Linh kiện điện tử là gì? Ứng dụng của Điện trở, Tụ điện, Diode và Transistor - Blog Góc Vật lí

Blog Góc Vật lí chia sẻ bài viết "Linh kiện điện tử là gì? Ứng dụng của Điện trở, Tụ điện, Diode và Transistor" thuộc chủ đề Vật lí đại cương. Bạn có thể tìm đọc lại bài này bởi từ khóa: 

• Có mấy loại diode, 

• Diode là gì?, 

• điện tử cơ bản,

• Linh kiện điện tử thụ động là gì?, 

• Linh kiện điện tử tích cực, 

• Ứng dụng của điện trở. 

Linh kiện điện tử là một thuật ngữ rất quen thuộc, là yếu tố không thể thiếu trong các mạch điện hiện nay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày của con người. Vậy linh kiện điện tử là gì, chúng có bao nhiêu loại và ứng dụng của chúng như thế nào? Bài viết này, hãy cùng Blog Góc Vật lí tìm hiểu về linh kiện điện tử nhé.

Bạn có thể tải về bài viết này link Google Doc 

Linh kiện điện tử là gì?

Linh kiện điện tử (electronic components) là các phần tử rời rạc cơ bản có những tính năng xác định được dùng để ghép nối thành mạch điện hay các thiết bị điện tử. Đây là khái niệm linh kiện điện tử đầy đủ và tường minh nhất.

Khi tìm hiểu về linh kiện điện tử, bạn có thể hiểu một cách đơn giản đó chính là các phần tử riêng biệt, mỗi phần tử có những chức năng khác nhau, chúng được liên kết với nhau (thường là được hàn lại với nhau) để tạo thành các mạch điện tử, đáp ứng nhu cầu nào đó của con người.

Vậy, Linh kiện điện tử có mấy loại? Là những loại nào? Mời bạn cùng Blog Góc Vật lí tìm hiểu việc phân loại  linh kiện điện tử nhé.

Phân loại linh kiện điện tử

Có rất nhiều cách phân loại linh kiện điện tử khác nhau, thông thường và phổ biến nhất thì linh kiện điện tử được phân làm 2 loại là linh kiện điện tử thụ động (bị động) và linh kiện điện tử chủ động (tích cực).

Linh kiện điện tử thụ động là gì?

- Linh kiện điện tử thụ động (bị động) được hiểu là loại linh kiện có 2 đầu kết nối (2-terminal component), chúng không có khả năng phát năng lượng vào trong các mạch điện mà chúng được kết nối. Nói chung, chúng là các linh kiện có quan hệ tuyến tính với điện áp, dòng điện, tần số … của nguồn điện được kết nối. Dưới đây là hình ảnh một số loại linh kiện có 2 đầu kết nối rất thường gặp.

- Một số linh kiện điện tử thụ động phổ biến trong các mạch điện như điện trở, tụ điện, cuộn cảm …

Linh kiện điện tử chủ động là gì?

- Linh kiện điện tử chủ động (tích cực) là những loại linh kiện dựa vào nguồn năng lượng và có khả năng đưa điện vào mạch điện. Nói chung, chúng là các linh kiện tác động phi tuyến lên nguồn nuôi AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới trong mạch điện.

- Một số linh kiện điện tử chủ động phổ biến như diode, transistor …

Như vậy đến đây, bạn đã phân biệt được thế nào là Linh kiện điện tử chủ động (tích cực) và Linh kiện điện tử thụ động (bị động) rồi phải không nào. 

Từ nãy đến giờ, chúng ta đã nhắc đến các linh kiện bao gồm: điện trở, tụ điện, đi-ốt bán dẫn, tranzito lưỡng cực, … Thế chúng có ứng dụng ra sao trong các mạch điện tử? Tiếp theo ta cùng tìm hiểu về ứng dụng của các linh kiện này nhé.

Ứng dụng của linh kiện điện tử

Điện trở là gì? Ứng dụng của điện trở

- Điện trở được biết đến là loại linh kiện điện tử thụ động với cấu tạo hai điểm kết nối, có tác dụng cản trở dòng điện nhằm tạo ra các giá trị dòng điện và điện áp theo yêu cầu của mạch điện. khả năng cản trở dòng điện của điện trở có thể tính được bằng các công thức tính điện trở và giá trị của các điện trở trong thực tế được ghi bằng số hoặc kí hiệu điện trở bằng các vạch màu.

- Điện trở có tác dụng như nhau trong cả mạch điện một chiều và xoay chiều. Chế độ làm việc của điện trở không bị ảnh hưởng bởi tần số của nguồn điện xoay chiều trong mạch điện

- Có 3 cách mắc điện trở, đó là: mắc nối tiếp, mắc song song và mắc hỗn hợp. Mắc điện trở nối tiếp nhằm tạo ra sự sụt áp mà dòng điện qua chúng bằng nhau; mắc điện trở song song nhằm phân chia dòng điện, mắc điện trở hỗn hợp nhằm tạo ra giá trị điện trở theo mong muốn từ các điện trở có sẵn giá trị, được sản xuất hàng loạt.

