ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

“THIẾT KẾ BA BÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN
VÔN-AMPE CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT)”

Người thực hiện

: BÙI VŨ MY NA

Lớp

: 10SVL

Khóa

: 2010 – 2014

Ngành

: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Người hướng dẫn

: ThS NGUYỄN VĂN ĐÔNG

Đà Nẵng, 05/2014

K

uậ t t

K

Vật

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SVT

Kí hiệu

Tên gốc

Ý nghĩa

BJT

Bipolar Junction Transistor

Transistor lƣỡng cực nối

DMM

Digital Multimeter


Máy đo vạn năng

VOM

Volt – Ohm – Miliammeter

Đồng hồ đo V-Ω- mA

CC

Common collector

Thu chung

CE

Common Emitter

Phát chung

CB

Common Base

Nền chung

DC

Direct current


Dòng điện một chiều

AC

Alternating current

Dòng điện xoay chiều

V M N

1

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Mạng tinh thể ..............................................................................................9
Hình 1.2: Đồ thị năng lƣợng .....................................................................................10

Hình 1.3: Chuyển tiếp P-N ở trạng thái cân bằng ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1: Cấu tạo BJT ............................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2: Hình dáng kí hiệu BJT.......................................................................... 16
Hình 2.3: Mắc BJT để khảo sát .................................................................................17
Hình 2.4: Chiều dịng điện trong BJT .......................................................................18
Hình 2.5: Phân cực BE và BC trong BJT..................................................................19
Hình 2.6: Phân cực mối nối BE ................................................................................19
Hình 2.7: Phân cực thuận mối nối BE và nghịch BC ...............................................20
Hình 2.8: Transistor khuếch đại ................................................................................20
Hình 2.9: Trạng thái dẫn bão hịa .............................................................................. 21
Hình 2.10: Sơ đồ BJT mắc E chung .......................................................................... 23
Hình 2.11: Họ đặc tuyến ra BJT mắc E chung.......................................................... 24
Hình 2.12: Họ đặc tuyến ra BJT mắc E chung.......................................................... 24
Hình 2.13: Đặc tuyến vào B chung ........................................................................... 25
Hình 2.15: Họ đặc tuyến vào mắc C chung ..............................................................26
Hình 3.9: Hình dạng điện trở trong thực tế ...............................................................36
Hình 4.1.5: Sơ đồ mắc mạch E chung .......................................................................46
Hình 4.2.5: Sơ đồ mắc mạch B chung ......................................................................58
Hình 4.3.5: Sơ đồ mắc mạch C chung ...................................................................... 70

SVT

V M N

2

V

T S N u


V


K

uậ t t

K

Vật

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Đông đã tận tình
hƣớng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Nhật Quang đã tạo điều kiện cho em
đƣợc mƣợn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết cho đề tài của mình.
Em xin cảm ơn đến Thầy Vũ Văn Thanh và Thầy Nguyễn Thế Nghĩa – Giảng
viên trƣờng Đai Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em
hoàn thành việc đo đạc thực nghiệm kiểm chứng.
Em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt thời gian
ngồi trên ghế nhà trƣờng để em có đủ kiến thức, xin cảm ơn các cô chú nhân viên
trong trƣờng đã cho em điều kiện học tập và làm việc tốt.
Hơn hết, con xin cảm ơn ba má đã sinh con ra, vất vả nuôi con khôn lớn, cận
kề bên con mỗi bƣớc đi để con hồn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Cuối cùng, mình xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả bạn bè đã giúp đỡ và
động viên mình trong suốt thời gian làm bài khóa luận này.
Mặt dù em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho
phép nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận
đƣợc sự cảm thơng và tận tình chỉ bảo cuả q Thầy, Cô và các bạn.


Đà Nẵng, tháng 5 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Bùi Vũ My Na

