Kiến thức điện

Transistor là gì? Kiến thức Transistor từ A-Z

Transistor là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại Transistor, phân loại, ứng dụng thực tế của Transistor sẽ có trong bài viết này. Cùng chúng tôi tìm hiểu bài viết bên dưới:

1. Transistor là gì?


Transistor hay tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

Transistor nằm trong khối đơn vị cơ bản tạo thành một cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động. Transistor cũng được kết hợp thành mạch tích hợp (IC), có thể tích hợp tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.

Cũng giống như điốt, transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP Transistor. Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN Transistor.

Tên gọi Transistor là từ ghép trong tiếng Anh của “Transfer” và “resistor”, tức điện trở chuyển đổi, do John R. Pierce đặt năm 1948 sau khi nó ra đời.[1] Nó có hàm ý rằng thực hiện khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở, khác với khuếch đại đèn điện tử điều khiển dòng qua đèn thịnh hành thời kỳ đó.

Transistor là gì?
Transistor là gì?

2. Ký hiệu Transistor

 Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc.

  • Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A…, B…, C…, D… Ví dụ A564, B733, C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là Transistor ngược NPN. các Transistor  A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn.

  • Transistor do Mỹ sản xuất. thường ký hiệu là 2N… ví dụ 2N3055, 2N4073 vv…

  • Transistor do Trung quốc sản xuất : Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũ cái. Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : Chữ A và B là bóng thuận , chữ C và D là bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X và P là bòng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm. Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv..

Ký hiệu Transistor
Ký hiệu Transistor

3. Cấu tạo của Transistor


Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau. Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Cấu tạo của Transistor
Cấu tạo của Transistor

4. Các loại Transistor


Transistor có hai loại: Transistor NPN và PNP

#1. Transistor NPN

NPN Là một linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép 1 bán dẫn điện dương giữa hai bán dẫn điện âm. “N” ám chỉ negative, nghĩa là “cực âm”; “P” là positive, nghĩa là “cực dương”.

Tranzito được sử dụng nhiều trong việc khuếch đại, công tắc, hay điện dẫn (buffer) trong công nghiệp điện tử hay làm cổng số (Logic gate) trong điện tử số.

Để tranzito hoạt động hay dẫn điện cần phải có một điện thế kích hoạt. Lối mắc của tranzito với điện trở cho ra chức năng hoạt động của tranzito

Transistor NPN
Transistor NPN

#2. Transistor PNP

NPN là một trong hai loại tranzito lưỡng cực, loại thứ hai là PNP. Là một linh kiện điện tử do kết hợp 2 chất bán dẫn điện

“N” ám chỉ negative nghĩa là “cực âm”, “P” là positive nghĩa là “cực dương”.

Các tranzito PNP bao gồm một lớp bán dẫn được pha tạp loại N (tác nhân pha tạp là Asernic) đóng vai trò cực gốc, nằm giữa hai lớp bán dẫn được pha tạp loại P (tác nhân pha tạp thường là Boron, ký hiệu trong hóa học là Bo). Các tranzito NPN thường được kích hoạt khi cực phát được nối đất và cực góp được nối với nguồn dương.

Transistor PNP
Transistor PNP

#3. Phân biệt Transistor NPN và PNP

Phân biệt các loại transistor PNP và NPN ngoài thực tế. Transistor Nhật Bản: thường ký hiệu là A…, B…, C…, D… Ví dụ A564, B733, C828, D1555 trong đó các transistor ký hiệu là A và B là transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là transistor ngược NPN. các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao còn các transistor B và D thường có công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn.

Transistor sản xuất theo công nghệ của Mỹ thường ký hiệu là 2N… ví dụ 2N3055, 2N3904 vv…

Transistor do Trung quốc sản xuất: Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái. Chữ cái thứ nhất cho biết loại bóng: Chữ A và B là bóng thuận, chữ C và D là bóng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là bóng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm. Thí dụ: 3CP25, 3AP20 vv..

