cấu kiện điện tử

Tran Tien Phuc DH NT 1Vật liệu điện tử Chất dẫn điện, bán dẫn điện, điện môI Chất bán dẫn nguyên chất và chất bán dẫn tạp chất Phân biệt độ dẫn điện của các chất bằng ph-ơng pháp cổ điển

Trang 1

Tran Tien Phuc DH NT 1

Vật liệu điện tử

Chất dẫn điện, bán dẫn điện, điện môI

Chất bán dẫn nguyên chất và chất bán dẫn tạp chất

Phân biệt độ dẫn điện của các chất bằng ph-ơng pháp cổ điển

R()

a Cấu trúc vùng năng l-ợng trong chất rắn tinh thể

1,12eV

Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Gemanium (Ge) và Silicium

(Si) đều thuộc nhóm 4 của Bảng tuần hoàn.

Si có Eg=1,12eV và Ge có Eg=0,72eV

Trang 2

c Chất bán dẫn tạp chất loại n

Các điện tử dễ dàng nhận năng

l-ợng kích thích bên ngoài để

nhảy lên vùng dẫn và tham gia

vào quá trình dẫn điện.

Pha tạp chất thuộc nhóm 5 của BTH vào mạng tinh thể Ge

hay Si với nồng độ khoảng 10 10 đến 10 18 nguyên tử/cm 3 ta có

loại p tạo nên điện tích tham gia

vào quá trình dẫn điện.

Vùng dẫn

Vùng hoá

trị

Mức tạp chất loại p

Pha tạp chất thuộc nhóm 3 của BTH vào mạng tinh thể Ge hay Si

với nồng độ khoảng 10 10 đến 10 18 nguyên tử/cm 3 ta có chất bán

Trang 3

-Tran Tien Phuc DH NT 5

e Vài hiện t-ợng vật lý th-ờng gặp

• Hiện t-ợng ion hoá nguyên tử

ởnhiệt độ th-ờng, bán dẫn nguyên chất hay tạp chất đều bị ion hoá

và có số hạt dẫn n hay p xác định đ-ợc dựa vào hàm Fermi -Dirac

ởtrạng thái cân bằng thì tích số nồng độ hai loại hạt dẫn luôn là một

hằng số:nn.pn= np.pp= ni.pi= ni2 = const

Bán dẫn n cónn>> ni >> pn.Bán dẫn p cópp>> pi>> np

• Hiện t-ợng tái hợp các hạt dẫn

Tái hợp là quá trình chuyển dời các điện tử từ mức cao xuống thấp

làm mất đi một cặp hạt dẫn Sự tái hợp có liên quan đến thời gian

sống của điện tích đã đ-ợc sinh ra và nó có quan hệ với tần số tác

động nhanh của linh kiện điện tử

• Chuyển động có gia tốc trôi của các hạt dẫn trong điện tr-ờng

Khi có điện tr-ờng thì các hạt dẫn sẽ chuyển động có h-ớng để tạo

Trang 5

Ứng dụng

Công nghệ vi mạch dựa hoàn toàn trên CNT: tất cả

các yếu tố hoạt và kết nối được chế tạo bằng ống nanô

Trang 6

Tran Tien Phuc DHNT 1

a NÕu quan hÖ lµ U = I.R th× phÇn tö lµ mét ®iÖn trë thuÇn R.

§iÖn trë thuÇn ph¸t nhiÖt khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua (hiÖu

nhËn d¹ng linh kiÖn ®iÖn tö c¬ b¶n

• B×nh th-êng ®iÖn trë cã d¹ng h×nh trô, trªn th©n

cã 4 v¹ch mµu Ba v¹ch ®Çu thÓ hiÖn trÞ sè ®iÖn

Trang 7

Trang 8

• Tô ®iÖn cã trÞ sè nhá h¬n 1  F th-êng

lµm b»ng gèm (sø), giÊy, mica Khi

dïng kh«ng cÇn chó ý cùc tÝnh.