- Ứng dụng của điện trở: Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, để mắc cầu phân áp, phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động, tham gia vào các mạch tạo dao động …

Blog góc vật lí hi vọng rằng, phần kiến thức về điện trở này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các thiết bị điện, điện tử nói chung, thêm yêu lĩnh vực Vật lý và thành công trong cuộc sống.

Sau đây ta cùng tìm hiểu về Tụ điện - một linh kiện rất thường gặp trong ngành điện, điện tử.

Tụ điện là gì? Ứng dụng của tụ điện?

- Tụ điện là loại linh kiện điện tử thụ động với cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song được ngăn cách bởi lớp điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu trên các bản cực của tụ. Dòng điện một chiều không đi qua tụ, nhưng  Tụ điện cho dòng điện xoay chiều chạy qua, khi đó, khả năng cản trở dòng điện của tụ được gọi là điện dung. Dưới đây là mô tả cấu tạo của tụ điện.

Với cấu tạo của tụ điện như vậy, ta cũng có thể xác định giá trị dung kháng của tụ điện bằng các công thức tính dung kháng (ZC) phụ thuộc vào điện dung của tụ điện và tần số của dòng xoay chiều đi qua tụ. Trên thực tế, người ta sản xuất hàng loạt các tụ điện với các giá trị điện dung khác nhau, người sử dụng chỉ cần chọn mua tụ điện theo kí hiệu trên tụ điện về ghép lại thành bộ tụ điện để dùng trong cách mạch điện, điện tử.

- Cũng giống như điện trở, tụ điện có 3 cách mắc là nối tiếp, song song và hỗn hợp.

- Khi tìm hiểu về tụ điện, chúng ta cần lưu ý là tụ phân cực hay không phân cực và 2 thông số cơ bản là giá trị điện dung của tụ và điện áp làm việc của tụ.

- Ứng dụng của tụ điện: Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả, được dùng để khởi động cho động cơ 1 pha, sử dụng trong mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều …

Trong bài viết chia sẻ kiến thức, trang oto.edu cũng chia sẻ ứng dụng của tụ điện rất chi tiết: Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe ô tô, khi đó, tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại âm thanh.

Tiếp theo, sau phần giới thiệu về Điện trở và Tụ điện, mời bạn cùng Góc Vật lí tìm hiểu về Diode và Transistor nhé.

Diode bán dẫn là linh kiện điện tử chủ động hay linh kiện điện tử thụ động? Có mấy loại diode?

Diode là gì?

- Diode bán dẫn là linh kiện điện tử chủ động, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không chạy ngược lại.

- Diode bán dẫn có cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là Anot (+) và Catot (-).

- Diode hoạt động trên nguyên tắc, dòng điện đi từ cực Anot sang cực Catot mà không cho phép dòng điện đi theo chiều ngược lại, nên có thể chỉnh lưu dòng điện xoay chiều và những công dụng khác nữa.

- Khi sử dụng Diode, cần biết 3 thông số quan trọng là dòng điện định mức đi qua Diode, điện áp ngược chịu đựng được của Diode và tần số làm việc của Diode.

Các loại Diode

+ Diode chỉnh lưu: Chỉ hoạt động ở dải tần thấp, nó chỉ chịu đựng được dòng điện lớn và có áp ngược chịu đựng dưới 1000V. Loại này chỉ dùng để làm mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều sang 1 chiều

+ Diode ổn áp (Diode Zener): Được sử dụng cho mạch nguồn điện áp thấp bởi nó có đặc tính ổn áp khá tốt trong quá trình hoạt động. Loại diode có chức năng hoạt động rất đặc biệt bởi vì có thể dòng điện chạy từ K sang A. Trong trường hợp nếu như nguồn điện áp có thể lớn hơn điện áp ghim của nó thì dòng điện ngược chạy qua thì nó ghim lại một điện áp ghim.

+ Diode phát quang (Led): Sử dụng nhiều để chiếu sáng, đèn báo hiệu có thể là làm đèn quảng cáo ..

+ Diode xung: Là những diode có tần số đáp ứng cao có thể từ vài chục kilo Hecz cũng có thể đạt được cả Megahertz. Sử dụng nhiều trong các bộ nguồn xung, các linh kiện thiết bị điện tử cao tần trong các thiết bị có công suất lớn

Ứng dụng của Diode bán dẫn: 

Đi-ốt dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều sang một chiều, để giảm áp, để bảo vệ chống cắm nhầm cực … ngoài ra, đi-ốt còn dùng để làm diode tách sóng, dùng để lọc tần số hoặc sử dụng ở mạch ghim áp phân cực cho các transistor hoạt động.

