Transistor tổng hợp

I.Transistor:

Transistor là một loại linh kiện điện tử bán dẫn chủ động được sử dụng với vai trò là một phần tử khuếch đại hoặc khóa điện tử. Vì transistor có khả năng đáp ứng nhanh, chính xác nên nó được dùng cho rất nhiều ứng dụng như mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động và điều khiển tín hiệu.

II. Kí hiệu transistor:

- Tại Nhật Bản: Transistor thường được ký hiệu là A..., B..., C..., D... Ví dụ như A564, B733, C828, D1555. Các tranzito có ký hiệu là A và B là tranzito thuận PNP, tranzito ký hiệu là C và D là các transistor ngược NPN. Các tranzito A và C thường có công suất nhỏ, tần số làm việc cao còn các tranzitor B và D thường có công suất lớn, tần số làm việc thấp.

- Tại Mỹ: Ký hiệu của transistor tại Mỹ là 2N... Ví dụ như 2N3055, 2N4073...

- Tại Trung Quốc: Các tranzito thường bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái, ví dụ như 3CP25 , 3AP20 ,…..Chữ cái đầu tiên cho biết loại bóng, cụ thể là chữ A và B là bóng thuận, C và D là bóng ngược. Chữ cái tiếp theo cho biết đặc điểm, cụ thể là X và P là bóng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau cho biết thứ tự sản phẩm.

III. Phân loại transistor:

1. Transistor loại NPN

NPN là một linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép của một bán dẫn mang điện dương giữa hai bán dẫn mang điện âm. Trong đó N – Negative là cực âm, còn P – positive là cực dương. Đây là loại linh kiện chủ yếu được dùng để khuếch đại, điện dẫn hoặc công tắc trong công nghiệp điện tử, làm cổng số trong điện tử số.

Với transistor loại NPN, cần phải có một điện thế kích hoạt thì transistor mới có thể hoạt động hay dẫn điện được.

2. Transistor loại PNP

Các transistor PNP là loại linh kiện điện tử lưỡng cực được cấu thành từ 2 chất bán điện dẫn. Đó là lớp bán dẫn được pha tạp loại N, đóng vai trò là cực gốc nằm giữa hai lớp bán dẫn được pha tạp loại P. Loại này được kích hoạt khi cực phát nối đất và cực góp nối với nguồn năng lượng.

Cả transistor NPN và PNP đều có 3 chân E (cực phát ), B (Base – cực nền) và C (Collector – cực thu). Ngoài ra còn có một số loại transistor khác như: Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar junction transistor), transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor), transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor),…

IV. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Transistor được cấu tạo từ hai lớp 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. Về cơ bản thì transistor tương đương với 2 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).

Đặc điểm cấu tạo của tranzito

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

nguyên lý hoạt động của transistor

Nguyên lý hoạt động của Transistor khá đơn giản, khi đặt điện thế 1 chiều vào chân B (điện thế kích hoạt) thì 2 chân E-C thông nhau như một dây dẫn bình thường.

Ta cấp một nguồn một chiều U_CE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều U_BE 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 CE ( 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 U_BE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng I_B.
Ngay khi dòng I_B xuất hiện => lập tức cũng có dòng I_C chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng I_C mạnh gấp nhiều lần dòng I_B.
Như vậy rõ ràng dòng I_C hoàn toàn phụ thuộc vào dòng I_B và phụ thuộc theo một công thức.

I_C = β.I_B

Trong đó I_C là dòng chạy qua mối CE
I_B là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Giải thích : Khi có điện áp U_CE 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 I_BE 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 U_CE => tạo thành dòng I_CE chạy qua transistor.

V. Thông số kĩ thuật cần lưu ý của transistor:

Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng.

Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng.

Tấn 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 : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng I_BE.

Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = U_CE . I_CE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng.

VI. Các transistor phổ biến:

Transistor công suất

Transistor công suất mà chúng ta thường thấy nhất là trong amply karaoke, người ta thường gọi Transistor này là sò âm thanh. Tùy thuộc vào các thiết bị khác nhau, sẽ có sự lắp đặt Transistor phù hợp nhằm đảm bảo hoạt động của thiết bị luôn tốt nhất.

Transistor công suất được sử dụng phổ biến trong amply karaoke với khả năng chịu dòng điện lớn

Transistor công suất lớn có khả năng chịu được những dòng điện lớn và có điện áp cao. Tuy nhiên, cấu tạo của Tranzito này khá phức tạp khi mà nó gồm 3 lớp pn cùng tiếp giáp xen kẽ lẫn nhau.

Ứng dụng lớn nhất của những Transistor này thường sử dụng trong các lĩnh vực điều khiển tự động. Bởi lẽ, Transistor có nhiều tính ưu việt nổi trội mang đến những tiện lợi nhất định cho người dùng.

