Dòng Điện Tại Các Cực Của Transistor Ở Active Mode

Tại mối nối B-E, vùng nghèo điện tích bị xuyên thủng nhiều hơn về phía lớp Base, tương tự tại mối nối B-C vùng nghèo được xuyên qua nhiều hơn về phía lớp Base. Lý do là tại sao?

Ngay tại mối nối B-E, nơi lớp emitter có rất nhiều pha tạp (doping) và lớp Base có ít pha tạp điều này dẫn đến các vùng nghèo được thâm nhập nhiều hơn về phía Base và ít hơn về phía bên emitter. Tương tự như vậy, tại mối nối B-C, lớp C là lớp có rất nhiều pha tạp và lớp B là lớp có ít pha tạp do đó khu vực suy giảm được thâm nhập nhiều hơn về phía lớp B và ít hơn đối với lớp C. Hơn nữa vùng clolector được pha tạp nhẹ hơn vùng Emitter, do đó chiều rộng lớp nghèo điện tích (depletion layer) ở phía bên collector lớn hơn chiều rộng lớp nghèo điện tích ở phía bên Emitter.

Khi phân cực

Khi điện áp bên ngoài được áp vào Transistor pnp, nó được cho là phân cực transistor pnp (biased pnp transistor). Tùy thuộc vào cực của điện áp được áp vào, Transistor pnp có thể hoạt động ở ba chế độ: chế độ hoạt động (active mode), chế độ cắt (cutoff mode) và chế độ bão hòa (saturation mode).

Hình 4.7: Phân cực Transistor ở chế độ active mode

Transistor pnp thường làm việc ở chế độ hoạt động (active mode) vì ở chế độ này transistor pnp khuếch đại dòng điện.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.

Vì vậy, transistor pnp làm việc ở chế độ hoạt động (khuếch đại).

Chúng ta hãy xem xét một transistor pnp như trong hình dưới đây.

- Tiếp điểm B-E được phân cực thuận bởi điện áp một chiều VEE

- Tiếp điểm B-C được phân cực nghịch bởi điện áp một chiều VCC.

Mối nối Base-Emitter:

Hình 4.8: Nguyên lý hoạt động của Transistor ở chế độ khuếch đại Mối nối B-E do được phân cực thuận, một số lượng lớn các lỗ trống ở khu vực p bên trái (Emitter) bị một lực đẩy từ đầu cực dương của nguồn pin DC VEE và chúng cũng bị một lực hút từ đầu cực âm của pin. Kết quả là, các lỗ bắt đầu chảy từ emitter đến base.

Theo cách tương tự, các electron tự do trong Base bị một lực đẩy từ thiết bị đầu âm của pin và cũng bị một lực hút từ cực dương của pin. Kết quả là, các electron tự do bắt đầu chảy từ base đến emitter.

 Do đó làm xuất hiện dòng điện chạy từ emitter đến base. Dòng điện này làm giảm chiều rộng của vùng nghèo kiệt

Mối nối B-C (Base-collector junction)

Do sự phân cực nghich, một số lượng lớn các lỗ trống ở phía bên phải P(collector) bị một lực hút từ cực âm của pin. Do đó, các lỗ di chuyển qua mối nối và chảy về phía cực âm của pin. Đồng thời các electron tự do vùng n bên Base bị lực hút về cực dương của pin. Do đó, các electron tự do di chuyển qua mối nối B-C và chảy về phía cực dương của pin Kết quả là, một số lượng lớn các nguyên tử trung hòa tại cực C nhận được các electron và trở thành các ion âm.. Kết quả là, một số lượng lớn các nguyên tử cơ bản trung tính mất electron và trở thành các ion dương.

Do đó, chiều rộng của vùng nghèo kiệt tăng lên tại mối nối với base. Nói cách khác, số lượng ion dương và âm tăng lên ở điểm tiếp xúc B-C

Dòng điện tại các cực E-B-C (Emitter-base-collector current)

Các lỗ trống đang chảy từ emitter đến cơ sở do sự phân cực thuận sẽ kết hợp với các electron tự do trong base.