Transistor lưỡng cực

Transistor lưỡng cực là gì?

- Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor - BJT) là từ ghép trong tiếng Anh của hai từ "Transfer" và "Resistor", tức là điện trở chuyển đổi. Transistor lưỡng cực nhằm chuyển tín hiệu yếu từ mạch điện trở thấp sang mạch điện trở cao, hay nói cách khác là một linh kiện điện tử có thể điều chỉnh dòng điện hoặc điện áp và hoạt động như một công tắc hoặc cổng cho tín hiệu điện tử trong mạch điện

- Transistor lưỡng cực là một loại linh kiện bán dẫn được tạo bởi từ 2 chất bán dẫn loại P và loại N đặt xen kẽ nhau, có 3 chân là chân B (Base - cực nền), chân C (Collector - cực thu) và chân E (Emitter - cực phát).

Xem thêm Cách khác khi định nghĩa về Transistor được đề cập trên Blog Góc vật lí tại bài viết: Transistor là gì?

Có mấy loại Transistor lưỡng cực?

Có 2 loại Transistor lưỡng cực là PNP và NPN, mỗi loại có chức năng và cách sử dụng hoàn toàn khác nhau.

 

Nguyên lý Hoạt động của Transistor lưỡng cực thế nào?

- Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên (junction) giữa 2 miền bán dẫn. Điện thế này gọi là điện thế kích hoạt (bias voltage). Trong Transistor có 2 vùng biên, mỗi vùng trong transistor hoạt động như một diode. 

- Transistor có 4 chế độ hoạt động là:

+ Chế độ bão hòa (Saturation): Transistor hoạt động giống như ngắn mạch. Dòng điện chảy tự do từ cực thu đến cực phát.

+ Chế độ Ngắt/Ngưng dẫn (Cut-off): Transistor hoạt động giống như hở mạch. Không có dòng điện chảy từ cực thu đến cực phát.

+ Chế độ Tích cực/Khuếch đại (Activate): Dòng điện từ cực thu đến cực phát tỷ lệ thuận với dòng điện chạy vào cực nền.

+ Chế độ Tích cực ngược (Reverse-Active): Giống như chế độ khuếch đại, dòng điện tỉ lệ với dòng cực gốc, nhưng theo chiều ngược lại. Dòng điện chảy từ cực phát đến cực thu.

>>>Liên quan: Transistor: Cấu tạo, Cách Mắc, Nguyên lý hoạt động

Ứng dụng của Transistor lưỡng cực thế nào?

+ Transistor lưỡng cực giúp Khuếch đại điện áp một chiều: Transistor được sử dụng trong các mạch khuếch đại một chiều DC, khuếch đại tín hiệu AC hoặc sử dụng cho các mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại đặc biệt, mạch ổn áp.

+ Sử dụng Transistor lưỡng cực làm công tắc: Các Transistor thường được sử dụng ở các mạch số như các khóa điện tử có thể ở trạng thái bật hoặc tắt. Sử dụng Transistor cho các ứng dụng năng lượng cao như chế độ chuyển mạch nguồn điện hay sử dụng cho các ứng dụng năng lượng thấp như các cổng logic số.

+ Khuếch đại công suất với Transistor lưỡng cực: Đây là phần ứng dụng của Transistor trong lĩnh vực âm thanh. Transistor xuất hiện trong hầu hết các mạch của các thiết bị âm thanh quan trọng như amply, cục đẩy công suất, loa, micro …

+ Khuếch đại chuyển mạch công tắc: Ứng dụng của Transistor phổ biến nhất là điều khiển rơle chuyển mạch. Tìm hiểu về các thiết bị âm thanh, bạn sẽ thấy nó rất hay có mặt trong các amply karaoke.

Trên đây là một số kiến thức cơ bản về linh kiện điện tử thường gặp như: Điện trở, Tụ điện, Đi-ốt và Transistor. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu về các linh kiện điện tử thụ động và chủ động, hãy đọc các bài viết trong Blog Góc Vật lí để biết thêm thật nhiều thông tin bạn nhé.

Bài viết này thuộc chủ đề Điện tử cơ bản, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Transistor là gì? Ứng dụng của Transistor  

Transistor là gì?

Transistor một trong những linh kiện quan trọng được dùng nhiều nhất trong các bo mạch điện tử trong máy tính destop, laptop, tivi, điện thoại, loa… với chức năng khuếch đại, điều chỉnh tín hiệu hoặc đóng ngắt. Từ Transistor được viết tắt bởi Transfer & Resistor. Có thể hiểu đơn giản là Transisitor khuếch đại bằng sự thay đổi giá trị điện trở.

Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

Transistor nằm trong khối đơn vị cơ bản tạo thành một cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động. Transistor cũng được kết hợp thành mạch tích hợp (IC), có thể tích hợp tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.

Ứng dụng của Transistor  

Với những ưu điểm sau transistor đã dần dần thay thế đèn điện tử trong hầu hết các ứng dụng:

• Không có bộ phận làm nóng cathode, giảm điện năng tiêu thụ, loại bỏ độ trễ khi chờ đèn khởi động, không chứa chất độc ở cathode.
• Kích thước và trọng lượng nhỏ giúp giảm kích cỡ sản phẩm.
• Transistor có thể được thu nhỏ cỡ nano mét và được tích hợp trong IC hay các vi mạch.
• Hoạt động ở mức điện áp thấp có thể sử dụng với pin tiểu
• Hiệu suất cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng ít năng lượng.
• Độ tin cậy và tuổi thọ cao, transistor có tuổi thọ hơn 50 năm. không giống như đèn chân không hiệu suất giảm dần theo thời gian.
• Linh kiện bán dẫn được thiết kế linh động, nhỏ gọn
• Ít bị sốc, vỡ khi rơi hoặc va chạm.

Hi vọng rằng chia sẻ này giúp bạn có thể hiểu rõ về Transistor. Xem thêmcác bài viết cùng chủ đề điện tử cơ bản: Linh kiện điện tử là gì? Ứng dụng của Điện trở, Tụ điện, Diode và Transistor 

Liên quan: Transistor: Cấu tạo, Cách Mắc, Nguyên lý hoạt động

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Transistor: Cấu tạo, Cách Mắc, Nguyên lý hoạt động

TRANSISTOR MỐI NỐI LƯỠNG CỰC

Transistor là gì?

Transistor - mối nối lưỡng cực (BJT) được phát minh vào năm 1948 bởi John Bardeen và Walter Brattain tại phòng thí nghiệm Bell (ở Mỹ). Một năm sau, nguyên lí hoạt động của nó được William Shockley giải thích. Những phát minh ra BJT đã được trao giải thưởng Nobel Vật lí năm 1956. Sự ra đời của BJT đã ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển điện tử học.

BJT ≡ Bipolar Junction Transistor ≡ Transistor mối nối lưỡng cực ≡ Transistor tiếp xúc lưỡng cực ≡ Transistor tiếp giáp hai cực ≡ Transistor lưỡng nối ≡ Transistor lưỡng cực.

Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

Transistor nằm trong khối đơn vị cơ bản tạo thành một cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động. Transistor cũng được kết hợp thành mạch tích hợp (IC), có thể tích hợp tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.

Cũng giống như diode, transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP Transistor. Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN Transistor.

Tên gọi Transistor là từ ghép trong tiếng Anh của "Transfer" và "resistor", có nghĩa là "điện trở chuyển đổi", do John R. Pierce đặt năm 1948 sau khi nó ra đời. [1] Nó có hàm ý rằng thực hiện khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở, khác với khuếch đại đèn điện tử điều khiển dòng qua đèn thịnh hành thời kỳ đó [Theo https://vi.wikipedia.org/].

4.1. Cấu tạo – kí hiệu Transistor 

Hình dưới đây mô tả Cấu tạo Transistor , trong đó: 

(a) – mạch tương đương với cấu tạo. 

(b) – kí hiệu 

(c) của BJT loại NPN và của BJT loại PNP.

BJT là một linh kiện bán dẫn được tạo thành từ hai mối nối P  – N, nhưng có một vùng chung gọi là vùng nền.

Tùy theo sự sắp xếp các vùng bán dẫn mà ta có hai loại BJT: NPN, PNP.

Ba vùng bán dẫn được tiếp xúc kim loại nối dây ra thành ba cực:

- Cực nền: B (Base)

- Cực thu: C (Collector)

- Cực phát: E (Emitter)

Trong thực tế, vùng nền rất hẹp so với hai vùng kia. Vùng thu và vùng phát tuy có cùng chất bán dẫn nhưng khác nhau về kích thước và nồng độ tạp chất nên ta không thể hoán đổi vị trí cho nhau.

4.2. Nguyên lí hoạt động của BJT 

Khi chưa có nguồn cấp điện VCC, VEE thì BJT có hai mối nối P –N ở trạng thái cân bằng và hàng rào điện thế ở mỗi mối nối duy trì trạng thái cân bằng này.

Với hình 4.3, ta chọn nguồn VCC » VEE và trị số điện trở sao cho thỏa điều kiện:

- Mối nối P  – N giữa B và E (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JE) được phân cực thuận.

- Mối nối P  – N giữa B và C (lớp tiếp giáp, lớp tiếp xúc JC) được phân cực nghịch.

- VBE đạt thế ngưỡng tùy loại BJT.

