GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

Khi chịu tác của điện trường, các hạt dẫn trênđường chuyển động có gia tốc sẽ va cham với các nguyên tử của mạngtinh thể sẽ làm thay đổi trị số và chiều của vận tốc nghĩa là làm tán xạch

Hình 1.1 Cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn tinh thể

 Vùng hóa trị (vùng đầy): tất cả các mức năng lượng của vùng nàyđều bị chiếm chỗ, không còn mức năng lượng tự do

 Vùng dẫn (vùng trống): tất cả các mức năng lượng của vùng nàyđều bỏ trống hay chỉ bị chiếm chỗ một phần

 Vùng cấm: không còn mức năng lượng nào để điện tử có thể chiếmchỗ

Chất bán dẫn thuần là chất mà ở tại mỗi nút mạng tinh thể của nó chỉ cónguyên tử của cùng một loại nguyên tố

Có nhiều loại chất bán dẫn thuần như: Bo (B), Indi (In), Gali (Ga), Silic(Si), Gemanium (Ge), Asen (As), Selen (Se)… trong đó có hai loại chất bándẫn điểm hình là Si và Ge

Cấu trúc electron của hai nguyên tử Si và Ge:

Hình 1.2 Cấu trúc electron của Si và Ge

Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử ta chỉ xét lớp electron lớp ngoàicùng

Các chất bán dẫn điển hình như Gecmanium (Ge), Silicium (Si) thuộcnhóm 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố Chúng cấu tạo từnhững tinh thể có hình dạng xác định, trong các nguyên tử được sắp xếp theomột trật tự chặt chẽ, tuần hoàn, tạo nên một mạng lưới, gọi là mạng tinh thể

Cấu trúc mạng tinh thể của Si sau:

Hình 1.3 Cấu trúc mạng tinh thể của Si

Trong mạng tinh thể gồm nhiều nguyên tử, chung quanh mỗi nguyên tửbán dẫn luôn luôn có 4 nguyên tử khác kế cận và liên kết chặt chẽ với nguyên

tử đó bằng liên kết cộng hóa trị Do đó lớp vỏ ngoài cùng của Si như được bổsung thêm 4 điện tử, nghĩa là đủ số điện tử tối đa của lớp vỏ (8 điện tử) vàlớp vỏ này trở nên bền vững Ở trạng thái này (to thấp) chất bán dẫn không cóđiện tích tự do, nó không dẫn điện

Tuy nhiên, dưới tác dụng nhiệt (hoặc ánh sáng, điện trường…), một sốđiện tử nhận được năng lượng đủ lớn hơn năng lượng liên kết cộng hoá trị( năng lượng ion hoá 1.12 eV đối với Si và 0,6 eV đối với Ge) nên có thểbức khỏi sự ràng buộc nói trên để trở thành điện tử tự do và dễ dàng dichuyển trong mạng tinh thể à Si trở nên dẫn điện

Khi có 1 điện tử rời khỏi vị trí sẽ để lại tại đó một lỗ trống mang điện tíchdươngà các lỗ trống di chuyển ngược chiều với điện tử tự do

Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng sinh tạo nhiệt cặp điện tử tự do –

lỗ trống

2 Chất bán dẫn tạp chất.

Nguyên tố Si và Ge nguyên chất là các nguyên tố dẫn điện kém Điều nàyphụ thuộc vào số lượng các electron của lớp hóa trị, liên kết hóa trị, và cácvùng năng lượng gián đoạn tương đối lớn Chính vì điều đó nên các nguyên

tố Si và Ge nguyên chất ít được sử dụng

Chất bán dẫn tạp chất là chất bán dẫn thuần có pha thêm các nguyên tốtạp chất, các nguyên tố tạp chất này được pha vào nguyên tố Si và Ge nguyênchất để cải thiện tính dẫn điện của chất bán dẫn

Hai nhóm tạp chất dùng để pha trộn có hóa trị 3 và hóa trị 5:

Nguyên tố hóa trị 3 Nguyên tố hóa trị 5

Aluminum (Al) Phosphorus (P)

Si

a Chất bán dẫn loại N:

