Mở đầu
Transistor được phiín đm từ tiếng Anh Transfer Resistor có nghĩa lă điện trở truyền đạt, do 3 nhă khoa học người Mỹ John Bardeen (1908 - 1991), William Bradford Shockley (1910 - 1989) vă Walter Houser Brattain (1902 - 1987) của hêng Bell Hoa kỳ phât minh văo năm 1948. Đđy lă một phât minh rất quan trọng, lăm thay đổi rất đâng kể cuộc sống của nhđn loại nín ba nhă khoa học trín nhận giải Nobel vật lý năm 1956 cho viíc phât minh ra nó. Phât minh ra transistor được gọi lă cuộc câch mạng thứ hai của kỷ thuật điện tử. Nhờ nó ta có thể giảm nhỏ kích cở, giảm cơng suất, điện âp, dòng điện cung cấp, tăng độ bền, độ tin cậy cho cho thiết bị điện tử. Có thể nói mă khơng cường điệu lă bất cứ một thiết bị điện tử năo cũng có hiện diện rất tích cực của transistor.
Mục tiíu của chương
Mục tiíu của chương năy lă tạo điều kiện cho sinh viín:
-Nắm được những khâi niệm cơ bản về cấu tạo, hình dạng vă ứng dụng của transistor.
- Hiểu được nguyín lý hoạt động của transistor lưỡng cực BJT.
- Nắm vững ba câch mắc cơ bản, tính chất vă ứng dụng của từng câch mắc trong kỹ thuật điện tử.
Sau khi học xong chương năy, sinh viín có khả năng:
-Phđn tích được hoạt động của BJT, câch phđn cực vă ổn định nhiệt độ cho BJT.
-Phđn tích được câc họ đặc tuyến tĩnh vă động của BJT.
1.Cấu tạo ký hiệu
Transistor lưỡng cực (BJT) lă một dụng cụ bân dẫn được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, dùng trong kỹ thuật tương tự. Hoặc lăm thănh một công tắc điện tử (transistor swich), dùng trong kỹ thuật số.
BJT được tạo bởi hai lớp chuyển tiếp PN ghĩp liín tiếp nhau trín cùng một phiến đơn tinh thể (Hình 4.1). Như thế, về mặt cấu tạo, transistor lưỡng cực gồm câc miền bân dẫn P vă N xếp xen kẽ. Tùy theo thứ tự sắp xếp ta có hai loại transistor NPN (Hình 4.1a) vă PNP (Hình 4.1b).
63 Hình 4.1ab: Cấu tạo transistor
Transsistor NPN ký hiệu như hình 4.2a, PNP ký hiệu như hình 4.2b
Hình 4.2 ab: Ký hiệu Transistor
Vùng giữa của lă vùng cực gốc B (Base) lă nơi nhận tín hiệu văo để khuếch đại nín cịn gọi lă cực khiển (điều khiển), nó điều khiển số lượng câc hạt dẫn điện cơ bản từ E về C. Vùng phải của B lă vùng cực phât E (Emitter) lă nơi xuất phât câc hạt dẫn điện cơ bản. Vùng còn lại lă vùng cực thu C (Collector) lă nơi thu nhận câc hạt dẫn điện từ cực phât di chuyển đến.
Vùng cực gốc rất hẹp chỉ cỡ văi chục μm vă tinh khiết hơn hai vùng còn lại. Nồng độ động tử cơ bản trong vùng cực E lă lớn nhất vă vùng cực B lă bĩ nhất.
Transistor ta đang nghiín cứu gọi lă transistor lưỡng cực BJT (Bipolar Junction Transistor) vì dịng điện trong BJT do cả hai loại hạt tải điện lă điện tử
vă lỗ trống tạo nín. BJT có câc hình dạng khâc nhau được mơ tả trong hình 4.3.
64 Mỗi quốc gia sản xuất có một quy dịnh đặt tín riíng cho transistor. Transistor do Mỹ sản xuất bắt đầu bằng 2N sau đó lă câc con số. Ví dụ 2N3055, 2N4073... Transistor của Nhật bắt đầu bằng 2SA, 2SB, 2SC, 2SD sau đó lă câc con số chỉ thứ tự sản phẩm. Quy ước 2SA vă 2SB lă transistor PNP, 2SC vă 2SD lă transistor NPN. Ví dụ 2SA175, 2SB788, 2SC828, 2SD136... Transistor 2SA vă 2SC thường có cơng suất nhỏ nhưng tần số lăm việc cao, transistor 2SB vă 2SD thường có cơng suất lớn vă tần số lăm việc thấp. Đôi khi câc nhă sản xuất Nhật bản chỉ ghi một chữ A,B,C vă D mă thôi như C1061, C828... Transistor do Trung quốc sản xuất bắt đầu bằng số 3, tiếp theo lă hai chữ câi sau đó lă câc con số chỉ thứ tự sản phẩm. Chữ câi thứ nhất cho biết loại với quy ước chữ A vă B lă transistor PNP, chữ C vă D lă transistor NPN. Chữ câi thứ hai cho biết đặc điểm, với quy ước chữ X vă P lă transistor đm tần, A vă G lă transistor cao tần. Câc chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm. Thí dụ : 3CP320 , 3AP120 ...
