Trường THPT số I Bố trạch
Tổ: Vật lý – Kỹ thuật CHUYÊN ĐỀ THÁNG 09/ 2008
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG KHUẾCH ĐẠI CỦA
TRANSISTOR
Transistor là loại linh kiện bán dẫn ba cực. Nó có khả năng khuếch đại tín hiệu hoặc hoạt động
như một khoá đóng mở, rất thông dụng trong ngành điện tử. Nó sử dụng cả hai loại hạt dẫn: điện tử
và lỗ trống.
Nhắc lại cấu tạo của transistor hai cực tính (Bipolar Junction Transistor – gọi tắt là BJT).
BJT được cấu tạo bởi ba lớp bán dẫn tiếp xúc nhau tạo
nên, trong đó lớp ở giữa có bề dày rất bé (cỡ 10-3 mm) và khác
kiểu dẫn điện với hai lớp bên cạnh.
Nồng độ tạp chất của ba lớp bán dẫn cũng không giống
nhau. Lớp có nồng độ tạp chất cao nhất (nghĩa là nồng độ hạt
dẫn đa số của nó lớn nhất_kí hiệu là N+ hoặc P+) gọi là miền
phát (hay miền emitter-viết tắt E); lớp đối diện có nồng độ
thấp hơn (kí hiệu là N hoặc P) gọi là miền thu (hay miền
collector-viết tắt C); lớp giữa có nồng độ tạp chất rất thấp
(khác kiểu dẫn điện với hai lớp kia) gọi là miền nền (hay miền
base-viết tắt B).
Chuyển tiếp giữa mối ghép B-E gọi là JE, chuyển tiếp
giữa mối ghép B-C gọi là JC. hoạt động của BJT chủ yếu dựa
vào hai chuyển tiếp này.
Các lớp bán dẫn được đặt trong một vỏ kín (bằng
nhựa hoặc kim loại) chỉ có ba điện cực thò ra ngoài. Kí
hiệu quy ước của hai loại transistor NPN và PNP như
hình. Mũi tên trên cực E chỉ chiều dòng điện chạy qua nó.
Hãy xét nguyên tắc hoạt động của transistor loại NPN
làm ví dụ (loại PNP cũng tương tự).
Điều kiện cần thiết để transistor hoạt động là JE
phải được phân cực thuận. Ta xét sơ đồ mạch điện như
hình bên:
Nguồn E1 có sđd một vài volt để phân cực thuận
cho JE.
Nguồn E2 thường từ 5 20 (V) dùng phân cực
nghịch cho Jc.
RE và RC là các điện trở phân cực.
Khi chưa có nguồn E1 và E2, trong mỗi vùng nghèo
JE và JC sẽ tồn tại một điện trường tiếp xúc (hướng từ N sang P) duy trì trạng thái cân bằng của
chuyển tiếp, khiến cho dòng điện tổng hợp qua mỗi chuyển tiếp bằng không.
Khi có nguồn E2, chuyển tiếp JC bị phân cực nghịch nên điện trường tiếp xúc trong vùng nghèo
này tăng sẽ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua vùng nghèo này. Ta gọi đó là dòng điện ngược
collector (ký hiệu là ICBO).
Nếu có thêm nguồn E1 thì JE sẽ phân cực thuận điện trường tiếp xúc vùng này nhỏ lại và
điện tử từ miền N+ tràn qua miền P, lỗ trống từ miền P tràn sang miền N+. Sau đó, các điện tử
không cân bằng này tiếp tục khuếch tán qua miền Base tới vùng nghèo JC. Khi tới vùng JC, các điện
tử này lập tức bì điện trường của E2 hút về phía collector tạo nên dòng điện qua cực C (IC).
 Chiều dòng điện qui ước là chiều chuyển động của điện tích dương; ngược với chiều chuyển động thực của các
điện tử.
E
C
B
E
C
B
N+P N
JEJC
Transistor loại NPN
E
C
B
N
P
E
C
P
+
Transistor loại PNP
E
C
B
R
C
E
2
N
+P N
E C
B
JEJC
R
E
E1
IC
IB
IE
UPLOAD BY:DEE07_BK
Gọi IE là dòng điện chạy qua cực Emitter (tương ứng với chuyển động của các điện tử từ miền
N+ sang miền P). Khi đó dòng điện tạo nên bởi số điện tử chạy tới collector vừa nói ở trên sẽ là IE.
Trong đó, là tỷ số giữa số lượng điện tử tới được collector (không bị hao hụt dọc đường đi vì bị
tái hợp) với tổng số điện tử phát đi từ emitter. ( còn gọi là hệ số truyền đạt).
Như vậy, dòng IC = IE + ICBO. (1)
Trong miền base, một số lỗ trống phun sang miền N+ và tái hợp với điện tử gây nên sự thiếu
hụt điện tích dương. Để bù lại, các điện tích dương sẽ từ nguồn E1 chạy vào miền base thông qua
cực B tạo nên dòng IB. Theo định luật điểm nút: IE = IB + IC. (2)
(trị số IB thường rất nhỏ so với IC và IE).
Qua hoạt động của BJT ở trên, ta thấy: nếu IE biến đổi thì dòng IC cũng biến đổi theo. Bây giờ,
nếu có thêm nguồn tín hiệu xoay chiều es (biên độ rất nhỏ) thông qua tụ C1 đặt vào cực E và cực B
như hình. Nghĩa là, es đã xếp chồng lên điện áp phân cức vốn có của JE mức độ phân cực của JE
sẽ thay đổi một cách tuần
hoàn theo chu kỳ của tín
hiệu es. Do đó, dòng điện
tử từ cực E tới cực C sẽ
tăng giảm theo qui luật
của es. Nghĩa là, dòng IC
đã thay đổi theo es. Dòng
này tạo ra trên RC một
điện áp biến thiên theo
quy luật của es, nhưng
biên độ lớn hơn es rất
nhiều (nhờ RC khá lớn).
Ta nói rằng transistor đã
khuếch đại tín hiệu. Nếu giá trị RC càng lớn thì tín hiệu được khuếch đại càng nhiều. Nên điện trở
RC còn được gọi là điện trở tải.
Tụ C1 và C2 trong mạch có tác dụng ngăn chặn dòng điện một chiều và chỉ cho tín hiệu xoay
chiều es đi qua.
Cực B của mạch ở trên là cực chung của tìn hiệu vào (B và E) với tín hiệu ra (B và C) nên còn
được gọi là mạch base chung (viết tắt là B.C). Hệ thức (1) và (2) là các hệ thức cơ bản của mạch
B.C.
Ở trên ta thấy, nếu JE được phân cực thuận và JC được phân cực nghịch thì transistor sẽ làm
việc ở chế độ khuếch đại.
Ngoài ra, nếu JE và JC cùng phân cực nghịch thị transistor sẽ ở chế độ khoá (ngưng dẫn); còn
nếu JE và JC cùng phân cực thuận thì transistor sẽ ở chế độ mở (dẫn bão hoà). Hai chế độ hoạt động
này của transistor được ứng dụng trong kỹ thuật số (mạch logic).
___________ HẾT __________
RC
E2
N
+P N
E C
B
JEJC
R
E
E1
IC
IB
IE
AC
C1 C2
est?i