SVT

V M N

3

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

MỞ ẦU
1. L

ềt

Trƣớc những yêu cầu mới về phát triển kinh tế - xã hội và của sự nghiệp đổi

mới giáo dục, hơn bao giờ hết, vai trò của đội ngũ giáo viên lại càng trở nên quan
trọng trong sự nghiệp "trồng ngƣời". Nghị quyết Trung Ƣơng 2 khoá VIII đã xác
định: “Xây dựng đội ngũ giáo viên, tạo động lực cho ngƣời dạy, ngƣời học, tiếp tục
đổi mới nội dung, phƣơng pháp giáo dục và đào tạo, biến những mục tiêu giáo dục
trở thành hiện thực”. Luật giáo dục 2005, tại Điều 15, cũng đã ghi rõ: “Nhà giáo giữ
vai trò quyết định trong việc bảo đảm chất lƣợng giáo dục…”.
Mặt khác, trong các trƣờng Đại học Sƣ phạm nói chung và trong trƣờng Đại
Học Sƣ Phạm Đà Nẵng nói riêng ln có sự tiếp nối của các lớp thế hệ nhà giáo
tƣơng lai, trong đó có giáo viên vật lý. Vì vậy, việc phát triển đội ngũ nhà giáo, đặc
biệt là bồi dƣỡng chuyên môn và nghiệp vụ sƣ phạm cho đội ngũ sinh viên, những
ngƣời sắp sửa vào nghề nhà giáo, luôn là một công tác thƣờng xuyên, quan trọng và
cấp thiết của các trƣờng Đại học Sƣ phạm.
Bên cạnh đó, chúng ta đều biết, Vật Lý học là một môn khoa học thực
nghiệm. Bởi vậy, để dạy giỏi môn Vật Lý, ngƣời giáo viên khơng chỉ cần hiểu biết
sâu sắc lí thuyết mà cịn phải có năng lực giảng dạy thực nghiệm. Vì vậy việc bồi
dƣỡng, rèn luyện và phát triển ở sinh viên ngành sƣ phạm Vật Lý những kĩ năng, kĩ
xảo thí nghiệm Vật Lý phục vụ tốt cho việc giảng dạy sau này là một nhân tố mang
tính chất quyết định. Và chất lƣợng của đội ngũ nhà giáo tƣơng lai này sẽ càng đƣợc
nâng cao hơn nếu đƣợc mở rộng phạm vi các bài thực hành thí nghiệm: Khơng
dừng lại ở các bài thí nghiệm của phổ thơng mà có thể đƣợc tiếp xúc với các mơ
hình, cũng nhƣ đƣợc thực hành các bài thí nghiệm ở các bộ mơn vật lý đại cƣơng,
đặc biệt là các bài thí nghiệm về Transistor lƣỡng cực (BJT).
Hiện nay, các sách giáo khoa bằng tiếng việt giới thiệu loại linh kiện này đã
đƣợc xuất bản, tuy nhiên chủ yếu vẫn là lý thuyết và rất ít tài liệu về các bài thực
hành thí nghiệm.
Xuất phát từ cơ sở lí luận và thực tiễn trên, cũng để hoàn thiện kiến thức của
bản thân, em xin chọn đề tài: "Thiết kế ba bài thí nghi m khả sát ặc tuyến
Vôn - Ampe củ Tr

SVT

V M N

s st r ƣỡng cự ( JT)”
4

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

Lí do em chọn thiết kế các bài thí nghiệm về Transistor lƣỡng cực vì đây là
một linh kiện thiết yếu trong bất kì thiết bị điện tử nào. Và cũng vì Transistor lƣỡng
cực là một trong số ít những linh kiện điện tử đƣợc sử dụng để giảng dạy trong
chƣơng trình vật lý phổ thơng, sách giáo khoa vật lý 11.
í

2. Mụ


ê

ứu

Bƣớc đầu vận dụng đƣợc lý thuyết để nghiên cứu và thiết kế đƣợc năm bài
thí nghiệm về Transistor lƣỡng cực.Giúp sinh viên vật lý có thêm các bài thí nghiệm
về loại linh kiện điện tử này. Qua đó, hiểu rõ đƣợc những đặc điểm của transistor
lƣỡng cực và các ứng dụng của nó.
Ngồi mục đích trên cũng nhƣ mục đích thực hiện đề tài là điều kiện để tốt
nghiêp ra trƣờng, đề tài còn giúp em có thêm lƣợng kiến thức phong phú, kĩ năng
tìm và đọc tài liệu tiếng nƣớc ngoài.
3

tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1

tƣợng nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là các tài liệu đã đƣợc giảng dạy, các bài thí
nghiệm tiếng nƣớc ngồi, từ các ý tƣởng thực tế, linh kiện thiết bị có sẵn.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Do năng lực có hạn và thời gian khơng cho phép, trong khóa luận này, em
chỉ lắp ráp các mạch cũng nhƣ thiết kế 3 bài thí nghiệm về khảo sát các đặc tuyến
Vôn-Ampe của BJT.
4. Giả thuyết khoa h c củ

ề tài

Qua khảo sát thực tế cho thấy việc lắp ráp các linh kiện điện tử thành bài thí
nghiệm giúp sinh viên củng cố vững chắc kiến thức lý thuyết, đồng thời dễ dàng

hình thành ở sinh viên các kỹ năng ứng dụng.
Trong chƣơng trình khung hệ đại học của ngành sƣ phạm Vật Lý có học
phần điện tử học. Vì thế các bài thí nghiệm thiết kế đƣợc có thể đƣa vào giảng thử
nghiệm ngay để kịp thời điều chỉnh cho phù hợp.
SVT

V M N

5

V

T S N u

V


K

uậ t t

5 P ƣơ
5 1 P ƣơ

K

á

ê
á


Vật

ứu
ê

ứu lí thuyết:

Đọc và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
5 2 P ƣơ

á

ê

ứu thực ti n

- Phƣơng pháp quan sát: Quan sát sƣ phạm, tham quan các mơ hình thí nghiệm
điện tử ở trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
- Phƣơng pháp phỏng vấn, trò chyện: Trao đổi và thăm dò ý kiến với giảng
viên và sinh viên, nhằm tìm hiểu về thực tế giảng dạy và các thiết bị thực
hành hiện có liên quan đến đề tài.
ủ

