Giáo trình Mạch điện tử 1 - Chương 2: Transistor hai lớp tiếp giáp BJT

Chương 2 1
CHƯƠNG 2: TRANSISTOR HAI LỚP TIẾP GIÁP - BJT 
2.1 Giới thiệu 
2.2 Dòng chảy trong BJT 
2.3 Khuếch đại dòng trong BJT 
2.4 Giải tích mạch BJT bằng đồ thị 
2.5 Tính toán công suất 
2.6 Tụ Bypass vô hạn 
2.7 Tụ ghép vô hạn 
2.8 Mạch Emitter Follower 
2.9 Mở rộng 
“We make a living by what we get, we make a life by what we give”. 
- Winston Churchill, Sir (1874-1965)
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 2
2.1 Giới thiệu 
x 1948: Transistor đầu tiên (Bell Lab) 
x Các loại transistor (TST): BJT, FET 
x BJT: Bipolar Junction Transistor: Transistor hai lớp tiếp giáp 
2.2 Dòng chảy trong BJT 
x Cấu tạo và ký hiệu x Dòng chảy trong BJT 
EB: Phân cực thuận 
CB: Phân cực nghịch 
CBOEC III  D
CBE III  
Ÿ CBOEB III  )1( D
DD
D CBO
CB
III ¸
¹
·¨
©
§  1
Đặt:
D
DE

1
Lưu ý: Cấu hình B chung (CB – Common Base configuration) 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 3
2.2.1 Mối nối Emitter – Base (EB) 
Xem mối nối EB như một Diode phân cưc thuận hoạt động độc lập (iD = iE; vD = vEB)
x DCLL và Đặc tuyến EB 
DCLL:
e
EE
EB
e
E R
Vv
R
i  1
x Mạch tương đương đơn giản 
vE = VEBQ = VJ (0.7V: Silicon; 
0.2V: Germanium) 
rd = 0 
e
EBQEE
EQ R
VV
I

0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 4
2.2.2 Mối nối Collector – Base (CB) 
Từ quan hệ: CBOEC III  D , mạch tương đương của mối nối CB: 
VÍ du 1ï: Cho mạch điện như hình vẽ: D | 1, ICBO | 0; VEE = 2V; Re = 1k; VCC = 50V; Rc
= 20k; vi = 1sinZt. Tính iE và vCB.
3
2
1
t
R
VvV
i
e
EBQiEE
E Zsin0.13.1  

 (mA) 
EcCCCcCCCB iRViRVv   
i
e
c
e
EBQEE
cCCCB vR
R
R
VV
RVv 

 
tvCB Zsin2024  (V) 
Hệ số khuếch đại tín hiệu xoay chiều: Av = 20 
E E CC
B B
IE IEIC IC
IB IB
VEBQ
VEBQDiode lý
tưởng
DIE DIEICBO
Re
Re
Rc
Rc
VEE 
VEE 
VCC
VCC
VEBQvi
vi
E
E C
C
B
B
iE iC
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 5
2.3 Khuếch đại dòng trong BJT
Quan hệ giữa iC và iB (bỏ qua ICBO): BC ii u| E với D
DE

1
Hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ: BBC iii u''u ' EE
 Suy ra: feB
BB
C hi
ii
i 
'
' 
'
' EE
Xem gần đúng: FEfe hh {| E
Lưu ý: E của các TST cùng loại có thể thay đổi nhiều theo từng TST. 
Ví du 2ï: Cho mạch điện như hình vẽ. Xác định hệ số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ. 
9 Cấu hình E chung (CE – Common Emitter configuration) 
9 Transistor npn 
1
2
3
x Ngõ vào: bBQ
b
BEQiBB
B iIR
VvV
i  

với: 
b
BEQBB
BQ R
VV
I

 và 
b
i
b R
vi 
x Ngõ ra: cCQbBQBC iIiIii  u u| )(EE
Hệ số khuếch đại dòng tín hiệu nhỏ: E 
b
c
i i
iA
Rb
Rc
vi
VBB
VCC
iB iC
B
E
C
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 6
Đặc tuyến VA ngõ ra cấu hình E chung 
x Vùng bão hòa: vCE d VCEsat
Quan hệ giữa iC và iB là không tuyến tính 
x Vùng chủ động: VCEsat d vCE d BVCEO
Quan hệ tuyến tính: 
CBOBC Iii D
EE u 
Giới hạn dòng: IC-cutoff d iC d ICmax
Ví dụ 3: VCC = 10V, Rb = 10K, Rc = 1K. TST: E = 100, VBE = 0.7V, VCEsat = 0.1V. Tìm 
điều kiện làm việc (IC và VCE) của TST khi: a) VBB = 1.5V b) VBB = 10.7V 
3
2
1
b
BEBB
B R
VVI  ; cCCCCE RIVV  
a) IB = 0.08mA; IC = EIB = 8mA 
VCE = 2V: TST hoạt động trong vùng tích cực. 
b) IB = 1mA; Giả sử IC = EIB = 100mA Ÿ VCE = -90 !!! 
TST hoạt động trong vùng bão hòa: VCE = VCEsat = 0.1 
mA
KR
VVI
c
CECC
C 9.9
1
1.010  

