Giáo trinh điện tử cơ bản

Giáo trình điện tử cơ bản dùng cho các trường đào tạo nghề. Dùng cho các nghề điện công nghiệp, điện dân dụng, cơ điện nông thôn Gồm 3 chương: Chương 1. Vật liệu điện tử Chương 2. Tín hiệu và mạch điện Chương 3. Kỹ thuật đo lường

- Điện trở là linh kiện dùng làm phần tử cản điện trong mạch.

- Đại lợng đặc trng cho sự cản trở dòng điện của vật dẫn là

điện trở của vật dẫn

+ Trên điện trở dòng và áp luôn cùng pha

+ Đơn vị đo của điện trở là Ω

Khi có dòng điện chạy qua, điện trở tiêu tán năng lợng điện

d-ới dạng nhiệt một công suất là:

R

U I.

R P

2 2

tt = = (W) Ptt Cho phép sức chịu đựng đợc bao nhiêu w nếu vợt quá sẽ làmbiến đổi trị số của điện trở (có thể cháy điện trở)

R

U I.

R P

2 max 2

max max = = (W)

- Trong thực tế các điện trở đợc sản xuất với các giá trị côngsuất danh định nh :

1/8W; 1/4W; 1/2W; 1W; 2W; 5W; 7,5W; 10W; 100W.Trong đó điện trở than có trị số từ 1/8 đến 10W Điện trởdây cuốn tới 100W

* Trị số điện trở danh định và cấp chính xác

- Trị số điện trở danh định

4

Là trị số điện trở đo đợc trong điều kiện hình bình thờngvới mức sai số cho phép Đơn vị điện trở đợc tính bằng Ω, KΩ, MΩ

- Mức sai số

Biểu thị mức độ chênh lệch của trị số thực tế của điện trở vớitrị số danh định của điện trở Điện trở thông thờng có các mứcsai số: ± 20%(cấp 3), ± 10%(cấp 2), ± 5%(cấp 1) Trong mạch yêu cầu có

độ chính xác cao (Ví dụ: mạch đo thì cần điện trở có mức sai

số nhỏ hơn: ± 0,5%(cấp 02), ± 1%(cấp 01), ± 0,01%(cấp 001)

* Điện áp công tác tối đa

Là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc là trị số hiệudụng của điện áp xoay chiều có thể đặt vào 2 đầu của điệntrở mà điện trở vẫn chịu đựng đợc và làm việc bình thờng

* Hệ số nhiệt α

Là trị số của sự biến đổi điện trở tơng đối khi nhiệt độtăng lên 10C

α là dơng khi điện trở tăng theo sự tăng của nhiệt độ

α là âm khi điện trở giảm theo sự giảm của nhiệt độ.

)

C

ppm ( 10 T R

R 1

∆

∆

=

Trong đó : TCR : cho biết sự biến đổi tơng đối của trị số

điện trở khi nhiệt độ thay đổi một lợng ∆ T

∆R:Là đại lợng thay đổi của trị số điện trở khi nhiệt độthay đổi một lợng ∆ T

Rtđ= R1+ R2+ + Rn=

1

n i i

R

=

∑ (1.1)

Khi mắc nối tiếp làm cho tổng trở của mạch tăng lên do đólàm giảm dòng điện chạy qua nếu giữ nguyên điện áp tác động

Gồm bột than tán nhỏ; chất cách điện và keo sau đó trộn đều,

đem ép lại thành từng thỏi 2 đầu có dây dẫn ra để hàn nối; loạinày rẻ dễ chế tạo nhng có độ chính xác thấp; mức tạp âm cao

+ Điện trở than phun:

Gồm một ống bằng sứ hoặc gốm hoặc sành; trên có phun một lớpbột than mỏng Lớp than đợc gọt theo hình xoắn ốc để tăng độdài và tăng điện trở của mạt than; hai đầu có bọc ống kim loại và

có dây dẫn ra để hàn; loại này có tính ổn định cao trị số tạp

âm nhỏ dễ vỡ

- Điện trở màng mỏng:

Đợc làm bằng một lớp mỏng bằng kim loại hoặc màng mỏngoxits, trị số từ 1Ω đến hàng trục MΩ Công suất nhỏ thờng đợcứng dụng trong công nghệ chế tạo vi mạch

- Điện trở dây cuốn:

Gồm một ống hình trụ bằng gốm trên có cuốn dây kim loại có

điện trở suất cao; hệ số nhiệt nhỏ Dây điện trở có thể trángmen hoặc không tráng men; có thể cuốn các vòng sát nhau hoặctheo các rãnh Loại này đợc dùng trong các mạch có dòng điện lớn điqua công suất tiêu tán trên điện trở lớn Giá trị điện trở nhỏ

Các loại điện trở cố định : hình 1.5

7

Màng than 1/20W Màng than 1/3W

Màng than 1/3W

Màng kim loại1/2W

Màng than 1/2W

Màng than 1W

ôxit kim loại 1/2W

Dây quấn 1W

Dây quấn 3W

Dây quấn 7W

Hình 1-5 Các loại

điện trở

* Điện trở biến đổi (Chiết áp/Biến trở)

- Nguyên lý: Khi điều chỉnh vị trí của con chạy thì điện

trở tơng đối giữa con chạy và hai đầu biến trở thay đổi theo quyluật nào đó Sự biến đổi này đợc dùng để diều chỉnh tham sốnào đó của mạch điện

- ứng dụng:

+ Kiểu A(tuyến tính): dùng cho các mạch cân bằng âmthanh stereo, điều chỉnh các dòng quét mành trong máy thuhình, điều chỉnh thời gian trong các rơ le thời gian

+ Kiểu B (Loga): Dùng trong các mạch điều chỉnh âmsắc

+ Kiểu C (Hàm mũ): Dùng trong mạch điều chỉnh âm ợng

l-* Các điện trở đặc biệt

- Điện trở nhiệt: (Thermister)

+ Ký hiệu: hình 1.7

+ Cấu tạo và đặc điểm:

Là loại điện trở bột ép có hệ số nhiệt rất lớn có dạng thanh,bản, đĩa, vành, cúc; có thermister hệ số nhiệt âm và hệ số nhiệtdơng Chúng đợc dùng trong các mạch bù nhiệt và mạch ổn địnhnhiệt

8

Th

Hình 1.6.Ký hiệu điện trở biến đổi

Hình 1.7.Ký hiệu điện trở nhiệt

- Điện trở nhạy áp (Varitor)

+ Ký hiệu: hình 1.8

+ Cấu tạo và đặc điểm:

Là loại điện trở bột ép chế tạo bằng tinh thể cacbitsilic và cácchất kết dính Có đặc tính là giá trị điện trở trên nó giảm nhanhkhi có điện áp đặt vào 2 đầu của điện trở Varitor tăng Do đặctuyến có tính phi tuyến nên đợc dùng trong các mạch ổn áp, hạnchế điện áp, ổn dòng cuộn lái tia, ổn áp, cuộn cao áp

- Điện trở quang:

+ Kí hiệu:

