Giáo trình linh kiện điện tử

Môn học Linh kiện điện tử là kiến thức bước đầu và căn bản trong quá trình đào tạo các chuyên ngành điện tử. Tài liệu “Linh kiện điện tử” được biên soạn từ các giáo trình do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy ở các trường Đại học, Cao đẳng, Trung học chuyên nghiệp và dạy nghề. Tài liệu này được dùng cho học sinh học chuyên ngành Điện tử viễn thông – Công nghệ thông tin. Nội dung bài giảng gồm có 4 chương: Chương 1. Linh kiện thụ động: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và hình dạng thực tế của các loại linh kiện thụ động. Chương 2. Điốt bán dẫn: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch ứng dụng của các loại điốt. Chương 3. Transistor: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch cơ bản, đặc tuyến và ứng dụng của các loại transistor. Chương 4. Các linh kiện khác: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch ứng dụng của một số loại bán dẫn như UJT,SCR, DIAC, TRIAC, IC, và linh kiện SMD. Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu này không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của đồng nghiệp và bạn đọc.

Chơng 1Các linh kiện thụ động

I Điện trở

1 Khái niệm

- 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 + Bội số của Ω là:

a Công suất danh định (Công suất tiêu tán Pttmax)

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

R P

2 max 2

max max = = (W) Trong công nghiệp các điện trở đợc sản xuất với các giá trịcông suất 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

b Trị số điện trở danh định và cấp chính xác

- Trị số điện trở danh định:

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

4

- Mức sai số:

Biểu thị mức độ chênh lệch của trị số thực tế của điện trởvới trị 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 sốnhỏ hơn: ± 0,5%(cấp 02), ± 1%(cấp 01), ± 0,01%(cấp 001)

c 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

d 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 khinhiệt độ thay đổi một lợng ∆ T

TCR : Đợc tính bằng đơn vị phần triệu /10C TCRnhỏ thì độ ổn định càng cao

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

6

R

R3 R2 R1

• 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

Màng than 1/3W

Màng kim loại1/2W

Màng than 1/2W

Màng than 1W

ôxit kim loại 1/2W

Dây quấn 1W

- 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-c 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

* Điện trở nhạy áp (Varitor)

- Cấu tạo và đặc điểm:

Là loại điện trở bột ép chế tạo bằng tinh thể cacbitsilic và các

chất kết dính Có đặc tính là giá trị điện trở trên nó giảm nhanh

khi có điện áp đặt vào 2 đầu của điện trở Varitor tăng Do đặc

tuyến có tính phi tuyến nên đợc dùng trong các mạch ổn áp, hạn

chế 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

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

* Để xác định thứ tự vòng màu căn cứ vào ba đặc điểm :

- Vòng 1 gần đầu điện trở nhất

Là cách ghi đầy đủ các tham số chính và đơn vị đo của

điện trở Cách ghi này thờng dùng đối với các điện trở có kích thớctơng đối lớn nh điện trở dây cuốn

Ví dụ: Trên thân điện trở ghi 220KΩ 10%, 2W có nghĩa là

điện trở có trị số là 220kΩ: dung sai là 10% và công suất tiêu táncho phép là 2W

Trong thực tế ngời ta thờng 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 ;

11

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

II Tụ điện

1 Khái niệm và kí hiệu

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)

b 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

c 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

12

Tụ th ờng

Tụ có điện dung thay đổi

+ _ + _

Tụ có phân cực

Chất điện môi

Chân tụ

Vỏ bọc

Bản cực

Hình 1.10

Hình 1.11

1 F = 10 6 à F = 19 9 nF = 10 12 pF

2 Các tham số của tụ điện

a 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)

* 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 tính theo % và đợc xác định theo công thức:

dd

dd tt

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

- Trị số điện dung đợc tính bằng Fara(F)

