Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor)

[hpco]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor)


Bài 1 - Lý thuyết bán dẫn
Bài 2- Phân tích mạch chứa diode
Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor)
Bài 4 - Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors)
Bài 5 - Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ
Bài 6 - Mạch khuếch đại đa tầng
Bài 7 - Khuếcg đại hồi tiếp âm và dao động sin
Bài 8 - Các mạch sử dụng OPAMP
Bài 9 - Mạch sửa dạng sóng tuyến tính RC
Bài 10 - Mạch xén và mạch so sánh
Bài 11 - Mạch kẹp và mạch giao hoán
Bài 12 - Mạch dao động đa hài (multivibrator)
3-1 Giới thiệuTransistor là một linh kiện rất quan trọng trong điện tử, bao gồm cả các mạch điện tử rời rạc và các mạch tích hợp. Sự quan trọng của thiết bị này xuất phát từ khả năng của nó trong việc tạo ra các bộ khuếch đại. Một mạch được xem là mạch khuếch đại khi nó có khả năng sử dụng các thay đổi nhỏ của dòng hoặc áp ở ngõ vào để tạo ra các thay đổi lớn hơn ở ngõ ra. Tín hiệu nhỏ được xem là ngõ vào của bộ khuếch đại, tín hiệu lớn nhận được là ngõ ra của bộ khuếch đại.
Hai dạng transistor quan trọng nhất là transistor lưỡng cực tính (Bipolar Junction Transistor – BJT) và transistor hiệu ứng trường (Field Effect Transistor – FET). BJT sử dụng hai loại hạt dẫn để tạo ra dòng điện là lỗ trống và electron tự do, do đó nó được gọi là lưỡng cực. Chúng ta sẽ tìm hiểu BJT trong chương này. Hoạt động của FET sẽ được đề cập ở những chương sau.
BJT là loại transistor được phát triển đầu tiên và kể từ đó nó được sử dụng rộng rãi trong điện tử. Ngày nay, BJT vẫn còn giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp bán dẫn. Tuy nhiên, kỹ thuật FET ngày nay đã phát triển rất nhiều và thậm chí nó được sử dụng nhiều hơn cả BJT trong các mạch tích hợp.
3-2 Lý thuyết hoạt động của BJT
Transistor lưỡng cực tính (BJT) là một linh kiện ba cực được tạo nên từ hai chuyển tiếp PN. Nó có thể được tạo nên từ một thanh bán dẫn được kích thích sao cho mật độ hạt dẫn thay đổi dần từ N sang P và trở lại N hoặc từ P chuyển sang N rồi trở lại P. Trong cả hai trường hợp, mỗi chuyển tiếp sẽ được hình thành tại ranh giới của sự chuyển đổi tính chất bán dẫn từ loại N (hoặc P) sang loại P (hoặc N). Hình 3-1 cho thấy hai dạng BJT.

Khi BJT được tạo nên bằng cách đặt bán dẫn loại P giữa hai bán dẫn loại N như hình 3-1(a), nó được gọi là BJT loại NPN. Ngược lại, hình 3-1(b) cho thấy cấu trúc của BJT loại PNP.
Vùng bán dẫn nằm giữa được gọi là miền nền (base). Hai vùng hai bên, một vùng được gọi là miền phát (emitter) và một vùng được gọi là miền thu (collector). Ở các phần sau ta sẽ dùng cả thuật ngữ tiếng Việt hoặc tiếng Anh để chỉ các cực và các miền của transistor. Thông thường, trong các BJT rời, các miền này được gắn với các chân linh kiện nối ra bên ngoài để có thể thực hiện các kết nối với mạch ngoài. Các BJT trong các mạch tích hợp có thể không có các chân kết nối này. Các chân linh kiện được đặt theo tên của miền mà nó kết nối vào. Hình 3-2 trình bày các chân linh kiện được kết nối với các vùng trong BJT.

Trong thực tế, BJT được chế tạo với miền nền rất hẹp và mật độ hạt dẫn trong nó cũng rất thấp do nó được kích thích với rất ít tạp chất. Cả hai đặc điểm này đều rất quan trọng đối với một transistor.
Vì cả hai loại BJT này đều có đặc tính giống nhau do đó ta chỉ xem xét trên loại NPN. Các tính chất cả loại PNP có thể suy ra từ NPN bằng cách thay đổi loại hạt dẫn, cực tính của điện áp cũng như chiều dòng điện như ta sẽ thấy trong phần sau. Để BJT có thể hoạt động bình thường trong chế độ khuếch đại, cần phải phân cực cả hai chuyển tiếp của BJT. Chuyển tiếp giữa miền nền và miền phát [SUB][/SUB] phải phân cực thuận và chuyển tiếp giữa miền nền và miền thu [SUB][/SUB] phải phân cực ngược. Hình 3-3 trình bày cách thức phân cực cho cả hai chuyển tiếp.

