Buzz
| Transistor | |
|---|---|
Một số transistor | |
| Loại | Chủ động |
| Phát minh | John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley, 1947 |
| Chân | 3 cực C-B-E, D-G-S, hoặc hơn |
| Ký hiệu điện | |
| Transistor BJT, JFET và MOS | |
Bóng bán dẫn là một loại thiết bị bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một công tắc điện tử.
Bóng bán dẫn nằm trong đơn vị cơ bản của các mạch điện tử trong máy tính và các thiết bị điện tử hiện đại khác. Với khả năng phản ứng nhanh và chính xác, bóng bán dẫn được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng khuếch đại, chuyển mạch, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu và tạo dao động. Bóng bán dẫn cũng thường được tích hợp thành mạch tích hợp (IC), có thể tích hợp lên đến một tỷ bóng bán dẫn trên một diện tích nhỏ.
Tương tự như diode, bóng bán dẫn được tạo thành từ hai chất bán dẫn. Khi kết hợp một bán dẫn dương nằm giữa hai bán dẫn âm, ta có một bóng bán dẫn PNP. Khi kết hợp một bán dẫn âm nằm giữa hai bán dẫn dương, ta có một bóng bán dẫn NPN.
Tên gọi 'bóng bán dẫn' là sự kết hợp trong tiếng Anh của 'Transfer' (chuyển đổi) và 'resistor' (điện trở), được John R. Pierce đặt vào năm 1948 khi công nghệ này được phát triển. Tên gọi này nhấn mạnh vai trò của bóng bán dẫn trong việc khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở, khác với khuếch đại dòng điện qua đèn điện tử, một công nghệ phổ biến vào thời điểm đó.
Phân loại
- NPN
- PNP
Phân biệt giữa các loại transistor PNP và NPN trong thực tế. Transistor Nhật Bản: thường có ký hiệu là A..., B..., C..., D... Ví dụ như A564, B733, C828, D1555, trong đó transistor với ký hiệu A và B là transistor PNP, còn transistor với ký hiệu C và D là transistor NPN. Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số hoạt động cao, trong khi các transistor B và D thường có công suất lớn và tần số hoạt động thấp hơn.
Transistor sản xuất theo công nghệ của Mỹ thường có ký hiệu là 2N..., ví dụ như 2N3055, 2N3904 vv...
Transistor được sản xuất tại Trung Quốc: Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái. Chữ cái đầu tiên cho biết loại transistor: Chữ A và B là transistor thuận, chữ C và D là transistor ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là transistor âm tần, A và G là transistor cao tần. Các số sau chỉ định thứ tự sản phẩm. Ví dụ: 3CP25, 3AP20 vv..
Ứng Dụng
Sự hữu ích thiết yếu của transistor bắt nguồn từ khả năng sử dụng một tín hiệu nhỏ ở một cực của nó để điều khiển một tín hiệu lớn hơn ở các cực khác. Tính chất này được gọi là Gain. Nó có thể tăng mạnh tín hiệu đầu ra, điện áp hoặc dòng điện, tỷ lệ với tín hiệu đầu vào; Cụ thể là, nó có thể hoạt động như một bộ khuếch đại. Ngoài ra, transistor còn có thể được sử dụng để bật hoặc tắt dòng điện trong một mạch như một khóa điện tử.
Có hai loại transistor với sự khác biệt nhỏ trong cách chúng được sử dụng trong mạch điện. Transistor lưỡng cực (BJT) có các chân Base (cực nền), Collector (cực thu) và Emitter (cực phát). Một dòng điện nhỏ được đặt vào cực Base (với transistor NPN, dòng điện đi qua cực B và cực E) có thể điều khiển hoặc chuyển đổi một dòng điện lớn giữa cực Emitter và cực Collector. Đối với transistor hiệu ứng trường (FET), các chân kết nối có tên là Gate (cực cửa hay cực cổng), Source (cực nguồn) và Drain (cực máng hay cực cống). Nếu điện áp được đặt vào cực Gate có thể điều khiển dòng điện giữa cực Source và cực Drain.
Hình ảnh minh họa một mạch điện sử dụng transistor lưỡng cực NPN. Dòng điện sẽ chuyển đổi giữa các cực Emitter và Collector, phụ thuộc vào dòng điện đặt vào ở cực Base. Vì kết nối giữa base và emitter hoạt động tương tự như cách kết nối 2 diode, nên Vout luôn phụ thuộc vào Vin.
Transistor dùng làm công tắc điện tử
Các transistor thường được áp dụng trong các mạch số như các khóa điện tử có thể ở trạng thái 'bật' hoặc 'tắt', phục vụ cho cả các ứng dụng năng lượng cao như chế độ chuyển mạch nguồn điện và cho các ứng dụng năng lượng thấp như các cổng logic số. Các thông số quan trọng cho ứng dụng này bao gồm chuyển mạch dòng điện, xử lý điện áp và tốc độ chuyển đổi, được đặc trưng bởi thời gian của sườn lên và sườn xuống.
