bài giảng Các linh kiện bán dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNGBỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Lại Nguyễn Duy Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Email: lainguyenduy@hcmutrans.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁC LINH KIỆN

BÁN DẪN

Lại Nguyễn Duy

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Email: lainguyenduy@hcmutrans.edu.vn

Trang 4

Mạng tinh thể và liên kết hoá trị

Si hay Ge có 4 điện tử hoá trị

Cần liên kết ->có 8 điện tử, và trở thành bền vững

->bán dẫn thuần khiết – bán dẫn loại i

Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế

dẫn điện

Trang 5

Năng lượng

Vùng 1 Vùng 2

Trang 6

Năng lượng

Vùng 1 Vùng 2 Vùng hóa trị

-Lỗ trống Năng lượng to

Giản đồ năng lượng

Điện tử tự do và lỗ trống

Điện tử và lỗ trống được gọi là hạt dẫn

dẫn điện

Trang 7

Dòng lỗ trống

dẫn điện

Trang 8

Vùng dẫn

Khe năng lượng

Vùng hóa trị

Năng lượng

dẫn điện

Trang 9

* Bán dẫn loại N

- Được tạo nên bằng cách pha chất bán dẫn tinh khiết

với As (đối với Ge) hoặc P (đối với Si)

- As/P có 5 điện tử ở lớp ngoài cùng

Điện tử thứ 5 liên kết yếu hơn với các

nguyên tử xung quanh và hạt nhân nên

dễ trở thành hạt dẫn tự do Nguyên tử

tạp chất lúc này thành ion dương

- Khi có điện trường, các hạt dẫn sẽ

chuyển động có hướng tạo thành dòng

điện Tạp chất nhóm 5 cung cấp điện tử

cho chất bán dẫn ban đầu nên được gọi

Trang 10

24/09/15 10

* Bán dẫn loại P

- Được tạo nên bằng cách pha chất bán dẫn tinh khiết với In (đối với Ge) hoặc B (đối với Si)

- B/In có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng Khi tham

gia liên kết với các nguyên tử khác, liên kết

thứ 4 bị bỏ hở Khi có kích thích 1 trong

những điện tử ở các mối liên kết hoàn chỉnh sẽ

đến thế chỗ vào liên kết nói trên Nguyên tử

tạp chất lúc này thành ion âm và lỗ trống xuất

hiện.

- Khi có điện trường, các hạt dẫn sẽ chuyển

động có hướng tạo thành dòng điện Tạp chất

nhóm 3 tiếp nhận điện tử từ chất bán dẫn ban

đầu nên được gọi là tạp chất nhận

- Trong chất bán dẫn loại P, pe > ne, lỗ trống là

hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số

dẫn điện

Trang 11

Chuyển động trôi tạo thành dòng điện trôi.

* Chuyển động khuếch tán

- Dòng chuyển động khuếch tán xảy ra khi có

sự phân bố không đều đồng nồng độ hạt dẫn trong một khối thể tích, khuếch tán từ nơi có nồng độ cao –thấp Dòng điện do chuyển động có hướng này gây ra được gọi là dòng điện khuếch tán

Trang 12

1 Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng.

2 Chuyển tiếp P – N khi có điện áp ngoài & Đặc tính chỉnh lưu

3 Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P – N (đọc giáo trình).

Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh

lưu

Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính

chỉnh lưu

Trang 13

Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng

- Trước tiếp xúc, mỗi khối bán dẫn cân

bằng về điện tích

- Khi tiếp xúc, do chênh lệch nồng đồ nên

lỗ trống khuếch tán từ P sang N, điện

tử khuếch tán N -> P

- Trên đường khuếch tán, các hạt dẫn trái

dấu tái hợp làm tại bề mặt ranh giới,

nồng độ hạt giảm rất thấp: bên P chỉ còn

lại các ion âm, N còn lại các ion dương

Xuât hiện hiệu điện thế và điện trường

tiếp xúc Vùng hẹp gọi là vùng nghèo

- Do tác dụng của điện trường tiếp xúc

nên lỗ trống từ N chạy sang P và điện tử

từ P chạy sang N tạo thành dòng điện

trôi, ngược chiều với dòng khuếch tán

chỉnh lưu

Trang 14

Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng

(tt)

- Nồng độ hạt dẫn đa số trong 2 khối

càng chênh lệch thì hiện tượng

khuếch tán và tái hợp càng nhiều =>

điện trường tiếp xúc càng tăng nên

dòng điện trôi cũng tăng Sau 1 thời

gian dòng khuếch tán và dòng trôi cân

bằng nhau, triệt tiêu nhau và dòng

qua mặt ranh giới bằng 0 Chuyển tiếp

P – N đạt trạng thái cân bằng

- Ứng với trạng thái cân bằng thì hiệu

điện thế tiếp xúc giữa P và N có giá trị

nhất định Thông t hường là 0.3

V đối với Ge và 0.7V đối với Si Hiệu

điện thế này ngăn không cho hạt dẫn

tiếp tục chuyển động qua mặt ranh

giới, duy trì trạng thái cân bằng gọi là

“hàng rào điện thế”

chỉnh lưu

Trang 15

Chuyển tiếp P – N khi phân cực

nghịch

- Giả thiết điện trở chất bán dẫn ở vùng trung

hoà là không đáng kể Khi đó điện áp V gần

như đặt toàn bộ lên vùng nghèo, chồng lên

hiệu điện thế tiếp xúc Tình trạng cân bằng

không còn Điện trường E do V gây ra cùng

chiều Etx làm hạt dẫn đa số của 2 bán dẫn xa

khỏi mặt ranh giới đi về 2 phía => Vùng

nghèo bị mở rộng và điện trở vùng nghèo

tăng

- Hàng rào điện thế trở thành V + Vtx khiến

dòng khuếch tán của hạt dẫn đa số giảm

rất nhỏ còn dòng trôi của hạt dẫn tăng

theo V Nhưng nồng độ hạt dẫn thiểu số rất

nhỏ nên trị số dòng này rất thấp Nó nhanh

chóng đạt trạng thái bão hoà khi V còn rất

thấp Dòng điện qua chuyển tiếp P – N rất bé

và mang dấu âm I = -Is Is là dòng ngược

bão hoà.

