Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT (Phần 3) - Hồ Trung Mỹ
ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT
BMĐT
GVPT: Hồ Trung Mỹ
Môn học: Dụng cụ bán dẫn
Chương 5
BJT
1
BJT
• Giới thiệu
• Bức tranh ý niệm
• Đặc tính tĩnh của BJT
• Các tham số hiệu năng của dụng cụ
• Các hiệu ứng thứ cấp
• Các đặc tuyến của BJT
• Đáp ứng tần số và hoạt động chuyển mạch của BJT
• Các mô hình của BJT
• Các loại BJT khác
• Các ứng dụng của BJT: Gương dòng điện, …
• Thyristor
2
5.6 Đáp ứng tần số và hoạt động
chuyển mạch của BJT
5.6.1 Đáp ứng tần số
• Mạch tương đương tần số cao
• Tần số cắt (cutoff frequency)
3
Mạch KĐ CE – Hoạt động tín hiệu nhỏ
4
Mạch tương đương tần số cao
r, C (=Cbc): tương đương tín hiệu nhỏ của JC phân cực ngược
r, C (=Cbe): tương đương tín hiệu nhỏ của JE phân cực thuận
ro : điện trở của BJT CE
rx : điện trở tại miền nền trung hòa (bỏ qua trong tần số trung bình)
Các giá trị thực tế của các tham số: r rất lớn (có thể xem như hở mạch),
C =1-5pF, C=5-50pF
5
Hybrid-pi model
a useful small signal equivalent circuit
6
Các giới hạn tần số hoạt động
Các yếu tố làm trễ
Thời hằng tổng cộng từ E đến C hay thời gian trễ
với
thời gian nạp điện dung tiếp xúc jE
thời gian đi qua miền nền
thời gian đi qua miền nghèo ở miền thu (collector)
thời gian nạp điện dung ở collector
7
Thời gian nạp điện dung tiếp xúc jE
với
Điện trở khuếch tán tại tiếp xúc JE
Điện dung khuếch tán
Điện dung ký sinh giữa B và E
Thời gian đi qua miền nền
Với transistor NPN, mật độ dòng điện tử ở miền nền:
hay
{
8
Thời gian đi qua miền nghèo ở miền thu (collector)
Điện tử đi qua miền điện tích không gian B-C với tốc độ bão hòa
của chúng trong transistor NPN
Với xdc là bề rộng miền điện tích không gian B-C và vS là vận tốc bão hòa.
Thời gian nạp điện dung ở collector
với
Điện trở nối tiếp ở miền thu
Điện dung ở tiếp xúc JC
Điện dung từ miền thu đến đế (substrate) của transistor
9
Tần số cắt (cutoff frequency) của transistor
Độ lợi dòng CB
Độ lợi dòng CB tần thấp
Tần số cắt alpha
10
Tần số cắt beta
Tần số cắt fT (tần số đơn vị) được định nghĩa là tần số
mà ở đó biên độ của độ lợi dòng CE là 1 (ac=1).
Chú ý: Hiện nay BJT có fT ~ 25GHz
HBT có fT ~ 350GHz (năm 2002)
11
Tính fT từ mô hình tương đương tần số cao
1
sC
Ic
IC
IB
hfe
Ib
V
Ic gmV
(gm sC )V
1
1
sC
Tần số -3dB
(C C )r
V
Ib
(r // C // C )
gm sC
Ib 1 r s(C C )
Ic
hfe
ß tần số thấp
gmr
0
hfe
12
1 s(C C )r 1 s(C C )r
Ic
hfe
0
1
Ib 1 s(C C )r 1 s
20log 20log 1 (T )2 0
1 (T )2
T 1
20dB/ decade
Băng thông độ lợi đơn vị
gm
T
C C
gm
fT
2 (C C )
13
5.6.2 Hoạt động chuyển mạch của BJT
BJT có thể hoạt động như một khóa (công tắc) giữa trạng
thái dòng thấp-áp cao (OFF) và trạng thái dòng cao-áp thấp
(ON).
Trạng thái tắt (OFF) tương ứng với chế độ tắt của BJT, trái
lại trạng thái dẫn (ON) tương ứng với chế độ bão hòa.
Mạch tiêu biểu để đo đặc tính chuyển mạch như sau:
+VCC
RL
RS
Vin
14
Vin
V1
td = thời gian trễ
tr = thời gian lên
ts = thời gian xả
điện tích chứa
t
t
V2
IB1
IB
tf = thời gian xuống
ton = td + tr
toff = ts + tf
IB2
IC
IC
0.9 ICsat
0.1 ICsat
t
ts
tf
td
tr
15
t = 0
Khi đưa vào điện áp V1 , dòng nền IB1 được cho bởi:
IB1 V1 VBEsat / RS
Khi xung vào bị chuyển sang tắt và điện áp vào giảm xuống
giá trị âm V2, dòng nền có trị số mới:
IB2
V2 VBEsat / RS
Dòng nền giữ nguyên giá trị này gần như trong toàn bộ thời
gian xả điện tích chứa, nghĩa là, khi phân bố hạt dẫn thiểu
số trong miền nền vẫn còn tương ứng với chế độ bão hòa.
Sau thời gian xả điện tích chứa, phân bố hạt dẫn thiểu số
chuyển sang chế độ tích cực bình thường của nó.
t=0
t=ts
t>ts
16
Sau t = ts, điện áp emitter bắt đầu giảm và
IB V2 VBE / R I 0 V V
khi
S
B
BE
2
Thời gian xả điện tích chứa là một trong những thời gian
quan trọng nhất làm giới hạn tốc độ chuyển mạch của BJT.
Để ước lượng thời gian này, ta thấy rằng BJT bị lái vào bão
hòa khi
IC
VCC VCEsat / RL VCC / RL
Từ đó, BJT bị lái vào bão hòa khi
VCC
IB Iba
RLhfe
Một khi bão hòa, dòng collector là IC=VCC/RL. Trong lúc xảy
ra xả điện tích chứa, dòng collector giữ gần như không đổi
cho đến khi BJT vào miền tích cực. Thời gian xả điệntích
chứa (storage time) là thời gian cần cho điện tích trong
miền nền Qbs giảm xuống giá trị của điện tích Qba tương
ứng với chế độ tích cực.
17
Khi BJT ở chế độ tích cực , IC giảm theo thời gian. Hiệu số
của dòng nền ở chế độ bão hòa và tích cực là:
Ibs Ibs Iba Ibs VCC / hfe RL
Từ phương trình điều khiển điện tích
Ibs Qbs /sr dQbs / dt
người ta có thể ước lượng thời gian xả điện tích chứa là:
Ib1 I
b2
s sr ln
I I
b2
ba
Khi t > ts, phương trình điều khiển điện tích trở thành:
Qb dQb
Ib Qb AqnpoWeVBE /VT / 2
nl dt
18
Khóa điện tử dùng BJT
a) Với BJT PNP
a) Với BJT NPN
19
SWITCHING DELAYS IN A BJT (1/2)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
91 trang
16600
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT (Phần 3) - Hồ Trung Mỹ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dung_cu_ban_dan_chuong_5_bjt_phan_3_ho_trung_my.pdf
