Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Transitor

1 
Nhập môn Điện tử 
Chương 5: Transitor 
Chương 5 
Transitor 
2 
Nhập môn Điện tử 
I. Tổng quan về transitor 
Transistor là một thiết bị đa cực có khả năng: 
 + Tăng (khuếch đại) dòng 
 + Tăng (khuếch đại) áp 
 + Tăng (khuếch đại) tín hiệu – công suất 
Transistor lưỡng cực BJT (BJT- Bipolar Junction Transistor) là transistor 
thế hệ đầu tiên được phát minh năm 1947 bởi Bardeen, Brattain và 
Shockley. 
Chương 5: Transitor 
3 
Nhập môn Điện tử 
I. Tổng quan về transitor 
Chương 5: Transitor 
Lịch sử phát triển của transistor 
4 
Nhập môn Điện tử 
I. Tổng quan về transitor 
Chương 5: Transitor 
Name Signification Year 
Transistors nu
mber[19] 
Logic 
gates number[
20] 
SSI 
small-scale 
integration 
1964 1 to 10 1 to 12 
MSI 
medium-scale 
integration 
1968 10 to 500 13 to 99 
LSI 
large-scale 
integration 
1971 500 to 20,000 100 to 9,999 
VLSI 
very large-scale 
integration 
1980 
20,000 to 
1,000,000 
10,000 to 
99,999 
ULSI 
ultra-large-
scale 
integration 
1984 
1,000,000 and 
more 
100,000 and 
more 
5 
Nhập môn Điện tử 
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor 
II.1 Cấu trúc của transitor 
 BJT (Bipolar Junction Transistor) được tạo nên từ các lớp bán dẫn p và 
n xen kẽ nhau. 
Ba vùng bán dẫn trong transistor được gọi là : vùng Phát (Emitter - E) ; 
Nền (Base - B) và Thu (Collector - C) . 
Chương 5: Transitor 
P n P
E C
B
0.150 in
0.001 in
n p n
E C
B
0.150 in
0.001 in
6 
Nhập môn Điện tử 
 Mối nối pn giữa vùng nền và vùng thu được gọi là mối nối nền-thu 
(BC) . Tương tự mối nối pn giữa vùng nền và vùng phát là mối nối nền 
phát (BE). 
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor 
II.1 Cấu trúc của transitor 
Chương 5: Transitor 
7 
Nhập môn Điện tử 
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của transitor 
II.1 Cấu trúc của transitor 
Chương 5: Transitor 
Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực Emitter 
và Base có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n. 
8 
Nhập môn Điện tử 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Transistor BJT có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tuỳ thuộc vào 
cách phân cực các mối nối BE và CB. 
Chế độ BE CB 
Ngưng dẫn Phân cực nghịch Phân cực nghịch 
Tích cực Phân cực thuận Phân cực nghịch 
Bão hoà Phân cực thuận Phân cực thuận 
Trong các mạch khuếch đại tuyến tính chế độ tích cực thường sử dụng 
Chương 5: Transitor 
9 
Nhập môn Điện tử 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chế độ tích cực ở transistor 
Chương 5: Transitor 
10 
Nhập môn Điện tử 
Xét hoạt động của transitior npn ở chế độ tích cực 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
11 
Nhập môn Điện tử 
Khi mối nối B-E được phân cực thuận, vùng nghèo giữa lớp tiếp 
xúc p-n được thu hẹp lại, và do đó các electron (hạt mang điện đa 
số) khuếch tán dễ dàng từ n sang p 
Xét hoạt động của transitior npn 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
12 
Nhập môn Điện tử 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
Đồng thời dưới tác dụng của hiệu điện thế VBE , các lỗ trống di 
chuyển từ lớp p sang lớp n tạo thành dòng IB 
13 
Nhập môn Điện tử 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Khi mối nối B-C được phân cực nghịch, không có dòng tải đa số 
(dòng các electron) từ n sang p, nhưng theo chiều ngược lại, dưới tác 
dụng của nguồn VCB , có dòng các electron đi từ p sang n 
