
Đường tải vào:
46
Đặc tuyến truyền đạt điện áp (1/2) 
(VTC=Voltage Transfer Chracteristics)
VTC cho biết:
• Quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào
• Hoạt động hay trạng thái của transistor
TD: Giả sử:
VBE (on) = 0.7V
β = 120
VCE(sat) = 0.2V
VA = ∞
o Vi ≤ 0.7V, Qn = tắt (OFF): 
IB = IC = 0, Vo = V+ = 5V
47
o Vi > 0.7, Qn= dẫn (tích cực thuận)
và
o Khi VO= 0.2V, Qn đi vào bão hòa và 
tìm được Vi: 
Đặc tuyến truyền đạt điện áp (2/2)
0.7 ( 0.7)
,i iB C B
B B
V V
I I I
R R


 
  
( 0.7)
5 i Co C C
B
V R
V V I R
R
    
120( 0.7)5
0.2 5 1.9
150
i
i
V
V V

   
Tích cực
Tắt
Bão hòa
VCEsat=
V+=