NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANSISTOR

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 J
E
, chuyển tiếp
giữa mối ghép B-C gọi là J

C
. 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 J
E

phải được phân cực thuận. Ta xét sơ đồ mạch điện như
hình bên:
Nguồn E
1
có sđd một vài volt để phân cực thuận
cho J
E
.
Nguồn E
2
thường từ 5  20 (V) dùng phân cực
nghịch cho Jc.
R
E
và R
C
là các điện trở phân cực.
Khi chưa có nguồn E

1
và E
2
, trong mỗi vùng nghèo
J
E
và J
C
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 E
2
, chuyển tiếp J
C
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 I
CBO
).
Nếu có thêm nguồn E
1
thì J
E
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 J
C
. Khi tới vùng J
C
, các điện
tử này lập tức bì điện trường của E
2
hút về phía collector tạo nên dòng điện qua cực C

(I
C
).


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
J
E
J
C
Transistor loại NPN

E
C
B
N
P

J

E

J

C
P
+

Transistor loại PNP
E
C
B
R
C
E
2
N
+
P N
E C
B
J

E
J
C
R
E
E
1
I
C
I
B
I
E
UPLOAD BY:DEE07_BK
Gọi I
E
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 I
E
.
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 I
C
= I
E
+ I
CBO

. (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 E
1
chạy vào miền base thông qua
cực B  tạo nên dòng I
B
. Theo định luật điểm nút: I
E
= I
B
+ I
C
. (2)
(trị số I
B
thường rất nhỏ so với I
C
và I
E
).
Qua hoạt động của BJT ở trên, ta thấy: nếu I
E
biến đổi thì dòng I
C
cũng biến đổi theo. Bây giờ,
nếu có thêm nguồn tín hiệu xoay chiều e
s

(biên độ rất nhỏ) thông qua tụ C
1
đặt vào cực E và cực B
như hình. Nghĩa là, e
s
đã xếp chồng lên điện áp phân cức vốn có của J
E
 mức độ phân cực của J
E

sẽ thay đổi một cách tuần
hoàn theo chu kỳ của tín
hiệu e
s
. Do đó, dòng điện
tử từ cực E tới cực C sẽ
tăng giảm theo qui luật
của e
s
. Nghĩa là, dòng I
C

đã thay đổi theo e
s
. Dòng
này tạo ra trên R
C
một
điện áp biến thiên theo
quy luật của e

s
, nhưng
biên độ lớn hơn e
s
rất
nhiều (nhờ R
C
khá lớn).
Ta nói rằng transistor đã
khuếch đại tín hiệu. Nếu giá trị R
C
càng lớn thì tín hiệu được khuếch đại càng nhiều. Nên điện trở
R
C
còn được gọi là điện trở tải.
Tụ C
1
và C
2
trong mạch có tác dụng ngăn chặn dòng điện một chiều và chỉ cho tín hiệu xoay
chiều e
s
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 J
E
được phân cực thuận và J
C

được phân cực nghịch thì transistor sẽ làm
việc ở chế độ khuếch đại.
Ngoài ra, nếu J
E
và J
C
cùng phân cực nghịch thị transistor sẽ ở chế độ khoá (ngưng dẫn); còn
nếu J
E
và J
C
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 __________


R
C
E
2
N
+
P N
E C
B
J
E
J
C

R
E
E
1
I
C
I
B
I
E
AC
C1
C2
e
s
t?i