Khi pha nguyên tử hóa trị 5 (vd: P) vào nguyên tố Si ( hay Ge):

Hình 1.4 Mạng tinh thể của bán dẫn N

 Khi tham gia vào liên kết cộng hóa trị, thì 4 nguyên tử của nguyên

tử P liên kết với 4 điện tử của nguyên tử Si ( hay Ge) lân cận tạothành 4 liên kết cộng hóa trị, còn điện tử thứ 5 không liên kết vớibất kỳ điện tử nào của nguyên tử Si (hay Ge)

 Do điện tử này ở lớp ngoài cùng nên liên kết với hạt yếu, do đó chỉcần cung cấp 1 năng lượng nhỏ thì điện tử này sẽ tách ra khỏinguyên tử để trở thành điện tử tự do Nếu ta đặt vào một từ trườngthì các điện tử tự do chuyển động có hướng tạo ra dòng điện

 Nếu ta pha nhiều nguyên tử P vào thì ta có nhiều điện tử tự do thìdòng điện tạo ra sẽ mạnh

Đó là chất bán dẫn loại N

Trong chất bán dẫn loại N có:

 Các điện tử gọi là các hạt tải đa số (nn )

 Các lỗ trống gọi là các hạt tải tiểu số (pn )

lỗ trống

 Nguyên tử B sẽ đưa ra 3 điện tử ngoài cùng để liên kết cộng hóa trịvới 3 điện tử của 3 nguyên tử Si (hay Ge) lân cận.

 Do còn thiếu 1 điện tử để liên kết nên tạo thành lỗ trống tích điệntích dương Các điện tử lân cận dễ liên kết với lỗ trống của B đồngthời tạo ra lỗ trống mới, hiện tượng đó liên tục diễn ra dẫn đến tạo

ra dòng điện bằng lỗ trống

 Nếu ta pha nhiều nguyên tử B vào nguyên tử Si (hay Ge) thì ta tạo

ra nhiều lỗ trống hơn thì tạo ra dòng điện càng mạnh

a Dòng điện khuêch tán: Khi nồng độ điện tử hoặc lỗ trống phân bố

không đồng đều, chúng sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao về nơi nồng

độ thấp Dòng điện do chuyển động có hướng này gây ra gọi là dòng điệnkhuếch tán

b Dòng điện trôi: là dòng điện chuyển động của các hạt dẫn dưới tác

dụng của điện trường Khi chịu tác của điện trường, các hạt dẫn trênđường chuyển động có gia tốc sẽ va cham với các nguyên tử của mạngtinh thể sẽ làm thay đổi trị số và chiều của vận tốc nghĩa là làm tán xạchúng

II CHUYỂN TIẾP P-N

Chuyển tiếp P-N gồm một khối chất bán dẫn loại P và một khối chất bán dẫnloại N được ghép lại với nhau như hình sau:

Hình 1.5 Chuyển tiếp P - N

1 Tiếp giáp pn khi chưa có điện trường ngoài đặt vào:

Trước khi tiếp xúc, mỗi khối bán dẫn nằm ở trạng thái cân bằng ( tổngđiện tích âm bằng với tổng điện tích dương trong thể tích)

n

Hình 1.6 Chuyển tiếp P – N khi chưa có điện trường ngoài

Khi tiếp xúc với nhau, do chênh lệch nồng độ hạt dẫn giữa hai miếng bándẫn P và N (pp >> np, nn>>pn), nên xảy ra hiện tượng khuếch tán các hạt dẫn

đa số: lỗ trống khuếch tán từ p sang n và ngược lại điện tử khuếch tán từ nsang p Chúng tạo thành dòng khuếch tán Ikt có chiều từ p sang n