Chương 5: Transitor 
14 
Nhập môn Điện tử 
Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực 
âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành 
dòng cực thu IC . 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
15 
Nhập môn Điện tử 
Các electron đi ngang qua vùng Thu C đến cực Thu (cực C) và đi về cực 
âm của nguồn áp ngoài đang cấp vào cực thu C . Điều này hình thành 
dòng cực thu IC . 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
16 
Nhập môn Điện tử 
II.2 Nguyên lý hoạt động của transitor BJT 
Chương 5: Transitor 
• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong Transistor 
 E B CI I I 
17 
Nhập môn Điện tử 
III. Các thông số của BJT 
Hệ số α 
 Hệ số αdc được định nghĩa là tỉ số dòng DC qua cực thu C so với dòng DC 
qua cực phát E: 
Hệ số αdc có giá trị trong khoảng từ 0.90 đến 0.998 
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số αac được định nghĩa 
Chương 5: Transitor 
18 
Nhập môn Điện tử 
III. Các thông số của BJT 
Hệ số β 
 Hệ số βdc được gọi là độ lợi dòng điện DC và được định nghĩa là tỉ số dòng 
DC qua cực thu C so với dòng DC qua cực nền B . Ta có: 
 Hệ số βdc còn được gọi là hFE là thông số của transistor trong mạch 
tương đương tính theo thông số h, thường được áp dụng khi thiết kế các 
mạch khuếch đại dùng transistor. Giá trị của hệ số βdc trong phạm vi từ 
20 đến 200 hay lớn hơn. 
Ở chế độ xoay chiều ac, hệ số βac được định nghĩa 
Công suất tiêu tán cực đại: 
Chương 5: Transitor 
19 
Nhập môn Điện tử 
III. Các thông số của BJT 
Tóm tắt 
Chương 5: Transitor 
20 
Nhập môn Điện tử 
Ví dụ: 
III. Các thông số của BJT 
Cho mạch phân cực transistor như hình 
vẽ. Biết transistor có hệ số βdc =150. 
Xác định các dòng điện IC, IB , IE và 
các áp VCE , VCB 
Giải: 
Áp dụng định luật Kirchhoff 
0,43BB BEB
B
V V
I mA
R
. 64,5
64,93
. 3,55
2,85
C DC B
E C B
CE CC C
CB CE BE
I I mA
I I I mA
V V R I V
V V V V
 
Chương 5: Transitor 
21 
Nhập môn Điện tử 
IV.Các kiểu mắc transistor - Đặc tuyến Volt- Ampere 
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base) 
 Mạch B 
chung là 
mạch mà 
trong đó cực 
B có điểm 
chung với cả 
cổng vào và 
cổng ra của 
mạch. Cực B 
là cực được 
nối đất hoặc 
gần thế nối 
đất nhất. 
Chương 5: Transitor 
22 
Nhập môn Điện tử 
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base) 
Họ đặc tuyến ngõ vào 
Chương 5: Transitor 
23 
Nhập môn Điện tử 
IV.1 Mạch cực B chung (Common Base) 
Họ đặc tuyến ngõ ra 
Chương 5: Transitor 
Trong kiểu mắc B 
chung: 
- Tín hiệu vào E so với 
B, tín hiệu ra C so với 
B. 
- Pha giữa tín hiệu vào 
và ra: cùng pha. 
24 
Nhập môn Điện tử 
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter) 
 Mạch E chung là mạch mà trong đó cực E có điểm chung với cả 
cổng vào và cổng ra của mạch. Cực E là cực được nối đất hoặc 
gần thế nối đất nhất. 
Chương 5: Transitor 
25 
Nhập môn Điện tử 
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter) 
Họ đặc tuyến ngõ vào 
Chương 5: Transitor 
26 
Nhập môn Điện tử 
IV.2 Mạch cực E chung (Common Emitter) 
Họ đặc tuyến ngõ ra 
Chương 5: Transitor 
*Trong kiểu mắc 
E chung: 
- Tín hiệu vào B 
so với E, tín hiệu 
ra C so với E. 
- Pha giữa tín 
hiệu vào và ra: 
đảo pha. 
27 
Nhập môn Điện tử 
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector) 
 Mạch C chung là 
mạch mà trong đó 
cực C có điểm 
chung với cả cổng 
vào và cổng ra của 
mạch. Cực C là cực 
được nối đất hoặc 
gần thế nối đất 
nhất. 