• Tô ®iÖn cã trÞ sè l¬n h¬n 1F

th-êng lµm b»ng giÊy cã tÈm hãa

chÊt (gäi lµ tô hãa) Khi dïng tô

hãa cÇn chó ý cùc tÝnh ®iÖn ¸p.

• TrÞ sè cã thÓ ghi trùc tiÕp nÕu hay

theo luËt víi ba ch÷ sè Hai ch÷ sè

®Çu lµ sè cã nghÜa Ch÷ sè thø ba lµ

hÖ sè mò §¬n vÞ tÝnh lµ pF VÝ dô

Trang 9

Các loại tụ điện

Trang 10

• Capacitor Explosions

• Capacitor Replacement Tutorial

• Exploding Capacitor in super slow motion

BiÕn ¸p trong m¹ch ®iÖn tö

Trang 11

hiÖu ®iÖn xoay chiÒu.

Víi c¸cphÇn tö phi tuyÕnth× ng-îc l¹i:

a §Æc tuyÕn V«n - Ampe lµ mét ®-êng cong.

b Kh«ng tu©n theo nguyªn lý chång chÊt

c Lu«n ph¸t sinh thµnh phÇn tÇn sè l¹ khi lµm viÖc víi tÝn hiÖu

®iÖn xoay chiÒu

§i èt, tranzito lµ c¸c phÇn tö phi tuyÕn ®iÓn h×nh mµ ta sÏ häc

sau

Mét sè kiÕn thøc liªn quan

• ThÕ, dßng n¹p vµo tô C

• V× sao mét vßng d©y ë

má hµn xung th× ph¸t nhiÖt rÊt m¹nh?

I

U

t

• Tô ®iÖn C lµ phÇn tö tuyÕn

tÝnh hay phi tuyÕn?

Trang 12

Mét sè linh kiÖn ®iÖn tö kh¸c

Trang 13

Trang 14

Mặt ghép p-n và tính chất chỉnh l-u của đi ốt bán dẫn

a Mặt ghép p-n khi ch-a có E ngoài

• Khi hai khối bán dẫn p và n tiếp xúc

công nghệ với nhau sẽ xảy ra hiện

t-ợng khuếch tán vì có chênh lệch

nồng độ hạt dẫn

PP 1017 pn 1011

nP 1010 nn 1015

• ởđiều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ phòng

(27 oC) điện áp Utx của tiếp giáp p-n

dùng Ge đạt khoảng 0,3V và dùng Si

đạt khoảng 0,6V

• Điện áp tiếp xúc p-n đ-ợc ứng dụng

làm pin quang điện

Trang 15

b MÆt ghÐp p-n khi cã ®iÖn tr-êng ngoµi

• Khi ®iÖn tr-êng ngoµi vµ ®iÖn

tr-êng tiÕp xóc ng-îc nhau

> cã dßng ®iÖn ch¹y qua líp

tiÕp gi¸p -> ta nãi ®i èt ph©n

èt ph©n cùc ng-îc.

c §Æc tuyÕn Von-Ampe vµ c¸c tham sè c¬ b¶n cña ®ièt b¸n dÉn

• §Æc tuyÕn cña ®ièt lµ mét

®-êng cong phøc t¹p

• Mçi ®-êng chia lµm 3 vïng

• Vïng 2 vµ3®ièt ph©n cùc ng-îc Dßng ®iÖn ng-îc cña ®ièt Ge lín

• §-êng Ge c¾t trôc hoµnh 0,2V

• §-êng Si c¾t trôc hoµnh 0,4 V

Trang 16

Các tham số của điốt

• Tham số giới hạn chủ yếu

(quá giới hạn này điốt sẽ bị

hỏng)

- Điện áp ng-ợc cực đại

U ngcmac(th-ờng chọn 80%

của Uđt)

