Thiết kế, láp ráp bộ thí nghiệm khảo sát ba chế độ khuếch đại của tranzito lưỡng cực BC, CC, EC

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, LẮP RÁP BỘ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BA
CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANZITO LƢỠNG CỰC: BC,CC,EC

Thuộc nhóm ngành khoa học: KT1

Sơn La, tháng 5 năm 2015


TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, LẮP RÁP BỘ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BA
CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANZITO LƢỠNG CỰC: BC,CC,EC

Thuộc nhóm ngành khoa học: KT1

Sinh viên thực hiện: Điêu Chính Hoà
Nam, Nữ: Nam
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thoa
Nam, Nữ: Nữ
Sinh viên thực hiện: Căn Nha In Nhạ Khăm
Nam, Nữ: Nam
Sinh viên thực hiện: Khăm Uộn Chia Lung Sông Nam, Nữ, Nam
Lớp: K53 ĐHSP Vật lý Khoa: Toán – Lý – Tin

Năm thứ: 3/Số năm đào tạo: 4
Ngành học: SP Vật Lí
Sinh viên chịu trách nhiệm chính: Điêu Chính Hòa
Ngƣời hƣớng dẫn: CN. Phan Toàn

Sơn La, tháng 5 năm 2015

Dân tộc: Thái
Dân tộc: Kinh
Dân tộc: Phủ Nói
Dân tộc: Mông


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Phan Toàn,
giảng viên khoa Toán – Lí - Tin Trƣờng ĐH Tây Bắc đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ đạo
và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và hoàn thành đề tài.
Chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới phòng KHCN và QHQT, các thầy cô
trong khoa Toán – Lí – Tin, cùng các thầy cô trong tổ Vật Lí Trƣờng ĐH Tây Bắc đã
tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Đồng thời chúng tôi xin chân thành cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình, bạn
bè và các bạn sinh viên lớp K53 ĐHSP Vật Lí đã động viên, đóng góp ý kiến và đã tạo
mọi điều kiện giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian chúng tôi làm đề tài.
Vì khả năng có hạn, đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi rất mong
nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài
đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn!
Sơn La, tháng 5 năm 2015
Nhóm thực hiện:
Điêu chính Hòa
Nguyễn Thị Thoa

Căn Nha In Nhạ Khăm
Khăm Uộn Chia Lung Sông


MỤC LỤC
PHẦN I. MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .........................................................................................................1
2. Mục đích của đề tài ......................................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................2
4. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................................2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................................2
5.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ...........................................................................2
5.2. Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết ........................................................................2
5.3. Phƣơng pháp thực nghiệm ........................................................................................2
PHẦN II. NỘI DUNG ...................................................................................................3
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................3
1.1. CHẤT BÁN DẪN ....................................................................................................3
1.1.1. Thế nào là chất bán dẫn ? ......................................................................................3
1.1.2. Đặc tính của bán dẫn .............................................................................................3
1.1.3. Phân loại chất bán dẫn ...........................................................................................3
1.1.4. Lớp chuyển tiếp p-n ...............................................................................................7
1.1.4.1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n......................................................................7
1.1.4.2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n ....................................................................9
1.2. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ...........................................................................................10
1.2.1. Linh kiện tuyến tính ( linh kiện thụ động) ...........................................................10
1.2.1.1. Điện trở .............................................................................................................10
1.2.1.2 Tụ điện ...............................................................................................................11
1.2.1.3. Cuộn cảm. .........................................................................................................13
1.2.2. Linh kiện tích cực ................................................................................................13
1.2.2.1. Diode ................................................................................................................13

1.2.2.2. Tranzito lƣỡng cực (BJT) .................................................................................14
1.3. CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITO LƢỠNG CỰC .......................18
1.3.1. Phân cực cho tranzito .........................................................................................18
1.3.1.1. Phân cực kiểu cố định .......................................................................................18
1.3.1.2. Phân cực kiểu phân áp ......................................................................................19
1.3.1.3. Phân cực kiểu phân áp và phản hồi (hồi tiếp âm).............................................20


1.3.2. Các mạch khuếch đại dùng tranzito lƣỡng cực (BJT) .........................................21
1.3.2.1. Các chế độ làm việc cơ bản của một tấng khuếch đại dùng BJT .....................21
1.3.2.2. Khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng tranzito lƣỡng cực (BJT) ..................................22
CHƢƠNG 2.NỘI DUNG ............................................................................................30
2.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

MẠCH KHUẾCH ĐẠI EMITƠ CHUNG (EC),

COLECTƠ CHUNG (CC) VÀ MẠCH BAZƠ CHUNG (BC) PHỐI HỢP .................30
2.2. CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI EMITƠ CHUNG (EC), COLECTƠ CHUNG (CC)
VÀ BAZƠ CHUNG (BC) . ...........................................................................................31
2.2.1. Mạch khuếch đại emitơ chung (EC) ...................................................................31
2.2.2. Mạch khuếch đại colectơ chung (CC) .................................................................33
2.2.3. Mạch khuếch đại bazơ chung (BC) .....................................................................35
2.3. CHUẨN BỊ DỤNG CỤ VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM .......................................36
2.4. LẮP RÁP VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM.........................................................36
2.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC NHẬN XÉT .................................37
PHẦN III. KẾT LUẬN ...............................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................39


PHẦN I. MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong các thiết bị điện tử, sự có mặt của các linh kiện đóng vai trò quan trọng.
Trong đa số các mạch điện tử các linh kiện điện tử đó quyết định sự hoạt động của
toàn bộ mạch. Trƣớc kia, các linh kiện tích cực là các loại đèn điện tử. Trong một thời
gian dài, đèn điện tử là trái tim của các thiết bị điện tử, nhƣng chúng có khích thƣớc
lớn và tiêu thụ nhiều năng lƣợng.
Từ những năm 50 của thế kỉ 20, các linh kiện bán dẫn ra đời đã dần thay thế cho
các đèn điện tử. Linh kiện bán dẫn có nhiều tính chất ƣu việt nhƣ kích thƣớc nhỏ, tiêu
thụ ít năng lƣợng và hiệu suất cao, dễ tích hợp. Việc phát minh ra các linh kiện bán
dẫn đã mở ra nhiều chuyên ngành mới nhƣ công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn, ứng
dụng các dụng cụ bán dẫn…Hiển nhiên, điện tử là ngành sử dụng nhiều linh kiện bán
dẫn nhiều nhất.
Ngày nay khi nhắc đến các mạch điện tử thì ngoài các tụ điện, cuộn cảm,
diode…Ngƣời ta không thể bỏ qua một loại linh kiện điện tử rất quan trọng là Tranzito
là một linh kiện bán dẫn thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ một thiết bị khuếch đại hoặc một
khóa điện tử. Tranzito là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính
điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Ngƣời sáng chế ra Tranzito lại đạt
giải thƣởng Nobel. Các tranzito đƣợc sử dụng trong kĩ thuật tƣơng tự và kĩ thuật số,
nhƣ khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.
Tranzito cũng thƣờng đƣợc kết hợp thành mạch tích hợp ( IC), có thể tích hợp một tỉ
tranzito trên một điện tích nhỏ.

