Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của transistor

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN THỰC HÀNH
MÔN KĨ NĂNG TÌM KIẾM TỔNG HỢP TÀI LIỆU

Đề tài:
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của transistor

Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tiến
Lớp: Đ4-CNTĐ

HÀ NỘI – 2011


MỤC LỤC
Lời nói đầu

Trang

Chương 1: Lịch sử transistor

5

Chương 2: Tìm hiểu về Transistor
2.1 Cấu tạo của transistor
2.2 Nguyên tắc hoạt động của transistor
2.3 Kí hiệu hình dáng cách xác định chân
2.4 Kiểm tra transistor
2.5 Các thông số kĩ thuật, một số loại transistor đặc biệt

7
7
7
10
12
14

Chương 3: Ứng dụng của transistor
3.1 Ứng dụng cơ bản của transistor
3.2 Phân cực và mạch khuếch đại dùng transistor

16
16
16

Phụ lục
Tài liệu tham khảo

3


LỜI NÓI ĐẦU
Transistor là linh kiện điện tử mà không sinh viên ngành kĩ thuật và CNTT không
biết. Tuy nhỏ bé nhưng tầm quan trọng của nó thì không nhỏ bé chút nào trong những
con robot và nhiều thiết bị điện tử khác như tivi, tủ lạnh, hay dơn giản chỉ là một cái
đèn. Hiểu rõ sự quan trọng của trasistor, chúng em đã bắt tay vào làm đồ án về
transistor nhằm làm sáng tỏ cách thức hoạt động cũng như ứng dụng vô cùng rộng rãi
của nó cho các bạn yêu thích tìm hiểu sâu hơn. Các vấn đề được nêu ra trong đồ án
bao gồm:

- Lịch sử ra đời transistor
- Cấu tạo, kí hiệu, nguyên lí hoạt động của transistor
- Ứng dụng của transistor
Chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện
và hoàn thành đồ án này. Do được viết lần đầu nên đồ án vẫn còn rất sơ sài không
tránh khỏi có những sai sót, rất mong được sự góp ý tận tình của thầy cô và các bạn.

Các tác giả

4


Chương 1
LỊCH SỬ TRANSISTOR
Transistor – một khái niệm quá quen thuộc với các cư dân của ngành điện tử hay
CNTT. Transistor là một bước ngoặt lớn cho sự phát triển của toàn thế giới, đưa nhân
loại tới một thời kỳ phát triển thịnh vượng.

Hình 1.1: Mẫu Transistor đầu tiên được đưa ra năm 1947.

16/12/1947 John Bardeen, William Bradford Shockley và Walter Houser
Brattain đã sáng chế thành công mẫu Transistor đầu tiên tại Bell Labs. Và với
5


phát minh quan trọng này, cả 3 nhà khoa học đã được nhận giải Nobel đầy cao quý
năm 1956.
Lại nói thêm về lịch sử của transistor. Mẫu transistor đầu tiên được 3 nhà phát
minh đưa ra có tên point-contact transistor. Sau đó, các nhà khoa học của Bell Labs
muốn đưa ra một cái tên thích hợp nhất cho sáng chế này. Rất nhiều cái tên đã được

đưa ra như "Semiconductor Triode", "Solid Triode", "Surface States Triode", "Crystal
Triode" hay "Iotatron"... nhưng cuối cùng cái tên "Transistor" mà John R. Pierce đưa
ra, đã được chọn.

Hình 1.2: Một số loại transistor quen thuộc.

Và Sony là công ty đầu tiên ứng dụng sáng chế transistor này vào lĩnh vực thương
mại. Tuy vậy, Regency Division của IDEA (Industrial Development Engineering
Associates) lại là công ty đầu tiên bán sản phẩm TR-1 có ứng dụng công nghệ này.

Hình 1.3: Intel Dual Core chứa khoảng 291 triệu transistor

Sản phẩm TR-1 được bán ra vào ngày 18/10/1954 với giá là 49,95 USD (có giá trị
tương đương 361 USD năm 2005). Trong thời gian ngắn, 150.000 đơn vị sản phẩm đã
được bán ra. Sau đó, các sản phẩm transistor đã được sản xuất rộng rãi hơn và giá
khoảng 18 USD. Và hiện nay nó xuất hiện hầu hết trong các thiết bị điện tử, máy tính,
điện thoại... với giá thành giảm rất nhiều. Ví dụ như 1 CPU Intel Duo Core với
khoảng 291 triệu transistor - giá bán chỉ 100 USD tại Việt Nam hay 1 USB 4Gb chỉ có
giá hơn 100 nghìn đồng.