6. Nhữ

ề tài

Là tài liệu tham khảo cho sinh viên.
7. Cấu trúc của luậ v

Luận văn gồm 3 phần nhƣ sau: Phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận.
Trong đó, phần nội dung đƣợc chia làm 4 chƣơng:

SVT

C ƣơ

1 Tổng quan về chất bán dẫn

C ƣơ

2: Tổng quan về Tr

C ƣơ

3: Giới thi u dụng cụ và linh ki n có trong bài thí nghi m

C ƣơ

4: Thiết kế ba bài thí nghi m

V M N

6

s st r ƣỡng cực (BJT)

V

T S N u


V


K

uậ t t

K

Vật

NỘI DUNG
C ƢƠN

I TỔN

QUAN VỀ C ẤT ÁN ẪN

BJT là một linh kiện bán dẫn, đƣợc chế tạo từ vật liệu bán dẫn. Để hiểu rõ
nguyên lí làm việc của Transistor BJT, ta cần biết đƣợc các hiệu ứng vật lý xảy ra
trong chất bán dẫn trong các điều kiện khác nhau. Vì vậy trong luận văn này, Em
xin đƣợc giới thiệu sơ lƣợc về chất bán dẫn.
1.1 Bán dẫn thuần và bán dẫn pha tạp
1.1.1 Bán dẫn thuần
Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Gemanium (Ge) và Silicium (Si) thuộc
nhóm bốn bảng tuần hồng Mendeleep, nó có cấu trúc vùng năng lƣợng dạng hình 1.1b
với Eg=1,12eV. Mơ hình cấu trúc mạng tinh thể (1 chiều) của chúng có dạng hình 1.2a
với bản chất là các liên kết ghép đơi điện tử hóa trị vành ngồi. Ở 00K chúng là các chất
cách điện. Khi đƣợc một nguồn năng lƣợng ngồi kích thích thì trong bán dẫn đã xảy ra

hiện tƣợng ion hóa các nguyên tử ở nút mạng và sinh ra các cặp hạt dẫn tự do: điện tử
bứt khỏi liên kết ghép đôi trở thành hạt tự do và để lại một liên kết bị khuyến (lỗ trống).
Điều này tƣơng ứng với sự chuyển điện tử từ một mức năng lƣợng trong vùng hóa trị
lên mức trong vùng dẫn để lại một mức tự do (trống) trong vùng hóa trị. Các cặp hạt
dẫn tự do này, dƣới tác dụng của trƣờng ngoài hay một Gradien nồng độ có khả năng
dịch chuyển có hƣớng trong mạng tinh thể tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn thuần.
Kết quả là:
1. Muốn tạo hạt dẫn tự do trong chất bán dẫn thuần cần có năng lƣợng kích
thích đủ lớn Ekt ≥ Eg.
2. Dòng điện trong chất bán dẫn thuần gồm hai q trình kích thích năng lƣợng
và dƣới tác dụng của điện trƣờng do quá trinh phát sinh từng cặp hạt dẫn tạo
ra ni = pi.
1.1.2 Bán dẫn pha tạp
Trong mạng tinh thể của bán dẫn pha tạp xuất hiện những sai hỏng ở một số
nút mạng của tinh thể bán dẫn.

SVT

V M N

7

V

T S N u

V


K


uậ t t

K

Vật

Để làm rõ vấn đề này ta lấy trƣờng hợp bán dẫn Gecmani thuần và Gecmani
pha tạp có thể mô tả cấu tạo của chúng nhƣ sau:
+ Cấu tạo của bán dẫn Gecmani thuần
Mỗi nguyên tử có 4 điện tử hóa trị góp chung với 4 nguyên tử bên cạnh để
tạo thành mối liên kết đồng hóa trị. Lực liên kết tác dụng lên các điện tử hóa trị
tƣơng đối lớn, vì vậy năng lƣợng cần thiết để đƣa điện tử từ vùng hóa trị lên vùng
dẫn cũng tƣơng đối lớn. Trong trƣờng hợp này, nếu các điện tử hóa trị nhận đƣợc
năng lƣợng từ bên ngồi (nhiệt độ hoặc ánh sáng) đủ để có thể tách khỏi mối liên
kết trở thành điện tử tụ do nhảy lên vùng dẫn đồng thời tạo ra tại đây lỗ trống (nằm
trong vùng hóa trị) q trình này đƣợc gọi là quá trình phát xạ cặp điện điện tử lỗ
trống. Nhƣ vậy trong bán dẫn thuần các hạt dẫn đƣợc tạo ra chủ yếu bởi quá trình
hình thành cặp điện tử lỗ trống.
+ Cấu tạo của bán dẫn Gecmani pha tạp
Nếu nhƣ ở một vị trí đó của nút mạng tinh thể Ge đƣợc thay thế bằng một
nguyên tử nguyên tố nhóm V, ví dụ nhƣ P, As, Sb thì khi ấy 4 điện tử hóa trị của
nguyên tử này đã đủ điền vào các mối liên kết với mạng Ge cịn điện tử hóa trị thứ 5
thì khơng tham gia vào liên kết mạng tinh thể.
Nó trở thành điện tử tự do, hiện tƣợng này đƣợc biểu diễn nhƣ hình 1.1a,
b

Hình 1.1a.