Từ nhiều ứng dụng rất quan trọng và phổ biến của linh kiện bán dẫn tranzito
trong kĩ thuật sản xuất và trong đời sống. Vì thế việc tìm hiểu, nắm vững lý thuyết căn
bản về tranzito trong học phần “ điện tử học đại cƣơng” là rất cần thiết và quan trọng
đối với sinh viên, đặc biệt là sinh viên SP vật lý. Học phải đi đôi với hành để đảm bảo
cho việc nắm chắc kiến thức một cách sâu sắc và toàn diện nên việc thực hành kĩ thuật
1

với tranzito là rất cần thiết. Mặt khác trong phòng thí nghiệm của nhà trƣờng có vài
bộ thiết bị thí nghiệm khảo sát khuếch đại của tranzito lƣỡng cực, phục vụ cho học
phần thực hành điện tử.
Với những lý do trên chúng tôi chọn đề tài: “Thiết kế, láp ráp bộ thí nghiệm khảo
sát ba chế độ khuếch đại của Tranzito lƣỡng cực: BC, CC, EC”.
2. Mục đích của đề tài
Áp dụng kiến thức đã đƣợc nghiên cứu vào thực tiễn, nâng cao tầm hiểu biết vấn
đề nghiên cứu, hình thành cho mỗi ngƣời một số kĩ năng, thao tác kĩ thuật cơ bản và
cũng là bƣớc đầu tập dƣợt nghiên cứu khoa học thông qua việc nghiên cứu cơ sở lý
thuyết và lắp ráp bộ thiết bị thí nghiệm khảo sát ba chế độ khuếch đại của tranzito
lƣỡng cực. Góp phần nâng cao chất lƣợng đào tạo của nhà trƣờng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chất bán dẫn và các linh kiện điện tử: điện trở, tụ
điện, cuộn cảm, tranzito lƣỡng cực.
- Nghiên cứu xây dựng một bản thiết kế sơ đồ nguyên lý, tiến hành lắp ráp và thí
nghiệm khảo sát ba chế độ khuếch đại của tranzito lƣỡng cực BC, CC, EC.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các cơ sở lí thuyết về chất bán dẫn và tranzito lƣỡng cực, điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
- Cơ sở thực nghiệm: Các linh kiện điện tử nhƣ: Điện trở, tụ điện, tranzito lƣỡng
cực, các bộ thí nghiệm về kỹ thuật điện tử, các loại đồng hồ đo điện, dao động kí.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
5.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập thông tin tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu hay đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các tài liệu đã thu thập đƣợc.
- Đọc các tài liệu có liên quan.
- Phân loại, sắp xếp thành hệ thống những thông tin đã nghiên cứu có liên quan
đến đề tài.
5.2. Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết
- Sắp xếp và hệ thống hóa nội dung đã nghiên cứu sau đó tổng hợp lại các vấn đề
đó để hoàn thành nội dung lý thuyết của đề tài.

5.3. Phƣơng pháp thực nghiệm
- Tiến hành các phép đo đạc, thu thập số liệu và sử lý kết quả thí nghiệm.
2


PHẦN II. NỘI DUNG
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. CHẤT BÁN DẪN
1.1.1. Thế nào là chất bán dẫn?
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn
điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động nhƣ một chất cách điện ở nhiệt độ thấp
và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là "bán dẫn" (chữ "bán" theo nghĩa Hán
Việt có nghĩa là một nửa), có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở
một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
Các chất bán dẫn rất phổ biến trong tự nhiên. Trong số các nguyên tố bán dẫn ta
hay gặp Si, Ge, As, Te, Se…Rất nhiều hợp chất có tính bán dẫn: tất cả các Ôxít kim
loại, các seelennua, sunfua và telurua của nhiều kim loại.
1.1.2. Đặc tính của bán dẫn
- Bán dẫn có những tính chất điện khác so với kim loại:
+ Giữa kim loại có điện trở suất 10-6 – 10-8 Ωm và điện môi có nhiều vật liệu
thuộc loại bán dẫn, có điện trở suất biến thiên trong một khoảng rộng từ 10-5 – 108 Ωm.
Tuy nhiên không có ranh giới rõ rệt giữa ba loại chất này. Chẳng hạn, bán dẫn rất
tinh khiết và ở nhiệt độ thấp thì cách điện nhƣ điện môi, trái lại, bán dẫn có nhiều tạp
chất và ở nhiệt độ cao thì lại dẫn điện tốt.
+ Điện trở suất của bán dẫn giảm khi nhiệt độ tăng trong khi điện trở suất của
kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém, giống
nhƣ điện môi còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện rất tốt.
+ Tính chất điện của chất bán dẫn phụ thuộc rất nhiều và mạnh vào các tạp chất
có mặt trong tinh thể.
1.1.3. Phân loại chất bán dẫn

- Bán dẫn tinh khiết (thuần):
+ Ta hãy xét trƣờng hợp bán dẫn điển hình là
silic. Si là nguyên tố có hóa trị bốn, tức là lớp
electron ngoài cùng của nguyên tử Si có bốn
electron. Trong mạng tinh thể bán dẫn tinh khiết, chỉ
có các nguyên tử Si. Các nguyên tử này đƣợc bố trí
đều đặn, mỗi nguyên tử nằm ở tâm của một hình tứ
diện mà ở các đỉnh có các nguyên tố Si khác. Để đơn

3

Hình1.1. Sự phân bố
nguyên tử Si


giản ngƣời ta thƣờng biểu diễn sự sắp xếp nguyên tử Si trong mặt phẳng nhƣ trong
hình 1.1. Mỗi nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận thông qua các liên kết
cộng hóa trị. Nhƣ vậy xung quanh nguyên tử Si có 8 electron, tạo thành một lớp
electron lấp đầy. Do đó liên kết giữa các nguyên tử Si rất bền vững.
Ở nhiệt độ thấp, gần 0 K, các electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với các nguyên
tử ở nút mạng. Do đó, trong tinh thể không có hạt mang điện tự do, và bán dẫn silic
không dẫn điện.
Ở nhiệt độ T > 0 K, nhờ dao
động nhiệt của các nguyên tử, một
số electron hóa trị thu thêm năng
lƣợng và đƣợc giải phóng khỏi các
liên kết. Chúng trở thành các
electron tự do, có thể tham gia vào
sự dẫn điện giống nhƣ electron dẫn
điện trong kim loại nên đƣợc gọi là

electron dẫn. Ngoài ra, khi một
electron bứt ra khỏi liên kết, thì xuất

Hình 1.2. Sự tạo thành cặp e – lỗ trống

hiện một liên kết bị trống. Ngƣời ta
gọi nó là lỗ trống, vì mỗi liên kết trống thiếu một electron, nên lỗ trống mang một điện
tích nguyên tố dƣơng. Một electron từ một liên kết gần lỗ trống có thể chuyển đến để
lấp đầy liên kết bị trống này và nhƣ vậy làm xuất hiện một lỗ trống khác trong tinh thể
nhƣ ở hình 1.2. Điều đó có nghĩa là lỗ trống cũng có thể dịch chuyển trong tinh thể, do
đó nó cũng góp phần tham gia vào sự dẫn điện. Nhƣ vậy có sự phát sinh đồng thời của
một electron dẫn và một lỗ trống nhƣ trong hình vẽ.
Ta còn cần nói đến quá trình ngƣợc lại, trong đó một electron tự do chiếm một
liên kết bị trống và trở lại thành electron liên kết. Quá trình làm mất đi đồng thời một
electron và một lỗ trống, và đƣợc gọi là quá trình tái hợp electron và lỗ trống. Ở một
nhiệt độ xác định, có sự cân bằng giữa quá trình phát sinh và quá trình tái hợp.
Nhƣ vậy, trong bán dẫn có hai loại hạt mang điện tự do là electron và lỗ trống.
Ở bán dẫn tinh khiết, số electron và lỗ trống bằng nhau. Sự dẫn điện trong trƣờng hợp
này là sự dẫn điện riêng của bán dẫn. Bán dẫn tinh khiết còn đƣợc gọi là bán dẫn loại i.

