Transistor được tạo thành từ một lớp bán dẫn loại P và hai loại N được gọi là transistor N-P - N
Transistor được tạo thành từ một lớp bán dẫn loại N và hai loại P được gọi là transistor P - N-P.
Hình 4. 1: Cấu trúc cơ bản của Transistor loại NPN và PNP
Transistor NPN hay PNP đều có ba thiết bị đầu cuối (3 chân ra):
- Cực phát (Emitter)
- Cực nền / đế / cơ sở (Base)
- Cực thu (Collector)
Transistor NPN: Đầu cuối Emitter được kết nối với lớp N bên trái. Đầu cuối Collector được kết nối với lớp N bên phải. Đầu cuối Base được kết nối với lớp loại P ở giữa.
Transistor PNP: Đầu cuối Emitter được kết nối với lớp P bên trái. Đầu cuối Collector được kết nối với lớp P bên phải. Đầu cuối Base được kết nối với lớp N ở giữa.
Transistor có hai mối nối P - N. Một mối được hình thành giữa bộ phát và chân đế được gọi là mối nối Emitter-Base hoặc mối nối Emitter. Một mối nối khác được hình thành giữa Base và bộ thu Collector. Mối nối này được gọi là mối nối Base - Collector hoặc mối nối Collector.
Thiết bị đầu cuối của BJT
Emitter:
Như tên cho thấy, phần bộ phát cung cấp các điện tích. Bộ phát (Emitter) được pha nhiều tạp nhất (pha tạp nặng) để nó có thể bơm một số lượng lớn các hạt mang điện vào lớp đế (Base). Kích thước của bộ phát E luôn lớn hơn đế B (Base).
Base:
Lớp giữa được gọi là lớp cơ sở hay lớp nền, lớp đế. Lớp Base của Transistor là rất mỏng so với Emitter và Collector. Nó có nồng độ tạp chất thấp nhất (pha tạp nhẹ).
Collector:
Chức năng của bộ thu là thu thập các hạt mang điện. Nó có mức pha tạp vừa phải. Mức độ pha tạp chất (doping) của bộ thu Collector nằm giữa Emitter và Base. Kích thước của bộ thu luôn luôn lớn hơn emitter và cơ sở. Vùng thu trong Transistor lớn hơn đáng kể so với vùng phát. Điều này là do bộ thu phải xử lý nhiều năng lượng hơn so với bộ phát và cần nhiều diện tích bề mặt hơn để tản nhiệt nên kích thước phải lớn.
4.1.2 Ký hiệu
Transistor có 3 chân E, C, B được ký hiệu như sau
Hình 4.2: Ký hiệu của Transistor loại NPN và PNP
Transistor được xem như 2 diode mắc chung Anod hoặc cathod. Loại NPN thì chung Anod, loại PNP thì chung Cathod
Hình 4. 3: Mô hình tương đương 2 diode của Transistor
4.2. Nguyên lý hoạt động
4.2.1 Nguyên lý làm việc của Transistor npn
4.2.1.1 Khi chưa phân cực
Khi không có điện áp cấp vào cho transisror NPN thì được gọi là không phân cực cho transisstor. Ở phía bên trái lớp N (Emitter) và bên phải lớp N (Collector) thì điện tử tự do là hạt dẫn đa số và lỗ trống là các hạt mang điện thiểu số. Trong khi đó vùng giữa lớp P (Base), điện tử tự do là hạt dẫn thiểu số và lỗ trống là các hạt dẫn mang điện đa số.
Hình 4.4: Transistor khi chưa được phân cực
Chúng ta biết rằng các hạt mang điện (các electron và lỗ trống) luôn cố gắng di chuyển từ vùng nồng độ cao hơn đến vùng nồng độ thấp hơn.
Đối với các điện tử tự do, Vùng N (n-region) là vùng có nồng độ cao hơn và Vùng P (p-region) là vùng có nồng độ thấp hơn. Tương tự, đối với các lỗ trống, Vùng P (p-region) là vùng có nồng độ cao hơn và vùng N (n-region) là vùng có nồng độ thấp hơn.