Uớc số: à F = 10-6F; nF = 10-9F; pF = 10-12 F

b 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 hai đầu của tụ mà tụ vẫn chịu đựng đợc

và làm việc lâu dài Đối với loại tụ chuyên dùng trong mạch điệnxoay chiều thì trị số này là trị số tối đa cho phép của điện áphiệu dụng 50Hz Nếu dùng trong mạch làm việc với tần số cao hơnthì trị số điện áp này phải giảm bớt

c Điện trở cách điện

13

Là điện trở đo đợc trên hai đầu của tụ khi có một điện ápmột chiều 100V đặt vào hai đầu của tụ Trị số này biểu thị chấtlợng của chất điện môi cũng là biểu diễn dòng điện dò qua tụ Tụ

điện tốt có điện trở cách điện ≥100 MΩ

d Hệ số nhiệt (TkE)

Hệ số nhiệt biểu thị sự biến đổi trị số điện dung của tụ khinhiệt độ thay đổi Hệ số nhiệt có thể là dơng hay âm

3 Một số tính chất của tụ

* Tụ điện có tác dụng ngăn dòng một chiều chạy qua nó, nghĩa là

Trong đó: f: là tần số của tín hiệu xoay chiều tác động lên tụ

C: điện dung tụ

XC: là dung kháng của tụ

J: đơn vị ảo với J2 = -1

Từ công thức ta thấy khi f càng lớn thì trở kháng càng nhỏ vàngợc lại

Nếu f = ∞ => Zc=>0 (là một phần tử ngắn mạch ở tần số vôcùng lớn)

Xc = 0,16 f.C (Ω)(1.4)

2 1 2 1

1 1 1

C C

C C C

C

C td = + = +

Ví dụ C1=1 à F ; C2 = 2 , 2 à F xem hình 1.12 , khi đó:

14

o , 6875 F

F 2 , 2 F 1

F 2 , 2 F 1

à + à

à à

=

C1 = 0 , 1 à F C1 = 0 , 1 à F C = 0 , 6875 à F

;

- Khi thực hiện nối song song các tụ có điện dung C1, C2,…, Cn

ta nhận đợc điện dung tơng đơng Ctđ tính bởi:

C C

2 1

2 1

+

=(1.7)

* Khi thực hiện mắc nối tiếp điện trở với 1 tụ điện có giá trị

1

Hình 1.12: Mắc nối tiếp tụ

Hình 1.14 Mắc hỗn hợp tụ

điện

C2

C3C

mạch điện có phản ứng khác nhau với các dải tần số khác nhau củatín hiệu tác động ở đầu vào.

• Khi thực hiện mắc nối tiếp song song hỗn hợp các tụ và trở có các giá trị là R và C ta sẽ nhận đợc nhiều dạng bộ lọc khác nhau nh hình vẽ :

16

UR

UV

C R

A=

UR/UV

F (Hz) 0

1 2

a) Mạch lọc RC tần thấp

f (Hz) 0

1 2

1

fcắ

t

b) Mạch lọc RC tần cao

Hình 1.15 Mắt lọc RC cơ

bản

a) Mạch lọc thông dải (lọc băng) RC : 0

1 f

2 RC

= πb) Mạch lọc tần cao kiểu hình thang 3 mắt RC đơn giản :

* Khi sử dụng tụ điện cần chú ý đến điện áp đặt trên tụ luôn

thấp hơn giá trị điện áp danh định tối đa để lớp điện môi giữahai cực không bị đánh hỏng, giá trị này thờng đợc ghi trên thân

- 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

* Tụ gốm( ceramic)

- Cấu tạo: Tụ dùng chất gốm làm chất điện môi

- 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

18

Hình 1.18 Ký hiệu tụ hoá

- 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 cố định: Xem hình 1.19

a) Tụ gốm dạng phiến e) Tụ poliesteb) Tụ gốm đơn khối f) Tụ polistirenc) Tụ gốm dạng ống g) Tụ viên tangtan

d) Tụ mi ca mạ bạc h) Tụ điện phân

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

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

hết (có giá trị từ 10pF tới 103pF=1nF) kích thớc loại này đa dạngtrong phạm vi vài chục mm.

