Chuong 4(cac LK ban dan)

đó là các chất Germanium Ge và Silicium Si ❑Cần liên kết ->có 8 điện tử, và trở thành bền vững ->bán dẫn thuần khiết – bán dẫn loại i Bán dẫn tinh khiết Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh

Trang 2

Nội Dung

P1 Sự dẫn điện trong tinh thể bán dẫn

P2 Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu

P3 Diode bán dẫn

P4 Các ứng dụng của Diode.

Chương 2: Lý Thuyết Bản Dẫn

Trang 3

20/04/2016 3

P1 Sự dẫn điện trong tinh thể bán dẫn

1 Mạng tinh thể và liên kết hoá trị

2 Điện tử tự do và lỗ trống – bán dẫn loại i

3 Bán dẫn loại N và bán dẫn loại P

4 Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn.

Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn

Trang 4

20/04/2016 4

Mạng tinh thể và liên kết hoá trị

❑Chất bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si)

❑Cần liên kết ->có 8 điện tử, và trở thành bền vững ->bán dẫn thuần khiết – bán dẫn loại i

Bán dẫn tinh khiết

Trang 5

Điện tử tự do & lỗ trống

Năng lượng

Vùng 1 Vùng 2

Trang 6

Năng lượng

Vùng 1 Vùng 2 Vùng hóa trị

e-Lỗ trống

Năng lượng to

Giản đồ năng lượng

Điện tử và lỗ trống được gọi là hạt dẫn

Trang 7

e-Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn

Trang 8

Khe năng lượng

Vùng hóa trị

Năng lượng

Trang 9

20/04/2016 9

Bán dẫn loại N

• Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử

Si theo liên kết cộng hoá trị.

• Nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ).

Trang 10

20/04/2016 10

Bán dẫn loại P

▪ Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) hoặc Bo (B) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P.

Trang 11

Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn

❖ Chuy n đ ng trôi ể ộ

- N u h t d n trong môi tr ng chân không và có đi n tr ng tác đ ng thì các h t d n này s có chuy n đ ng gia t c Khi ế ạ ẫ ườ ệ ườ ộ ạ ẫ ẽ ể ộ ố

h t d n va ch m v i các nguyên t c a m ng tinh th thì giá tr và chi u c a v n t c s thay đ i Chuy n đ ng trôi ạ ẫ ạ ớ ử ủ ạ ể ị ề ủ ậ ố ẽ ổ ể ộ

t o thành dòng đi n trôi ạ ệ

❖ Chuy n đ ng khu ch tán ể ộ ế

- Dòng chuy n đ ng khu ch tán x y ra khi có s phân b không đ u đ ng n ng đ h t d n trong m t kh i th tích Dòng ể ộ ế ả ự ố ề ồ ồ ộ ạ ẫ ộ ố ể

đi n do chuy n đ ng có h ng này gây ra đ c g i là dòng đi n khu ch tán ệ ể ộ ướ ượ ọ ệ ế

Trang 12

Chuyển tiếp P-N & đặc tính chỉnh lưu

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

Trang 13

20/04/2016 13

- 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

Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng

Trang 14

- 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 thường là 0.35V 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”

Trang 15

20/04/2016 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 là 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.

Trang 16

20/04/2016 16

Chuyển tiếp P – N khi phân cực thuận

- Trong trường hợp này hàng rào điện thế chỉ còn Vtx – V nên hạt dẫn

đa số của 2 bán dẫn sẽ tràn qua hàng rào sang miền đối diện

Tình trạng thiếu hạt dẫn bị giảm 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

Trang 17

Đặc tính chỉnh lưu

✓ Khi phân cực thuận, vùng nghèo nhỏ, điện

trở thấp và dòng điện 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 20

Diode Chỉnh Lưu

Ký hiệu và hình dáng

Vạch màu trắng (Cực âm)

Phần 3: Diode bán dẫn

Trang 21

Đặc tuyến Volt - Ampere

- Khi điện áp thuận nhỏ hơn Vγ = 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 Vγ 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

Trang 22

Các mô hình xấp xỉ Diode

Khi khóa đóng

Khi khóa mở

Đặc tuyến lý tưởng

Id

Vd0

Khi khóa đóng

Khi khóa mở

V + -

Id

Vd

Trang 23

Phương pháp đo kiểm tra Diode

•Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

•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

rò.

Trang 24

Diode zener

•Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong

chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Trang 26

P4 Ứng Dụng của Diode bán dẫn

• Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng :

Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay ch

Phần 4: Ứng Dụng Diode

Trang 28

Dạng sóng vào U2

Dạng sóng ra UTa

b

a

b

Trang 29

Mạch chỉnh lưu cầu (4 diode)

• Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ thường dùng 4 Diode mắc theo hình cầu (còn gọi là mạch chỉnh lưu cầu) như hình dưới.

Trang 30

Mạch lọc

•Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu.

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	2,78 MB