So sánh tranzito trường và tranzito lưỡng cực
|
BJT (Transitor Bipolar Junction) vàFET (Transitor hiệu ứng trường) là hai loại khác nhau củabóng bán dẫn. Transitor là thiết bị bán dẫn có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại hoặc công tắc trong các mạch điện tử. Các Sự khác biệt chính giữa BJT và FET là thế BJT là một loại bóng bán dẫn lưỡng cực trong đó hiện tại liên quan đến một dòng chảy của cả tàu sân bay đa số và thiểu số. Ngược lại, FET là một loại bóng bán dẫn đơn cực nơi chỉ có các hãng vận tải đa số chảy. Show
BJT là gìMột BJT bao gồm haip-n nút giao. Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, các BJT được phân loại thànhnpn vàpnp các loại. Trongnpn BJTs, một mảnh nhỏ pha tạp nhẹp-loại bán dẫn được kẹp giữa hai pha tạp nặngn-loại bán dẫn. Ngược lại, mộtpnp BJT được hình thành bằng cách kẹp mộtloại n chất bán dẫn giữaloại p chất bán dẫn. Chúng ta hãy xem làm thế nào một npn BJT hoạt động. Cấu trúc của một BJT được hiển thị dưới đây. Một trong nhữngn-loại bán dẫn được gọi làemitter (được đánh dấu bằng E), trong khi cái khácn-loại bán dẫn được gọi làngười sưu tầm (được đánh dấu bằng C). Cácp-loại vùng được gọi làcăn cứ (được đánh dấu bằng B). Cấu trúc của một npn BjT Một điện áp lớn được kết nối theo chiều ngược lại trên cơ sở và bộ thu. Điều này làm cho một vùng cạn kiệt lớn hình thành trên đường giao nhau của bộ thu cơ sở, với một điện trường mạnh ngăn các lỗ từ cơ sở chảy vào bộ thu. Bây giờ, nếu bộ phát và cơ sở được kết nối theo chiều thuận, các electron có thể dễ dàng di chuyển từ bộ phát đến cơ sở. Khi đó, một số electron kết hợp lại với các lỗ trống ở đáy, nhưng vì điện trường mạnh xuyên qua đường giao nhau của bộ thu cơ sở thu hút các điện tử, hầu hết các điện tử cuối cùng tràn vào bộ thu, tạo ra một dòng điện lớn. Vì dòng điện (lớn) qua bộ thu có thể được điều khiển bởi dòng (nhỏ) thông qua bộ phát, nên BJT có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại. Ngoài ra, nếu sự khác biệt tiềm năng giữa đường giao nhau của bộ phát cơ sở không đủ mạnh, các electron không thể đi vào bộ thu và do đó một dòng điện sẽ không chạy qua bộ thu. Vì lý do này, một BJT cũng có thể được sử dụng như một công tắc. Các pnp các mối nối hoạt động theo một nguyên tắc tương tự, nhưng trong trường hợp này, cơ sở được làm bằng mộtn- loại vật liệu và các chất mang đa số là lỗ. FET là gìCó hai loại FET chính: Transitor hiệu ứng trường nối (JFE) và Transitor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET). Họ có nguyên tắc làm việc tương tự, mặc dù cũng có một số khác biệt. MOSFE ngày nay được sử dụng phổ biến hơn JFES. Cách thức hoạt động của MOSFET đã được giải thích trong bài viết này vì vậy ở đây, chúng tôi sẽ tập trung vào hoạt động của JFE. Giống như các BJT đi vào npn vàpnp các loại, JFES cũng có trongn-kênh vàp-các loại kênh. Để giải thích cách JFE hoạt động, chúng ta sẽ xem xét mộtp-kênh JFE: Sơ đồ của JFE kênh p Trong trường hợp này, các lỗ của người Viking chảy từ nguồn thiết bị đầu cuối (được gắn nhãn S) vàocống thiết bị đầu cuối (được gắn nhãn D). Cổng được kết nối với nguồn điện áp theo chiều ngược lại để lớp suy giảm hình thành trên cổng và khu vực kênh nơi có dòng điện. Khi điện áp ngược trên cổng tăng lên, lớp suy giảm sẽ phát triển. Nếu điện áp ngược trở nên đủ lớn, thì tầng suy giảm có thể phát triển lớn đến mức nó có thể chèn ép ra khỏi đường dây và ngăn dòng điện từ nguồn đến cống. Do đó, bằng cách thay đổi điện áp ở cổng, dòng điện từ nguồn đến cống có thể được kiểm soát. Lưỡng cực vs đơn cựcBJT làthiết bị lưỡng cực, trong đó có một dòng chảy của cả tàu sân bay đa số và thiểu số. FET làthiết bị đơn cực, nơi chỉ có các hãng vận tải đa số chảy. Điều khiểnBJT là thiết bị điều khiển hiện tại. FET là các thiết bị điều khiển điện áp. Sử dụngFET được sử dụng thường xuyên hơnBjTS trong điện tử hiện đại. Thiết bị đầu