Transistor dán

Đúng như tên gọi của mình, transistor dán thường được sử dụng bằng cách dán trực tiếp lên mặt linh kiện. Transistor này còn được gọi với một tên gọi khác là SMD. Linh kiện này chỉ phù hợp với những thiết bị nhất định nhưng lại mang tính ưu việt hơn trong quá trình sử dụng.

Transistor dán với nhiều tính năng ưu việt

Transistor quang

Transistor quang về cấu tạo cũng khá giống với những transistor thông thường nhưng cực nền để hở. Với cấu tạo như vậy, dòng điện qua transistor quang cũng dễ dàng hơn, từ đó mang đến quá trình sử dụng đơn giản cho người dùng.

Mạch lắp transistor quang

Transistor hiệu ứng trường

Transistor hiệu ứng trường là các linh kiện bán dẫn có sử dụng điện trường để dễ dàng hơn trong việc kiểm soát độ dẫn của những thiết bị khác nhau. Ngày nay, transistor hiệu ứng trường được chia thành 6 loại chính căn cứ trên cấu tạo P và N. Điều này giúp người dùng có thể nhận biết transistor dễ dàng hơn.

Transistor hiệu ứng trường hoạt động nhờ vào điện trường

VII. Ứng dụng:

1. Ứng dụng của transistor NPN (thuận):

Transistor NPN là loại phổ biến hơn do khả năng dẫn điện tốt và dễ điều khiển trong mạch kỹ thuật số. Một số ứng dụng chính bao gồm:

Mạch khuếch đại tín hiệu:

Dùng để khuếch đại dòng điện hoặc điện áp trong các mạch âm thanh, RF, tín hiệu cảm biến.
Ví dụ: Dùng trong mạch khuếch đại âm thanh (preamp, amplifier).

Mạch đóng cắt (Switching):

Transistor NPN được sử dụng để điều khiển tải như đèn LED, động cơ hoặc rơ-le.
Ví dụ: Bật/tắt đèn LED khi có tín hiệu từ vi điều khiển.

Mạch khuếch đại công suất (Power Amplifier):

Dùng trong các bộ khuếch đại âm thanh công suất lớn.
Ví dụ: Amplifier trong loa, amply điện tử.

Mạch điều khiển động cơ:

Kết hợp với vi điều khiển để điều khiển động cơ DC, bước hoặc servo.
Ví dụ: Điều khiển động cơ quạt, motor servo.

Mạch logic số (Digital Logic):

Dùng trong các cổng logic TTL, vi mạch số.
Ví dụ: Vi điều khiển sử dụng transistor NPN để điều khiển tải.

2. Ứng dụng của transistor PNP (nghịch):

Transistor PNP hoạt động tương tự NPN nhưng dòng điện chạy theo chiều ngược lại. Một số ứng dụng của PNP:

Mạch khuếch đại tín hiệu:

Dùng trong các tầng khuếch đại đối xứng, giúp cân bằng mạch khuếch đại.
Ví dụ: Mạch khuếch đại âm thanh sử dụng cặp đẩy kéo (push-pull).

Mạch đóng cắt tải cao áp:

Thường dùng để điều khiển các thiết bị chạy điện áp cao hơn so với đất.
Ví dụ: Mạch điều khiển đèn LED công suất cao, relay.

Mạch H-Bridge điều khiển động cơ:

Dùng để điều khiển động cơ DC chạy tiến/lùi bằng cách thay đổi chiều dòng điện.
Ví dụ: Điều khiển robot, xe điện.

Mạch bảo vệ (Protection Circuit):

Dùng để bảo vệ các mạch điện khỏi quá dòng, quá áp.
Ví dụ: Mạch bảo vệ sạc pin lithium.

3. So sánh ứng dụng NPN và PNP

Ứng dụng	Transistor NPN	Transistor PNP
Khuếch đại tín hiệu	✅ Phổ biến	✅ Ít phổ biến hơn
Mạch đóng cắt	✅ Phổ biến	✅ Dùng khi cần cấp nguồn cao hơn
Điều khiển động cơ	✅ Dùng trong mạch thấp	✅ Dùng trong mạch cao áp
Mạch logic số	✅ TTL, CMOS	❌ Ít dùng
Mạch bảo vệ	✅ Phổ biến	✅ Phổ biến

4. Khi nào chọn NPN và khi nào chọn PNP?

Dùng NPN khi: Cần đóng ngắt tải về mass (GND), thường gặp trong các mạch vi điều khiển.
Dùng PNP khi: Cần đóng ngắt tải ở mức nguồn dương (Vcc), thích hợp cho thiết bị công suất lớn.

Tóm lại: NPN thường được dùng nhiều hơn trong mạch logic số và điều khiển, trong khi PNP phù hợp với mạch điện công suất cao và bảo vệ mạch.