VBB VCC
Rb
Rc
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 7
Mạch tương đương 
1
1
2.4 Giải tích mạch BJT bằng đồ thị 
Mạch khuếch đại cơ bản 
1
2
3
RL
ReR1
R2
VCC
Mạng phân cực 
R2
R1
VCC
VBB
Rb
1
1
VCC
1
2
3
RL
Rb
Re
VBB
E
hfeib
R0
ic
C
vce
+
_
ii
ii
œ
B
B
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 8
x Mạng phân cực (Mạch tương đương Thevenin): 
CCBB VRR
RV
21
1

21
21
RR
RRRb 
Thiết kế: 
CCBB
b
VV
RR
/1
1 
BB
CC
b V
VRR 2
x Hoạt động của mạch khuếch đại (DC) 
9 Ngõ ra: 
eELCCECC RiRivV  
Với iC = DiE | iE, suy ra: )( eLCCECC RRivV  : DCLL
9 Ngõ vào: 
eEBEbBBB RivRiV  
Bỏ qua ICBO: iB = (1-D)iE, suy ra: 
be
BEBB
be
BEBB
E
RR
vV
RR
vVi
E
D





1
1)1(
Để loại bỏ sự thay đổi của iE do E thay đổi, chọn Re >> Rb/(1+E).
9 Tĩnh điểm Q (ICQ, VCEQ):
e
BEQBB
EQCQ R
VV
II

 | ; ¸¸
¹
·
¨¨
©
§
 
e
L
BBCCCEQ R
RVVV 1)7.0(
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 9
x Giải tích bằng đồ thị 
9 Tín hiệu nhỏ: CQCc Iii  và: CEQCEce Vvv  
9 Quan hệ pha: ib tăng, ic, ie tăng, vce giảm 
9 Điếu kiện để iC có thể dao động cực đại (max swing): (Giả sử VCEsat = 0 và 
IC-cutoff = 0) 
eL
CC
CQ RR
VI

2/
2/CCCEQ VV 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 10
Ví dụ 4: Tìm Q để có max swing: 
R1
R2
Re
200
RL
1k
1 DCLL: )2001000(9 | CQCEQ IV
Max swing: ICEQ = 
eL
CC
RR
V

2/
 = 3.75 mA 
 VCEQ = VCC / 2 = 4.5 V 
Ví dụ 5: Tìm R1 và R2 trong ví dụ 4 để đạt được Max Swing 
1
Rb
Re
200
RL
1k
VBB
VBQ = VBE + VEQ = VBE + IEQ uRe | VBE + ICQ uRe
Chọn Re >> Rb/(1+E), thường chọn: )1(
10
1 E eb RR = 2K 
VBB = VRb + VBQ = IBQRb + VBQ | (ICQ/E)(0.1ERe) + VBE + ICQRe
VBB = VBE + ICQ(1.1Re) = 0.7 + (3.75E-3)(1.1)(200) = 1.525 V
Suy ra: 
CCBB
b
VV
RR
/1
1 
 = 2.4K 
BB
CC
b V
VRR 2 = 11.8K 
E = 100
+9V
E = 100 
+9V
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 11
2.5 Tính toán công suất 
x Công thức tổng quát: 
³ 
T
dttItV
T
P
0
)()(
1
V(t) = Vav + v(t) 
I(t) = Iav + i(t) 
Trong đó:Vav, Iav: Giá trị trung bình 
 v(t), i(t): Thành phần thay đổi 
theo thời gian có trung bình bằng 0. 
³  
T
avav dttiItvVT
P
0
))())(((
1
³ 
T
avav dttitvT
IVP
0
)()(
1
x Công suất trung bình tiêu tán trên tải (Công suất xoay chiều) 
³ 
T
LcacL dtRiT
P
0
2
,
1
Giả sử ic là tín hiệu sin: ic = IcmsinZt
2
2
,
Lcm
acL
RIP 
MaxSwing: max(Icm) = ICQ = 
)(2 eL
CC
RR
V

Suy ra: max(PL,ac) = 
2
2
)(8 eL
LCC
RR
RV

Để cực đại hóa công suất tiêu tán trên tải: 
Chọn RL >> Re
Suy ra: max(PL,ac)
L
CC
R
V
8
2
|
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 12
x Công suất nguồn cung cấp trung bình 
³ ³  
T T
cCQCCCCCCC dtiIVT
dtiV
T
P
0 0
)(
11
CQCCCC IVP 
Max Swing: ICQ = 
)(2 eL
CC
RR
V