+ Cấu tạo và đặc điểm:

Là một điện trở bán dẫn trong đó giá trị của điện trở trên

đó phụ thuộc vào ánh sáng chiếu lên nó; đợc dùng trong các mạch

điều khiển bằng ánh sáng

e Các phơng pháp biểu diễn trị số của điện trở

Trong thực tế ngời ta chỉ sản xuất các điện trở với giá trị cơbản nh sau :

1,0 ; 1,1; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,0 ; 2,2 ; 2,4 ; 2,7 ; 3,0 ; 3,3 ; 3,6 ; 3,9 ;4,3 ; 4,7 ;5,0 ; 5,1 ; 5,6 ; 6,2 ; 6,8 ; 7,5 ; 8,2 và 9,1 với bội số 10i

Hình 1.9 Ký hiệu điện trở quang

B¶ng quy luËt mµu:

Các quy định màu đối với điện trở vòng màu nh sau:

Trờng hợp điện trở 3 vòng màu có sai số 20%:

- Vòng 1 gần đầu điện trở nhất

- Diện tích vòng cuối cùng là lớn nhất

* Định nghĩa

Tụ điện là linh kiện dùng để chứa điện tích Một tụ điện lýtởng có điện tích ở bản cực tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào nótheo công thức:

Q = C.U (culông)

Trong đó: Q- Điện tích ở trên bản cực của tụ điện (C)

U- Sụt áp đặt trên tụ điện (U)C- Điện dung của tụ điện (F)

* Cấu tạo

Cấu tạo chung gồm hai bản cực làm bằng kim loại có điện tích

S đặt đối xứng nhau một khoảng (d) trong môi trờng điện môi(chất cách điện) Từ hai bản cực nối với hai dây dẫn ra ngoài làmhai chân tụ, toàn bộ đặt trong vỏ bảo vệ, xem hình 1.10

* Kí hiệu: hình 1.11

Để đặc trng cho khả năng tích điện của tụ điện ngời ta đa

ra khái niệm điện dung đơn vị đo điện dung là: F , àF,nF , pF

Tụ có điện dung thay đổi

Tụ có phân cực

Chất điện môi

Chân tụ

Vỏ bọc

Bản cực

Hình 1.10 Cấu tạo tụ

điện

Hình 1.11

* Điện dung danh định

- Trị số điện dung(C): Trị số điện dung tỉ lệ với tỉ số giữa

điện tích hữu dụng của bản cực S với khoảng cách giữa hai bảncực Điện dung đợc tính theo công thức:

εr :Hằng số điện môi của chất điện môi

ε0:Hằng số điện môi của không khí hay chânkhông

S : Diện tích hiệu dụng của một bản kim loại (m2)

d : Khoảng cách giữa hai bản cực (m)

Trị số điện dung đợc tính bằng Fara(F), ớc số:

à F = 10-6F; nF = 10-9F; pF = 10-12 F

- Dung sai của tụ:

Đây là tham số chỉ độ chính xác của trị số điện dung thực

tế so với trị số danh định của nó Dung sai của tụ điện đợc tínhtheo % và đợc xác định theo công thức:

dd

dd tt C

C

C −

.100%

Tụ điện không đổi có trị số điện dung danh định đo đợc ở

điều kiện bình thờng với mức sai số cho phép

* Điện áp danh định

Là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc là tổng của

điện áp một chiều và biên độ của điện áp xoay chiều khi mắcnối tiếp nhau đặt vào 2 đầu của tụ mà tụ vẫn chịu đựng đợc vàlàm việc lâu dài Đối với loại tụ chuyên dùng trong mạch điện xoaychiều thì trị số này là trị số tối đa cho phép của điện áp hiệudụng 50Hz Nếu dùng trong mạch làm việc với tần số cao hơn thìtrị số điện áp này phải giảm bớt

* Điện áp đánh thủng

13

Là điện áp tạo ra điện trờng đủ mạnh để tạo ra dòng điệntrong chất điện môi Do đó, khi sử dụng tụ điện thì điện thế

đặt vào tụ phải nhỏ hơn điện thế đánh thủng

- Đặc điểm: Tụ có chất lợng dung sai nhỏ thờng đợc sử dụng ởtần số cao, dải điện dung có giá trị từ 2,2pF tới 10nF

- Đặc điểm: Tụ có kích thớc nhỏ, chế tạo rẻ tiền, giá trị điệndung rộng từ 1pF đến 1àF, điện áp làm việc cao tuy nhiên điện

trở dò lớn; có dạng ống, dạng đĩa hay phiến gốm tráng kim loại lên

* Tụ điện tan – tan

Tụ này là loại tụ có phân cực tính Tụ tan tan đợc chế tạo ởdạng hình trụ với đầu ra dọc theo trục hoặc dạng viên tan tan, th-ờng có giá trị điện dung lớn nhng kích thớc nhỏ: 0,1àF(9x5)mm tới

điều kiện cực tính đặt lên là thuận, cực dơng (+) luôn phải có

điện áp dơng hơn cực âm (-) của tụ Nếu đấu ngợc thì tụ sẽ bị

đánh thủng hoặc sai tham số của mạch

- ứng dụng: dùng ở mạch điện một chiều hoặc là mạch có

điện áp biến đổi nhng cực tính không thay đổi

Các dạng tụ điện cố định: xem hinh 1.14

Hình.1.14 Các dạng tụ điện cố định

a) Tụ gốm dạng phiến e) Tụ polieste

b) Tụ gốm đơn khối f) Tụ polistirenc) Tụ gốm dạng ống g) Tụ viên tang tand) Tụ mi ca mạ bạc h) Tụ điện phân

* Dạng tụ điều chuẩn dùng điện môi là lớp không khí giữa 2

bộ cánh kim loại nhôm lắp xen kẽ nhau một bộ cánh cố định, bộ kia

có thể xoay 1800 nhờ một trục quay Nhờ đó khi quay ra hết điệndung của tụ là cực tiểu và ngợc lại có giá trị cực đại khi quay vàohết (có giá trị từ 10pF tới 103pF =1nF) kích thớc loại này đa dạngtrong phạm vi vài chục mm

16

Hình 1.15 Ký hiệu tụ có điện dung biến đổi

* Dạng tụ tinh chỉnh dùng mi ca làm vật liệu điện môi cách ly

giữa 2 hay nhiều phiến kim loại xen kẽ, điện dung thay đổi đợcnhờ xoay vít trục để điều chỉnh phần diện tích trùng nhau giữacác phiến kim loại, phần trùng càng nhiều thì giá trị tụ càng tăng,cũng có thể dùng không khí hay chất dẻo làm vật liệu cách điện

d Các phơng pháp biểu diễn trị số của điện dung

Điện dung có trị số thập phân thì có thể dùng viết tắt đơn

vị vào dấu phẩy

+ Vòng 6: Điện áp công tác tối đa.