Ta có thể thấy là trong hình 3-3(a), chuyển tiếp [SUB][/SUB] được phân cực thuận bởi nguồn áp [SUB][/SUB]. Khi chuyển tiếp này được phân cực thuận, dòng khuếch tán của các electron tự do sẽ được “phát” đi từ miền phát emitter, bề rộng vùng nghèo thu hẹp. Ta đã biết đến điều này khi xét phân cực của một chuyển tiếp trong chương 2. Ta nói rằng hạt dẫn được phun (injected) từ emitter vào miền nền base. Thật ra khi [SUB][/SUB] được phân cực thuận, còn có dòng lỗ trống đi từ base sang emitter, tuy nhiên như ta đã đề cập ở phần trên, vì mật độ hạt dẫn trong miền nền rất thấp nên ta có thể bỏ qua dòng này so với dòng electron tự do phát đi từ emitter.
Hình 3-3(b) trình bày phân cực ngược chuyển tiếp [SUB][/SUB] được thực hiện bằng nguồn [SUB][/SUB]. Kết quả của phân cực ngược là bề rộng vùng nghèo mở rộng, dòng điện chỉ có thể đi từ miền nền base sang miền thu collector vì là dòng của các hạt dẫn thiểu số. Tuy nhiên, như phân tích ở phần trên, các electron tự do được phun vào miền nền sẽ trở thành hạt dẫn thiểu số, các electron này sẽ tiếp tục trôi sang miền thu collector dưới tác dụng của phân cực ngược.
Hình 3-4 cho thấy transistor NPN khi được phân cực đồng thời cả hai chuyển tiếp . Chú ý là miền nền base được nối đất, tức là điểm có điện thế được qui ước là 0 volts. Miền phát emitter âm so với miền nền base và miền thu collector dương so với miền nền base. Đây là điều kiện cần thiết để phân cực thuận [SUB][/SUB] và phân cực ngược [SUB][/SUB].

Vì miền nền hẹp và mật độ hạt dẫn rất thấp do đó rất ít electron bị tái hợp trong miền này. Các electron này sẽ khuếch tán sang miền thu dưới tác dụng của phân cực ngược [SUB][/SUB]. Chúng ta kết luận là dòng electron là dòng chi phối trong transistor NPN. Đối với transistor PNP, dòng lỗ trống sẽ là dòng chi phối chủ yếu.
Trong thực tế, mặc dù mật độ lỗ trống trong miền nền rất thấp, quá trình tái hợp vẫn có thể xảy ra. Khi mỗi electron tái hợp với một lỗ trống, một electron sẽ rời miền nền thông qua cực nền B sinh ra một dòng nền rất nhỏ, giá trị của nó chỉ khoảng [SUB][/SUB] dòng electron phát đi từ emitter.
Trong hình 3-4, mũi tên được vẽ để chỉ hướng qui ước của dòng trong transistor NPN, hướng này là ngược với hướng của dòng electron. Dòng qui ước chảy từ [SUB][/SUB] vào cực C được gọi là dòng cực thu, hoặc dòng collector [SUB][/SUB]. Dòng chảy vào cực nền được gọi là dòng nền, hoặc dòng base [SUB][/SUB], và dòng từ [SUB][/SUB] chảy vào cực phát được gọi là dòng cực phát, hoặc dòng emitter I[SUB]E[/SUB]. Hình 3-5(a) trình bày biểu tượng mạch của một transistor NPN. Hình 3-6(a) là biểu tượng của transistor PNP. So sánh hình 3-5 và hình 3-6, chúng ta cần phải để ý chiều của mũi tên tại cực E, để dễ nhớ, ta có thể xem là mũi tên này chỉ chiều qui ước của dòng điện. Hơn nữa, cực tính của nguồn [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] là ngược nhau cho BJT loại NPN và PNP.



