Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của transistor

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của transistor

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN THỰC HÀNH MÔN KĨ NĂNG TÌM KIẾM TỔNG HỢP TÀI LIỆU Đề tài: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động transistor Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực : Nguyễn Tiến Lớp: Đ4-CNTĐ HÀ NỘI – 2011 MỤC LỤC Lời nói đầu Trang Chương 1: Lịch sử transistor Chương 2: Tìm hiểu Transistor 2.1 Cấu tạo transistor 2.2 Nguyên tắc hoạt động transistor 2.3 Kí hiệu hình dáng cách xác định chân 2.4 Kiểm tra transistor 2.5 Các thông số kĩ thuật, số loại transistor đặc biệt 7 10 12 14 Chương 3: Ứng dụng transistor 3.1 Ứng dụng transistor 3.2 Phân cực mạch khuếch đại dùng transistor 16 16 16 Phụ lục Tài liệu tham khảo LỜI NÓI ĐẦU Transistor linh kiện điện tử mà không sinh viên ngành kĩ thuật CNTT Tuy nhỏ bé tầm quan trọng không nhỏ bé chút robot nhiều thiết bị điện tử khác tivi, tủ lạnh, hay dơn giản đèn Hiểu rõ quan trọng trasistor, chúng em bắt tay vào làm đồ án transistor nhằm làm sáng tỏ cách thức hoạt động ứng dụng vô rộng rãi cho bạn yêu thích tìm hiểu sâu Các vấn đề nêu đồ án bao gồm: - Lịch sử đời transistor - Cấu tạo, kí hiệu, nguyên lí hoạt động transistor - Ứng dụng transistor Chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy cô tạo điều kiện cho chúng em thực hoàn thành đồ án Do viết lần đầu nên đồ án sơ sài không tránh khỏi có sai sót, mong góp ý tận tình thầy cô bạn Các tác giả Chương LỊCH SỬ TRANSISTOR Transistor – khái niệm quen thuộc với cư dân ngành điện tử hay CNTT Transistor bước ngoặt lớn cho phát triển toàn giới, đưa nhân loại tới thời kỳ phát triển thịnh vượng Hình 1.1: Mẫu Transistor đưa năm 1947 16/12/1947 John Bardeen, William Bradford Shockley Walter Houser Brattain sáng chế thành công mẫu Transistor Bell Labs Và với phát minh quan trọng này, nhà khoa học nhận giải Nobel đầy cao quý năm 1956 Lại nói thêm lịch sử transistor Mẫu transistor nhà phát minh đưa có tên point-contact transistor Sau đó, nhà khoa học Bell Labs muốn đưa tên thích hợp cho sáng chế Rất nhiều tên đưa "Semiconductor Triode", "Solid Triode", "Surface States Triode", "Crystal Triode" hay "Iotatron" cuối tên "Transistor" mà John R Pierce đưa ra, chọn Hình 1.2: Một số loại transistor quen thuộc Và Sony công ty ứng dụng sáng chế transistor vào lĩnh vực thương mại Tuy vậy, Regency Division IDEA (Industrial Development Engineering Associates) lại công ty bán sản phẩm TR-1 có ứng dụng công nghệ Hình 1.3: Intel Dual Core chứa khoảng 291 triệu transistor Sản phẩm TR-1 bán vào ngày 18/10/1954 với giá 49,95 USD (có giá trị tương đương 361 USD năm 2005) Trong thời gian ngắn, 150.000 đơn vị sản phẩm bán Sau đó, sản phẩm transistor sản xuất rộng rãi giá khoảng 18 USD Và xuất hầu hết thiết bị điện tử, máy tính, điện thoại với giá thành giảm nhiều Ví dụ CPU Intel Duo Core với khoảng 291 triệu transistor - giá bán 100 USD Việt Nam hay USB 4Gb có giá 100 nghìn đồng Như vậy, lần thấy tầm quan trọng transistor thầm cảm ơn nhà phát minh John Bardeen, William Bradford Shockley and Walter Houser Brattain Chương TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR 2.1 CẤU TẠO CỦA TRANSISTOR Transistor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược, Về phương diện cấu tạo, transistor tương đương với hai diode đấu ngược chiều Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transistor (BJT) dòng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương (Bipolar nghĩa hai cực tính) Hình 2.1: Cấu tạo transistor Ba lớp bán dẫn nôi thành ba cực, lớp gọi cực gốc kí hiệu B (Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt C Vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N P) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị cho 2.