<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>1.3. Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar Junction Transistor) </b>
<b>1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc </b>

Transistor là một linh kiện bán dẫn 3 lớp bán dẫn. Nếu cấu tạo gồm 2 lớp n và 1 lớp loại p – được
gọi là transistor NPN hoặc 2 lớp loại p và 1 lớp n – được gọi là transistor PNP. Cả 2 transistor

được trình bày ở hình 1.6 và ký hiệu của chúng trên hình 1.7.

Hình 1.6: Cấu tạo transistor PNP & NPN

Hình 1.7: ký hiệu transistor PNP & NPN

Do có 2 loại transistor nên để giải thích hoạt động cơ bản của transistor ta dùng transistor loại pnp
như hình 3-1a. Trong hình 3-2, transistor pnp khơng có điện áp phân cực mối nối CB và chỉ có
phân cực mối nối BE phân cực thuận và nó hoạt động giống như chuyển tiếp pn đã nói ở chương
1. Vùng nghèo giảm và chỉ có sự di chuyển của các hạt tải đa số từ p sang n.

Hình 1.8: Nguyên lý làm việc của transistor

Nếu mối nối BE khơng phân cực cịn mối nối CB phân cực ngược như hình 3-3 thì khi đó nó hoạt

động giống diode khi phân cực ngược – vùng nghèo sẽ dày lên, dòng của các hạt tải đa số bằng 0
và chỉ còn dòng của các hạt tải thiểu số.

Trường hợp cả 2 mối nối được phân cực như hình 3-4 – mối nối BE phân cực thuận, mối nối BC
phân cực ngược. Do mối nối BE phân cực thuận nên một số lượng rất lớn các hạt tải đa số của
chất bán dẫn p sẽ khuếch tán qua mối nối p-n vào chất bán dẫn n, do chất bán dẫn n ở chính giữa
rất mỏng nên chỉ có một số lượng rất ít các hạt tải được tái hợp tạo nên dịng IB có giá trị rất nhỏ

khoảng vài μA. Một số lượng rất lớn các hạt tải còn lại trở thành hạt tải thiểu số và do mối nối BC
phân ngược nên các hạt tải này tiếp tục di chuyển sang mối nối sang vùng chất bán dẫn p về cực

C tạo nên dịng IC.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Trong đó dịng IC được xem là tổng của 2 dòng: dòng của các hạt tải đa số IC majority (nếu nói từ

vùng E) và dịng của các hạt tải thiểu số kí hiệu là ICO minority (dòng IC khi mối nối BE hở

mạch): IC = ICmajority + ICominority

Đối với transistor thơng dụng thì dịng ICđo được vào khoảng mA trong khi dịng ICO có giá trị rất
nhỏ trong khoảng từ nA đến μA. ICO giống như dòng IS của diode khi phân cực ngược và rất nhạy
với nhiệt độ nên cần khảo sát cẩn thận khi sử dụng trong các ứng dụng có tầm nhiệt độ rộng.

Hình 1.9: Chiều các hạt tải đa số và thiểu số chạy trong transistor pnp

Để transistor làm việc trong vùng làm việc cần thiết lập phải mắc thêm chung quanh transistor
các linh kiện gọi là phân cực transistor. Tuỳ theo cách mắc phân cực sẽ có điểm làm việc tương
thích. Dựa vào mạch phân cực, trang sistor sẽ làm việc ở 3 vùng:

- Vùng cắt mạch (cut-off): lúc này transistor như một tiếp điểm hở mạch (điện trở giữa C, E rất
lớn). Đểđược điều này yêu cầu mạch phân cực transistor phải phân cực nghịch cả 2 tiếp giáp BE
lẫn BC.

- Vùng khuếch đại tuyến tính (tích cực): lúc này transistor như một phần tử khuếch đại (điện trở

giữa C, E thay đổi mạnh theo dòng khiển iB). Đểđược điều này yêu cầu mạch phân cực transistor
phải phân cực thuận tiếp giáp BE và nghịch cho tiếp giáp BC.

- Vùng dẫn bão hồ: lúc này transistor như một tiếp điểm kín mạch (điện trở giữa C, E rất nhỏ).

