Transistor là gì? Phân biệt Transistor Thuận – Nghịch

Transistor là gì?

Transistor 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 hay bóng bán dẫn có thể hoạt động như công tắc điện, bộ khuếch đại tín hiệu hoặc bộ điều khiển. Có hai loại chính của transistor là Lưỡng cực – Bipolar Junction Transistor (BJT) và Hiệu ứng trường – Field-Effect Transistor (FET)

Transistor là linh kiện cơ bản và quan trọng nhất cho sự cách mạng bán dẫn, nền công nghệ điện tử hiện tại. Một chip Vi xử lý ngày nay chứa hàng tỷ transistor với kích thước đến mức nanomet.

Cấu tạo – Nguyên lý

Cấu tạo chính của transistor gồm 3 thành phần:

• Emitter (Nguồn hoặc cực phát): Là một lớp semiconductor N doped, nơi dòng điện đi vào transistor. Ký hiệu: E.
• Base (cực gốc hoặc cực điều khiển): Là một lớp semiconductor P doped, là nơi điều khiển dòng điện từ emitter tới collector. Ký hiệu: B.
• Collector (Cực gom hoặc cực thu): Là một lớp semiconductor N doped, nơi dòng điện ra khỏi transistor.Ký hiệu: C.

Nguyên lý hoạt động của Transistor dựa trên kiểm soát dòng điện giữa hai lớp bán dẫn (Collector và Emitter) thông qua một lớp trung gian (Base).

Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều kích hoạt vào chân B và độ lớn nhỏ của dòng I và điện áp V qua chân E và chân C phụ thuộc vào I, V vào chân B theo hệ số khuếch đại cụ thể của từng loại transistor.

Hệ số khuếch đại của transistor thường được biểu diễn bằng hai hệ số chính là hệ số khuếch đại dòng điện (hfe hoặc beta – β) và hệ số khuếch đại điện áp (hfb hoặc alpha – α).

1. Hệ số khuếch đại dòng điện (hfe hoặc beta – β):
   • Hệ số này thể hiện tỷ lệ giữa biến đổi của dòng điều khiển tại base và biến đổi tương ứng của dòng ở collector.
   • Công thức: β=ΔIB/​ΔIC​​
2. Hệ số khuếch đại điện áp (hfb hoặc alpha – α):
   • Hệ số này thể hiện tỷ lệ giữa biến đổi của điện áp tại collector và biến đổi tương ứng của điện áp tại base.
   • Công thức: α=ΔVB​/ΔVC​​

Cả hai hệ số trên đều quan trọng để mô tả hiệu suất và tính ổn định của transistor trong mạch điện. Trong trường hợp transistor hoạt động trong chế độ tuyến tính, $\beta$ thường là giá trị lớn, trong khi $\alpha$ có thể gần bằng 1.

Các thông số kỹ thuật chính cần quan tâm của transistor

1. Hệ số khuếch đại dòng điện (Beta – $\beta$ hoặc hfe):
   • Đo lường tỷ lệ giữa dòng tại collector (IC​) và dòng tại base (IB​).
   • Quan trọng trong các ứng dụng khuếch đại tín hiệu.
2. Hệ số khuếch đại điện áp (Alpha – $\alpha$ hoặc hfb):
   • Đo lường tỷ lệ giữa biến đổi điện áp tại collector (VC​) và biến đổi điện áp tại base (VB​).
   • Ứng dụng trong các mạch công suất và các ứng dụng công suất lớn.
3. Dòng tối đa tại Collector (ICmax​​): Xác định dòng tối đa mà transistor có thể chịu được tại collector.
4. Điện áp tối đa tại Collector (VCEmax​​): Xác định điện áp tối đa mà transistor có thể chịu được tại collector-emitter.
5. Công suất tối đa (Pmax​): Xác định công suất tối đa mà transistor có thể xử lý mà không bị hỏng.
6. Tần số hoạt động (fT​): Xác định tần số tối đa mà transistor có thể chuyển đổi tín hiệu mà không bị giảm khuếch đại.
7. Loại transistor (NPN/PNP): Quyết định dạng transistor, có thể là Transistor Nghịch – NPN (Negative-Positive-Negative) hoặc Transistor Thuận PNP (Positive-Negative-Positive).
8. Nội trở: Nội trở này ảnh hưởng đến điện áp rơi trên transistor, ảnh hưởng đến điện áp ra liên quan đến tính toán công suất và tính hiệu.
   • rbe​: Điện trở giữa base và emitter.
   • rce​: Điện trở giữa collector và emitter.