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR Trong chế độ tuyến tính hay gọi chế độ khuếch đại, transistor phần tử khuếch đại dòng điện với dòng I C β lần dòng bazơ (dòng điều khiển) β hệ số khuếch đại dòng điện Ic = β.IB * Xét đặc tính đóng cắt PNP: Chế độ đóng cắt transistor phụ thuộc chủ yếu vào tụ kí sinh tiếp giáp BE BC Hình 2.2 + Quá trình mở: Để cho transistor mở bắt dầu từ giá trị -Ub2 đến Ub1( xem thêm Giáo trình điện tử bản) + Quá trình đóng: Để cho transistor đóng giá trị Ub1 đến –Ub2 * Sơ đồ mắc Darlington Nói chung BJT có hệ số khuếch đại tương đối thấp mà yêu cầu dòng điều khiển lớn nên sơ đồ mắc Darlington yêu cầu đặt ghép hai transistor Q1 Q2 có hệ số khuếch đại β1, β2 Khi mắc mạch Darlington tổng hệ số khuếch đại là: β= β1 + β2 + β1 β2 Mặt khác, để tăng khuếch đại lên, ta mắc từ transistor Sơ đồ mắc Darlington: Hình 2.3: Sơ đồ mắc Darlington * Xét nguyên lý hoạt động PNP: Hình 2.4: Nguyên lí hoạt động transistor ( Ảnh mang tính chất tham khảo) Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động transistor NPN Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E (+) nguồn vào cực C (-) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBE qua công tắc điện trở hạn dòng vào hai cực B E, cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E Khi công tắc mở, ta thấy rằng, hai cực C E cấp điện dòng điện chạy qua mối C-E( lúc dòng Ic= 0) Khi công tắc đóng, mối P-N phân cực thuận có dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE cực (-) tạo thành dòng I B Ngay dòng IB xuất => có dòng IC chạy qua mối C-E lam bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB Như vậy, rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB phụ thuộc theo công thức: IC = β.Ib Trong đó: IC dòng chạy qua mối C-E IB dòng chạy qua mối B-E β hệ số khuếch đại transistor Giải thích: Khi có điện áp UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện xuất dòng I BE lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tụ từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn số lượng lỗ trống nhiều Một phần nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thàng dòng I B phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp U CE => tạo thành dòng ICE chayj qua transsistor Sự hoạt động transistor PNP hoàn toàn tương tự transistor NPN cực tính nguồn điện UCE UBE ngược lại Dòng IC từ E sang C dòng IB từ E sang B Chú ý: Transistor linh kiện đóng mở dòng điện không điện áp 2.3 KÍ HIỆU, HÌNH DẠNG, CÁCH XÁC ĐỊNH CHÂN 2.3.1 Kí hiệu & hình dạng transistor Transistor có kí hiệu sơ đồ mạch: Hình 2.5: Kí hiệu transistor 10 Ngoài thực tế transistor có kí hiệu sau: Hình 2.6: Một số loại transistor Đây hình dáng quen thuộc, có nhiều loại transistor có kí hiệu khác 2.3.2 Kí hiệu (trên thân transistor) * Hiện nay, thị trường có nhiều loại transistor nhiều nước sản xuất thông dụng transistor Nhật Bản, Mĩ Trung Quốc Transistor Nhật Bản thường kí hiệu A…, B…, C…, D… ví dụ A564, B733, C828, D1555 Trong đó, transistor kí hiệu A B transistor thuận kí hiệu C D transistor ngược NPN Các transistor A C thường có công suất nhỏ tần số làm việc cao, transistor B D có công suất lớn tần số làm việc thấp Transistor Mĩ sản xuất thường có kí hiệu 2N… ví dụ 2N3055, 2N4832,vv… Transistor Trung Quốc sản xuất bắt đầu số 3, hai chữ cái, Chữ thứ cho biết loại bóng: Chữ A B bóng thuận, chữ C D bóng ngược Chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X P bóng âm