chỉnh lưu

Trang 16

bớt nên bề dày vùng nghèo bị thu

hẹp và điện trở vùng nghèo giảm

Dòng khuếch tán tăng nhanh

theo V còn dòng điện trôi giảm

theo V Dòng điện trôi rất bé và coi

như không đổi Dòng qua chuyển

tiếp P – N lúc này là dòng điên

thuận và lớn hơn rất nhiều so với

dòng điện ngược

- Khi V càng tăng, bề dày vùng

nghèo càng giảm và hàng rào thế

càng giảm Khi V = Vtx thì dòng

thuận vô cùng lớn, phá hỏng miền

tiếp xúc Đây là hiện tượng cần

tránh

chỉnh lưu

Trang 17

lớn và tăng nhanh theo

điện áp Khi phân cực

ngược, điện trở rất lớn, dòng

rất nhỏ và hâu như không

thay đổi theo V

- Khi có điện áp xoay chiều

đặt vào thì nó chủ yếu dẫn

điện theo 1 chiều Đó là đặc

tính chỉnh lưu.

Trang 18

Phần 3: Diode bán dẫn

1 Diode chỉnh lưu

2 Diode zener.

3 Diode biến dung (đọc giáo trình).

4 Diode tunnel (đọc giáo trình).

Trang 19

-Lớp Tiếp Giáp P-N

Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode

bán dẫn

DIODE CHỈNH LƯU

Trang 21

- Bộ phận cơ bản của diode là chuyển tiếp P – N,

có đặc tính chủ yếu là dẫn điện theo 1 chiều

- Ứng dụng: biến điện xoay chiều thành điện 1 chiều nên có tên là diode chỉnh lưu

bán dẫn

Trang 22

* Đặc tuyến Volt - Ampere

- Khi điện áp thuận nhỏ hơn V γ =

0.7V (đối với Ge là 0.3V) thì dòng

điện thuận còn bé, chưa

đáng kể Chỉ khi điện áp vượt

quá điện áp mở V γ thì dòng

điện mới tăng nhanh theo điện

áp Đoạn đặc tuyến này gần như 1

đường thẳng có độ dốc không

đổi

- Dòng điện ngược có giá trị rất

nhỏ Khi điện áp ngược thực tế

tăng dần và khi đạt đến điện áp

đánh thủng VB thì dòng điện

ngược tăng rất nhanh

bán dẫn

Trang 23

Các loại Diode khác

1 Diode zener

2 Diode biến dung (đọc giáo trình)

3 Diode tunnel (đọc giáo trình).

bán dẫn

Trang 24

để xảy ra quá trình đánh thủng về điện (không xảy ra quá trình đánh thủng về nhiệt) vẫn không phá hỏng diode

* Đặc tuyến Volt – Ampere

- Điện áp trong quá trình đánh thủng gần

như song song với trục dòng điện nên diode zener thường được dùng để ổn định áp

Trang 25

ngược tối đa cho phép, xác

định bởi công suất tiêu hao

cực đại của diode Pmax.

- Mạch ổn áp dùng zener:

Trang 26

3 Ba sơ đồ cơ bản của BJT

4 Đặc tuyến Volt – Ampere

5 Các tham số giới hạn của BJT

Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực

tính (BJT)

Trang 27

E

Cấu tạo

Trang 28

tính (BJT)

Nguyên lý hoạt động của BJT

- Ban đầu khi không có 2 nguồn E1 và E2 tác dụng, nhờ hàng rào điện thế duy trì trạng thái cân bằng của các chuyển

Trang 29

đa số vẫn đến được miền N Khi đến JC, do tác dụng của

điện trường, các điện tử nói trên bị hút về phía collector tạo nên dòng điện trong mạch collector

.

α

Ic= I E + I CBO

Trang 30

IB

Trang 37

tính (BJT)

Dòng điện cực đại I Emax , I Bmax , I Cmax

Điện áp cực đại V CBmax , V CEmax , V BEmax

Công suất tiêu tán cực đại P C.max

Tần số giới hạn

Các tham số giới hạn của BJT

Trang 38

tính (BJT)

Phần 5: Transistor trường (FET)

1 Transistor trường dùng chuyển tiếp P – N (JFET)

2 Transistor trường có cực cửa cách ly

(MOSFET) (đọc giáo trình)

Trang 40

tính (BJT)

Cấu tạo JFET

Xét JFET loại N: Thỏi bán dẫn Si có nồng độ tạp

tương đối thấp, gắn với 2 sợi dây kim loại: đáy trên – cực D; đáy dưới – cực S Bao quanh hỏi bán dẫn loại N

là lớp bán dẫn loại P, hình thành chuyển tiếp P – N Phần thể tích còn lại của thỏi Si là kênh dẫn Lớp bán dẫn loại P được gắn 1 sợi dây kim loại – cực G

Trang 43

m D

r

v v

g

i = +

Trang 44

HỎI VÀ

TRẢ LỜI

Trang 45

CHÂN THÀNH CÁM ƠN!

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	1,71 MB