BJT là gì? Những điều bạn cần biết về Transistor lưỡng cực

Dec 21, 2022 - 19:19 Updated: Jan 10, 2024 - 07:59

Nội dung chính [Hiện]

Transistor lưỡng cực (hay BJT - Bipolar Junction Transistor) là một trong những thành phần cơ bản của điện tử và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử. Nó được sử dụng để khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu và điều khiển các thiết bị khác. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của transistor lưỡng cực.

bjt là gì? các đặc tính và ứng dụng

BJT là gì?

Transistor lưỡng cực (hoặc được gọi tắt là BJT) là một loại linh kiện bán dẫn bao gồm hai đoạn bán dẫn p-n (điốt) được ghép nối với nhau. Nó được gọi là "lưỡng cực" vì có hai loại tín hiệu (dương và âm) được điều khiển bởi một dòng điện điều khiển nhỏ hơn. BJT có thể được sử dụng để tạo ra các kết nối ampli, chuyển đổi tín hiệu, và như một công tắc trong các mạch điện tử. BJT có hai loại phổ biến: NPN và PNP, phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng.

Xem thêm: Mosfet là gì? đặc điểm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1. Transistor NPN (BJT NPN)

Transistor NPN là một loại transistor lưỡng cực (BJT) được cấu tạo từ ba phần chính: emitter (phát xung), base (cực gốc) và collector (cực thu). Điểm tiếp nối emitter-base phân cực thuận, trong khi điểm tiếp nối collector-base phân cực nghịch. Trong transistor NPN, cực phát (emitter) được làm bằng vật liệu bán dẫn loại N, cực gốc (base) làm bằng vật liệu bán dẫn loại P, và cực thu (collector) làm bằng vật liệu bán dẫn loại N. Khi dòng điện được áp dụng vào cực phát, nó sẽ kích hoạt các hạt tự do ở vật liệu loại N bên trong cực phát, làm chúng di chuyển đến cực thu, và do đó điều khiển dòng điện chảy qua transistor NPN. Transistor NPN có thể được sử dụng để khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu, và là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử.

Trong transistor lưỡng cực NPN, chất bán dẫn loại p nằm giữa hai chất bán dẫn loại n như hình sau. Dòng điện chạy qua emitter và collector tương ứng với IE và IC, VEB và VCB lần lượt là điện áp giữa emitter-base và collector-base. Đối với IE IB IC, dòng điện đi vào BJT mang điện tích dương, còn dòng điện đi ra khỏi BJT mang điện tích âm. Bảng so sánh về sự khác nhau giữa các dòng điện áp trong transistor NPN có thể được lập như sau:

Loại transistor	IE	IB	IC	VEB	VCB	VCE
n-p-n	–	+	+	–	+	+

2. Transistor PNP (BJT PNP)

Transistor PNP là một loại transistor lưỡng cực được cấu tạo từ hai lớp nằm giữa một lớp p. Khác với transistor NPN, trong PNP transistor, dòng điện chạy từ emitter đến collector thông qua lớp p, và điện tử di chuyển từ emitter đến base. Khi điện áp được áp dụng giữa base và emitter, nó sẽ kích hoạt một dòng điện từ emitter đến collector, và transistor sẽ hoạt động như một công tắc hoặc một khuếch đại tín hiệu. Điện áp giữa collector và emitter sẽ xác định lớn hay nhỏ của dòng điện chạy qua transistor.

Cụ thể, trong transistor PNP, lớp p chính là đầu vào (base), emitter là đầu ra và collector nằm giữa hai đầu vào này. Dòng điện vào base được sử dụng để điều khiển dòng điện từ emitter đến collector. Khi điện áp giữa base và emitter được tăng lên, điện áp giữa collector và emitter cũng tăng, và dòng điện chạy qua transistor sẽ được kích hoạt.

Tương tự như transistor NPN, transistor PNP cũng có nhiều ứng dụng trong các mạch điện tử, chẳng hạn như khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu. Tuy nhiên, transistor PNP thường được sử dụng trong các mạch điện tử có dòng điện thấp hơn so với transistor NPN.

