Transistor là gì? Phân biệt transistor NPN và PNP

Transistor là từ ngữ chuyên ngành thông dụng đối với anh em điện tử. Tuy nhiên liệu anh em đã hiểu rõ về linh kiện này chưa? Hãy cùng Mecsu tìm hiểu Transistor là gì? Cấu tạo như thế nào? Nguyên lý hoạt động ra sao? Cách phân biệt transistor NPN và PNP trong bài viết này nhé!

Transistor là gì?

Transistor là một linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Đây là một linh kiện bán dẫn, có vai trò như một van cách ly, điều chỉnh dòng điện và điện áp bên trong mạch.

Nói một cách đơn giản, transistor là linh kiện điện tử sử dụng tín hiệu nhỏ đặt ở một chân và dùng chân còn lại để điều khiển một tín hiệu lớn hơn. Do đó, chúng có khả năng đóng ngắt hoặc chỉnh lưu vi mạch điện tử.

#1 Cấu tạo transistor

Cấu tạo transistor bao gồm 3 lớp bán dẫn, được ghép với nhau tạo thành hai mối tiếp giáp P - N. Cấu tạo transistor tương tự với hai diode đấu ngược chiều nhau, transistor thuận sẽ được ghép theo thứ tự PNP, transistor ngược thì được ghép theo thứ tự NPN.

Dựa theo hình ảnh trên, 3 lớp bán dẫn nối thành 3 cực, ký hiệu B là cực gốc, lớp bán dẫn này có nồng độ tạp chất thấp và rất mỏng.

Đối với 2 lớp bán dẫn bên ngoài, được nối với nhau thành cực phát viết tắt là E (Emitter), cực thu hoặc cực góp kí hiệu C (Collector). Cả 2 vùng bán dẫn này được thiết kế cùng loại bán dẫn nhưng kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau, vì thế chúng không để đổi vị trí cho nhau.

#2 Nguyên lý hoạt động của transistor

Vì cấu tạo chia thành 2 loại transistor thuận và transistor ngược, nên hoạt động của chúng cũng khá khác nhau.

⇒ Nguyên lý hoạt động của transistor ngược (NPN)

• Sử dụng nguồn 1 chiều UCE vào 2 cực phát (cực E) và cực thu (cực C) của transistor. Lưu ý dấu + là nguồn vào của cực C, dấu - là nguồn vào cực E.
• Cấp nguồn 1 chiều UBE qua công tắc, trở hạn dòng vào cực B và E, lưu ý cực + nối vào chân B, cực - nối đến chân E.
• Khi bật công tắc, mặc dù cực C và E đều được cấp điện, nhưng vẫn không hề có dòng điện chạy qua. Tức là IC=0.
• Khi đóng công tắc, tiến hành nối P-N ta được phân cực thuận, lúc này dòng điện chạy từ cực dương (+) của UBE qua công tắc, tới R hạn dòng, qua mối BE về cực âm (-) và tạo thành dòng IB.
•  Sau khi dòng IB xuất hiện, sẽ có dòng điện IC chạy qua mối CE làm bóng đèn sáng, lúc này dòng IC sẽ mạnh hơn dòng IB rất nhiều lần.
• Điều này chứng tỏ dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào IB.

Công thức tính IC được thể hiện như sau:

IC= β.IB

Chú thích:

• IC là dòng điện chạy qua mối CE
• IB là dòng điện chạy qua mối BE
• β là hệ số khuếch đại transistor

Khi nguồn UCE có điện, nhưng các phần tử điện và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp giữa P và N để tạo ra điện, dòng IBE do lớp bán dẫn tại P cực mỏng, có nồng độ pha tạp thấp, khi đó các điện tử tự do xuất phát từ lớp bán dẫn nhỏ sẽ thay thế vào lỗ trống, tạo ra dòng IB.

Phần còn lại là những điện tử bị hút về phía cực C, dưới tác động của nguồn UCE, sẽ tạo thành dòng ICE và đi qua transistor.

⇒ Nguyên lý hoạt động của transistor thuận (PNP)

Với cấu tạo ngược thứ tự với NPN, nhưng transistor thuận (PNP) cũng có nguyên lý hoạt động tương tự như trên. Nhưng lúc này cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại, dòng IC sẽ di chuyển từ E qua C, còn dòng IB đi từ E sang B.

#3 Transistor khác Thyristor như thế nào?

Bên cạnh khái niệm transistor là gì đã được nhiều người biết đến, thì vẫn còn có một loại linh kiện bán dẫn khác khá phổ biến, đó là thyristor. Vậy thyristor là gì? Thyristor khác với transistor như thế nào?

Thyristor có cấu tạo tương tự như transistor, thyristor còn gọi là chỉnh lưu silic có điều khiển là loại phần tử bán dẫn, cấu tạo với 4 lớp bán dẫn. Chẳng hạn: P-N-P-N, có tác dụng chỉnh lưu dòng điện có điều khiển.

Sự khác nhau giữa transistor và thyristor được nhận định như sau:

• Cấu tạo lớp bán dẫn: transistor gồm 3 lớp, thyristor gồm 4 lớp.
• Công suất: linh kiện thyristor có khả năng chuyển lượng điện năng lớn hơn so với transistor.
• Cách ứng dụng: transistor có thể ứng dụng làm thiết bị chuyển mạch, hoặc bộ khuếch đại, đối với thyristor không có khả năng làm khuếch đại được.
• Duy trì dòng điện: transistor cần có dòng điện duy trì liên tục, còn thyristor thì không cần.

Tóm lại, transistor và thyristor là 2 linh kiện bán dẫn khác nhau, mỗi linh kiện đều có những ưu và nhược điểm riêng, tùy vào mục đích sử dụng của mỗi cá nhân để chọn được sản phẩm phù hợp.

Có bao nhiêu loại transistor?

Sau khi tìm hiểu transistor là gì, vậy thì transistor có bao nhiêu loại và cụ thể chúng hoạt động như thế nào?

Transistor được chia thành 2 loại, đó là NPN (ngược) và PNP (thuận). Mỗi loại đều có chức năng riêng biệt, cách thức sử dụng khác nhau và cấu tạo đối lập nhau. Transistor PNP gọi là transistor thuận hoặc là phân cực thuận, transistor NPN gọi là transistor nghịch, hoặc là phân cực nghịch.

Về cấu tạo chung, cả 2 loại NPN và PNP đều có 3 chân:

• Ký hiệu E (Emitter): cực phát
• Ký hiệu B (Base): cực nền
• Ký hiệu C (Collector): cực thu

Ngoài ra, còn một số loại transistor với chức năng khác, chẳng hạn transistor lưỡng cực (BJT), transistor đơn cực (UJT),... nhưng transistor NPN và PNP là 2 loại cơ bản, phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất.

#1 Transistor NPN

Transistor NPN có cấu tạo có 3 chân với ký hiệu E, B, C như trên, có 3 lớp nghịch N-P-N với cực B tương ứng ở mối P nằm giữa, cực E và cực C tương ứng với mối N nằm ở 2 bên.

⇒ Cách đóng/ngắt mạch NPN

Để hiểu cách hoạt động của mạch NPN, cần chú trọng vào giá trị IB, IC và IE.

Công thức: IE= IC + IB

Để xem transistor NPN hoạt động hay không, anh em hãy làm như sau:

• Dùng một đèn LED thay cho IC
• Dùng công tắc ON/OFF thay cho IB
• Nối đất IE
  • Khi công tắc bật nút OFF (đang hở mạch ) thì đèn LED sẽ không sáng (OFF).
  • Khi công tắc bật nút ON (mạch kín) thì đèn LED sáng (ON).

Điều này chứng tỏ, transistor NPN hoạt động như một công tắc đóng/ ngắt trạng thái nào đó của mạch điện tử.

#2 Transistor PNP

Với cấu tạo tương tự với NPN, cũng gồm 3 cực E, B và C, tuy nhiên, transistor PNP ghép 3 thành phần bán dẫn khác nhau, theo thứ tự thuận P-N-P.

Trong đó, cực B (cực nền) nằm ở giữa, tương ứng với lớp bán dẫn N, cực E (cực phát) và cực C (cực thu) nằm ở 2 bên tương ứng với lớp bán dẫn P. Dòng điện sẽ đi vào E qua B ra C.

Về bản chất C và E cùng loại bán dẫn của P, nhưng chúng có kích thước, nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể hoán đổi vị trí cho nhau được.

⇒ Cách đóng/ngắt mạch PNP

Nguyên lý hoạt động của PNP giống với NPN, nhưng khác ở cực tính của PNP sẽ ngược lại hoàn toàn với NPN.

Cụ thể như sau: dòng điện đi qua PNP là từ E sang C, nhưng dòng đi qua E và B tỉ lệ nghịch với nhau. Khi B đạt cực đại thì E có giá trị 0 ampe, còn khi E đạt cực đại thì B là 0 ampe.

Làm thế nào để xác định chân NPN và PNP?

Để sử dụng transistor hiệu quả, điều đầu tiên khi cầm transistor anh em phải xác định được đó là NPN hay PNP, thứ tự các chân như thế nào? Vì mỗi loại có cách hoạt động khác nhau, do đó phải tìm hiểu chính xác và kỹ càng trước khi sử dụng.

Để xác định chân transistor thuộc dạng NPN hay PNP, anh em hãy sử dụng VOM kim với một số bước dưới đây:

• Cách xác định chân B transistor: tiến hành các phép đo với 2 chân bất kỳ, trong các lần đo này sẽ có 2 lần kim đồng hồ dịch chuyển. Chân chung của 2 phép đo này chính là chân B.
• Cách xác định PNP hay NPN: sau khi đã xác định được chân B, quan sát que đo nối với chân B là que đỏ hay que đen. Nếu chân nối với B màu đen thì đó là NPN, ngược lại, màu đỏ là PNP.
• Cách xác định chân C và E transistor: đưa đồng hồ về độ om thang x100

#1 Trường hợp transistor PNP

Giả định 1 chân là chân C, chân còn lại là chân E. Đưa que đen đến gần chân C, que đỏ đến chân E. Lưu ý: que đỏ nối với cực âm của đồng hồ. 

Trong thời gian để 2 chân tiếp xúc như vậy, chạm chân B về que đen, nếu kim đồng hồ dịch chuyển nhiều hơn so với trước thì giả thiết ban đầu đúng. Ngược lại, thì giả thiết ban đầu sai và đổi chân ngược lại.

#2 Trường hợp transistor NPN

Làm tương tự như với PNP, nhưng màu đổi ngược lại. tức là đưa que đỏ đến chân C, và que đen đến chân E. Theo dõi kim đồng hồ và ra kết luận.

Trên đây là những thông tin về linh kiện bán dẫn transistor, transistor là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động như thế nào. Hy vọng Mecsu vừa cung cấp được kiến thức bổ ích cho anh em, giúp mọi người ứng dụng sản phẩm này dễ dàng hơn.