tần, A G bóng cao tần Các chữ số sau ghi thứ tự sản phẩm Ví dụ: 3CP25 3AP20, vv… Trên nói chung transistor có mặt Việt Nam, nhiều hãng khác sản xuất với kí hiệu khác 2.3.3 Cách xác định chân E, B, C transistor Với loại Transistor công suất nhỏ thứ tự chân C B tùy theo bóng nước sản xuất, chân E bên trái ta để transistor hình Nếu transistor Nhật sản xuất: thí dụ transistor C828, A564 chân C giữa,chân B bên phải Nếu transistor Trung Quốc sản xuất chân B giữa, chân C bên phải Tuy nhiên, số transistor sản xuất nhái không theo thứ tự Vì vậy, để biết xác, ta dùng phương pháp đo đồng hồ vạn 11 Hình 2.7: Transistor công suất nhỏ Với loại transistor công suất lớn (như hình dưới) hầu hết có chung thứ tự chân là: Bên trái cực B, cực C bên phải cực E Hình 2.8: Transistor công suất lớn * Đo xác định chân B C Với transistor công suất nhỏ thông thường chân E bên trái Như vậy, ta xác định chân B suy chân C chân lại Để đồng hồ thang x1Ω, đặt cố định que đo vào chân, que chuyển sang hai chân lại, kim lên chân có que đặt cố định chân B, que đồng hồ cố định que đen transistor ngược, que đỏ transistor thuận 2.4 KIỂM TRA TRANSISTOR Transistor hoạt động hư hỏng nhiều nguyên nhân, hỏng nhiệt độ, độ ẩm, điện áp nguồn tăng cao chất lượng thân transistor Để kiểm tra transistor, bạn nhớ cấu tạo chúng 12 Hình 2.9: Cấu tạo transistor Kiểm tra transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực anôt, điểm chung cực B, đo từ B sang C B sang E (que đen vào B) tương đương đo hai diode thuận chiều => kim lên Tất trường hợp đo khác kim không lên Trái với điều transistor bị hỏng Transistor bị hỏng trường hợp: * Đo thuận chiều từ B sang E từ B sang C => kim không lên transistor đứt BE đứt BC * Đo từ B sang E từ B sang C kim lên hai chiều chập hay dò BE BC * Đo C E kim lên bị chập CE * Cách kiểm tra transistor thông dụng (dùng loại PNP): Khi transistor ta biết chân (ở trên), việc kiểm tra sống hay chết làm theo sau đây: + Phép đo cho biết transistor tốt: Để đồng hồ kim đo thang 1K hay đồng hồ điện tử để thang đô diode Để que đỏ vào chân B cho que đen vào hai chân lại C E Nếu đo BC BE mà kim lên => Transistor dùng + Phép đo bóng chập BE: Cũng chuẩn bị que đo lần trước, để xác định có chập BE hay không ta cần đo B E Bằng cách cho que đỏ vào B, đen vào E ngược lại kim 0Ω chập BE => không dùng + Phép đo bóng đứt BE: Cũng tương tự bóng chập BE bóng đứt kim không lên + Bóng chập CE: 13 Cũng chuẩn bị phép đo lần trước (1K) đo qua lại C E kim số chập CE => không dùng phải mua bóng Trên cách kiểm tra transistor sống hay chết *** Chú ý: Đồng hồ sử dụng đồng hồ kim đồng hồ số 2.5 CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT, MỘT SỐ LOẠI TRANSISTOR ĐẶC BIỆT 2.5.1 Các thông số kỹ thuật transistor Dòng điện cực đại: dòng điện giới hạn transistor, vượt qua dòng giới hạn transistor bị hỏng Điện áp cực đại: điện áp giới hạn transistor đặt vào cực CE, vượt qua điện áp giới hạn transistor bị đánh thủng Tần số cắt: tần số giới hạn mà transistor làm việc bình thường, vượt tần số độ khuếch đại transistor bị giảm Hệ số khuếch đại: tỷ lệ biến đổi dòng ICE lớn gấp lần dòng IBE Công suất cực đại: hoạt động, transistor tiêu tán công suất P= U CE.ICE Nếu công suất vượt công suất cực đại transistor transistor bị hỏng 2.5.2 Một số transistor đặc biệt Hình 2.10: Transistor số Transistor số thường sử dụng mạch công tắc, mạch logic, mạch điều khiển Khi hoạt động, người ta đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều khiển đèn ngắt mở 14 Hình 2.11: Mạch dùng transistor Hình ảnh mang tính minh họa tham khảo * Kí hiệu: Transistor Digital thường có kí hiệu DTA…(đèn thuận), DTC (đèn