4. Transistor hai cực tính (BJT)
4.2Nguyên lý hoạt động và khả năng khuếch đại của BJT
Xét nguyên tắc hoạt động của loai N – P – N. Sơ đồ mạch điện như hình 2.18.
Nguồn E1 (cĩ sức điện động vài volt) làm chuyển tiếp JE phân cực thuận. Nguồn E2
(thường cĩ giá trị từ 5V đến 12V) làm cho chuyển tiếp JC phân cực nghịch. RE, RC là các điện trở phân cực.
Để đơn giản, giả thiết ban đầu nồng độ tạp chất phân bố đều trong các lớp bán dẫn, đồng thời ta chỉ chú ý đến điện trở của các vùng nghèo JE, JC.
Khi chưa cĩ nguồn E1, E2 tác dụng, cũng giống như quá trình xảy ra ở diode, trong mỗi vùng nghèo JE, JC sẽ tồn tại một điện trường tiếp xúc (hướng từ N sang P) tương ứng với một hiệu điện thế tiếp xúc. Hiệu điện thế này đĩng vai trị như một hàng rào điện thế, duy trì
trạng thái cân bằng của chuyển tiếp (cân bằng giữa dịng trơi của hạt dẫn thiểu số và dịng khuếch tán của hạt dẫn đa số, khiến cho dịng điện tổng hợp qua mối chuyển tiếp bằng 0).
Khi cĩ nguồn E2, chuyển tiếp JC bị phân cực nghịch, hàng rào điện thế và điện trường tiếp xúc trong vùng nghèo này tăng. Tương tự như diode phân cực nghịch, qua vùng nghèo JC sẽ cĩ một dịng điện rất nhỏ (do hạt dẫn thiểu số của miền base và miền collector tạo nên), kí hiệu là ICBO, đĩ là dịng điện ngược collector.
Nếu cĩ thêm nguồn E1, chuyển tiếp JE sẽ phân cực thuận. Hàng rào điện thế trong JE hạ thấp (so với trạng thái cân bằng) khiến điện tử từ miền N+ tràn qua miền P, lỗ trống từ miền P tràn qua miền N+. Sau đĩ các hạt dẫn khơng cân bằng này tiếp tục khuếch tán. Trên đường khuếch tán, chúng sẽ tái hợp với nhau. Nhưng do nồng độ hạt dẫn 2 miền chênh lệch nhau xa (nn > pp) cho nên các điện tử phun từ miền N+ vào miền P, chỉ một bộ phận rất nhỏ bị tái hợp, cịn tuyệt đại đa số vẫn cĩ thể khuếch tán qua miền base tới vùng nghèo JC (khả năng bị tái hợp trên đường đi chỉ rất ít vì miền base rất mỏng, nồng độ lỗ trống ở miền này khơng cao lắm). Khi tới vùng nghèo JC, các điện tử nĩi trên lập tức bị điện trường trong JC hút về phía collector tạo nên dịng điện trong mạch collector.
Nếu gọi IE là dịng điện chạy qua cực emitter (tương ứng với chuyển động của điện tử miền N+ sang miền P thì dịng điện tạo nên bởi số điện tử chạy tới collector vừa nĩi sẽ là
αIE, trong đĩ α là tỉ số giữa số lượng điện tử tới được collector và tổng số điện tử phát đi từ emitter, tức là:
= α
Thơng thường α = 0,95 ÷ 0.99 (nghĩa là tỉ lệ hao hụt hạt dẫn dọc đường đi từ cực E tới cực C chỉ rất nhỏ).
Vớiβ = α α
−
1 : hệ số khuếch đại dịng điện