Luật mầu đối với trị số điện dung và trị số điện áp nh sau:

300 0

500 0

Ví dụ: Trên thân tụ có ghi:

55.000pF ±20% 600V

3 Thạch anh

a Cấu tạo và ký hiệu

Dụng cụ tinh thể áp điện đợc dùng chủ yếu để điều khiển tần

số, đo thời gian cho các bộ chuyển đổi và các mạch trễ Vật liệu

áp điện phần lớn là thạch anh Tinh thể thạch anh có tính chất nhmột bộ cộng hởng cơ học ổn định do nó có tính chất áp điệnthuận, áp điện nghịch và hệ số phẩm chất Q lớn

Tính chất của tinh thể thạch anh phụ thuộc vào cấu tạo, vàonhát cắt, trục tinh thể, phụ thuộc vào điện dung ký sinh của giá

18

đỡ Về cơ bản ta có thể xem sơ đồ tơng đơng của một khối thạchanh và quan hệ tần số - điện kháng nh hình 1.16:

Trong đó:

R1 : đại lợng đặc trng cho sự tiêu hao năng lợng của thạch anhC1, L1: Các giá trị điện kháng của thạch anh

C0: điện dung ký sinh, điện dung giá đỡ

Các cộng hởng tinh thể đợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật

điện tử viễn thông Phần tử chính của các bộ cộng hởng này là cáctinh thể tự nhiên và nhân tạo

Tinh thể thạch anh trong tự nhiên đợc dùng rất phổ biến đểchế tạo nên các bộ cộng hởng tinh thể, ngoài ra còn có một số tinhthể nhân tạo nh DKT, EDT,

Thạch anh có ký hiệu :hình 1.17

b Đặc tính- Hình 1.18

b 1 Nguyên lý áp điện thuận

Khi nén hoặc kéo dãn tinh thể thạch anh theo những phơng

đặc biệt thì trên bề mặt giới hạn của thạch anh sẽ xuất hiệnnhững điện tích trái dấu Điều đó có nghĩa là khi tác dụng mộtlực cơ học vào các bề mặt giới hạn của thạch anh thì sẽ xuất hiệntrên các bề mặt giới hạn của nó một hiệu điện thế Hiện tơng đógọi là hiệu ứng áp điện thuận

Điện kháng

0+

Nếu ta đặt lên hai mặt của tinh thể thạch anh một hiệu điệnthế thì ta thấy nó bị biến dạng cơ học (dãn hoặc nén) Nếu hiệu

điện thế đặt vào là một hiệu điện thế xoay chiều thì tinh thểthạch anh sẽ bị nén dãn một cách liên tục và dao động theo tần sốcủa tín hiệu xoay chiều Hiện tợng này gọi là hiệu ứng áp điệnnghịch Tính chất này thờng dùng để chế tạo các nguồn phát siêu

âm

c ứng dụng

Thạch anh đợc dùng rộng rãi trong kỹ thuật viến thông:

-Dùng để tạo dao động: Các mạch dao động tinh thể đợc sửdụng trong hai nhóm lớn:

+ Trong bộ dao động cộng hởng nối tiếp, tinh thể thạch anhhoạt động ở tần số cộng hởng nối tiếp fS

+ Trong bộ dao động cộng hởng song song, tinh thể thạch anhhoạt động ở tần số cộng hởng song song fP

-Dùng làm bộ lọc:

Tinh thể thạch anh đợc sử dụng nh thành phần chọn lọc trongcác bộ lọc tinh thể Bộ lọc tinh thể có độ suy hao ghép thấp, tínhchọn lọc cao và độ ổn định nhiệt độ rất tốt

- Dùng làm Micro tinh thể, loa áp điện…

4 Biến áp

a Định nghĩa

Là một thiết bị dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từmức điện áp này thành mức điện áp khác với tần số của dòng

điện xoay chiều không đổi

b Cấu tạo, ký hiệu và phân loại

20

-

+ + + + + + +

+ + + + + + +

-

Hình 1.18 Hiệu ứng áp

điện

* Cấu tạo

Biến áp bao gồm 1 mạch từ (lõi) đợc làm từ các lá thép kỹ thuật

điện hay bột sặt từ ép trên đó có cuốn 2 hay nhiều cuộn dây

đồng hoặc nhôm có tráng men hay bọc cách điện với nhau và vớilõi Cuộn dây nối với nguồn gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối với tải làcuộn thứ cấp Hệ số biến áp tính theo công thức:

2 1

w

K

w

= với w1,w2 lần lợt là số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp

b Ký hiệu của biến áp trong các mạch điện (hình 1.19)

c Phân loại, ứng dụng của biến áp

Tuỳ theo ứng dụng cụ thể mà biến áp có những yêu cầu khácnhau và thờng đợc phân loại theo ứng dụng:

Nếu dùng hai tụ mắc ở hai bên thì ta có cộng hởng képhoặc cộng hởng lệch Để mở rộng dải tần, ta dùng một điện trở

đệm mắc song song với mạch cộng hởng

* Biến áp nguồn (biến áp cấp điện)

Là biến áp làm việc với dải tần số 50 Hz, 60 Hz Biến ápnguồn có nhiệm vụ là biến đổi điện áp lối vào thành một điện

áp và dòng điện ra theo yêu cầu và ngăn cách thiết bị khỏi nguồn

điện

Các biến áp nguồn thờng đợc ghi giới hạn bằng Volt-Ampe Cácyêu cầu chính của một biến áp nguồn tốt là:

- Điện cảm cuộn sơ cấp càng cao càng tốt để giảm dòng

điện không tải xuồng giá trị nhỏ nhất

- Hệ số ghép K cao để điện áp thứ cấp ít sụt khi có tải

- Tổn thất lõi càng thấp càng tốt

- Kích thớc càng nhỏ càng tốt

* Biến áp xung

Biến áp xung có hai loại: Loại tín hiệu và loại công suất

Biến áp xung có yêu cầu về dải tần khắt khe, để hoạt độngtốt cả với tần số thấp (đỉnh và đáy xung) và dải tần số cao (sờnxung), biến áp xung cần phải có điện cảm sơ cấp lớn

* Biến áp tự ngẫu

Biến áp tự ngẫu là bộ biến đổi điện áp có một cuộn dây vớimột hay một số đầu dây trung gian

Dùng biến áp tự ngẫu thay cho biến áp có thể giảm chi phí

về dây cuốn, vì trong một cuộn dây chung chỉ có dòng điện

hiệu số chạy qua I = I2- I1 (trong biến áp tự ngẫu hạ áp) , hay I = I1- I2(trong biến áp tự ngẫu tăng áp)

Biến áp tự ngẫu có một u điểm đáng kể về chi phí của dâydẫn khi tỷ số biến áp không lớn lắm Với tỷ số biến áp η = 2 thì dây

đồng tiết kiệm đợc 50%, với η = 20 thì chỉ vào khoảng 5% Vì

đầu ra và đầu vào của biến áp tự ngẫu ghép trực tiếp nhau nêntrong mạch có biến áp tự ngẫu không nối đất

d Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện xoay chiều I1

có điện áp U1 (tần số nào đó),

c-ờng độ I1 vào cuộn dây sơ cấp

(W1), sẽ tạo ra từ trờng biến thiên

chạy trong mạch từ và lan sang cuộn

thứ cấp (W2) Cuộn thứ cấp nhận

đ-ợc từ trờng biến thiên tức từ thông

qua cuộn W2

thay đổi, xuất hiện một xuất điện động cảm ứng là U2 Mức Uiphụ thuộc (tỉ lệ thuận) vào số vòng dây Wi, dòng điện Ii tỉ lệthuận với đờng kính di của cuộn dây Wi

Ta có quan hệ:

1

2 1

2 U

10 075

6 4

3 2

1 1 1

động vào cuộn dây làm cho cuộn dây dao động.