Điện tử từ cực âm của nguồn VEE di chuyển vào vùng phát qua vùng nền, đáng lẽ trở về cực dương của nguồn VEE nhưng vì: vùng nền rất hẹp so với hai vùng kia và nguồn

VCC » VEE nên đa số điện tử từ vùng nền vào vùng thu, tới cực dương của nguồn VCC,

một ít điện tử còn lại về cực dương của nguồn VEE. Sự dịch chuyển của điện tử tạo thành dòng điện:

- Dòng vào cực nền gọi là dòng IB.

- Dòng vào cực thu gọi là dòng IC.

- Dòng từ cực phát ra gọi là dòng IE.

Ngoài ra, mối nối P – N giữa B và C được phân cực nghịch còn có dòng rò (rỉ) rất nhỏ gọi là ICBO.

 4.3. Hệ thức liên hệ giữa các dòng điện

Hình 4.4. Mạch tương đương với hình 4.3

Sự dịch chuyển của các điện tử như trên cho thấy:

IE = IB + IC              (4.1)

IC = αIE                   (4.2) 

4.4. Các cách mắc cơ bản

4.4.1. BJT mắc kiểu cực phát chung

Mạch dùng BJT mắc kiểu cực phát chung (Common Emitter ≡ CE) 

Hình 4.5. Mối nối lưỡng cực

4.4.2. BJT mắc kiểu cực nền chung

Mạch dùng BJT mắc kiểu cực nền chung (Common Base ≡ CB)  

 

4.4.3. BJT mắc kiểu cực thu chung

Mạch dùng BJT mắc kiểu cực thu chung (Common Collector ≡ CC) 

CE:

-Tín hiệu vào B so với E, tín hiệu ra C so với E.

- Pha giữa tín hiệu vào và ra: đảo pha.

- Hệ số khuếch đại Ai , Av lớn.

CB:

-Tín hiệu vào E so với B, tín hiệu ra C so với B.

- Pha giữa tín hiệu vào và ra: cùng pha.

- Hệ số khuếch đại Av lớn, Ai ≈ 1.

CC:

- Tín hiệu vào B so với C, tín hiệu ra E so với C.

- Pha giữa tín hiệu vào và ra: cùng pha.

- Hệ số khuếch đại Ai

lớn, Av ≈ 1.

4.5. Đặc tuyến của BJT

Mạch khảo sát đặc tuyến của BJT.

 Xét mạch Với VBE là hiệu điện thế giữa cực nền B và cực phát E.

VCE là hiệu điện thế giữa cực thu C và cực phát E.

4.5.1. Đặc tuyến ngõ vào IB(VBE) ứng với VCE = const

Chọn nguồn VCC dương xác định để có VCE =

const. Chỉnh nguồn VBB để thay đổi VBE từ 0 tăng lên

đến giá trị nhỏ hơn điện thế ngưỡng Vγ

thì đo dòng IB

≈ 0. Tiếp tục tăng nguồn VBB để có VBE = Vγ

thì bắt

đầu có dòng IB và IB cũng tăng theo dạng hàm số mũ

như dòng ID của diode phân cực thuận.

Hình 4.9. Đặc tuyến ngõ vào của BJT

4.5.2. Đặc tuyến truyền dẫn IC(VBE) ứng với VCE = const

Để khảo sát đặc tuyến này, ta đo, chỉnh nguồn tương tự đặc tuyến ngõ vào nhưng

dòng thì đo IC, quan sát xem IC thay đổi như thế nào khi VBE

thay đổi. Ta có đặc tuyến

truyền dẫn IC(VBE)  có dạng giống như đặc tuyến ngõ vào IB(VBE) nhưng dòng IC có trị số

lớn hơn IB nhiều lần.

IC = IB                                                                          

4.5.3.  Đặc tuyến ngõ ra IC(VCE) ứng với IB = const

Nguồn VBB phân cực thuận mối nối P – N giữa B và E để tạo dòng IB. VCC Khi điện

thế VBVBE ≥ V thì có dòng IB ≠ 0.

Thay đổi VBB để IB có trị số nào đó, dùng máy đo, giả sử đo được

IB= 15 A. Lúc này giữ cố định IB bằng cách không đổi VBB, tiếp theo thay đổi VCC → VCE thay đổi, đo dòng IC tương ứng với VCE thay đổi.

Ban đầu IC tăng nhanh theo VCE, nhưng đến giá trị cỡ IC = IB thì IC gần như không tăng mặc dù hiệu điện thế VCE tăng nhiều. Hình 4.10. Họ đặc tuyến ngõ ra của BJT

Muốn IC tăng cao hơn thì phải tăng VBB để có IB tăng cao hơn, tiếp tục thay đổi VCC để đo IC tương ứng, ta cũng thấy lúc đầu IC tăng nhanh theo VCE, nhưng đến giá trị bão hòa IC = IB, IC gần như không tăng mặc dù VCE vẫn tăng.