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

hai hay nhiều phiến kim loại xen kẽ, điện dung thay đổi đợc nhờxoay vít trục để điều chỉnh phần diện tích trùng nhau giữa cácphiến 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

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

vị vào dấu phẩy

Thờng dùng cho tụ mika và tụ gốm trên thân tụ có các chấmmàu hay vòng màu để chỉ trị số điện dung của tụ và trị số

điện dung khác, có ít nhất 3 vòng màu và có khi có tới 6 vòng màuhoặc chấm màu ý nghĩa của các vòng màu nh sau:

- Vòng 6: Điện áp công tác tối đa

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

0

250 0

300 0

500 0

700 0

Luật mầu đối với cấp chính xác và nhóm ổn định nhiệt nhsau:

Ví dụ: Trên thân tụ có ghi:

55.000pF ±20% 600V

III Cuộn cảm

1 Khái niệm

21

Cuộn dây, còn gọi là cuộn tự cảm Hiện tơng tự cảm của cuộndây xảy ra khi dòng điện chạy trong cuộn dây tăng lên hay giảmxuống sẽ phát sinh một từ thông thay đổi và một sức điện từ đợccảm ứng trong cuộn dây hoặc có thể cảm ứng một sức điện từtrong cuộn dây kế cận với nó Mức độ cảm ứng trong mỗi trờng hợpphụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây hoặc sự hỗ cảm giữa haicuộn dây.

Cuộn cảm là linh kiện gồm những vòng dây đợc cuốn trên cốtbằng chất cách điện; các vòng dây đợc cách điện với nhau bằngchất cách điện (emay, bọc vải, tơ ) Trờng hợp dùng những dâycứng ít vòng dây thì không cần cốt Tuỳ theo tần số sử dụng màcuộn cảm gồm nhiều vòng hay ít vòng dây, có lõi hay không cólõi

2 Ký hiệu

Hình 1.21 ký hiệu cuộn cảm trong sơ đồ mạch điện

* Cuộn cảm cao tần

- Không có lõi (lõi không khí):

- Cuộn cảm có lõi Ferit cố định:

- Cuộn cảm có lõi Ferit biến đổi:

* Cuộn cảm âm tần

2 Các tham số của cuộn cảm

a Độ tự cảm của cuộn dây(L):

Độ tự cảm của cuộn dây đợc tính theo công thức:

l

S N

0

r à à

=Trong đó: S - tiết diện của cuộn dây (m2)

N- Số vòng dâyl- Chiều dài cuộn dây (m)

22

LL

L

Hình 1.21 Ký hiệu cuộn cảm

− à

àr, 0 Độ từ thẩm của vật liệu sắt từ và của khôngkhí (H/m)

b Hệ số phẩm chất của cuộn dây (Q)

Để tính hệ số phẩm chất của cuộn dây ta xét đến sự tổnthất của cuộn dây khi có dòng điện chạy qua Một cuộn dây thựckhi có dòng điện chạy qua luôn có tổn thất đó là công suất điệnhao phí để làm nóng cuộn dây Các tổn thất này đợc biểu thị bởimột điện trở RS nối tiếp với một điện kháng XL của cuộn dây Hệ

số phẩm chất Q của cuộn dây là tỷ số của cảm kháng XL trên điệntrở nối tiếp hiệu dụng RS đó Trị số Q càng cao thì tổn thất càngnhỏ và ngợc lại

XL = 2 π fL = ω L

L- Là độ tự cảm của cuộn dây (H), phụ thuộc vàohính dạng, số vòng dây, cách sắp xếp, cách cuốn dây

f- tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây (Hz)

c Điện dung ký sinh

Đợc tạo thành giữa các vòng dây, lớp dây Điện dung này sẽ làmgiảm hệ số phẩm chất Q Trị số điện dung ký sinh đợc tối thiểuhoá bằng cách cuốn dây theo kiểu tổ ong hay phân đoạn

3 Một số tính chất

1 Một cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra 1 từ trờng

đó là nguyên lý hoạt động của nam châm điện Nếu giá trị củadòng điện chạy trên cuộn dây thay đổi thì từ trờng phát sinh từcuộn dây cũng thay đổi gây ra 1 sức điện động cảm ứng (tựcảm) trên cuộn dây và có nó xu thế đối lập lại với dòng điện ban

23

RL

S

Hình 1.22 Sơ đồ tơng đơng của cuộn cảm khi xét

đến tổn hao

đầu Một cuộn dây trong mạch điện xoay chiều sẽ có điện trở 1chiều bình thờng do điện trở dây cuốn tạo ra và thành phần trởkháng của nó đợc xác định.