6


Như vậy, một lần nữa chúng ta đã thấy được tầm quan trọng của transistor và thầm
cảm ơn 3 nhà phát minh John Bardeen, William Bradford Shockley and Walter
Houser Brattain.

Chương 2
TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR
2.1 CẤU TẠO CỦA TRANSISTOR

Transistor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình 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 phương diện cấu tạo, transistor tương đương
với hai diode đấu ngược chiều nhau. Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction
Transistor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích
âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Hình 2.1: Cấu tạo transistor

Ba lớp bán dẫn được nôi ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc kí hiệu là B (Base),
lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài được
nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt
là C. Vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hoặc P) nhưng có kích thước
và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

7


2.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR
Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuếch đại, transistor là phần tử
khuếch đại dòng điện với dòng I C bằng β lần dòng bazơ (dòng điều khiển) trong đó β
là hệ số khuếch đại dòng điện.
Ic = β.IB
* Xét đặc tính đóng cắt của PNP:
Chế độ đóng cắt của transistor phụ thuộc chủ yếu vào các tụ kí sinh giữa tiếp giáp
BE và BC.

Hình 2.2

+ Quá trình mở: Để cho transistor mở được thì bắt dầu từ giá trị -Ub2 đến Ub1( xem

thêm Giáo trình điện tử cơ bản).
+ Quá trình đóng: Để cho transistor đóng bắt đầu từ giá trị Ub1 đến –Ub2.
* Sơ đồ mắc Darlington
Nói chung các BJT có hệ số khuếch đại tương đối thấp mà yêu cầu dòng điều khiển
lớn nên sơ đồ mắc Darlington là một yêu cầu đặt ra đối với các ghép hai transistor Q1
và Q2 có hệ số khuếch đại là β1, β2.
Khi mắc mạch Darlington thì tổng hệ số khuếch đại là:
β= β1 + β2 + β1. β2
Mặt khác, để tăng khuếch đại lên, ta có thể mắc từ 3 transistor.
Sơ đồ mắc Darlington:

8


Hình 2.3: Sơ đồ mắc Darlington.

* Xét nguyên lý hoạt động của PNP:

Hình 2.4: Nguyên lí hoạt động transistor.
( Ảnh chỉ mang tính chất tham khảo)

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN
Ta cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-)
nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và điện trở hạn dòng vào hai cực B và E,
trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
9


Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn

không có dòng điện chạy qua mối C-E( lúc này dòng Ic= 0).
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+)
nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng
I B.
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối C-E lam bóng
đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB. Như vậy, rõ ràng dòng IC hoàn
toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo công thức:
IC = β.Ib
Trong đó: IC là dòng chạy qua mối C-E
IB là dòng chạy qua mối B-E
β là hệ số khuếch đại của transistor
Giải thích: Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối
tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện khi xuất hiện dòng I BE do lớp bán dẫn P tại cực
B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tụ do từ lớp bán dẫn N (cực E)
vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều.
Một phần nhỏ trong số điện tử đó thế vào các lỗ trống tạo thàng dòng I B còn phần lớn
số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp U CE => tạo thành dòng ICE
chayj qua transsistor.
Sự hoạt động của transistor PNP hoàn toàn tương tự transistor NPN nhưng cực tính
của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E
sang B.
Chú ý: Transistor là linh kiện đóng mở bằng dòng điện chứ không bằng điện áp.
2.3 KÍ HIỆU, HÌNH DẠNG, CÁCH XÁC ĐỊNH CHÂN
2.3.1. Kí hiệu & hình dạng transistor.
Transistor có kí hiệu trong các sơ đồ mạch:

Hình 2.5: Kí hiệu của transistor.

10

Ngoài thực tế thì transistor có kí hiệu sau:

Hình 2.6: Một số loại transistor.