Do đó, các điện tử ở khu vực N bên trái (emitter) và khu vực N bên phải (collector) nhận một lực đẩy sang khu vực khác do hiện tượng khuếch tán. Kết quả là, các điện tử ở vùng n-region phía bên trái và bên phải (Emitter và colletor) sẽ di chuyển vào p-region (Base).
Trong quá trình này, các lỗ trống sẽ có cơ hội gặp các electron tự do tại vùng P (base) và tái hợp lại với nhau (recombines). Kết quả là, vùng nghèo kiệt (các ion dương và âm) được hình thành tại mối nối B-E và mối nối B-C.
Chúng ta biết rằng doping là quá trình thêm tạp chất vào chất bán dẫn tinh khiết để cải thiện tính dẫn điện của nó. Độ dẫn điện của chất bán dẫn phụ |
Có thể bạn quan tâm!
-
Các Đặc Điểm Cơ Bản Của Diode (Basic Characteristics Of Diode) -
Ký Hiệu Của Diode Schottky Ứng Dụng Của Diode Schottky -
Mạch Chỉnh Lưu Bán Kỳ Dùng 1 Diode -
Dòng Điện Tại Các Cực Của Transistor Ở Active Mode -
Sơ Đồ Transistor Mắc Kiểu B Chung -
Hình Ảnh Các Transistor Tín Hiệu Nhỏ Transistor Công Suất (Power Transistors)
Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.
thuộc vào mức độ doping được thêm vào nó.
Nếu vật liệu bán dẫn bị pha tạp nặng, độ dẫn điện của nó rất cao. Điều đó có nghĩa là vật liệu bán dẫn pha tạp nặng có một số lượng lớn các hạt mang điện.
Nếu vật liệu bán dẫn được pha tạp nhẹ, độ dẫn điện của nó rất thấp. Điều đó có nghĩa là vật liệu bán dẫn pha tạp nhẹ có một số lượng nhỏ các hạt mang điện.
Chúng ta biết rằng trong chất bán dẫn loại n, các electron tự do là các hạt mang điện tích đa số và các lỗ trống là các hạt mang điện tích thiểu số.
Trong transistor npn, vùng n bên trái (emitter) bị pha tạp nặng nề. Vì vậy, emitter có một số lượng lớn các electron tự do.
Chúng ta biết rằng trong các chất bán dẫn loại p, các lỗ là các hạt mang điện tích đa số và các electron tự do là các hạt mang điện tích thiểu số.
Vùng p (Base) được pha tạp nhẹ. Vì vậy, vùng Base có một số lượng nhỏ các lỗ trống.
Phía bên phải vùng n (Collector) là vùng có pha tạp vừa phải. Mức độ doping của nó nằm giữa của Emitter và Base.
Khi nguyên tử nhường hoặc cho một electron, nó trở thành một ion dương. Mặt khác, khi nguyên tử nhận một electron, nó trở thành một ion âm.
Các nguyên tử cho electron được gọi là các nhà tài trợ và các nguyên tử chấp nhận electron được gọi là những người chấp nhận.
Mối nối B- E(Emitter-base junction)
Giả sử rằng, ở n bên trái (emitter), mỗi nguyên tử có ba electron tự do, và tại p-region, mỗi nguyên tử có một lỗ trống.
Trong quá trình khuếch tán, các electron tự do di chuyển từ emitter (n- region) đến base (p-region). Tương tự, các lỗ di chuyển từ base (p-region) đến emitter (n-region).
Tại mối nối B-E, khi các nguyên tử vùng n (emitter) đáp ứng các nguyên tử vùng p(base), mỗi nguyên tử n-region tặng ba electron tự do cho ba nguyên tử vùng p. Kết quả là, nguyên tử n-emitter tặng ba electron tự do sẽ trở thành ion dương và ba nguyên tử p (Base) nhận ba electron tự do sẽ trở thành ion âm (mỗi nguyên tử nhận một electron tự do). Do đó, mỗi ion dương vùng n (emitter) tạo ra ba ion âm vùng p(base).