#4. Các loại Transistor công suất lớn

Các transistor B và D thường có công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn.

#5. Các loại Transistor công suất nhỏ

Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao hơn.

5. Công dụng của Transistor


Sự hữu ích thiết yếu của transistor xuất phát từ khả năng sử dụng một tín hiệu nhỏ được đặt một cực của nó để điều khiển một tín hiệu lớn hơn ở các cực còn lại. Tính chất này được gọi là Gain. Nó có thể tạo ra tín hiệu đầu ra mạnh hơn, điện áp hoặc dòng điện, tỷ lệ với tín hiệu đầu vào; Có nghĩa là, nó có thể hoạt động như bộ khuếch đại. Ngoài ra, bóng bán dẫn có thể được sử dụng để bật hoặc tắt dòng điện trong một mạch như là một khóa điện tử.

Có hai loại transistor, có sự khác biệt nhỏ trong cách chúng được sử dụng trong một mạch. Một transistor lưỡng cực (ký hiệu BJT) có các chân Base (cực nền), Collector (cực thu) và Emitter (cực phát). Một dòng điện nhỏ được đặt vào cực Base (với transistor NPN dòng điện đi qua cực B và cực E) có thể điều khiển hoặc chuyển đổi một dòng điện lớn giữa cực Emiter và cực Collector. Đối với bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET), các chân kết nối có tên là Gate (cổng), Source (nguồn) và Drain (cống). Nếu điện áp được đặt vào chân Gate có thể điểu khiển dòng điện giữa Source và Drain.

Hình ảnh cạnh bên mô tả một mạch điện sử dụng transistor lưỡng cực NPN. Điện tích sẽ lưu chuyển giữa các cực Emitter và Collector và phụ thuộc vào dòng điện đặt vào ở cực Base. Bởi vì kết nối giữa base và emitter hoạt động giống như cách mắc 2 diode, do đó Vout luôn phụ thuộc vào Vin.

#1. Transistor làm công tắc

Các transistor thường được sử dụng trong các mạch số như các khóa điện tử có thể ở trạng thái “bật” hoặc “tắt”, cho cả các ứng dụng năng lượng cao như chế độ chuyển mạch nguồn điện và cho các ứng dụng năng lượng thấp như các cổng logic số. Các thông số quan trọng cho ứng dụng này bao gồm chuyển mạch hiện tại, điện áp xử lý, và tốc độ chuyển đổi, đặc trưng bởi thời gian của sườn lên và sườn xuống.

Transistor làm công tắc
Transistor làm công tắc

#2. Transistor dùng để khuếch đại

Bộ khuếch đại chung cực phát hay chung emiiter được thiết kế như hình bên. khi có một sự thay đổi tín hiệu điện áp ở {\displaystyle V_{in}}, làm thay đổi cường độ dòng điện đi qua cực B; Với các đặc tính khuếch đại dòng điện của transistor, chỉ cần dao động nhỏ ở {\displaystyle V_{in}} transistor sẽ khuếch đại sự thay đổi đó và xuất tín hiệu ra ở cực C hay {\displaystyle V_{out}}.

Mỗi transistor có thể có nhiều cách mắc khác nhau, tùy thuộc vào chức năng như dùng để khuếch đại dòng, khuếch đại điện áp hay cả hai.

Từ đài Radio, điện thoại di động đến TV, hầu hết các sản phẩm đều có bộ khuếch đại âm thanh, hình ảnh, truyền dẫn vô tuyến, và xử lý tín hiệu. Bộ khuếch đại âm thanh tín hiệu rời rạc đầu tiên chỉ cung cấp vài trăm miliwatts, nhưng công suất âm thanh dần dần gia tăng lên với chất lượng và cấu trúc transistor tốt hơn.

Ngày nay, transistor bán dẫn có công suất lên đến vài trăm watt và giá cũng rẻ hơn trước.

