Phõn loại Transistor

3. Transistor lưỡng cực PJT

3.2. Phõn loại Transistor

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 58 3.3. Nguyờn lý hoạt động của Transistor lưỡng cực

Để transistor cú thể hoạt động được cần phải đặt điện ỏp vào Colector-Emiter và điện ỏp phõn cực cho Base. Ở đõy sự ổn định điểm làm việc về nhiệt độ đúng một vai trũ rất quan trọng. Vì nếu khụng nhiệt độ mụi trường tăng thì dũng trong transistor cũng tăng theo. Nếu dũng tăng thì nhiệt độ tinh thể bỏn dẫn cũng tăng và khả năng dẫn của chất bỏn dẫn cũng tăng theo đến một lỳc nào đú thì cụng suất tiờu tỏn vượt quỏ giới hạn thì transistor sẽ bị hỏng.

Transistor cú thể hoạt đụng trong 3 cỏch mắc cơ bản, đú là:

- Mạch cực phỏt chung

- Mạch cực thu chung

- Mạch cực nền chung

Mỗi mạch cú những ưu, nhược điểm riờng. Mạch cực phỏt chung thường được sử dụng nhiều nhất. Mạch cực thu thường được ứng dụng vào việc phối hợp tổng trở. Mạch cực nền chung cú ý nghĩa đặc biệt trong kỹ thuật cao tần.

Để ứng dụng trong thực tế, cỏc transitor sẽ được mắc theo một trong 3 cỏch ơ bản trờn. Cỏc linh kiện phụ trợ như điện trở, tụ điện sẽ gúp phần thiết thực theo nhiệm vụ của

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 59

transitor cần phải thực hiện trong mạch điện tử. Cỏc nhiệm vụ của transistor được phõn biệt giữa khuếch đại điện ỏp một chiều và khuếch đại điện ỏp xoay chiều, khuếch đại cụng suất hay chuyển mạch điện tử.

a. Transistor loại NPN

Transistor NPN cú cấu tạo bao gồm: lớp colector là bỏn dẫn loại N, lớp bỏn dẫn base là bỏn dẫn loại P cú nồng độ tạp chất rất thấp và mỏng, lớp emiter là bỏn dẫn loạn N cú nồng độ tạp chất rất cao.

Hình a đặt một điện ỏp U1 ở tiếp giỏp JE của transistor. Cỏc điện tử từ vung emitter chạy vào vựng bỏn dẫn base. Chỳng khụng thể chạy vào cực colector, vì tiếp giỏp JE bị phõn cực nghịch. Bởi vì lớp bỏn dẫn loại N cú nồng độ tạp chất cao và lớp bỏn dẫn P cú nồng độ tạp chất thấp cho nờn gõy ra hiện tượng “ nghẽn mạch điện tử”. Bõy giờ người ta đặt thờm vào giữa cực C và cực E của transistor một nguồn điện ỏp U2 như hình b với U2> U1. Trường hợp này xẩyra như sau:

- Tiếp giỏp JE được phõn cực thuận nờn dẫn điện, electron từ vựng bỏn dẫn N của cực E sẽ sang vựng bỏn dẫn P để tỏi hợp với lỗ trống. Khi đú vựng bỏn dẫn P của cực B nhận thờm electron nờn cú điện tớch õm. Cực B nối vào cực õm của nguồn U1 nờn sẽ hỳt một số điện tử từ vựng bỏn dẫn P xunống tạo thành dũng IB. Cực C nối vào cực dương của U2 cao hơn nờn hỳt hầu hết electron trong vựng bỏn dẫn P sang vựng bỏn dẫn N của cực C tạo thành dũng điện IC. Cực E nối vào nguồn điện ỏp õm nờn khi vựng N của cực E bị mất electron thì sẽ hỳt electron từ cực õm của nguồn lờn thế chỗ tạo thành dũng điện IE.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 60

Như vậy số lượng electron bị hỳt từ cực E chạy hầu hết qua cực C và B nờn ta cú: IE = IB + IC

Số lượng điện tử đến cực C lớn gấp khoảng 30…300 lần số lượng điện tử trực tiếp chảy từ cực Base về nguồn U1.

b. Transistor loại PNP

Transistor PNP cú cấu tạo bao gồm: lớp colector là bỏn dẫn loại P, lớp bỏn dẫn base là bỏn dẫn loại N cú nồng độ tạp chất rất thấp và mỏng, lớp emiter là bỏn dẫn loạn P cú nồng độ tạp chất rất cao.