Ở transistor lưỡng cực p-n-p, chất bán dẫn loại n nằm giữa hai chất bán dẫn loại p như hình sau. Với PNP transistor, dòng điện đi vào BJT thông qua emitter. Tương tự như các loại transistor lưỡng cực khác, điểm tiếp nối emitter-base phân cực thuận còn điểm tiếp nối collector-base phân cực nghịch. Chúng ta có thể lập bảng về sự khác nhau giữa các dòng điện áp trong transistor PNP như sau:

Loại transistor	IE	IB	IC	VEB	VCB	VCE
p-n-p	+	–	–	+	–	–

3. Nguyên lý hoạt động của BJT là gì?

Nguyên lý hoạt động của BJT (Bipolar Junction Transistor) dựa trên việc điều khiển dòng điện qua các lớp bán dẫn của transistor bằng một dòng dẫn điện nhỏ hơn. BJT là loại transistor ba khối, gồm ba lớp bán dẫn là base, emitter và collector. Trong BJT, dòng điện chạy từ emitter tới collector và được điều khiển bởi một dòng dẫn điện điều khiển vào base.

Ở transistor NPN, khi dòng điện dương được đưa vào base, nó sẽ kích hoạt và tăng cường dòng điện dương chạy từ emitter tới collector. Phần lớn các hạt tải điện trong NPN transistor là electrons, trong khi đối với transistor PNP là các lỗ trống điện tử (holes electrons). Tuy nhiên, dù khác nhau về loại hạt tải điện, nguyên lý hoạt động của NPN và PNP transistor lại tương tự nhau.

Trong BJT, số lượng điện tử cơ bản chịu trách nhiệm chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số dòng điện chạy qua (đa số), phần lớn dòng điện được tạo ra bởi các điện tử không cơ bản (thiểu số). Khi một dòng dẫn điện vào base của transistor, điện trường được tạo ra giữa hai điốt, base và emitter (hoặc collector), và điện trường này sẽ điều khiển dòng điện chạy giữa hai điốt. Do đó, BJT có thể được sử dụng để tạo ra các kết nối ampli, chuyển đổi tín hiệu, và như một công tắc trong các mạch điện tử.

Transistor NPN là một loại transistor gồm ba lớp bán dẫn, bao gồm hai lớp N (âm) được phân cách bởi một lớp P (dương). Chế độ hoạt động của transistor NPN bao gồm ba trạng thái chính: cắt, bão hòa và dẫn.

Trong trạng thái cắt, không có dòng điện chạy qua transistor vì hai điện cực của nó không được kết nối với nhau. Trong trạng thái này, transistor hoạt động như một vật cản cho dòng điện.

Trong trạng thái bão hòa, một điện áp được áp dụng giữa đầu vào (điện cực cực âm) và đầu ra (điện cực cực dương) của transistor, tạo ra một dòng điện cơ bản trong transistor. Trong trạng thái này, transistor hoạt động như một bộ khuếch đại dòng.

Trong trạng thái dẫn, một điện áp đủ lớn được áp dụng giữa đầu vào và đầu ra của transistor, tạo ra một dòng điện lớn trong transistor. Trong trạng thái này, transistor hoạt động như một công tắc hoặc bộ khuếch đại dòng lớn.

Trong một mạch điện, transistor NPN thường được sử dụng để khuếch đại hoặc chuyển đổi tín hiệu điện. Chế độ hoạt động của transistor NPN là rất quan trọng trong việc thiết kế các mạch điện tử.

Đặc tính của BJT là gì?

BJT (Bi-polar Junction Transistor) là một loại transistor bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn. Đặc tính của BJT bao gồm:

Khuếch đại dòng: BJT có thể được sử dụng để khuếch đại dòng, tức là đầu ra lớn hơn đầu vào. Điều này là do điện áp và dòng điện được kiểm soát bởi dòng cơ bản được điều khiển bởi dòng điều khiển.
Điều khiển dòng bằng điện áp: BJT có thể được điều khiển bằng một điện áp nhỏ tại cổng điều khiển, dẫn đến sự điều khiển dòng điện lớn hơn tại đầu ra.
Tính chất tương tự: BJT có thể được sử dụng để kết nối hai mạch điện có điện áp khác nhau với nhau, trong đó một mạch làm nguồn cấp điện và một mạch là đầu ra. Điều này là do BJT có tính chất tương tự giống như tranzitor FET (Field Effect Transistor).
Độ ổn định nhiệt độ tốt: BJT có thể giữ độ ổn định tốt ở nhiệt độ cao, điều này giúp BJT có thể được sử dụng trong các mạch điện tử yêu cầu ổn định nhiệt độ.

Tuy nhiên, đặc tính của BJT còn bao gồm một số hạn chế như giới hạn tần số, độ nhiễu, hiệu suất thấp ở các tần số cao và thời gian đáp ứng chậm hơn so với FET.

Cả 3 chế độ được thể hiện qua hình sau

Ở mỗi chế độ hoạt động có những đặc tính khác nhau.

