Slide điện tử cho công nghệ thông tin đại học bách khoa hà nội

Cấu trúc nguyên tử§ Nguyên tử được cấu thành từ: Proton mang điện tích dương Neutron trung hoà điện Electron mang điện tích âm § Nguyên tử được cấu thành từ: Proton mang điện tíc

Trang 1

Electronics for Information Technology

Nguyễn Thị Thanh Nga

Bộ môn KTMT – Viện CNTT & TT Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

1

Thông tin liên hệ

§ Giáo viên: Nguyễn Thị Thanh Nga

§ Bộ môn Kỹ thuật Máy tính,

Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông

Trang 2

Một số tài liệu tham khảo:

§ Introductory Circuit Analysis, 10 th edition, Boylestad

§ Electronic Device and Circuit Theory (2013), Robert L.Boylestad, Louis

Nashelsky

§ Microelectronics circuit analysis and design, 4 th edition, Donal A.Neamen

§ Digital Electronics: Principles, Devices and Applications (2017), Anil

Chương 1: Khái niệm chung về Điện tử cho CNTT

Chương 2: Cấu kiện điện tử

Chương 3: Mạch điện tử cơ bản

§ Phần 2

Chương 1: Cơ sở lý thuyết mạch số

Chương 2: Các cổng logic cơ bản

Chương 3: Các mạch tổ hợp

Chương 4: Các mạch dãy

4cuu duong than cong com

Trang 3

cuu duong than cong com

Trang 4

Mức năng lượng

§ Một điện tử trong vùng hóa trị của Si phải hấp thụ 1 lượng

năng lượng lớn hơn điện tử trong vùng hóa trị của Ge để

trở thành điện tử tự do

7

2.1 Lý thuyết vùng năng lượng trong chất rắn

§ Là chất bán dẫn có độ dẫn điện ở mức trung gian

giữa chất dẫn điện và chất cách điện, hoạt động như một

chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt

độ phòng

§ Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp

chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau

§ Được chia thành 2 loại:

Trang 5

Cấu trúc nguyên tử

§ Nguyên tử được cấu thành từ:

Proton mang điện tích dương

Neutron trung hoà điện

Electron mang điện tích âm

§ Nguyên tử được cấu thành từ:

Proton mang điện tích dương

Neutron trung hoà điện

Electron mang điện tích âm

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng 2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Hạt nhân

3 electron hoá trị 5 electron hoá trị

Trang 6

Liên kết hoá trị

11

§ Trong tinh thể Si/Ge, 4 electron hoá trị của 1 nguyên tử

liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử xung quanh

11

Liên kết hoá trị

12

§ GaAs là 1 hợp chất bán dẫn nhóm 3-5, mỗi nguyên tử

được bao xung quanh là các nguyên tử loại kia

Trang 7

§ Nhiệt độ càng cao, năng

lượng của các electron

§ Khi các điện tích hoá trị hấp thụ 1 năng lượng đủ lớn, nó

sẽ bứt ra và trở thành điện tích tự do, tạo ra một trạng

thái trống tích điện dương trong liên kết hoá trị tại vị trí

electron vừa rời bỏ

§ Trạng thái này còn được gọi là lỗ trốngcuu duong than cong com

Trang 8

Dòng điện tử và dòng lỗ trống

15

§ Khi nhiệt độ tăng, càng nhiều liên kết hoá trị bị phá vỡ

tạo ra càng nhiều electron tự do và trạng thái trống

§ Bán dẫn thuần (tinh khiết)

§ Bán dẫn pha tạp chất

Trang 9

Bán dẫn thuần (tinh khiết)

17

§ Có mật độ electron tự do bằng với mật độ lỗ trống

§ Trong thực tế, là loại bán dẫn được giảm thiểu tạp chất

tới mức nhỏ nhất theo công nghệ hiện tại

17

Bán dẫn tạp chất

§ Là vật liệu bán dẫn có mật độ electron và mật độ lỗ trống

không bằng nhau bằng cách pha thêm tạp chất

§ Chia thành 2 loại:

Bán dẫn loại n: mật độ electron tự do nhiều hơn

Bán dẫn loại p: mật độ lỗ trống nhiều hơn

Trang 10

19

Bán dẫn loại n

§ Mặc dù dư electron hoá trị nhưng vẫn trung hoà về điện

§ Các electron tự do cần hấp thụ ít năng lượng hơn để

chuyển lên vùng dẫn so với các electron trong liên kết

hoá trị

20

Mức năng lượng cho

E g của vật liệu

bán dẫn thuần

Trang 11

§ Trong bán dẫn loại n: electron là hạt dẫn đa số và lỗ

Trang 12

Lớp tiếp giáp pn

23

§ Hai khối bán dẫn p-n tiếp xúc nhau

§ Do chênh lệch nồng độ → hiện tượng khuếch tán của các

§ Trên đường khuếch tán, các điện tích trái dấu sẽ tái hợp

với nhau → trong một vùng hẹp ở hai bên ranh giới có

nồng độ hạt dẫn giảm xuống rất thấp

§ Tại vùng đó, bên p hầu như chỉ còn ion nhận tích điện

âm, bên n hầu như chỉ còn ion cho tích điện dương

Vùng nghèo

Trang 13

Lớp tiếp giáp pn cân bằng nhiệt

Lớp tiếp giáp pn phân cực ngược

§ Đặt một điện áp dương V R vào đầu n của lớp tiếp giáp pn

§ Hàng rào điện thế tăng → vùng nghèo mở rộng → điện

trở tăng

§ Dòng điện qua chuyển tiếp pn nhỏ và nhanh chóng đạt

trạng thái bão hoà

Trang 14

Lớp tiếp giáp pn phân cực thuận

27

§ Đặt một điện áp dương V Dvào đầu p của lớp tiếp giáp pn

§ Hàng rào điện thế giảm → hạt dẫn đa số tràn qua hàng

rào sang miền đối diện → tình trạng thiếu hạt dẫn trong

vùng nghèo được giảm bớt → bề dày vùng nghèo thu

§ Mối quan hệ lý thuyết giữa điện áp – dòng điện trong lớp

tiếp giáp pn được thể hiện bởi:

§ I S: dòng bão hoà phân cực ngược, (10-18 – 10-12A)

§ V T= 0.026V ở nhiệt độ phòng

§ n: hệ số lý tưởng, 1 ≤ n ≤ 2

Trang 15

Mối quan hệ Volt-Ampere thực tế

29

§ Phân cực ngược: dòng điện ngược gần như = 0

§ Phân cực thuận: dòng điện là hàm mũ của điện áp

29

Điện áp đánh thủng

Phụ thuộc nhiệt độ Phụ thuộc mật độ tạp chất

Trang 16

4 Mô hình và phân tích 1 chiều

5 Mô hình và phân tích xoay chiều

6 Ứng dụng của điôt

32

Trang 17

Khái niệm

§ Cấu tạo: là một linh kiện bán dẫn được tạo thành bằng

cách đặt 2 lớp vật liệu bán dẫn loại p và loại n tiếp giáp

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng 2.3.2 Điôt và ứng dụng

• I S: dòng bão hoà phân cực ngược,

Trang 18

2.3.2 Điôt và ứng dụng

1 Khái niệm

2 Ký hiệu

3 Đặc tính Volt-Ampere

Trang 19

§ Xét mạch chỉnh lưu bao gồm:

Nguồn xoay chiều 𝜐'

Điôt

Điện trở R

Tín hiệu vào trước chỉnh lưu

Trang 20

Điôt lý tưởng

39

§ Mạch tương đương 1 chiều

Trang 21

Phương pháp lặp và phân tích hình học

41

§ Phương pháp lặp sử dụng Thử và sai để tìm ra lời giải.

§ Phân tích hình học vẽ hai phương trình đồng thời, giao

điểm của hai đường chính là lời giải

41

Phương pháp lặp

§ Xét mạch điôt đơn giản:

Mặt khác:

?

Trang 22

Phương pháp lặp

43

§ Xét mạch điôt đơn giản:

Đường tảiĐiểm làm việc Q

Đường đặc tínhdòng điện-điên áp điôt

Trang 23

Phương pháp phân tích hình học

45

Phương pháp phân tích hình học

Trang 24

Mô hình và phân tích 1 chiều

§ Điôt lý tưởng

§ Phương pháp lặp và phân tích hình học

§ Mô hình tuyến tính từng đoạn

47

Mô hình tuyến tính từng đoạn

48

§ Xấp xỉ đặc tính dòng điện – điện áp sử dụng mối quan hệ

tuyến tính hoặc các đường thẳng

Trang 25

49

§ V) < V+: xấp xỉ bằng một đường

// với trục VD ở giá trị dòng = 0

49

§ Khir0 = 0, điện áp qua điôt là 1

hằng số có giá trị V) = V+khi điôt

ở trạng thái dẫn.cuu duong than cong com

Trang 26

1 Khái niệm

2 Ký hiệu

Trang 27

Đặc tính Volt-Ampere xoay chiều

53

§ I DQ: Giá trị dòng tại điểm làm việc

1 chiều của điôt

§ V DQ: Giá trị áp tại điểm làm việc 1

chiều của điôt

53

Phân tích mạch đã đượctuyến tính hoá xung quanhđiểm làm việc

Mô hình và phân tích xoay chiều

§ Lần lượt phân tích 1 chiều và xoay chiều, sử dụng 2

mạch điện tương đương

Xác định chế độ làm

việc (điểm làm việc)

Trang 28

1 Khái niệm

2 Ký hiệu

§ Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - cả chu kỳ

§ Mạch lọc

§ Mạch hạn chế và mạch dịch

Trang 29

Mạch chỉnh lưu

57

Sơ đồ nguồn cung cấp điện áp 1 chiều

57

Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

§ Cho mạch điện:

§ 𝜐4 = ?

Trang 30

Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

59

§ Phương pháp giải: sử dụng phương pháp mô hình tuyến

tính phân đoạn để xác định vùng làm việc tuyến tính

(dẫn hay khoá)

Xác định điều kiện điện áp vào để điôt dẫn Tính toán điện áp

đầu ra trong điều kiện này.

Xác định điều kiện điện áp vào để điôt khoá Tính toán điện áp

đầu ra trong điều kiện này.

Trang 31

§ Tìm điện áp đầu ra?

Trang 32

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

63

• Nửa dương của chu kỳ • Nửa âm của chu kỳ

• Điện áp đầu ra

63

Mạch lọc

64

§ Tìm điện áp ra?

Trang 33

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ với bộ lọc RC

65

Mạch hạn chế

Trang 34

Mạch hạn chế

67

Trang 35

§ Xét mạch sau:

Mạch điện

Đặc tính truyền điện ápcuu duong than cong com

Trang 36

Mạch nhiều điôt

71

§ Tìm hiểu kỹ thuật phân tích mạch chứa nhiều hơn 1 điôt

§ Sử dụng phương pháp tuyến tính từng đoạn, thông qua

đặc tính truyền điện áp có thể thấy vùng dẫn/thông và

vùng khoá/không thông của điôt

§ Với mạch nhiều điôt, các điôt có thể ở trạng thái

khoá/dẫn → Có sự kết hợp trạng thái

Trang 37

§ Đặc tính truyền điện áp:

Trang 38

Phương pháp giải mạch nhiều điôt

75

§ Đối với mạch nhiều điôt, cần phải biết trạng thái hoạt động

của mỗi linh kiện là dẫn hay khoá

1 Giả thiết trạng thái của 1 điôt

§ Nếu dẫn, V) = V+

§ Nếu khoá, I) = 0.

2 Phân tích mạch tuyến tính với các trạng thái điôt đã giả thiết.

3 Đánh giá trạng thái kết quả của mỗi điôt

§ Nếu giả thiết ban đầu là khoá, và kết quả phân tích cho thấyI) = 0 và V) ≤

V+ thì giả thiết là đúng Ngược lại, nếu I) > 0 và/hoặc V ) > V+ thì giả thiết là

không chính xác.

§ Tương tự, nếu giả thiết ban đầu là dẫn, và kết quả phân tích cho thấyI) ≥ 0

và V) = V+ thì giả thiết là đúng Ngược lại, nếu I) < 0 và/hoặc V) < V+ thì

giả thiết là không chính xác.

4 Nếu giả thiết không chính xác thì cần đặt giả thiết mới, phân tích

mạch tuyến tính mới và lặp lại bước 3.

75

Mạch nhiều điôt – Ví dụ 2.1

76

§ Giả thiết D 1 khoá

§ Điện áp ra:

Chính xáccuu duong than cong com

Trang 39

§ Xét mạch sau:

§ Tìm:

Trang 40

Mạch nhiều điôt – Ví dụ 2.2

79

§ Giả thiết: D 1 , D 3 dẫn, D 2khoá

§ Tính được:

D2 Khoá

Trang 41

Mạch nhiều điôt – Bài tập 2.1

Trang 42

83

84

Trang 43

85

Trang 44

87

88

Trang 45

89

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	8,31 MB