Hỡnh a đặt một điện ỏp õm giữa cực B và cực E, để tiếp giỏp JE được phõn cực thuận. Cỏc hạt tải điện dương ( lỗ trống ) sẽ đỗ vào vựng Base. Trong vựng Base cú hiện tượng “nghẽn mạch” bởi vì chỉ cú một ớt hạt tải điện dươngcú thể chạy vào cực õm của nguồn U1 và bởi vì tiếp giỏp PN trờn bị phõn cực ngược.

Bõy giờ người ta đặt thờm vào giữa cực C và cực E của transistor một nguồn điện ỏp U2 như hình b với U2>U1. Trưũng hợp này cũng tương tự như đối với transistor NPN. Nguồn điện ỏp U2 này sẽ tạo ra giữa cực E và cực C một điện trường. Điện trường này sẽ làm tăng tốc cỏc hạt tải điện dương đến cực C. Lực kộo này rất mạnh đến nỗi hầu hết cỏc hạt tải điện từ vựng Base qua vựng chắn trờn đến cực C. Chỉ cú một số ớt hạt tải điện dương chạy về nguồn U1. Số lượng hạt tải điện đến cực C lớn gấp khoảng 30…300 lần số lượng hạt tải điện trực tiếp chảy từ cực Base về nguồn U1.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 61

Tất cả cỏc dũng điện ở transistor được cho ỏ chiều dũng điện kỹ thuật (hình vẽ). Dũng điện IE là tổng của dũng điện IC và IB

IE = IC + IB

3.4.Phương phỏp kiểm tra Transistor 3.4.1. Nhận dạng Transistor

Căn cứ vào ký hiệu trờn sơ đồ nguyờn lý và trờn panel để nhận dạng Transistror

3.4.2. Xỏc định cực tớnh, loại và phẩm chất của Transistor

a. Xỏc định cực tớnh dựa vào ký hiệu

Đối với cỏc loại linh kiện Transistor thì đa số cỏc hóng sản xuất nếu quay phần ghi tờn ký hiệu linh kiện về phớa mắt người đọc để xỏc định thứ tự cỏc chõn như sau:

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 62

Đa số Transistor loại nghịch cú chữ cỏi Cxxx, Dxxx, Hxxx, DTCxxx (số); Transistor loại thuận cú cữ cỏi là Axxx, Bxxx, DTAxxx (số), RNxxx (số)

Transistor trường cú chữ cỏi Kxxx, 2SKxxx, BCxxx, P3Nxxx

b. Xỏc định cực tớnh dựa vào đồng hồ vạn năng

Cú thể cú những hóng sản xuất linh kiện khụng theo qui định thứ tự chõn như trờn, do đú ta phải dựng đồng hồ vạn năng để xỏc định cực tớch và loại cho chớnh xỏc.

* Xỏc định cực Bazơ và loại của Transistor thường:

Bước1: Sử dụng đồng hồ thang đo Ω nhỏ nhất

Bước 2: Lấy một que bất kỳ làm cố định (que đen) và đặt lờn một chõn cố định bất kỳ (chõn thứ nhất) . Que đo cũn lại di động lờn hai chõn khỏc (chõn thứ 2 và chõn thứ 3), đồng thời ghi kết quả của hai phộp đo đú

Lần đo thứ nhất ta cú kết quả của hai phộp đo R1-1 = R1-2.= 10Ω

Bước 3: Di chuyển que cố định sang chõn thứ hai, thực hiện như bước 2. Lần đo thứ hai ta cú kết quả của hai phộp đo R2-1 = 5Ω và R2-2 = 500Ω

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 63 Bước 4: Di chuyển que cố định sang chõn thứ ba, thực hiện như bước 2.