Hình 1.1b.


Mạng tinh thể bán dẫn Ge thuần.

Mạng tinh thể Ge có pha tạp chất nhóm 1

1.Điện tử và lỗ trống trong vùng hóa trị

1. Dono bị ion hóa

2. Điện tử trong vùng hóa trị

2. Điện tử trong vùng dẫn

SVT

V M N

8

V

T S N u

V


K

uậ t t


K

Vật

Những tạp chất nhóm V kể trên đƣợc gọi là tạp chất dono (tạp chất cho điện
tử) khi pha các tạp chất này vào bán dẫn thuần chúng bị ion hóa trở thành những ion
dƣơng và cho những điện tử tự do. Bán dẫn đƣợc pha tạp chất dono gọi là bán dẫn
loại n. Số lƣợng điện tử tự do trong nhóm bán dẫn loại n nhiều hơn hẳn số lỗ trống
bởi vậy trong trƣờng hợp này gọi điện tử là hạt dẫn đa số lỗ trống là hạt dẫn thiểu
số. Tính dẫn điện trong bán dẫn loại n. Do điện tử quyết định việc làm sai hỏng
mạng tinh thể bán dẫn Ge thuần bàng tạp chất dono tƣơng ứng với việc làm xuất
hiện trong vùng cấm của bán dẫn này những mức năng lƣợng nằm sát đáy vùng dẫn
nhƣ hình 1.2.
E
E

+ + + +
Mức đono

Mức acxepto

+

_ _ _ _ _
++ + +

+ +

__ _ _ _ _


a)

b)

Hình 1.2:
Đồ thị vùng năng lượng và cơ chế sinh hạt dẫn trong chất bán dẫn pha tạp chất:
a. Loại n

b. loại p

1. 2 C u ể t ế P-N
Tiếp xúc P-N đƣợc tạo thành cùng một loại bán dẫn.
1.2.1 Chuyển tiếp P-N ở trạng thái cân bằng nhi t
Chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng là chuyển tiếp p-n chƣa có điện áp bên
ngồi đặt vào. Nó đƣợc tạo thành ở miền tiếp xúc tinh thể bán dẫn loại n và loại p.
Khi cho hai bán dẫn này tiếp xúc với nhau, tại bề mặt tiếp xúc lỗ trống sẽ khuếch
tán từ bán dẫn p sang bán dẫn n.
Ngƣợc lại điện tử khuếch tán từ bán dẫn n sang bán dẫn p. Kết quả dẫn tới
là phía bán dẫn p tại gần bề mặt tiếp xúc sẽ còn lại những ion âm của các nguyên tử
acxepto đã bị ion hóa và phía bán dẫn n tại gần bề mặt tiếp xúc còn lại là các ion
dƣơng của các dono đã bị ion hóa. Nhƣ vậy do sự khuếch tán các hạt đa số mà tại
SVT

V M N

9

V

T S N u


V


K

uậ t t

K

Vật

miền lân cận mặt tiếp xúc mất đặc tính trung hịa điện tích, phía bán dẫn n tích điện
dƣơng, phía bán dẫn p tích điện âm, cho nên ở đây hình than một lớp điện trƣờng Et
gọi đó là nội trƣờng có chiều hƣớng từ n sang p. Cho nên điện trƣờng này chống lại
sự di chuyển của các hạt dẫn đa số. Nhƣng điện trƣờng này lại cuốn điện từ từ p
sang n và lỗ trống từ n sang p nghĩa là làm tăng cƣờng sự di chuyển của hạt dẫ thiểu
số.
Sự khuếch tán các hạt đa số xảy ra càng mạnh, vùng điện tích âm, dƣơng ở
hai phía bán dẫn p, n càng rộng ra (số điện tích tăng lên) do đó cƣờng độ nội trƣờng
Et cũng tăng lên, kết quả đƣa tới làm cho dòng khuếch tán các hạt đa số giảm đi còn
dòng cuốn các hạt thiểu số tăng lên cuối cùng sẽ tới một lúc mà dòng khuếch tán
các hạt đa số bằng dòng cuốn các hạt thiểu số. Khi ấy, chuyển tiếp p-n đạt tới trạng
thái cân bằng. Trạng thái cân bằng ở đây là trạng thái cân bằng động. Ở trạng thái
cân bằng, số ion âm nằm bên bờ mặt tiếp xúc về phía p và số ion dƣơng nằm bên bờ
mặt tiếp xúc về phía n bằng nhau và khơng đổi, do đó cƣờng độ trƣờng Et cũng đạt
tới giá trị xác định, miền chứa các ion âm và dƣơng vừa kể trên hầu nhƣ khơng có
hạt dẫn cho nên gọi đó là miền điện tích khơng gian.
Ở trạng thái cân bằng động độ rộng miền điện tích khơng gian xm xác định và
đƣợc biểu diễn nhƣ hình 1.3