Transistor dùng để khuếch đại
Transistor dùng để khuếch đại

6. Nguyên lý làm việc của Transistor


  • Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên (junction). Điện thế này gọi là điện thế kích hoạt (bias voltage)
  • Mỗi vùng trong transistor hoạt động như một Đi-ốt. Vì mỗi transistor có hai vùng và có thể kích hoạt với một điện thế thuận hoặc nghịch. Có tất cả bốn cách thức (mode) hoạt động cho cả hai PNP hay NPN Transistor.
Cách thức hoạt động (Operating Mode) EBJ CBJ
Phân cực nghịch Cut-Off Nghịch (Reverse) Nghịch (Reverse)
Phân cực thuận nghịch Active Thuận (Forward) Nghịch (Reverse)
Phân cực thuận Saturation Thuận (Forward Thuận (Forward)
Phân cực nghịch thuận Reverse-Active Nghịch (Reverse) Thuận (Forward)
  • Phân cực thuận nghịch (The Active mode) dùng cho việc khuếch đại điện thuận
  • Phân cực nghịch thuận (Reverse-Active) dùng cho việc khuếch đại điện nghịch
  • Vùng (The Cut-Off) and (Saturation) modes dùng như công tắc (switch) và biểu hiện trạng thái 1,0 trong điện số.

Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển ) Trong đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện .

Ic = βIB

#1. Nguyên lý hoạt động của NPN

Nguyên lý hoạt động của PNP
Nguyên lý hoạt động của PNP

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.

Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.

Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )

Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức .

IC = β.IB

  • Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
  • IB là dòng chạy qua mối BE
  • β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B.

Chú ý : Transitor là  linh kiên đóng mở bằng dòng điện chứ không bằng điện áp.

#2. Nguyên lý hoạt động của PNP

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B.

7. Cách xác định chân Transistor


Với các loại Transistor công xuất nhỏ thì thứ tự chân C và B tuỳ theo bóng của nước nào sả xuất , nhựng chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới

Nếu là Transistor do Nhật sản xuất : thí dụ Transistor C828, A564 thì chân C ở giữa , chân B ở bên phải.
Nếu là Transistor Trung quốc sản xuất thì chân B ở giữa , chân C ở bên phải.

Tuy nhiên một số Transistor được sản xuất nhái thì không theo thứ tự này => để biết chính xác ta dùng phương pháp đo bằng đồng hồ vạn năng.

Cách xác định chân Transistor
Cách xác định chân Transistor

#1. Transistor công suất nhỏ

Với loại Transistor công xuất lớn (như hình dưới ) thì hầu hết đều có chung thứ tự chân là : Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E.

Transistor công xuất nhỏ
Transistor công xuất nhỏ

#2. Transistor công suất lớn thường

  • Có thứ tự chân như trên.
  • Đo xác định chân B và C

Với Transistor công xuất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra chân C là chân còn lại.

Để đồng hồ thang x1Ω , đặt cố định một que đo vào từng chân , que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên = nhau thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là Transistor ngược, là que đỏ thì là Transistor thuận..

8. Cách kiểm tra Transistor


Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ, độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân Transistor, hoặc đôi khi chúng ta mua transistor mới về cũng nên kiểm tra lại một vài caon trước khi lắp lên mạch; Để kiểm tra Transistor chúng ta sẽ căn cứ vào cấu tạo các lớp bán dẫn tạo thành transistor như đã nói trong bài Transistor hoạt động thế nào?

Nhìn vào hình vẽ cấu tạo ta thấy mỗi transistor như là 2 diode ghép lại, vậy ta áp dụng cách kiểm tra diode vào kiểm transistor, nếu dùng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ta đưa về thang đo diode, nếu dùng đồng hồ kiem ta đưa về thang đo X10K cụ thể như sau:

Cấu tạo của Transistor
Cấu tạo của Transistor
  • Kiểm tra Transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Anôt, điểm chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đen vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên.
  • Kiểm tra Transistor thuận PNP tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Katôt, điểm chung là cực B của Transistor, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đỏ vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên.
  • Trái với các điều trên là Transistor bị hỏng.