Trên đường khuếch tán, các điện tích trái dấu sẽ tái hợp với nhau, hìnhthành một vùng hẹp ở bên mặt ranh giới có nồng độ hạt tải giảm xuống rấtthấp Tại vùng hẹp, bên bán dẫn p hầu như chỉ còn lại các ion âm, còn bênbán dẫn n hầu như chỉ còn lại các ion dương Tức là hình thành hai lớp điệntích không gian khác dấu đối diện nhau Giữa hai lớp điện tích này sẽ có một

sự chênh lệch điện thế ( bên n dương hơn bên p) gọi là điện thế tiếp xúc Utx.Nói cách khác: trong vùng ranh giới đã xuất hiện một điện trường (hướng từ

n sang p) gọi là điện trường tiếp xúc Etx

Vùng hẹp nói trên gọi là vùng nghèo hoặc vùng chuyển tiếp pn Nồng độhạt dẫn vùng này rất thấp nên điện trở xuất rất lớn so với các vùng còn lại

Do tồn tại điện trường tiếp xúc, các hạt tải tiểu số của hai miền sẽ bị cuốn

về phía đối diện: lỗ trống cúa bán dẫn loại n chạy về cực âm của điện trường,điện tử của bán dẫn p chạy về cực dương của điện trường Sự di chuyển đótạo thành dòng điện trôi Itr ngược chiều với dòng khuếch tán của hạt tải đa số Nồng độ hạt tải đa số trong hai khối bán dẫn càng chênh lệch thì hiệntượng khuếch tán càng mãnh liệt và quá trình tái hợp càng nhiều, dẫn đếnđiện trường tiếp xúc càng tăng và dòng điện trôi của hạt tải tiểu số cũng tăng

Vì vậy trong thời gian ngắn, dòng trôi và dòng khuếch tán cân bằng nhau,triệt tiêu nhau và dòng tổng hợp qua tiếp giáp bằng 0

2 Tiếp giáp pn khi có điện trường ngoài đặt vào:

a Phân cực nghịch (V D <0):

Khi đặt vào hai đầu tiếp giáp P-N một điện áp VD sao cho dương ở N, âm

ở P Giả thiết điện trở của chất bán dẫn ở ngoài vùng nghèo là không đáng kể.Lúc đó gần như toàn bộ điện áp VD sẽ đặt vào vùng nghèo, xếp chồng lênđiện thế tiếp xúc Vtx làm cho tình trạng cân bằng trước đây không còn nữa

Số lượng ion dương trong vùng nghèo của chất bán dẫn loại n sẽ tăng lên phụthuộc vào số lượng rất lớn điện tích dương tự do lấy từ điện thế dương củanguồn cung cấp Tương tự số lượng ion âm sẽ tăng lên ở bán dẫn loại p Kếtquả vùng nghèo càng nới rộng ra, làm cho hạt tải đa số không thể nào băngqua khỏi vùng nghèo nên dòng điện khuếch tán bằng 0

+

- -

-Eng

Etx

loã

-

+ + +

Hình 1.7 Tiếp giáp P – N khi phân cực ngược

Do vùng nghèo mở rộng, điện trở của nó tăng lên Điện trở hàng rào trởthành :

V = VD + Vtx Điện thế hàng rào tăng lên thêm giá trị VD, làm cho dòng trôi của hạt tải tiểu số tăng thêm VD Nhưng do nồng độ hạt tải tiểu số rất ít nên trị số dòng này rất nhỏ Nó nhanh chóng đạt tới giá trị bảo hòa Is ngay khi điện áp VD

còn rất thấp

b Phân cực thuận (V D >0):

Khi đặt vào hai đầu tiếp giáp P-N một điện áp VD sao cho dương ở P, âm

ở N Điện thế hàng rào giảm còn Vtx - VD Số lượng ion dương trong vùngnghèo của chất bán dẫn loại n sẽ giảm xuống phụ thuộc rất lớn vào số lượngđiện tích âm tự do lấy từ điện thế âm của nguồn điện áp cung cấp Tương tự

số lượng ion âm sẽ giảm ở bán dẫn loại p Kết quả vùng nghèo thu hẹp lại

Sự thu hẹp của vùng nghèo làm cho các hạt dẫn đa số của hai bán dẫn trànqua hàng rào sang miền đối diện Dòng do hạt dẫn đa số tăng lên theo điệntích VD, còn dòng trôi do hạt dẫn tiểu số giảm theo điện tích VD