Transistor được sử dụng để khuếch đại
Mạch khuếch đại chung emitter hay cùng phát được thiết kế như hình bên. Khi có sự thay đổi tín hiệu điện áp ở cực , làm thay đổi cường độ dòng điện đi qua cực B; Với đặc tính khuếch đại dòng điện của transistor, chỉ cần dao động nhỏ ở cực , transistor sẽ khuếch đại sự thay đổi đó và xuất tín hiệu ra ở cực C hay .
Mỗi transistor có thể có nhiều cách kết nối khác nhau, phù hợp với chức năng sử dụng như khuếch đại dòng, khuếch đại điện áp hoặc cả hai.
Từ đài phát thanh, điện thoại di động đến TV, hầu hết các sản phẩm đều có bộ khuếch đại âm thanh, hình ảnh, truyền dẫn vô tuyến và xử lý tín hiệu. Bộ khuếch đại âm thanh tín hiệu rời rạc ban đầu chỉ cung cấp vài trăm miliwatts, nhưng công suất âm thanh dần dần gia tăng với chất lượng và cấu trúc transistor ngày càng được cải tiến.
Ngày nay, transistor bán dẫn có công suất lên đến vài trăm watt và giá thành cũng rẻ hơn so với trước.
Cơ chế hoạt động
- Transistor hoạt động nhờ vào việc áp dụng một điện thế một chiều vào vùng biên (junction). Điện thế này được gọi là điện thế kích hoạt (bias voltage)
- Mỗi vùng trong transistor hoạt động như một diode. Với mỗi transistor có hai vùng và có thể được kích hoạt với một điện thế thuận hoặc nghịch. Có tổng cộng bốn chế độ (mode) hoạt động cho cả hai Transistor PNP và NPN.
| Cách thức hoạt động (Operating Mode) | EBJ | CBJ |
|---|---|---|
| Phân cực nghịch Cut-Off | Nghịch (Reverse) | Nghịch (Reverse) |
| Phân cực thuận nghịch Active | Thuận (Forward) | Nghịch (Reverse) |
| Phân cực thuận Saturation | Thuận (Forward | Thuận (Forward) |
| Phân cực nghịch thuận Reverse-Active | Nghịch (Reverse) | Thuận (Forward) |
- Chế độ hoạt động chủ yếu (The Active mode) được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện thuận
- Chế độ hoạt động nghịch thuận (Reverse-Active) được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện nghịch
- Các chế độ (The Cut-Off) và (Saturation) được sử dụng như công tắc (switch) và biểu thị trạng thái 1,0 trong hệ số.
So sánh với ống điện tử chân không
Trước khi transistor được phát minh, ống điện tử chân không là thành phần chính để khuếch đại tín hiệu
Ưu điểm của transistor
Với những ưu điểm sau đây, transistor đã từ từ thay thế đèn điện tử trong hầu hết các ứng dụng:
- Không có phần cathode làm nóng, giảm tiêu thụ điện năng, loại bỏ độ trễ khi chờ đèn khởi động, không chứa chất độc ở cathode.
- Kích thước nhỏ gọn và nhẹ giúp giảm kích thước sản phẩm.
- Transistor có thể thu nhỏ xuống cỡ nano mét và được tích hợp trong IC và các vi mạch.
- Hoạt động ở mức điện áp thấp có thể sử dụng với pin nhỏ.
- Hiệu suất cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng ít tiêu thụ năng lượng.
- Độ tin cậy và tuổi thọ cao, transistor có thể hoạt động hơn 50 năm, không giống như đèn chân không có hiệu suất giảm dần theo thời gian.
- Linh kiện bán dẫn được thiết kế linh hoạt và nhỏ gọn.
- Ít bị sốc, vỡ khi rơi hoặc va chạm.
Nhược điểm
- Transistor có thể trở nên 'già' và hoạt động kém đi theo thời gian.
- Khi hoạt động ở công suất lớn và tần số cao, đèn chân không thường tốt hơn transistor bán dẫn.
- Do transistor làm từ vật liệu bán dẫn, chúng dễ bị hỏng do sốc điện và nhiệt.
- Transistor nhạy cảm với tia bức xạ và tia vũ trụ (phải sử dụng cùng với chip bảo vệ đặc biệt cho các thiết bị vũ trụ).
- Đèn chân không khi khuếch đại tạo ra rất ít nhiễu và sóng hài, mang đến âm thanh 'sạch' mà nhiều người chơi âm thanh ưa chuộng.