Cách phân biệt Transistor Thuận (PNP) và Transistor Nghịch (NPN) bằng đồng hồ đa năng VOM

Để phân biệt Transistor Thuận (PNP) và Transistor Nghịch (NPN) bằng đồng hồ VOM, bạn có thể thực hiện theo các bước sau:

1. Bước 1: Chuyển đồng hồ về thang đo thông mạch.
2. Bước 2: Xác định chân B (Base): Đầu tiên, bạn cần đo ở hai chân bất kỳ của transistor. Trong các lần đo đó, sẽ có hai lần làm kim đồng hồ dịch chuyển. Chân chung cho hai phép đo đó chính là chân B.
3. Bước 3: Xác định transistor PNP hay NPN: Sau khi đã xác định được chân B, bạn cần quan sát que đo nối với chân B.
   1. Nếu que đo màu đỏ (que dương) thì đó là transistor PNP.
   2. Ngược lại, nếu que đo màu đen (que âm – COM) thì đó là transistor NPN.

2 loại chính của Transistor: BJT và MOSFET

Khi nói đến transistor thường chúng ta đang nói đến BJT, còn FET sẽ gọi theo tên thông dụng của nó là MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), tuy nhiên MOSFET cũng là một transistor. Cụ thể hơn về tên gọi và đặc tính:

Transistor lưỡng cực – BJT (Bipolar Junction Transistor)

là một loại transistor được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử. BJT được sử dụng để khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu từ dạng analog sang dạng số. BJT bao gồm hai lớp bán dẫn P (positive) và N (negative) được ghép chặt với nhau để tạo thành một đoạn bán dẫn P-N-P hoặc N-P-N. BJT hoạt động dựa trên hiện tượng điện trường được tạo ra bởi sự kết hợp của hai khu vực PN.

BJT có thể được chia thành 2 loại chính: Transistor NPN và Transistor PNP.

Transistor hiệu ứng trường – FET (Field-Effect Transistor)

Là một loại transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường. FET hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện. FET có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động cần tần số cao như các mạch nguồn xung công suất, bộ chuyển đổi điện áp, điều khiển động cơ.

FET có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ.

Hiện nay các loại mosfet thông dụng bao gồm 2 loại: FET kênh N (N-FET) và FET kênh P(P-FET)

Ứng dụng thực tế và các mạch cơ bản dùng transistor

 

 

Các số hiệu transistor phổ biến

1. Transistor Bipolar (BJT):
   1. NPN: 2N2222, 2N3904, BC547, BC548, S8050…
   2. PNP: 2N2907, 2N3906, BC557, BC558, S8550…
2. Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistor – FET):
   1. N-Channel: 2N7000, IRF520, IRF630.
   2. P-Channel: 2N3906, IRF9530, IRF9Z34.
3. Transistor Darlington: Tích hợp hai hoặc nhiều transistor BJT để tăng độ khuếch đại.
4. Transistor tổ hợp (Complementary Transistors): Đôi NPN/PNP được thiết kế để hoạt động cùng nhau. Ví dụ: TIP31/TIP32, TIP41/TIP42.
5. Transistor Công suất: Dùng trong các mạch công suất. Ví dụ: MJ15003/MJ15004, 2SC5200/2SA1943.
6. Transistor Siêu Công suất: Cho ứng dụng công suất cao. Ví dụ: MJE15030/MJE15031, MJL21193/MJL21194.
7. Transistor kênh đôi (Dual-Gate MOSFET): Sử dụng trong các mạch tăng tốc RF. Ví dụ: BF981, BF964.
8. Transistor kênh đa (Multi-Gate Transistor): Sử dụng trong vi xử lý tín hiệu số và radio tần số cao. Ví dụ: BF862, BF244.
9. Transistor Siêu Điện tử (Super Beta Transistor): Được thiết kế với hệ số khuếch đại beta cao dùng trong âm thanh. Ví dụ: MAT12, MAT14.
10. Transistor Quang (Phototransistor): Dùng để chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. Ví dụ: BPW34, PT334.

Nguồn tham khảo thêm: Transistor Circuits – Electronics Club