4


Nhiệt độ càng cao, thì số electron và lỗ trống càng lớn. Do đó, độ dẫn điện của
bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng. Tính chất này của bán dẫn đƣợc ứng dụng để chế tạo ra
nhiệt điện trở. Ở nhiệt độ phòng bán dẫn tinh khiết dẫn điện kém, vì có rất ít electron
và lỗ trống.
Khi không có điện
trƣờng ngoài đặt vào tinh thể
bán dẫn, các electron và lỗ

trống chuyển động nhiệt hỗn
loạn, không ƣu tiên theo
chiều nào, do đó không có
dòng điện.
Khi có điện trƣờng
đặt vào, các hạt mang điện tự
do có thêm chuyển động có

Hình1.3. sơ đồ dải năng lƣợng bán dẫn

hƣớng dƣới tác dụng của lực điện trƣờng: Electron chuyển động ngƣợc chiều điện
trƣờng, lỗ trống chuyển động thuận chiều. Do đó, xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện
trong chất bán dẫn là dòng chuyển rời có hƣớng của electron và lỗ trống.
+ Theo lý thuyết dải năng lƣợng của vật rắn, ở nhiệt độ 0 K, các electron hóa trị
liên kết với các nguyên tử Si thì chiếm đầy dải năng lƣợng bị chiếm cao nhất, gọi là
dải hóa trị nhƣ trong (hình1.3). Do ở dải hóa trị không còn mức năng lƣợng trống, nên
electron liên kết không thể thay đổi đƣợc năng lƣợng bằng cách chuyển sang mức
năng lƣợng khác trong dải đó. Điều đó có nghĩa là khi có điện trƣờng đặt vào bán dẫn,
thì các electron liên kết không thay đổi đƣợc chuyển động của chúng, hay nói cách
khác đi, điện trƣờng không gây nên dòng electron trong bán dẫn. Trong trƣờng hợp
này, bán dẫn không dẫn điện.
Bên trên dải hóa trị, các dải năng lƣợng hoàn toàn trống. Dải trống thấp nhất gọi
là dải dẫn. Đáy dải dẫn cách đỉnh hóa trị một khoảng có bề rộng Eg gọi là dải cấm.
Trong bán dẫn Si, Eg = 1.1 eV. Khi nhiệt độ cao hơn 0K, một số electron liên kết ở dải
hóa trị có thể thu đƣợc năng lƣợng đủ để vƣợt qua dải cấm và nhảy lên dải dẫn. Những
electron này chiếm các mức năng lƣợng ở đáy dải dẫn, bên trên còn rất nhiều mức
năng lƣợng trống nằm rất sát nhau. Electron khi thu đƣợc năng lƣợng dù rất nhỏ, đã có
thể chuyển lên mức năng lƣợng cao hơn còn trống, electron cũng có thể chuyển từ
mức năng lƣợng cao xuống mức trống thấp hơn. Nhƣ vậy, electron ở dải dẫn có thể
5

chuyển động tự do trong bán dẫn. Ta gọi chúng là các electron dẫn. Khi có điện trƣờng
ngoài đặt vào, các electron dẫn chuyển động ngƣợc chiều điện trƣờng, gây nên dòng
điện trong bán dẫn. Trong trƣờng hợp này bán dẫn dẫn điện.
Khi một electron từ dải hóa trị thu đƣợc đủ năng lƣợng và chuyển lên dải dẫn,
thì nó để lại trong dải hóa trị một trạng thái trống. Electron ở trạng thái khác, có năng
lƣợng thấp hơn, chỉ cần thu đƣợc năng lƣợng rất nhỏ là có thể chuyển lên trạng thái
này và lại để lại một trạng thái trống ở mức năng lƣợng của electron lúc đầu. Nhƣ vậy
trạng thái trống có thể thay đổi mức năng lƣợng của nó, nghĩa là có thể chuyển động tự
do. Khi có điện trƣờng đặt vào bán dẫn, trạng thái trống chuyển động thuận chiều điện
trƣờng giống nhƣ hạt mang điện tích dƣơng. Ta gọi chúng là các lỗ trống. Từ lý luận
trên, ta còn thấy là năng lƣợng của lỗ trống tăng, thì nó chiếm các năng lƣợng ở phía
dƣới trong dải hóa trị. Năng lƣợng lỗ trống là thấp nhất khi nó ở đỉnh dải hóa trị.
Hai cách xét trên đây, trong mạng tinh thể và trong sơ đồ dải năng lƣợng của
bán dẫn, đều đƣợc sử dụng để giải thích các tính chất điện của bán dẫn. Sơ đồ dải năng
lƣợng thuận tiện hơn trong những trƣờng hợp mà ngƣời ta chú ý đến giá trị của năng
lƣợng trong các quá trình.
+ Theo sơ đồ dải năng lƣợng, mỗi khi electron liên kết thu đƣợc năng lƣợng đủ
để vƣợt qua dải cấm, thì một cặp electron và lỗ trống đƣợc tạo ra. Khi ta chiếu ánh
sáng có năng lƣợng photon ћω ≥ Eg thì những cặp electron - lỗ trống đƣợc tạo thêm,
làm tăng độ dẫn điện của bán dẫn đó là hiện tƣợng quang dẫn. Nó đƣợc ứng dụng
trong các quang điện trở, là những linh kiện có điện trở giảm đi khi cƣờng độ ánh sáng
chiếu vào nó tăng lên.
- Bán dẫn có tạp chất
Nếu Si có pha tạp chất, tức là ngoài có nguyên tử Si, còn các nguyên tử khác,
thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều. Chỉ cần một lƣợng rất nhỏ tạp chất
(với tỉ lệ vài phần triệu). Độ dẫn điện của bán dẫn có thể tăng hàng vạn, hàng triệu
lần. Khi đó, cùng với sự dẫn điện riêng còn có sự dẫn điện do tạp chất.
+ Bán dẫn loại n