cuối bóng bán dẫnThiết bị đầu cuối của mộtBjT được gọi làbộ phát, cơ sở và bộ sưu tập Thiết bị đầu cuối của mộtFET được gọi lànguồn, ngũ cốc và cổng. Trở kháng FET có trở kháng đầu vào cao hơn so vớiBJT. Do đó, FET tạo ra lợi nhuận lớn hơn. Hình ảnh lịch sự: Các hoạt động cơ bản của một NPN BJT trong chế độ Hoạt động, bằng cách sử dụng Inducteelsoad (Bản vẽ riêng, được thực hiện trong Inkscape) [Miền công cộng], thông qua Transistor lưỡng cực nối, viết tắt theo tiếng Anh là BJT (Bipolar junction transistor) là loại linh kiện bán dẫn có cấu trúc 2 tiếp xúc của 3 khối chất bán dẫn có đặc tính dẫn điện khác nhau. Từ ba khối có ba điện cực nối ra. Ở giữa là cực nền (base) ký hiệu B, hai bên là cực phát (emitter) ký hiệu E, và cực thu (collector) ký hiệu C. Đây là một linh kiện vô cùng quan trọng và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện tử. Chúng được phát minh vào năm 1948. Transistor là chìa khóa cho hầu hết các hoạt động của các thiết bị điện tử hiện đại, từ các bộ vi xử lý cao cấp với hàng tỉ transistor trên mỗi cm2 cho tới những cục sạc điện thoại bạn vẫn dùng hàng này. Nhiều người coi nó là một trong những phát minh quan trọng nhất thế kỉ XX, sánh ngang với mạng Internet. Mặc dù ngày nay, có hàng tỉ con transistor được sản xuất ra mỗi năm, phần lớn số transistor lại được tích hợp trong các vi mạch tích hợp mà chúng ta hay gọi là IC (Intergrated-Curcuit) cùng với các linh kiện khác như điện trở, tụ điện,.... Nếu không có transistor, sẽ chẳng thế có những khái niệm như "tính toán" hay "xử lý thông tin" như hiện nay. Giá thành, sự linh hoạt trong cách sử dụng và độ bền cao đã giúp transistor len lỏi đến mọi ngóc ngách trong cuộc sống của con người. Có thể lấy một ví dụ nho nhỏ về vai trò của transistor, đó là sự phát triển của đồng hồ. Trước đây, đồng hồ là một khối cơ khí phức tạp, hay hỏng hóc, cồng kềnh, đòi hỏi người dùng phải bảo dưỡng thườn xuyên cũng như hàng ngày phải lên dây cót cho nó,... và hàng tá phiền phức khác. Nhờ có transistor, giờ đây bạn đã chứng kiến một sự thay đổi đáng kinh ngạc của cái gọi là "đồng hồ". Như thế nào thì chắc hẳn bạn cũng đã biết. Nhà phát minh[sửa | sửa mã nguồn]Hình ảnh (từ trái sang) của John Bardeen, William Shockley và Walter Brattain - các nhà phát minh ra transistor năm 1948 tại Bell Labs. Đây là một trong một loạt các hình ảnh công khai được công bố bởi Bell Labs trong khoảng thời gian công khai sáng chế (30/06/1948). Mặc dù Shockley không tham gia vào các sáng chế, và chưa bao giờ được liệt kê trên các ứng dụng bằng sáng chế, Bell Labs vẫn quyết định rằng Shockley phải xuất hiện trên tất cả các hình ảnh công khai cùng với Bardeen và Brattain.h Phân loại[sửa | sửa mã nguồn]Transistor có rất nhiều loại với hàng tá chức năng chuyên biệt khác nhau
Trong đó, transistor lưỡng cực BJT là phổ biến nhất. Có nhiều người thường xem khái niệm transistor như là transistor lưỡng cực BJT. Do vậy bạn nên chú ý đến điều đó để tránh nhầm lẫn cho mình. Cấu tạo[sửa | sửa mã nguồn]Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau. Do đó có hai loại transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn trên. Xét trên phương diện cấu tạo, transistor tương đương với 2 diode Như hình vẽ, transistor có 3 cực là B (Base), C (Collector) và E (Emitter) tương ứng với 3 lớp bán dẫn. Sự phân hóa thành 3 cực này là do đặc tính vật lý của 3 lớp bán dẫn là khác nhau. Ký hiệu trong mạch điện[sửa | sửa mã nguồn]Trong một số mạch điện, điển hình như sơ đồ vẽ bằng Fritzing, bạn cũng có thể sẽ gặp những ký hiệu như thế này Nguyên lý hoạt động[sửa | sửa mã nguồn]Một số quy ước về ký hiệu:
Transistor ngược NPN[sửa | sửa mã nguồn]Xét mạch điện sau Quan sát, đo đạc[sửa | sửa mã nguồn]
Thử nghiệm 1[sửa | sửa mã nguồn]Thay vì mắc điện trở R ở phía Collector, ta thử mắc nó ở phía Emitter của transistor. Rõ ràng điều này không có khác biệt gì nhiều về mặt hoạt động so với cách mắc trước. Bây giờ, ta sử dụng một cầu phân áp để thay đổi điện áp đặt vào cực Base của transistor. Tính toán lại các điện trở sao cho cường độ dòng điện vào Base vẫn không đổi. Khi đóng khóa K, kiểm tra điện trở R, ta thấy nó tỏa nhiệt ít hơn hẳn so với ban đầu. Tại sao vậy ? Cường độ dòng điện qua điện trở vẫn không đổi, nhưng công suất tỏa nhiệt của nó giảm chứng tỏ hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở giảm. Sử dụng đồng hồ đo điện áp tại 3 cực của transistor, ta nhận thấy rằng UB gần bằng UE. Thay đổi các điện trở phân áp, ta thay đổi UB. Bằng các phép đo bởi đồng hồ, ta nhận thấy rằng hiệu UB - UE luôn bằng khoảng 0.5V trong mọi trường hợp thay đổi UB. Có thể kết luận rằng trong quá trình hoạt động của transistor, UB luôn gần bằng UE. Thử nghiệm 2[sửa | sửa mã nguồn]Thay đổi điện trở Rg, sau đó đo dòng IB và IC. Ta nhận thấy khi IB tăng thì IC cũng tăng. Với nhiều giá trị Rg, ta thấy IB luôn tăng/giảm tỉ lệ thuận với IC. Khi UB = UC (VBC = 0), IB đạt cực đại khiến IC cũng đạt cực đại, transistor được gọi là mở hoàn toàn. Khi UB = 0V (VBC = UC), IB = 0A khiến IC = 0A, transistor được gọi là đóng hoàn toàn, không có dòng điện chạy trong mạch. Về bản chất, transistor là linh kiện được đóng/mở bằng cường độ dòng điện qua cực Base. Trên thực tế, theo định luật Ôm, cường độ dòng điện I trong mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào 2 đầu mạch. Do vậy, nhiều người nhầm lẫn rằng transistor được điều khiển đóng/mở bằng điện áp đặt vào cực Base. Họ quên mất rằng cường độ dòng điện trên mạch còn tỉ lệ nghịch với điện trở R. Ở đây, hiệu điện thế và điện trở chỉ là 2 yếu tố quyết định cường độ dòng điện qua cực Base. Ta có thể so sánh 1 cách trực quan dễ hiểu như sau: Nếu ví dòng điện như dòng nước, còn hiệu điện thế là áp lực nước trong ống dẫn thì transistor được xem như là một cái vòi nước với cực B là van điều chỉnh. Dòng nước chảy ra khỏi vòi mạnh hay yếu, đóng hay mở hoàn toàn phụ thuộc vào cách ta điều khiển van của vòi. Transistor thuận PNP[sửa | sửa mã nguồn]Transistor loại PNP tương tự loại NPN như tôi đã trình bày ở trên, nhưng có một số điểm ngược lại như sau:
Tới đây thì có lẽ bạn đã hiểu vì sao lại có transistor thuận - nghịch. Các thông số cần quan tâm[sửa | sửa mã nguồn]Các ký hiệu ở đây được sử dụng cho transistor loại NPN. Transistor loại PNP cũng có những thông số hoàn toàn tương tự. Chúng được nhà sản xuất ghi rất cụ thể trong tài liệu kĩ thuật của mỗi loại transistor.
Các đặc trưng hoạt động[sửa | sửa mã nguồn]Các ứng dụng điển hình[sửa | sửa mã nguồn]Mạch khuếch đại Mạch điều khiển đóng mở RƠ LE ... Khuếch đại điện áp một chiều[sửa | sửa mã nguồn]- Khuếch đại: Transistor được dùng trong các mạch khuếch đại một chiều (DC), khuếch đại tín hiệu (AC), mạch khuếch đại vi sai, các mạch khuếch đại đặc biệt, mạch ổn áp… Trong mạch các điện trở hồi tiếp R=22K, R=68K (hồi tiếp từ cực góp T2 về) và R=220Ω xác định hệ số khuếch đại của mạch: KU = 68K/22K/220Ω = 16,7K/0.22K =75 Các điện trở hồi tiếp một chiều R = 3,9K và R = 68K từ T2 về để ổn định chế độ làm việc của mạch. Khuếch đại điện áp xoay chiều[sửa | sửa mã nguồn]Tín hiệu sử dụng trong mạch là tín hiệu xoay chiều Khuếch đại công suất[sửa | sửa mã nguồn]Ứng dụng trong khuếch đại công suất cho hệ thống âm thanh, hệ thống điều khiển. Mạch này thường làm việc với hiệu điện thế cao và dòng lớn. Khuếch đại chuyển mạch[sửa | sửa mã nguồn]Ứng dụng trong điều khiển rơ le chuyển mạch. Thậm chí bản thân các BJT cũng là một chuyển mạch. Ứng dụng để điều khiển động cơ[sửa | sửa mã nguồn]Xét một ứng dụng thực tế là chiếc xe dò đường. 2 động cơ của nó được một mạch 2 transistor điều khiển. Tham khảo sơ đồ mạch điều khiển một động cơ sau Nếu sử dụng transistor TIP120 (cấu tạo) hoặc tương đương, bạn không cần mắc thêm diode như trong hình. |