Đây chỉ là hình dáng quen thuộc, có nhiều loại transistor có kí hiệu khác thế này.
2.3.2. Kí hiệu (trên thân transistor)
* Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại transistor của nhiều nước sản xuất nhưng
thông dụng nhất là các transistor của Nhật Bản, Mĩ và Trung Quốc.
Transistor Nhật Bản thường kí hiệu là A…, B…, C…, D… ví dụ A564, B733, C828,
D1555. Trong đó, các transistor kí hiệu là A và B là transistor thuận còn kí hiệu là C
và D là transistor ngược NPN. Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần
số làm việc cao, còn các transistor B và D có công suất lớn và tần số làm việc thấp
hơn.
Transistor do Mĩ sản xuất thường có kí hiệu là 2N… ví dụ 2N3055, 2N4832,vv…
Transistor do Trung Quốc sản xuất bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái, Chữ cái
thứ nhất cho biết loại bóng: Chữ A và B là bóng thuận, chữ C và D là bóng ngược.
Chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là bóng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các
chữ số ở sau ghi thứ tự sản phẩm. Ví dụ: 3CP25. 3AP20, vv…
Trên đây chỉ là nói chung các transistor có mặt ở Việt Nam, còn nhiều hãng khác sản
xuất với kí hiệu khác.
2.3.3. Cách xác định chân E, B, C của transistor.
Với các loại Transistor công suất nhỏ thì thứ tự chân C và B tùy theo bóng của nước
nào sản xuất, nhưng chân E luôn ở bên trái nếu ta để transistor như hình dưới.
Nếu là transistor do Nhật sản xuất: thí dụ transistor C828, A564 thì chân C ở
giữa,chân B ở bên phải.
Nếu là transistor Trung Quốc sản xuất thì chân B ở giữa, chân C ở bên phải. Tuy
nhiên, một số transistor được sản xuất nhái thì không theo thứ tự này. Vì vậy, để biết
chính xác, ta dùng phương pháp đo bằng đồng hồ vạn năng.

11


Hình 2.7: Transistor công suất nhỏ.

Với loại transistor công suất lớn (như hình dưới) thì hầu hết đều có chung thứ tự chân
là: Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E.

Hình 2.8: Transistor công suất lớn.

* Đo xác định chân B và C.
Với transistor công suất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái. Như vậy, ta chỉ xác
định chân B và suy ra chân C là chân còn lại.
Để đồng hồ thang x1Ω, đặt cố định một que đo vào từng chân, que kia chuyển sang
hai chân còn lại, nếu kim lên bằng nhau thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que
đồng hồ cố định là que đen thì là transistor ngược, là que đỏ thì là transistor thuận.
2.4 KIỂM TRA TRANSISTOR
Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ,
độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân transistor. Để kiểm
tra transistor, bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng.
12


Hình 2.9: Cấu tạo transistor.

Kiểm tra transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực anôt, điểm
chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E (que đen vào B) thì tương đương như
đo hai diode thuận chiều => kim lên. Tất cả các trường hợp đo khác kim không lên.
Trái với các điều trên là transistor bị hỏng.
Transistor có thể bị hỏng ở các trường hợp:

* Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C => kim không lên là transistor đứt BE
hoặc đứt BC.
* Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả hai chiều là chập hay dò BE hoặc BC.
* Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE.
* Cách kiểm tra transistor thông dụng (dùng loại PNP): Khi các transistor ta đã biết
các chân của nó (ở trên), việc kiểm tra nó vẫn sống hay đã chết chúng ta làm theo sau
đây:
+ Phép đo cho biết transistor còn tốt:
Để đồng hồ kim đo thang 1K hay đồng hồ điện tử thì để thang đô diode. Để que đỏ
vào chân B và cho lần lượt que đen vào hai chân còn lại là C và E. Nếu đo BC và BE
mà kim cùng lên thì => Transistor này dùng được.
+ Phép đo bóng chập BE:
Cũng chuẩn bị que đo như lần trước, để xác định được nó có chập BE hay không thì
ta chỉ cần đo giữa B và E. Bằng cách cho que đỏ vào B, đen vào E và ngược lại kim
chỉ bằng 0Ω là chập BE => không dùng được.
+ Phép đo bóng đứt BE:
Cũng tương tự như bóng chập BE nhưng bóng đứt thì kim không lên.
+ Bóng chập CE:

13


Cũng chuẩn bị phép đo như lần trước (1K) đo qua lại giữa C và E nếu kim chỉ số 0 thì
chập CE => không dùng được phải mua bóng mới.
Trên đây là cách kiểm tra transistor sống hay chết.
*** Chú ý: Đồng hồ sử dụng ở trên là đồng hồ kim chứ không phải đồng hồ số.

2.5 CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT, MỘT SỐ LOẠI TRANSISTOR ĐẶC BIỆT
2.5.1. Các thông số kỹ thuật của transistor
Dòng điện cực đại: là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này

transistor sẽ bị hỏng.
Điện áp cực đại: là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE, vượt qua điện áp
giới hạn này transistor sẽ bị đánh thủng.
Tần số cắt: là tần số giới hạn mà transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này
thì độ khuếch đại của transistor bị giảm.
Hệ số khuếch đại: là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE.
Công suất cực đại: khi hoạt động, transistor tiêu tán một công suất P= U CE.ICE. Nếu
công suất này vượt quá công suất cực đại của transistor thì transistor sẽ bị hỏng.
2.5.2. Một số transistor đặc biệt.

