1. Cấu tạo, phân loại
Transistor là linh kiện bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn tiếp giáp nhau hình thành hai mối nối P-N. Tùy theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn ngƣời ta chế tạo hai loại transistor là transistor PNP (transistor thuận) và transistor NPN (transistor ngƣợc). Về phƣơng diện cấu tạo Transistor tƣơng đƣơng với hai Diode đấu ngƣợc chiều nhau.
Cấu tạo Transistor
Ba lớp bán dẫn đƣợc nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và cĩ nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngồi đƣợc nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E và cực thu (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C cĩ cùng loại bán dẫn nhƣng cĩ kích thƣớc và nồng độ tạp chất khác nhau nên khơng hốn vị cho nhau đƣợc.
Để phân biệt với các loại transistor khác, loại transistor PNP và NPN cịn đƣợc gọi là transistor lƣỡng nối, viết tắt là BJT (Bipolar Junction Transistor)
2. Nguyên lý hoạt động
a. Transistor loại NPN Thí nghiệm 1:
Cực E nối vào cực âm, cực C nối vào cực dƣơng của nguồn DC, cực B để hở Trƣờng hợp này điện tử trong vùng bán dẫn N của cực E và C, do tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị chuyển theo hƣớng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nên electron từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ khơng thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên khơng cĩ hiện tƣợng tái hợp giữa electron và lỗ trống và do đĩ khơng cĩ dịng điện qua transistor
N N B E C P Thí nghiệm 2:
Mạch thí nghiệm giống nhƣ mạch thí nghiệm 1 nhƣng nối cực B vào một điện áp dƣơng sao cho:
VB > VE và VB < VC
Trƣờng hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực B và E giống nhƣ một diot đƣợc phân cực thuận nên dẫn điện, electron từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ sang vùng bán dẫn P của cực B để tái hợp với lỗ trống. Khi đĩ vùng bán dẫn P của cực B nhận thêm electron nên cĩ điện tích âm. Cực B nối vào điện áp dƣơng của nguồn nên sẽ hút một số electron trong vùng bán dẫn P xuống tạo thành dịng điện IB. Cực C nối vào điện áp dƣơng cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng bán dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dịng điện IC. Cực E nối vào nguồn điện áp âm nên khi vùng bán dẫn N bị mất electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm lên thế chỗ tạo thành dịng điện IE. Hình mũi tên trong transisto chỉ chiều dịng electron di chuyển, dịng điện qui ƣớc chạy ngƣợc chiều dịng electron nên dịng điện IB và IC đi từ ngồi vào transisto, dịng điện IE đi từ trong transisto ra.
Số lƣợng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dịng điện IB và IC đều chạy sang cực E.
Ta cĩ: IE = IB + IC N N B E C P IE IC IB
b. Transistor loại PNP Thí nghiệm 1:
Đối với transistor PNP thì điện áp nối vào các chân ngƣợc lại với transistor NPN. Hạt tải di chuyển trong transisto NPN là electron xuất phát từ cực E trong khi đối với transisto PNP thì hạt tải di chuyển là lỗ trống xuất phát từ E Transistor PNP cĩ cực E nối vào cực dƣơng, cực C nối vào cực âm của nguồn DC, cực B để hở
Trƣờng hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và C, do tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ bị di chuyển theo hƣớng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ khơng thể sang vùng bán dẫn N của cực B nên khơng cĩ hiện tƣợng tái hợp giữa lỗ trống và electron và do đĩ khơng cĩ dịng điện qua transistor.
P P B E C N Thí nghiệm 2
Mạch thí nghiệm giống nhƣ thí nghiệm 1 nhƣng nối cực B vào một điện áp âm sao cho:
VB < VE và VB > VC
Trƣờng hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực E và B giống nhƣ một diot đƣợc phân cực thuận nên dẫn điện, lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với electron. Khi vùng bán dẫn N của cực B cĩ thêm lỗ trống nên cĩ điện tích dƣơng. Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống trong vùng bán dẫn N xuống tạo thành dịng điện IB. Cực C nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C tạo thành dịng điện IC. Cực E nối vào nguồn điện áp dƣơng nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dƣơng lên thế chỗ tạo thành dịng điện IE.
Hình mũi tên trong transistor chỉ chiều lỗ trống di chuyển, dịng lỗ trống chạy ngƣợc chiều dịng electron nên dịng lỗ trống cĩ chiều cùng chiều với
dịng điện qui ƣớc, dịng điện IB và IC đi từ trong transisto đi ra, dịng điện IE đi từ ngồi vào transistor.
Số lƣợng lỗ trống bị hút từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nên dịng điện IB và IC đều từ cực E chạy qua.
Ta cĩ: IE = IB + IC P P B N IE IC IB C B E 3. Ký hiệu IC IE IB B C E IC IE IB B C E Loại PNP Loại NPN