• Đo chiều thuận que đen  vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt
• Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω  => là Diode bị chập.
• Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.
• Ở phép đo trên thì Diode  D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt
• Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò.

a. Phần tử phát sáng LED.

Giới thiệu

Trong điện tử, transistor (transfer-resistor) là một linh kiện bán dẫn. Khi hoạt động trong mạch điện, transistor có vai trò như một cái van cách li hay điều chỉnh dòng điện, điện áp trong mạch. Từ vai trò này, transistor được ứng dụng rộng rãi.

1. Tầm quan trọng

Thống kê vào năm 2002, nếu lấy tất cả transistor loài người sản xuất được đem chia cho dân số toàn thế giới thì mỗi người sẽ được khoảng ... 60 triệu cái. Hiện nay, năm 2014, con số ấy ắt hẳn còn khủng khiếp hơn thế nhiều.

Giá thành, sự linh hoạt trong cách sử dụng và độ bền cao đã giúp transistor len lỏi đến mọi ngóc ngách trong cuộc sống của con người. Có thể lấy một ví dụ nho nhỏ về vai trò của transistor, đó là sự phát triển của đồng hồ. Trước đây, đồng hồ là một khối cơ khí phức tạp, hay hỏng hóc, cồng kềnh, đòi hỏi người dùng phải bảo dưỡng thườn xuyên cũng như hàng ngày phải lên dây cót cho nó,... và hàng tá phiền phức khác. Nhờ có transistor, giờ đây bạn đã chứng kiến một sự thay đổi đáng kinh ngạc của cái gọi là "đồng hồ". Như thế nào thì chắc hẳn bạn cũng đã biết.

Vào năm 2012, NASA (Mỹ) và NanoFab (Hàn Quốc) đã tuyên bố chế tạo được một loại transistor chỉ có kích thước ở mức 150 nano mét. Loại transistor này có khả năng hoạt động tương đương như những transistor thông thường.

2. Hình ảnh

Transistor đầu tiên của loài người trông như thế này

Hiện nay, chúng trông như thế này

3. Nhà phát minh

4. Phân loại

• Transistor lưỡng cực (BJT - Bipolar junction transistor)
• Transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor)
• Transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor)
• ...

Trong khuôn khổ bài viết này, tôi sẽ nói về transistor lưỡng cực BJT. Để cho gọn thì tôi chỉ ghi là "transistor".

5. Cấu tạo

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau. Do đó có 2 loại transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn trên.

Xét trên phương diện cấu tạo, transistor tương đương với 2 diode

Chú ý rằng không thể thay thế transistor bởi diode bằng cách mắc như sơ đồ trên. Transistor và Diode là 2 linh kiện điện tử hoàn toàn khác nhau. 

Bạn có thể dựa trên cấu tạo của transistor để đo điểm tra bất kì một loại transistor nào. Hãy thử tự mình tìm hiểu cách đo xem.

6. Kí hiệu trong mạch điện

Trong một số mạch điện, điển hình như sơ đồ vẽ bằng Fritzing, bạn cũng có thể sẽ gặp những kí hiệu như thế này

7. Tìm hiểu hoạt động

• I_B: (cường độ) dòng điện qua cực Base của transistor.
• I_C: (cường độ) dòng điện qua cực Collector của transistor.
• I_E: (cường độ) dòng điện qua cực Emitter của transistor.
• IR: (cường độ) dòng điện qua điện trở R.
• V_BE: (độ lớn) hiệu điện thế giữa 2 cực Base và Emitter của transistor. Các thông số tương tự cũng dùng kí hiệu tương tự.
• U_B: điện áp ở cực Base. Các thông số tương tự cũng dùng kí hiệu tương tự.

Transistor ngược NPN

Xét mạch điện sau

Nếu bạn quyết định mắc thử mạch ... 