Để được điều này yêu cầu mạch phân cực transistor phải phân cực thuận cả 2 tiếp giáp BE lẫn

BC.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Hình 1.10: Các vùng làm việc của transistor

Tuỳ vào cách đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra trên transistor có thể phân ra thành 3 loại: mạch
gốc chung (BC – Base Commun), góp chung (CC – Collector Commun) và phát chung (EC –
Emittor Commun). Minh hoạ qua hình 1.11

Hình 1.11: Các kiểu mắc transistor cho transistor NPN
a) Gốc chung; b) Góp chung; c) Phát chung

Trong lĩnh vực điện tử công suất, transistor BJT được sử dụng như cơng tắc (khóa) đóng ngắt các
mạch điện và phần lớn được mắc theo dạng mạch có chung emitter.

<b>1.3.2. Mạch cực E chung – CE (Common Emitter) </b>
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Mạch cực E chung có dạng như hình 3-10 đối với cả 2 transistor pnp và npn. Gọi là cực E chung
vì nó là một cực của tín hiệu vào và cũng là một cực của tín hiệu ra.

Hình 1.10: Mạch khuếch đại mắc cực E chung

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Hình 1.11: Mạch mắc CE

A. đặc tuyến ngõ ra; B. đặc tuyến ngõ vào

Mặc dù cấu hình mạch bị thay đổi nhưng mối liên hệ giữa các dòng điện đã được thiết lập trong
mạch B chung vẫn khơng thay đổi. Có nghĩa là IE = IC + IB và IC = αIE.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

B)

Hình 1.12: Đặc tính tải của mạch mắc CE

A) tĩnh; B) Động

Trong vùng tích cực của mạch cực E chung có chức năng khuếch đại điện áp và dòng điện.
Trong vùng ngưng dẫn, cho thấy dòng điện IB bằng 0 nhưng dòng điện IC khác 0. Đối với mạch
cực B chung, khi dòng điện IE = 0 thì dịng điện IC bằng dịng điện bão hịa ngược ICBO.

b. Đặc tính tải

Thơng số biến thiên là dịng kích iB. Các đặc tính ngõ ra được vẽ cho các giá trị khác nhau của iB
trong vùng 1 của hệ tọa độ Descarte. Trong vùng tọa độ này còn vẽ đường thẳng biểu diễn đặc
tính tải:

UCE = U - R.IC

Giao điểm của đường thẳng này và đặc tính ngõ ra (ứng với trị thiết lập iB) sẽ xác định điểm làm
việc gồm dịng IC và điện thế uCE. Đây chính là điểm làm việc tĩnh nếu phân cực DC và khi có tín
hiệu biến thiên ngõ vào đó là điểm làm việc động.

Trong vùng chứa các đặc tính ngõ ra, mạch phát chung cũng có các vùng nhưđã nêu bên trên.
Vùng cắt mạch: đặc tính ra với thông số iB = 0 nằm trong vùng này. Transistor ở chế độ ngắt.
Dịng collector iCO có giá trị nhỏ không đáng kể đi qua transistor và tải. Khi uBE < 0, khơng có
dịng điện kích, transistor ở trạng thái ngắt và độ lớn dòng iCO giảm nhỏ hơn nữa. Tuy nhiên, khả

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Vùng dẫn bão hòa: nằm giữa đường thẳng giới hạn a và giới hạn bão hòa b. Đường thẳng giới hạn
a xác định điện thế uCE nhỏ nhất có thểđạt được ứng với giá trị iC cho trước. Giới hạn bão hòa là

đường thẳng xác định ranh giới của các trạng thái uCB = 0 và uCB > 0. Nếu nhưđiểm làm việc nằm
trong vùng bão hòa (xem điểm ĐĨNG), transistor sẽđóng, dịng iC dẫn và điện thế uCEđạt giá trị

uCESAT nhỏ không đáng kể (khỏang 1-2 V) và như vậy, khi thực hiện tăng dịng điện kích IB>IBsat,
dịng điện qua collector hầu như khơng thay đổi. Điện thế uCESAT gọi là điện thế bão hòa và ta nói
rằng transistor ở trạng thái bão hịa.

Vùng khuếch đại tuyến tính (tích vực): là vùng mà transistor hoạt động ở chếđộ khuếch đại tín
hiệu, tương ứng với các giá trị làm việc uCE > uCESAT và dòng iC>IC0. Mối quan hệ giữa hai đại
lượng uCE và ICphụ thuộc vào tải và dòng iB. Khi transistor làm việc như một cơng tắc đóng mở
(switching), điểm làm việc của nó sẽ khơng nằm trong vùng này.