Hình 1.3:
Chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng
1.2.2. Chuyển tiếp p-n k

n áp phân cực

1.2.2.1 Chuyển tiếp p-n k

n áp phân cực thuận

Đặt lên lớp tiếp xúc p-n một điện áp thuận: cực dƣơng đặt lên bán dẫn p, cực
âm đặt lên bán dẫn n. Chuyển tiếp p-n lúc này có dang nhƣ hình 1.4
SVT

V M N

10

V

T S N u

V


K

uậ t t


K

Vật

Hình 1.4:
Chuyển tiếp p-n phân cực thuận
Hình 1.4 cho ta thấy chiều tác dụng của điện trƣờng ngoài ngƣợc lại với
chiều tác dụng của điện trƣờng tiếp xúc trong lớp chuyển tiếp p-n nên lúc này lớp
tiếp xúc p-n khơng cịn ở trạng thái cân bằng động nữa. Điện trƣờng tổng cộng
trong lớp tiếp xúc giảm xuống:
E= Etx – E ng
Điện thế ngoài V sẽ giảm làm chiều cao của rào thế đối với các hạt dẫn cơ
bản một lƣợng qV. Độ cao rào thế lúc này là

. Vì vậy dịng của các hạt dẫn

cơ bản qua lớp tiếp xúc tăng theo hàm mũ. Kết quả là mật độ dịng khuếch tán hình
thành bởi các hạt dẫn cơ bản qua tiếp xúc p-n cũng tăng lên. Dòng các hạt dẫn
không cơ bản không phụ thuộc vào độ cao rào thế nên mật độ dọng điện của các hạt
dẫn khơng cơ bản khơng thay đổi.
Dịng điện chạy qua tiếp xúc p-n khi nó phân cực thuận gọi là dịng điện
thuận ith.Dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc p-n đƣợc tính theo cơng thức:

Với is là mật độ dịng bão hòa.
Khi tăng hiệu điện thế thuận lên, tiếp xúc p-n đƣợc phân cực thuận càng
mạnh, hiệu điện thế tiếp xúc càng giảm, hàng rào thế năng càng thấp xuống, đồng
thời điện trở tiếp xúc giảm, bề dày lớp điện tích khơng gian giảm, dịng khuếch tán
của các hạt dẫn cơ bản tăng nên dòng điện thuận ngày càng tăng.

SVT


V M N

11

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

Hình 1.5:
Chuyển tiếp p-n phân cực thuận
a. Sơ đồ năng lượng

b. Đường đặc trưng Vôn-Ampe

1.2.2.2 Chuyển tiếp p-n k

n áp phân cự


ƣợc

Chuyển tiếp p-n phân cực ngƣợc đƣợc biểu diễn nhƣ hình 1.6.

Hình 1.6:
Chuyển tiếp p-n phân cực nghịch
Cực âm của điện áp ngoài đặt vào bán dẫn p, còn cực dƣơng đặt vào bán
dẫn n chiều của nội trƣờng trùng với chiều điện trƣờng ngoài. Nếu so sánh với
chuyển tiếp p-n ở trạng thái cân bằng thì độ rộng của miền điện tích khơng gian lúc
này rộng hơn.
Miền điện tích khơng gian trong trƣờng hợp phân cực ngƣợc rộng ra đó là
do cực tích của điện áp ngoài đặt vào chuyển tiếp p-n, điện tử trong bán dẫn n và lỗ
trống trong bán dẫn p bị “hút” lại phía điện cực, khiến cho tại bờ miền điện tích
khơng gian xuất hiện những ion mới lấn sâu vào bán dẫn n và p do đó miền điện
tích khơng gian rộng hơn lúc cân bằng. Khi phân cực ngƣợc trạng thái cân bằng ban
đầu ban đầu của chuyển tiếp p-n cũng bị phá vỡ. Nhƣng trƣờng hợp này khác với
SVT

V M N

12

V

T S N u

V


K


uậ t t

K

Vật

phân cực thuận, nó làm cho dịng các hạt thiểu số cuốn bởi điện trƣờng đƣợc tăng
cƣờng làm giảm các dòng khuếch tán hạt đa số. Do tác dụng cuốn mạnh của điện
trƣờng miền điện tích khơng gian mà nồng độ của hạt dẫn thiểu số ở hai bờ miền
này (Xm và Xp) nhỏ hơn so với lúc cân bằng.
1.2.2.3 Kết luận
Tiếp xúc p-n chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều từ p đến n. Đó chính là
tính chỉnh lƣu của tiếp xúc p-n. Dựa vào tính chất quang trọng này của lớp tiếp xúc,
ngƣời ta đã tạo nên đại đa số các linh kiện bán dẫn. Trong đó có Transistor BJT.
1.2.3 ặc tuyến Vơn-Ampe của tiếp giáp p-n
Đặc tuyến Vôn – Ampe của tiếp xúc p – n mơ tả mối quan hệ giữa dịng và
điện áp trên hai đầu tiếp xúc.