Để nhấn mạnh và làm rõ hơn hoạt động của BJT, hình 3-7 thay biểu tượng BJT bằng một khối và chỉ rõ chiều dòng điện chảy vào và ra khỏi khối. Áp dụng định luật Kirchhoff ta có:
[SUB][/SUB] (3-1)

[tranthu]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

3-2-1 Dòng ngược [SUB][/SUB]Trong chương 2 ta đã biết là nếu một chuyển tiếp PN bị phân cực ngược thì trong chuyển tiếp xuất hiện một dòng điện ngược rất nhỏ. Khi điện áp phân cực ngược tăng dần thì dòng ngược này tiến tới giá trị bão hòa [SUB][/SUB]. Vì chuyển tiếp [SUB][/SUB] bị phân cực ngược nên cũng xuất hiện dòng điện ngược, dòng điện này cùng chiều với dòng collector tạo ra do các hạt dẫn từ miền phát phun vào miền nền. Do đó, dòng collector tổng cộng sẽ là tổng của dòng do hạt dẫn được phun vào miền nền và dòng ngược.
Nếu ta giả sử là điện áp phân cực thuận [SUB][/SUB] được hở mạch và [SUB][/SUB] vẫn duy trì phân cực ngược như hình 3-8 thì vẫn có dòng điện qua cực thu, đó chính là dòng ngược. Dòng điện ngược này được ký hiệu là [SUB][/SUB] do nó có chiều từ collector đến base khi hở mạch (Open) cực phát. Như vậy khi BJT ở điều kiện hoạt động bình thường ta có:
[SUB][/SUB] (3-2)
với [SUB][/SUB] là thành phần dòng cực thu do các hạt dẫn phun từ miền phát vào miền nền gây ra.










Một thông số quan trọng của transistor là [SUB][/SUB], được định nghĩa bằng tỉ số của dòng collector, do các hạt dẫn được phun vào miền nền gây ra, so với dòng emitter:
[SUB][/SUB] (3-3)
Thông số [SUB][/SUB] xác định phần dòng emitter tồn tại sau khi đi qua được miền nền và trở thành dòng collector. Rõ ràng [SUB][/SUB] luôn luôn nhỏ hơn 1. Nói chung, ta luôn muốn [SUB][/SUB] càng lớn (càng gần 1) càng tốt. Điều đó có nghĩa là ta muốn transistor có dòng base càng nhỏ càng tốt để [SUB][/SUB] xấp xỉ [SUB][/SUB]. Giá trị thông thường của [SUB][/SUB] nằm trong khoảng [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB].
Từ biểu thức 3-3 ta có [SUB][/SUB]. Do đó:
[SUB][/SUB] (3-4)
Biểu thức này chứng tỏ là dòng collector tổng cộng bằng một phần của dòng emitter đi qua được miền nền cộng với dòng do bản thân phân cực ngược trên [SUB][/SUB] gây ra.
Trong các transistor ngày nay, đặc biệt là đối với silicon, [SUB][/SUB] rất nhỏ nên có thể bỏ qua trong hầu hết các ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, cần phải nhớ là [SUB][/SUB] thực ra chính là dòng điện ngược của chuyển tiếp PN. Dòng ngược này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và điện áp phân cực ngược. Vì chuyển tiếp [SUB][/SUB] của transistor thường được phân cực ngược với một điện áp khoảng vài volts hoặc hơn nữa nên giá trị của [SUB][/SUB] thường xấp xỉ dòng ngược bão hòa [SUB][/SUB]. Khi nhiệt độ tăng [SUB][/SUB], giá trị của [SUB][/SUB] tăng gấp đôi do đó [SUB][/SUB] cũng chịu cùng một ảnh hưởng.
Trong transistor, ngoài dòng ngược [SUB][/SUB], transistor còn có dòng rò (leakage current) chảy ngoài bề mặt transistor thường có giá trị lớn hơn dòng ngược rất nhiều. Trong các transistor silicon, dòng rò này gần như chi phối hoàn toàn sự thay đổi theo nhiệt độ của dòng ngược.
Vì [SUB][/SUB] rất nhỏ nên ta có thể viết
[SUB][/SUB] (3-5)
Ví dụ 3-1
Dòng cực phát của một transistor NPN là [SUB][/SUB]. Nếu [SUB][/SUB] hạt dẫn bị tái hợp trong miền nền và dòng rò là [SUB][/SUB]. Tìm (1) dòng base, (2) dòng collector, (3) giá trị chính xác của [SUB][/SUB] và (4) giá trị xấp xỉ của [SUB][/SUB] khi bỏ qua dòng rò.
Hướng dẫn
1. [SUB][/SUB]
2. Từ biểu thức 3-1, [SUB][/SUB]
3. Từ biểu thức 3-2, [SUB][/SUB]
Dùng 3-3, [SUB][/SUB]
4. Dùng biểu thức xấp xỉ 3-5,

