Transistor là thuật ngữ chuyên môn thông dụng dành cho các kỹ sư điện tử. Tuy nhiên, bạn đã hiểu rõ thành phần này chưa? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu Transistor là gì? Nó có cấu tạo như thế nào? Làm thế nào nó hoạt động? Cách phân biệt Transistor NPN và PNP trong bài viết này!
Transistor là gì?
Transistor là một linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Nó là một thiết bị bán dẫn có tác dụng như một van cách ly, điều chỉnh dòng điện và điện áp bên trong mạch điện.
Nói một cách đơn giản, bóng bán dẫn là một linh kiện điện tử sử dụng tín hiệu nhỏ được đặt trên một chân và sử dụng chân còn lại để điều khiển tín hiệu lớn hơn. Do đó, chúng có khả năng chuyển mạch hoặc chỉnh lưu các mạch điện tử.
Cấu tạo transistor
Cấu tạo của Transistor gồm 3 lớp bán dẫn, ghép với nhau tạo thành 2 mối nối P – N. Cấu tạo của Transistor giống như 2 điốt mắc ngược chiều nhau, Transistor thuận sẽ ghép theo thứ tự PNP, Transistor ngược sẽ là được lắp ráp theo thứ tự NPN. .
Dựa vào hình trên, 3 lớp bán dẫn được nối với nhau tạo thành 3 cực, ký hiệu B là cực base, lớp bán dẫn này có nồng độ tạp chất thấp và rất mỏng.
Đối với hai lớp bán dẫn bên ngoài, chúng được kết nối với nhau tạo thành bộ phát viết tắt là E (Emitter), bộ thu hoặc bộ thu viết tắt là C (Collector). Hai vùng bán dẫn này được thiết kế giống nhau về loại bán dẫn nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể thay thế cho nhau.
Nguyên lý làm việc của Transistor
Do cấu trúc được chia thành hai loại bóng bán dẫn thuận và bóng bán dẫn ngược nên hoạt động của chúng cũng rất khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của Transistor nghịch đảo (NPN)
- Sử dụng nguồn UCE 1 chiều trên 2 cực cực phát (cực E) và cực cực thu (cực C) của Transistor. Lưu ý rằng dấu + là nguồn đầu vào cực C, dấu – là nguồn đầu vào cực E.
- Cấp nguồn cho UBE một chiều thông qua công tắc, hạn chế dòng điện đến cực B và E, lưu ý cực + nối với chân B, cực – nối với chân E.
- Khi bật công tắc, mặc dù cực C và E đều được cấp điện nhưng không có dòng điện chạy qua. Điều này có nghĩa là IC=0.
- Khi đóng công tắc, ta nối PN với cực thuận, lúc này dòng điện chạy từ cực dương (+) của UBE qua công tắc, đến bộ giới hạn dòng R, qua nối BE đến cực âm (-) và tạo ra một dòng điện.IB.
- Sau khi dòng IB xuất hiện, một IC dòng điện sẽ chạy qua kết nối CE làm cho bóng đèn sáng lên. Khi đó IC hiện tại sẽ mạnh hơn IB hiện tại gấp mấy lần.
- Điều này chứng tỏ IC hiện tại phụ thuộc hoàn toàn vào IB.
Công thức tính IC như sau:
IC = β.IB
Ghi chú:
- IC là dòng điện chạy qua mối nối CE
- IB là dòng điện chạy qua mối nối BE
- β là hệ số khuếch đại của bóng bán dẫn
Khi nguồn UCE có chứa điện nhưng các electron, lỗ trống không thể đi qua tiếp giáp giữa P và N để phát điện thì dòng IBE do lớp bán dẫn tại P cực kỳ mỏng và có nồng độ pha tạp thấp, khi đó các electron tự do từ lớp bán dẫn nhỏ sẽ thay thế các lỗ trống, tạo ra dòng IB.
Các electron còn lại bị hút về phía cực C và dưới tác dụng của nguồn UCE sẽ tạo thành dòng ICE và đi qua bóng bán dẫn.
⇒ Nguyên lý hoạt động của Transistor một chiều (PNP)
Cấu trúc nghịch đảo của NPN thì Transistor một chiều (PNP) cũng có nguyên lý hoạt động tương tự như trên. Nhưng lúc này cực tính của nguồn điện UCE và UBE ngược nhau, dòng IC sẽ chuyển từ E sang C, còn dòng IB sẽ đi từ E đến B.
Transistor khác Thyristor như thế nào?
Bên cạnh khái niệm nổi tiếng về bóng bán dẫn là gì, còn có một loại thiết bị bán dẫn rất phổ biến khác, đó là thyristor. Vậy thyristor là gì? Thyristor khác với Transistor như thế nào?
Thyristor có cấu trúc tương tự như bóng bán dẫn. Thyristor còn được gọi là bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon và là một loại phần tử bán dẫn, được cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn. Ví dụ: PPNN, có tác dụng chỉnh lưu dòng điện điều khiển.
Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn và thyristor được xác định như sau:
- Cấu trúc lớp bán dẫn: Transistor có 3 lớp, thyristor có 4 lớp.
- Nguồn điện: Các thành phần thyristor có khả năng truyền lượng điện năng lớn hơn bóng bán dẫn.
- Hướng dẫn sử dụng: Transistor có thể dùng làm thiết bị chuyển mạch hoặc làm bộ khuếch đại đối với các thyristor không thể khuếch đại được.
- Duy trì dòng điện: Transitor cần dòng điện không đổi, không giống như thyristor.