1. Đặc tính Common base (CB)

Common base (CB) là một trong ba kết nối của transistor bao gồm cực cộng được chung với cơ sở, cực âm được kết nối với đầu vào và cực dương được kết nối với đầu ra. Đặc tính Common base (CB) của transistor là như sau:

Điện trở đầu vào thấp: Điện trở đầu vào trong chế độ CB của transistor rất thấp, do đó nó rất dễ dàng để điều khiển bằng một tín hiệu đầu vào.
Khuếch đại dòng: Chế độ CB của transistor có khả năng khuếch đại dòng, tức là đầu ra lớn hơn đầu vào. Khi áp dụng một tín hiệu đầu vào, dòng điện ở đầu ra được khuếch đại.
Độ lợi dòng (Current gain) cao: Chế độ CB của transistor có độ lợi dòng cao, tức là tỷ lệ giữa dòng điều khiển và dòng cơ bản là lớn. Điều này làm cho CB rất hữu ích trong các ứng dụng khuếch đại tín hiệu.
Dải tần hoạt động rộng: Chế độ CB của transistor có dải tần hoạt động rộng, do đó nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng tần số cao.

Tuy nhiên, đặc tính CB của transistor còn bao gồm một số hạn chế như thời gian đáp ứng chậm hơn so với chế độ Common emitter và Common collector và có độ nhiễu đầu ra cao hơn trong một số trường hợp.

Trong chế độ Common base, cực cộng của transistor được kết nối với cơ sở, cực âm được kết nối với đầu vào và cực dương được kết nối với đầu ra. Đặc tính đầu vào của chế độ CB là do điện trở đầu vào rất thấp, điều này làm cho tín hiệu đầu vào dễ dàng điều khiển transistor. Điện trở đầu ra rất cao, do đó transistor không thể được sử dụng như một công tắc trong chế độ CB.

Đặc tính đầu ra của transistor ở chế độ CB là do dòng điện đầu ra thay đổi với điện áp đầu vào. Điều này làm cho transistor trở thành một bộ khuếch đại dòng tốt. Tuy nhiên, vì điện trở đầu ra rất cao, nên công suất đầu ra của chế độ CB là lớn.

Đặc tính đầu vào

Đặc tính đầu vào của transistor lưỡng cực chế độ Common Base (CB) là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện đầu vào và điện áp đầu vào của transistor khi đầu ra là dòng điện dòng cơ bản IE. Trong đó, khi điện áp đầu vào VBE tăng, dòng điện đầu vào IB cũng tăng tuyến tính cho đến khi đạt giới hạn tối đa. Biểu đồ đặc tính đầu vào CB cho phép ta xác định điểm dừng và vùng kích hoạt của transistor trong chế độ CB.

Đặc tính đầu ra

Đặc tính đầu ra của transistor lưỡng cực chế độ Common Base (CB) là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện dòng thu và điện áp đầu ra của transistor khi đầu vào là dòng điện dòng cơ bản IB. Trong đó, dòng điện dòng thu IE sẽ tăng tuyến tính khi điện áp đầu ra VCB giảm và ngược lại. Biểu đồ đặc tính đầu ra CB cho phép ta xác định điểm dừng và vùng kích hoạt của transistor trong chế độ CB.

2. Đặc tính Common emitter (CE)

Trong chế độ CE, cực âm của transistor được chung với cơ sở, cực cộng được kết nối với đầu vào và cực dương được kết nối với đầu ra. Đặc tính của chế độ CE là như sau:

Điện trở đầu vào trung bình: Điện trở đầu vào của transistor ở chế độ CE là trung bình, nghĩa là nó không quá thấp như chế độ CB và không quá cao như chế độ CC. Điều này làm cho CE là chế độ hoạt động phổ biến nhất của transistor.
Khuếch đại điện áp: Chế độ CE của transistor có khả năng khuếch đại điện áp, tức là đầu ra lớn hơn đầu vào. Khi áp dụng một tín hiệu đầu vào, điện áp ở đầu ra được khuếch đại.
Độ khuếch đại dòng (Current gain) cao: Chế độ CE của transistor có độ khuếch đại dòng cao, tức là tỷ lệ giữa dòng điều khiển và dòng cơ bản là lớn. Điều này làm cho CE rất hữu ích trong các ứng dụng khuếch đại tín hiệu.
Dải tần hoạt động rộng: Chế độ CE của transistor có dải tần hoạt động rộng, do đó nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng tần số cao.