• Có thể sử dụng nguồn điện là pin tiểu, pin vuông 9V. Sử dụng các loại pin sạc là tốt nhất.
• Nếu chưa biết các cực của transistor, hãy tìm trên Google với từ khóa là tên của transistor bạn đang dùng. Trong mạch mình sử dụng loại TIP120 (cấu tạo). Bạn nên sử dụng các transistor kiểu như vậy.
• Khi đóng khóa K, hãy cẩn thận khi chạm tay vào điện trở R, tôi không nói rằng bạn cần chạm tay trực tiếp vào đó.
• Không nên đóng khóa K quá lâu để tránh làm cháy điện trở R.

Quan sát, đo đạc 

• Khi khóa K mở, không có dòng điện qua cực Base, điện trở R không tỏa nhiệt chứng tỏ không có dòng điện qua nó. 
• Khi khóa K đóng, điện trở R tỏa nhiệt chứng tỏ có dòng điện qua nó, đồng thời cũng có dòng điện qua cực Base của transistor.
  • Có dòng điện qua R chứng tỏ có dòng điện đã đi vào transistor ở Collector. Điều này khẳng định rằng phải có dòng điện đi ra từ Emitter để về cực âm của nguồn. 
  • Không thể có dòng điện đi ra từ cực Base, chỉ có thể là chiều ngược lại vào cực này.
  • Xét về độ lớn, nếu lấy đồng hồ đo I_B, I_C (I_R = I_C), I_E thì ta thấy I_B nhỏ hơn rất nhiều so với I_C và I_E, còn I_E thì luôn lớn hơn I_C một chút xíu. Có thể kết luận dòng điện trong mạch chủ yếu là dòng đi từ Collector đến Emitter của transistor. Điều này giải thích lí do vì sao trong kí hiệu transistor, người ta sử dụng một mũi tên ám chỉ chiều dòng điện.
  • Nếu tính toán một tí từ độ lớn của  I_B, I_C, I_E, ta nhận thấy I_E gần bằng I_B + I_C. Hãy thử giảm 2 điện trở trong mạch xuống một chút xíu (thay điện trở khác) để nâng cường độ dòng điện lên, bạn sẽ thấy I_E gần bằng I_B + I_C hơn. Như vậy, khi transistor hoạt động, dòng điện ra khỏi Emitter là dòng điện đi vào từ Collector đến Emitter và dòng điện đi vào từ Base đến Emitter.

Thử nghiệm 1

Thay vì mắc điện trở R ở phía Collector, ta thử mắc nó ở phía Emitter của transistor. Rõ ràng điều này không có khác biệt gì nhiều về mặt hoạt động so với cách mắc trước.

Bây giờ, ta sử dụng một cầu phân áp để thay đổi điện áp đặt vào cực Base của transistor. Tính toán lại các điện trở sao cho cường độ dòng điện vào Base vẫn không đổi.

Thử nghiệm 2

Quay trở lại Thử nghiệm 1, bằng đồng hồ đo điện, ta thấy hiệu U_B - U_E càng lớn khi dòng I_C cũng như I_B càng lớn.

Kết luận sơ lược về hoạt động của transistor NPN

• Khi xuất hiện dòng I_B, transistor cho phép dòng điện đi từ Collector đến Emitter.
• Trong lúc xuất hiện dòng I_B, transistor mở với:
  • I_C tăng giảm tỉ lệ thuận với I_B.
  • I_E = I_B + I_C.
  • U_B luôn gần bằng U_E. Chênh lệch U_B - U_E càng lớn khi dòng điện qua transistor càng lớn.

Transistor thuận PNP

• Dòng điện được điều khiển qua transistor PNP là dòng điện đi từ Emitter sang Collector.
• Dòng I_E và I_B tỉ lệ nghịch với nhau. I_B đạt cực đại thì I_E = 0A. I_B = 0A thì I_E đạt cực đại.