Tóm lại, Transistor và Thyristor là hai linh kiện bán dẫn khác nhau, mỗi linh kiện đều có những ưu nhược điểm riêng, tùy vào mục đích sử dụng của mỗi người mà lựa chọn sản phẩm phù hợp.
Có bao nhiêu loại Transistor?
Sau khi tìm hiểu Transistor là gì, có bao nhiêu loại Transistor và chúng hoạt động cụ thể như thế nào?
Transitor được chia thành hai loại là NPN (ngược) và PNP (chuyển tiếp). Mỗi loại có chức năng riêng, cách sử dụng khác nhau và cấu tạo trái ngược nhau. Transistor PNP được gọi là bóng bán dẫn thuận hoặc phân cực thuận, bóng bán dẫn NPN được gọi là bóng bán dẫn ngược hoặc phân cực ngược.
Về cấu trúc chung, loại NPN và PNP có 3 nhánh:
- Ký hiệu E (Máy phát): máy phát
- Ký hiệu B (Đế): trụ chân đế
- Ký hiệu C (Collector): bộ sưu tập
Ngoài ra, còn có một số loại Transistor có chức năng khác như Transistor lưỡng cực (BJT), Transistor đơn cực (UJT),… nhưng Transistor NPN và PNP là 2 loại cơ bản, phổ biến nhất và được sử dụng nhiều nhất.
Transistor NPN
Transistor NPN có cấu tạo 3 chân ký hiệu E, B, C như trên, có 3 lớp NPN đảo ngược với cực B tương ứng với kết nối P ở giữa, cực E và cực C tương ứng với kết nối N nằm ở 2 bên.
⇒ Cách đóng/ngắt mạch NPN
Để hiểu cách hoạt động của mạch NPN, người ta phải tập trung vào các giá trị IB, IC và IE.
Công thức: IE = IC + IB
Để xem bóng bán dẫn NPN có hoạt động hay không, hãy làm theo các bước sau:
- Sử dụng đèn LED thay vì IC
- Sử dụng công tắc BẬT/TẮT thay vì IB
- Nối đất IE
- Khi tắt công tắc (hở mạch), đèn LED sẽ không sáng (OFF).
- Khi bật công tắc (mạch kín), đèn LED sẽ sáng (ON).
Điều này chứng tỏ Transistor NPN đóng vai trò như một công tắc bật/tắt cho một trạng thái nhất định của mạch điện tử.
Transistor PNP
Với cấu trúc tương tự NPN, cũng bao gồm 3 cực E, B và C, tuy nhiên Transistor PNP kết hợp 3 thành phần bán dẫn khác nhau, theo thứ tự PNP.
Trong đó, cực B (đế) nằm ở giữa tương ứng với lớp bán dẫn N, cực E (bộ phát) và cực C (cực thu) nằm ở hai bên tương ứng với lớp bán dẫn P. Dòng điện sẽ chạy vào E. qua B đến C.
Về cơ bản, C và E là cùng loại chất bán dẫn với P, nhưng chúng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể thay thế cho nhau.
⇒ Cách đóng/ngắt mạch PNP
Nguyên lý hoạt động của PNP tương tự như NPN, nhưng cực tính của PNP hoàn toàn trái ngược với NPN.
Chính xác hơn thì như sau: dòng điện qua PNP đi từ E đến C, nhưng dòng điện qua E và B tỉ lệ nghịch với nhau. Khi B đạt cực đại thì E có giá trị là 0 ampe và khi E đạt cực đại thì B có giá trị là 0 ampe.
Làm thế nào để xác định chân NPN và PNP?
Để sử dụng Transistor hiệu quả, việc đầu tiên khi cầm Transistor là xác định xem nó là NPN hay PNP và thứ tự các chân như thế nào? Vì mỗi loại có một cách làm khác nhau nên bạn cần tìm hiểu thật chính xác và kỹ càng trước khi sử dụng.
Để xác định xem chân bóng bán dẫn là NPN hay PNP, vui lòng sử dụng kim VOM theo các bước sau:
- Cách xác định chân của Transistor B: thực hiện đo với 2 chân bất kỳ, trong quá trình đo sẽ có 2 chuyển động của kim đồng hồ. Chân chung của hai phép đo này là chân B.
- Cách xác định PNP hay NPN: Sau khi xác định chân B, quan sát xem thước đo nối với chân B là thước đỏ hay thước đen. Nếu chân nối với B có màu đen thì đó là NPN, nếu không thì màu đỏ là PNP.
- Cách xác định chân Transistor C và E: đặt bộ đếm theo thang x100
Trường hợp transistor PNP
Giả sử một chân là chân C, chân còn lại là chân E. Đưa chân đen sang chân C, chân đỏ sang chân E. Lưu ý: chân đỏ nối với cực âm của đồng hồ.
Trong thời gian hai bàn chân tiếp xúc thì chạm vào que màu đen của bàn chân B. Nếu kim đồng hồ chuyển động nhiều hơn trước thì giả thuyết ban đầu là đúng. Ngược lại, giả thuyết ban đầu sai và chân đối diện bị thay đổi.
Trường hợp transistor NPN
Thực hiện tương tự như với PNP nhưng màu sắc bị đảo ngược. Tức là đặt que màu đỏ lên chốt C và que đen lên chốt E. Hãy theo dõi kim đồng hồ và rút ra kết luận.
Ở trên bạn sẽ tìm thấy thông tin về các thành phần bán dẫn của bóng bán dẫn, bóng bán dẫn là gì, cấu trúc của nó và cách thức hoạt động của nó. Hy vọng chúng tôi đã cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích, từ đó giúp mọi người áp dụng sản phẩm này dễ dàng hơn.
