Transistor là gì? Vai trò, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Transistor như thế nào chắc chắn không phải ai cũng biết và nhất là những bạn mới đang muốn tìm hiểu về linh kiện điện tử. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp những thắc mắc trên để giúp bạn hiểu rõ hơn về Transistor nhé!
Transistor là gì ?
Transistor (bóng bán dẫn) là một linh kiện bán dẫn chủ động thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một chìa khóa điện tử. Chúng nằm trong khối đơn vị cơ bản xây dựng của mạch máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Bởi tính nhanh và chính xác, chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng mạch tương tự và kỹ thuật số. Từ những sản phẩm quen thuộc như điện thoại, tivi hay những sản phẩm sử dụng thiết bị khuếch đại âm thanh, chúng ta đều có thể thấy được sự góp mặt của Transistor. Nó đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu trong đời sống.
“Transistor” là từ ghép trong tiếng Anh của “Transfer” và “Resistor”, còn được gọi là Tranzito. Nó có nghĩa là chuyển đổi điện trở. Đây là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, được sử dụng như một bộ khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở.
Về mặt cấu trúc, bóng bán dẫn được tạo thành từ hai lớp chất bán dẫn điện được ghép với nhau. Có hai loại chất bán dẫn điện bao gồm loại p và loại n. Khi ghép một bán dẫn công suất âm giữa hai bán dẫn dương, ta được Transistor loại PNP. Và khi ghép nối một bán dẫn dương giữa hai bán dẫn âm thì chúng ta nhận được một transistor NPN. Do đó, Transistor được chia thành 2 loại là NPN và PNP.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Transistor
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau tạo thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận. Nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. Về cấu tạo Transistor tương đương với hai điốt đấu ngược chiều nhau.
Ba lớp bán dẫn sẽ được nối thành ba cực, lớp giữa gọi là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất không cao.
Hai lớp bán dẫn ngoài cùng được nối với nhau tạo thành một cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn ( N hoặc P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất không giống nhau nên không thể thay thế cho nhau.
Nguyên lý hoạt động của Transistor: Transistor hoạt động bằng cách đặt một điện áp một chiều vào vùng biến (junction). Điện thế này được gọi là điện thế hoạt hóa. Có hai chế độ hoạt động của PNP và NPN là phân cực ngược và phân cực thuận.
Cách xác định chân cho Transistor NPN PNP
Transistor có thể là NPN hoặc PNP, thông tin này có trên vỏ nhựa hoặc kim loại của nó.
Đối với loại vỏ nhựa, transistor sẽ có một mặt phẳng là mặt trước, ở mặt này các chân cắm được sắp xếp theo thứ tự. Để xác định các chân cắm, hãy giữ mặt trước quay về phía bạn và đếm các ghim từ trái sang phải là một, hai, ba.
Trong hầu hết các bóng bán dẫn NPN, sẽ là 1 (Collector), 2 (Base) và 3 (Emitter). Vì vậy, thứ tự các chân sẽ là CBE. Nhưng trong bóng bán dẫn PNP, trình tự sẽ ngược lại với EBC. Bằng cách này, chúng ta có thể xác định các chân C và E của bóng bán dẫn.
Đối với bóng bán dẫn có vỏ bằng kim loại, các chân cắm được sắp xếp theo hình tròn. Bạn nhận thấy vành của nó có một núm nhô ra. Với loại NPN, chốt ở gần núm là Emitter, chốt ở vị trí đối diện là Collector và chốt ở giữa là Base. Ở loại PNP, vị trí chân cắm sẽ bị đảo ngược. Chốt gần núm là Collector.
Nhưng trên đây cũng không phải là cấu hình chân chuẩn. Cách sắp xếp các chân có thể khác nhau ở một số transistor. Tham khảo bảng dưới đây có thể sẽ giúp bạn xác định tốt hơn:
Thyristor là gì ? Phân biệt Transistor với Thyristor
Một thyristor cũng có ba thiết bị đầu cuối giống như một Transistor. Tuy nhiên, một thyristor được làm từ bốn lớp bán dẫn pha tạp chất. Về mặt chức năng, thyristor hoạt động giống như sự kết hợp của hai Transistor.
Về mặt kí hiệu, Thyristor sẽ có kí hiệu khá giống với một diode. Diode thông thường sẽ cho dòng điện đi từ A sang K khi điện áp tại A lớn hơn điện áp tại K. Nhưng đối với Thyristor ngoài việc phải đảm bảo điều kiện trên thì chúng còn cần thêm một điều kiện nữa đó là kích dòng điều khiển vào chân G.
Thyristor cấu tạo gồm 3 cực như sau: Cực dương (A), cực âm (K), cực điều khiển (G), Thyristor đóng vai trò như một khóa điện tử điều khiển điện. Đặc tính của Thyristor chỉ cho phép dẫn từ Anode (A) sang Cathode (K) khi có dòng điện kích thích vào chân G.
Thyristor được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn xen kẽ nhau và được nối với 3 chân như sau:
A: cực dương – cực dương
K: Cathode – cực âm
G: Cổng – cực điều khiển (cực cổng)
Sự khác biệt chính giữa Transistor và thyristor có thể được liệt kê như sau:
- Về số lượng lớp bán dẫn: Transistor có ba lớp bán dẫn, trong khi thyristor có bốn lớp bán dẫn.
- Về công suất: Thyristor có thể truyền một lượng điện năng lớn hơn transistor trong mạch.
- Về việc sử dụng như một bộ khuếch đại: Bóng bán dẫn có thể được sử dụng như thiết bị chuyển mạch hoặc bộ khuếch đại. Còn Thyristor có thể được sử dụng như thiết bị chuyển mạch nhưng không được sử dụng như bộ khuếch đại.
- Về việc duy trì dòng điện:Trong bóng bán dẫn, cần có dòng điện đầu vào không đổi để duy trì dòng điện. Trong thyristor, dòng điện có thể chạy qua một xung, xung này sẽ tiếp tục chạy miễn là nó không giảm xuống dưới giá trị ngưỡng, ngay cả khi không còn dòng điện đầu vào nữa.
Qua đó có thể thấy rằng thyristor có một số ưu điểm hơn so với transistor như:
- Do sự khác biệt trong chế tạo và hoạt động, thyristor có điện áp cao hơn và dòng điện cao hơn.
- Công suất của bóng bán dẫn luôn là W trong khi của thyristor là kW, tức là thyristor có khả năng xử lý công suất tốt hơn.
- Thyristor chỉ cần một xung để dẫn dòng và sau đó dòng điện vẫn chạy. Trong khi bóng bán dẫn phải cần một dòng điện không đổi để giữ cho nó ở trạng thái dẫn điện.
- Công suất tiêu tán bên trong thyristor nhỏ hơn nhiều so với công suất của Transistor. Tuy nhiên, Transistor có điện áp giảm thấp hơn và không cần thiết bị ngắt mạch.
Nhược điểm của Thyristor:
- Thyristor chỉ điều khiển nguồn DC vì nó chỉ có thể điều khiển nguồn DC trong nửa chu kỳ dương của nguồn AC.
- Mỗi chu kỳ, Thyristor phải được bật trong mạch điện xoay chiều.
- Không thể sử dụng ở tần số cao.
- Dòng điện tại cổng không thể là âm.
Có tất cả bao nhiêu loại transistor trên thế giới?
Có nhiều loại Transistor với các chức năng chuyên biệt khác nhau. Tuy nhiên, transistor thường được biết đến với 3 loại: Bipolar Transistor (BJT), Field Effect Transistor (FET, MOSFET) và Point Contact Transistor.
Trong ba loại Transistor nêu trên, Transistor lưỡng cực BJT là phổ biến nhất. Sau đây chúng ta cùng đi vào phân tích từng loại transistor, xem chúng có đặc điểm gì và ưu nhược điểm ra sao, tại sao transistor BJT lại được sử dụng nhiều nhất nhé!
>>> Có thể tham khảo thêm bài viết: Timer là gì? Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động
Point Contact Transistor
Đây là bóng bán dẫn đầu tiên từng được phát minh và nó sử dụng gecmani làm chất bán dẫn cùng với hai dây đồng phốt pho. Xung dòng điện cao được sử dụng để làm nóng chảy dây dẫn và làm cho phốt pho khuếch tán từ dây vào germani. Từ đó tạo thành các vùng loại P xung quanh các điểm. Cấu trúc PNP được hình thành.
Hiện nay chúng ta không còn sử dụng loại transistor này nữa mà thay vào đó là loại BJT và FET.
Transistor lưỡng cực – BJT
Bipolar transistor, thường được gọi là BJT (Bipolar hybrid transistor) là một loại linh kiện bán dẫn có ba cực: B (base – đế), C (collector – cực thu), E (emitter – cực phát). Đây là một linh kiện điện tử có vai trò vô cùng quan trọng và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện tử. BJT đã được phát minh vào năm 1948. Transistor lưỡng cực được chia thành 2 loại. N-P-N (Phân cực ngược) và P-N-P (phân cực thuận).
Ưu điểm
- Có hệ số khuếch đại cao hơn rất nhiều so với FET
- Tần số làm việc cũng cao hơn
Nhược điểm
- Gây ra tiếng ồn nhiều hơn so với FET
- Tốc độ đóng cắt sẽ không nhanh bằng FET
Transistor hiệu ứng trường – FET, MOSFET
Transistor hiệu ứng trường, còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường, bóng bán dẫn trường, viết tắt là FETs.
Có hai loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường chính:
- Transistor trường điều khiển bằng tiếp điểm P-N (JPET): gồm N-JFET, P-JFET. Là loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường đơn giản nhất. Không giống như bóng bán dẫn lưỡng cực, JFET sử dụng điện áp đặt vào cực Gate để điều khiển dòng điện chạy qua các cực Gate và cực Source. Do đó dòng điện đầu ra sẽ tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào. Loại JFET này được sử dụng rộng rãi trong các mạch khuếch đại, công tắc điện tử.
- Transistor có cửa cách điện (MOSFET): gồm N-Mosfet, P-Mosfet, Hexfet và Coolmos. Là một thiết bị bán dẫn bốn cực được chế tạo bằng quá trình oxy hóa silicon có kiểm soát. MOSFET có nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng trường để tạo ra dòng điện. Đây là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn và thích hợp để khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu. MOSFET có khả năng đóng cắt nhanh chóng các dòng điện cũng như điện áp lớn nên được sử dụng rộng rãi trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Chúng ta có thể bắt gặp MOSFET trong những mạch điều khiển điện áp cao và các nguồn xung.
Trong các loại kể trên, có hai loại thường được sử dụng trong các thiết bị là N-Mosfet và P-Mosfet.
Ưu điểm:
- FET có trở kháng đầu vào rất cao.
- Nhiễu trong FET nhỏ hơn nhiều so với trong transistor lưỡng cực.
- FET ngắt tốt do không bù điện áp ở dòng ID = 0
- Độ bền nhiệt cao
- Tần suất làm việc cao.
Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của FETs là hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với BJT.
Như vậy là chúng tôi vừa giới thiệu đến các bạn khái niệm Transistor là gì? Hi vọng với những chia sẻ này sẽ giúp các bạn mới tìm hiểu về linh kiện điện tử sẽ biết thêm về một loại linh kiện thường dùng như Transistor nhé!
Bài viết liên quan