2.Nguyín lý hoạt động
Xĩt một transistor loại PNP (NPN thì ngược lại). Khi chưa có điện âp đặt văo, sự phđn bố điện thế trong 3 vùng E B C như hình 4.4a. Chiều cao của hăng răo điện thế ở cả hai lớp tiếp xúc S1 vă S2 đều lă Utx.
Hình 4.4ab: Phđn cực cho Transistor
Để transistor hoạt động, ta phải phđn cực thuận tiếp giâp BE (tiếp giâp S1) bằng bộ nguồn E1, phđn cực nghịch cho tiếp giâp BC (tiếp giâp S2) bằng bộ
65 S1 phđn cực thuận nín hăng răo thế tại S1 hạ thấp xuống, hăng răo thế tại S2 tăng lín. Vì phđn cực thuận nín nhiều lỗ trống từ cực E được phun văo vùng B loại N tạo thănh dòng khuếch tân Iep. Đồng thời điện tử từ vùng B sang vùng E tạo thănh dòng khuếch tân Ien. Do nồng độ tạp chất vùng E lớn hơn rất nhiều lần nồng độ tạp chất trong vùng B cho nín Iep >> Ien.
Vì vậy dịng Emitter: Ie = Iep + Ien = Iep
Sang vùng B lỗ lă những điện tích khơng cơ bản.
Hiện tượng năy gọi lă sự tiím (injection) điện tích khơng cơ bản cho vùng B. Ở B lỗ sẽ tiếp tục khuếch tân sang S2. Do độ dăy của B rất bĩ vă thời gian sống của lỗ khâ lớn (khoảng 10-5μs ÷ 10-7μs) nín phần lớn lỗ chưa kịp tâi hợp thì đê đi đến tiếp giâp S2. Tại đđy lỗ gặp điện trường gia tốc nín chúng dễ dăng vượt qua vùng C tạo nín dịng điện colector Ic, một phần ít lỗ tâi hợp với điện tử ở vùng B, những điện tử ở mạch ngoăi lại đi văo B tạo nín dịng điện cực B Ib.
Ic luôn luôn bĩ hơn Ie. Ngoăi dịng Ic, cịn có dịng điện tạo nín bởi câc phần tử không cơ bản của bản thđn hai cực B vă C. Dòng năy gọi lă dòng điện ngược hay còn gọi lă dòng điện rò
0
c
I . Trị số của dòng điện ngược tăng nhanh theo nhiệt độ, lăm cho mạch khuếch đại dùng transistor hoạt động khơng ổn định, cần phải có câc giải phâp kỹ thuật để chế ngự.
Với sự phđn tích như trín ta thấy: dịng điện IE chạy trong dđy dẫn nối với cực E:
IE = Ic + Ib (4.1)
Dòng điện IB chạy trong dđy dẫn nối với cực B: IB = Ib - I (4.2) c0
Dòng điện IC chạy trong dđy dẫn nối với cực C: IC = Ic + 0 c I (4.3) Từ 3 đẳng thức trín ta có: IC = IE - IB (4.4)
Gọi hệ số khuếch đại dòng điện của transistor lă: E C I I α= Thay IC = αIE văo (4.4) ta có:
66 B B C B E βI I α 1 1 I I α 1 1 I = − = − =
Như trín ta đê biết, hiện nay người ta không dùng Germani mă chỉ dùng Silic để chế tạo câc dụng cụ bân dẫn nói chung vă transistor nói riíng, vì ở nhiệt độ phịng dịng
0
c
I của Silic nhỏ hơn dịng
0
c
I của Germani. Silic có dịng
0
c I cỡ văi phần chục đến văi phần trăm μA, loại Germani có dịng
0
c
I từ văi μA đến văi chục μA. Do đó khi hoạt động transistor Silic ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ hơn transistor germani.