Hình 1.8 Tiếp giáp P – N khi phân cực thuận

Khi đó có dòng điện chạy qua chuyển tiếp pn

3 Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp pn :

Khi chuyển tiếp pn bị phân cực ngược, nếu điện áp ngược tăng lên đếnmột giá trị khá lớn nào đó thì dòng điện ngược tăng vọt, nghĩa là chuyển tiếp

pn dẫn điện mạnh cả theo chiều nghịch, phá hỏng đặt tính van của nó Hiệntượng này gọi là hiện tượng đánh thủng

Dựa vào nguyên nhân gây ra, ta có hai dạng đánh thủng về điện và đánhthủng về nhiệt

a Đánh thủng về điện : chia làm hai loại

 Đánh thủng thác lũ :

Khi điện áp phân cực ngược của chuyển tiếp pn tăng lên, vận tốccủa các hạt tải tiều số tương ứng với dòng điện bảo hào ngược cũng

sẽ tăng Khi đó vận tốc và động năng của nó đủ lớn để giải phóng cáchạt tải khác làm tăng thêm số lượng các hạt tải (gọi là các hạt tải mởrộng) thông qua sự va chạm với cấu trúc ổn định của nguyên tử khác

Đó là quá trình ion hóa sẽ daanc đến các điện tử ở trạng thái cân bằnghấp thụ đủ năng lượng để rời khỏi nguyên tử Sau đó các hạt tải mởrộng trợ giúp cho quá trình ion hóa lên đên đỉnh mà dòng điện thác lũcao được thiết lập và vùng đánh thủng thác lũ được thiết lập

 Đánh thủng xuyên hầm :

Xảy ra khi cấu trúc của chuyển tiếp là những bán dẫn có nồng độtạp chất rất lớn, khi đó điện trường trong vùng tiếp xúc rất lớn, có khảnăng gây ra hiệu ứng xuyên hầm, tức là điện tử trong vùng hóa trị củaban dẫn loại p có khả năng cui qua hàng rào điện thế để chạy sangvùng bán dẫn loại n, lam cho dòng điện tăng vọt

b Đánh thủng về nhiệt :

Xảy ra do tích lũy nhiệt trong vùng tiếp xúc Khi có điện áp ngượclớn, dòng điện ngược làm nóng chất bán dẫn, khiến cho nồng độ hạt dẫntiểu số tăng và do đó lại làm cho dòng điện ngược tăng nhanh Quá trình

đó cứ tiếp diễn khiến cho nhiệt độ vùng tiếp xúc và dòng điện ngược liêntục tăng rất nhanh, dẫn đến đánh thủng

+ VAK D

Ký hiệu:

hiệu của diode

2 Nguyên lý hoạt động.

Khi diode chưa phân cực không có dòng điện chạy qua

Khi diode phân cực thuận sẽ có dòng điện IA chạy qua diode theo chiều từ Asang K

Khi diode phân cực

3 Đặc tuyến Von – Ampe.

Hình 2.2 Đăc tính Vom – Ampe của diode Ge và Si

 Phân cực thuận.

Khi điện áp thuận nhỏ, điện trường ngoài chưa đủ lớn để làm suy yếu điệntrường trong, nên điện trường trong vẫn đủ lớn để ngăn cản dòng điện khuếchtán nên dòng điện thuận có giá trị rất nhỏ Lúc này có thể coi điện trở củaDiode có giá trị lớn

Khi điện áp thuận vượt quá giá trị UAK (UAK là điện áp mở của Diode) thì

điện trường ngoài đủ lớn để làm suy yếu điện trường trong nên các điện tử và

lỗ trống dễ dàng khuếch tán qua tiếp giáp pn Điện áp thuận càng lớn thì điệntrường ngoài càng mạnh, điện trường trong càng bị suy yếu, các điện tử và lỗtrống khuếch tán qua tiếp giáp pn càng nhiều làm cho dòng điện thuận tăngnhanh theo điện áp thuận Vì dòng điện thuận khá lớn cho nên có thể coi giátrị điện trở của Diode lúc này khá nhỏ

Điện áp mở của diode phụ thuộc vào nhiệt độ, vật liệu chế tạo Diode Điện

áp mở của Diode sử dụng vật liệu Si thường là 0,7V, sử dụng vật liệu Gethường là 0,3V)

 Phân cực ngược.