Do transistor khảo sát trong môn học này là các transistor cơng suất chỉ làm việc ở chếđộđóng
cắt nên chúng có hệ số hFEsat chỉ khoảng 10 - 20. Do đó, để giảm bớt dịng kích IB, tức tăng hFE có
thể ghép nối tiếp các transistor cơng suất theo cấu hình Darlington (hình H1.13). Bất lợi của cấu
hình Darlington là độ sụt áp UCEở chếđộđóng của transistor bị tăng lên và tần số đóng ngắt bị
giảm.

Hình 1.13: Transistor ghép darlington

Các transistor Darlington có thời gian trễ khi đóng và ngắt từ vài trăm ns đến vài us. Hệ số hFESAT
có thểđạt đến giá trị vài trăm.

<b>1.3.3. Các thông số giới hạn của BJT: </b>

Đối với mỗi transistor có một vùng hoạt động trên đặc tuyến, phải đảm bảo độ dao động cực đại
không được vượt quá các vùng giới hạn này, lúc đó tín hiệu ngõ ra có độ méo dạng nhỏ nhất như

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Hình 1.14: Đặc tuyến ngõ ra của BJT npn và các vùng giới hạn của nó

Các giới hoạt động như dòng điện IC cực đại và điện áp cực C và E (thường ký hiệu là VCEO). Đối
với hình 1.14, dịng điện Icmax được xác định là 50mA và điện áp VCEO là 20V.

Điện áp bão hịa VCEsat thường bằng 0,3V.

Cơng suất tiêu tán cực đại được xác định bởi phương trình:

<i>Pmax</i>= <i>VCEmax. I C</i>max

Từ phương trình này dễ dàng xác định được vùng làm việc được giới hạn bởi hàm hyperbol iC≤
Pmax/ vCEmax phối hợp với dòng điện Icmax. Đối với transistor ở hình 1.14 thì cơng suất tiêu tán là:
10.30 = 300mW. Nghĩa là tại bất kỳđiểm nào trên đường đặc tuyến trong vùng làm việc đều có
cơng suất tiêu tán nhỏ hơn 300mW.

Nếu ta chọn IC = 50mA thì ta sẽ suy ra được điện áp VCE = 6V và nếu ta chọn điện áp VCE = 20V
thì dịng IC = 15mA. Nếu ta chọn dịng điện IC nằm chính giữa là 25mA thì điện áp VCE = 12V.
Vùng ngưng dẫn được xác định bên dưới dòng điện IC = ICEO. Vùng ngưng dẫn cần phải tránh nếu
khơng tín hiệu ra sẽ bị méo dạng.

Tóm lại sự hoạt động của transistor trong vùng đã xác định trong hình 1.13 sẽđảm bảo rằng độ

méo dạng của tín hiệu ra là nhỏ nhất và các dòng điện và điện áp sẽ không làm hư transistor.
Nếu các đường cong đặc tuyến khơng cho trong bảng thơng số thì phải chú ý đến các thông số IC,
VCE và công suất tiêu tán phải thỏa mãn hệ phương trình:

ICEO≤ IC≤ ICmax
VCesat≤ VCE≤ VCemax
VCE . IC≤ Pcmax

<b>1.3.4. Mạch kích Transistor BJT </b>

Để tăng tần sốđóng ngắt của transistor cơng suất, cần giảm thời gian ton, toff (minh hoạ qua hình
1.15). Để giảm ton ta có thểđưa xung dịng kích IB với đỉnh khá lớn đầu giai đoạn kích. Sau khi

transistor dẫn, có thể giảm dịng kích IB đến giá trị dịng bão hồ.

Hình 1.15: Thời gian đóng cắt ton, toff

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Hình 1.16: Tụ gia tốc Ca nhằn tăng tốc quá trình chuyển mạch
<b>1.3.5. Mạch bảo vệ BJT </b>

Khi làm việc ở chếđộđóng cắt, transistor rất cần những mạch bảo vệ, cụ thể trên hình 1.17.

Hình 1.17: Mạch bảo vệ transistor

Tác dụng của diode D nhằm bảo vệ transistor trước các hiện tượng tăng quá nhanh của điện áp
(dV/dt) đặc biệt khi tải có tính cảm<i>. </i>

Mạch RC có tác dụng hạn chếđộ dốc dV/dt giữa hai cực CE. Cuộn kháng LS thực hiện giảm sự

</div>

<!--links-->