- Do màng rung đợc gắn chặt với cuộn dây nên màng rungcũng dao động theo va đập vào không khí phát ra âm thanh theo

đúng quy luật của dòng điện âm tần tiếng nói

c Đặc điểm

- ống nghe điện động có trở kháng ra nhỏ

- Dải tần công tác rộng, âm thanh trung thực

- Hiệu suất của ống nghe điện động thấp

- Có kết cấu phức tạp, giá thành cao

II Linh kiện bán dẫn

1 Chất bán dẫn

a Chất bán dẫn điện thuần khiết

Theo tính chất dẫn điện, ngời ta chia vật liệu thành 3 nhóm:

- Loại vật liệu cách điện( có điện trở suất lớn) điển hình làchất điện môi

- Loại vật liệu dẫn điện( có điện trở suất nhỏ) điển hình làkim loại

- Loại vật liệu bán dẫn điện( có điện trở suất trung bình)

điển hình là Các nguyên tố thuộc nhóm 4 bảng tuần hoànMendeleep nh Silisium (Si) và Gemanium (Ge) Giản đồ năng lợngcủa kim loại (a); chất điện môi (b); bán dẫn (c), hình 1.23

24

l Vùng dẫn ( vùng trống) trong đó các mức năng lợng đều còn bỏtrống hay chỉ bị chiếm chỗ một phần.

- Vùng cấm trong đó không tồn tại các mức năng lợng nào để

điện tử có thể chiếm giữ hay xác xuất tìm hạt ở đây bằng 0.Cấu trúc mạng tinh thể của một chất bán dẫn điển hình nh Si,

đồ thị cấu trúc vùng năng lợng của chất bán dẫn và cơ chế sinh hạtdẫn của chúng mô tả trên hình 1.24.a,b Ta thấy ở hình 1.24b.giống nh vật liệu cách điện, cấu trúc vùng năng lợng của chất bándẫn điện dạng 3 vùng tách biệt nhau, vùng hoá trị, vùng cấm, vùngdẫn Việc hình thành cơ chế dẫn điện gắn liền với quá trìnhsinh từng cặp hạt dẫn tự do là điện tử (trong vùng dẫn) và lố trống(trong vùng hoá trị) nhờ việc ion hoá một nguyên tử silic tơng đ-

ơng với việc 1 điện tử hoá trị nhảy mức năng lợng qua vùng cấm lênvùng dẫn để lại một liên kết bị khuyết (lỗ trống) trong vùng hoá trị.Kết quả là dòng điện trong chất bán dẫn sạch gồm 2 thànhphần tơng đơng nhau (do các cặp sinh đôi điện tử – lỗ trống)

đóng góp và muốn đạt đợc diều này cần một năng lợng kích thích

đủ lớn (vài e V) đủ để gây ra quá trình nhảy mức của electron

a Chất cách điện Eg >2eV

b Chất bán dẫn điện E g≤2eV

c Chất dẫn điện

qua vùng cấm từ vùng hoá trị (năng lợng thấp) lên vùng dẫn (các mứcnăng lợng cao hơn).

b Bán dẫn tạp chất loại n

Ngời ta tiến hành pha các nguyên tố có 5 điện tử hoá trị ( ví

dụ asen(AS), Phôtpho (P)…) vào mạng tinh thể của chất bán dẫnsạch thuộc nguyên tố nhóm 4 (Si, Ge), kết quả thu đợc một chất bándẫn điện loại mới có khả năng dẫn điện chủ yếu bằng điện tử ( hạt

đa số) gọi là chất bán dẫn tạp chất loại n

Tuy nhiên vẫn tồn tại cơ chế của chất bán dẫn nền (trớc khi phatạp chất) để hình thành từng cặp hạt dẫn tự do, nên lố trống cũngtham gia dẫn điện và gọi là hạt thiểu số Mô hình cấu trúc mạng

S i

S i

S i

S i

S i

S i

S i

S i

S i 1

2

Vùng dẫn

(điện tử tự do)

Vùng hoá trị

(Lỗ trống tự do)

Hình 1.25 Mô hình cấu trúc mạng tinh thểvà đồ thị vùng năng

lợng của chất bán dẫn tạp chất loại n

AS+

AS+

S

i+

Si

Vùng dẫn

(điện tử tự do)

Vùng hoá trị

(Lỗ trống tự do)

tinh thể và đồ thị năng lợng của chất bán dẫn tạp loại n cho trênhình 1.25 Ta thấy rõ mức năng lợng của tạp chất loại n nằm trongvùng cấm và sát đáy vùng dẫn của đồ thị năng lợng của chất bándẫn nền Điều này tạo khả năng các nguyên tử tạp chất dễ dàng bịion hoá giải phóng ra điện tử tự do (nhảy từ mức năng lợng tạp chấtlên vùng dẫn) và không làm xuất hiện các ion dơng tạp chất (là cáchạt có khối lợng lớn không di chuyển đợc và do đó không tham giavào dòng điện).

Vậy dòng điện trong chất bán dẫn tạp loại n gồm điện tử (làloại hạt đa số) và lố trống (là loại hạt thiểu số) đóng góp, việc hìnhthành các hạt đa số thực hiện dễ dàng trong điều kiện bình th-ờng với năng lợng kích thích nhỏ

c Bán dẫn tạp chất loại p

Nếu thực hiện pha các nguyên tố thuộc nhóm 3 (có 3 điện

tử hoá trị, ví dụ Al, Ga, B…) vào mạng tinh thể Si sẽ xuất hiện cácliên kết ghép đôi bị khuyết (lố trống) Khi kích thích năng lợng đủnhỏ, các nguyên tử tạp chất sẽ bị ion hoá tạo nên các ion âm (nhận

điện tử) và các lố trống tự do Mô hình mạng tinh thể và đồ thịnăng lợng của chất bán dẫn tạp loại p cho trên hình 1.26

+

Si

S i

Lỗ trống

Vùng dẫn

(điện tử tự do)

Vùng hoá trị

(Lỗ trống tự do)