Khi điện áp ngược nhỏ, dòng điện ngược rất nhỏ không đáng kể (cỡ µA

đối với diode Ge và nA đối với diode Si) Dòng điện ngược tăng nhanh khi

nhiệt độ tăng và giá trị gần như không thay đổi ở một giới hạn điện áp nhấtđịnh

Khi điện áp ngược tăng đến giá trị UB thì dòng điện ngược tăng rất lớn(Điện áp UB gọi là điện áp đánh thủng) Thì xảy ra hiện tượng đánh thủng.

4 Mạch điện tương ứng của diode

Do diode chỉ dẫn khi điện áp phân cực thuận lớn hơn 0,7V đối với Si(hay 0,3V đối với Ge), nên mạch điện tương ứng của điên là;

Hình 2.3: Mạch tương đương của diode

Trong hầu hết các ứng dụng thì điện trở trung bình rav khá nhỏ so với cácphâng tử khác trong mạch điện nên có thể bỏ qua Đồng thời điện áp 0,7V(hay 0,3V) có thể bỏ qua khi so sánh với tín hiệu điện áp cung cấp khá lớn.

Vì vậy mạch điện tương ứng của diode chỉ còn lại diode lý tưởng và có sơ

Hình 2.6 Ký hiệu của diode cao tần

3 Diode zener

Cấu tạo là một chuyển tiếp pn nhưng được chế tạo với vật liệu chịunhiệt và toả nhiệt tốt hơn, do đó nó chịu được dòng ngược lớn

Hình 2.7 Ký hiệu của diode zener

Hình 2.8 mô tả đặc tuyến vom-ampe của diode zener

Đặc tuyến thuận của diode giống như đặc tuyến của diode chỉnh lưuthông thường nhưng đặc tuyến ngược thì lại khác Khi Ung tăng, lúc đầudòng điện ngược rất nhỏ như các diode khác nhưng khi tăng đến một trị sốnhất định Ung (A) thì xảy ra đột biến dòng ngược tăng đột ngột từ IZmin đến

IZmax gọi là dòng Zener (IZ) nhưng điện áp hầu như không đổi Giá trị điện

áp không đổi đó chính là giá trị ổn áp của diode

Đoạn AB là vùng làm việc của Diode ổn áp

Vz: giá trị điện áp ổn định (tùy thuộc vào từng loại Zener)

4 Diode biến dung (varicap)

Varicap là một linh kiện bán dẫn có điện dung thay đổi theo điện ápngược đặt vào mối nối p-n của nó Varicaps được ứng dụng để thay đổi tần

số trong các bộ cộng hưởng để lựa chọ các kênh sóng, để nhân tần và chiatần số, tự động kiển soát tần số, sử dụng trong các máy đo tần số cao và cácmáy đo cường độ điện trường…

5 Diode phát quang (led – light emitting diode)

Led là một diode phát ra ánh sáng khi được kích

Hình 2.10 Ký hiệu của led

V(Volt)

Hình 2.9 Đặc tuyến của Diode biến

dung

Led có đặc tính đường cong gần giống như diode mối nối pn, tuy nhiênđiện áp phân cực thuận cao hơn và điện áp phân cực nghịch thấp hơn Cácdãy điện áp làm việc của led như sau :

 Điện áp phân cực thuận : +1V đến +3V

 Điện áp phân cực nghịch : -3V đến -10VDòng điện phân cực thuận trung bình thường là 10mA Dòng điện phâncực thuận thấp nên phải thêm điện trở hạn dòng

III GIẢI THÍCH MẠCH DIODE

Xét mạch điện như hình 2.11a sử dụng một diode có đặc tính như hình3.10b

Hay E=V D+V R

Từ phương trình ta vẽ được đồ thị của nó trên đường đặt tính của diode:

Hình 2.12

IV CÁC MẠCH ỨNG DỤNG CỦA DIODE

1 Diode mắc nối tiếp và song song

a Nối tiếp

Trong phần này mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu các cấuhình mắc nối tiếp và song song các diode với tín hiệu vào dc

Xét mạch điện như hình 2.13

Hình 2.13: Cấu hình diode mắc nối tiếp

Thay diode bằng một điện trở R như hình 3.14, do diode được phân cựcthuận nên diode đang ở trạng thái dẫn Do đó mạch điện được vẽ lại nhưsau:

Hình 2.14: Mạch điện tương đương

Điện áp đặt trên R là:

γ

V E

V R = −

Và dòng qua điện trở R là:

R

V E

=

Xét mạch điện như hình 2.15

Hình 2.15

Trong hình trên diode phân cực ngược nên không có dòng điện chạyqua, diode đang ở trạng thái ngưng dẫn Do hở mạch nên dòng điện quađiện trở R bằng 0.

V V

E

V = − γ =10 −0.7 =9.3Khi cho điện áp 2 ngõ vào 1 và 2 bằng 10V thì cả hai con diode đều dẫn,điện áp ra bằng 9,3V

Hình 2.18: Mạch chỉnh lưu bán kỳ

Trong nửa chu kỳ đầu [0,T/2], tín hiều vào v dương nên diode dẫn taxem như nối tắt mạch Mạch điện tương đương như hình 2.19

Hình 2.19: Nửa chu kỳ đầu [0,T/2]

Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T], tín hiệu v âm nên diode ngưng dẫn

ta xem như hở mạch và mạch điện tương đương như hình 3.19

Hình 2.20: Nửa chu kỳ sau [T/2,T]

Giá trị trung bình của điện áp như sau:

m m

T m

T

T T V

T T

dt T

t V

T

2

2cos2

.12

sin1

Hình 2.21: Dạng sóng tín hiệu trong chỉnh lưu bán chu kỳ

b Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ

Hình 2.23: Mạch cầu và dạng sóng trên R ở nửa chu kỳ đầu [0.T/2]

Nếu xét diode lý tưởng thì điện áp ra v R =v i

Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] tín hiệu vào có giá trị âm làm chodiode D2, D3 ngưng dẫn ( phân cực nghịch), diode D1, D4 dẫn (phâncực thuận)

Hình 2.24: Mạch cầu và dạng sóng trên R ở nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T]

Vậy dạng sóng vào ra đối với 1 chu kỳ tín hiệu như sau:

Hình 2.25: Dạng sóng vào ra trong một chu kỳ của mạch chỉnh lưu cầu

Dạng sóng của chỉnh lưu cầu gấp đôi bán lỳ nên điện áp trung bìnhđược tính là:

2 (0,318 ) 0,636

 Dùng biến áp có điểm giữa (biến áp đôi)

Mạch chỉnh toàn kỳ này sử dụng 2 diode và biến áp có điểm giữanhư hình sau:

Hình 2.26: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp có điểm ở giữa

Trong nửa chu kỳ đầu [0.T/2] v dương thì D1 dẫn và D2 ngưng i

dẫn

Hình 2.27: Dạng sóng vào ra và mạch tương đương ở chu kỳ đầu

Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] v âm thì D1 ngưng dẫn và D2 i

dẫn

Hình 2.28: Dạng sóng vào ra và mạch tương đương ở chu kỳ tiếp theo

Vậy dạng sóng vào ra đối với 1 chu kỳ tín hiệu như sau:

Hình 2.29: Dạng sóng vào ra của mạch chỉnh lưu dùng biến áp đôi

Dạng sóng của chỉnh lưu dùng biến áp có điểm giữa gấp đôi bán kỳnên điện áp trung bình được tính là:

Mạch xén nối tiếp căn bản có dạng như hình 3.29

Hình 2.30: Mạch xén nối tiếp cơ bản

Hình 2.31: Dạng sóng vào ra trong mạch xén nối tiếp

Bây giờ nếu ta mắc thêm một nguồn điện thế một chiều V nối tiếp vớidiode như hình 3.31b Nếu tín hiệu vào vi(t) có dạng hình sin với điện thếđỉnh là Vm như hình 3.31a thì ngõ ra sẽ có dạng như hình vẽ 3.31c với điệnthế đỉnh Vm-V (coi diode lý tưởng)