ngược), KRC…(đèn ngược), KRA…(đèn thuận), RN12…(đèn ngược), RN22 (đèn thuận), UN…, KRS… Thí dụ: DTA132, DTC124,vv… * Transistor công suất dòng (công suất ngang) Transistor công suất lớn thường gọi sò Sò dong, sò nguồn,vv… Các sò thiết kế để điều khiển cao áp biến áp nguồn xung xung hoạt động Chúng thường có điện áp hoạt động cao cho dòng chịu đựng lớn Các sò công suất dòng (tivi màu) thường có đấu thêm diode đệm song song cới cực CE 15 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA TRANSISTOR 3,1 ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA TRANSISTOR Thực thiết bị transistor chưa phải thiết bị điện tử, vậy, transistor coi linh kiện quan trọng thiết bị điện tử Các loại IC thực chất mạch tích hợp nhiều transistor linh kiện Trong mạch điện, transitor dùng để khuếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái mạch Digital, sử dụng làm công tắc điện tử, làm tạo dao động,vv… Nói chung, có mạch nói đến điện tử có transistor Ứng dụng BJT có rộng rãi tất thiết bị điện tử Hình 2.12: Mạch cảm biến điện dung 3.2 PHÂN CỰC VÀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR 3.2.1 Phân cực Transistor phân cực làm việc hai chế độ: khuếch đại khóa Có cách phân cực cho transistor: + Bằng dòng cố định + Phản hồi điện áp + Dòng IE * Trong chế độ khuếch đại: + Đối với PNP thì: E nối với (+) B C nối với (-) + Đối với NPN thì: B C nối với (+) E nối với (-) 16 Chú ý: dòng B nhỏ dòng C nhiều * Chế độ khóa: Trái ngược với phân cực cho chế độ khuếch đại khóa (như NPN B lại phân cực âm transistor khóa) 3.2.2 Một số mạch khuechs đại dùng BJT a) Mạch khuếch đại CE (Common Emitter) Hình 2.13: Mạch khuếch đại CE Mạch đảo pha tín hiệu đầu vào Hệ số khuếch đại dòng điện điện áp cao nên công suất mạch cao Trở kháng đầu vào thấp, trở kháng đầu cao, nên mạch ứng dụng nhiều b) Mạch khuếch đại CC (Common Collector) 17 VCC C1 R1 100k R2 R4 100k 100k B C Q1 2N1893 C2 10n E V1 10n VSINE R3 100k R5 R6 100k 100k Hình 2.14: Mạch khuếch đại CC Tầng có trở kháng đầu vào lớn, trở kháng đầu nhỏ Hệ số khuếch đại nhỏ nên thường dùng tầng đệm (phối hợp trở kháng) Tầng không đảo pha tín hiệu c) Mạch khuếch đại CB (Common Base) 18 VCC C2 R2 100k R1 100k C1 B 100n C 100n Q1 2N1893 R4 E 100k R3 V1 100k VSINE R5 100k Hình 2.15: Mạch khuếch đại CB Phụ lục Một số từ khóa CNTT: Công nghệ thông tin CPU: Central Processing Unit(đơn vị xử lí trung tâm) USB: Universal Serial Bus 19 PNP: Positive-Negative-Positive Tài liệu tham khảo 1) Khai thác nguồng thông tin Internet (Nguyễn Đức Toàn) 2) Kĩ thuật điện tử (Đỗ Xuân Thụ) 3) Điện tử 1&2 (Phạm Đình Bảo) 4) Tự học điện điện tử (Minh Ngọc) 5) Trang web Tailieu.vn Hoiquandtvt.net 20 [...]... que đồng hồ cố định là que đen thì là transistor ngược, là que đỏ thì là transistor thuận 2.4 KIỂM TRA TRANSISTOR Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ, độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân transistor Để kiểm tra transistor, bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng 12 Hình 2.9: Cấu tạo transistor Kiểm tra transistor ngược NPN tương tự kiểm... giới hạn này transistor sẽ bị đánh thủng Tần số cắt: là tần số giới hạn mà transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuếch đại của transistor bị giảm Hệ số khuếch đại: là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE Công suất cực đại: khi hoạt động, transistor tiêu tán một công suất P= U CE.ICE Nếu công suất này vượt quá công suất cực đại của transistor thì transistor. .. Trên đây là cách kiểm tra transistor sống hay chết *** Chú ý: Đồng hồ sử dụng ở trên là đồng hồ kim chứ không phải đồng hồ số 2.5 CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT, MỘT