Tuy nhiên, đặc tính CE của transistor còn bao gồm một số hạn chế như thời gian đáp ứng chậm hơn so với chế độ CB và có độ nhiễu đầu ra cao hơn trong một số trường hợp. Ngoài ra, CE còn có hệ số khuếch đại bị giảm khi điện trở đầu vào giảm.

Đặc tính đầu vào

Đặc tính đầu vào của transistor lưỡng cực chế độ Common Emitter (CE) là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện đầu vào và điện áp đầu vào của transistor khi đầu ra là dòng điện dòng cơ bản IC. Trong đó, khi điện áp đầu vào VBE tăng, dòng điện đầu vào IB cũng tăng tuyến tính cho đến khi đạt giới hạn tối đa. Biểu đồ đặc tính đầu vào CE cho phép ta xác định điểm dừng và vùng kích hoạt của transistor trong chế độ CE.

Đặc tính đầu ra

Đặc tính đầu ra của transistor lưỡng cực chế độ Common Emitter (CE) là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện dòng thu và điện áp đầu ra của transistor khi đầu vào là dòng điện dòng cơ bản IB. Trong đó, dòng điện dòng thu IC sẽ tăng tuyến tính khi điện áp đầu ra VCE giảm và ngược lại. Biểu đồ đặc tính đầu ra CE cho phép ta xác định điểm dừng và vùng kích hoạt của transistor trong chế độ CE.

3. Cách xác định chân BJT

BJT có 3 chân, bao gồm cực cộng (Collector), cực âm (Emitter) và cơ sở (Base). Để xác định chân của BJT, bạn có thể làm theo các bước sau:

Xác định loại transistor: Đầu tiên, bạn cần xác định loại transistor, có phải là NPN hay PNP.
Xác định cực cộng và cực âm: Dựa trên loại transistor, cực cộng và cực âm sẽ có dấu hiệu khác nhau. Trong trường hợp NPN, cực âm sẽ có dấu mũi tên chỉ xuống và cực cộng sẽ có dấu mũi tên chỉ lên. Trong trường hợp PNP, cực cộng sẽ có dấu mũi tên chỉ xuống và cực âm sẽ có dấu mũi tên chỉ lên.
Xác định cơ sở: Cơ sở sẽ là chân còn lại. Nó thường có kích thước nhỏ hơn so với cực cộng và cực âm.
Kiểm tra xem đúng không: Bạn có thể kiểm tra xem đúng chân của BJT hay không bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện trở hoặc đồng hồ đo diode. Nếu bạn đo giữa cơ sở và cực âm hoặc cực cộng và cơ sở, điện trở sẽ rất cao, trong khi đo giữa cực âm và cực cộng sẽ cho kết quả giống như một diode.

Với các transistor có một số kí hiệu, như số trên bề mặt hoặc ký hiệu trên datasheet, bạn có thể tìm kiếm trực tuyến để biết chúng tương ứng với chân nào của transistor.

So sánh BJT và FET

1. FET là gì?

FET (Field Effect Transistor) là một loại transistor được sử dụng trong các mạch điện tử để điều khiển và khuếch đại tín hiệu. FET hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển dòng điện bằng điện trường được tạo ra bởi một điện thế ở cổng của transistor. FET được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật số, như các mạch logic và vi điều khiển, cũng như trong các ứng dụng tương tự như BJT, nhưng với nhiều ưu điểm hơn, bao gồm khả năng chịu được áp suất điện, tiêu thụ điện năng thấp hơn và độ bền cao hơn.

2. Cấu tạo của FET

FET (Field Effect Transistor) là một loại transistor dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện bằng điện thế. FET có cấu trúc gồm ba phần chính:

Cổng (Gate): Là một tấm kim loại được phủ một lớp oxy hóa, nằm giữa hai vùng dẫn điện của FET. Khi được kết nối với một nguồn điện thế, cổng sẽ tạo ra một trường điện, điều khiển dòng điện trong kênh.
Kênh (Channel): Là một vùng bán dẫn dạng dài giữa hai khu vực dẫn điện của FET. Khi cổng được kích hoạt bởi điện thế, trường điện sẽ ảnh hưởng đến kênh, thay đổi đặc tính dẫn điện của nó.
Nguồn (Source) và Công tắc (Drain): Là hai khu vực bán dẫn dùng để điều khiển dòng điện chạy qua FET. Nguồn và công tắc có thể hoán đổi vai trò tùy thuộc vào cách kết nối của chúng.