Giả sử tạp chất là photpho (P). Mỗi nguyên tử P có năm electron ở lớp ngoài. Khi
P thay thế cho Si ở một nút mạng tinh thể, nó đóng góp bốn electron để tạo thành liên kết
với các nguyên tử Si. Electron còn liên kết yếu, ngay cả ở nhiệt độ thấp, nó có thể dễ dàng
bứt khỏi nguyên tử P và trở thành electron tự do. Nguyên tử P trở thành một ion dƣơng,
nằm tại nút mạng. Vậy tạp chất P đã tạo nên thêm các electron dẫn, mà không làm tăng
thêm số lỗ trống. Do đó, bán dẫn Si pha P có electron dẫn nhiều hơn số lỗ trống, ta gọi
6


electron là hạt mang điện cơ bản (hay đa số), lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản (hay
thiểu số). Bán dẫn nhƣ vậy đƣợc gọi là bán dẫn electron hay bán dẫn loại n.
+ Bán dẫn loại p
Nếu tạp chất là nguyên tố hóa trị 3 nhƣ bo (B), thì còn thiếu một electron để tạo
thành liên kết giữa nguyên tử B và bốn nguyên tử Si lân cận. Một electron ở liên kết
gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết này và tạo thành lỗ trống. Còn nguyên tử B
thì trở thành ion âm nằm ở nút mạng. Nhƣ vậy, tạp chất B đã tạo thêm lỗ trống. Trong
bán dẫn Si pha B, số lỗ trống nhiều hơn số electron dẫn. Lỗ trống là hạt mang điện cơ
bản, electron là mang điện không cơ bản, đó là bán dẫn lỗ trống hay là bán dẫn loại p.
Nhƣ vậy, bằng cách chọn loại tạp chất và lƣợng tạp chất pha vào bán dẫn, ngƣời
ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn và có tính dẫn điện mong muốn. Đây
chính là một tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có rất nhiều ứng dụng.
+ Sơ đồ dải năng lƣợng của bán dẫn tạp chất
Theo sơ đồ dải năng lƣợng, trong bán dẫn loại n, tạp chất tạo thành một mức
năng lƣợng tạp chất, gọi là mức đono. Mức đono nằm trong dải cấm, phía dƣới đáy dải
dẫn, cách đáy dải dẫn một khoảng Ed rất nhỏ (cỡ 0,01eV). Do đó chỉ cần thu đƣợc
năng lƣợng Ed, là electron của nguyên tử tạp chất đã nhảy lên đƣợc dải dẫn trở thành
electron dẫn, còn nguyên tử tạp chất trở thành ion dƣơng. Ta cũng thấy ngay là sự tạo
thành electron dẫn nhƣ vậy không làm xuất hiện lỗ trống trong dải hóa trị.
Trong bán dẫn loại p, tạp chất tạo thành mức axepto trong dải cấm, nằm phía
trên, cách đỉnh dải hóa trị một khoảng cách Ea. Electron ở dải hóa trị cần thu năng

lƣợng Ed là có thể nhảy lên mức axepto. Kết quả là một lỗ trống đƣợc sinh ra trong dải
hóa trị không kèm theo sự tạo thành electron trong dải dẫn.
1.1.4. Lớp chuyển tiếp p-n
1.1.4.1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
- Lớp chuyển tiếp p-n đƣợc hình
thành khi ta cho hai mẫu bán dẫn khác loại,
là loại p, và loại n, tiếp xúc với nhau. Khi có
sự tiếp xúc, các hạt mang điện tự do gồm lỗ
trống và electron, sẽ khuếch tán từ mẫu p
sang mẫu n và ngƣợc lại. Tuy nhiên do hạt
mang điện chủ yếu ở bán dẫn p là lỗ trống
nên dòng khuếch tán từ p sang n chủ yếu là
lỗ trống. Lỗ trống từ p sang n tái hợp với
7

Hình1.4. Sự khuếch tán e và lỗ
trống trong bán dẫn


electron tự do. Do đó, ở hai phía bán dẫn n gần mặt phân cách hai mẫu bán dẫn không
còn hạt mang điện tự do nữa. Ở đó chỉ có các ion tạp chất mang điện dƣơng. Tƣơng tự,
từ phía n sang p, dòng khuếch tán chủ yếu là electron, phía p gần mặt phân cách hai
mẫu có các ion tạp chất mang điện âm.
Kết quả của sự khuếch tán giữa hai mẫu bán dẫn, bên phía bán dẫn n có một lớp
điện tích dƣơng, bên phía bán dẫn p có một lớp điện tích âm. Tại đó xuất hiện một
điện trƣờng trong

hƣớng từ phía n sang p. Điện trƣờng này ngăn cản sự khuếch tán

của các hạt mang điện đa số (thúc đẩy sự khuếch tán của các hạt mang điện thiểu số).

Cƣờng độ của điện trƣờng tăng dần, làm cho dòng khuếch tán các hạt mang điện đa số
giảm dần. Sự khuếch tán dừng lại khi cƣờng độ điện trƣờng này ổn định. Ta nói rằng ở
chỗ tiếp xúc hai loại bán dẫn đã
hình thành lớp chuyển tiếp p-n,
lớp chuyển tiếp có điện trở lớn.
Vì ở đó không có hạt mang điện
tự do, chỉ có những điện tích
không gian gây nên bởi những
tạp chất đã bị ion hóa. Trong thực
tế, lớp chuyển tiếp p-n đƣợc hình
thành khi ngƣời ta pha các tạp
chất một cách thích hợp vào các

Hình1.5. Mô tả dải năng lƣợng bị bẻ cong
ở 2 bên lớp chuyển tiếp

phần khác nhau của một mẫu bán
dẫn.
- Khi hình thành lớp chuyển tiếp p-n thì các dải năng lƣợng bị cong đi ở hai bên
của lớp chuyển tiếp nhƣ trong hình vẽ. Trên hình ta chỉ vẽ đáy của dải dẫn (kí hiệu là
Ecp) và đỉnh dải hóa trị (kí hiệu là Evp). Giữa hai phía của lớp chuyển tiếp có một hiệu
điện thế, ứng với điện thế cao ở bán dẫn n, điện thế thấp ở phía p. Hiệu điện thế này
liên hệ với điện trƣờng trong

ở lớp chuyển tiếp có chiều từ n sang p.

Trên sơ đồ, E F là mức năng lƣợng fecmi, là năng lƣợng chung cho hệ gồm
hai mẫu bán dẫn. Nó xác định sự phân bố của các hạt tải điện theo năng lƣợng.
Trong những bán dẫn thông thƣờng, có thể coi gần đúng mức fecmi trùng với các
mức tạp chất.

8


1.1.4.2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
- Dòng điện thuận qua lớp chuyển tiếp p-n: Ta mắc hai đầu mẫu bán dẫn vào
một nguồn điện có hiệu điện thế V, sao cho cực dƣơng của nguồn nối với bán dẫn p,
còn cực âm nối với bán dẫn n. Điện trƣờng ngoài E n do nguồn điện gây ra tại lớp
chuyển tiếp p-n ngƣợc chiều với điện trƣờng trong E của lớp chuyển tiếp, do đó làm
yếu điện trƣờng trong. Kết quả là dòng chuyển dời của các hạt mang điện đa số đƣợc
tăng cƣờng. Dòng các hạt đa số gây nên dòng điện I có cƣờng độ lớn chạy theo chiều
từ bán dẫn p sang bán dẫn n. Đó là dòng điện thuận. Dòng điện này do hiệu điện thế
thuận của nguồn điện gây nên và tăng nhanh khi hiệu điện thế tăng.
- Dòng điện ngƣợc qua lớp chuyển tiếp p-n: Ta đổi cực của nguồn điện mắc vào
mẫu bán dẫn, tức là mắc cực dƣơng vào bán dẫn n, cực âm vào bán dẫn p. Điện trƣờng
ngoài E n cùng chiều với điện trƣờng trong E , làm tăng cƣờng điện trƣờng trong,
chuyển dời của các hạt thiểu số đƣợc tăng cƣờng, ngƣợc lại, chuyển dời của các hạt đa
số bị ngăn cản. Qua lớp chuyển tiếp có dòng các hạt mang điện thiểu số, gây nên dòng
điện I chạy từ phía n sang phía p. Dòng điện này có cƣờng độ rất nhỏ và hầu nhƣ
không thay đổi khi ta tăng hiệu điện thế V. Đó là dòng ngƣợc do hiệu điện thế nguồn
gây nên.

