Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của transistor

 Trước đó, thành phần quan trọng nhất được sử dụng trong một thiết bị điện tử là một ống chân không, được sử dụng để điều khiển dòng điện. Các ống chân không cồng kềnh và cần tiêu thụ điện năng cao, mang lại hiệu suất thấp hơn, điện áp hoạt động cao hơn và cũng sử dụng vật liệu điện tử phát ra điện tử để hoạt động. Vì vậy, điều đó cuối cùng trở thành nhiệt, làm giảm tuổi thọ của chính ống. Để khắc phục những biến chứng này, Walter Brattain, William Shockley và John Bardeen đã phát triển một bóng bán dẫn tại “Bell Labs” vào năm 1947. Bóng bán dẫn là một giải pháp thông minh hơn nhiều để khắc phục một số hạn chế cơ bản của ống chân không. Bài viết này đưa ra một tổng quan về xây dựng transistor, chủng loại, ứng dụng, vv .

 

Transistor là gì?

Bóng bán dẫn là một loại linh kiện bán dẫn vừa có thể dẫn điện vừa có thể cách điện. Một bóng bán dẫn có thể hoạt động như một công tắc và cũng là một bộ khuếch đại . Nó biến đổi sóng âm thanh thành sóng điện tử & điện trở, điều khiển dòng điện. Các thành phần này có tuổi thọ rất cao, kích thước nhỏ, có thể hoạt động trên các vật liệu điện áp thấp hơn để an toàn hơn và không yêu cầu dòng điện. Các transistor đầu tiên đã được thực hiện-up với germanium . Một bóng bán dẫn thực hiện chức năng tương tự như một triode ống chân không, nhưng sử dụng các điểm nối bán dẫn thay vì các điện cực kích thích trong buồng chân không.

 

Bóng bán dẫn

Nó là thành phần chính của các thiết bị điện tử hiện nay và được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện tử hiện đại. Bóng bán dẫn là một thành phần 3 đầu cuối. Cụ thể là đế, bộ phát và bộ thu. Đầu cuối cơ sở chịu trách nhiệm kích hoạt bóng bán dẫn, đầu cuối phát là cực âm và đầu cuối thu là cực dương. Ý tưởng đơn giản đằng sau bóng bán dẫn là nó cho phép bạn điều khiển dòng điện chạy qua một kênh bằng cách thay đổi cường độ của dòng điện nhỏ hơn nhiều chạy qua trên một kênh khác.

Các loại và cấu tạo bóng bán dẫn

Bóng bán dẫn là một linh kiện bán dẫn ba cực, bao gồm một lớp thiết yếu rất mỏng của một loại vật liệu bán dẫn được kẹp giữa hai lớp tương đối dày của loại thứ hai. Có hai loại bóng bán dẫn là bóng bán dẫn PNP và bóng bán dẫn NPN.

 

Cấu tạo của một bóng bán dẫn

Transistor PNP

Trong tranzito PNP, phần bán dẫn loại N được kẹp giữa hai phần của các lớp bán dẫn loại p.

Transistor NPN

Trong tranzito NPN, phần bán dẫn loại P được kẹp giữa hai phần của lớp bán dẫn loại n.

Transistor làm việc

Hãy xem xét bất kỳ loại bóng bán dẫn nào, ví dụ, một bóng bán dẫn PNP. Cho hai đầu P của tranzito được nối với 2 pin được biểu diễn trong sơ đồ dưới đây. Xu hướng thuận khiến các lỗ trên bộ phát kiểu P chạy về phía đầu cuối cơ sở tích hợp với dòng điện Ie. Những lỗ trống này gây khó chịu cho thiết bị đầu cuối cơ sở loại N, chúng cố gắng kết hợp với các electron, nhưng thiết bị đầu cuối cơ sở tình cờ bị pha tạp và rất mỏng.

 

Transistor PNP làm việc

Vì vậy, chỉ có không đủ lỗ trống kết hợp với các điện tử và các lỗ trống còn sót lại khó chịu vào đầu cực thu và tạo ra dòng điện cực góp (Ic). Bằng cách này, gần như toàn bộ dòng điện phát chạy trong mạch thu. Từ giải thích trên, rõ ràng là Ie = Ib + Ic

Do đó, có hai bài hát dòng điện thông qua một bóng bán dẫn. Một là đường dẫn hoặc đầu vào BE (base-emitter) và một là đường dẫn hoặc đầu ra CE (collector-emitter).

Cấu hình bóng bán dẫn

Ba loại cấu hình bóng bán dẫn khác nhau là

• Cấu hình bóng bán dẫn cơ sở chung
• Cấu hình bóng bán dẫn cực phát chung
• Cấu hình bóng bán dẫn cực thu chung

Bảng sau đây cho thấy cấu hình của các bóng bán dẫn cực phát chung (CE), cơ sở chung (CB) và bóng bán dẫn cực thu chung (CC).