[gmsg]

3-3 Đặc tính B chung (Common-Base)Trong phần trước, ta đã thấy một mạch phân cực (hình 3-4) trong đó cực nền được nối với đất, tức là điểm tham khảo chung của mạch. Cách phân cực này được gọi là cấu hình B chung (CB) của transistor. Đây chỉ là một trong ba cách có thể để thiết kế phân cực cho transistor theo nguyên tắc [SUB][/SUB] phân cực thuận và [SUB][/SUB] phân cực ngược, vì bất kỳ cực nào cũng có thể làm điểm tham khảo chung.
Ý nghĩa của việc có điểm tham khảo chung trong mạch là điểm này được dùng như điểm tham khảo cho cả ngõ vào (input) và ngõ ra (output) cho transistor. Trong cấu hình CB, điện áp emitter-base được xem như ngõ vào và điện áp collector-base được xem như ngõ ra, xem hình 3-9. Đối với một transistor NPN, [SUB][/SUB] dương và đối với PNP, [SUB][/SUB] là dương. Tương tự, [SUB][/SUB] là dương đối với transistor NPN và [SUB][/SUB] là dương đối với transistor PNP. Dòng emitter là dòng ngõ vào và dòng collector là dòng ngõ ra.

Trong phần phân tích này ta chỉ sử dụng các nguồn phân cực DC để tạo ngõ vào và ngõ ra cho cấu hình phân cực CB. Ta sẽ xem xét đáp ứng của mạch dưới tác động của những thay đổi nhỏ trong ngõ vào sau. Mục tiêu trong phần này chỉ là tìm các mối liên hệ giữa dòng điện và điện áp ngõ vào và ngõ ra. Đặc tuyến ngõ vào sẽ cho thấy mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ngõ vào, và đặc tuyến ngõ ra sẽ cho thấy mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ngõ ra.
3-3-1 Đặc tuyến ngõ vào B chung
Trong phần này ta sẽ xây dựng đặc tuyến của ngõ vào CB của một transistor NPN. Vì ngõ vào là trên chuyển tiếp [SUB][/SUB] phân cực thuận nên đặc tuyến sẽ trình bày mối quan hệ giữa dòng ngõ vào [SUB][/SUB] và điện áp ngõ vào [SUB][/SUB]. Tuy nhiên, đặc tuyến này còn phụ thuộc vào điện áp ngõ ra [SUB][/SUB]. Lý do là nếu [SUB][/SUB] càng lớn thì lượng hạt dẫn đi qua được miền nền càng nhiều dẫn đến sự gia tăng trong dòng hạt dẫn từ cực phát đến cực thu và kết quả là gia tăng dòng emitter. Hình 3-10 trình bày họ đặc tuyến ngõ vào cho cấu hình CB. Mặc dù việc tính toán dùng các đặc tuyến này trong thực tế rất ít, tuy nhiên, khi hiểu được đặc tuyến ta sẽ có một cái nhìn sâu hơn về hơn về hoạt động của transistor. Trong hình 3-10, mỗi đặc tuyến tương ứng với một giá trị [SUB][/SUB] khác nhau, chúng cho thấy mối quan hệ của dòng emitter và hiệu điện thế giữa cực nền và cực phát tại một giá trị [SUB][/SUB] cố định. Họ đặc tuyến này có thể được xác định bằng cách đặt một giá trị [SUB][/SUB] cố định, thay đổi [SUB][/SUB] và đo dòng [SUB][/SUB] tương ứng. Mỗi lần thay đổi giá trị [SUB][/SUB] là tương ứng với việc vẽ một đặc tuyến mới trong họ đặc tuyến.