âm tạp chất (không tham gia dòng điện) và lỗ trống (là hạt đa số),

điện tử trong cơ chế này là loại hạt thiểu số

d Chất bán dẫn tạp chất suy biến

Khi pha tạp chất loại n (cho điện tử) hay loại p (nhận điện

tử) với nồng độ cao ( >1017 nguyên tử / cm3), ngời ta thu đợc cácchất bán dẫn tạp chất suy biến tơng ứng loại n hay loại p Khi đó,vùng năng lợng cấm của chất bán dẫn làm nền bị thu hẹp lại do xuấthiện vùng năng lợng của tạp chất phân bố dới sát đáy vùng dẫn (vớiloại n) hay sát trên đỉnh vùng hoá trị (với loại p)

Nhóm chất bán dẫn tạp suy biến đợc sử dụng chế tạo các loạilinh kiện có các tính chất điện – quang đặc biệt (tunel điôt, LED,LASER…)

2 Điốt chỉnh lu

a Ký hiệu, cấu tạo

Hình 1.27 điốt chỉnh lu chế tạo theo phơng pháp khuếch tán

Ví dụ, phiến đơn tinh thể Si loại N, đợc đặt trong lò nhiệt độcao, bên cạnh nguồn tạp chất thuộc nhóm 3, ví dụ Bore (B) Do tácdụng của nhiệt độ, các nguyên tử B sẽ khuếh tán xuyên qua cửa sổ

đã khoét sẵn trên màng bảo vệ SiO2, thấm sâu vào thể tích củaphiến Si loại N, tạo ra một lớp bán dẫn loại P và từ đó hình thànhchuyển tiếp P-N Sau đó là quá trình gắn điện cực và đóng vỏ

Nh vậy bộ phận cơ bản của điôt là chuyển tiếp P-N, có đặctính chỉ dẫn điện chủ yếu theo một chiều và thờng đợc ứng dụng

để biến điện xoay chiều thành một chiều ( do đó có tên là điốtchỉnh lu)

a )

Si-N

K

b ) Hình 1.27 a,b Ký hiệu và cấu tạo của điôt chỉnh lu

Dơng nguồn (+) đặt tại K; âm nguồn (-) đặt tại A Điện trờngngoài Eng cùng chiều ETX làm cho vùng nghèo mở rộng, các hạt đa số

bị đẩy ra chỗ tiếp xúc Khi đó hạt thiểu số bán dẫn P là điện tử

đợc kéo về bán dẫn N, ở bán dẫn N hạt thiểu số là lỗ trống bị đẩysang P, khi đó sẽ hình thành dòng điện và gọi đó là dòng điệnngợc, dòng điện ngợc là dòng của các hạt thiểu số, nhng nồng độhạt dân thiểu số vốn rất bé, cho nên trị số dòng này chỉ rất nhỏ

Nó nhanh chóng đạt tới giá trị bão hoà Is ngay khi E còn rất nhỏ

Nghĩa là khi phân cực nghịch, dòng qua chuyển tiếp P-N chạytheo chiều âm và trị số rất bé Ta gọi đó là dòng điện ngợc Is,dòng này còn cõ tên là dòng ngợc bão hoà

• Điôt phân cực thuận Hình 2.29

Dơng nguồn (+) đặt vào Anôt, bán dẫn P ; Âm nguồn (-) đặtvào Katôt, miếng bán dẫn N Điện trờng ngoài (do E nguồn tạo ra) sẽngợc chiều với điện trờng tiếp xúc đẩy các lỗ trống ở bán dẫn Pdịch chuyển sang bán dẫn N và kéo các điện tử từ bán dẫn N vềbán dẫn P lúc này vùng nghèo bị thu hẹp lại, xuất hiện dòng điệnqua điốt Ith (dòng điện thuận)

Trị số của dòng này rất lớn

hơn dòng điện ngợc và tăng

nhanh theo điện áp thuận E

Dòng Ith là dòng các hạt đa

số (nP phụ thuộc P, ne phụ thuộc

N), giá trị dòng điện thuận phụ

thuộc vào điện trờng ngoài và

29

Hình 1.28 Điôt chỉnh lu phân cực ngợc

U1E

Etx

Ith

Hình 1.29 Điôt chỉnh l u phân cực thuận

điện trở tải khi đó điện trở của

điốt Rd là rất nhỏ và coi nó ≈0

• Đặc tuyến Vol – Ampe của điốt

Từ hình 1.30 ta thấy: khi điện áp thuận nhỏ hơn giá trị U γ

V

6

,

0

≈ (đối với điốt làm bằng Ge thì U γ ≈ 0 , 2 V) dòng điện thuận còn

bé, cha đáng kể Chỉ khi Uth vợt quá “ điện áp mở” U γthì dòng

điện thuận mới tăng nhanh theo điện áp, hơn nữa đoạn đặctuyến này gần nh một độ dốc không đổi

Dòng điện ngợc có giá trị rất nhỏ ( cỡ àA hay bé hơn) Khi điện

áp ngợc tăng, dòng điện ngợc thực tề tăng dần và khi đạt đến

điện áp đánh thủng UB (ví dụ UB= 60 trên hình 1.30) thì dòngngợc tăng vọt, nếu không có biện pháp hạn chế dòng điện để ngănngừa sự vợt quá công suất cho phép thì quá trình đánh thủng này

sẽ làm hỏng điôt

c Các tham số của điôt

- Điện trở một chiều hay còn gọi là điện trở tĩnh R0

0 20 40

80 UB

Ung(V)

0,4 0,8 1

2 3

γ

U

Độ dốc 1/rd

Hình 1.30 Đặc tuyến Vôn – Ampe của

điốt

Đây là điện trở của điôt khi làm việc ở chế độ nguồn mộtchiều hoặc tại chế độ tĩnh ( tại điểm làm việc tĩnh trên đặctuyến).

( )

I

U

R0 = Ω

Điện trở một chiều R0 chính là nghịch đảo góc nghiêng của

đặc tuyến Vôn – Ampe tại điểm làm việc tĩnh Do vậy điện trởmột chiều của điốt không phải là một tham số cố định, nó thay

đổi theo trị số điện áp và dòng điện tĩnh

ng 0 0

th R

R I

I

k = = ở giá trị UAK= ± 1V

- Điện dung của điôt C d (hay điện dung của tiếp xúc P-N)

Điện dung của tiếp xúc P-N gồm có hai thành phần là điệndung bản thân của tiếp xúc P-N ( kí hiệu là C0) và điện dungkhuếch tán của tiếp xúc P-N ( kí hiệu Ckt)

Cd = C0 + Ckt

+ Khi đặt một điện áp ngợc lên tiếp xúc P-N, bề dày lớptiếp xúc tăng lên theo sự tăng của điện áp ngợc và mật độ điệntích trong vùng điện tích không gian tăng leen theo điện áp ngợc

Sự tăng các điện tích khi đặt điện áp ngợc lên tiếp xúc P-N gọi làhiệu ứng điện dung Độ gia tăng của điện dung này là:

Trong dó dQ là sự gia tăng của điện tích do sự thay đổi dUcủa điện áp.

+ Điện dung khuếch tán chỉ xuất hiện khi có hiện tợngkhuếch tán xảy ra

Do đó khi điôt phân cực thuận thì Ckt >> C0, còn khi điôt phâncực ngợc thì Ckt = 0 và C = C0

- Khoảng nhiệt độ làm việc.