 

Thay đổi VBB để IB có trị số nào đó, dùng máy đo, giả sử đo được IB= 15 A. Lúc này giữ cố định IB bằng cách không đổi VBB, tiếp theo thay đổi VCC → VCE thay đổi, đo dòng IC tương ứng với VCE thay đổi.

Ban đầu IC tăng nhanh theo VCE, nhưng đến giá trị cỡ IC = IB thì IC gần như không tăng mặc dù hiệu điện thế VCE tăng nhiều. Hình 4.10. Họ đặc tuyến ngõ ra của BJT

Muốn IC tăng cao hơn thì phải tăng VBB để có IB tăng cao hơn, tiếp tục thay đổi VCC để đo IC tương ứng, ta cũng thấy lúc đầu IC tăng nhanh theo VCE, nhưng đến giá trị bão hòa IC = IB, IC gần như không tăng mặc dù VCE vẫn tăng.

  

Khảo sát tương tự IC(VCE) ở những giá trị IB khác nhau ta có họ đặc tuyến ngõ ra.

Trên đây ta đã xét đặc tuyến của BJT mắc kiểu CE.Ta cũng có thể xét đặc tuyến của BJT mắc kiểu khác:

 BJT mắc kiểu CB:

- Đặc tuyến ngõ vào IE(VEB) ứng với VCB = const.

- Đặc tuyến truyền dẫn IC(VEB) ứng với VCB = const.

- Đặc tuyến ngõ ra IC(VCB) ứng với IE = const.

 BJT mắc kiểu CC:

- Đặc tuyến ngõ vào IB(VBC) ứng với VEC = const.

- Đặc tuyến truyền dẫn IE(VBC) ứng với VEC = const.

- Đặc tuyến ngõ ra IE(VEC) ứng với IB = const.

4.6. Phân cực BJT

BJT có rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử, tùy theo từng ứng dụng cụ thể mà BJT cần cung cấp điện thế và dòng điện cho từng chân một cách thích hợp. Phân cực (định thiên) là áp đặt hiệu điện thế cho các cực BJT. Phân cực BJT là chọn nguồn điện DC và điện trở sao cho IB, IC, VCE có trị số thích hợp theo yêu cầu.

Điều kiện để BJT dẫn điện:

- Mối nối P – N giữa B và E (tiếp giáp JE) được phân cực thuận.

- Mối nối P – N giữa B và C (tiếp giáp JC) được phân cực nghịch.

- VBE đạt thế ngưỡng tùy loại BJT.

  BJT loại NPN:

VBE = 0,6 V (0,7 V) (Si)

VBE = 0,2 V (0,3 V) (Ge)

VCE ~ (⅓VCC  ÷ ⅔VCC)

  BJT loại PNP:

VEB = 0,6 V (0,7 V) (Si)

VEB = 0,2 V (0,3 V) (Ge)

VEC ~ (⅓VCC  ÷ ⅔VCC)

4.6.1. Dùng hai nguồn riêng

Xét mạch như hình 4.11, dùng BJT mắc kiểu CE, nguồn VBB phân cực thuận mối nối

BE. Nguồn VCC kết hợp với VBB phân cực nghịch mối nối BC. Mạch trên đã được thiết

kế sẵn, bây giờ ta tính toán IB, IC, VCE để xác định điểm làm việc ở trạng thái tĩnh của

BJT theo thiết kế.Chương 4: Transistor mối nối lưỡng cực

 

 

Điểm phân cực Q trên đặc tuyến ngõ ra được xác định bởi ba đại lượng IB, IC, VCE,

hay điểm phân cực Q có tọa độ IB, IC, VCE. Điểm phân cực Q còn gọi là điểm hoạt động

tĩnh (quiescent operating point) hay điểm làm việc ở trạng thái tĩnh.

                                                                                  

Hình 4.11. Mạch phân cực BJT dạng dùng hai nguồn có cực E nối mass.

Hình 4.12. Điểm Q trên đặc tuyến ngõ ra của BJT.

Giả sử  BJT có đặc tuyến ngõ ra như hình 4.12 . Điểm trên đặc tuyến ngõ ra Q có tọa độ IB = 60 A; IC = 4,8 mA; VCE = 8,4 V là điểm phân cực. Hay viết dạng khác Q(VCE; IC)

Tọa độ điểm phân cực Q:

I Đường tải tĩnh (static load line)

Đối với RC không đổi thì IC thay đổi phụ thuộc hiệu điện thế VCE theo dạng biểu thức:

 

Để thấy rõ phương trình dạng toán học có IC là hàm số, VCE là biến số ta có thể viết lại biểu thức trên như sau:

 

Biểu thức (4.18) chính là phương trình đường tải tĩnh.