Hình 2.32

b Mạch xén song song

Mạch xén song song cơ bản có dạng như hình 3.32

Hình 2.33: Mạch xén song song cơ bản

Hình 2.34: Dạng sóng vào ra trong mạch xén song song

 Mạch xén có phân cực:

Xét mạch điện và dạng sóng như hình sau:

Hình 2.35: Mạch xén song song có thêm nguồn dc

 Nửa chu kỳ đầu [0,T/2]:

• Khi diode dẫn (v i ≤4V ) thì xem như ngắn mạch kết quả điện áp ra:

v = =V V

Hình 2.36

• Khi diode ngưng dẫn (v i >4 )V thì xem như hở mạch kết quả điện

áp ra bằng với điện áp vào: v0 =v i

Hình 2.37

 Nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] thì diode luôn dẫn nên xem như ngắn

mạch kết quả điện áp ra: v0 = =V 4V

Dạng sóng tín hiệu vào ra như hình sau:

Hình 2.38: Dạng sóng vào ra của mạch xén có phân cực

5 Mạch ghim áp

Mạch ghim áp dùng để dời tín hiệu vào đến một mức điện áp dc khác.Mạch gồm có một tụ điện, một diode, một điện trở và còn có thể có thêm mộtnguồn dc

Hình 2.41: Mạch dùng diode zener

Xác định trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏimạch và tính hiệu thế V ở hai đầu của mạch hở ta được:

 Nếu V≥Vz diode zener dẫn điện nên Vout=Vz

Khi dẫn điện, dòng điện I Z chạy qua diode zener được xác định bởi:

 Bán kỳ dương kế tiếp, D2 ngưng, C2 phóng điện qua tải và đến bán

kỳ âm kế tiếp C2 lại nạp điện 2Vm Vì thế mạch này gọi là mạchchỉnh lưu tăng đôi điện thế một bán kỳ Ðiện thế đỉnh nghịch ở 2 đầudiode là 2V

V I R

=

ở giữa là 0.150/0.001=150/1.

Hình 3.1: Cấu tạo của transistor pnp và npn

Các cực được ký hiệu bằng các kí tự E cho chữ Emitter (cực phát), C cho chữCollector (cực thu) và B cho chữ Base (cực nền)

0.150 in 0.001 in

0.150 in 0.001 in

PNP NPN

Hình 3.2: Ký hiệu transistor pnp và npn

 Tiếp giáp p-n giữa miền Emitter và Base gọi là tiếp giáp Emitter (J ) E

 Tiếp giáp p-n giữa miền Base và miền Collector là tiếp giáp Collector(J ) C

 Về kí hiệu Transistor cần chú ý là mũi tên đặt ở giữa cực Emitter vàBase có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n

Về mặt cấu trúc có thể coi transistor như 2 diode mắc đối nhau:

Hình 3.3: Cấu trúc của transistor NPN và PNP

2 Nguyên lý hoạt động của BJT

Để Transistor làm việc, người ta phải đưa điện áp 1 chiều tới các điện cựccủa nó, gọi là phân cực cho Transistor Để transistor làm việc ở chế độ tích cựccần cấp nguồn điện một chiều sao cho J phân cực thuận và E J phân cực C

ngược

Hình 3.4: Mạch phân cực cho transistor pnp và npn

Nói chung, transistor PNP và NPN có thể hoạt động như nhau trong cácmạch điện tử nhưng có điểm khác biệt là đảo chiều sự phân cực điện áp và

hướng của dòng điện Do vậy, ở đây ta chỉ cần xét hoạt động của loại PNP như sau :

 Trong trường hợp chưa có điện áp ngoài đặt vào các chuyển tiếp emittor

và collector thì qua các cực của transistor không có dòng điện, hai chuyểntiếp ở trạng thái cân bằng Hiện tượng không có dòng chảy qua transistorcũng xảy ra khi đặt điện áp lên cực C và E nhưng cực B để hở