SỐ LOẠI TRANSISTOR ĐẶC BIỆT 2.5.1 Các thông số kỹ thuật 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,... transistor thì transistor sẽ bị hỏng 2.5.2 Một số transistor đặc biệt Hình 2.10: Transistor số Transistor số thường được sử dụng trong các mạch công tắc, mạch logic, mạch điều khiển Khi hoạt động, người ta có thể đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều khiển đèn ngắt mở 14 Hình 2.11: Mạch dùng transistor Hình ảnh mang tính minh họa và tham khảo * Kí hiệu: Transistor Digital thường có các kí hiệu là DTA…(đèn... DTC124,vv… * Transistor công suất dòng (công suất ngang) Transistor công suất lớn thường được gọi là sò Sò dong, sò nguồn,vv… Các sò này được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung xung hoạt động Chúng thường có điện áp hoạt động cao và cho dòng chịu đựng lớn Các sò công suất dòng (tivi màu) thường có đấu thêm các diode đệm ở trong song song cới cực CE 15 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA TRANSISTOR. .. BẢN CỦA TRANSISTOR Thực ra một thiết bị không có transistor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy, transistor có thể coi là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử Các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều transistor trong một linh kiện duy nhất Trong mạch điện, transitor được dùng để khuếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc. .. các điều trên là transistor bị hỏng Transistor có thể bị hỏng ở các trường hợp: * Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C => kim không lên là transistor đứt BE hoặc đứt BC * Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả hai chiều là chập hay dò BE hoặc BC * Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE * Cách kiểm tra transistor thông dụng (dùng loại PNP): Khi các transistor ta đã biết các chân của nó (ở trên),... điện tử, làm các bộ tạo dao động, vv… Nói chung, ở đây cứ có mạch nào nói đến điện tử là có transistor Ứng dụng của BJT có rộng rãi trên tất cả các thiết bị điện tử Hình 2.12: Mạch cảm biến bằng điện dung 3.2 PHÂN CỰC VÀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR 3.2.1 Phân cực Transistor khi được phân cực thì nó làm việc trong hai chế độ: khuếch đại và khóa Có 3 cách phân cực cho transistor: + Bằng dòng cố định...Hình 2.7: Transistor công suất nhỏ Với loại transistor công suất lớn (như hình dưới) thì hầu hết đều có chung thứ tự chân là: Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E Hình 2.8: Transistor công suất lớn * Đo xác định chân B và C Với transistor công suất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái Như vậy, ta chỉ xác định... của nó (ở trên), việc kiểm tra nó vẫn sống hay đã chết chúng ta làm theo sau đây: + Phép đo cho biết transistor còn tốt: Để đồng hồ kim đo thang 1K hay đồng hồ điện tử thì để thang đô diode Để que đỏ vào chân B và cho lần lượt que đen vào hai chân còn lại là C và E Nếu đo BC và BE mà kim cùng lên thì => Transistor này dùng được + Phép đo bóng chập BE: Cũng chuẩn bị que đo như lần trước, để xác định được ... Chương 1: Lịch sử transistor Chương 2: Tìm hiểu Transistor 2.1 Cấu tạo transistor 2.2 Nguyên tắc hoạt động transistor 2.3 Kí hiệu hình dáng cách xác định chân 2.4 Kiểm tra transistor 2.5 Các... từ transistor Sơ đồ mắc Darlington: Hình 2.3: Sơ đồ mắc Darlington * Xét nguyên lý hoạt động PNP: Hình 2.4: Nguyên lí hoạt động transistor ( Ảnh mang tính chất tham khảo) Mạch khảo sát nguyên tắc. .. Brattain Chương TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR 2.1 CẤU TẠO CỦA TRANSISTOR Transistor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận,