Transistor là gì? Cấu tạo, nguyên lý, cách đo và kiểm tra CHUẨN

Transistor là gì?

Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, được sử dụng như 1 phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử. Transistor là tên gọi được đặt bởi nhà khoa học John R. Pierce vào năm 1948, nó chính là viết kết hợp của 2 từ “Transfer” – Chuyển đổi và “Resistor” – Cản trở.

Linh kiện điện này có chức năng khuếch đại bằng cách chuyển đổi điện trở hay dễ hiểu hơn nó dùng tín hiệu nhỏ đặt ở 1 chân và điều khiển tín hiệu lớn hơn tại chân còn lại hoặc dùng để đóng ngắt tín hiệu khi đi qua.

Cấu tạo transistor

Thông quá khái niệm transistor là gì chắc chắn bạn vẫn còn hiểu khá mơ hồ, trong phần nội dung này hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông tin chi tiết về cấu tạo của linh kiện nhé!

Transistor được cấu tạo bởi 3 lớp bán dẫn ghép với nhau sao cho 2 miếng tiếp giáp P-N ngược chiều nhau, nó giống như 2 diode (cho phép dòng điện đi theo một chiều) nối ngược chiều nhau. Transistor được chia thành 2 loại, bao gồm:

• NPN: Là 2 diode chung nhau vùng bán dẫn loại P, được gọi là transistor loại nghịch (NPN)
• PNP: Là 2 diode chung nhau vùng bán dẫn loại N, được gọi là transistor loại thuận (PNP)

Cấu tạo transistor

Tại 3 vùng bán dẫn nối ra 3 chân được gọi là 3 cực, cụ thể:

• Cực gốc Base: Là chân giữa của transistor có đặc điểm nhẹ, mỏng, nồng độ tạp chất rất ít nên ít có hạt mang điện. Cực gốc này tạo thành 2 mạch với: mạch đầu vào với cực phát – có kháng trở thấp; mạch đầu ra với cực thu – kháng trở cao.
• Cực phát Emitter: Là vùng rộng có nồng độ tạp chất cao với lượng điện tích lớn. Cực phát nối với cực gốc để cung cấp các phần tử mang điện tích cho cực gốc. Phần đoạn nối giữa cực phát và cực gốc cung cấp lượng lớn phần tử mang điện tích vào cực gốc.
• Cực thu Collector: Có kích thước lớn hơn 2 cực còn lại, tại đây thu các phần tử mang điện được truyền bởi cực phát.

Lưu ý: Các vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hoặc P) không thể hoán vị trí cho nhau bởi kích thước và nồng độ tạp chất của chúng hoàn toàn khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của Transistor

Transistor có nguyên lý hoạt như sau, áp dụng cho cả loại PNP và NPN:

• Cho nguồn điện 1 chiều UCE vào cực phát và cực thu, nguồn dương vào cực C, nguồn âm vào cực E
• Nguồn 1 chiều đi UBE đi qua công tắc, trở hạn cực dương vào chân B, cực âm vào chân E
• Khi công tắc mở, cực C và E đều được cấp điện nhưng dòng IC = 0
• Khi đóng công tắc, xuất hiện dòng điện trong mối P-N đi từ cực dương nguồn UBE qua công tắc, đi qua R và nối BE và trở về cực âm thành dòng IB
• Xuất hiện dòng IB làm dòng IC chạy qua CE làm bóng đèn sáng mạnh gấp nhiều lần so với dòng IB.
• Khi đó dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào IB: IC = õ.IB với IB, IC lần lượt là dòng chạy qua mối CE, BE; õ là hệ số khuếch đại của transistor.

Nguyên lý hoạt động của Transistor

Ký hiệu và hình dạng của transistor

Để giúp bạn nhận diện loại linh kiện này dễ hơn trong thực tế cũng như trên mạch điện, tìm hiểu ngay về ký hiệu và hình dạng transistor trong phần nội cung dưới đây!

Ký hiệu

Dựa vào loại transistor thuận (PNP) và transistor nghịch (NPN), người ta ký hiệu chúng cụ thể như sau:

Ký hiệu của transistor

Trong đó mũi tên ký hiệu chỉ hướng của dòng điện từ cực phát tới chỗ nối của cực gốc và cực phát. Ký hiệu PNP và NPN khác nhau duy nhất về chiều dòng điện.

Hình dáng

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại transistor được ra đời với các hình dạng khác nhau, thương dễ bắt gặp nhất là các dòng của Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc.

• Transistor Nhật Bản: Có ký hiệu bắt đầu là A, B, C, D như A564, B733, C828, D1555. Trong đó:
• Loại A và B biểu thị transistor thuận PNP với công suất nhỏ và tần số làm việc lớn
• Loại C và D là transistor nghịch NPN với công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn.
• Transistor Mỹ: Được kí hiệu 2N… như 2N3055, 2N4073,…
• Transistor Trung Quốc: Ký hiệu số 3 ở đầu tiếp đó là 2 chữ cái
• Chữ cái đầu cho biết loại bóng: A hoặc B là bóng thuận, C hoặc D là bóng ngược
• Chữ cái thứ 2 cho biết đặc điểm: X hoặc bên là bóng âm tần, A hoặc G là bóng cao tần
• Các chữ số tiếp sau chỉ thứ tự sản phẩm, ví dụ: 3CP25, 3AP20,…

Hình dạng của transistor

Các thông số của transistor cần biết

Một linh kiện bán dẫn transistor sẽ có các thông số cụ thể như sau bạn cần nắm được khi chọn mua cũng như sử dụng thiết bị:

• Dòng điện cực đại: Là dòng điện giới hạn của linh kiện, nếu vượt qua giới hạn cho phép sẽ gây hỏng thiết bị.
• Điện áp cực đại: Đây là điện áp giới hạn đặt vào cực CE, nếu vượt quá hợp hạn này sẽ transistor sẽ bị đánh thủng.
• Tần số cắt: Là tần số giới hạn để transistor hoạt động bình thường, nếu tần số vượt quá sẽ làm giảm độ hiệu quả khi khuếch đại.
• Hệ số khuếch đại: Là tỉ số biến đổi của dòng ICE so với dòng IBE
• Công suất cực đại: Transistor vận hành sẽ tiêu tán công suất P = UCE . ICE, nếu công suất này vượt cao hơn công suất cực đại thì sẽ làm linh kiện bị hỏng.