Tuy nhiên, các Base là rất mỏng và pha tạp nhẹ. Vì vậy, chỉ một phần nhỏ các lỗ phát sẽ kết hợp với các electron tự do trong vùng base. Phần lớn số lỗ trống còn lại sẽ vượt qua khu vực base và đến khu vực coleector. Điều này là do điện áp cung cấp âm được áp dụng tại bộ thu. Như vậy, các lỗ trống chảy từ emitter đến collector. Tại collector, cả dòng của emitter và collector đều tạo ra dòng điện bằng cách chảy về phía cực âm của pin.

 Do đó, một dòng khuếch đại được tạo ra ở đầu ra. Trong transistor PNP, dòng điện được thực hiện chủ yếu bằng các lỗ.

4.3. Hệ thức liên quan giữa các dòng điện

Bây giờ giả sử rằng chúng ta kết nối một nguồn cung cấp điện áp giữa cực phát và cực nền, với:

 Cực dương của nguồn được kết nối với B

 Cực âm được kết nối với E.

Vùng nghèo kiệt giữa mối nối B-E sẽ được thu hẹp và dòng điện (electron) sẽ chảy khi điện áp vượt quá một mức cụ thể. Mức này phụ thuộc vào vật liệu mà Transistor được tạo ra. Germanium (Ge) là vật liệu ban đầu được sử dụng để tạo ra transistor, và sau này là Silicon (Si) được sử dụng.

 Đối với Germanium, điện áp là khoảng 0,3 volt (0,27 ở 25oC)

 Đối với Silicon điện áp là khoảng 0,7 volt (0,71 ở 25oC).

Một số electron đi qua vùng cạn kiệt B-E, sẽ kết hợp lại với các lỗ trống ở nền

B. Đây là dòng điện nền và ký hiệu là IB. Trong thực tế, dòng điện này rất nhỏ chỉ vào khoảng vài microample

Hình 4.9: Dòng điện tại các cực của transistor ở active mode

Hầu hết các electron khi chảy qua cực Base nhưng do tràn (due to spilling) nên nó sẽ tiếp tục dẫn tới bộ thu Collector. Khi các electron này tới vùng cạn kiệt giữa cực đế và bộ thu (mối nối B-C), chúng sẽ bị một lực từ do điện trường trong tồn tại trong vùng này, và các electron sẽ đi qua vùng cạn kiệt. Các electron sau đó sẽ kết nối lại với các lỗ trống trong bộ thu. Các lỗ trống được tái hợp lại sẽ được thay thế bằng các lỗ trống đến từ nguồn cấp điện (VCC). Sự chuyển động của các lỗ này tương đương với chuyển động của các electron theo hướng ngược lại, từ bộ thu tới nguồn cung cấp.

Nói cách khác, dòng điện chạy tới bộ phát emitter( IE ) sẽ được chia thành dòng cơ bản base (IB ) nhỏ và dòng điện collector (IC) lớn hơn nhiều

Hình 4.10: Mô hình hóa dòng điện chạy trong transistor

IE = IB + IC

Nói chung, số lượng electron đến cực thu là 99% tổng số electron, và 1% còn lại gây ra dòng điện cơ bản IB.

Tại bộ thu C, ngoại trừ các electron đến từ bộ phát E, cũng có dòng điện ngược từ tiếp điểm B-C mà chúng ta đã thấy trước đây. Cả hai dòng chảy cùng một hướng, do đó chúng được thêm vào:

IC' = IC + ICBO

Bản vẽ sau cho thấy electrons và lỗ chảy trong transistor như thế nào:

Hình 4.11: Các dòng điện cùng chạy trong transistor hie - trở kháng đầu vào

Tham số lai đầu tiên mà chúng ta sẽ thấy là hie. Tham số này được xác định bởi kết quả phân chia VBE cho IB:

hie = VBE / IB

Các thông số này xác định điện trở đầu vào của Transistor, khi đầu ra ngắn mạch (VCE = 0).