 Khi phân cực cho transistor như hình 3.4, trạng thái cân bằng ban đầu bịphá vỡ JE được phân cực thuận nên các hạt đa số trong emitor (là lỗtrống) tăng cường khuếch tán sang base Khi này hạt đa số trong base (làđiện tử) cũng khuếch tán sang emitor nhưng do nồng độ pha tạp trongbase ít nên thành phần ngược này không đáng kể Các hạt đa số củaemitor phun vào base và trở thành các hạt thiểu số trội Do chênh lệchnồng độ mà chúng sẽ khuếch tán tới bờ miền điện tích không gian củachuyển tiếp JC Tại đây do chuyển tiếp JC phân cực ngược nên sẽ cuốn trôicác hạt thiểu số sang miền collector Nếu sự phân cực vẫn tiếp tục đượcduy trì thì rõ ràng trên 3 cực của transistor sẽ xuất hiện dòng điện

Hình 3.5: Chiều các hạt tải đa số và tiểu số chạy trong transistor pnp

• Hệ thức cơ bản về các dòng điện trong Transistor

• Hệ số truyền đạt dòng điện α của Transistor

• Hệ số khuếch đại dòng điện β của Transistor

• Ta có hệ thức:

và

3 Đặc Tuyến Vôn – Ampe

a Mạch cực B chung – CB (Common Base)

Cấu hình mạch cực B chung cho cả BJT pnp và npn được trình bày nhưhình 3.6, chiều mũi tên là chiều dòng điện

I =I +I

= C E

I I

α

= C B

I I

βα

β

Hình 3.6: Mạch mắc B chung cho BJT pnp và npn

Họ đặc tuyến ngõ vào của mạch khuếch đại cực B chung được trình bàynhư hình 3.7 diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện ngõ vào I E với điện áp ngõvào V tương ứng với các điện áp ra khác nhau của BE V CB

Hình 3.7: Họ đặc tuyến ngõ vào của mạch khuếch đại cực B chung

Họ đặc tuyến ngõ ra diễn tả mối quan hệ giữa dòng điện ra I với điện áp C

ra V tương ứng với các dòng điện ngõ vào CB I khác nhau được trình bày như hình E

3.8

Hình 3.8: Họ đặc tuyến ngõ ra của mạch khuếch đại cực B chung

Đặc tuyến chia làm 3 vùng: vùng tích cực, vùng bào hòa và vùng ngưngdẫn

 Vùng tích cực: mối nối CB phân cực ngược và mối nối BE phân cựcthuận Ta có: I C ≈I E.

 Vùng ngưng dẫn: cả hai mối nối CB và BE đều phân cực ngược Tacó: I C ≈I E ≈0

 Vùng bão hòa: cả hai mối nối CB và BE đều phân cực thuận Ta có

0

CB

V = V Qua khảo sát đặt tuyến ta thấy để transistor làm việc ở vùng khuếch đạithì điện áp phân cực mối nối BE:

I I

α =

Đối với các linh kiện transistor ngoài thực tế thì hệ số alpha nằm trongkhoảng từ 0.9 đến 0.998

b Mạch cực E chung – CE (Common Emitter)

Mạnh cực E chung có dạng như hình 3.9 đối với cả hai transistor pnp vànpn Gọi là cực E chung vì nó là một cực tín hiệu vào và cũng là 1 cực tínhiệu ra

Hình 3.9: Mạch mắc cực E chung

Họ đặc tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra được trình bày như hình 3.10

Hình 3.10: Họ đặc tuyến ngõ vào và ra của transistor

Mối liên hệ giữa dòng điện trong mạch mắc cực E chung là:

I =I +I và I C =αI E

Đối với mạch cực E chung thì họ đặc tuyến ngõ vào diễn ra mối quan hệgiữa dòng điện vào I B và điện áp vào V BEtrong một dãy điện áp ra V CE khácnhau Họ đặc tuyến ngõ ra diễn ra mối quan hệ giữa dòng điện ra I C và điện

áp ra V CEtrong một dãy dòng điện ngõ vào I B khác nhau