1.3. TRANSISTOR LlTONG CUC (BJT)
1.3.1. Cau tao va nguyen Iy lam viec
- Transistor lirong cue (BJT - Bipolar Junction Transistor) gom ba lop ban dan tap chat khac loai, sap xep xen ke de tao thanh hai chuyen tiep p-n dat rat gan nhau. Co hai cau true BJT la: p-n-p va n-p-n (Hinhl.25a).
a)
MetaJized contacts
b)
ICinh 1.25. Cau tao va ky hieu cua BJT (a); Can true thuc cua mot BJT (b) [30]
+ Vung phat: co nong do tap chat cao nhat.
+ Vung thu: co nong do tap chat thap han vimg phat.
+ Vùng nền: có nồng độ tạp chất thấp, nhất, độ rộng rất nhỏ (~ lO^cm).
- Từ các vùng bán dẫn, ngứờí ta đưa ra các điện cực kim loại: Cực phát (cực emitter, E);
Cực thu (cực Collector, cực góp; C); Cực gốc (cực Base, cực nền, cực khiển, B).
- Chuyển tiếp p-n giữa vùng E vặ B gọi là chuyển tiếp emitter (Je).
- Chuyển tiếp p-n giữa vùng c và B gọi là chuyển tiếp Collector (Jc).
* Lưu ỷ:
- Do nồng độ tạp chất ở vùng E và c khác nhau nên các cực E và c cũng khác biệt nhau, không thể dùng lẫn.
- Độ rộng của vùng B phải đủ nhỏ so với quãng đường khuếch tán trung bình của các hạt dẫn đa số, mới tạo ra hiệu ứng transistor.
Một số BJT thông dụng là: A1015, A564, B562, C1815, C828, D468, D880, D 1555..., 2N2222, 2N3904, 2N3905...
* Hình dạng của BJT thông dụng:
Hình 1.26. Transistor công suất nhỏ [30]
Hình 1.27. Transistor công suất lớn [30]
1.3.1.2. Nguyên lý làm việc và khả năng khuếch dại của BJT
- Xét hoạt động của một BJT loại p-n-p được phân cực như Hình 1.28. Chuyên tiêp Je
được phân cực thuận bởi Ei, chuyển tiếp J( được phận cực ngược bởi Ẽ2, Re và Rc là các điện trờ phân cực.
a) Khỉ chưa có nguôn tín hiệu es
Hỉnh 1.28. Sơ đồ nguýên lý làm việc của BJT
- Do Je phân cực thuận nên dòng khuếch tán các hạt dẫn đa số ở miền E và B được tăng cường, tạo nên dòng điện chảy từ miền E sang miền B. Đây là dòng các lỗ trống đa số từ miền E (Ip) và cỏc điện tử đa số từ miền B (In). Vỡ I p ằ In [2], nờn:
IE = Ip + In~Ip (1.17)
Các lỗ trống đa số từ miền E qua miền B trở thành các hạt “thiểu sổ” ưội.
- Do độ rộng miền B rất nhỏ và do Jc phân cực ngược nên các hạt “thiểu số” ưội (lỗ trống) nhanh chóng rơi vào miền nghèo của Jc và bị điện trường ờ đây tác dụng mạnh, khiến phần lớn lỗ ưống bị cuốn sang miền c, về cực âm của E2 tạo nên dòng điện I c
- Một phần nhỏ các lỗ ưống qua miền B tái hợp với các điện tử đa số ở đây. Một phần khác là dòng điện tử khuếch tán từ miền B sang E (In). Hai dòng điện từ này tạo nên dòng điện tương ứng Iò chảy từ miền B về cực õm của Eị.
- Mặt khác, do Jc phân cực ngược nên xuất hiện dòng điện ngược Icbo ( là dòng các hạt dẫn thiểu số) hướng từ miền B qua miền c về cực âm của E2.
- Tổng hợp các thành phần dòng điện qua các cực của BJT, ta được:
Ic = Ic + Icbo (1.18)
Iò = Iò ' IcBo (1.19)
Suy ra: Ic Ib = Ic + Iò = Ip ln
hay Ic + Ib = Ie (1.20)
Biểu thức (1.20) là hệ thức cơ bản của BJT.
b) Khi có nguồn tín hiệu es
- Khi có nguồn tín hiệu nhỏ es(t) đặt vào giữa cực E và cực B, xếp chồng lên điện áp phân cực vốn có của chuyển tiếp Je, mức độ phân cực của JE sẽ thay đổi và do đó dòng
điện khuếch tán Ievà cũng là Ic sẽ thay đổi theo quy luật biến thiên của tín hiệu. Ở ngõ ra, dòng điện Ic biến thiên, chảỷ qua Rlvà Rc sẽ hình thành nên điện áp biến thiên cùng quy luật với es nhưng biên độ lớn hơn es (nhờ chọn Rc II Rlkhá lớn). Ta nói răng transistor đã khuếch đại điện áp tín hiệu.
Đối với BJT loại n-p-n, cơ chế vận chuyển các hạt dẫn ở chế độ tĩnh và nguyên tắc khuếch đại ở chế độ động diễn ra tương tự như với BJT loại p-n-p, chỉ khác là chiều các điện áp phân cực và chiều dòng điện ở các cực ngược lại.
1.3.L3. Hệ số a v à p
a) Hệ sổ truyền đạt dòng điện cực phát.
Để đánh giá mức độ hao hụt dòng điện khuếch tán trong vùng Base, người ta định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện cực phát a của BJT [6].
- Ở trạng thái một chiều: a dc = — (1-21)
Ie
Từ (1.18) suy ra: Ic = I C + i cbo; ôd^E ( L22)
( Icbo là dòng điện ngược có giá trị rất nhỏ, cỡ ~ n.lOOnA).
Hay: (1.23)
ae
- Ở trạng thái xoay chiều: a ac = ^ I uCB=const ( 1 -24) A1e
trong đó ÀIe, AIc là biến thiên dòng điện cực phát và cực thu tương ứng.
Ở chế độ khuếch đại tuyến tính: Odc ~ <Xac = a = 0,980 - 0,995 [2]. Trong nhiều trường hợp tính toán ở chế độ một chiều, người ta coi a = 1.
b) Hệ số khuếch đại dòng điện
- Từ ( 1.1 8 ) ta c ó : Ic = Ctdc ( Ib + Ic ) + Icbo
= > IC =- g d c _ I + _ L _ I
l - a dc 1 - a
- > Ic _ PdcIB + (Pdc + l)ICBO - Pde^B + ^CEO (1-25) trong đó Iceo = (Pdc + 1) Icbo là dòng điện ngược Collector trong mạch chung E. Vì Icbo rất nhỏ (và dù Pdc khá lớn) nên Iceo không đáng kể so với pdcỈB, do vậy có thê bỏ qua. Từ biểu thức (1.25) ta suy ra:
P d e 4 (1.26)
gọi là hệ sổ khuếch đại dòng điện một chiều của BJT. Hệ số này biểu thị tác dụng điều khiển của dòng IB đối với dòng Ic-
- Ở trạng thỏi xoay chiều: ô - * =rac
Air ƯCE=const (1.27)
trong đó A Ib, AIc là biến thiên dòng điện cực gốc v à cực thu tương ứng. Khi thực hiện khuếch đại tuyến tính, Pdc ~ pac — p. Thông thường p = n.10 -ỉ- n.100.