 Nhƣ vậy: lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p sang n,lớp
chuyển tiếp p- n có tính chỉnh lƣu.
- Theo sơ đồ dải năng lƣợng, thì khi lớp chuyển tiếp mắc theo chiều thuận. Điện
trƣờng ngoài làm giảm hiệu điện thế giữa hai bên lớp p-n, do đó làm cho độ chênh
năng lƣợng của cả electron và lỗ trống giữa hai bên lớp chuyển tiếp giảm đi, nếu xét
với electron dẫn chẳng hạn, thì khi độ chênh lệch năng lƣợng giảm đi, electron phía n
dễ dàng vƣợt qua hàng dào năng lƣợng để sang phía p hơn, vì hàng dào năng lƣợng đã
thấp đi. Mà phía n thì nhiều hạt electron (hạt mang điện đa số), nên dòng điện qua lớp

chuyển tiếp có giá trị lớn. Với lỗ trống cũng tƣơng tự, khi lớp chuyển tiếp mắc theo
chiều ngƣợc, hàng dào năng lƣợng cao lên, chuyển động của các hạt mang điện đa số
bị cản trở nhiều hơn, còn chuyển động của các hạt mang điện thiểu số lại đƣợc tăng
cƣờng, nhƣng chúng chỉ gây ra dòng điện rất nhỏ.

9


- Đặc trƣng vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n: Sự phụ thuộc của cƣờng độ dòng điện
I qua lớp chuyển tiếp vào hiệu điện thế U đặt vào lớp chuyển tiếp có dạng: I = Io(eeU/KT -1)
Với U,I là các đại lƣợng đại số: I có dấu dƣơng nếu là dòng điện thuận, U có
dấu dƣơng nếu là hiệu điện thế thuận.
1.2. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1.2.1. Linh kiện tuyến tính ( linh kiện thụ động)
Linh kiện điện tử thụ động gồm: điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
1.2.1.1. Điện trở
a. Khái niệm, kí hiệu, công dụng và phân loại
- Khái niệm: “Cái” điện trở là một loại linh kiện điện tử, dùng để đƣa điện trở
vào mạch điện, nhằm điều chỉnh điện áp, hạn chế dòng điện, điều chỉnh độ khuếch đại,
tạo thành mạch hằng số thời gian, chia điện áp, làm phụ tải cho mạch, tạo nhiệt, ổn
định nhiệt,… và nhiều chức năng khác.
+ Điện trở là một trong những tính chất cơ bản của vật dẫn, đƣợc xác định bởi
biểu thức: R = ρ

l

s

+ Trong mạch điện thuần điện trở, điện trở có quan hệ với hiệu điện thế và dòng
điện là: R = U/I

Trong đó: U – Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở (V)
I – Cƣờng độ dòng điện chạy qua điện trở (A).
2
+ Công suất tỏa nhiệt trên điện trở là: P  U = I2 R ; đơn vị là oát ( W).

R

b. Thông số kĩ thuật
- Cách đọc trị số điện trở: Trị số của điện trở hoặc đƣợc ghi bằng số Ả Rập
hoặc đƣợc ghi bằng vạch màu trên thang điện trở.
+ Ghi bằng số Ả Rập. Ví dụ trên thân điện trở có ghi: 12K
giá trị của điện trở đó là 12 kilôôm
sai là







5%, có nghĩa là

60 ôm (đo đƣợc bằng đồng hồ vạn năng), dung

5%. Ngoài ra có thể ghi theo  , K , M , G .

+ Ghi bằng vạch màu. Thông thƣờng giá trị điện trở đƣợc ghi bằng 4 vạch màu
(chủ yếu) hoặc 5 vạch màu. Các vạch màu có ý nghĩa nhƣ sau:

10

VẠCH MÀU

SỐ A,B

HỆ SỐ NHÂN C

DUNG SAI D

Đen

0

100

Nâu

1

101

F = 1%

Đỏ

2

102

G = 2%

Cam

3

103

Vàng

4

104

Xanh lục

5

105

D = 0,50%

Xanh lam

6

106

C = 0, 25%

Tím

7

107

B = 0,10%

Xám

8

108

Trắng

9

109

Nhũ vàng

-

101

I = 5%

Nhũ bạc

-

102

K = 10%

Cách đọc theo vạch màu:
Trị số R = AB x C (  ), dung sai D.
Ví dụ: Điện trở có vạch màu đọc đƣợc là nâu, đen, cam, nhũ vàng thì:
R = 10 x 103 =10K , sai số 5% ,
Giá trị của điện trở là: R = 10K



500 .

1.2.1.2. Tụ điện
a. Khái niệm, kí hiệu, công dụng, phân loại
- Khái niệm
Tụ điện là một hệ thống gồm hai vật dẫn điện đặt rất gần nhau, đƣợc ngăn cách
nhau bởi chất điện môi hoặc chân không. Chất điện môi có thể là không khí, giấy tẩm
hóa chất, màng hữu cơ, mi ca, thủy tinh hoặc gốm, mỗi loại có hằng số điện môi
khác nhau, có độ dày khác nhau và ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng và đặc tính
của tụ điện.
Tính chất cơ bản của tụ điện là cho dòng điện xoay chiều đi qua và ngăn không
cho dòng một chiều đo qua. Dòng điện xoay chiều có tần số càng lớn càng dễ “đi qua”
tụ điện
Hoạt động của tụ điện là tích điện và phóng điện.

11

Đơn vị: Điện dung của tụ điện có đơn vị là Fara (F). Thông thƣờng, trong kĩ thuật
sử dụng các đơn vị dẫn xuất của nó là microFara ( F ), nanoFara (nF), picoFara (pF).
Dung kháng của tụ điện đƣợc tính bằng biểu thức:
Xc =

-

1
1
=
2.f .C
.C

kí hiệu: Trong sơ đồ mạch điện, tụ điện đƣợc kí hiệu nhƣ hình 2.2.

C1

C2

C3

R4

+

C-TRIMM

Tụ thƣờng

Tụ hóa

Tụ vi chỉnh

C-VAR

Tụ biến đổi

Hình1.6. Kí hiệu một số loại tụ điện
- Công dụng: Tụ điện đƣợc dùng trong hầu hết các mạch điện tử: dùng để lọc
nguồn (san phẳng dòng điện một chiều), dùng để dẫn tín hiệu, cách li dòng điện một
chiều, cùng với R và L tạo thành các mạch lọc tần số, mạch cộng hƣởng...
- Phân loại: Có nhiều cách phân loại tụ, có thể phân loại thành các loại chính
sau đây: tụ điện cố định – có điện dung không thay đổi, tụ điện biến đổi – có điện dung
thay đổi đƣợc; tụ điện đặc biệt. Trong mỗi loại có thể phân ra nhƣ sau:
+ Tụ điện cố định
(1) Tụ điện chính xác, có dung sai nhỏ, tổn hao điện môi thấp, những tụ này
có điện môi là chất Polystiren, mica, gốm, thủy tinh. Thƣờng sử dụng trong mạch
điện siêu cao tần, mạch điều hƣởng, mạch ghép, mạch dao động, mạch bù. Tụ này
không phân cực.
(2) Tụ bán chính xác, có dung sai không lớn, thông thƣờng chất điện môi là
giấy, màng chất dẻo. Tụ này không phân cực.
(3) Tụ hóa dùng một dung dịch hóa học là axít Boric, bản tụ bằng nhôm, khi có
điện áp một chiều đặt lên tụ thì giữa hai lá nhôm sinh ra một lớp nhôm oxit Al2 O3
mỏng làm chất điện môi. Vì lớp này rất mỏng do đó điện dung của tụ khá lớn. Tụ dầu
có điện môi bằng dầu, có trị số điện dung tƣơng đối lớn (thƣờng không vƣợt quá tụ
hóa), chịu đƣợc điện áp cao.
+ Tụ điện biến đổi: dùng để điều hƣởng và tinh chỉnh hoặc điều chỉnh điện
dung của mạch tới trị số mong muốn.

