Bài giảng Điện tử cơ bản - Bài 2: Linh kiện tích cực

Bài giảng Điện tử cơ bản - Bài 2: Linh kiện tích cực được biên soạn nhằm giúp cho các bạn nắm bắt được những kiến thức về chất bán dẫn, cấu tạo và nguyên lý làm việc, phân loại, tác dụng của Diode, nguyên tắc hoạt động của Transitor và một số nôi dung khác.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

BÀI 2: LINH KIỆN TÍCH CỰC

• I Chất bán dẫn.

• 1 Khái niệm về chất bán dẫn

• Chất bán dẫn là những chất có đặc tính dẫn điện trung gian

giữa chất dẫn điện và chất cách điện

• Chúng có điện trở suất lớn hơn chất dẫn điện rất nhiều nhưng

lại rất nhỏ so với chất cách điện

•2 Tính chất của chất bán dẫn

•- Chất bán dẫn bị ảnh hưởng nhiều đến tính chất dẫn điện của

nó như nhiệt độ, ánh sáng và độ thuần khiết của nó

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

4 Đặc điểm chung tiếp giáp P –N

•Khi các chất bán dẫn loại P, N được hình thành trong cùng một khối thì xảy ra một sự tương tác trong đó các điện tử dư thừa bán dẫn loại N khuếch tán sang mặt tiếp xúc để điền vào lỗ trống trong bán dẫn loại P Tạo thành 1 mặt tiếp xúc có rất ít điện tử thừa (có điện trở rất lớn)

Mặt tiếp xúc Bán dẫn loại P

Bán dẫn loại N

Miền điện tích không gian

K A

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

2 Nguyên lý làm việc.

a Phân cực thuận cho diode:

N P

Vdc1

•Khi diode có điện thế Anốt cao hơn so với điện thế Katốt khi đó diode được phân cực thuận

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•3 Phân loại diode

• a, Diode tiếp điểm :

•- Diode tiếp điểm là diode có măt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P –

N rất nhỏ, hầu như thành một điểm, dùng để tách sóng Diode nàythường có hình dạng nhỏ được bọc bởi vỏ thuỷ tinh, dùng để táchsóng

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•b, Diode tiếp mặt :

• - Diode tiếp mặt là diode có mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn là một mặt phẳng, thường có màu đen, bọc nhựa dùng để nắn điện

•4 Tác dụng của diode trong mạch điện tử.

•- Diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành mộtchiều để cấp nguồn cho máy hoạt động

•- Ngoài ra diode còn được sử dụng làm mạch tách sóng để lấy tínhiệu âm tần ra khỏi tín hiệu cao tần trong Radio hoặc lấy tín hiêuhình tổng hợp từ tín hiêu trung tần hình trong tivi Hoặc diode cònđược mắc trong mạch trộn tần để biến đổi tín hiệu cao tần thành tínhiệu trung tần

•- Lợi dụng đặc tính ghim áp của diode trong các mạch khuếch đạicông suất âm tần người ta thường dùng diode để phân cực cho cácTZT nhằm ổn định điện áp phân cực

•- Dùng làm công tắc chuyển đổi trạng thái (chuyển mạch điện tử)trong lĩnh vực điện tử số

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•5 Các thông số cơ bản của Diode.

•- Điện áp ngược cực đại Vref: là điện áp phân cực ngược lớn nhấtđưa vào diode mà không đánh thủng diode, nếu vượt quá điện áp nàydiode sẽ bị hỏng

•- Dòng điện thuận cực đại IFmax: là dòng điện lớn nhất có thể chạyqua diode mà diode khkông bị đánh thủng, vượt quá giá trị nàydiode

sẽ bị hỏng

•- Dòng điện thuận trung bình là dòng điện làm việc của diode

•- Điện áp thuận rơi trên diode Vf là điện áp ngưỡng của lớp tiếp giáp

P – N Điện áp này đo được ở một dòng điện cố định

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•6 Cách xác định cực tính và chất lượng của diode.

• a Cách xác định cực tính

• - Sử dụng đồng hồ vạn năng(VOM)

• Ta biết thang đo ohm của đồng hồ vạn năng sử dụng nguồn Pin 1,5v hay 3v để đo điện trở Rx1, Rx10 , Rx100 Rx1k Thường que đen nối với cực dương của Pin và que đỏ nối với cực cực âm của Pin.