Thực tế hiện nay, mặc dù số lượng transistor NPN và PNP được sản xuất ra là như nhau, nhưng các transistor loại NPN lại được dùng nhiều hơn loại PNP. Phần lớn các tài liệu viết về transistor cũng  thường lấy loại NPN làm ví dụ.

8. Các thông số cần quan tâm

• Dòng điện cực đại qua cực Base I_B
  • _​Mỗi loại transistor có các mức dòng I_B cực đại khác nhau, đừng nghĩ rằng transistor càng to và hầm hố thì I_B cực đại sẽ càng lớn hay ngược lại.
  • Nếu dòng điện qua cực Base của transistor vượt quá mức I_B cực đại, nó có thể làm hỏng transistor. Do vậy người ta luôn mắc nối tiếp với cực Base một điện trở hạn dòng.
• Hệ số khuếch đại h_FE (β) 
  • Là tỉ số I_C / I_B đặc trưng cho khả năng khuếch đại dòng điện của transistor. Mỗi loại transistor có một mức hệ số khuếch đại khác nhau. Trong những điều kiện làm việc khác nhau, h_FE cũng khác nhau.
  • Với các transistor có h_FE lớn, bạn chỉ cần một dòng I_B nhỏ là đã có thể kích cho nó mở hoàn toàn. 
  • h_FE thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn.
• Cường độ dòng điện cực đại I_C là dòng điện tối đa mà transistor có thể mở cho nó đi vào ở cực Collector. Các loại transistor lớn nhất thường chỉ có I_C tối đa khoảng 5A và đòi hỏi phải có quạt tản nhiệt.
• Hiệu điện thế:
  • U_CE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Emitter của transistor. UCE thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt. Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này.
  • U_CB: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Base của transistor. UBE thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều đến thông số này.
  • UBE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Base và Emitter của transistor (là hiệu U_B - U_E). Với dòng hoạt động nhỏ, UBE gần bằng 0V. Với dòng lớn hơn, U_BE sẽ tăng lên lên khá nhanh. Với đa phần transistor, U_BE hiếm khi vượt quá 5V.
• Công suất tiêu tán năng lượng tối đa (Device Dissipation/Power Dissipation) đặc trưng cho công suất hoạt động lớn nhất của transistor, có giá trị bằng tích U_CE * I_CE. Một số loại transistor lớn có công suất lên đến 65W như TIP120/121/122 và tỏa ra rất nhiều nhiệt lượng nên cần phải gắn thiết bị tản nhiệt, một số khác như 2N3904 thì chỉ là 625mW và không cần tản nhiệt.

9. Ứng dụng để điều khiển động cơ

Xét một ứng dụng thực tế là chiếc xe dò đường tôi đã làm. 2 động cơ của nó được một mạch 2 transistor điều khiển. 

Tham khảo sơ đồ mạch điều khiển một động cơ sau

Giải thích

int DC = 6;
int speed;

void setup() {
    pinMode(DC, OUTPUT);
}

void loop() {
    Tangtoc();
    Giamtoc();
}

void Tangtoc() {
    for (speed = 0; speed <= 255; speed++) {
        analogWrite(DC, speed);
        delay(80);
    }
}

void Giamtoc() {
    for (speed = 255; speed > 0; speed--) {
        analogWrite(DC, speed);
        delay(80);
    }
}

Trong Arduino IDE cũng có một Example tương tự chương trình này, đó là Fading.

Hãy thử lắp động cơ về phía Collector của transistor, bạn sẽ nhìn thấy điều khác biệt so với cách lắp ở Emitter. Hãy tìm hiểu xem vì sao người ta thường dùng cách mắc này hơn.

 

Tôi sẽ không nói quá nhiều để ru ngủ bạn. Hãy tự mắc thử mạch điện và tự mình tìm ra điều thú vị. Bạn đến với Arduino bằng chính những gì bạn biết và làm được, chứ không phải là bằng những bài viết được đăng ở đây. Tôi chỉ tin vào bản thân mình chứ cũng ít khi tin vào ông thầy mình

10. Lời kết