Với cấu trúc này, khi áp dụng một điện thế đến cổng của FET, điện trường tạo ra sẽ ảnh hưởng đến kênh và thay đổi đặc tính dẫn điện của nó. Khi điện trường đủ lớn, kênh sẽ trở nên dẫn điện và cho phép dòng điện chạy qua FET từ nguồn đến công tắc. Điều này cho phép FET hoạt động như một công tắc hoặc một khuếch đại điện thế trong các mạch điện tử.

3. So sánh BJT và FET

BJT (Bipolar Junction Transistor) và FET (Field Effect Transistor) đều là các loại transistor, tuy nhiên chúng có một số khác biệt như sau:

Nguyên lý hoạt động: BJT hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện bằng cường độ dòng điện, trong khi FET hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện bằng điện thế.
Cấu trúc: BJT có cấu trúc gồm 3 lớp bán dẫn, bao gồm đáy (Base), phân cực (Collector) và tiếp đất (Emitter). Trong khi đó, FET có cấu trúc gồm 3 phần, bao gồm cổng (Gate), kênh (Channel) và nguồn (Source hoặc Drain).
Điện trở đầu vào: BJT có điện trở đầu vào thấp hơn so với FET, do đó cần ít điện áp để kích hoạt và điều khiển nó.
Điện trở đầu ra: FET có điện trở đầu ra thấp hơn so với BJT, do đó nó có thể cung cấp dòng điện lớn hơn và có khả năng điều khiển tốt hơn các tải có điện trở cao.
Độ ổn định: FET ổn định hơn BJT, vì nó có thể hoạt động ở tần số cao hơn và không có hiện tượng lệch pha.
Độ nhiễu: BJT có độ nhiễu thấp hơn so với FET, vì nó không bị ảnh hưởng bởi nhiễu cực đại giống như FET.
Ứng dụng: BJT thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại dòng điện, trong khi FET thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại điện thế và các ứng dụng điều khiển.

4. Nên sử dụng BJT hay FET?

Việc lựa chọn sử dụng BJT hay FET phụ thuộc vào các yêu cầu và điều kiện cụ thể của ứng dụng. Dưới đây là một số lợi và hại của cả hai loại transistor, để giúp quyết định lựa chọn phù hợp:

BJT

Lợi: độ khuếch đại tín hiệu lớn hơn FET, hoạt động tốt ở tần số cao, giá thành thấp hơn.
Hại: tiêu thụ năng lượng cao hơn, dễ bị hư hỏng do nhiệt độ cao hơn, không thể chịu được áp suất điện lớn.

FET

Lợi: tiêu thụ năng lượng thấp hơn, độ bền cao hơn, có thể chịu được áp suất điện lớn, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
Hại: độ khuếch đại tín hiệu thấp hơn BJT, hoạt động tốt ở tần số thấp hơn, giá thành cao hơn.

Vì vậy, nếu ứng dụng đòi hỏi độ khuếch đại tín hiệu lớn hơn, BJT có thể là lựa chọn tốt hơn. Tuy nhiên, nếu tiêu thụ năng lượng là vấn đề quan trọng, hoặc ứng dụng đòi hỏi chịu được áp suất điện lớn, FET có thể là sự lựa chọn tốt hơn.

Ứng dụng của BJT là gì?

BJT được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử như:

Khuếch đại tín hiệu: BJT có khả năng khuếch đại tín hiệu ở tần số cao, nên được sử dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu.
Điều khiển tải: BJT có thể điều khiển các tải, ví dụ như các động cơ, bằng cách đưa tải vào mạch cơ bản và điều khiển dòng điện qua tải.
Chuyển đổi tín hiệu: BJT cũng được sử dụng trong các mạch chuyển đổi tín hiệu, bao gồm các mạch đơn giản như các mạch công tắc và các mạch chuyển đổi tần số cao hơn.
Mạch ổn áp: BJT được sử dụng trong các mạch ổn áp để cung cấp điện áp ổn định cho các ứng dụng điện tử khác.
Mạch điều khiển motor: BJT được sử dụng trong các mạch điều khiển motor để điều khiển động cơ và các thiết bị khác.
Vi điều khiển: BJT được sử dụng trong các vi điều khiển để cung cấp các tín hiệu đầu vào và đầu ra, và để điều khiển các tải.

Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về BJT và các khái niệm liên quan. Qua đó, bạn có thể có cái nhìn sâu rộng hơn về thiết bị điện tử này và những ứng dụng hay trong thực tế. Nếu bạn thấy bài viết này hữu ích, hãy cho Điện Tử Số một lượt thích để khích lệ tinh thần của chúng tôi và giúp chúng tôi viết ra những bài viết hay hơn.