• Đặt đồng hồ ở thang X1 Đo điện trở thuận và ngược của diode có một phép đo cho giá trị điện trở Ứng với que đỏ là Ktôt, que đen là Anôt của diode.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•b Xác định chất lượng diode

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

• + Đo chiều thuận que đen vào Anốt, que đỏ vào Katốt => kim lên,

+ Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập.+ Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.+ Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút

là Diode bị dò

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•II Các diode đặc biệt

•1 Diode ổn áp

•a, Cấu tạo và kí hiệu quy ước

•- Cấu tạo: Diode zener có cấu tạo giống như diode thường

nhương có nồng độ tạp chất cao hơn, thường được tạo từ tinh thểSi

•- Ký hiệu và hình dáng:

D ZENER

DZ 6.8

•Giá trị điện áp diode ổn áp đựơc thường được ghi trên thân củadiode.

• - Do diode Zener có nồng độ tạp chất cao nên miền điện tíchkhông gian bị thu hẹp Do đó khi phân cực ngược dễ dàng xảy rahện tượng huỷ thác hay còn gọi hiệu ứng zener làm cho điện áp ởhai đầu diode có giá trị không đổi mặc dù dòng điện thay đổi.Người ta thay đổi nồng độ tạp chất để tạo ra các loại diode ổn áp cógiá trị điện áp khác nhau: ví dụ 5V, 7.5V, 6V, 6.8V, 8V, 9V, 12V

• - Khi phân cực thuận thì diode ổn áp có đặc tính giống diodethường

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•b, Ứng dụng của diode ổn áp:

• Được ứng dụng dùng để ổn định điện áp

• + Khi điện áp tác dụng dưới mức Vz của diode ổn áp thì điện

áp trên diode bằng điện áp tác dụngvà không có dòng điện chạy quadiode ổn áp

• + Khi điện áp tác dụng lớn hơn điện áp Vz của diode zener,thì dòng điện bắt đầu chảy qua diode và điện áp ra được ghim tại giátri Vz của diode, điện áp còn lại sụt trên R

+ E

R

Rt Dz

2 Diode quang.

• a, Cấu tạo:

•Gồm hai lớp bán dẫn P và N ghép với nhau, nhưng vỏ bọc cáchđiện có một miếng thuỷ tinh hay chất dẻo trong suất để thu nhậnánh sáng chiếu vào lớp tiếp giáp

•- Ký hiệu và hình dáng:

D

•c, Ứng dụng: Thường được ứng dụng trong các mạch tự động

điều khiển, mạch đếm sản phẩm, trong hệ thống báo cháy, cáccảm biến trong máy VCD, CD…

K A LED đôi

D LED

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

- Mach phân cực cho đèn LED.

+ V1 10V

R 1k

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•*Nguyên tắc hoạt động của Transitor:

•Đối với NPN ta xét hoạt động của nó theo hình vẽ sau

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•Ta cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó cực Cnối với (+) còn cực E nối (-) như hình vẽ

•Ta cấp nguồn UBE đi qua công tắc và hạn trở dòng vào hai cực

B và E trong đó (+) vào chân B còn (-) vào chân E

•Khi ta mở công tắc ta thấy rằng khi hai cực C và E đã có dòngđiện nhương đèn lại không sáng lúc này dòng qua C =0

•Khi công tắc đóng mối P_N được phân cực thuận do đó có dòngđiện chạy từ (+) nguồn UE B qua công tắc rồi qua mối BE về cực

âm tạo thành dòng baso Khi dòng bazơ xuất hiện thì ngay lập tứccũng có dòng C làm cho bóng đèn sáng và dòng C mạnh hơn gấpnhiều lần dòng B Do đó dòng C phụ thuộc hoàn toàn vào dòng Bđược tính theo công thức :

•* Hình dạng và ký hiệu của Transitor

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•* Kí hiệu trên transistor và loại transistor.