- Dòng thuận cực đại I Acf

- Công suất tiêu hao cực đại

cho phép để điốt ch-a bị

đánh thủng vì nhiệt P Acf

- Tần số giới hạn của điện áp

hay dòng điện trong mạch

f max

• Tham số định mức chủ yếu (để

đánh giá chất l-ợng và phạm vi ứng dụng của điốt)

- Điện trở một chiều Rđ=UAK/IA

- Điện trở vi phân (xoay chiều)

rđ= UAK / IA= UT/ (IA+ Is )Trên nhánh thuận rđthnhỏ Trên nhánh ng-ợc rđngclớn Sự chênh lệch càng lớn tính chất chỉnh l-u càng tốt

- Điện dung tiếp giáp p-n ở tần số cao dung kháng càng giảm và tín hiệu sẽ truyền qua điốt làm mất t/c chỉnh l-u

Phân loại đi ốt bán dẫn

• Dựa vào đặc điểm cấu tạo: Điốt tiếp điểm, tiếp mặt

• Dựa vào chất bán dẫn: Ge hay Si

• Dựa vào tần số giới hạn f max : Điốt cao tần, điốt âm

tần

• Dựa vào công suất cức đại cho phép: Điốt công suất

lơn, công suất trung bình, công suất nhỏ.

• Dựa vào nguyên lý làm việc hay phạm vi ứng dụng:

Điốt chỉnh l-u, điốt ổn áp (điốt zener), điốt biến

dung (Varicap), điốt Gunn.

•

Trang 17

Trang 18

Những dạng đi ốt khác

• Đi ốt phát quang – light-emitting diode (LED) với nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau.

Vài ứng dụng điển hình của đi ốt bán dẫn

• Mạch chỉnh l-uhai nửa chu kỳ dùnghai đi ốt Biến áp có thứ

cấp ba đầu ra tạo nên U2.1= U2.2nh-ng ng-ợc pha nhau (điểm

giữa nối chung).Hoạt động

• Giá trị trung bình điện áp trên tải: U 0=0,9U 2

• Giá trị trung bình của dòng điện trên tải: It=U 0/Rt Dòng qua

mỗi đi ốt I =I =I/2

Trang 19

• U nm là biên độ sóng có tần số n m là số pha chỉnh l-u

Lấy n=1 và m=2 ta có:

67 , 0 1 m

2 U

U

0

m 1

2 2 max

• -u điểm: Sơ đồ đơn giản

• Khuyết điểm: Chất l-ợng điện áp một chiều thấp, hiệu suất

năng l-ợng thấp, biến áp có hai phần thứ cấp đối xứng,

điện áp ng-ợc trên mỗi đi ốt cao.

• Khắc phục: Chỉnh l-u cầu.

Điện áp ng-ợc cực đại trên mỗi đi ốt bằng tổng điện áp cực

đại trên hai cuộn thứ cấp biến áp.

So sánh kết quả mô phỏng với lý thuyết

Trang 20

kết quả mô phỏng trên dao động ký

Mạch chỉnh l-u cầu

• Sơ đồ mạch điện Nguyên tắc hoạt động.

• Khảo sát mạch qua Work Bench và rút ra nhận xét:

- Hệ số đập mạch

- Giá trị điện áp sau chỉnh l-u đo bằng đồng hồ khi hở

mạch

U 2 U 2

Trang 21

Mạch chỉnh l-u ở Phòng thí Nghiệm Kỹ thuật điện tử

• Cực K và A của các đi ốt ?

• Lối vào xoay chiều?

• Nếu sai điểm đấu lối vào?

• Nếu sai giá trị điện áp lối vào?

• Lối ra một chiều?

• Có gì chú ý đối với tụ điện?

• Nếu mắc sai tụ điện?

Trang 22

M¹ch chØnh l-u vµ æn ¸p

(thÝ NghiÖm Kü thuËt ®iÖn tö)

• Nh÷ng linh kiÖn nµo

Trang 23

Khả năng đáp ứng của mạch

So sánh sự biến động của U vào và U Dz

Uvào=15V

U Dz =12,24V I=?