12


(1) Tụ điều hƣởng không khí, chân không thƣờng dùng ở máy thu hoặc máy
phát, có kết cấu thông thƣờng là dạng xoay, bản cực hình bán nguyệt và biến đổi tuyến
tính với tần số. Điện dung từ 5pF đến 3000pF.
(2) Tụ điện Varicap: Đó là tụ điện đƣợc hình thành bằng chính tiếp giáp của
diode đặc biệt, điện dung thay đổi phụ thuộc vào điện áp ngƣợc giữa hai cực của diode.
(3) Tụ tinh chỉnh hay bán tinh chỉnh: có độ thay đổi điện dung trong phạm vi
khá nhỏ.
b. Thông số kĩ thuật
- Giá trị điện dung danh định, đƣợc ghi trên thân tụ bằng số Ả Rập, với đơn vị
là Fara. Ví dụ 470 F (micro Fara), 100nF (nano Fara), 6800pF (pico Fara), …Ngoài
ra còn có cách ghi khác nhƣ: Trên thân tụ có ghi 104, có nghĩa là giá trị điện dung
bằng C  10 x 104 (pF) = 105 (pF) = 0,1 F ; trên thân tụ có ghi 203, có nghĩa là giá trị
điện dung C = 20 x 103 (pF) = 20.000 (pF) = 0,02  F. Tụ không ghi đơn vị thì ngầm
hiểu đơn vị là pF.
- Điện áp danh định là điện áp đặt vào hai cực của tụ lâu dài (trên 10.000 giờ)
mà không bị hỏng. Nếu dùng trong điện áp xoay chiều thƣờng không ghi cực tính,
nhƣng dùng trong điện áp một chiều thì ghi rõ cực tính. Điện áp đánh thủng là điện áp
giới hạn, khi điện áp đặt vào tụ lớn hơn điện áp giới hạn thì điện môi của tụ bị đánh
thủng. Thông thƣờng điện áp này bằng từ 1,5 đến 2 lần điện áp danh định.
1.2.1.3. Cuộn cảm.
Cuộn cảm đƣợc cấu tạo bằng dây dẫn điện đƣợc quấn thành vòng (có thể là 1
vòng hoặc hàng nghìn vòng), thiết kế riêng cho từng mục đích sử dụng. Cuộn cảm
đƣợc cuốn hình trụ, hình chữ nhật, dạng đĩa... với lõi không khí, lõi bằng vật liệu sắt
từ, lõi ferít, vật liệu từ tính. Tính chất cơ bản nhất của cuộn cảm là cho dòng điện một
chiều đi qua dễ dàng, cản trở dòng điện xoay chiều đi qua, dòng điện có tần số càng
cao thì càng khó đi qua cuôn cảm ( XL  .L  2..f.L )
1.2.2. Linh kiện tích cực

1.2.2.1. Diode
a. Đặc điểm, công dụng, kí hiệu và phân loại
- Công dụng: Diode có nhiều công dụng nhƣ dùng để nắn điện, tách sóng, ổn
áp, phát quang, dùng làm tụ điện có điện dung biến đổi…

13


- Kí hiệu, các loại
D1
DIODE

D2
DIODE BREAKDOWN

D5
DIODE TUNNER

D3
DIODE BREAKDOWN

D6
DIODE VARACTOR

D4

D7
LED

DIODE BRIDGE

+ Trên sơ đồ, hình vẽ, diode tùy từng loại đƣợc kí hiệu nhƣ sau:
b. Thông số kĩ thuật cơ bản
- Dòng thuận cực đại là dòng điện thuận lớn nhất qua diode trong thời gian lâu
dài, mà không làm thay đổi các đặc tính của diode. Dòng điện ngƣợc In là dòng điện
qua diode khi điện áp ngƣợc UKA < UĐT. Dòng điện ngƣợc khoảng 10  A - 200  A đối
với diode tiếp điểm và bằng 100  A đến 3mA đối với diode tiếp mặt.
- Điện áp thuận là mức điện áp sụt áp trên diode khi nó đƣợc phân cực thuận và
có dòng điện chạy qua.
- Điện áp đánh thủng UĐT là điện áp ngƣợc lớn nhất đặt lên diode theo chiều
ngƣợc (UKA) tới mức có dòng điện lớn chạy qua diode. Hiện tƣợng đó gọi là đánh
thủng thác lũ. Điện áp ngƣợc cực đại là điện áp ngƣợc UKA lớn nhất đặt lên diode mà
không đánh thủng nhiệt lớn tiếp giáp.
- Nhiệt độ làm việc là khoảng nhiệt độ mà diode làm việc ổn định, thông thƣờng
từ - 600C đến 700C đối với Ge và từ - 600C đến 1250C đối với Si.
- Điện trở thuận của diode rất nhỏ (khoảng 10  1000 ), điện trở ngƣợc rất lớn,
coi nhƣ vô cùng. Khi phân cực ngƣợc, điện trở diode rất lớn, cỡ hàng trăm K trở lên.
1.2.2.2. Tranzito lƣỡng cực (BJT)
a. Cấu tạo
Tranzito lƣỡng cực (bipolar
transistor) là một linh kiện bán dẫn
có hai lớp chuyển tiếp p-n. Tùy theo
trình tự sắp xếp các miền P và n mà
ta có hai loại cấu trúc điển hình là
pnp và npn. Để cấu tạo ra các cấu
trúc này ngƣời ta áp dụng những
phƣơng pháp công nghệ khác nhau

Hình2.1. Cấu tạo và kí hiệu của 2 loại
tranzito lƣỡng cực

14


nhƣ phƣơng pháp hợp kim, phƣơng pháp khuếch tán, phƣơng pháp epitaxi…
Miền bán dẫn thứ nhất của tranzito là miền emitơ với đặc điểm là có nồng độ tạp
chất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực emitơ hay cực phát (kí hiệu E). Miền
thứ hai là miền bazơ với nồng độ tạp chất nhỏ nhất và độ dầy của nó nhỏ cỡ µm, điện cực
nối với miền này gọi là cực bazơ hay cực gốc (kí hiệu B). Miền còn lại là miền colectơ với
nồng độ tạp chất trung bình và điện cực tƣơng ứng là colectơ hay cực góp (kí hiệu C).
b. Hoạt động
- Để tranzito làm việc, ngƣời ta phải đƣa
điện áp một chiều tới các điện cực của nó, gọi là
phân cực cho tranzito. Tùy theo cách phân cực
mà tranzito có thể ở ba chế độ khác nhau.
+ Chế độ khuếch đại: Lớp chuyển tiếp EB phân cực thuận, dòng Ib nhỏ, lớp chuyển tiếp
B-C phân cực ngƣợc.
+ Chế độ bão hòa: Lớp chuyển tiếp E-B