•Hiện nay trên thị trường phổ biến với 3 loại Transitor với 3 hãng sản suất : Nhật Bản , Trung Quốc , Mỹ

•+ Nhật Bản thì trên Transitor chữ đầu tiên Thường là các chữ cái A,

B, C, D sau au đó là các là chữ cái A , B là transitor

thuận PNP còn Transitor nào có bắt đầu bằng chữ cái C, D là Transitor nghịch NPN Tran có

chữ cái là A , C là Tran có công suất lớn Còn B, D là tran có công suất nhỏ và tần số làm việc

thấp hơn

số nh− D846 , A 564 , C1815, B7333 Transitor nào có bắt đầu

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•+ Mỹ thì khác các Tran sitor thuờng đưîc bắt đầu bằng 2N Ví dụ nh− : 2N 2222; 2N3904…Tran nào có 2 số sau chữ 2N là cùng chẵn hoặc cùng lẻ thì là NPN Còn ngược lại hai số đó mà cùng chẵn lẻ khác nhau thì là Transitor PNP

•Còn một số loại khác 2N thì cách xác định lại là khác

•+ Trung Quốc thì trên Transitor đưîc bắt đầu bằng số 3 sau đó là các chữ cái Trong đó A,B là PNP, còn C, D là NPN Còn sau các chữ cái

A, B, C ,D nếu là X, P cho biết Transitor công suất nhỏ còn sau là A,

G là Transitor công suất lớn nh− 3CP25, 3AP20…

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•Cách xác định cực (chân) cho Transitor:

•Đối với của Nhật Bản sản xuất thì cách xác định chân nh− sau:

•Transitor công suất nhỏ thì cực bazo thuong ở bên phải sau đó mới đến C và E như hình vẽ ta phải để transistor như hình vẽ

•Còn đối với Transistor Công suất lớn Thì cực bazo thuòng ở

bên trái, và C ở giữa , E bên phải theo hình vẽ

+ để đồng hồ ở thang đo ohm (x1).

+ Lần lượt đo điện trở giữa các cặp cực (chân) BC, BE, EB (có 6

phép đo) Ta thấy có 2 phép đo có giá trị xấp xỉ bằng nhau vì cặp

BC, BE, ta lầy giá trị ở lần đo có giá trị gần bằng nhau, nếu que đỏ đặt cố định ở chân nào thì đấy là chân B của TZT loại thuận Tương

tự nếu que đen đặt cố định ở chân nào thì đó là chân B của TZT loại ngược

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•b Xác định cực C và E.

•- Giả sử ta lấy loại TZT ngưược ta đã xác định đưưîc cực B, còn lại

là cực C và E

• + Chuyển đồng hồ về thang đo

ohm (x1k) Cặp 2 đầu que đo vào

2 cực còn lại của TZT, đồng thời

dùng tay kích vào cực B Ta thực

hiện 2 lần đo lấy giá trị ở lần đo

nhỏ hơn Nếu que đen dặt ở cực

nào thìa đó là cực C, cực còn lại là

cực E

•+ Với loại TZT thuận ta cũng

thực hiện tương tự nhưng que đỏ

đặt ở cực nào thì đ? là cực C

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•Các kiểu mạch cơ bản:

• Transistor có ba cực hai cực dùng cho đầu vào cực còn lại

và một trong hai cực đầu vào làm thành đầu ra Cực dùng cho cả

đầu vào và đầu ra được gọi là cực chung

+

C2 1uF

R6 10

R5 10k

VR

10k 4%

R4 1k

R3 10k +

C1 1uF

R2 100

•- Nguyên lý làm việc:

• Giả sử tín hiệu đưa vào khuếch đại có dạng hình sin

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

+ Xét 1/2 T đầu điện áp vào có dạng dương trên âm dưới

điện áp Ub/Q tăng, Ube = Ub - Ue, Ub tăng làm cho Ube

tăng Q dẫn mạnh lên điện áp chân C/Q giảm điện áp đầu

+

C2 1uF

R6 10

R5 10k

VR 10k 4%

R4 1k

R3 10k +

C1 1uF

R2 100

R1

NPN

+Xét 1/ 2T sau điện áp đầu vào có dạng âm trên

dương dưới điện áp Ub/Q giảm, Ube giảm Q dẫn

yếu điện áp chân C/Q tăng điện áp đầu ra tăng.

Như vậy,: Khi điện áp đầu vào thay đổi làm cho

điện áp Ube thay đổi theo, điện áp trên cực C thay

đổi điện áp đầu ra thay đổi theo quy luật tín hiệu

đầu vào nhưưng có biên độ lớn hơn.