Uvào=17V

U Dz =12,35V

I=?

Trang 24

CÁC LOẠI DIODE ĐẶC BIỆT

5 Diode biến dung (varactor)…

Các dioder trong phần mềm

Trang 25

Transistor l-ỡng cực (transistor bipola)

Ba lớp bán dẫn xếp xen kẽ nhau pnp hay npn

Diện tích tiếp xúc BC (tiếp giáp J C ) lớn hơn EB (tiếp giáp J E )

Miền emitơ ( E ) có nồng độ tạp chất cao hơn.

Miền bazơ ( B ) xen giữa mỏng ( vài m? ).

Miền colectơ ( C ) có nồng độ tạp chất thấp nhất.

Ba lớp bỏn dẫn xếp xen kẽ nhau cú dạng như hai

diode nối tiếp nhưng do lớp giữa rất mỏng nờn

cú hiệu ứng mới : Hiệu ứng điện trở biến đổi

Trang 26

Sự vận chuyển điện tích trong transistor lưỡng

Trang 27

Mô tả tác dụng điều khiển của Ib với Ic

(khuếch đại dòng điện)

Trang 28

Phim mô tả hoạt động của transistor

• Transistors

• Transistor Therory Explained - (How it

works) Transistor _ MOSFET tutorial

Thành phần các dòng điện ở ba cực

Trang 29

Giải thớch độ lớn cỏc dũng thành phần qua điện

ỏp phõn cực làm thay đổi độ rộng lớp tiờpc xỳc

Nguyên lý làm việc của tranzito bipola (tranzito l-ỡng cực)

• Để tranzito làm việc đ-ợc ở chế độ khuếch đại cần đ-a điện

áp một chiều vào các cực (gọi là phân cực) theo nguyên tắc:

Trang 30

Cùc C nèi tr-c tiÕp ra vá.

§ãng vá nhùa chÞu nhiÖt PhÇn kim

lo¹i nèi víi cùc C

mét sè d¹ng tranzito trong thùc tÕ

Tran zito siªu cao tÇn

Trang 31

Từ transistor đầu tiên đến nay

Transistor đầu tiên  chip chứa hàng tỉ transistor

Trang 32

Số transistor trên chip

Trang 33

Cách mắc tranzito và các tham số ở chế độ tín hiệu nhỏ

• Mỗi tranzito có 3 điện cực mà một mạch điện xử lý tín

hiệu có 4 điện cực nên phải có một cực đ-ợc nối chung

• Từ ba cách mắc và coi mỗi cách mắc nh- một tứ cực ta có thể

viết đ-ợc 6 cặp ph-ơng trình mô tả quan hệ giữa tín hiệu vào và

tín hiệu ra để xác định tham số của tranzito (Tham khảo SGK)