Một cuộn dây trong mạch điện xoay chiều sẽ có một trởkháng:

giá trị trở kháng của cuộn dây:

2

L

2 L

(1.8)

Thờng thì R L 〈〈 X L thì Z L ≈ X L

2 Nối ghép cuộn cảm khi mắc nối tiếp các cuộn cảm với nhau

thì giá trị điện cảm tơng đơng bằng tổng các giá trị thànhphần; còn khi ghép song song thì cũng tơng đơng nh ghép điệntrở, trờng hợp này ít gặp

3 Trờng hợp đặc biệt khi mắc 2 cuộn dây quấn trên 1 lõi sắt

từ hay lõi pherit từ thì ta có kết cấu biến áp thực hiện ngăn dòng

1 chiều giữa 2 cuộn dây và biến đổi trị số điện áp xoay chiều

từ cuộn dây này sang cuộn dây kia một cách thích hợp tuỳ theoyêu cầu đặt ra

4 Nếu chỉ trên 1 cuộn dây lấy 1 điểm trung gian và chọn 1phần của nó làm cuộn thứ cấp thì ta có dạng biến áp tự ngẫu Loạibiến áp này có chi phí tiết kiệm (do số vòng dây thứ cấp khôngcần riêng), tuy nhiên giữa cuộn sơ và thứ cấp không cách ly đợc về

điện sẽ bất lợi khi cuộn thứ rất nhỏ hơn cuộn sơ

5 Khi cho 1 cuộn dây có điện cảm L và 1 tụ điện có điệndung C mắc nối tiếp nhau và cung cấp đồng thời 1 tín hiệu xoaychiều đến chúng thì điện kháng XL và XC phụ thuộc vào tần sốtheo 2 hớng ngợc nhau Nếu coi RL nhỏ thì:

ZL = jXL ZC = -jXC

24

Với X L = π 2 fL C

1 X

2 fC

= π(1.9)

Trên thực tế mạch còn điện trở tổn hao riêng của cuộn dây và

tụ điện ta gọi chung là R nên khi làm việc ở tần thấp thì: XC >> R

>> XL Khi làm việc ở tần số cao thì: XL << R << XC; nghĩa là khicho tăng dần tần số từ thấp tới cao, sẽ đến 1 giá trị tần số gọi là fch,

ở đó X L = X C nhng ngợc dấu nhau nghĩa là điện áp trên chúng

ng-ợc pha nhau nên sẽ triệt tiêu, mạch trở nên thuần trở và dòng cực đạichảy qua mạch chỉ do cờng độ điện áp xoay chiều tác động vàgiá trị R quyết định, khi làm việc trong điều kiện này mạch đợcgọi là làm ở chế độ cộng hởng; chế độ này chỉ xuất hiện ở tần

số gọi là tần số cộng hởng riêng của nó xác định bởi biểu thức:

ch

1 f

= π(1.10)

Trong đó: C: Điện dung của tụ điện Fara (F)

L: Điện cảm của cuộn dây Henri (H)

- ứng dụng

25

Hình 1.23 Sơ đồ tơng đơng của cuộn cảm

Dùng trong các mạch cao tần (dao động cộng hởng, mạch lọc) ởdải sóng ngắn thờng ít vòng hoặc không có lõi, ở dải sóng dài vàtrung có nhiều vòng nhiều lớp và có thể có lõi.

b Cuộn cảm âm tần

- Cấu tạo

Tơng tự cấu tạo của cuộn cảm cao tần cũng gồm 1 cuộn dâytrên cốt cách điện bên trong có lõi; lõi cuộn cảm âm tần thờng lànhững lá thép kỹ thuật điện (tôn silic) đợc ghép lại với nhau dớidạng các chữ U, E, I hoặc hình xuyến

- ứng dụng: Dùng trong các mạch lọc (cuộn chặn, cộng hởng, dao

và với lõi Cuộn dây nối với nguồn gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối vớitải là cuộn 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.

2 Ký hiệu của biến áp trong các mạch điện

26

3 Các tham số kỹ thuật của biến áp

Biến áp có các tham số nh: hệ số biến áp, trị số điện áp vàocuộn sơ và điện áp ra cuộn thứ cấp, dòng điện trong cuộn sơ cấp

và cuộn thứ cấp, số vòng dây cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, trởkháng vào ở cuộn sơ cấp và trở kháng ra ở thứ cấp, hiệu suất biến

M

K =

Trong đó M: Hệ số hỗ cảm của biến áp

L1L2: Hệ số tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Khi k=1 ( trờng hợp ghép lý tởng) là trờng hợp mà tất cả từthông sinh ra do cuộn sơ cấp đều đi qua cuộn thứ cấp và ngợc lại.Khi k= 0,5 có nghĩa là có 50% số từ thông sinh ra do cuộn sơcấp đợc đi qua cuộn thứ cấp và ngợc lại

b Điện áp cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

Điện áp cảm ứng ở cuộn sơ cấp và thứ cấp quan hệ với nhautheo tỉ số:

2

W1

Biến áp cao tần không lõi

2

1 2

1

N

N U

Nếu N1 = N2 thì U1= U2 ta có biến áp 1:1

N1> N2 thì U1> U2, ta có biến áp hạ áp

N1< N2 thì U1< U2, ta có biến áp tăng áp

c Dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp

Quan hệ giữa dòng điện sơ cấp và cuộn thứ cấp:

2

1 2

1 1

2

N

N U

U I

d Hiệu suất của biến áp

Các biến áp thực đều có tổn thất nên ngời ta đa ra thông sốhiệu suất của biến áp Hiệu suất của biến áp là tỉ số giữa côngsuất ra và công suất vào tính theo %:

100 %

P P

P

% 100 P

P

tonthat 2

2 1

2

+

=

= ηTrong đó P1- Công suất thu đợc ở cuộn sơ cấp

P2- Công suất thu đợc ở cuộn thứ cấp

Ptổn thất- Công suất điện mất mát do tổn thất của lõi

và tổn thất của dây cuốn

Muốn giảm tổn hao năng lợng trong lõi sắt từ, dây cuốn và từthông rò ngời ta dùng loại lõi làm từ các lá sắt từ mỏng, có quét sơncách điện, dùng dây đồng có tiết diện lớn và ghép chặt

4 Phân loại, ứng dụng và hình dạng thực tế 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:

đệm mắc song song với mạch cộng hởng

b Biến áp nguồn (biến áp cấp điện)

28

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

c 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 ở tần số thấp (đỉnh và đáy xung) và dải tần số cao( sờnxung), biến áp xung cần phải có điện cảm sơ cấp lớn

d 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, xem hình 1.25

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 điệnhiệu 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 dây dẫn 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 tựngẫu ghép trực tiếp nhau nên trong mạch có biến áp tự ngẫu khôngnối đất

2 Nêu các phơng pháp biêủ diễn trị số của điện trở ?

3 Nêu các phơng pháp ghép nối điện trở ?

4 Khái niệm, tính chất, phân loại, ứng dụng các tham số của

1 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) điểnhình là chất điện môi

- Loại vật liệu dẫn điện( có điện trở suất nhỏ) điểnhình là kim loại

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

30

Hình 1.25 Biến áp tự ngẫu

Cấu trúc vùng năng lợng của vật chất nói chung chia làm 3 vùng:

- Vùng hoá trị (hay còn gọi là vùng đầy) bao gồm các mức năng ợng mà trong điều kiện thờng đã bị chiếm giữ, không còn trạngthái (mức) năng lợng tự do

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 2.2.a,b Ta thấy ở hình 2.2b giống

nh vật liệu cách điện, cấu trúc vùng năng lợng của chất bán dẫn

điện dạng 3 vùng tách biệt nhau, vùng hoá trị, vùng cấm, vùng dẫn Việc hình thành cơ chế dẫn điện gắn liền với quá trình sinh từngcặp hạt dẫn tự do là điện tử (trong vùng dẫn) và lố trống (trongvùng hoá trị) nhờ việc ion hoá một nguyên tử silíc tơng đơng vớiviệc 1 điện tử hoá trị nhảy mức năng lợng qua vùng cấm lên vùngdẫn để lại một liên kết bị khuyết (lỗ trống) trong vùng hoá trị