Cách đo và kiểm tra chân transistor

Như đã nói ở trên transistor là linh kiện có 3 cực tương ứng với 3 chân khác nhau, người dùng cần xác định chính xác của các chân này đảm bảo lắp đặt và sử dụng hiệu quả, an toàn. AME Group sẽ hướng dẫn bạn cách xác định chân của transistor bằng đồng hồ vạn năng VOM như sau:

• Xác định chân B: Thực hiện đo ở 2 chân bất kỳ 1 cách lần lượt, nếu có 2 phép đo khiến kim đồng hồ dịch chuyển thì chân chung cho 2 phép đo đó là chân B.
• Xác định transistor thuận, nghịch: Đã xác định được chân B, ta quan sát que đo nối với chân B thông qua màu sắc: chân nối với B màu đỏ thì là PNP và màu đen thì đó là NPN.
• Xác định chân C và E: Chuyển đồng hồ vạn năng về thang đo x100.
• Nếu PNP: Giả sử 1 chân là C và chân còn lại là E, khi đó đưa que đen tới chân C và que đỏ tới chân E cùng với đó chạm chân B đã được xác định vào que đen. Nếu kim đồng hồ dịch chuyển nhiều hơn so với cách giả thiết chân ngược thì giả thiết ban đầu đúng, ta xác định được cực C, E tương ứng, nếu không đúng theo giả thiết thì cực C, E đổi ngược lại theo giả thiết.
• Nếu NPN: Thực hiện tương tự như đối với PNP tuy nhiên đảo ngược màu cực với đỏ tới chân C và que đen tới chân E.

Cách đo và kiểm tra chân transistor

Ưu điểm và nhược điểm transistor

Transistor là linh kiện được sử dụng trong đời sống, sẽ có những ưu điểm và nhược điểm riêng, quý vị cần nắm được khi vận hành và sử dụng thiết bị

Về ưu điểm

• Có độ bền cực tốt, tuổi thọ cao lên đến hơn 50 năm với hiệu suất giảm dần theo thời gian.
• Ít bị sốc, chịu các tác dụng lực tốt, hạn chế vỡ khi rơi hoặc va chạm
• Hiệu suất làm việc của linh kiện cao, tiêu hao ít năng lượng
• Kích thước có thể được tối ưu lên đến mức nanomet, tích hợp trong các IC hay vi mạch
• Giảm điện năng tiêu thụ, không có độ trễ khi chờ đèn hoạt động, không có chất độc ở cathode nhờ không có bộ phận làm nóng cathode
• Hoạt động được với mức điện áp thấp, ngay cả pin tiểu
• Thiết kế linh động, kích thước và trọng lượng khá nhỏ gọn, giảm kích cỡ cho sản phẩm khi hoàn thiện.

Về nhược điểm

• Hiệu quả giảm khi hoạt động ở công suất lớn và tần số cao
• Xuất hiện nhiễu và sóng hài, âm thanh không được “sạch” khi nghe nhạc.
• Nhạy cảm với các tia bức xạ và tia vũ trụ, cần phải sử dụng kèm với chip bức xạ nhất là sử dụng trong các thiết bị cho tàu vũ trụ.
• Do làm từ chất bán dẫn nên nguy cơ “chết” do sốc điện hoặc sốc nhiệt khá cao
• Hiệu suất làm việc giảm dần theo thời gian sử dụng.

Ứng dụng Transistor

Transistor hiện được sử dụng với 2 mục đích chính đó là khuếch đại và làm khóa điện tử. Cụ thể ứng dụng của loại linh kiện này như sau:

• Sử dụng để khuếch đại: Sử dụng để khuếch đại dòng điện, khuếch đại điện áp cụ thể transistor sử dụng trong bộ khuếch đại âm thanh, hình ảnh và xử lý tín hiệu cho radio, điện thoại, tivi,…Hiện nay linh kiện bán dẫn này được thiết kế với mức công suất lớn đến hàng trăm W, tối ưu về giá thành cho khách hàng dễ dàng lựa chọn được sản phẩm phù hợp nhất.
• Sử dụng làm công tắc: Transistor được ứng dụng trong các mạch số khóa điện tử có trạng thái bật/tắt. Nó được dùng để chuyển chế độ mạch nguồn điện trong ứng dụng năng lượng cao hoặc ứng dụng năng lượng thấp với cổng logic số.

Ứng dụng Transistor

Tóm lại, trên đây là giải đáp chi tiết transistor là gì, cấu tạo, nguyên lý và hướng dẫn cách kiểm tra loại linh kiện này. Đây là thiết bị quan trọng không đời sống, sử dụng trong mạch điện và các thiết bị khác nhau, mang đến hiệu quả khuếch tán tốt, làm khóa điện tử. Hãy tiếp tục theo dõi và ủng hộ AME Group trong các bài viết tiếp theo để có được nhiều thông tin hữu ích nhất nhé!