Hình 2.2. Hoạt động của
tranzito

phân cực thuận, dòng Ib lớn, lớp chuyển tiếp B-C phân cực ngƣợc, dòng Ic lớn.
+ Chế độ ngắt: Cả hai lớp chuyển tiếp E-B và E-C đều phân cực ngƣợc.
Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có dòng điện rất nhỏ chạy qua tranzito.
Chế độ khuếch đại đƣợc dùng phổ biến trong các mạch tƣơng tự, còn chế độ
ngắt và bão hào đƣợc sử dụng, trong các mạch số, hay còn gọi là các mạch logic.
Để phân tích nguyên lí là việc ta lấy tranzito pnp ở chế đọ khuếch đại làm ví dụ.
Nguồn điện ε1 làm cho lớp chuyển tiếp E-B phân cực thuận. Nguồn điện ε2, với ε2 thƣờng
lớn hơn ε1 từ 5 đến 10 lần, đặt vào lớp chuyển tiếp B-C một hiệu điện thế ngƣợc.
Dòng IE chủ yếu là dòng lỗ trống từ E sang B, còn phần do dòng electron từ B

sang E là không đáng kể, vì lớp bán dẫn n của cực B co nồng độ hạt mang điện rất
thấp. Mặt khác, do lớp bán dẫn n của cực p có chiều dày rất nhỏ, nên phần lớn lỗ trống
từ E vƣợt qua lớp B chạy sang lớp chuyển tiếp B-C, chỉ một phần rất nhỏ chạy ra cực
B gây ra dòng IB. Các hạt tải (lỗ trống) đi tới lớp chuyển tiếp B-C và đƣợc tăng tốc bởi
điện trƣờng ở lớp chuyển tiếp này. Ngoài ra còn dòng chuyển dịch của các hạt không
cơ bản ở miền bazơ (trong trƣờng hợp này là electron), tạo nên dòng điện ngƣợc IC
(dòng colectơ khi E hở mạch). Dòng này tuy nhỏ nhƣng tăng nhanh theo nhiệt độ và là
một nguyên nhân gây mất ổn định của tranzito.
15


Nhƣ vậy IB<
nhỏ hơn 1 và gần bằng một, tỉ số β =

gọi là hệ

số khuếch đại dòng điện. Nó thể hiện tác dụng điều khiển của dòng IB đối với dòng IC.
Giá trị của β thƣờng là hàng chục đến hàng trăm, ta có:
I E = IB + IC
Ngoài ra ta cũng có:
IE = IB(1 + β) và α =


1 

Nếu hiệu điện thế giữa cực E và cực B biến thiên một lƣợng ∆UE-B, thì dòng IE
và dòng IB cùng biến thiên, làm dòng IC cũng biến thiên theo. Điện trở R mắc trong
mạch của cực C có giá trị khá lớn. Vì vậy, sự biến thiên của ∆IC gây nên giữa hai đầu
của R một biến thiên hiệu điện thế ∆UR = ∆IC.R = β.∆IB.R lớn hơn ∆UE-B nhiều lần. Ta

nói rằng biến thiên hiệu điện thế UE-B đƣợc khuếch đại trong mạch tranzito. Do
tranzito có tác dụng khuếch đại, nên ngƣời ta xếp nó vào loại linh kiện điện tử tích cực
(để phân biệt với các linh kiện thụ động nhƣ điện trở tụ điện…)
- Các cách mắc và đặc trƣng cơ bản của tranzito
Có ba cách mắc tranzito vào mạch khuếch đại, đó là cách mắc Emitơ chung (EC),
Bazơ chung (BC) và Colectơ chung (CC) lần lƣợt nhƣ trong hình từ trái qua phải.

c

a

b

C

E

E

B

C

B

E
C

B
Hình2.3. Các cách mắc tranzito:

a, Emitơ chung (EC). b, Bazơ chung (BC). c, colectơ chung (CC)
Từ cách mắc của tranzito về mặt sơ đồ có thể coi tranzito là một phần tử bốn
cực gần tuyến tính có hai đầu vào và hai đầu ra nhƣ trong hình. Tên gọi của cách mắc
xuất phát từ chỗ ta lấy cực nào của tranzito làm cực chung cho lối vào và lối ra của
mạng bốn cực.
Lối vào U1,I1

Tranzito

16

U2,I2

Lối ra


Mối quan hệ giữa các giá trị cƣờng độ dòng điện (I1, I2) và các hiệu điện thế
(U1, U2) của mạng đƣợc thể hiện qua các đặc trƣng tĩnh, mô tả sự phụ thuộc lẫn nhau
giữa hai đại lƣợng, khi các đại lƣợng còn lại có giá trị xác định, coi nhƣ các tham
số.Trong trƣờng hợp tổng quát có 4 họ đặc tuyến tính:
Đặc tuyến vào

U1 = f (I1) │U2 = const

Đặc tuyến phản hồi

U1 = f (U2) │I1 = const

Đặc tuyến truyền đặt

I2 = f (I1) │U2 = const

Đặc tuyến ra

I2 = f (U2) │ I1 = const

Bằng cách thay đổi các giá trị tham số, ta thu đƣợc các họ đặc trƣng tĩnh. Đồ thị
các họ đặc trƣng tĩnh gọi là các họ đặc tuyến tĩnh. Tùy theo cách mắc tranzito mà các
quan hệ này có tên gọi cụ thể dòng điện và điện áp khác nhau , dƣới đây là bảng các
họ đặc trƣng tĩnh ứng với các cách mắc BC, EC, CC
Tổng quát

BC

EC

CC

U1 = f(I1)│U2 = const

UEB = f(IE) │UCB UBE = f(IB)│UCE

UBC = f(IB) │ UBC

U1 = f(U2) │I1= const

UEB = f(UCB) │IE UBE = f(UCE) │IB UBC = f(UEC)│ IB

I2 = f(I1) │ U2 = const

IC = f(IE) │UCB

IC = f(IB) │UE

IE = f(IB) │UBE

I2 = f(u2) │I1= const

IC = f(UCB)│ IE

IC = f(UCE) │IB

IE = f(UEC) │IB

Khi sử dụng tranzito ngoài khả năng khuếch đại tín hiệu của nó, ngƣời ta còn
cần chú ý đến đặc tính tần số, tức là sự phụ thuộc của các thông số của tranzito vào tần
số của tín hiệu: khả năng khuếch đại của tranzito giảm khi tần số tăng. Mỗi tranzito có
một tần số giới hạn f α là tần số mà trên đó hệ số khuếch đại dòng chỉ còn lại 0,7 giá
trị của nó ở tần số thấp. Muốn tăng tần số giới hạn của tranzito ngƣời ta cần giảm
điện dung của lớp chuyển tiếp E-B và B-C, giảm chiều dài của lớp bazơ, dùng
tranzito n-p-n, trong đó hạt tải cơ bản là electron có độ linh động cao hơn lỗ trống.
Ngoài ra cách mắc tranzito cũng ảnh hƣởng đến tần số giới hạn: cách mắc CB cho
tần số giới hạn cao hơn cả.
Khi nhiệt độ tăng, hoạt động của tranzito kém đi, chủ yếu do dòng IC0 (dòng
ngƣợc qua lớp chuyển tiếp B-C) tăng theo nhiệt độ. Để tranzito hoạt động ổn định
trong một phạm vi biến thiên thiệt độ, ngƣời ta cần có các cách mắc thích hợp để bù
trừ tác dụng của nhiệt độ.

