Transistor: Khám phá về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách đo

Transistor (bóng bán dẫn) là một linh kiện bán dẫn chủ động được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử hiện đại. Với tính năng nhanh chóng và chính xác, transistor đã trở thành thành phần không thể thiếu trong điện thoại, TV và các sản phẩm điện tử khác.

Cấu tạo của Transistor

Transistor được hình thành từ ba lớp bán dẫn ghép với nhau, tạo thành hai mối tiếp giáp P-N. Ghép theo thứ tự PNP sẽ tạo ra Transistor thuận, và ghép theo thứ tự NPN sẽ tạo ra Transistor ngược. Về cấu tạo, Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều.

Ba lớp bán dẫn được nối thành ba cực: cực gốc (Base), cực phát (Emitter) và cực thu hay cực góp (Collector). Các cực này có cùng loại bán dẫn (loại N hoặc P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau.

Cấu tạo transistor

Nguyên lý hoạt động của Transistor

Xét hoạt động của Transistor NPN

Khi cấp nguồn UCE vào cực C và E, và UBE vào cực B và E, khi công tắc được mở, dòng điện không chạy qua mối C-E. Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận, dòng điện chạy từ UBE qua công tắc, qua R hạn dòng, qua mối BE về cực E. Dòng IC cũng chạy qua mối CE và làm bóng đèn phát sáng.

Xét hoạt động của Transistor PNP

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

Ký hiệu và hình dạng của Transistor

Hiện nay, có nhiều loại Transistor trên thị trường, từ các quốc gia khác nhau. Một số loại thông dụng là transistor Nhật Bản, Mỹ và Trung Quốc.

  • Transistor Nhật Bản: ký hiệu là A…, B…, C…, D… (ví dụ A564, B733, C828, D1555). Các transistor ký hiệu A và B là thuận PNP, còn C và D là ngược NPN. Transistor A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao, còn B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn.

  • Transistor Mỹ: ký hiệu là 2N… (ví dụ 2N3055, 2N4073).

  • Transistor Trung Quốc: bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái. Chữ cái thứ nhất cho biết loại bóng (A và B là thuận, C và D là ngược, X và P là âm tần, A và G là cao tần). Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm (ví dụ 3CP25, 3AP20).

Cách xác định chân của Transistor

Với các loại Transistor công xuất nhỏ, thứ tự chân C và B tuỳ thuộc vào quốc gia sản xuất. Tuy nhiên, chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới.

Nếu Transistor do Nhật sản xuất (ví dụ C828, A564), chân C ở giữa và chân B ở bên phải. Nếu Transistor Trung Quốc sản xuất, chân B ở giữa và chân C ở bên phải. Tuy nhiên, một số Transistor nhái có thể không theo thứ tự này, nên ta nên dùng đồng hồ vạn năng để xác định chính xác.

Cách đo kiểm tra Transistor sống chết

Transistor khi hoạt động có thể bị hỏng do nhiều nguyên nhân, như nhiệt độ, độ ẩm, điện áp nguồn tăng cao hoặc chất lượng của bản thân Transistor. Để kiểm tra Transistor, ta cần biết cấu tạo của chúng.

Dựa vào cấu tạo của Transistor, ta có cách kiểm tra như sau:

  • Kiểm tra Transistor NPN: đo từ B sang E hoặc B sang C, nếu kim lên thì Transistor còn tốt. Các trường hợp khác kim không lên.

  • Kiểm tra Transistor PNP: đo từ B sang E hoặc B sang C, nếu kim lên thì Transistor còn tốt. Các trường hợp khác kim không lên.

Nếu kim không lên trong các trường hợp trên, Transistor sẽ bị hỏng.

Các thông số kỹ thuật của Transistor

  • Dòng điện cực đại: là dòng điện tối đa mà Transistor có thể chịu, vượt qua giới hạn này sẽ hỏng Transistor.

  • Điện áp cực đại: là điện áp tối đa mà Transistor có thể chịu ở cực CE, vượt qua giới hạn này sẽ đánh thủng Transistor.

  • Tần số cắt: là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm.

  • Hệ số khuyếch đại: tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn so với dòng IBE.

  • Công xuất cực đại: khi hoạt động, Transistor tiêu tán một công suất P = UCE . ICE. Nếu công suất này vượt quá công suất cực đại của Transistor, Transistor sẽ bị hỏng.

Ứng dụng của Transistor trong thực tế

Transistor được sử dụng trong nhiều mạch và thiết bị khác nhau, như mạch khuếch đại một chiều, khuếch đại tín hiệu, mạch khuếch đại vi sai, mạch ổn áp và nhiều ứng dụng khác.