31

S i

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 2.1 Cấu trúc vùng năng lợng của chất rắn tinh thể

a Chất cách điện E g >2eV

b Chất bán dẫn điện E g≤2eV

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 eV) đủ để gây ra quá trình nhảy mức của electronqua vùng cấm từ vùng hoá trị (năng lợng thấp) lên vùng dẫn (các mứcnăng lợng cao hơn)

2 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 mạngtinh thể và đồ thị năng lợng của chất bán dẫn tạp loại n cho trênhình 2.3 Ta thấy rõ mức năng lợng của tạp chất loại n nằm trong

32

Hình 2.2.a Cấu trúc mạng tinh thể của bán dẫn thuần Si:

1 điện tử và lỗ trống trong vùng hoá trị; 2 điện tử trong

Vùng dẫn

(điện tử tự do)

Vùng hoá trị

(Lỗ trống tự do)

b Đồ thị vùng năng l ợng của chất bán dẫn tạp chất loại n

vùng 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

3 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 2.4

+

Si

S i

Lỗ trống

Vùng dẫn

(điện tử tự do)

Vùng hoá trị

(Lỗ trống tự do)

b Đồ thị vùng năng lợng của chất bán dẫn tạp

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

4 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 (tunen điôt,LED, LASER…)

5 Lớp tiếp xúc P-N và tính chất chỉnh lu

a Tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng (cha có tác dụng của

điện trờng ngoài)

Nh chúng ta đã biết trong chất bán dẫn loại P, lỗ trống là hạtdẫn đa số, điện tử là hạt dẫn thiểu số Ngợc lại trong chất bán dẫnloại N, điện tử là hạt dẫn đa số, lỗ trống là hạt dẫn thiểu số Khicho hai bán dẫn này tiếp xúc với nhau, tại bề mặt tiếp xúc lỗ trống

sẽ khuyếch tán từ bán dẫn P sang bán dẫn N, ngợc lại điện tử sẽkhuếch tán từ bán dẫn N sang bán dẫn P (do sự chênh lệch về nồng

độ) Kết quả dẫn tới là phía bên P tại gần bề mặt tiếp xúc sẽ còn lạinhững ion âm của các nguyên tử acxepto đã bị ion hoá và phíabán dẫn N tại gần bề mặt tiếp xúc còn lại các ion dơng của cácdonor đã bị ion hoá Nh vậy do sự khuyếch tán các hạt đa số mà tạimiền lân cận mặt tiếp xúc mất đặc tính trung hoà điện tích:phía bán dẫn N tích điện dơng còn phía bán dẫn P tích điện

âm Hay nói một cách khác ở đây hình thành một điện trờng Etx,gọi đó là nội trờng (trờng phía bên trong) có chiều hớng từ N sang

P Điện trờng này chống lại sự di chuyển của các hạt dẫn đa số(chống lại xu hớng khuyếch tán ban đầu), nhng điện trờng này lại

có tác dụng cuốn điện tử từ P sang N và lỗ trống từ N sang P,nghĩa là điện trờng này gia tốc cho các hạt thiểu số

34

Sự khuếch tán các hạt đa số xảy ra càng mãnh liệt, vùng điệntích âm, dơng ở hai phía bán dẫn P, N càng rộng ra do đó cờng

dộ nội trờng Etx cũng tăng lên, kết quả làm cho dòng khuếch tán (Ikt)các hạt đa số ngày càng giảm đi còn dòng cuốn các hạt đa số ( Itr)càng tăng lên Cuối cùng sẽ tới một lúc mà dòng khuếch tán các hạt

đa số bằng dòng cuốn của các hạt thiểu số, hay nói cách khác cóbao nhiêu hạt dẫn đa từ bán dẫn P sang bán dẫn N thì có bấy nhiêuhạt đợc đa từ bán dẫn N trở lại bán dẫn P Khi ấy chuyển tiếp P-N