Chương 5: Transitor 
28 
Nhập môn Điện tử 
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector) 
Chương 5: Transitor 
IB(μA)
VBC (V)
0
50
100
150
-3 -6
U
E
C
=
2
0
V
U
E
C
=
3
0
V
U
E
C
=
4
0
V
C
B
E
UIn
UOut
CC
V
A
V
A
-4.5
Họ đặc tuyến ngõ vào 
29 
Nhập môn Điện tử 
IV.3 Mạch cực C chung (Common Collector) 
Chương 5: Transitor 
0
2
4
6
8
2 4 6 8 10
IE(mA)
UEC(V)
10
IB=20μA
IB=80μA
IB=60μA
IB=40μA
IB=100μA
Họ đặc tuyến ngõ ra 
*Trong kiểu mắc 
C chung: 
- Tín hiệu vào B 
so với C, tín hiệu 
ra E so với C. 
- Pha giữa tín 
hiệu vào và ra: 
cùng pha. 
30 
Nhập môn Điện tử 
V. Đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line) 
Đường tải một chiều là đường thẳng 
đựợc vẽ trên đặc tuyến ra qua 2 
điểm xác định sau: 
• Điểm ngưng, IC = 0 
 VCE= VCC (Điểm M) 
• Điểm bão hòa: VCE = 0 
 IC = VCC/ RC (Điểm N) 
nối 2 điểm M và N lại ta có được 
đường lấy điện. 
Phương trình đường tải một chiều: 
 VCC=ICRC+VCE 
Hay 
0
IC(mA)
VCE(V)
IB(μA)
Q
N
M
ngưng
bão hòa
VCEQ
ICQ
 CC CEC
C
V V
I
R
Chương 5: Transitor 
31 
Nhập môn Điện tử 
Vai trò của đường tải một chiều 
• Phân giải mạch Transistor. 
• Xác định điểm tĩnh điều hành Q. 
• Cho biết trạng thái hoạt động của transistor ( tác động, bão hoà, 
ngưng). 
• Mạch khuếch đại có tuyến tính hay không. 
• Thiết kế mạch khuếch đại theo ý định ( chọn trước điểm tĩnh Q, 
tính các trị số linh kiện). 
V. Đường tải một chiều (đường tải tĩnh – dc load line) 
Chương 5: Transitor 
32 
Nhập môn Điện tử 
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line) 
Giao điểm đường lấy điện và đường phân cực IB chọn trước cho ta trị số 
điểm tĩnh Q (quiesent operating point). 
Độ lợi dòng điện thay đổi theo vị trí điểm tĩnh điều hành Q. 
Điểm tĩnh điều hành Q thay đổi vị trí theo điện thế phân cực transistor 
và còn thay đổi theo tín hiệu xoay chiều ( AC) tác động vào mạch . 
Điểm tĩnh điều hành Q 
Chương 5: Transitor 
33 
Nhập môn Điện tử 
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line) 
Điểm tĩnh điều hành Q 
Chương 5: Transitor 
34 
Nhập môn Điện tử 
V. Đường tải một chiều (đường thẳng lấy điện – dc load line) 
Điểm tĩnh điều hành Q 
Chương 5: Transitor 
Ví dụ: Tìm điểm Q cho mạch như hình vẽ và vẽ đường tải 1 
chiều. Cho =200 
35 
Nhập môn Điện tử 
VI. Phân cực transistor 
 BJT có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử, tùy theo 
từng ứng dụng cụ thể mà BJT cần cung cấp điện thế và dòng điện 
cho từng chân một cách thích hợp. Phân cực (định thiên) là áp đặt 
hiệu điện thế cho các cực BJT. Phân cực BJT là chọn nguồn điện 
DC và điện trở sao cho IB , IC , VCE có trị số thích hợp theo yêu cầu 
hoạt động của BJT theo các vùng hoạt động của transistor. 