Hình 1.7:
Đặc tuyến V-A của tiếp xúc p-n
VBR: điện thế đánh thủng là điện áp ngƣợc tối đa mà tiếp xúc p-n có thể
chịu đựng khi phân cực ng ƣợc mà không bị hỏng. Lúc này, tiếp xúc p-n dẫn điện
đƣợc theo cả chiều nghịch.

SVT

V M N

13


V

T S N u

V


K

uậ t t

1.2.4 Hi

tƣợ

K
á

Vật

t ủng trong chuyển tiếp p-n

Khi điện áp ngƣợc lớn, dòng lớn làm các electron va chạm vào các e cố định
khác làm tăng số e nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc p-n dẫn điện đƣợc theo
cả chiều nghịch, phá vỡ đặc tính chỉnh lƣu của nó, gọi là hiện tƣợng đánh thủng.
Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, vì vậy có ba loại đánh
thủng cơ bản: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, và đánh thủng nhiệt - điện.
Trong đó sự đánh thủng về nhiệt do sự tích luỹ nhiệt trong vùng nghèo. Khi có điện
áp ngƣợc lớn, dịng điện ngƣợc tăng làm nóng chất bán dẫn, khiến nồng độ hạt dẫn

thiểu số tăng và làm dòng điện ngƣợc tăng. Quá trình cứ nhƣ thế làm cho nhiệt độ
vùng nghèo và dòng ngƣợc tăng nhanh, dẫn tới đánh thủng.

SVT

V M N

14

V

T S N u

V


K

uậ t t
C ƢƠN

K
2 TỔN

QUAN VỀ TRANSISTOR LƢỠN

Vật

CỰC ( JT)


Transistor lƣỡng cực nối (BJT- Bipolar Junction Transistor) đƣợc phát minh
vào năm 1948. Những phát minh ra BJT đã đƣợc trao giải thƣởng Nobel Vật lí năm
1956. Sự ra đời của BJT đã ảnh hƣởng rất lớn đến sự phát triển điện tử học.
2.1 Cấu tạo của BJT

Hình 2.1a: Cấu tạo BJT loại PNP

Hình 2.1b: Cấu tạo BJT loại NPN

Gồm 3 phiến bán dẫn ghép lại với nhau tạo thành 2 loại: BJT loại PNP
(hình2.1a) và BJT loại NPN (hình 2.1b). Trong đó, phiến bán dẫn ở cực Emitơ có
nồng độ điện tích cao hơn (P+) hoặc (N+) so với phiến bán dẫn ở cực C nên điện tích
dịch chuyển từ cực E sang cực C. Vìvậy, cực E đƣợc gọi là cực phát (phát điện
tích), cực C gọi là cực thu và cực B gọi là cực nền.
2.2 Hình dáng- kí hi u

Hình 2a:

Hình 2b:

Hình dạng và ký hiệu BJT loại PNP

Hình dạng và ký hiệu BJT loại NPN

SVT

V M N

15


V

T S N u

V


K

uậ t t

2.3 Ngun í

K

Vật

ạt ộ

Hình 2.3:
Mắc mạch BJT để khảo sát nguyên lý hoạt động
Khi chƣa có nguồn cấp điện VCC, VEE thì BJT có hai mối nối P –N ở trạng thái
cân bằng và hàng rào điện thế ở mỗi mối nối duy trì trạng thái cân bằng này.
Với hình 2.3, ta chọn nguồn VCC lớn hơn VEE và trị số điện trở sao cho thỏa
điều kiện:
- Mối nối P – N giữa B và E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) đƣợc phân cực thuận.
- Mối nối P – N giữa B và C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) đƣợc phân cực
nghịch.
- VBE đạt thế ngƣỡng tùy loại BJT.
Điện tử từ cực âm của nguồn VEE di chuyển vào vùng phát qua vùng nền, đáng

lẽ trở về cực dƣơng của nguồn VEE nhƣng vì vùng nền rất hẹp so với hai vùng kia
và nguồn VCC lớn so với VEE nên đa số điện tử từ vùng nền vào vùng thu, tới cực
dƣơng của nguồn VCC, một ít điện tử cịn lại về cực dƣơng của nguồn VEE. Sự dịch
chuyển của điện tử tạo thành dòng điện:
- Dòng vào cực nền gọi là dòng IB.
- Dòng vào cực thu gọi là dòng IC.
- Dòng từ cực phát ra gọi là dịng IE.
Ngồi ra, mối nối P – N giữa B và C đƣợc phân cực nghịch cịn có dịng rị (rỉ)
rất nhỏ gọi là ICBO.