Hình 2.10: Transistor số.

Transistor số thường được sử dụng trong các mạch công tắc, mạch logic, mạch điều
khiển. Khi hoạt động, người ta có thể đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều
khiển đèn ngắt mở.

14


Hình 2.11: Mạch dùng transistor
Hình ảnh mang tính minh họa và tham khảo

* Kí hiệu: Transistor Digital thường có các kí hiệu là DTA…(đèn thuận), DTC..(đèn
ngược), KRC…(đèn ngược), KRA…(đèn thuận), RN12…(đèn ngược), RN22..(đèn
thuận), UN…, KRS… Thí dụ: DTA132, DTC124,vv…
* Transistor công suất dòng (công suất ngang)
Transistor công suất lớn thường được gọi là sò. Sò dong, sò nguồn,vv… Các sò này
được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung xung hoạt động .
Chúng thường có điện áp hoạt động cao và cho dòng chịu đựng lớn. Các sò công suất
dòng (tivi màu) thường có đấu thêm các diode đệm ở trong song song cới cực CE.

15


CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG CỦA TRANSISTOR
3,1 ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA TRANSISTOR
Thực ra một thiết bị không có transistor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy,
transistor có thể coi là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử. Các
loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều transistor trong một linh kiện duy nhất.
Trong mạch điện, transitor được dùng để khuếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng
thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao
động,vv…
Nói chung, ở đây cứ có mạch nào nói đến điện tử là có transistor. Ứng dụng của BJT
có rộng rãi trên tất cả các thiết bị điện tử.

Hình 2.12: Mạch cảm biến bằng điện dung.

3.2 PHÂN CỰC VÀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR
3.2.1. Phân cực
Transistor khi được phân cực thì nó làm việc trong hai chế độ: khuếch đại và khóa.
Có 3 cách phân cực cho transistor:
+ Bằng dòng cố định
+ Phản hồi điện áp
+ Dòng IE
* Trong chế độ khuếch đại:
+ Đối với PNP thì: E nối với (+) còn B và C nối với (-).
+ Đối với NPN thì: B và C được nối với (+) còn E nối với (-).
16

Chú ý: dòng B nhỏ hơn dòng C rất nhiều.
* Chế độ khóa:
Trái ngược với một trong những phân cực cho chế độ khuếch đại là nó khóa
(như NPN thì B lại phân cực âm thì transistor nó cũng khóa).
3.2.2. Một số mạch khuechs đại dùng BJT
a) Mạch khuếch đại CE (Common Emitter)

Hình 2.13: Mạch khuếch đại CE

Mạch này đảo pha tín hiệu đầu vào. Hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp cao nên
công suất của mạch cao. Trở kháng đầu vào thấp, trở kháng đầu ra cao, nên mạch này
được ứng dụng nhiều.

b) Mạch khuếch đại CC (Common Collector)
17


VCC

C1

R1
100k

R2

R4

100k

100k

B

C

Q1
2N1893

C2

10n

E

V1

10n

VSINE

R3
100k

R5

R6

100k

100k

Hình 2.14: Mạch khuếch đại CC

Tầng này có trở kháng đầu vào rất lớn, trở kháng đầu ra rất nhỏ. Hệ số khuếch
đại nhỏ nên thường được dùng trong các tầng đệm (phối hợp trở kháng). Tầng
này không đảo pha tín hiệu.

c) Mạch khuếch đại CB (Common Base)

18


VCC

C2
R2
100k

R1
100k

C1

B

100n

C

100n

Q1
2N1893

R4

E

100k

R3

V1

100k

VSINE

R5
100k

Hình 2.15: Mạch khuếch đại CB

Phụ lục
Một số từ khóa
CNTT: Công nghệ thông tin.
CPU: Central Processing Unit(đơn vị xử lí trung tâm)
USB: Universal Serial Bus

19


PNP: Positive-Negative-Positive

Tài liệu tham khảo
1) Khai thác nguồng thông tin trên Internet (Nguyễn Đức Toàn)
2) Kĩ thuật điện tử (Đỗ Xuân Thụ)
3) Điện tử căn bản 1&2 (Phạm Đình Bảo)
4) Tự học điện và điện tử (Minh Ngọc)
5) Trang web Tailieu.vn
Hoiquandtvt.net

20