đạt tới trạng thái cân bằng động ở trạng thái cân bằng động, sốion âm nằm bên bờ mặt tiếp xúc về phía P và số dơng nằm bên

bờ mặt tiếp xúc về phía N bằng nhau và không đổi, do đó điệntrờng Etx cũng đạt tới giá trị xác định Miền chứa các ion âm và d-

ơng kể trên hầu nh không có hạt dẫn nên gọi đó là miền điện tíchkhông gian hay gọi là vùng nghèo Khoảng cách từ bờ miền điệntích không gian phía N đến bờ miền điện tích không gian phía Pgọi là độ rộng miền điện tích không gian (d) Hiệu điện thế tiếpxúc này tỷ lệ với lợng chênh lệch nồng độ hạt dẫn trong hai khối bándẫn

Thông thờng, hiệu điện thế tiếp xúc vào cỡ 0,35V (đối với Ge)hoặc 0,7 V (đối với Si) Hiệu điện thế này ngăn cản, không cho hạtdẫn tiếp tục chuyển động qua mặt ranh giới, duy trì trạng thái

cân bằng, nên đợc gọi là “hàng rào điện thế”

b Tiếp xúc P-N khi có điện trờng ngoài

Trạng thái cân bằng động nêu trên bị phá vỡ khi đặt điện ápbên ngoài vào chuyển tiếp P-N Có thể xảy ra hai trờng hợp: Điện ápngoài đặt vào có cực tính

dơng của điện áp ngoài đặt vào bán dẫn N, điện cực âm đặtvào bán dẫn P, gọi đó là phân cực ngợc; nếu điện cực dơng của

điện áp ngoài đặt vào bán dẫn P, điện cực âm đặt vào bán dẫn

N, gọi đó là phân cực thuận

* Tiếp xúc P-N khi phân cực ngợc

Đặt điện trờng ngoài U1 với cực dơng vào bán dẫn N, cực

âm đặt vào bán dẫn P Khi đó chiều của nội trờng sẽ trùng vớichiều của điện trờng ngoài E1

Do tác dụng xếp chồng điện trờng tại miền điện tích khônggian, điện trờng tổng tăng lên so với Etx nên cản trở chuyển độngkhuếch tán các hạt đa số đến một lúc nào đó dòng Ikt giảm tớikhông Đồng thời gia tốc chuyển động trôi của các hạt thiểu số tănglên nhng vì số lợng hạt thiểu số là rất ít nên dòng trôi có tăng lênnhng không đáng kể và đạt đến một giá trị bão hoà gọi là dòng

điện ngợc bão hoà của tiếp xúc P-N, ký hiệu là Is Dòng điện quamặt ghép lúc đó là dòng ngợc

Do điện áp ngoài U1 đặt vào chuyển tiếp P-N nên điện tửtrong bán dẫn N và lỗ trống trong bán dẫn P bị hút lại hai phía điệncực, khiến cho tại bờ miền điện tích không gian xuất hiện nhữngion mới lấn sâu vào bán dẫn N và P, do đó miền điện tích khônggian khi phân cực ngợc rộng hơn khi cân bằng (d’> d)

* Tiếp xúc P-N khi phân cực thuận

Đặt điện trờng ngoài U2với cực dơng vào bán dẫn P, cực âm

đặt vào bán dẫn N Khi đó chiều của nội trờng sẽ ngợc với chiều

36

Hình 2.6 : Tiếp xúc P-N khi phân cực ngợc

của điện trờng ngoài E2.Do tác dụng xếp chồng điện trờng tạimiền điện tích không gian, điện trờng tổng giảm đi so với Etx nênlàm tăng chuyển động khuếch tán các hạt đa số dẫn đến dòng Ikt

tăng lên, ngời ta gọi đó là hiện tợng phun hạt dẫn đa số qua miềntiếp xúc P-N khi phân cực thuận