Ph-ơng trình các họ đ-ờng đặc tuyến của tranzito

Trang 34

Họ đặc tuyến của dạng mắc mạch ECdùng tranzito

• Ivào = IB ; Ira= Ic

• Đặc tuyến truyền đạt: ứng với một giá trị UCE cố định thì quan hệ IB

với IClà một đ-ờng thẳng Khi tăng UCE lên một giá trị khác thì

• Đặc tuyến ra: Miền có độ dốc lớn -> thay đổi nhỏ UCE-> thay đổi

lớn IC Miền có độ dốc nhỏ -> thay đổi nhỏ IB-> thay đổi lớn IC

• Đặc tuyến vào giống

miền thuận của điốt

Họ đặc tuyến của cách mắc mạch BCdùng tranzito

• Ivào = IE ; Ira= Ic Đặc tuyến vào

giống miền thuận của điốt

• Khi IEcố định thìIC IE Tăng UCBthì ICtăng không đáng kể IC

luôn luôn nhỏ hơn IE Khi UCB= 0thìIC0vì điệp áp tiếp xúc

trong JCđã cuốn điện tích v-ợt qua miền bazơ rất mỏng

Trang 35

Họ đặc tuyến của cách mắc mạch CCdùng tranzito

• Ivào = IB ; Ira= IE Đặc tuyến vào có dạng

khác hẳn vì UCB phụ thuộc nhiều vào UCE

Nếu UCB tăng thì UBE giảm nên IBgiảm

• Trong thực tế IC IE nên đặc tuyến ra và đặc tuyến truyền đạt của

Phân cực và ổn định nhiệt điểm công tác của tranzito

a Nguyên tắc chung (nhắc lại)

Chuyển tiếp emitơ - bazơ luôn phân cực thuận

Chuyển tiếp colectơ - bazơ luôn phân cực ng-ợc

Trang 36

Đ-ờng tải tĩnh và điểm công tác tĩnh

• Đ-ờng tải tĩnh đ-ợc xác định trên họ đặc tuyến ra tĩnh

• Điểm công tác tĩnh nằm trên đ-ờng tải tĩnh Nó xác định giá trị

dòng điện và điện áp trên tranzito khi ch-a có tín hiệu vào

• Xét sơ đồ nh- hình vẽ

• Là một ph-ơng trình tuyến tính nên chỉ cần xác định hai điểm

đặc biệt: khi IC=0 -> UCE= ECCvà khi tranzito thông hoàn toàn

ổn định điểm công tác tĩnh khi nhiệt độ thay đổi

• Tranzito là linh kiện bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ

• Hai đại l-ợng nhạy cảm với nhiệt độ nhất là UBE và dòng ng-ợc Icbo

Do IC= IB+ (+ 1) Icbo nên nhiệt độ thay đổi làm điểm công tác bị trôi

• Đánh giá độ ổn định nhiệt qua hệ số S= IC / Icbo

• IB = (Ecc- UBE) / Rb Do UBElà điện ápphân cực th-ờng có giá trị khoảng 0,3V

đối với tranzito Ge và khoảng 0,6V vớitranzito Si là nhỏ so với ECCnên ta có thểlấy gần đúng:IBECC / Rb->IBcố định

• Mạch điện đơn giản, độ ổn định nhiệt phụthuộc hệ số k.đại dòng tĩnh của tranzito

• Mạch ứng dụng khi yêu cầu độ ổn định

d Phân cực cho tranzi to bằng dòng cố định

Trang 37

Phân cực cho tranzi to bằng điện áp phản hồi

• Rbđ-ợc nối trực tiếp giữa colectơ và bazơ của tranzito

• Ưu điểm: mạch có độ ổn định nhiệt cao hơn

• K điểm: hệ số K đại tín hiệu bị giảm vì

tín hiệu ra ở C qua Rbtác động trở lại ng-ợc pha với tín hiệu lối vào

• Khắc phục: Chia Rbthành hai điện trở

Nếu thiết kế mạch phù hợp sao cho sự tăng ICdo nhiệt độ bằng sự

giảm ICdo cấu trúc của mạch phân cực ta có đ-ợc độ ổn định nhiệt

Phân cực cho tranzi to bằng dòng emitơ (tự phân cực)

• Điện trở R1và R2là một bộ phân áp tạo nên UBcố định

• Nếu UB UBE thì ta có thể coi IEUB /REvà mạch điện có độ ổn định

Giả sử nhiệt độ tăng làm ICtăng dẫn đến điểm là việc bị tr-ợt lên

trên đ-ờng đặc tuyến tĩnh Do IE= IC+ IB nên IEcũng tăng theo làm

Trang 39

Tiêu hao năng l-ợng cực bé

Cấu tạo loại cực cửa tiếp giáp JFET: Kênh bán dẫn Si-n đ-ợc

bao quanh bằng một lớp bán dẫn p vànối ra ngoài ba điện cực nh- hình vẽ

Hoạt động: Tuỳ theo giá trị UGS phân cựcng-ợc mà lớp tiếp giáp có độ rộng khác

nhau làm thay đổi tiết diện kênh dẫn DS

Nguyờn lý làm việc và ký hiệu

Trang 40

Nguyên lý làm việc loại kênh n

Trang 41

• Phân cực ngược lớp tiếp giáp GS để thu hẹp

kênh dẫn Chú ý điện áp phân cực và so

sánh với transistor lưỡng cực (Bipolar)