Transistor có thể bị hỏng ở các trường hợp

  • Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C => kim không lên là transistor đứt BE hoặc đứt BC
  • Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả hai chiều là chập hay dò BE hoặc BC.
  • Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE.
  • Các hình ảnh minh hoạ khi đo kiểm tra Transistor.

#1. Phép đo cho biết Transistor còn tốt

Phép đo cho biết Transistor còn tốt
Phép đo cho biết Transistor còn tốt

Minh hoạ phép đo trên:

Trước hết nhìn vào ký hiệu ta biết được  Transistor trên  là bóng ngược, và các chân của Transistor lần lượt là ECB ( dựa vào tên Transistor ). < xem lại phần xác định chân Transistor >

  • Bước 1 : Chuẩn bị đo để đồng hồ ở thang x1Ω
  • Bước 2 và bước 3 : Đo thuận chiều BE và BC => kim lên .
  • Bước 4 và bước 5 : Đo ngược chiều BE và BC => kim không lên.
  • Bước 6 : Đo giữa C và E kim không lên
  • => Bóng tốt.

#2. Phép đo cho biết Transistor bị chập BE

Phép đo cho biết Transistor bị chập BE
Phép đo cho biết Transistor bị chập BE
  • Bước 1 : Chuẩn bị .
  • Bước 2 : Đo thuận giữa B và E kim lên = 0 Ω
  • Bước 3: Đo ngược giữa B và E kim lên = 0 Ω
  • => Bóng chập BE

#3. Phép đo cho biết bóng bị đứt BE

Phép đo cho biết bóng bị đứt BE
Phép đo cho biết bóng bị đứt BE
  • Bước 1 : Chuẩn bị .
  • Bước 2 và 3 : Đo cả hai chiều giữa B và E kim không lên.
  • => Bóng đứt BE

#4. Phép đo cho thấy bóng bị chập CE

Phép đo cho thấy bóng bị chập CE
Phép đo cho thấy bóng bị chập CE
  • Bước 1 : Chuẩn bị .
  • Bước 2 và 4 : Đo cả hai chiều giữa C và E kim lên = 0 Ω
  • => Bóng chập CE
  • Trường hợp đo giữa C và E kim lên một chút là bị dò CE.

Nếu bóng bán dẫn của bạn là MOSTFET, FET, IRF,  bạn xem bài hướng dẫn Cách kiểm tra MOSTFET, FET còn sống hay chết

9. Ứng dụng của Transistor trong thực tế


#1. Các ứng dụng điển hình

Mạch khuếch đại

Mạch điều khiển đóng mở RƠ LE

#2. Khuếch đại điện áp một chiều

– Khuếch đại: Tranzito được dùng trong các mạch khuếch đại một chiều (dc), khuếch đại tín hiệu (ac), mạch khuếch đại vi sai, các mạch khuếch đại đặc biệt, mạch ổn áp…

Trong mạch các điện trở hồi tiếp R=22K, R=68K (hồi tiếp từ cực góp T2 về) và R=220Ω xác định hệ số khuếch đại của mạch:

KU = 68K/22K/220Ω = 16,7K/0.22K =75

Các điện trở hồi tiếp một chiều R = 3,9K và R = 68K từ T2 về để ổn định chế độ làm việc của mạch.

#3. Khuếch đại điện áp xoay chiều

Tín hiệu ssử dụng trong mạch là tín hiệu xoay chiều

#4. Khuếch đại công suất

Ứng dụng trong khuếch đại công suất cho hệ thống âm thanh, hệ thống điều khiển.

Mạch này thường làm việc với hiệu điện thế cao và dòng lớn.

#5. Khuếch đại chuyển mạch

Ứng dụng trong điều khiển rơ le chuyển mạch. Thậm chí bản thân các BJT cũng là một chuyển mạch.

Tags

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button
Close