KT

qU s

Nhận xét: Mặt ghép P-N dẫn điện mạnh khi phân cực thuận

và hầu nh không dẫn điện khi phân cực ngợc , đó là tính chất dẫn

điện một chiều (tính chất chỉnh lu) của mặt ghép P-N

II Điốt bán dẫn và ứng dụng

Điôt bán dẫn là tên gọi chung của một họ linh kiện hai cực, cấutạo cơ bản dựa trên chuyển tiếp P-N Điện cực nối với bán dẫn P gọi

là anốt, nối với bán dẫn N gọi là katốt Nguyên lý hoạt động và đặctuyến vôn-ampe của chuyển tiếp P-N thể hiện tính chất dẫn điệntheo một chiều Sử dụng tính chất này, ngời ta chế tạo ra điốtchỉnh lu, điôt tách sóng v v Bên cạnh đó, ngời ta lợi dụng cảnhững đặc tính khác và chế tạo ra những loại điôt chuyên dụng

37

Hình 2.7 : Tiếp xúc P-N khi

phân cực thuận

Dới đây giới thiệu vài điôt thờng gặp cùng những thông số

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)

Dơng (+) nguồn đặt tại K; âm (-) nguồn đặt tại A Điện trờngngoài Eng cùng chiều ETX , 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 đẩy sang P sẽhình thành dòng điện và gọi đó là dòng điện ngợc, dòng điệnngợc là dòng của các hạt thiểu số, nhng nồng độ hạt dân thiểu sốvốn 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 có tên là dòng ngợc bão hoà, hình 2.9a

• Điôt phân cực thuận

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 làm cho vùng nghèo bị thu hẹp Xuất hiện dòng điện qua

điốt Ith (dòng điện thuận) trị số của dòng này rất lớn hơn dòng

điện ngợc và tăng nhanh theo điện áp thuận E, hình 2.9b

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 điệntrở tải khi đó điện trở của điốt Rd là rất nhỏ và coi nó ≈0

• Đặc tuyến Vol – Ampe của điốt

Từ hình 2.10 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 2.10) thìdòng ngợc tăng vọt, nếu không có biện pháp hạn chế dòng điện

để ngăn ngừa sự vợt quá công suất cho phép thì quá trình đánhthủng này sẽ làm hỏng điôt

* Các tham số của điôt.

- Điện trở một chiều hay còn gọi là điện trở tĩnh R 0

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)

0 20 40

Ung(V)

1 2 3

γ

U

Độ dốc

1/rd

( )

I

U

Điện trở một chiều R0 chính là nghịch đảo góc nghiên 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

- Điện trở động R i

Là một tham số quan trộng và đợc xác định là số nghịch đảocủa góc nghiêng của tiếp tuyến với đặc tuyến Vôn - Ampe, nghĩa

là Ri tỉ lệ với cotang góc nghiêng của tiếp tuyến với đặc tuyến Vôn

- Ampe ở điểm làm việc tĩnh của điôt

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 lớp tiếpxúc tăng lên theo sự tăng của điện áp ngợc và mật độ điện tíchtrong vùng điện tích không gian tăng lên theo điện áp ngợc Sựtăng 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:

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 đánhthủng)

- 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

2 Phân loại điốt và ứng dụng

a Điôt cao tần

* Ký hiệu: Hình 1.11 ký hiệu trên mạch điện của điốt tiếp

điểm

* 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

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 điện

42

Hình 2.11 Ký hiệu điôt cao tần

cảm ký sinh bé, dễ dàng mắc trực tiếp vào các ống dẫn sónghoặc hốc cộng hởng của các thiết bị siêu cao tần.

b Điôt Zener

* Ký hiệu: Hình 2.13

* Cấu tạo và đặc điểm:

Về cấu tạo vẫn là chuyển tiếp P-N, nhng chế tạo bằng vật liệuchịu nhiệt và toả nhiệt tốt, do đó khi điện áp ngợc đủ lớn sẽ sảy raquá trình đánh thủng về điện (đánh thủng thác lũ hoặc đánhthủng tunen) mà ít khi đánh thủng về nhiệt, nghĩa là không pháhỏng điôt Đặc tuyến vôn – ampe trong quá trình đánh thủng gần

nh song song với trục dòng điện, nghĩa là điện áp giữa katôt vàanôt hầu nh không đổi (hình 2.13, đoạn AB)

Ngời ta lợi dụng u điểm

này để dùng điôt Zener làm

phần tử ổn định điện áp 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)

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

Ith(mA)

Uth(V) 0

-2 -4

U

Z

-6 A