R5 4.7k

R6 680

VR 10k 40%

R4 10K

+

C1 1uF

R3 470

R2 100

R1 1k

Q1

- Tác dụng linh kiện:

+ R1, R2, R6 phân cực và ổn

định điểm làm việc cho TZT

+ R5 tải của tầng khuếch

R5 4.7k

R6 680

VR 10k 40%

R4 10K

+

C1 1uF

R3 470

R2 100

R1 1k

•Đặc điểm:

•Mạch B chung khuếch đại điện áp

mà không khuếch đại dòng điện

nên hệ số khuếch đại công suất

không lớn

Mạch Collector chung (CC).

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

+Ucc 15Vdc

Ura +

C2 1uF

R5 4.7k

Q1 NPN

R4 22k

VR4 10k 40%

R3 1k

Uvao

+

C1 1uF

R2 100

R1 1k

• + Tín hiệu được đưa vào giữa B

và C, tín hiệu được lấy ra giữa

chân C và chân E Do vậy đây là

mạch khuếch đại CC.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

+Ucc 15Vdc

Ura +

C2 1uF

R5 4.7k

Q1 NPN

R4 22k

VR4 10k 40%

R3 1k

Uvao

+

C1 1uF

R2 100

R1 1k

•Nguyên lý làm việc:

• + Xét 1/2T đầu điện áp đầu vào có dạng dương trên âm dưới

Ub /Q tăng, Ube tăng Q dẫn mạnh điện áp sụt trên Re tăng điện áp đầu

ra tăng

•+ Xét 1/2T sau điện áp đầu vào đổi

dấu Ub/Q giảm, Ube giảm Q dẫn

yếu điện áp sụt trên Re giảm điện

áp đầu ra giảm

•Như vậy điện áp đầu ra có pha

cùng pha điện áp đầu vào

•Mạch C chung khuếch đại dòng điện nhưng không khuếch đại

điện áp nên hệ số khuếch đại không lớn

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

IV- TRANSISTOR TRƯƯỜNG - FET

•I Tổng quan về transistor hiệu ứng trường.

• Transistor trường là một loại bán dẫn mà hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng trường Dòng qua transistor trường là dòng các phần tử tải điện cơ bản chạy qua kênh dẫn, kênh dẫn này được điều khiển bằng điện trường Có hai loại transistor trường tiếp giáp JFET và transistor cách ly MOSFET

II Transistor trưường loại JFET

•1 Cấu tạo, kí hiệu quy ước của

•transistor trường loại JFET (Juntion Field Effect Transistor) là

loại TZT trường điều khiển hạt tảI điện qua kênh dẫn bằng lớp

tiếp giáp P – N JFET có hai loại JFET kênh N và JFET kênh P

Cấu tạo nhưư sau.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•Trong JFET kênh N gồm có thanh bán dẫn loại N nối với dây ra gọi là cực tháo D và cực nguồn S Hai bên thanh bán dẫn loại N là hai vùng bán dẫn loại P tạo thành mối nối P- N như diode, hai vùng này nối chung với nhau tạo thành cực cổng G

•JFET Kênh P có cấu tạo tương tự nhưưng chất bán dẫn ngược lại với JFET kênh N

Kí hiệu:

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

Kªnh P

Cùc D Cùc G

Cùc S

N Cùc S

Cùc D Cùc G

Kªnh

N

P

•2 Nguyên lý làm việc của JFET kênh N

•Xét mạch thí nghiệm JFET kênh N như hình vẽ.Cực D nối vào dương nguồn, cực S nối vào âm nguồn Vcc

•2 Nguyên lý làm việc của JFET kênh N

•Xét mạch thí nghiệm JFET kênh N như hình vẽ.Cực D nối vào

dương nguồn, cực S nối vào âm nguồn Vcc

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

N

Cùc S

Cùc D Cùc G

Kªnh

R1 1k

+ V1 10V N

•Trường hợp 1: Khi VGS = 0v

•Tiép giáp P – N của cực G và kênh

bị phân cực ngược, không có dòng

điện chạy qua cực cống G Lúc này

dòng điện sẽ đi qua kênh theo chiều

từ cực dương của nguồn vào cực D

và ra ở cực S để trở về âm nguồn

Vcc, kênh N có tác dụng như một

điện trở và dòng điện chạy qua kênh

chỉ phụ thuộc vào điện áp VDS và

điện trở RDS

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

N

Cùc S

Cùc D Cùc G

Kªnh

R1 1k

+ V1 10V N

•Trường hợp 2: Khi VGS < 0

•- Tiếp giáp P – N giưa cực G và kênh

cũng bị phân cực ngược Khi VGS càng

âm thì tiếp giáp P – N càng bị phân cực

ngược, miền điện tích không gian tăng lên

làm cho độ rộng của kênh giảm xuống, điện

trở của kênh dẫn tăng lên do đó dòng ID

giảm xuống Khi tới một trị số âm nào đó

của VGS thì hai miền điện tích không gian

chạm nhau và bóp nghẽn kênh lại lúc này

dòng ID hầu như không còn Điện áp này

gọi là điện áp nghẽn VP0 (Pinch off )