Độ lợi dòng hfe - Current Gain

Đây là thông số quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi khi tính toán một bộ khuếch đại transistor. Đây thực sự là thông số duy nhất bạn cần biết để bắt đầu thiết kế bộ khuếch đại. Phương trình cho tham số này như sau:

hfe = IC / IB

Khi chúng ta có đầu ra của transistor ngắn mạch (VCE = 0), hfe xác định độ lợi dòng điện của transistor trong kết nối cực E chung (CE). Sử dụng tham số này chúng ta có thể tính toán dòng đầu ra (IC) từ dòng vào (IB):

IC = IB x hfe

Điều này giải thích tại sao tham số này rất hữu ích. Một TransistorBJT có khuếch đại dòng điển hình từ 30 đến 800, trong khi một Transistor cặp Darlington có thể có một hệ số khuếch đại là 10.000 hoặc nhiều hơn. Một ký hiệu khác cho hfe là dùng chữ cái Hy Lạp là  "Beta", do vậy :

IC = IB x 

Độ lợi dòng hfb

Giống như trong kết nối Emitter chung, trong kết nối B chung (Common Base) có tỷ lệ tăng dòng được xác định bởi nhà sản xuất với tham số hfb. Trong loại kết nối này, sự khuếch đại dòng điện gần như là 1 có nghĩa là không có sự khuếch đại thực tế nào xảy ra. hfb cũng được tượng trưng bằng chữ cái Hy Lạp là  (Alpha).

0,9 <  <1

Công thức tính toán tham số này như sau:

hfb = IC / IE hay  = IC / IE Tóm lại ta có một số quan hệ dòng điện như sau

IE = IB + IC

IC = IE , khi tính gần đúng xem  = 1 => IC = IE IB = IC / 

IB =VBE / hie

IE = ( + 1)IB , khi tính gần đúng xem  >> 1 => IE = IB

4.4. Các cách mắc cơ bản của Transitor

Transistor là một thiết bị điện tử được sử dụng chủ yếu để khuếch đại dòng điện. Chúng ta biết rằng transistor có ba thiết bị đầu cuối là emitter (E), base (B) và collector (C). Nhưng để kết nối một transitor trong mạch, chúng ta cần bốn thiết bị đầu cuối: hai đầu cuối cho đầu vào và hai đầu cuối khác cho đầu ra. Nhưng các Transistorkhông có đủ bốn thiết bị đầu cuối, vậy làm thế nào để chúng ta kết nối transistor trong một mạch. Thật không khó, một trong ba thiết bị đầu cuối được sử dụng chung cho cả đầu vào và đầu ra.

Khi một Transistor được kết nối trong một mạch, một chân được sử dụng làm đầu vào, một chân được sử dụng làm đầu ra và chân thứ ba là chung cho cả đầu vào và đầu ra. Điều đó có nghĩa là

- Tín hiệu đầu vào (Input) : giữa đầu vào và đầu chung

- Tín hiệu đầu ra (output): giữa đầu ra và đầu chung.

Tùy thuộc vào thiết bị đầu cuối được sử dụng như một thiết bị đầu cuối chung cho các đầu vào đầu vào và đầu ra, Transistorcó thể được kết nối trong ba cấu hình sau.

Cấu hình cơ sở chung CB(Common base)

Cấu hình bộ phát chung CE(Common Emitter)

Cấu hình bộ thu chung CC(Common collector)

Trong mọi cấu hình, mối nối tiếp xúc cơ sở JE luôn phân cực thuận và mối nối JC luôn phân cực ngược để transistor hoạt động như một bộ khuếch đại dòng điện

4.4.1 Mắc kiểu B chung (Commmon Base _CB)

Trong cách mắc B chung (CB) hay còn gọi là cấu hình cơ sở chung, thì:

- Chân phát E là đầu vào

Xem toàn bộ nội dung bài viết ᛨ