Trong hình 3-10, mỗi đường cong đặc tuyến có dạng đặc tuyến diode phân cực thuận. Đối với một giá trị [SUB][/SUB] cho trước, ta có thể thấy là [SUB][/SUB] tăng khi [SUB][/SUB] tăng. Tuy nhiên sự thay đổi này chỉ rõ rệt khi [SUB][/SUB] thay đổi nhiều, do đó, ảnh hưởng của [SUB][/SUB] lên đặc tuyến ngõ vào có thể bỏ qua trong thực tế. Lúc đó, có thể dùng đặc tuyến “trung bình” để tính toán.
Đặc tuyến ngõ vào CB của một transistor PNP có dạng giống như của transistor NPN, tuy nhiên, điện áp ngõ vào dương phải là [SUB][/SUB] chứ không phải [SUB][/SUB].

[hosontu_xhoa]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 3-2
Transistor trong hình 3-11 có đặc tuyến như trong hình 3-10. Khi [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB], dòng [SUB][/SUB].

1. Tìm [SUB][/SUB] của transistor (bỏ qua [SUB][/SUB]).
2. Lặp lại nếu [SUB] [/SUB]khi ngắn mạch [SUB][/SUB].

Hướng dẫn
1. Trong hình 3-11 ta thấy là [SUB][/SUB]. Từ hình 3-10, đường thẳng tương ứng với [SUB][/SUB] cắt đường cong [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB]. Do đó, [SUB][/SUB]

2. Khi ngắn mạch nguồn [SUB][/SUB], [SUB][/SUB]. Từ hình 3-10, [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Do đó,

[tung]

3-3-2 Đặc tính ngõ ra B chungBây giờ ta thử một thí nghiệm trong đó dòng collector (dòng ngõ ra) được đo khi thay đổi [SUB][/SUB] (điện áp ngõ ra) tương ứng với một giá trị dòng emitter (dòng ngõ vào) cố định. Hình 3-12 vẽ sơ đồ mạch và qui trình có thể được dùng trong thí nghiệm cho một transistor NPN. Lưu ý là sơ đồ mạch trong hình 3-12 không phải là một mạch thực tế, mạch này chỉ được sử dụng để xây dựng đặc tuyến cho transistor. Các mạch transistor thực tế phải chứa các điện trở phân cực, do đó, điện áp ngõ vào và ngõ ra của transistor khác với các nguồn điện áp phân cực trong mạch. Tuy nhiên, đến lúc này ta chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự liên quan giữa dòng điện và điện áp của linh kiện, chưa cần phải quan tâm nhiều đến các mạch phân cực bên ngoài. Khi [SUB][/SUB] được vẽ theo [SUB][/SUB] với các giá trị [SUB][/SUB] khác nhau, chúng ta có họ đặc tuyến được trình bày trong hình 3-13. Chúng được gọi là họ đặc tuyến ngõ ra của cấu hình CB.


Đầu tiên, trong hình 3-13, ta có thể thấy là mỗi đặc tuyến bắt đầu tại [SUB][/SUB], sau đó tăng lên rất nhanh đối với những thay đổi nhỏ của [SUB][/SUB]. Vì [SUB][/SUB] được giữ cố định nên điều này cũng đồng nghĩa với việc tỉ số [SUB][/SUB] cũng gia tăng. Ta đã biết [SUB][/SUB], như vậy [SUB][/SUB] không phải là một hằng số. [SUB][/SUB] sẽ bắt đầu từ 0 sau đó tăng dần khi [SUB][/SUB] tăng. Lý do là vì chỉ một phần rất nhỏ của các hạt dẫn phát đi từ cực E sẽ đến được cực C cho đến khi điện áp phân cực ngược [SUB][/SUB] đủ lớn để gia tốc cho các hạt dẫn này vượt qua miền nền B. Khi [SUB][/SUB] đang có giá trị âm thì chuyển tiếp [SUB][/SUB] đang phân cực thuận, nên dòng điện [SUB][/SUB] lúc này phụ thuộc trực tiếp vào [SUB][/SUB]. Quá trình này tiếp tục xảy ra cho đến khi [SUB][/SUB] không còn phân cực thuận chuyển tiếp [SUB][/SUB]. Vùng tương ứng với [SUB][/SUB] âm được gọi là vùng bão hòa (saturation). Một transistor được gọi là bị bão hòa khi cả [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB] đều được phân cực thuận.
Một khi [SUB][/SUB] đủ lớn để đảm bảo là phần lớn hạt dẫn đi vào được trong miền thu thì với một giá trị [SUB][/SUB] cố định, dòng collector duy trì ở một giá trị không đổi, độc lập với giá trị [SUB][/SUB]. Trong đặc tuyến ta cũng có thể thấy giá trị của [SUB][/SUB] khi là hằng số thì xấp xỉ với [SUB][/SUB]. Điều này cho thấy giá trị [SUB][/SUB] rất gần với 1 và là một hằng số. Vùng này được gọi là vùng tích cực (active). Trong vùng tích cực này, BJT có những đặc tính như ta đã phân tích trong phần trước.
Trong đặc tuyến còn có một vùng khác, vùng này tương ứng với vùng nằm dưới đường đặc tuyến ứng với [SUB][/SUB] và được gọi là vùng tắt (cutoff). Đặc tuyến này nằm rất gần với trục hoành, vì khi này chuyển tiếp [SUB][/SUB] bị hở mạch nên dòng điện [SUB][/SUB] chỉ là dòng điện ngược do phân cực ngược trên [SUB][/SUB] gây ra. Đó chính là dòng [SUB][/SUB] như ta đã thấy ở phần trước. Một transistor làm việc trong vùng tắt khi cả hai chuyển tiếp đều bị phân cực ngược.