Chương 5: Transitor 
36 
Nhập môn Điện tử 
Phương pháp chung để phân giải mạch phân cực gồm ba bước: 
VI. Phân cực transistor 
Bước 1: Dùng mạch điện ngõ vào để xác định dòng điện ngõ vào (IB 
hoặc IE). 
Bước 2: Suy ra dòng điện ngõ ra từ các liên hệ IC=βIB hay IC=αIE 
Bước 3: Dùng mạch điện ngõ ra để tìm các thông số còn lại (điện thế 
tại các chân, giữa các chân của BJT...) 
Chương 5: Transitor 
37 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực cố định (Fixed – Bias) 
Mạch ngõ vào BE (Base-Emitter): 
=> 
Với VBE = 0.7V nếu BJT là Si 
và VBE = 0.3V nếu là Ge. 
 Suy ra : IC=βIB 
CC B B BEV R I V 
CC BE
B
B
V V
I
R
Chương 5: Transitor 
38 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực cố định (Fixed – Bias) 
Mạch ngõ ra BC (Collector-Base): 
Hay 
 => 
Đây là phương trình đường tải một chiều 
 CC C C CEV R I V
CC CE
C
C
V V
I
R
Dòng cực thu bão hoà: 
CC
Csat
C
V
I
R
 CE CC C CV V R I
Chương 5: Transitor 
39 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực cố định của BJT (Fixed – Bias) 
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE 
47,08 , 2,35 , 2,397
4,245
B C E
CE
I A I mA I mA
V V
 
ĐS 
Chương 5: Transitor 
40 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực ổn định cực phát 
Mạch cơ bản giống mạch phân cực cố định, 
nhưng ở cực emitter được mắc thêm một 
điện trở RE xuống mass. Cách tính phân 
cực cũng có các bước giống như ở mạch 
phân cực cố định. 
Mạch ngõ vào BE 
Thay: 
=> 
CC B B BE E EV R I V R I 
 1E BI I 
 1
CC BE
B
B E
V V
I
R R
Suy ra : IC=βIB 
Chương 5: Transitor 
41 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực ổn định cực phát 
Mạch ngõ ra BC (Collector-Base): 
 CC C C CE E EV R I V R I 
Dòng điện cực thu bảo hòa ICsat 
CC
Csat
C E
V
I
R R
Chương 5: Transitor 
42 
Nhập môn Điện tử 
VI.1 Phân cực ổn định cực phát 
Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE 
Chương 5: Transitor 
6 3
3
36,35.10 , 3,635.10
3,671.10 , 9
B C
E CE
I A I A
I A V V
ĐS 
43 
Nhập môn Điện tử 
VI.3 Phân cực bằng cầu chia thế 
Mạch ngõ vào BE 
.RB BE E BE E EV V V V I 
Hay 
2
1 2
.V
( )
CC
B
R
V
R R
Mạch ngõ ra BC: 
CC C C CE EV I R V V 
Dòng điện cực thu bảo hòa ICsat 
CC
Csat
C E
V
I
R R
Chương 5: Transitor 
44 
Nhập môn Điện tử 
VI.3 Phân cực bằng cầu chia thế 
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết 
VBE =0,7V, IE ≃ IC 
Chương 5: Transitor 
32 , 1,3 , 0,867.10
13,33 , 12,03
B E C E
C CE
V V V V I I A
V V V V
;ĐS 
45 
Nhập môn Điện tử 
VI.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế 
Mạch ngõ vào BE 
 CC C B C B B BEV I I R I R V 
 1
CC BE
B
B C
V V
I
R R
Thay: IC=βIB 
Mạch ngõ ra CE 
 CC C B C CEV I I R V 
Chương 5: Transitor 
46 
Nhập môn Điện tử 
I.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế 
Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết 
VBE =0,7V 
Giải 
Mạch ngõ vào BE 
 CC C B C B B BEV I I R I R V 
 1
CC BE
B
B C
V V
I
R R
Thay: IC=βIB 
Mạch ngõ ra CE 
 CC C B C CEV I I R V 
Chương 5: Transitor 
47 
Nhập môn Điện tử 
VI.4 Phân cực với hồi tiếp điện thế 
Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ, tính giá trị IB , IC , IE , VCE .Biết 
VBE =0,7V 
Chương 5: Transitor