Chất bán dẫn, đặc biệt là transistor, là một thành phần quan trọng trong các mạch điện tử. Nó hoạt động ở ba trạng thái chính: Ngắt (cut-off), Tuyến Tính (active) và Bão Hòa (saturation). Mỗi trạng thái đóng vai trò khác nhau trong việc điều khiển dòng điện và tín hiệu điện trong mạch. Hôm nay tôi sẽ giới thiệu qua về 3 trạng thái hoạt động của BJT (Bipolar Junction Transistor) để làm cơ sở cho những ví dụ sắp tới.

1. Trạng Thái Ngắt (Cut-off)

Trạng thái Ngắt xảy ra khi không có dòng điện chạy qua mạch chính của transistor, tức là dòng giữa cực thu (collector) và cực phát (emitter) gần như bằng 0. Điều này thường xảy ra khi điện áp điều khiển giữa cực gốc (base) và cực phát (emitter) không đủ lớn để kích hoạt transistor.

  • Đặc điểm:
    • Không có dòng điện giữa cực thu và cực phát.
    • Transistor được xem như một công tắc hở trong mạch.
    • Chênh lệch điện áp giữa các cực thu và phát là lớn nhất, do không có dòng điện chạy qua điện trở tải.
  • Ứng dụng:
    Trạng thái này thường được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số để biểu diễn mức logic “0” hoặc trong mạch đóng/ngắt.

2. Trạng thái tuyến tính (Active)

Trạng thái Tuyến Tính là trạng thái mà transistor hoạt động như một bộ khuếch đại tín hiệu. Ở trạng thái này, dòng điện qua cực thu (collector) và cực phát (emitter) được điều chỉnh bởi dòng điện nhỏ hơn ở cực nền (base).

  • Đặc điểm:
    • Dòng giữa cực thu và cực phát (Ice) tỷ lệ với dòng điện ở cực nền (Ib).
    • Transistor hoạt động ổn định trong khoảng tuyến tính, nơi mối quan hệ giữa dòng điện đầu vào và đầu ra gần như tuyến tính.
    • Điện áp giữa cực thu và phát ( Vce ) nhỏ hơn điện áp nguồn ( Vcc), nhưng lớn hơn 0.
  • Ứng dụng:
    Trạng thái này rất phổ biến trong các mạch khuếch đại âm thanh, tín hiệu radio, và các ứng dụng cần khuếch đại tín hiệu.

3. Trạng Thái Bão Hòa (Saturation)

Trạng thái Bão Hòa xảy ra khi transistor được bật hoàn toàn, nghĩa là dòng điện qua cực thu và cực phát đạt giá trị tối đa tùy thuộc vào tải chứ không còn phụ thuộc vào Transistor. Trong trạng thái này, hai cực Collector và Emitter của transistor giống như một công tắc được đóng hoàn toàn.

  • Đặc điểm:
    • Chênh Lệnh điện áp giữa cực thu và cực phát rất nhỏ, gần bằng 0V.
    • Dòng điện qua transistor bị giới hạn bởi tải trong mạch chứ không phải bởi transistor.
    • Dòng điện cực gốc lớn hơn mức cần thiết để điều khiển dòng cực thu.
  • Ứng dụng:
    Trạng thái này thường được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số để biểu diễn mức logic “1”, hoặc trong các mạch đóng/ngắt cần dòng lớn.

Tổng Kết

Ba trạng thái hoạt động của chất bán dẫn – Ngắt, Tuyến Tính và Bão Hòa – là nền tảng của các ứng dụng điện tử. Trạng thái đóng và bão hòa thường được dùng trong mạch kỹ thuật số như công tắc, trong khi trạng thái tuyến tính được ứng dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu tương tự. Hiểu rõ cách hoạt động của mỗi trạng thái giúp kỹ sư thiết kế mạch hiệu quả và tận dụng tối đa khả năng của các linh kiện bán dẫn.