Suy ra: PCC = 
)(2
2
eL
CC
RR
V

Với RL >> Re: PCC
L
CC
R
V
2
2
|
x Công suất trung bình trên Transistor 
> @ ³ ³³³   
T T
CeLCCCC
T
CeLCC
T
CCEC dtiT
RRdtiV
T
dtiiRRV
T
dtiv
T
P
0 0
2
00
1
)(
1
)(
11
ELCCC PPPP  : “Bảo toàn năng lượng” 
Khai triển:  
2
sin
11
2
2
0
2
0
2 cm
CQ
T
cmCQ
T
C
IIdttII
T
dti
T
  ³³ Z
Suy ra: 
2
)()(
2
2 cm
eLCQeLCCC
IRRIRRPP  
TST tiêu thụ công suất cực đại khi không có tín hiệu: 
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 13
max(PC) =   2CQeLCC IRRP 
Max Swing: max(PC) = 
L
CC
eL
CC
R
V
RR
V
4)(4
22
|

x Hiệu suất 
9 Hiệu suất: 
CC
acL
P
P , K
Max Swing:
LCC
Lcm
RV
RI
2/
2/
2
2
 K
Hiệu suất cực đại khi Icm cực đại: max(Icm) = ICQ
L
CC
R
V
2
| (Giả sử RL >> Re)
Suy ra: max(K)
LCC
LCC
RV
RV
2/
8/
2
2
 = 0.25 
9 Tỷ số công suất tiêu tán TST cực đại trên công suất tải xoay chiều cực đại: 
(Thiết kế: Chọn TST có chỉ số công suất tiêu tán cực đại thích hợp) 
2
8/
4/
)max(
)max(
2
2
,
 |
LCC
LCC
acL
C
RV
RV
P
P
:
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 14
2.6 Tụ Bypass vô hạn 
Re: + Tạo dòng phân cực ICQ và tăng độ ổn định phân cực (C3). 
 _ Giảm hiệu suất; Giảm hệ số khuếch đại đối với tín hiệu nhỏ xoay chiều (C4) 
Ÿ Sử dụng tụ bypass (Giả sử Ceov, đối với tín hiệu xoay chiều: ZC = 1/(jCZ)o 0) 
VBB
Re
RL
Rb
VCC
Ce
DCLL: eLDC RRR  
DC
CC
CE
DC
C R
VV
R
I  1
ACLL: cLce iRv  
Lac RR 
Ÿ ce
ac
c vR
i 1 (Gốc tọa độ Q) 
“Destiny is what we make”. 
- Anonymous 
ii
iB iC
iE
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 15
Max Swing: Q trung điểm ACLL 
Ÿ acCQCEQ RIV 
Thay vào DCLL: 
DC
CC
acCQ
DC
CQ R
VRI
R
I  1
Ÿ
acDC
CC
CQ RR
VI

acDC
CC
CEQ RR
VV
/1
2.7 Tụ ghép (coupling capacitor) vô hạn 
Tụ ghép: Ngăn dòng DC qua tải. 
DCLL: RDC = Re + Rc
ACLL: Rac = Rc // RL
Max Swing:
acDC
CC
CQ RR
VI

acDC
CC
CEQ RR
VV
/1
Dòng qua tải (AC): c
cL
c
L iRR
Ri

Rb
Re
Rc
RL
Ce
Cc
VBB
VCC
1
ii
iB iC
iE
iL
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 16
2.8 Mạch Emitter Follower 
Cb
R2
R1 Re
VCC
vi
Rb
Re
VCC
Cb
VBB
vi
 a) Mạch Emitter Follower b) Mạch tương đương 
vB = vBE + vE
Xem vBE | VBE = 0.7 
vi = vb | ve: “Follower” 
VCC
Cb
Re
Rbvi
VBB
Ce
RL
c) Mạch Emitter Follower với tải AC 
DCLL: RDC = Re
ACLL: Rac = Re // RL
vE vE
vL
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 17
2.9 Mở rộng 
2.9.1 Mạch phân cực Base – Injection 
Xét mạch Emitter Follower với mạch phân cực Base – Injection sau: 
vi
R2
Cb
Re
VCC
RL
Ce
x Tính toán mạch phân cực: 
Ngõ vào: VCC = VR2 + VBEQ + VRe
VCC | R2(ICQ/E) + VBEQ + ReICQ
E/2RR
VV
I
e
BEQCC
CQ 

Ngõ ra: VCEQ = VCC - ReICQ
x Thiết kế mạch phân cực: 
Chọn tĩnh điểm Q 
Tính R2 = E/CQ
CQeBEQCC
I
IRVV 
vL
0ҥFKÿLӋQWӱ
Chương 2 18
2.9.2 Nguồn của mạch khuếch đại 
Có thể thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch khuếch đại để thay đổi mức DC 
của ngõ ra (Vẫn bảo đảm TST phân cực đúng). 
Ví dụ 6: Xét mạch CE sau 
Cb
R2
R1 Re
+VCC
vi
Rc
-VEE
DCLL: RDC = Rc + Re
DC
EECC
CE
DC
C R
VVV
R
I  1
ACLL: Rac = Rc + Re
Với tín hiệu ac, các nguồn một chiều 
(VCC, VEE) ngắn mạch: Phân tích như 
các phần trước. 
Ví dụ: Chọn RCICQ = VCC
Mức DC ngõ ra: v0-DC = 0 (Không cần 
dùng tụ coupling ngõ ra) 
vo
0ҥFKÿLӋQWӱ