Tìm hiểu về transistor

Transistor là gì

Transistor là một thiết bị bán dẫn truyền tín hiệu yếu từ mạch điện trở thấp tới mạch điện trở cao. Từ trans có nghĩa là truyền, còn từ istor nghĩa là trở kháng. Nói cách khác nó là thiết bị chuyển mạch có công dụng điều chỉnh và khuếch đại tín hiệu điện như điện áp hoặc dòng điện.

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và N ghép với nhau. Về cấu tạo, nó tương đương với 2 diode. Transistor có 3 cực: Cực gốc, cực thu và cực phát. Cực gốc là phần giữa được tạo thành bởi các lớp mỏng. Phần bên phải của diode được gọi là diode phát, và phần bên trái được gọi là diode thu. Tên này được đặt dựa vào tên của các cực transistor.

Ký hiệu của transistor

Có 2 loại transistor là transistor NPN và transistor PNP. Trong đó transistor NPN có 2 khối vật liệu bán dẫn loại N và 1 khối vật liệu bán dẫn loại P. Tương tự như vậy nếu có 1 lớp vật liệu bán dẫn loại N và 2 lớp vật liệu bán dẫn loại P là transistor PNP. Ký hiệu của mỗi loại như hình bên dưới:

Mũi tên trong ký hiệu trên biểu thị hướng của dòng điện từ cực phát tới chỗ nối của cực gốc và cực phát. Sự khác nhau duy nhất giữa transistor NPN và transistor PNP chính là chiều của dòng điện.

Các cực của transistor

Transistor có 3 cực là cực phát, cực gốc và cực thu. Các cực của diode được mô tả như hình bên dưới:

• Cực phát: Đây là phần cung cấp một lượng lớn điện tích. Cực phát sẽ được nối với cực gốc vì nó cung cấp các phần tử mang điện tích đến cực gốc. Đoạn nối giữa cực phát và cực gốc sẽ cung cấp một lượng lớn các phần tử mang điện tích vào cực gốc.
• Cực thu: Là phần thu lượng lớn các phần tử mang điện cung cấp bởi cực phát. Cực thu có kích thước lớn hơn các cực còn lại để có thể thu được các phần tử mang điện từ cực phát.
• Cực gốc: Phần giữa của transistor là cực gốc, nhẹ và mỏng về kích thước. Cực gốc tạo thành 2 mạch, mạch đầu vào với cực phát và mạch đầu ra với cực thu. Trong đó mạch đầu vào có trở kháng thấp, còn mạch đầu ra có trở kháng cao.

Nguyên lý làm việc của transistor

Transistor giống như 1 công tắc điện tử. Nó có thể bật hoặc tắt dòng điện. Bạn có thể xem nó như 1 cái rơle nhưng không có bộ phận chuyển động. Nó giống rơ le ở chỗ bật tắt một thiết bị gì đó.

Transistor hoạt động nhờ vật liệu bán dẫn. Dòng điện chạy từ cực gốc đến cực phát sẽ cho phép một dòng điện khác đi từ cực thu đến cực phát.

Với transistor NPN chuẩn, bạn cần đặt một điện áp 0,7V giữa cực gốc và cực phát để dòng điện chạy từ cực gốc đến cực phát. Lúc đó bạn đã bật transistor và cho một dòng điện chạy từ cực thu đến cực phát.

Hãy nhìn vào ví dụ bên dưới:

Trong ví dụ trên bạn có thể thấy cách transistor hoạt động. Một nguồn 9V được nối với đèn LED và một điện trở qua 1 transistor. Có nghĩa là dòng điện sẽ không đi qua điện trở và đèn LED cho đến khi transistor được bật lên.

Để bật transistor lên bạn cần có một hiệu điện thế 0.7V giữa cực gốc và cực phát của transistor. Hãy tưởng tượng bạn có một nguồn điện 0,7V. (Trong mạch điện thực tế bạn sẽ sử dụng điện trở để có điện áp chính xác từ một nguồn điện áp bạn có).

Khi bạn nối một nguồn 0.7V với cực gốc và cực phát, thì transistor được bật lên. Lúc này bạn đã cho dòng điện đi từ cực thu đến cực phát và đèn LED sáng.

Các loại transistor

Có rất nhiều loại transistor, mỗi loại có những đặc điểm khác nhau, có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Một số loại sử dụng cho cho các ứng dụng chuyển đổi. Một số loại khác sử dụng cho cả ứng dụng chuyển đổi và khuếch đại. Một số transistor nằm trong nhóm đặc biệt ví dụ như quang transistor (còn gọi là photo transistor hay diot quang), có phản ứng với ánh sáng chiếu vào nó để tạo ra dòng điện chạy qua nó. Bên dưới là danh sách các loại transistor và đặc điểm của mỗi loại.

Transistor lưỡng cực (BJT): BJT là transistor có 3 cực, cự gốc (B), cực phát (E), cực thu (C). Đây là thiết bị kiểm soát dòng điện. Một dòng điện nhỏ đi vào cực gốc sẽ gây ra một dòng điện lớn hơn đi từ cực phát đến cực thu. BJT có 2 loại chính là NPN và PNP.  

Transistor hiệu ứng trường (FET): Là transistor được tạo thành từ 3 cực, cực cổng (G), cực nguồn (S) và cực thoát (D). Đây là thiết bị kiểm soát điện áp. Điện áp đặt tại cực cổng (G) sẽ kiểm soát dòng điện từ cực nguồn (S) đến cực thoát (D). FET có trở kháng đầu vào rất cao, từ vài mega ohm tới những giá trị lớn hơn nữa. Vì trở kháng đầu vào cao nên dòng điện chạy qua nó rất ít.

Chính vì đặc điểm này nên nó không làm ảnh hưởng đến nguồn điện nối với nó. Tuy nhiên nhược điểm của nó là khuếch đại không bằng loại BJT. FET có 2 loại là JFET và MOSFET. JFET và MOSFET rất giống nhau nhưng MOSFET có trở kháng đầu vào cao hơn.

Transistor lưỡng cực chuyển tiếp dị thể (HBT): Được sử dụng cho các ứng dụng vi sóng kỹ thuật số và analog với tần số cao như băng tần Ku.

Transistor Darlington: Là một mạch transistor được tạo thành từ 2 transistor. Mạch này có ích trong các bộ khuếch đại âm thanh hoặc trong đầu dò đo các dòng điện rất nhỏ đi qua nước. Nó rất nhạy cảm nên nó có thể lấy dòng điện trong da. Nếu bạn kết nối nó với một mảnh kim loại, bạn có thể tạo một nút cảm ứng.

Transistor Schottky: Là sự kết hợp của 1 transistor và 1 diode Schottky ngăn sự bão hòa của transistor bằng cách chuyển hướng dòng đầu vào cực đoan.