[ptcs.han]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 3-3
Một transistor NPN có đặc tuyến ngõ vào CB như trong hình 3-10 và đặc tuyến ngõ ra như trong hình 3-13.
1. Tìm dòng cực thu khi [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].
2. Lặp lại khi [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB].

Hướng dẫn
1. Từ hình 3-10, ta thấy là [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Trong hình 3-13, đường thẳng [SUB][/SUB] cắt đường cong [SUB][/SUB] tại [SUB][/SUB].
2. Với các điều kiện đã cho, ta có thể suy ra rằng đặc tuyến ngõ ra nằm giữa hai đường ứng với [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Giao điểm của đường cong này với đường [SUB][/SUB] cho kết quả [SUB][/SUB] xấp xỉ [SUB][/SUB]. Phương pháp này không thể đạt độ chính xác cao, trong thực tế, ta có thể xem [SUB][/SUB].

[tanlapfireco]

3-3-3 Đánh thủng BJTCũng như đối với diode khi phân cực ngược, chuyển tiếp [SUB][/SUB] với phân cực ngược trên nó có thể bị đánh thủng nếu điện áp phân cực ngược đủ lớn. Sự gia tăng dòng điện này thường xuất hiện do cơ chế đánh thủng thác lũ như đã khảo sát trong phần trước. Tuy nhiên, một transistor còn có thể bị đánh thủng bởi một hiện tượng được gọi là punch through. Dạng đánh thủng này xảy ra khi bề rộng vùng nghèo, trên chuyển tiếp [SUB][/SUB] bị phân cực ngược, đủ lớn làm cho vùng nghèo này mở rộng đến vùng nghèo của chuyển tiếp [SUB][/SUB] được phân cực thuận. Lúc này, miền phát và miền thu bị ngắn mạch và do đó xuất hiện một dòng điện lớn. Hiện tượng punch through còn đặt ra một giới hạn về nồng độ tạp chất cũng như bề rộng miền nền khi thiết kế BJT. Hình 3-14 trình bày họ đặc tuyến ngõ ra bao gồm cả đoạn đánh thủng của đặc tuyến.

3-4 Đặc tính E chung (Common-Emitter)
Trong phần này ta sẽ xem xét cấu hình phân cực E chung được minh họa trong hình 3-15. Cần lưu ý là nguồn [SUB][/SUB] được sử dụng để phân cực thuận cho chuyển tiếp [SUB][/SUB] và nguồn [SUB][/SUB] được dùng để phân cực ngược cho chuyển tiếp [SUB][/SUB]. Biên độ của [SUB][/SUB] phải lớn hơn [SUB][/SUB] để đảm bảo [SUB][/SUB] phải phân cực ngược.

Hình 3-16 chứng tỏ là điện áp ngõ vào trong cấu hình CE là điện áp giữa cực nền và cực phát ([SUB][/SUB] đối với NPN và [SUB][/SUB] đối với PNP), và điện áp ngõ ra là điện áp giữa cực thu và cực phát ([SUB][/SUB] đối với NPN và [SUB][/SUB] đối với PNP). Dòng ngõ vào là dòng [SUB][/SUB] và dòng ngõ ra là [SUB][/SUB]. Cấu hình CE là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất do đó chúng sẽ được xem xét một cách chi tiết trong phần này.