Lần đo thứ ba ta cú kết quả của hai phộp đo R3-1=20Ω và R3-2 =35Ω

Bước 5: Xỏc định cực Bazơ và loại Transistor:

Lấy kết quả của ba lần đo trờn so sỏnh lần đo nào cú hai kết quả phộp đo bằng nhau hoặc gần bằng nhau và nhỏ nhất ( lần 1) làm căn cứ để xỏc định cực Bazơ và loại.

●Tại que đo cố định là cực Bazơ của Transistor.

●Nếu que đo cố định là que đen thì Transistor là loại nghịch (N-P-N). Cũn nếu que đo cố định là que đỏ thì Transistor là loại thuận (P-N-P).

Chỳ ý:

Nếu trong ba lần đo trờn khụng cú lần đo nào cú kết quả hai phộp đo bằng nhau và nhỏ nhất thi ta phải đổi que đo cố định rồi thực hiện như bước B2 đến B4.

* Xỏc định cực C và cực E của Transistor:

Sau khi ta đó biết được loại của Transistor và cực bazơ thì chỉ cần xỏc định hai cực cũn lại.

Cỏch 1: Khụng kớch.

Đối với transitor loại ngịch căn cứ que đỏ, cũn đối Transitor loại thuận căn cứ vào que đen để xỏc định cực C

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 64

• Đối với loại TZT loại ngịch:

Bước1: Dựng đồng hồ thang đo x1k trở lờn

Bước 2: Đặt hai que đo lờn hai chõn cũn lại đồng thời ghi kết quả của phộp đo (R1- 1= 10kΩ)

Bước 3: đảo hai que đo lại, rồi làm như B2 ta cú (R1-2 ≈ ∞)

Bước 4: Xỏc định cực Colector và cực Emitor.

Lấy kết quả hai phộp đo trờn so sỏnh với nhau. Căn cứ vào phộp đo nào cú kết quả nhỏ hơn thì tại que đỏ là cực Colector, cũn tại que đen là cực Emitor của TZT loại nghịch.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 65

Tương tự như TZT loại nghịch, nhưng tại que đen là cực Colector cũn tại que đỏ là cực Emitor của TZT loại thuận.

Cỏch 2: Dựng phương phỏp kớch.

Phương phỏp này ỏp dụng đối với những TZT cú nội trở lớn như (H1061; A671). Phương phỏp này cũng dựng để kiểm tra hệ số khuếch đại của TZT.

Bước 1: Dựng đồng hồ thang đo Ω nhỏ nhất

Bước 2: Dựng ngún tay nối tắt cực Bazơ với que đen (TZT nghịch) hoặc que đỏ(TZT thuận), rồi đảo vị trớ hai que đo, đồng thời quan sỏt và ghi kết quả của hai phộp đo

Bước 3: Xỏc định cực C và cực E: Lấy hai kết quả đo so sỏnh với nhau, phộp đo nào cú kết quả đo nhỏ nhất thì tại que đen là cực C, tại que đỏ là cực E (Transistor loại nghịch). Cũn transistor loại thuận thì ngược lại.

c. . Kiểm tra phẩm chất Transistor thường

Để đỏnh giỏ chất lượng của Transistor thường bằng cỏch phải kiểm tra chất lượng tiếp giỏp P- N và hệ số khuếch đại. Dựng đồng hồ thang đo ễm để đo tiếp giỏp P-N thuận (R1) nghịch (R2) bằng cỏch:

Bước 1: Dựng đồng hồ thang đo x1Ω để kiểm tra tiếp giỏp BE, BC đồng thời quan sỏt kim chỉ thị và ghi kết quả đú lại.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 66

+/ Đo tiếp giỏp BC:

+/ Đo tiếp giỏp BE: (tương tự như đo tiếp giỏp BC).

Bước 2: Dựng đồng hồ thang đo x1kΩ hoặc x10kΩ để kiểm tra tiếp giỏp CE đồng thời quan sỏt kim chỉ thị và ghi kết quả đú lại.