SVT

V M N

16

V

T S N u

V


K

uậ t t

24 P â

K


ự

Vật

JT

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 dịng điện cho từng chân một cách thích
Phân cực (định thiên) là áp đặt hiệu điện thế cho các cực BJT. Phân cực BJT

hợp.

là chọn nguồn điện DC và điện trở sao cho IB, IC, VCE có trị số thích hợp theo yêu
cầu.
Điều kiện để BJT dẫn điện
- Mối nối P – N giữa B và E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) đƣợc phân cực
thuận.
- Mối nối P – N giữa B và C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) đƣợc phân
cực nghịch.
- VBE đạt thế ngƣỡng tùy loại BJT.
2 5 C ều á

ò

ạ tr

JT

IE = IB + IC


IC =

IC =

IB

IE = IB + IC

IB

Hình 2.4a: Chiều các dịng điện

Hình 2.4b: Chiều các dịng điện

chạy trong BJT loại PNP

2.6. Cá trạ

t á

ạt ộ

ủ

chạy trong BJT loại NPN

JT

BJT ở 3 trạng thái hoạt động chính: ngưng dẫn, khuếch đại và dẫn bảo hòa.

2.6.1 Trạ

t á

ƣ

ẫn

Nếu phân cực ngƣợc mối nối BC và không phân cực hoặc phân cực ngƣợc
mối nối BE thì tại các cực của BJT khơng có dịng điện ta nói BJT ngƣng dẫn.

SVT

V M N

17

V

T S N u

V


K

uậ t t

K


Vật

Hình 2.5:
Phân cực nghịch mối nối BE và BC trong BJT loại NPN

Hình 2.6a: Khơng phân cực mối nối BE

Hình 2.6b: Phân cực ngược mối nối BE

- Khi transistor bị phân cực ngƣợc mối nối BE nghĩa là IB = 0 do đó IC= 0.
- Khi IC = 0, Vcc =ICRC + VCE + IERE nên VCE = VCC.
Nhƣ vậy, khi ta phân cực nghịch mối nối BC và BE hoặc khơng phân cực mối
nối BE thì transistor ngƣng dẫn IC= 0, VCE= VCC.
2.6.2 Trạng thái khuế

ại

Khi ta phân cực thuận mối nối BE (VB>VE)) và phân cƣc nghịch mối nối BC
(VC>VB) lúc này xuất hiện dòng điện đi qua mối BE là IB và dòng IC đi từ cực C
sang cực E.

SVT

V M N

18

V

T S N u


V


K

uậ t t

K

Vật

Hình 2.7:
Phân cực thuận mối nối BE và nghịch BC

Hình 2.8 Transistor khuếch đại

0V < VCE < Vcc

Nhƣ vậy, khi ta phân cực nghịch mối nối BC và phân cực thuận BE thì
transistor hoạt động trong vùng khuếch đại IC=  IB và VCE= Vcc-  IB (RE+RC).
2.6.3 Trạng thái dẫn bão hòa
Nếu ta giảm điện trở RB thì dịng IB tăng và lúc này dịng IC sẽ tăng lên một
lƣợng gấp  lần so với lƣợng tăng của dịng IB
Nếu ta tiếp tục giảm RB thì dịng IB ,IC tiếp tục tăng cho đến lúc IC = IB =ICmax
nghĩa là ta tăng điện áp phân cực bằng cách giảm điện trở RB thì dịng IC khơng
tăng đƣợc nữa tức là IC < IB. . Lúc này BJT đã bảo hòa

SVT


V M N

19

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

Đo VCE =0V

Hình 2.9: Trạng thái dẫn bảo hòa.
Khi transistor hoạt động ở trạng thái bảo hòa với IC =  IB=ICmax hoặc IC < IB..
Lúc này nội trở mối nối CE rất nhỏ nên điện áp VCE = 0. Nhƣ vậy, khi ta phân cực
thuận mối nối BC và BE thì transistor hoạt động trong vùng bảo hồ thì IC = ICmax
< IB  ,VCE = 0V.
Muốn biết BJT hoạt động ở trạng thái nào, ta có thể đo điện áp B – E (VBE)
hoặc C – E (VCE) để xác định các trạng thái hoạt động của BJT.
Với các giá trị tƣơng ứng của các điện áp VCE và VBE ta có thể xác định một
cách dể dàng các trạng thái hoạt động của BJT dựa vào sơ đồ 2.1. Đây cũng là

những kiến thức cần chú khi thiết kế một bài thí nghiệm để khơng đi trái với những
kiến thức đã có trong lý thuyết.