3-4-1 [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]
Trước khi xây dựng đặc tuyến vào ra cho cấu hình CE ta sẽ xây dựng mối quan hệ giữa [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB]. Mặc dù mối liên hệ này hoàn toàn không phụ thuộc vào cấu hình phân cực, tuy nhiên mối liên hệ này sẽ cho ta một số các thông số mới rất hữu ích trong việc dự đoán hoạt động của cấu hình CE. Biểu thức 3-4
[SUB][/SUB]
hay [SUB][/SUB]
Chia hai vế cho [SUB][/SUB], ta có: [SUB][/SUB]
Thay I[SUB]E[/SUB]: [SUB][/SUB]
[SUB][/SUB] (3-6)
Sử dụng biểu thức 3-6 ta có thể có một biểu thức cho dòng rò ngược trong cấu hình CE. Hình 3-17 trình bày các transistor NPN và PNP trong đó ngõ vào BE bị hở mạch. Lúc này dòng ở ngõ ra chỉ có dòng ngược trên chuyển tiếp [SUB][/SUB]. Dòng này đi từ miền thu C qua miền nền B và vào miền phát E. Nó được ký hiệu là [SUB][/SUB]. Vì [SUB][/SUB] phải là 0 khi hở mạch ngõ vào nên ta có
[SUB][/SUB] (3-7)
Vì [SUB][/SUB] rất gần 1 nên [SUB][/SUB] là khá lớn. Do đó, biểu thức 3-7 cho ta thấy dòng rò CE lớn hơn nhiều so với dòng rò CB. Điều này cũng có nghĩa là dòng rò CB được khuếch đại lên trong cấu hình CE. Kết quả này có thể gây ra các vấn đề khi mạch hoạt động ở nhiệt độ cao, đặc biệt là đối với các transistor loại germanium.

Trở lại biểu thức 3-6, ta thấy có một tham số quan trọng khác của tranistor đó là :
[SUB][/SUB] (3-8)
[SUB][/SUB] là một số lớn hơn 1 và có giá trị thay đổi trong khoảng từ 20 đến vài trăm. Khi [SUB][/SUB] càng tiến gần đến 1 thì một sự thay đổi nhỏ trong [SUB][/SUB] cũng gây ra những thay đổi lớn trong [SUB][/SUB].
Khi đó, biểu thức 3-6 có thể viết lại là:
[SUB][/SUB] (3-9)
[SUB][/SUB] (3-10)
Mặc dù [SUB][/SUB] lớn hơn rất nhiều so với [SUB][/SUB], nói chung, giá trị này là khá nhỏ khi so sánh với [SUB][/SUB]. Do đó, giá trị này có thể bỏ qua trong các tính toán mạch thực tế.
[SUB][/SUB] (3-11)

[vinaromaco]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Ví dụ 3-4
Một transistor có [SUB][/SUB]và [SUB][/SUB].

1. Tìm [SUB][/SUB] và [SUB][/SUB][SUB].[/SUB]
2. Tìm giá trị chính xác của dòng collector khi [SUB][/SUB].
3. Tìm giá trị xấp xỉ của dòng collector khi bỏ qua dòng rò.
Hướng dẫn
1. [SUB][/SUB]
2. [SUB][/SUB]

3. [SUB][/SUB]

Biểu thức 3-8 cho ta công thức tính [SUB][/SUB] của một transisotor khi biết [SUB][/SUB] của nó và ngược lại sử dụng quan hệ sau
[SUB][/SUB] (3-12)

[vat_99]

Ví dụ 3-6
Một transistor có đặc tuyến ngõ ra như hình 3-19.
1. Tìm độ thay đổi của [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB][SUB]*[/SUB] thay đổi từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] với [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB].
2. Tìm độ thay đổi của [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB] thay đổi từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] khi [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB].
Hướng dẫn
1. Tại giao điểm của đường thẳng [SUB][/SUB] với đường cong [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]. Do đó, [SUB][/SUB].
Đi dọc theo đường cong [SUB][/SUB] đến giao điểm của nó với đường thẳng [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]. Do đó, [SUB][/SUB].
Độ thay đổi của [SUB][/SUB] là [SUB][/SUB]
2. Tại giao điểm của đường thẳng [SUB][/SUB] với đường cong [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]. Do đó, [SUB][/SUB].
Đi dọc theo đường thẳng [SUB][/SUB] đến giao điểm của nó với đường cong [SUB][/SUB], ta có [SUB][/SUB]. Do đó, [SUB][/SUB].
Độ thay đổi của [SUB][/SUB] là