 

Bảng cấu hình bóng bán dẫn

Các chế độ xu hướng

Các chế độ bóng bán dẫn khác nhau cho xu hướng cơ sở bao gồm những điều sau đây

Xu hướng dòng điện

Như thể hiện trong hình 1 sau đây, hai điện trở cụ thể là RB & RC được sử dụng để đặt phân cực cơ sở. Hai điện trở này tìm thấy phần hoạt động ban đầu của bóng bán dẫn với phân cực dòng tĩnh. Transistor phân cực thuận với điện áp phân cực cơ sở dương (+ ve) thông qua điện trở 'RB'. Điện áp của bộ giảm điện áp VBE (base-Emitter) thuận là 0,7 V. Vậy dòng điện qua điện trở RB là IB = (Vcc - VBE) / IB

Xu hướng phản hồi

Như thể hiện trong hình 2 sau đây, xu hướng bóng bán dẫn bằng cách sử dụng một điện trở phản hồi . Phân cực cơ sở được sử dụng cho điện áp bộ thu. Phản hồi của bộ thu xác nhận rằng bóng bán dẫn liên tục được phân cực trong vùng hoạt động. Khi dòng điện cực thu (CC) tăng lên, điện áp tại cực góp giảm xuống. Điều này làm giảm biến tần cơ sở, do đó làm giảm dòng thu. Cấu hình đáp ứng này là hoàn hảo cho các thiết kế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn.

 

Các chế độ xu hướng

Xu hướng phản hồi kép

Hình 3 hiển thị cách đạt được xu hướng bằng cách sử dụng điện trở phản hồi kép. Bằng cách sử dụng hai điện trở như RB1 & RB2 tăng cường độ so với sự khác biệt trong Beta bằng cách tăng lưu lượng dòng điện qua các điện trở phân cực cơ bản. Theo cách sắp xếp này, dòng điện trong điện trở RB1 giống với 10% dòng điện cực góp.

Xu hướng phân chia điện áp

Hình 4 hiển thị xu hướng của bộ chia điện áp trong đó hai điện trở như RB1 & RB2 được liên kết với cực cơ sở của bóng bán dẫn để tạo thành mạng phân áp. Các bóng bán dẫn trở nên sai lệch bởi điện áp giảm trên điện trở RB2. Kiểu sắp xếp xu hướng này được sử dụng rộng rãi trong các mạch khuếch đại.

Xu hướng cơ sở kép

Hình 5 hiển thị một phản hồi kép để ổn định. Nó bao gồm cả phản hồi cơ sở Emitter & Collector để tăng độ ổn định thông qua điều khiển CC (dòng điện thu). Các giá trị của điện trở phải được chọn sao cho điện áp giảm trên RE (điện trở phát) 10% nguồn điện áp và dòng điện chạy qua điện trở RB1, 10% CC (dòng thu)

Ưu điểm của Transistor

Những ưu điểm của bóng bán dẫn bao gồm những điều sau

• Độ nhạy cơ học thấp hơn
• Kích thước nhỏ và chi phí thấp trong các mạch tín hiệu nhỏ
• Điện áp hoạt động thấp và tuổi thọ cao hơn
• Chuyển đổi nhanh chóng và không tiêu thụ điện năng

Các ứng dụng của Transistor

Các ứng dụng của bóng bán dẫn bao gồm:

Là một bộ khuếch đại

Một bóng bán dẫn được sử dụng như một bộ khuếch đại để khuếch đại dòng điện và một sự thay đổi nhỏ của dòng điện cơ bản tạo ra sự thay đổi lớn trong CC (dòng điện góp). Ví dụ, micrô.

Như một công tắc

Trong bóng bán dẫn, dòng điện trong mạch thu ngoại trừ dòng điện trong mạch gốc. Bằng cách thay đổi thiết bị đầu cuối cơ sở, nó có thể được sử dụng như một công tắc để BẬT / TẮT. Có nhiều loại mạch chuyển mạch khác nhau được vận hành bởi các bóng bán dẫn như

• Công tắc hoạt động nhẹ
• Nhiệt vận hành công tắc.

Mạch tích hợp

Một IC (Integrated Circuit) bao gồm điện trở, bóng bán dẫn, tụ điện, điốt có sẵn trong một con chip wafer mỏng của Si (silic). Con chip này được gọi là vi mạch và độ dày của con chip này là vài mm như 0,5mm.

Đây là tất cả về hoạt động của bóng bán dẫn, cấu tạo và ứng dụng của bóng bán dẫn. Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến khái niệm này hoặc để thực hiện bất kỳ dự án điện và điện tử nào , vui lòng đưa ra những gợi ý có giá trị của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Có một câu hỏi cho bạn, chức năng của bóng bán dẫn là gì?