SVT

V M N

20

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

Khuếch đại

Dẫn bão hòa

Ngƣng dẫn


Sơ ồ 2.1: Các trạng thái hoạt động của BJT

SVT

V M N

21

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

2.7 Các cách mắc BJT và các h
2.7 1 JT mắ k ểu ự

át

ặc tuyế

tƣơ


Vật

ứng

u

Trong các mắc EC, nghĩa là cực Emitơ chung cho cả đầu vào và đầu ra. Điện
áp vào đƣợc mắc giữa cực bazơ và cực Emitơ, cịn điện áp ra lấy từ collectơ
đƣợc mơ tả bởi hình 2.9.

Hình 2.10:
Sơ đồ BJT mắc Emitơ chung
Đặc tuyến vào của transistor mắc CE : Để xác định đặc tuyến vào thì giữa
UCE khơng đổi, thay đổi UBE ghi các trị số dòng IB. Mối quan hệ giữa dòng điện
IB với điện áp UBE khi UCE = const.
IB =f(UBE)|Uce = const
Thay đổi UCE đến một giá trị cố định khác, lại thay đổi UBE ta lại có một giá
trị IB. Cứ nhƣ vậy sẽ có một họ đặc tuyến vào của Transistor mắc emitter
chung.
Ứng với một giá tị UCE nhất định, dòng IB càng nhỏ. Khi UCE càng tăng, vì
khi đó tăng UCB làm cho miền điện tích không gian của chuyển tiếp collector
rộng ra chủ yếu về phía bazơ pha tạp chất yếu. Cho nên điện áp UCB càng lớn
thì tỷ lệ tái hợp trong miền bazơ và đến cực bazơ để tạo thành dịng bazơ càng
ít, do đó dịng bazơ nhỏ đi. Ví dụ nhƣ hai đặc tuyến của transistor tƣơng ứng
với hai giá trị:
UCE = 2(v) và UCE = 6(v).
+ Đặc tuyến ra của transistor mắc CE giữ dòng IB cố định, thay đổi UCE đo
dòng IC. kết quả ta đƣợc đƣờng cong về sự phụ thuộc của IC và UCE.
IC = f(UCE)|IB=const


SVT

V M N

22

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Vật

Hình 2.11:
Họ đặc tuyến vào của BJT mắc E chung
Từ họ đặc tuyến ra ta có nhận xét là tại miền khuếch đại độ dốc của đặc
tuyến khá lớn vì trong cách mắc này dịng IE giữ cố định. Khi tăng UCE độ rộng
hiệu dụng miền bazơ hẹp lại làm cho hạt dẫn đến collector nhiều hơn do đó dịng
IC tăng lên.
Đặc tuyến truyền dẫn biểu diễn mối quan hệ giữa dòng ra IC và dòng vào IB
khi UCE cố định.


Hình 2.12:
Họ đặc tuyến ra của BJT mắc E chung
2.7.2 BJT mắc kiểu cực nền chung CB
Mạch khuếch đại bazơ chung là mạch có cực bazơ dùng chung cho cả đầu
vào và đầu ra. Tín hiệu vào đƣợc đặt giữa hai cực emittơ và bazơ, cịn tín hiệu
lấy ra từ cực colectơ và bazơ đã đƣợc mô tả nhƣ hình 2.12.
SVT

V M N

23

V

T S N u

V


K

uậ t t

K

Hình 2.13a: Sơ đồ mắc mạch bazơ chung

Vật

Hình 2.13b: Họ đặc tuyến vào


Trong mạch các tham số đƣợc dùng để làm các nhiệm vụ sau: ampe kế (A1)
dùng để đo dòng vào emitơ, ampe kế (A2) dùng để đo dịng ra collector, cịn U1 và
U2 là các vơn kế đo UEB và UCB.
Đặc tuyến vào trong trƣờng hợp này là xác định mối quan hệ giữa hàm số
IE = f(UEB)|UCB=const
Từ mối quan hệ trên ta sẽ nhận đƣợc đặc tuyến vào tƣơng ứng với các giá trị
UCB. Qua họ đặc tuyến khi điện áp vào UEB cố định, dòng vào IE càng lớn khi điện
áp UCB càng tăng. Vì điện áp UCB phân cực ngƣợc, chuyển tiếp colectơ khi đó tăng
lên làm miền điện tích khơng gian rộng ra, làm cho khoảng các hiệu dụng giữa
chuyển tiếp emitơ và colectơ hẹp lại do đó làm

(mA)

dịng IE tăng lên. Đặc tuyến ra biểu thị mối quan
IC

hệ:

IE = 4mA

4

IE = 3mA

3

IE = 2mA

IC = f(UCB)|IE=const


2

Khi UCB tăng lên làm cho độ rộng miền điện

IE = 1mA

1

tích khơng gian chuyển tiếp colectơ lớn lên, độ

0

rộng hiệu dụng của miền bazơ hẹp lại, số hạt

-1

-2

-3 -4

U
-5

UCB

dẫn đến đƣợc miền colectơ so với khi UCB nhỏ
hơn nhiều, nên dịng IC lớn lên
Hình 2.14:


Họ đặc tuyến ra BJT mắc B chung
SVT

V M N

24

V

T S N u

V