• Xem và phân tích nội dung phim:

– Semiconductors Theory 7 Segment 9 - J-FETS

Trang 42

hãng sản xuất linh kiện,

điều khiển dòng điện IDS

Trang 43

UGS phải nhận giá trị âm (đây

là điểm khác biệt cần l-u ý sovới tranzito bipolar)

Chú ý: Các loại FET khác nhau

Đặc tuyến truyền đạt ID= f2(UGS)| UDS=CONST

• Khi sử dụng tranzito tr-ờng cần

chú ý hai nhóm các tham số:

- Tham số giới hạn: IDmax; UGS max ; UGS0

- Tham số làm việc: Điện trở tronghay điện trở vi phân đầu ra

ri= UDS /IDkhi UGS=const ri thể hiện độ dốc đặc tuyến trong

vùng bão hoà Độ hỗ dẫncủa đặc tuyến truyền đạt Điện trở vi

I D mA

-2 -4

4 8

Trang 44

hơn.

Cực đế

Si-p

Cực đế Si-p

Ký hiệu tranzito

tr-ờng có cực cửa cách

li trong Work Bench

• Nối ra ngoài các điện

Trang 45

Các phim tư liệu về transistor trường

Trang 46

SO SÁNH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC LOẠI

có sự chênh lệch thế điện hóa giữa D và S

Trang 47

Trang 48

Tran Tien Phuc-DHNT 1

chất cao hơn) Nối ra ngoài ba

điện cực Anôt, Katôt, Gate.

Đặc tuyến của tiristo

• Khi UAK đủ lớn hay có xung

điện áp d-ơng tác động vào Glàm đánh thủng thác lũ J2,tiristo t-ơng đ-ơng nh- hai đi

Trang 49

• Điện áp ng-ợc cực đại của

tiristolớn hơn điện áp nguồn

• Công suất điều khiển đ-ợc

trên tải phụ thuộc giá trị dòng

điện dẫn thuận cho phép của

tiristo.

• Xem tham số tiristovà thí

nghiệm mạch điện này trong

Work Bench với File:

Dieu khien dung tiristo

Trang 51

Trang 52

Ch¾n Ch¾n

I

UDÉn

Ch¾n

Trang 53

Trang 54

ThÝ nghiÖm m¹ch ®iÒu khiÓn dïng tiristo vµ triac *

Trang 55

MÆt sau b¶ng m¹ch PhÇn trªn lµ m¹ch thÝ nghiÖm

tiristo (SCR) PhÇn d-íi lµ m¹ch thÝ nghiÖm Triac.

ThÝ nghiÖm m¹ch ®iÒu khiÓn dïng tiristo vµ triac **

• PhÇn trªn lµ m¹ch thÝ nghiÖm tiristo (SCR) PhÇn d-íi lµ m¹ch

thÝ nghiÖm Triac

Trang 56

• Phần trên là mạch thí nghiệm tiristo (SCR) Phần d-ới là mạch

thí nghiệm Triac

Bảng mạch thí nghiệm ổn định điện áp*

• Nhìn từ mặt sau mạch ổn áp dùng 3 tranzito

Trang 57

• NhËn d¹ng linh kiÖn vµ t×m hiÓu c¸ch triÓn khai thÝ nghiÖm

§iac

BT137

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	3,46 MB

cấu kiện điện tử

Nguyên tắc chung (nhắc lại)

Phân cực cho tranzito bằng dòng cố định