Do đó, vùng nghèo kiệt tại điểm tiếp xúc cơ sở (base) chứa nhiều ion âm hơn các ion dương . Các ion âm nằm ở khu vực p (base) gần mối nối và các ion dương nằm ở khu vực n (emitter) gần mối nối.
Do đó, vùng suy giảm được thâm nhập nhiều hơn về phía khu vực p (base) so với khu vực n (emitter).
Mối nối B-C (Base-collector junction)
Trong quá trình khuếch tán, các electron tự do chuyển từ collector (n- region) sang base (p-region). Tương tự, các lỗ di chuyển từ base (p-region) đến collector (n-region).
Giả sử rằng, ở bên phải n-region (collector), mỗi nguyên tử có hai electron tự do, và tại p-region, mỗi nguyên tử có một lỗ.
Tại mối nối B-C, khi các nguyên tử vùng n (collector) kết hợp các nguyên tử vùng p (base), mỗi nguyên tử vùng n (collector) nhường hai electron tự do cho hai nguyên tử p-base (base). Kết quả là, nguyên tử n (vùng thu) nhường hai electron tự do sẽ trở thành ion dương và hai nguyên tử p (cơ
sở) nhận hai electron tự do sẽ trở thành ion âm (mỗi electron chấp nhận một electron tự do). Do đó, mỗi ion dương n (collector) tạo ra hai ion âm vùng p.
Dẫn đến, vùng nghèo kiệt tại điểm tiếp xúc bên B chứa nhiều ion âm hơn các ion dương. Các ion âm nằm ở vùng p (Base) gần mối nối và các ion dương nằm ở vùng n (collector) gần ngã ba.
Như vậy, vùng suy giảm bị xuyên thủng nhiều hơn đối với vùng p (Base) so với vùng n (collector).
Tuy nhiên, chiều rộng vùng nghèo kiệt ở phía bên thu là nhiều hơn chiều rộng vùng nghèo kiệt ở phía bên phát. Điều này là do vùng collector được pha tạp nhẹ so với khu vực phát emitter.
Khi phân cực
Hình 4.5 : mạch phân cực cho BJT
4.2.2 Nguyên lý làm việc của transistor pnp (Working of a pnp transistor)
Khi chưa phân cực
Khi không có điện áp được cấp vào cho transisror pnp thì được gọi là không phân cực cho transisstor pnp. Ở phía bên trái lớp p (emitter) và bên phải lớp p(collector) thì lỗ trống là hạt dẫn đa số và điện tử tự do là các hạt mang điện thiểu số. Trong khi đó vùng giữa lớp n(Base), điện tử tự do là hạt dẫn đa số và lỗ các hạt dẫn mang điện thiểu số.
Hình 4.6 : Dòng điện trong BJT loại PNP
Chúng ta biết rằng các hạt mang điện (các electron và lỗ trống) luôn cố gắng di chuyển từ vùng nồng độ cao hơn đến vùng nồng độ thấp hơn.
Đối với các lỗ, p-region là vùng có nồng độ cao hơn và n-region là vùng nồng độ thấp hơn. Tương tự, đối với các electron tự do, n-region là vùng nồng độ cao hơn và p-region là vùng nồng độ thấp hơn.
Do đó, các lỗ ở khu vực p bên trái (emitter) và bên phải p-khu vực (collector) nhận một lực đẩy sang khu vực khác. Kết quả các lỗ ở phía bên trái và bên phải p-region (Emitter và colletor) sẽ di chuyển vào n-region (Base).
Trong quá trình này, các lỗ gặp các electron tự do trong n-region (base) và kết hợp lại với nhau (recombines). Kết quả là, vùng nghèo kiệt (các ion dương và âm) được hình thành tại mối nối B-E và mối nối B-C.