Bước 3: Dựng đồng hồ thang đo x1Ω để kiểm tra hệ số khuếch đại đồng thời quan sỏt kim chỉ thị và ghi kết quả đú lại

Quỏ trình kiểm tra tiếp giỏp P-N cú thể xảy ra một trong cỏc trường hợp sau đõy: +/ Nếu R1 << R2 thì tiếp giỏp P-N đú cũn tốt.

+/ Nếu R1 = R2 = 0 thì tiếp giỏp P-N đú bị chập. +/ Nếu R1 = R2 = ∞ thì tiếp giỏp P-N đú bị đứt.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 67

+/ Nếu R1 = R2 ≠ 0 thì tiếp giỏp P-N thì tụ đú bị rũ rỉ.

Khi kiểm tra hệ số khuếch đại nếu kết quả đo được nhỏ chứng tỏ hệ số khuếch của TZT đú tốt.

Kết luận: Một TZT đảm bảo chất lượng khi cú cỏc tiếp giỏp P-N và hệ số khuếch đại tốt.

3.5. Cỏc thụng số kỹ thuật của Transistor

Từ những đường đặc tớnh khỏc nhau của transistor cú thể xỏc định được nhiều dữ liệu quan trọng cho việc ỳng dụng và xử lý cỏc loại transistor. Cỏc đường đặc tớnh đặc biệt quan trọng nếu transistor được ứng dụng vào để khuếch đại tớn hiệu lớn, vớ dụ như khuếch đại cụng suất, vì khi đú phải điều khiển suốt đường đặc tớnh.

Tất nhiờn transistor cũng cú thể được ứng dụng vào việc khuếch đại tớn hiệu nhỏ, vớ dụ như khuếch đại tớn hiệu của tầng tiền khuếch đại, thì biờn độ dũng điện và điện ỏp nhỏ so với giỏ trị dũng điện và điện ỏp của điểm làm việc. Vì sự điều biến nhỏ nờn cỏc đường đặc tớnh khac nhau khụng cú ý nghĩa lớn nữa.

Cỏc nhà sản xuất đó cho biết cỏc giỏ trị xỏc định cho việc ứng dụng của transistor. Cỏc giỏ trị này sẽ cung cấp đỳ đủ thụng tin cho người sử dụng về đặc tớnh của nú. Cỏc thụng số của transistor cũng hoàn toàn giống như những giỏ trị giới hạn của diode và cỏc thụng số của diode. Cỏc giỏ trị giới hạn là cỏc giỏ trị mà khụng bao giờ được phộp vượt qua, vì nếu khụng transistor sẽ bị hỏng. Cũn cỏc thụng số sẽ núi lờn tớnh chất của transistor, cỏc thụng ssố này đặc trưng cho một điểm làm việc nhất định.

Cỏc thụng số này được phõn chia thành: thụng số tĩnh (chế độ tĩnh) và thụng số động (chế độ động).

- Thụng số tĩnh mụ tả mối quan hệ dũng điện một chiều

- Cỏc thụng số đụng giải đỏp về mối qua hệ đặc tớnh khi vận hành với dũng điện xoay chiều và xung.

3.5.1. Cỏc giỏ trị giới hạn

a) Điện ỏp giới hạn:

Điện ỏp đỏnh thủng (Breakdown Voltage) là điện ỏp ngược tối đa đặt vào giữa cỏc cặp cực của transistor. Nếu vượt quỏ điện ỏp này thì transistor sẽ bị hỏng. Cú 3 loại điện ỏp giới hạn:

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 68

- UCBO : Điện ỏp đỏnh thủng giữa C và B khi cực E hở

- UEBO : Điện ỏp đỏnh thủng giữa E và B khi cực C hở

b) Dũng điện giới hạn:

Dũng điện qua transistor phải được giới hạn ở một mức cho phộp, nếu vượt quỏ giỏ trị này thì transistor sẽ bị hỏng

- Giỏ trị giứi hạn cho dũng điện tối đảơ cực C là ICmax - Giỏ trị giứi hạn cho dũng điện tối đảơ cực B là IBmax

c) Cụng suất giới hạn đối với cụng suõt tiờu tỏn:

Khi transistor hoạt động cú một điện ỏp nằm ở cực C và cực B, và khong chỉ cú dũng điện IC mà cú cả dũng IB. Do đú ta cú cụng suất tiờu tỏn PV của tansistor là:

PV =UCE + UBE. IB

Vỡ UBE. IB cú giỏ trị rất bộ so với UCE. IC nờn ta cú cụng thức gần đỳng cho cụng suất tiờu tỏn của transistor:

PV = UCE. IC

Cụng suất tiờu tỏn PV này khụng được phộp vượt quỏ cụng suất tiờu tỏn tối đa mà nhà sản xuất cho phộp. Nếu cụng suất tiờu tỏn trờn transistor vượt quỏ cụng suất Ptot thi transistor sẽ bị hỏng.

d) Giỏ trị giới hạn nhiệt độ vựng chắn J

Cụng suất tiờu tỏn tạo ra nhiờtị độ vựng chắn, nhiệt nàylàm tăng nhiệt độ của vựng chắn. Nhiệt độ vựng chắn J này sẽ khụng được phộp vượt quỏ một nhiệt độ nhất định. Vì nếu khụng tinh thể bỏn dẫn cú sự thay đổi lớn và dẫn đến làm hỏng transistor. Nhiệtđộ vựng chắn cho phộp phụ thuộc vào chất bỏn dẫn và cú giỏ trị là:

90oC Đối với transistor Germanium 150oC Đối với transistor Silicium

e, Giỏ trị giới hạn của nhiệt độ mụi trường U

Thay vì cho giỏ trị giới hạn nhiệt độ vựng chắn cực đại, một số nhà sản xuất cho giỏ trị giới hạn nhiệt độ mụi trường cao nhất U. U luụn luụn nhỏ hơn J. Cỏc dữ liệu về phần này cú thể tìm thấy trờn đồ thị hình 16. Nếu transistor được giải nhiệt tốt thì cú thể cho cụng suất đảm bảo ở nhiệt độ mụi trường cao hơn.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 69

Tần số giới hạn là tần số mà hệ số khuếch đại dũng xoay chiốu bị giảm đi 70% so với tần số cơ bản. Chỳng phụ thuộc vào mạch của transistor.

g) Tần số giới cắt

Tần số giới cắt là tần số mà transistor cú độ khuếch đại xoay chiều là 1.

h) Vựng làm việc cho phộp

Cỏc giỏ trị giới hạn hạn chế miền làm việc của một transistor. Trờn miền đặc tớnh ngừ ra của transistor hình 17 ghi cỏc giỏ trị ICmax, UCEO , và Ptot.

Cụng suất tiờu tỏn Ptot cho trờn sơ đồ hình vẽ gọi là đường hyperbol cụng suất tiờu tỏn. Vựng làm việc được giới hạn qua cỏc giỏ trị UCEO, Ptot và Icmax với từng giỏ trị lớn nhất. Điểm làm việc của transistor phải được chọn sao cho luụn năm trong miền làm việc cho phộp.

3.5.2. Cỏc thụng số

a) Hệ số khuếch đại dũng một chiều B

Hệ số khuếch đại dũng một chiều là tỷ số giữa dũng điện colector (Dũng điện cực thu) và dũng điện cực Base (Dũng điện cực nền). Nú được ký hiệu là B.

B = Nếu B>> 1  IE  IC

Hệ số khuếch đại dũng một chiều khụng chỉ phụ thuộc vào độ lớn dũng IE (Cực phỏt) mà cũn phụ thuộc vào nhiệt độ mụi trường.

b) Điện ỏp bóo hũa

B C I I

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 70

Điện ỏp bóo hũa UCesat là điện ỏp giữa cực thu và cực phỏt của quỏ điều khiển với một dũng IC xỏc định. Giới hạn quỏ điều khiển bắt đầu từ điểm uốn của đường đặc tớnh ngừ ra khi dũng điện IC chuyển từ tăng trưởng mạnh sang tăng trưởng nhẹ dần. Điện ỏp