* Với loại kênh P thì ngược lại

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•III Transistor trường loại MOSFET.

•Transisto MOSFET (do chữ Metal oxide Semi conductor FET) chia

ra hai loại là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn Mỗi loại

kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hay kênh P Ở đây ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo ngược lại cho kênh P

•1 MOSFET kênh liên tục :

•1.1 cấu tạo của MOSFET kênh liên tục

•Kênh dẫn điện là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao

(N+)được nối liền nhau bằng vùng bán dẫn loại N pha nồng độ

cấp thấp (N) được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại

P phía trên kênh dẫn điện có phủ lớp oxit cách điện si02

•Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit

nhưng vẫn cách điện với kênh N Thường cực S được nối chung với nền P

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

N Nền P

N + N +

Nhôm

SiO2

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

2.MOSFET kênh gián đoạn:

2.1.Cấu tạo của MOSFET kênh gián đoạn

có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit và cách điện đối với cực D vàcực S cực S nối với nền P

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•3 Các thông số kỹ thuật :

•- Transisto trường ứng có tổng trở vào rất lớn giống đặc tính đèn

điện tử ba cực do cực G cách điện đối với kênh dẫn điện Do đó, các thông số kỹ thuật của FET cũng giống như các thông số của đèn điện

tử ba cực

•+ Độ truyền dẫn: Độ truyền dẫn của JFET là tỉ số giữa mức biến

thiên của dòng điện ID và mức biến thiên của điện áp VGSkhi có

VDS không đổi

•Gfs = mA/ V

•+ Độ khuếch đại điện áp: Độ truyền dẫn của FET là ti số giữa

mức biến thiên điện áp ngõ ra VDS và mức biến thiên điện áp ngõ vào VDSkhi có ID không đổi

•+ Tổng trở ngõ ra :Tổng trở ra của FET là tỉ số giữa điện áp ngõ ra Vds và dòng điện cực tháo id

V- CÁC LINH KIỆN BỐN MẶT TIẾP GIÁP.

•- Ký hiệu và sơ đồ tương đương SCR:

•kí hiệu trên mạch điện

•sơ đồ tương đương

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

•b Nguyên lý làm việc:

•Hoạt động của SCR tương đương với hai TZT thuận ngược mắc nốitiếp nhau

•- Điều kiện SCR dẫn: + Phân cực thuận giữa A và K (VA > VK)

• - Khi có xung dương kích vào cực G, Q2 dẫn điện thế tại cực C/Q2giảm mạnh kéo theo cực B/Q1 giảm mạnh Q1 dẫn, Q2 dẫn càngmạnh xuất hiện dòng điện đi từ A về K Khi SCR đang dẫn ta kíchxung âm vào cực G, Q2 khoá kéo theo Q1 khoá, SCR khoá

• + Xét 1/2 chu kỳ đầu điện áp có chiều dương trên âm dưới, SCR được phân cực

thuận (SCR chờ mở), tụ C được nạp điện dòng nạp có chiều

• +Uv →D → R → VR → C → -UV

• tại thời điểm (0, t1) điện áp trên tụ nhỏ chưa đủ dòng cấp cho cực G/SCR, SCR khoá Ut = 0V Tại thời điểm t1 điện áp trên tụ đủ lớn, dủ dòng cấp cho cực G kích mở SCR, SCR mở cấp điện áp cho tải, từ (t1, t2) SCR mở, tại thời điểm t2 Uv = 0, SCR khoá.

• Tại thời điểm (t2, t3) SCR phân cực ngược, SCR khoá.

• +Khi thay đổi VR thay đổi thời gian ạp cho tụ C, thay đổi thời điểm mở SCR Do vậy điện áp trung bình cấp cho tải thay đổi.