17

1.3. CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITO LƢỠNG CỰC
1.3.1. Phân cực cho tranzito
Muốn tranzito làm việc ở chế độ khuếch đại thì yêu cầu tiếp giáp J1 phân cực
thuận và lớp tiếp giáp J2 phân cực ngƣợc. Để thực hiện đƣợc điều đó ta thấy trong sơ
đồ khảo sát các đƣờng đặc trƣng, cần phải có hai bộ nguồn E1 và E2, đó chính là điều
kiện phân cực cho tranzito hoạt động. Tuy nhiên với kiểu phân cực dùng hai bộ nguồn
khá phiền phức và không thuận tiện, do vậy trong thực tế phân cực cho tranzito đƣợc
thực hiện bởi một bộ nguồn. Để nắm đƣợc kiểu phân cực dùng một bộ nguồn, ta xem
lại các điều kiện khi nó dùng 1 bộ nguồn. Nhƣ hình dƣới đây.
IC

RC

EC

RB
EB
RE

IE

Hình2.4. Sơ đồ phân cực cho tranzito dùng hai bộ nguồn
Trƣớc hết ta xét một cách định tính, điện áp trên các cực của tranzito.
UB dƣơng so với UE:

Đối với Si thì hiệu số điện áp UBE = 0.5→0.7 V
Đối với Ge thì hiệu số điện áp UBE = -0.10→ -0.12V

UC dƣơng so với UE: thƣờng thì cỡ 2V đến 12V. Tuy nhiên đối với mạch
khuếch đại công suất lớn thì điện áp đó có thể lên tới hàng chuc hay hàng trăm vôn.
Để phân cực ngƣợc với tiếp giáp J2 thì UC dƣơng hơn so với UB, do vậy thƣờng
thì UC > UB. Với yêu cầu các mức điện áp nhƣ vậy, khi ta thay hai bộ nguồn bằng một
bộ nguồn, thì điện trở sẽ là linh kiện dùng để phân cực phổ biến.
1.3.1.1. Phân cực kiểu cố định
RC

RB

EC

UCE

UBE

Hình2.5. Kiểu phân cực bằng dòng cố định cho tranzito
18


Kể cả hai kiểu phân cực bằng hai bộ nguồn và một bộ nguồn nhƣ hai hình (hình
2.3 và 2.4) đều gọi là kiểu phân cực bằng dòng không đổi. Dòng IB đƣợc cố định bằng
nguồn E và RB. Ta có thể tính đƣợc dòng IB nhƣ sau:
IB =

E  U BE
RB

Vì UBE << E, nên trong phép tính gần đúng IB ≈ E / RB.
Trong mạch colectơ ta có: E = ICRC + UCE. Phƣơng trình này gọi là phƣơng trình

đƣờng tải, bởi trong trƣờng hợp này RC vừa là điện trở phân cực vừa là điện trở tải. Từ
biểu thức này ta thấy có E và RC có giá trị cố định, khi dòng IC tăng thì UCE sẽ giảm
xuống và ngƣợc lại.
Với kiểu phân cực này sự ổn định không cao, bởi khi do một yếu tố nào đó (ví dụ
nhiệt độ) làm cho dòng IB thay đổi thì sẽ dẫn đến thay đổi lớn dòng IC. Do vậy ngƣời ta
thƣờng dùng các kiểu phân cực khác để giải quyết tính ổn định cho mạch nhƣ kiểu
phân cực phân áp hay kiểu phân cực phản hồi.
1.3.1.2. Phân cực kiểu phân áp

RC

R1
I
IB

EC

R2

RE
Hình 2.6. Mạch phân cực kiểu phân áp

Đây là loại mạch thƣờng đƣợc dùng trong thực tế, so với mạch cố định nó chỉ
thêm điện trở R2. Với điện trở thêm này, điện trở RB lúc này tƣơng đƣơng:
RB =

R1R 2
R1  R 2

và với dòng UB = EC

EC
R2
I=
>> IB
R1  R 2
R1  R 2

Trong đại đa số các trƣờng hợp, để xác định R1 và R2 có thể sử dụng giả thuyết :
I – 20IB = 20Ic/β nhƣ vậy có thể suy ra: R2 = β

UB
U  UB
và R1 = β E
20IC
20IC

Ví dụ: ta có thể tính toán các điện trở trên khi cho biết β = 250, IC = 6 mA, EC =
6V, UB = 0,6 V ta có đƣợc kết quả là: R2 = 1,25 (KΩ) và R1 = 11,25 (KΩ).
19


Đối với loại mạch này chế độ ổn định tốt hơn loại phân cực cố định, vì sự thay
đổi dòng IB đƣợc bù trừ qua R1 và R2 theo hai chiều điện áp ngƣợc nhau, tuy nhiên vì
R1 khác với R2 nên sự thăng giáng trên hai điện trở này là khác nhau và việc bù trừ
không hoàn toàn. Nhƣng vì dòng IB rất bé so với I, nên sai số là không đáng kể.
Ở đây điện trở RE đóng vai trò tham gia vào phân cự và ổn định chế độ nhiệt
độ. Có thể thấy rằng khi tranzito làm việc nhiệt độ của lớp tiếp súc p- n tăng lên do
công suất tiêu tán của bản thân nó và có thể ra tăng nhiệt độ của môi trƣờng. Khi nhiệt
độ tăng lên dòng IC tăng lên, tức là thay đổi chế độ làm việc của nó nếu nhƣ ta đã xác

định trƣớc đó. Nếu có RE thì điện áp trên nó sẽ là: UE = IERE, do có sự sụt áp này mà
hiệu điện áp: UCE = EC – UE – ICRC
Sẽ thay đổi (giảm xuống). Nhƣ vậy có thể thấy một cách định tính, nếu dòng IE
tăng lên một lƣợng ∆IE tức nó sẽ làm giảm một lƣợng ∆UCE nào đó, lƣợng thay đổi này
sẽ làm giảm lại dòng IC, tức là kéo điểm làm việc về vị trí cũ.
Để khi làm việc với tín hiệu biến thiên mà tín hiệu không làm thay đổi chế độ
thì RE có giá trị lớn (trên vài trăm Ω), ngƣời ta cần mắc song song với R E một tụ điện
đƣợc chọn sao cho dung kháng đối với tín hiệu là bé để tạo đƣờng thoát cho tín hiệu
trong mạch điện.
1.3.1.3. Phân cực kiểu phân áp và phản hồi (hồi tiếp âm)
Nhìn trên sơ đồ ta nhận thấy vị trí của R1 có thay đổi chút ít, nó vừa làm nhiệm
vụ phân cực vừa làm linh kiện hồi tiếp âm (trong cách mắc EC, pha của cực C ngƣợc
với pha của cực B). Do đó thêm thành phần hồi tiếp âm, nên chế độ hoạt động của
mạch này tƣơng đối ổn định, tuy nhiên hệ số khuếch đại của mạch có giảm đi chút ít.
Loại mạch này thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch khuếch đại tiền công suất, vì tín
hiệu cũng đã tƣơng đối lớn để bù sự suy giảm.

RC

R1

EC

RE

R2

Hình 2.7. Mạch phân cực kiểu phân áp và phản hồi âm
20