Khoảng nhiệt độ làm việc là khoảng nhiệt độ đảm bảo cho

điôt làm việc bình thờng Khoảng nhiệt độ làm việc của điôt Gekhoảng từ − 60 0 C đến + 80 0 C, điốt silic khoảng từ − 60 0 Cđến + 150 0 C

- Một vài tham số giới hạn khác

Ngoài các tham số đặc trng cho trạng thái làm việc thôngthờng trên đây, khi sử dụng, để tránh h hỏng, ngời ta còn phảichú ý đến các giới hạn không đợc vợt quá Đó là:

- Điện áp ngợc cực đại cho phép U ngmax(để tránh không bị

đánh thủng)

- Dòng điện thuận cực đại cho phép I max

- Công suất tiêu hao cực đại cho phép P max

- Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều f max

d Một số điôt đặc biệt và ứng dụng

d 1 Điôt cao tần

* Ký hiệu:

* Cấu tạo và đặc điểm:

Thực chất loại này vẫn là chuyển tiếp P-N nhng có kích thớc

bé, hình thành nhờ tiếp xúc của một mũi kim loại với một phiếnbán dẫn loại n đặt trong vỏ thuỷ tinh hoặc vỏ nhựa Do kích thớcmũi tiếp xúc rất bé, điện dung tơng đơng của điôt rất bé, điốtloại này làm việc đợc đến tần số hàng trăm MHz Chúng thờng dùnglàm phần tử tách sóng cao tần, xén hoặc ghim điện áp, hạn chếbiên độ v.v Dòng điện cho phép chỉ cỡ mấy mA, điện áp ngợccho phép khoảng vài chục volt

32

Hình 1.31 Ký hiệu điốt cao tần

Loại dùng cho tần số siêu cao, ngoài việc diện tích tiếp xúc rất

bé, còn phải có hình dạng thích hợp sao cho điện dung và điệncảm ký sinh bé, dễ dàng mắc trực tiếp vào các ống dẫn sónghoặc hốc cộng hởng của các thiết bị siêu cao tần

chế tạo bằng vật liệu chịu

nhiệt và toả nhiệt tốt, do

ampe trong quá trình

đánh thủng gần nh song song với trục dòng điện, nghĩa là điện

áp giữa katôt và anôt hầu nh không đổi (hình 1.32a, đoạn AB) Ngời ta lợi dụng u điểm này

để dùng điôt Zener làm phần

tử ổn định điện áp (xem hình

1.32b) Giới hạn trên của phạm vi

làm việc chính là trị số dòng

điện ngợc tối đa cho phép, xác

định bởi công suất tiêu hao cực

đại của điôt Pmax ( điểm B trên

hình)

U1: Điện áp một chiều cha ổn định

U2: Điện áp lấy ra trên tải (đã ổn định)

33

Ung(V )

Ith(mA)

Uth(V) 0

UZ

Hình 1.32.a Ký hiệu và đặc tuyến V-A của điôt Zener

A

B

ngU

R1

U 2

U 1

Hình 1.32.b mạch ổn áp dùng

điot Zener

R1: Điện trở hạn chế dòng điện qua điôt, sao cho điểm làmviệc nằm trong phạm vi AB cho phép

Khi U1 biến động, dòng qua R1 và DZ thay đổi, nhng điện ápU2 trên hai đầu DZ vẫn gần nh không đổi

Để đặc trng cho điôt Zener, ngời ta dùng các tham số sau

đây:

- Điện áp ổn định U Z

- Điện trở tơng đơng (còn gọi là điện trở động) tại điểm làm

việc (nằm trong miền đánh thủng)

- Điện trở tĩnh xác định : bằng tỷ số giữa điện áp trên điôt

và dòng qua nó

Z

Z t I

U

R =

- Hệ số ổn định: phản ánh tỷ số giữa lợng biến thiên tơng đối

của dòng điện và lợng biến thiên tơng đối của điện áp phát sinhtrong quá trình đó:

d

t r

R

S =

Rõ ràng là điện trở động rd càng nhỏ so với điện trở tĩnh Rtthì độ ổn định đạt đợc càng cao

- Hệ số nhiệt của điện áp ổn định: Hệ số này biểu thị lợng

biến thiên tơng đối của điện áp ổn định theo nhiệt độ:

I const

dT

dU U

1

Z Z Z

* Cấu tạo và đặc điểm:

Điôt biến dung là loại linh kiện bán dẫn hai cực, trong đóchuyển tiếp P-N đợc chế tạo một cách đặc biệt sao cho điệndung của nó thay đổi nhiều theo điện áp ngợc đặt vào

Điôt Zene thờng đợc

phận cơ bản của điôt là vùng nghèo nằm ở hai bên mặt ranh giới.

Vùng này bao gồm hai lớp điện tích khác dấu nằm đối diện nhau:các ion âm acceptor (nồng độ tạp chất) bên bán dẫn P và các ion d-

ơng donnor (nồng độ tạp chất) bên bán dẫn N Sự phân bố điệntích nh vậy tơng tự nh tình trạng trong một tụ điện phẳng, vìvậy chuyển tiếp P-N đợc đặc trng bằng một điện dung, gọi là

điện dung hàng rào Khi chuyển tiếp P-N bị phân cực nghịch,

vùng nghèo mở rộng ra, nghĩa là khoảng cách giữa hai lớp điện tíchnói trên tăng lên, khiến Ch.rào giảm Điện áp ngợc tuỳ thuộc vào tìnhtrạng phân bố tạp chất ở hai bên mặt tiếp xúc Trên hình 1.34, giớithiệu hàm C (U) của điôt

Để đặc trng cho điôt biến dung, ngời ta dùng các tham sốsau:

- Giá trị danh định của điện dung

Thông thờng giá trị này đợc đo trong một điều kiện xác

định ( giá trị điện áp ngơc, tần số đo, nhiệt độ môi trờng v v…)

- Hệ số thay đổi của điện dung

35

C(pF)

U(v)0

-10-20

30

40

- 50

100

200

Hình 1.34.Quan hệ C(V)của điốt biến dung

Đây là tỷ số giữa giá trị điện dung đợc đo ở hai điện ápngợc khác nhau:

2

1 C C

C

K =

Đôi khi, để tổng quát hơn, ngời ta dùng độ dốc của đặctuyến C(U) dC/dU biểu thị tốc độ biến thiên của điện dung Ctheo điện áp ngợc U

- Hệ số phẩm chất Q

Hệ số phẩm chất Q đặc trung cho tỷ số giữa công suất tínhiệu hữu ích lấy ra từ varicap và công suất tiêu hao trên nó

Ngời ta đã chứng minh rằng hệ số Q phụ thuộc vào tần số,

điện dung hàng rào, điện trở ngợc của vùng nghèo và cả điệntrở bản thân của hai miền bán dẫn (mắc nối tiếp với vùng nghèo).Tần số tơng ứng với Q=1, đợc gọi là tần số giới hạn

d 4 Điôt xuyên hầm (tunel)

* Ký hiệu và đặc tuyến:

Ký hiệu quy ớc và đặc tuyến vôn- Ampe nh trên hình 1.35

* Cấu tạo và đặc điểm:

Điôt tunen (còn gọi điôt xuyên hầm) cũng là một loại dụng cụhai cực có chuyển tiếp P-N nhng khác với các loại điôt trớc đây,

nồng độ tạp chất acceptor trong bán dẫn P và nồng độ tạp donor

trong bán dẫn N ở điốt tunen có giá trị rất lớn (cỡ 1019 nguyên tửtrong một cm3); do đó vùng nghèo hẹp (cỡ 10-6 cm) và điện trờngtiếp xúc trong vùng này đạt đợc khá lớn (gần 166 v/cm)

p

UV Uf

0 R

A

B

C

Đoạn đặc tuyến AB, tơng ứng với điện trở vi phân âm (dòng

điện giảm trong khi điện áp trên điốt tăng) đóng vai trò rất quantrọng

Điốt tunen thờng đợc ứng dụng để khuếch đại và tạo dao

động siêu cao tần Ngoài ra còn đợc dùng trong các mạch đóng mởvới hai trạng thái ổn định phân biệt Tốc độ chuyển đổi trạngthái có thể đạt rất cao Nhờ đợc chế tạo từ bán dẫn suy biến, đặctuyến và tham số của điốt tunen chịu ảnh hởng rất ít của nhiệt

độ, phạm vi nhiệt độ làm việc cho phép của điốt tunen thờng rấtrộng (loại chế tạo từ Ge: có thể làm việc đến 2000C, loại chế tạo từGaas: đến 4000C)

Ví dụ hình 1.36,

minh hoạ một mạch khuếch

đại dòng dùng điốt tunen

Nguồn một chiều E để

xác định điểm làm việc

tĩnh ( thờng chọn Q ở trung

điểm của đoạn điện trở

âm AB) Nguồn tín hiệu cao tần cần khuếch đại eS sẽ gây ra một

dòng cao tần qua điốt là

D

S D R

e

i = ,và dòng qua tải là

L

S L R

S L D S

R

e R

e i i

D S

L i

R R

R i

i K

−

=

=

Các tham số đặc trng cho điôt tunen bao gồm:

- Toạ độ đỉnh (A): IP , UP (còn gọi là dòng điện đỉnh và điện

E

eS

ID I

L

Hình 1.36 Mạch khuếch đại dòng dùng điôt tunen

) 150 5

(

RD = − Ω ữ Ω

- Điện áp thuận

Điện áp thuận ứng với giá trị dòng khuếch tán bằng dòng

tunen cực đại (hoành độ điểm C trên hình 1.23)

Thông thờng Uf = ( 400 ữ 500 ) mV

3 Transistor

a Transistor lỡng cực BJT (Bipolar Junction Transistor )

Transistor lỡng cực (Transistor hai cực tính), thờng gọi tắt là

BJT, là một loại linh kiện bán dẫn ba cực có khả năng khuếch đạitín hiệu hoặc hoạt động nh một khoá đóng mở, rất thông dụng

trong ngành điện tử Nó sử dụng cả hai loại hạt dẫn: Điện tử và lỗ

trống, vì vậy đợc xếp vào loại hai cực tính.

a 1 Cấu tạo và ký hiệu

B

JE J

CN

B

CE

BCE

BJT đợc tạo thành bởi hai chuyển tiếp P-N nằm rất gần nhau

trong cùng một phiến đơn tinh thể Về mặt cấu tao, xem nh BJT

do 3 lớp bán dẫn tiếp xúc nhau tạo nên, trong đó lớp ở giữa có bềdày rất bé (cỡ 10-4 cm ) và khác kiểu bán dẫn điện với hai lớp bêncạnh Đó là nếu lớp ở giữa là bán dẫn loại P thì hai lớp bên cạnh là loại

N, tạo nên transistor kiểu N-P-N Còn nếu lớp ở giữa thuộc loại N thì hai lớp bên cạnh thuộc loại P, tạo nên kiểu P-N-P ( hình 1.37a).

Nồng độ tạp chất trong ba lớp bán dẫn cũng không giống nhau.Lớp có nồng độ tạp chất cao nhất ( ký hiệu N+ hoặc P+ trên hình vẽ

), nghĩa là nồng độ hạt dẫn đa số của nó là lớn nhất, gọi là miền

phát (hay miền emitter) Lớp đối diện (ký hiệu N hoặc P) có nồng

độ tạp chất thấp hơn, gọi là miền thu (hay miền collector) Lớp ở

giữa, có nồng độ tạp chất rất thấp, do đó nồng độ hạt dẫn đa sốcủa lớp này tơng đối nhỏ, gọi là miền nền (còn gọi: Miền base,hoặc miền gốc) Ba sợi kim loại đợc gắn với ba lớp nói trên, dùng làm

điện cực của transitor Ngời ta gọi chúng là cực emitter (ký hiệubằng chữ E ), cực base (ký hiệu bằng chữ B), cực collector (ký hiệubằng chữ C)

Các lớp bán dẫn đợc đặt trong một vỏ kín bằng nhựa hoặckim loại chỉ có 3 điện cực đa ra ngoài Ký hiệu quy ớc của hai loạitransitor N-P-N, và P-N-P nh trên hình 1.37b Mũi tên vẽ trên cực Ecũng trùng với chiều dòng điện chạy qua cực đó

Do cấu tạo nh trên sẽ hình thành 2 chuyển tiếp P-N rất gầnnhau Chuyển tiếp thứ nhất ở ranh giới miền phát và miền gốc, gọi

là chuyển tiếp emitter, ký hiệu là JE Chuyển tiếp collector, ký hiệu

là JC Hoạt động của BJT chủ yếu dựa trên sự tơng tác giữa haichuyển tiếp rất gần nhau

Nguồn E1 (có sức điện động một vài volt) làm cho chuyển

tiếp emitter J E phân cực thuận

Nguồn E2 (thờng cỡ 5 đến 20 V) làm cho chuyển tiếp collecter

J C phân cực nghịch E1, E2 đợc gọi là các nguồn điện áp phân cực.

RE, RC là các điện trở phân cực, RC còn có tên là điện trở tải đối vớidòng một chiều collector

Khi cha có nguồn E1,, E2 tác dụng, cũng giống nh quá trìnhxảy ra ở điôt, trong mỗi vùng nghèo JE, JC sẽ tồn tại một điện trờngtiếp xúc (hớng từ N sang P ), tơng ứng với một hiệu điện thế tiếpxúc nào đó Hiệu thế này đóng vai trò nh một hàng rào điện thế,duy trì trạng thái cân bằng của chuyển tiếp (cân bằng giữa dòngtrôi của hạt dẫn thiểu số và dòng khuếch tán của hạt dẫn đa số,khiến cho dòng điện tổng hợp qua mỗi chuyển tiếp bằng không) Khi có nguồn E2, chuyển tiếp JC bị phân cực nghịch, hàng rào

điện thế và điện trờng tiếp xúc trong vùng nghèo này tăng Tơng

E2

+_

EI

α

E1+

_ RE

B

CE

eS

E1 _+

+_

IB

IC

tự nh điôt phân cực nghịch, qua vùng nghèo JC sẽ có một dòng điệnrất nhỏ (do hạt dẫn thiểu số của miền base và miền collector tạonên), ký hiệu là ICBO Ta gọi đó là dòng điện ngợc collector.

Nếu có thêm nguồn E1, chuyển tiếp JE sẽ phân cực thuận Hàngrào điện thế trong JE hạ thấp (so với trạng thái cân bằng) khiến

điện tử từ miền N+ tràn qua miền P, lỗ trống từ miền P tràn sangmiền N+ (hiện tợng phun hạt dẫn) Sau đó các hạt dẫn không cân

bằng này tiếp tục khuếch tán Trên đờng khuếch tán, chúng sẽ táihợp với nhau Nhng do nồng độ hạt đa số trong miền chênh lệchnhau xa (nn >> pp) cho nên trong số các điện tử phun từ miền N+vào miền P, chỉ một bộ phận rất nhỏ bị tái hợp, còn tuyệt đại đa

số vẫn có thể khuếch tán qua miền base tới vùng nghèo JC, các điện

tử nói trên lập tức bị điện trờng trong JC hút về phía collector tạonên dòng điện chạy trong mạch collector

Nếu gọi IE là dòng điện chạy qua cực emitter (tơng ứng vớichuyển động của điện tử từ miền N+ sang miền P thì dòng điệntạo nên bởi số điện tử chạy tới collecter vừa nói trên sẽ là αI E, trong

đó α đại diện cho tỷ số giữa số lợng điện tử tới đợc collector

(không bị hao hụt dọc đờng đi vì tái hợp) và tổng số điện tử phát

Nh vậy dòng điện tổng trong mạch collector bao gồm haithành phần:

ICBO là dòng điện ngợc vốn của chuyển tiếp JC (phân cựcnghịch bởi E2), còn αI E đại diện cho dòng hạt dẫn chạy từ cực E tới(do JE phân cực thuận bởi E1)

Trong miền base, một số lỗ trống phun sang miền N+ và tái hợpvới điện tử, gây nên sự thiếu hụt điện tích dơng Để bù lại, các

điện tích sẽ từ nguồn E1 chạy vào miền base thông qua cực B, tạo

41

Số l ợng điện tử tới đ ợc cực C

Số l ợng điện tử phát đi từ cực E

nên dòng điện trong nạch base IB Dựa vào định luật dòng điện

điểm nút ta suy ra :

IE = IB + IC ; Trị số IB thờng rất nhỏ so với IC

và I E

Trên đây là hoạt động của BJT cùng các dòng địên IE, IB, IC khi

có các nguồn điện áp E1, E2 khiến cho chuyển tiếp JE phân cựcthuận, JC phân cực nghịch Ta thấy Nếu IE thay đổi thì dòng ICcũng biến đổi theo

Bây giờ nếu ta thêm nguồn tín hiệu xoay chiều eS với biên

độ rất nhỏ, thông qua tụ C1 đặt vào giữa cực E và cực B xemhình 1.38, nghĩa là xếp chồng lên điện áp phân cực vốn có củachuyển tiếp JE, thì mức độ phân cực của JE sẽ thay đổi một cáchtuần hoàn theo quy luật của eS Dòng này tạo ra trên tải RC một

điện áp, biến thiên cùng quy luật với eS nhng biên độ lớn hơn eSnhiều (nhờ RC khá lớn) Ta nói rằng transitor đã khuếch đại tín hiệu

Nh vậy ta có thể coi dòng collector bao gồm hai thành phần:

thành phần không đổi (ứng với trạng thái tĩnh, khi chỉ có các điện

áp phân cực E1, E2, thờng gọi là thành phần một chiều) và thànhphần biến thiên theo sự điều khiển của điện áp tín hiệu eS, ( ứngvới trạng thái động, thờng gọi là thành phần xoay chiều)

IC = IC1chiều + IC

Tơng ứng, điện áp trên RC cũng là tổng của hai thành phần:

điện áp một chiều ICRC (ứng với trạng thái tĩnh) và điện áp xoaychiều IC RC(ứng với trạng thái động) Trong hình 1.38, tụ C2 chỉ chophép thành phần xoay chiều truyền qua tải Nh vậy điện áp lấy ratrên RL chính là hình ảnh đã khuếch đại của tín hiệu eS

Nguyên tắc hoạt động và khả năng khuếch đại của BJT loại P-N hoàn toàn tơng tự, chỉ khác là để cho JE phân cực thuận, JCphân cực nghịch, cực tính của các nguồn một chiều E1, E2 phải

N-đổi ngợc lại (xem hình 1.39) Chiều của các dòng điện cũng thay

đổi Tạo nên dòng collector trong trờng hợp này là các lỗ trống phun

từ miền phát(E) qua miền gốc (B) và khuếch tán tới miền collector(C)

Ghi chú:

42

Chế độ làm việc nh trên của BJT (JE phân cực thuận, JC phâncực nghịch) gọi là chế độ khuếch đại ngoài ra, BJT còn có thểlàm việc ở chế độ khoá (hay chế độ đóng mở) ở chế độ đó,hoặc cả hai chuyển tiếp JE, JC đều phân cực nghịch (trạng tháikhoá hay trạng thái tắt), hoặc cả hai chuyển tiếp JE, JC để phâncực thuận (trạng thái dẫn bão hoà, còn gọi trạng thái mở), BJT liên tụcgiao hoán giữa hai trạng thái này.

a 3 Đặc tuyến vol- ampe của BJT

Đồ thị diễn tả các mối tơng quan giữa dòng điện và điện áp

trên BJT đợc gọi là đặc tuyến vôn- ampe (hay đặc tuyến tĩnh)

Có ba đặc tuyến thờng dùng nhất cho từng kiểu mạch của BJT đólà: đặc tuyến vào (nêu quan hệ giữa dòng điện và điện áp đầu

vào), đặc tuyến ra (nêu quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở

đầu ra), đặc tuyên truyền đạt dòng điện (nêu sự phụ thuộc của dòng điện ra theo dòng điện vào) Nh ta đã biết, BJT có 3 điện

cực: emitter, base, collector (còn gọi : cực phát, cực gốc, cực góp).Tuỳ theo việc chọn cực nào làm cho nhánh chung cho mạch vào vàmạch ra mà ta có 3 sơ đồ cơ bản Sau đây ta xét đặc tuyến củamạch phát (emister) chung (EC)

* Họ đặc tuyến vào

f(U BE )/ U CE = const

Mạch lấy đặc tuyến nh hình 1.40

Trên hình 1.40, nguồn E1, E2 là các nguồn điện áp một

chiều có thể thay đổi giá trị Các đồng hồ mA kế (hoặc àA kế)