 

IC = -0,5VCE + 9 (mA): Phương trình đường tải tĩnh.

Theo phương trình đường tải tĩnh, ta thấy nó có dạng đường thẳng (phương trình bậc

nhất y = ax+b). Muốn vẽ đường thẳng, ta phải tìm hai điểm đặc biệt.

Điểm nằm trên trục biến số VCE có giá trị hàm IC  = 0

IC = 0  VCE = VCC = 18 V → A(18 V; 0)

Điểm nằm trên trục hàm số IC có giá trị biến số VCE = 0

 

Vậy đường tải tĩnh là một đường thẳng qua hai điểm A, B và dĩ nhiên đường thẳng

này qua điểm Q.

Ý nghĩa: Đường tải tĩnh là quĩ tích điểm phân cực Q. Khi phân cực mạnh hơn thì

điểm Q chạy lên phía trên. Khi phân cực yếu hơn thì điểm Q chạy xuống phía dưới.

Khi BJT làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu biên độ nhỏ thì phân cực sao cho điểm Q

nằm khoảng giữa đường tải tĩnh là thích hợp.

Điện thế tại các cực của BJT:

 

Tọa độ điểm phân cực:

Điện thế tại các cực của BJT:

       

4.6.2. Dùng một nguồn duy nhất

a. Dùng điện trở giảm áp RB

 

Hình 4.14. Mạch phân cực BJT dạng dùng điện trở giảm áp RB.

 Phương trình đường tải tĩnh:

                                                                    (4.24)

 Điện thế tại các cực của BJT:

 

b. Dùng điện trở hồi tiếp áp RB

 

Hình 4.13. Mạch phân cực BJT dạng dùng hai nguồn có RE. 

 

Hình 4.15. Mạch phân cực BJT dạng dùng điện trở hồi tiếp áp RB.

Phương trình đường tải tĩnh:

C  Điện thế tại các cực của BJT:

 

c. Dùng cầu phân thế

Hình 4.16. Mạch phân cực BJT dạng dùng cầu phân thế.

Áp dụng định lí Thevenin ta vẽ mạch tương đương như hình 4.17:

                                                                   

Với nguồn:  

Tọa độ điểm phân cực:

        

Dùng một nguồn để phân cực BJT ta có ba dạng mạch như trên. Ngoài ra, ta có thể vẽ

thêm ba dạng mạch tương tự nhưng cực E nối trực tiếp xuống mass nghĩa là có ba mạch

phân cực mới. Khi tính toán để thiết kế mạch ta vẫn dùng các công thức trên nhưng chỗ

nào có RE thì ta thế RE bằng 0. Trường hợp này ta luôn có VE = 0 vì cực E nối trực tiếp

xuống mass, tính toán đơn giản nhưng mạch hoạt động không ổn định bằng trường hợp có RE.

4.7. Mạch tương đương dùng tham số h (hybrid) của BJT

Để khảo sát mạch ta cần trình bày dưới dạng một mô hình tương đương. Mô hình này xuất phát từ hệ thức toán học. Đối với trạng thái động tín hiệu nhỏ ta có thể xem BJT như một phần tử tuyến tính, tức là phần tử mà quan hệ giữa dòng điện và điện áp được thể hiện bằng những hàm bậc nhất (trong phạm vi hẹp của điện áp và dòng điện, đặc

tuyến Volt – Ampe của BJT là những đoạn thẳng có độ dốc không đổi). Vì vậy, ở trạng thái động tín hiệu ngõ vào nhỏ BJT được thay thế bởi mạng bốn cực tuyến tính.

4.18. Với điện áp và dòng điện ở ngõ vào là V1, I1 hoặc Vi , Ii ; điện áp và dòng điện ở ngõ vào là V2, I2 hoặc V0, I0.

Hình 4.18. Mạng bốn cực tương đương của BJT.

Chọn I1, V2 làm hai biến độc lập và V1, I2 là hàm của chúng, ta có:

Các đại lượng biến thiên dV1, dV2, dI1, dI2 được kí hiệu bằng các chữ thường v1, v2, i1, i2 (là điện áp và dòng điện xoay chiều do nguồn tín hiệu xoay chiều gây ra trên các cực của BJT). Hệ phương trình trở thành:

 

Ngoài hệ tham số h, ta có thể dùng các tham số z, tham số y.

Quá trình thiết lập hệ phương trình cơ bản đối với các tham số này vẫn tương tự như trên (chỉ khác cách chọn biến và hàm). Ý nghĩa từng tham số zij , yij được suy luận một cách tương tự nhưng ở đây không xét.

Về mặt toán học, các tham số xoay chiều giới thiệu trên đây thực chất là những đạo hàm riêng biểu thị cho độ dốc (hoặc nghịch đảo độ dốc) của những đặc tuyến tĩnh tương ứng. Các tham số này chỉ có ý nghĩa khi BJT làm việc với tín hiệu nhỏ.

