Transistor

Kể từ năm 1907 sau khi chiếc bóng Transistor đầu tiên ra đời bằng các phiến bán dẫn đặt bên trong một vỏ thủy tinh chân không thì những năm sau đó một loạt các Thế hệ Transistor có kích thước nhỏ hơn với vỏ bằng Kim loại hoặc vỏ nhựa với những tính năng vượt trội hơn cũng như cho công suất lớn hơn và hệ số khuyếch đại cũng lớn hơn rất nhiều cũng lần lượt ra đời nhưng trong những giai đoạn đầu người ta chỉ dùng các đèn bán dẫn trong các Thiết bị Quân sự. Chỉ duy nhất Hãng SONY - Nhật đã mạnh dạn đưa vào trong các Radio Dân dụng và từ đó người ta cũng dần dần ứng dụng Đèn bán dẫn cho các đồ dụng dân dụng nhiều hơn...
Transistor đầu tiên

1./.  Cấu tạo của Transistor 
Mỗi Transistor được tạo bởi 3 phiến bán dẫn bằng Germany hoặc Silicon và các phiến này được pha tạp với các chất khác nhau để tạo thành các phiến bán dẫn loại N và loại P để ghép tiếp giáp vào nhau mà trở thành Transistor.
Có hai loại Transistor được gọi là Transistor ngược được tạo bởi 3 phiến bán dẫn theo thứ tự là N-P-N và loại thuận được tạo bởi 3 phiến bán dẫn theo thứ tự P-N-P.

Chính vì vậy, hai loại này hoạt động ngược nhau về điện áp cung cấp:
Loại Transistor Ngược (N-P-N) sẽ được cấp nguồn thuận với cực C là điện áp dương và cực E được cấp điện áp âm.
Trong lúc Transistor thuận (P-N-P) thì lại được cấp điện áp ngược lại là cực C được cấp điện áp âm và cực E được cấp điện áp dương.

Như vậy, mỗi Transistor đều có 3 chân lần lượt được gọi là Emitter (được gọi là cực phát tức là để xuất Tín hiệu) được viết tắt là E, Base (được gọi là cực khiển hay nói đúng ra là được gọi là cực gốc) và được viết tắt là cực B và một cực nữa gọi là Collector (được gọi là cực góp) và được viết tắt là C. Trên thực tế người ta thường sử dụng phổ biến cực C để xuất Tín hiệu và được gọi là Mạch Khuyếch đại cực E chung vì với kiểu mạch này vừa lợi được Hệ số Khuyếch đại dòng điện vừa lợi được cả Hệ số khuyếch đại Điện áp như sẽ được trình bày ở phần dưới...

2./.  Kiểu dáng và Kích thước Transistor
Cho đến ngày nay, có rất nhiều loại Transistor với kich cỡ cũng như kiểu dáng và có các thông số khác nhau như hình bên đây là hai loại có vỏ bằng nhựa với kích cỡ rất thông dụng và dưới đây cũng có thêm một số kiểu dáng nữa.
Với những kiểu dáng như vậy nhưng tất cả cũng đều thống nhất chung là nếu kích cỡ càng lớn thì nó cho phép hoạt động với Công suất càng lớn. Ngược lại với kích thước càng bé thì nó chỉ cho phép hoạt động được với Công suất càng bé.

Như hình bên mô tả Transistor 2N3055 có kích thước rất lớn nên nó có thể cho phép làm việc trong những mạch có Công suất lên đến 50W.
Trong lúc loại Transistor kiểu chân dán SMD thì chỉ có thể chịu được tối đa là 200mW.

Với kinh nghiệm thực tế, nếu các Transistor có cùng một kích cỡ thì mặc dù có ký hiệu (tên) khác nhau thì chỉ khác nhau về Điện áp làm việc, khác nhau về Hệ số khuyếch đại... nhưng đều có khả năng chịu được Công suất làm việc tương đương nhau.

3./.  Nguyên lý hoạt động
Vì Transistor có ba chân nên nó có ba kiểu hoạt động khác nhau và lần lượt được gọi là kiểu 'B chung', kiểu 'E chung' và kiểu 'C chung' như dưới đây:
Vì hai loại Transistor thuận và ngược chỉ ngược chiều nhau về Điện áp cũng cấp và hoạt động nhưng các nguyên tắc hoạt động cơ bản giữa chúng thì giống nhau hoàn toàn nên chỉ giới thiệu đại diện sự hoạt động của Transistor ngược là loại thường được sử dụng phổ biến nhất như dưới đây:

3.1./.  Mạch E chung

Hai mạch bên đây lần lượt là: Hình bên trái cũng là mô tả giản đồ của kiểu 'E chung' và hình bên phải là mạch thực tế thông dụng của kiểu mạch E chung.
Với mạch này người ta được lợi cả về Hệ số Khuyếch đại dòng điện và cả về Điện áp theo các hệ thức toán học thực nghiệm dưới đây:

Hệ số Khuyếch đại dòng điện ß được tra cứu trong Bảng thông số Kỹ thuật của transistor... thường hệ số này rất lớn, nhất là với các loại 2SC458 hoặc 2SC828 được bán rất sẵn trên thị trường thường có ß ≈ 200 lần.
Vì thế khi có một dòng điện Tín hiệu đi vào cực B là Ib thì dòng điện đi qua cực E và cực C sẽ là:
 
IE = (ß + 1) x Ib và Ic = ßIb

Từ đó suy ra Điện áp lần lượt trên các điện trở RE và RC sẽ là:
 
UE = RE x (ß + 1) x Ib và URc =  Rc x ßIb
 Điều đó có nghĩa rằng mạch E chung có lợi được rất lớn về khả năng khuyếch đại dòng điện và cả về điện áp tức cũng có nghiac là lợi được cả về khả năng khuyếch đại tăng Công suất.

Đối với mạch loại này, Tín hiệu ra ngược Phase với tín hiệu vào

Đối với mạch E chung, cần phải tính toán tỷ lệ giữa Rb1 và Rb2 để phân áp cho cực B lớn hơn 1V cho transistor Silicon (vì transistor silicon chỉ làm việc với dặc tuyến đạt độ tuyến tính tốt khi Hiệu điện thế trên B và E đặt khoảng 0.6 - 0.7 V) và lớn hơn 0,5V đối với transistor Germany (vì Transistor Germany chỉ đạt độ tuyến tính tốt khi Hiệu điện thế trên hai cực B và E vào khoảng 0.25 đến 0.35V) và tỷ số giữa Rc/Re để Hiệu điện thế rơi trên 2 cực E và C của Transistor vào khoảng 25 - 45% Điện áp Vcc của Nguồn cung cấp (và không được bé hơn 1 Volt khi dòng Tín hiệu đi qua cực cực C và cực E đạt cực đại) thì Transistor mới hoạt động ổn định và Tín hiệu ra không bị méo...

3.2/.  Mạch C chung
Mạch C Chung chỉ có lợi về Hệ số Khuyếch đại Dòng điện đúng bằng ß theo Bảng Thông số Kỹ thuật tra cứu về Transistor còn về Hệ số Khuyếch đại điện áp chỉ xấp xỉ bằng 1.

Mạch bên trái cũng chỉ là giản đồ mô tả cho Nguyên lý của mạch C chung, mạch bên phải mới là mạch hoạt động thực tế của kiểu C chung.
Đặc điểm của Mạch này là Trở kháng ra nhỏ nên có thể được dụng làm Khuyếch đại đệm tạo ra dòng điện lớn hơn để dễ dàng phối hợp Trở kháng với Tầng Khuyếch đại Công suất ở phía sau.
Vì vậy Mạch C chung có các lợi thế là Trở kháng vào lớn (cỡ vài trăm ki-lô-ôm tới me-ga-ôm) nhưng trở kháng ra lại nhỏ (bé hơn giá trị Điện trở RE ở Cực E).

Đối với mạch C chung, Tín hiệu ra đồng phase với Tín hiệu vào

Đối với mạch C chung, chỉ cần tính toán tỷ lệ Rb1/Rb2 sao cho điện áp cấp cho cực B lớn hơn 2Volts là mạch hoạt động ổn định, vì lúc này điện áp ra trên cực E cũng sẽ vào khoảng trên 1Volt.

3.3./.  Mạch B chung
Mạch B chung có đặc điểm là Trở kháng vào (Trở kháng vào xấp xỉ bằng Re) cũng như Trở kháng ra (Trở kháng ra xấp xỉ bằng Rc) nhỏ, Hệ số Khuyếch đại dòng điện chỉ gần bằng 1 nhưng Hệ số Khuyếch đại Điện áp thì xấp xỉ bẳng tỷ số Rc/Re.
Mạch bên trái mô tả kiểu giản đồ và mạch bên phải là mạch thực tế của kiểu B Chung.

Đối với Mạch B chung, Tín hiệu ra đồng phase với tín hiệu vào...

Mạch này cũng tương tự như kiểu mạch C chung, cần phải tính toán tỷ lệ Rb1/Rb2 để phân áp cho cực B lớn hơn 2 Volts thì lúc đó Điện áp trên cực E sẽ vào khoảng hơn 1 Volt và tính toán tỷ lệ Rc/Re sao cho Hiệu điện thế rơi trên cực E và cực C vào khoảng 25 - 45% giá trị điện áp nguồn và đặc biệt khi Tín hiệu ra lớn nhất (dòng đi qua cực C và cực E lớn nhất) thì Hiệu điện thế trên cực C và cực E không được nhỏ hơn 1 Volts vì nếu dưới 0.7 Volts thì lúc này Transistor sẽ bị bão hòa và gây méo tín hiệu.


 

Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Lưu ý: Các bài viết trên in lại các trang web hoặc các nguồn phương tiện truyền thông khác không xác định nguồn http://tri-heros.net là vi phạm bản quyền