Mạch tương đương dùng tham số h (hybrid) của BJT:

Hình 4.19. Mô hình tương đương của BJT đối với tín hiệu xoay chiều biên độ nhỏ, tần số thấp.

  

Hình 4.20. Mô hình tương đương dùng tham số h (hybrid) của BJT mắc kiểu CE.

Với rb là điện trở nền, điện trở này phụ thuộc vào nồng độ tạp chất ở vùng nền. Để giảm rb nồng độ tạp chất ở vùng nền phải cao nhưng điều này ảnh hưởng bất lợi đến hiệu suất cực phát.

re là điện trở động giữa B và E khi mối nối P – N giữa B và E được phân cực thuận.        

Nếu xem dòng ib chạy khắp mạch ngõ vào thì phải thế re = βre .

Thế hie = rb + βre

   

: nguồn điện áp này thể hiện ảnh hưởng của ngõ ra đối với ngõ vào, tức là thể hiện

sự truyền điện áp theo chiều ngược (hiện tượng hồi tiếp nội bộ của BJT). Thực tế, các BJT

thường có h12 (hr) rất bé (cỡ 10

 

Như vậy, ta có mô hình đơn giản như hình 4.21.

Hình 4.21.  Mô hình tương đương dùng tham số h dạng đơn giản nhất của BJT mắc kiểu CE.

Ví dụ:

Vẽ mạch tương đương dùng tham số h (hybrid) của mạch khuếch đại như hình 4.22.

Hình 4.22.  Mạch khuếch đại dùng BJT mắc kiểu CE.

Mạch tương đương dùng tham số h (hybrid) của mạch hình 4.22:

 Mạch tương đương dùng tham số h (hybrid) của mạch hình 4.22.

Lưu ý: Mô hình tương đương dùng tham số h (hybrid) của BJT ở trên chỉ đúng khi

BJT làm việc với tín hiệu xoay chiều biên độ nhỏ, tần số thấp hoặc trung bình. Khi làm

việc ở tần số cao mạch tương đương vẽ phức tạp hơn, có thêm vài tham số ảnh hưởng mô

hình. Mô hình này gọi là mô hình π hỗn hợp ( Hybrid – Pi mode).

Hình 4.24. Mặt cắt ngang của BJT loại NPN.

Hình 4.25. Mô hình π hỗn hợp của BJT.

Với:

rbb = rb là điện trở nền, điện trở này phụ thuộc vào nồng độ tạp chất ở vùng nền.

rbe = re : là điện trở động giữa B và E khi mối nối P – N giữa B và E được phân cực thuận.

: điện dung tiếp xúc của mối nối BE (tụ liên cực)

cπ: điện dung khuếch tán.

 4.8. Phân loại - ứng dụng BJT 

Ta có thể dựa vào cấu tạo hay dựa vào ứng dụng để phân loại:

Dựa vào cấu tạo ta có hai loại:

- BJT loại NPN, được chế tạo từ bán dẫn chính là Si hoặc Ge.

- BJT loại PNP, được chế tạo từ bán dẫn chính là Si hoặc Ge.

Dựa vào ứng dụng:

- BJT làm việc tần số thấp.

- BJT làm việc tần số cao.

- BJT có tần số cắt thấp.

- BJT có tần số cắt cao.

- BJT công suất nhỏ, tần số thấp.

- BJT công suất nhỏ, tần số trung bình.

- BJT công suất nhỏ, tần số cao.

- BJT công suất trung bình, tần số thấp.

- BJT công suất trung bình, tần số trung bình.

- BJT công suất trung bình, tần số cao.

- BJT công suất cao, tần số thấp.

- BJT công suất cao, tần số trung bình.

- BJT công suất cao, tần số cao.

- BJT số là loại BJT có kết hợp thêm các điện trở ở bên trong nó.

- BJT xuất ngang trong TV và monitor vi tính (sò ngang).

- BJT dán (gắn bề mặt) (BJT chip).

- BJT Darlington…

Khi dùng BJT, ta cần biết một số thông số của BJT: ICmax, IBmax, điện áp đánh thủng,

công suất cực đại cho phép, hệ số khuếch đại dòng, tần số cắt, loại BJT,…, những thông

số này dễ dàng biết được khi tìm hiểu, tra cứu BJT.

Hình 4.27.  Hình dạng và sơ đồ chân của một số loại BJT.

BJT có chức năng đặc biệt là khuếch đại tín hiệu nên nó được dùng làm phần tử trong nhiều dạng mạch khuếch đại; BJT được dùng làm những mạch: ổn áp, dao động, khóa,…; nó được tích hợp theo một sơ đồ nhất định để có những IC (Integrated Circuit) chuyên dụng: