Bài giảng Cấu kiện điện tử & quang điện tử - Trần Thục Linh

380 trang ngocly 2400

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cấu kiện điện tử & quang điện tử - Trần Thục Linh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cau_kien_dien_tu_quang_dien_tu_tran_thuc_linh.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cấu kiện điện tử & quang điện tử - Trần Thục Linh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Giảng viên: ThS. TrầnThụcLinh Điệnthoại/E-mail: 0914932955/thuclinh_dt@yahoo.com Bộ môn: Kỹ thuật điệntử - Khoa Kỹ thuật điệntử 1 Họckỳ/Nămbiênsoạn: 2/2009
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nội dung môn học Chương 1- Giớithiệu chung Chương 2- Cấukiệnthụđộng Chương 3- Vậtlýbándẫn Chương 4- Diode (Điốt) Chương 5- BJT (Transistor lưỡng cực) Chương 6- FET (Transistor hiệu ứng trường) Chương 7- Thyristors: SCR – Triac – Diac - UJT Chương 8- Cấukiện quang điệntử GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tài liệuhọctập Tài liệu chính: Slide bài giảng Bài giảng Cấukiện điệntử và quang điệntử, Đỗ Mạnh Hà, Họcviện CNBCVT, 2009-2010 Tài liệuthamkhảo: Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition, Robert Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall International, Inc, 2006. Linh kiện bán dẫnvàvi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005 Giáo trình Cấukiện điệntử và quang điệntử, TrầnThị Cầm, Họcviện CNBCVT, 2002 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Yêu cầumônhọc Sinh viên phải đọctrướccácslide bài giảng trướckhilênlớp Tích cựctrả lờivàđặtcâuhỏitrênlớphoặc qua email củaGV Làm bài tậpthường xuyên, nộpvở bài tậpbấtcứ khi nào Giảng viên yêu cầu Tự thực hành theo yêu cầuvới các phầnmềmEDA Điểmmônhọc: Kiểmtra: -Câuhỏingắn Chuyên cần : 10 % -Bàitập Kiểm tra giữa kỳ: 10 % Thi kết thúc: Thí nghiệm : 10 % -Lýthuyết: + Trắc nghiệm Thi kết thúc : 70 % + Câu hỏingắn -Bàitập GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 1- Giớithiệu chung 1. Giớithiệu chung về cấukiện điệntử 2. Phân loạicấukiện điệntử 3. Giớithiệuvề vậtliệu điệntử 4. GiớithiệucácphầnmềmEDA hỗ trợ môn học GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1. Giớithiệu chung về Cấukiện điệntử Cấukiện điệntử là các phầntử linh kiên rờirạc, mạch tích hợp(IC) tạo nên mạch điệntử, hệ thống điệntử Cấukiện ĐT ứng dụng trong nhiềulĩnh vực. Nổibậtnhất là ứng dụng trong lĩnh vực điệntử -viễn thông, CNTT Cấukiện ĐT rất phong phú, nhiềuchủng loại đadạng Công nghệ chế tạolinhkiện điệntử phát triểnmạnh mẽ, tạoranhững vi mạch có mật độ rấtlớn(Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor, ) Xu thế các cấukiện điệntử có mật độ tích hợp ngày càng cao, tính năng mạnh, tốc độ lớn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Vi mạch và ứng dụng Processors CPU, DSP, Controllers Memory chips RAM, ROM, EEPROM Analog Thông tin di động, xử lý audio/video Programmable PLA, FPGA Embedded systems Thiếtbị ô tô, nhà máy Network cards System-on-chip (SoC) Ảnh: amazon.com GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Ứng dụng của linh kiện điệntử Chips Sand Chips on Silicon wafers GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (1) Các cấukiện bán dẫnnhư diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) có thể tìm thấykhắpnơi trong cuộcsống (Walkman, TV, ôtô, máy giặt, máy điều hoà, máy tính, ). Những thiếtbị này có chấtlượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn PCs minh hoạ rấtrõxuhướng này Nhân tố chính đem lạisự phát triển thành công củanềncông nghiệpmáytínhlàviệc thông qua các kỹ thuậtvàkỹ năng công nghiệptiêntiếnngườitachế tạo được các transistor vớikích thước ngày càng nhỏ→giảm giá thành và công suất Bài họckhámphácácđặc tính bên trong củathiếtbị bán dẫn → SV hiểu đượcmối quan hệ giữacấutạohìnhhọcvàcác tham số củavậtliệu; hiểu đượccácđặc tính vềđiệncủa chúng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (2) Audion (Triode) 1906, Lee De Forest 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve 1940 Russel Ohl (PN junction) 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) 1952 Geoffrey W. A. Dummer (IC concept) 1954 First commercial silicon transistor First point contact transistor 1955 First field effect transistor - FET (germanium) 1947, John Bardeen and Walter Brattain Bell Laboratories GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (3) 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) 1958 1959 Planar technology invented 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments 1962 TTL invented First integrated circuit (germanium), 1958 1963 First PMOS IC produced by RCA Jack S. Kilby, Texas Instruments 1963 CMOS invented Contained five components, Frank Wanlass at Fairchild three types: Transistors, resistors and Semiconductor capacitors U. S. patent # 3,356,858 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Đặc điểmpháttriểncủamạch tích hợp(IC) Tỷ lệ giá thành/tính năng củaIC giảm 25% –30% mỗi năm. Số chứcnăng, tốc độ, hiệusuấtchomỗiIC tăng: Kích thước wafer hợptăng Mật độ tích hợptăng nhanh GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Định luậtMOORE GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Phân loạicấukiện điệntử 2.1 Phân loạidựatrênđặctínhvậtlý 2.2 Phân loạidựatrênchứcnăng xử lý tín hiệu 2.3 Phân loạitheoứng dụng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.1 Phân loạidựa trên đặctínhvậtlý Linh kiệnhoạt động trên nguyên lý điệntừ và hiệu ứng bề mặt: điệntrở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS IC từ mật độ thấp đếnmật độ siêu cỡ lớn UVLSI Linh kiệnhoạt động trên nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyểnhoánăng lượng quang điệnnhư pin mặttrời, họ linh kiệnhiểnthị, IC quang điệntử Linh kiệnhoạt động dựa trên nguyên lý cảmbiến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bứcxạ, sinh họcvàcácchủng loại IC thông minh dựatrêncơ sở tổ hợp công nghệ IC truyềnthống và công nghệ chế tạo sensor Linh kiệnhoạt động dựatrênhiệu ứng lượng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện đượcchế tạobằng công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điệntử, Transistor một điệntử, giếng và dây lượng tử, linh kiệnxuyênhầmmột điệntử, GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.2 Phân loạidựa trên chứcnăng xử lý tín hiệu GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.3 Phân loạitheoứng dụng Linh kiệnthụđộng: R,L,C Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý Linh kiệnchỉnh lưucóđiềukhiển Linh kiện quang điệntử: Linh kiện thu quang, phát quang GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3. Giớithiệuvề vậtliệu điệntử 3.1. Chấtcáchđiện 3.2. Chấtdẫn điện 3.3. Vậtliệutừ 3.4. Chấtbándẫn(Chương 3) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cơ sở vậtlýcủavậtliệu điệntử Lý thuyếtvậtlýchấtrắn Lý thuyếtvậtlýcơ họclượng tử Lý thuyếtdảinăng lượng củachấtrắn Lý thuyếtvậtlýbándẫn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lý thuyếtvậtlýchấtrắn Vậtliệu để chế tạophầnlớncáclinhkiện điệntừ là loạivậtliệu tinh thể rắn Cấutrúcđơntinhthể: trongtinhthể rắn nguyên tửđượcsắp xếp theo mộttrậttự nhất định, chỉ cầnbiếtvị trí và mộtvàiđặc tính củamộtsố ít nguyên tử ta có thểđoán vị trí và bảnchất hóa họccủatấtcả các nguyên tử trong mẫu Ở mộtsố vậtliệungườitanhậnthấyrằng các sắpxếp chính xác của các nguyên tử chỉ tồntại chính xác tạicỡ vài nghìn nguyên tử. Những miềncótrậttự như vậy đượcngăncáchbởi bờ biên và dọc theo bờ biên này không có trậttự - cấutrúcđa tinh thể Tính chấttuần hoàn củatinhthể có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất điệncủavậtliệu GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lý thuyếtvậtlýcơ họclượng tử Trong cấu trúc nguyên tử, điệntử chỉ có thể nằmtrêncácmức năng lượng gián đoạnnhất định nào đó-cácmứcnăng lượng nguyên tử Nguyên lý Pauli: mỗi điệntử phảinằmtrênmộtmứcnăng lượng khác nhau Mộtmứcnăng lượng được đặctrưng bởimộtbộ 4 số lượng tử: n – số lượng tử chính: 1, 2, 3, 4 . l – số lượng tử quỹđạo: 0, 1, 2, (n-1) {s, p, d, f, g, h } ml–số lượng tử từ: 0, ±1, ±2, ±3 , ±l ms–số lượng tử spin: ±1/2 n, l tăng thì mứcnăng lượng của nguyên tử tăng, e- đượcsắp xếp ở lớp, phân lớpcónăng lượng nhỏ trước GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Sự hình thành vùng năng lượng (1) Để tạo thành vậtliệugiả sử có N nguyên tử giống nhau ở xa vô tận tiếnlạigầnliênkếtvới nhau: Nếu các NT cách xa nhau đếnmứccóthể coi chúng là hoàn toàn độclậpvới nhau thì vị trí củacácmứcnăng lượng của chúng là hoàn toàn trùng nhau (mộtmức trùng chập) Khi các NT tiếnlạigần nhau đếnkhoảng cách cỡ Ao thì chúng bắt đầutương tác với nhau → không thể coi chúng là độclậpnữa. Kết quả là các mứcnăng lượng nguyên tử không còn trùng chậpnữa mà tách ra thành các mứcnăng lượng rờirạc khác nhau. VD: mức 1s sẽ tạo thành 2N mứcnăng lượng khác nhau Nếusố lượng các NT rấtlớnvàgần nhau thì các mứcnăng lượng rời rạc đórấtgần nhau và tạo thành một vùng năng lượng gầnnhư liên tục Sự tách mộtmứcnăng lượng NT ra thành vùng năng lượng rộng hay hẹpphụ thuộcvàosự tương tác giữacácđiệntử thuộc các NT khác nhau với nhau GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Sự hình thành vùng năng lượng (2) C6 1s22s22p2 Si 14 1s22s22p63s23p2 Ge 32 1s22s22p63s23p63d104s24p2 Sn 50 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2 (Si) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Sự hình thành vùng năng lượng (3) Các vùng năng lượng cho phép xen kẽ nhau, giữa chúng là vùng cấm Các điệntử trong chấtrắnsẽđiền đầyvàocácmứcnăng lượng trong các vùng cho phép từ thấp đếncao Xét trên lớp ngoài cùng: Vùng năng lượng đã được điền đầycácđiệntử hóa trị - “Vùng hóa trị” Vùng năng lượng trống hoặcchưa điền đầy trên vùng hóa trị -“Vùng dẫn” Vùng không cho phép giữa Vùng hóa trị và Vùng dẫn- “Vùng cấm” Tùy theo sự phân bố của các vùng mà tinh thể rắn có tính chất điện khác nhau: Chấtcáchđiện, Chấtdẫn điện, Chấtbándẫn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cấutrúcvùngnăng lượng củavậtchất E Vùng E E dẫn EC Điệntử EC Vùng dẫn EV EG > 2 eV EG < 2 eV EV E E = 0 EV Lỗ trống C G Vùng hoá Vùng trị hoá trị a- Chất cách điện; b - Chất bán dẫn; c- Chấtdẫn điện Độ dẫn điệncủacủavậtchấtcũng tăng theo nhiệt độ Chấtbándẫn: sự mất1 điệntử trong vùng hóa trị sẽ hình thành mộtlỗ trống Cấutrúcvùng năng lượng củakimloại không có vùng cấm, dướitácdụng của điệntrường ngoài các e- tự do có thể nhậnnăng lượng và di chuyểnlên các trạng thái cao hơn, sự di chuyểnnàytạo nên dòng điện GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các loạivậtliệu điệntử Chấtcáchđiện(chất điệnmôi) Chấtdẫn điện Vậtliệutừ Chấtbándẫn(Chương 3) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 26 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.1 CHẤT CÁCH ĐIỆN (CHẤT ĐIỆN MÔI) a. Định nghĩa Là chấtdẫn điệnkém, làcácvậtchấtcóđiệntrở suấtcao(107 ÷ 1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường. Chấtcáchđiệngồmphầnlớn các vậtliệuvôcơ cũng như hữucơ Tính chất ảnh hưởng rấtlớn đếnchấtlượng của linh kiện b. Các tính chấtcủachất điệnmôi b.1 Độ thẩmthấu điệntương đối(hằng sốđiệnmôi-ε) b.2 Độ tổn hao điệnmôi(Pa) b.3 Độ bềnvềđiệncủachất điệnmôi(Eđ.t) b.4 Nhiệt độ chịu đựng b.5 Dòng điện trong chất điệnmôi(I) b.6 Điệntrở cách điệncủachất điệnmôi GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b.1 Hằng sốđiệnmôi C ε= d (kh«ng thø nguyªn) C0 Cd : điện dung củatụđiệnsử dụng chất điệnmôi C0 : điện dung củatụđiệnsử dụng chất điện môi là chân không hoặc không khí ε biểuthị khả năng phân cựccủachất điệnmôi. Chất điện môi dùng làm tụđiệncầncóhằng sốđiệnmôi (ε)lớn, còn chất điện môi dùng làm chấtdẫn điệncóε nhỏ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b.2 Độ tổnhaođiệnmôi(Pa) là công suất điệntổn hao để làm nóng chất điệnmôikhiđặt nó trong điệntrường, đượcxácđịnh thông qua dòng điệnrò. 2 PUa = ωδCtg Trong đó: U là điệnápđặtlêntụđiện(V) C là điện dung củatụđiện dùng chất điệnmôi (F) ω là tầnsố góc (rad/s) tgδ là góc tổn hao điệnmôi Nếutổn hao điện môi trong tụđiệncơ bảnlàdo điệntrở củacácbản cực, dây dẫnvàtiếpgiáp(vd: lớpbạcmỏng trong tụ mi ca và tụ gốm) thì tổn hao điệnmôisẽ tăng tỉ lệ vớibìnhphương củatầnsố: 2 2 2 Pa = U ω C R Thựctế, các tụđiệnlàmviệc ở tầnsố cao cầnphảicócácbảncực, dây dẫnvàtiếpgiápđược tráng bạc để giảm điệntrở của chúng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b3. Độ bềnvềđiệncủachất điệnmôi(Eđ.t) Đặtmộtchất điệnmôivàotrongmột điệntrường, khi tăng cường độ điệntrường lên quá mộtgiátrị giớihạnthìchất điệnmôiđómấtkhả năng cách điện → hiệntượng đánh thủng chất điệnmôi Cường độ điệntrường tương ứng với điểm đánh thủng gọilà độ bềnvềđiệncủachất điệnmôiđó(Eđ.t) U E = ®. t [KV / mm;KV / cm] ®. t d Uđ.t - điệnápđánh thủng chất điệnmôi d - độ dày củachất điệnmôi Hiệntượng đánh thủng chất điệnmôicóthể do nhiệt, do điện và do quá trình điệnhóa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b5. Dòng điện trong chất điệnmôi(I) Dòng điệnchuyểndịch IC.M (dòng điệncảm ứng): đượctạo ra do quá trình chuyểndịch phân cựccủacácđiện tích liên kết trong chất điệnmôixảyrachođếnkhiđạt được trạng thái cân bằng Dòng điệnròIrò : đượctạo ra do các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển động dướitácđộng của điệntrường Nếu dòng rò lớnsẽ làm mất tính chấtcáchđiệncủachất điện môi Dòng điệntổng qua chất điệnmôisẽ là: I = IC.M + Irò Sau khi quá trình phân cựckết thúc thì qua chất điệnmôichỉ còn dòng điệnrò GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân loạivàứng dụng củachất điệnmôi Chất điệnmôithụđộng (vậtliệucáchđiệnvàvậtliệutụđiện): là các vậtchất được dùng làm chấtcáchđiệnvàlàmchất điện môi trong các tụđiệnnhư mi ca, gốm, thuỷ tinh, pôlyme tuyến tính, cao su, sơn, giấy, bộttổng hợp, keo dính, Chất điệnmôitíchcực là các vậtliệucóε có thểđiềukhiển đượcbằng: Điệntrường (VD: gốm, thuỷ tinh, ) Cơ học(chấtápđiệnnhư thạch anh) Ánh sáng (chấthuỳnh quang) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 32 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.2 CHẤT DẪN ĐIỆN a. Định nghĩa là vậtliệucóđộ dẫn điện cao. Trị sốđiệntrở suấtcủanó (khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm) nhỏ hơnso vớicácloạivậtliệu khác Trong tự nhiên chấtdẫn điệncóthể là chấtrắn–kimloại, chất lỏng–kimloại nóng chảy, dung dịch điện phân hoặcchấtkhíở điệntrường cao b. Các tính chấtcủachấtdẫn điện b.1 Điệntrở suất b.2 Hệ số nhiệtcủa điệntrở suất(α) b.3 Hệ số dẫnnhiệt: λ b.4 Công thoát của điệntử trong kim loại b.5 Điệnthế tiếpxúc GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 33 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b.1 Điệntrở suất Điệntrở củavậtliệu trong một đơnvị thiếtdiệnvàchiềudài: S ρ=R[Ω.m],[Ω.mm],[μΩ.m] l b.2 Hệ số nhiệtcủa điệntrở suất(α) biểuthị sự thay đổicủa điệntrở suấtkhinhiệt độ thay đổi100C. Khi nhiệt độ tăng thì điệntrở suấtcũng tăng lên theo quy luật: ρt0=ρ (1 +αt ) b.3 Hệ số dẫnnhiệt: λ [w/ (m.K)] là lượng nhiệttruyền qua một đơnvị diện tích trong một đơnvị thời gian khi gradien nhiệt độ bằng đơnvị ΔT QS=λ t Δl GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 34 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b.4 Công thoát của điệntử trong kim loại: Công thoát củakimloạibiểuthị năng lượng tốithiểucần cung cấpchođiệntửđang chuyển động nhanh nhất ở 00K để điệntử này có thể thoát ra khỏibề mặtkimloại. EW = EB -EF b.5 Điệnthế tiếpxúc Sự chênh lệch thế năng EAB giữa điểmA vàB đượctính theo công thức: A B VAB= EAB = EW2 -EW1 1 2 C GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 35 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân loạivàứng dụng củachấtdẫn điện Chấtdẫn điệncóđiệntrở suấtthấp – Ag, Cu, Al, Sn, Pb và mộtsố hợp kim: thường dùng làm vậtliệudẫn điện Chấtdẫn điệncóđiệntrở suấtcao-Hợpkim Manganin, Constantan, Niken-Crôm, Cacbon: thường dùng để chế tạocácdụng cụđo điện, các điệntrở, biến trở, các dây may so, các thiếtbị nung nóng bằng điện GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 36 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.3 VẬT LIỆU TỪ a. Định nghĩa Vậtliệutừ là vậtliệukhiđặt vào trong mộttừ trường thì nó bị nhiễmtừ b. Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ b.1 Từ trở và từ thẩm b.2 Độ từ thẩmtương đối(μr) b.3 Đường cong từ hóa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 37 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân loạivàứng dụng củavậtliệutừ Vậtliệutừ mềmcóđộ từ thẩmcaovàlực kháng từ nhỏ (μ lớnvàHc nhỏ) để làm lõi biến áp, nam châm điện, lõi cuộncảm Vậtliệutừ cứng có độ từ thẩmnhỏ và lực kháng từ cao Theo ứng dụng thì vậtliệutừ cứng có 2 loại: -Vậtliệu để chế tạo nam châm vĩnh cửu. -Vậtliệutừđểghi âm, ghi hình, giữ âm thanh, v.v Theo công nghệ chế tạothìchiavậtliệutừ cứng thành: -Hợp kim thép được tôi thành Martenxit (là vậtliệu đơngiảnvà rẻ nhất để chế tạo nam châm vĩnh cửu) -Hợp kim lá từ cứng - Nam châm từ bột -Ferittừ cứng: Ferit Bari (BaO.6Fe2O3) để chế tạo nam châm dùng ở tầnsố cao -Băng, sợi kim loạivàkhôngkimloại dùng để ghi âm thanh GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 38 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4. Các phầnmềm EDA hỗ trợ môn học OrCAD: Phân tích, mô phỏng cấukiệnvàmạch điệntử dùng Pspice. Cài đặt các tool sau: + OrCAD Capture CIS + OrCAD Capture CIS Option + PSpice A/D + PSpice Optimizer + PSpice Advanced Analysis + SPECCTRA 6U for OrCAD (Hướng dẫnsử dụng Pspice: Tutorial on Pspice (McGill), Pspice Tutorial (UIUC), CircuitMaker User Manual ) Multisim (R 7)-Electronic Workbench, Circuit Maker, Proteus TINA 7 (Sinhviênnênsử dụng Tina/ Circuit Maker/ OrCAD (R 9.2) để thực hành phân tích, mô phỏng cấukiệnvàmạch điệntửởnhà) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 39 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 2- Cấukiệnthụđộng 1. Điệntrở (Resistor) 2. Tụđiện (Capacitor) 3. Cuộncảm (Inductor) 4. Biếnáp(Transformer) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1. Điệntrở (Resistors) 1.1. Định nghĩa 1.2. Các tham số kỹ thuật đặctrưng của điệntrở 1.3. Ký hiệucủa điệntrở 1.4 Cách ghi và đọc tham số trên thân điệntrở 1.5. Điệntrở cao tầnvàmạch tương đương 1.6. Phân loại GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.1 Định nghĩa Điệntrở -phầntử có chứcnăng ngăncảndòngđiện trong mạch Mức độ ngăncản dòng điện được đặctrưng bởitrị sốđiệntrở U R = I Đơnvịđo: μΩ, mΩ, Ω, kΩ, MΩ, GΩ, TΩ Ứng dụng: định thiên cho các cấukiệnbándẫn, điềukhiểnhệ số khuyếch đại, cốđịnh hằng số thời gian, phốihợptrở kháng, phân áp, tạo nhiệt Kếtcấu đơngiảncủamột điệntrở thường: Mũ chụpvàchânđiệntrở Vỏ bọc Lõi Vậtliệucản điện GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.2 Các tham số kỹ thuậtvàđặctínhcủa điệntrở Trị sốđiệntrở và dung sai Hệ số nhiệtcủa điệntrở Công suất tiêu tán danh định Tạpâmcủa điệntrở GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. Trị sốđiệntrở và dung sai Công thức tính trị số của điệntrở: l ρ - điệntrở suấtcủav/liệu dây dẫncản điện R = ρ ()Ω l - chiều dài dây dẫn S S- tiếtdiệncủa dây dẫn Dung sai hay sai số (Resistor Tolerance): biểuthị mức độ chênh lệch củatrị số thựctế của điệntrở so vớitrị số danh định và được tính theo % R − R t.t d.d 100% R d.d 5 cấp chính xác của điệntrở (tolerance levels): Cấp 005: sai số ± 0,5 % Cấp I: sai số ± 5 % Cấp 01: sai số ± 1 % Cấp II: sai số ± 10 % Cấp III: sai số ± 20 % GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. Hệ số nhiệtcủa điệntrở -TCR TCR (temperature coefficient of resistance): biểuthị sự thay đổitrị số của điệntrở theo nhiệt độ 1 ΔR R TCR = . .106 [ppm/ 0C] ΔR = TCR.ΔT R ΔT 106 TCR có thể âm, bằng 0 hoặcdương tùy loạivậtliệu: Kim loạithuầnthường có TCR >0 Mộtsố hợp kim (constantin, manganin) có TCR = 0 Carbon, than chì có TCR <0 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. Công suất tiêu tán danh định của điệntrở (Pt.t max ) Pt.t max: công suất điệncaonhấtmàđiệntrở có thể chịu đựng đượctrongđiềukiệnbìnhthường, làm việc trong mộtthời gian dài không bị hỏng U 2 P = R.I2 = max [W] t.t.max max R Pt.t.max tiêu chuẩn cho các điệntrở dây quấnnằm trong khoảng từ 1W đến 10W hoặc cao hơn nhiều. Để tỏanhiệtcầnyêucầu diệntíchbề mặtcủa điệntrở phảilớn → các điệntrở công suất cao đềucókíchthướclớn Các điệntrở than là các linh kiện có công suất tiêu tán danh định thấp, khoảng 0,125W; 0,25W; 0,5W; 1W và 2W GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ d. Tạpâmcủa điệntrở Tạpâmcủa điệntrở gồm: Tạp âm nhiệt(Thermal noise): sinh ra do sự chuyển động củacáchạt mang điện bên trong điệntrở do nhiệt độ ERMS = 4.k.R.T.Δf ERMS = the Root-Mean-Square hay điệnáphiệudụng k= Hằng số Boltzman (1,38.10-23) T = nhiệt độ tính theo độ Kelvin (nhiệt độ phòng = 27°C = 300°K) R= điệntrở Δf= Băng thông củamạch tính theo Hz (Δf= f2-f1) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tạp âm dòng điện(Current Noise): sinh do các thay đổi bên trong của điệntrở khi có dòng điệnchạy qua nó ⎛ f ⎞ ⎛U ⎞ NI / 20 ⎜ 2 ⎟ NI = 20log ⎜ noise ⎟ ERMS = U DC .10 log⎜ ⎟ 10 ⎜ ⎟ ⎝ f1 ⎠ ⎝ U DC ⎠ Trong đó: + NI: Noise Index (Hệ số nhiễu) + UDC: điện áp không đổi đặttrên2 đầu điệntrở + Unoise: điệnáptạp âm dòng điện + f1 –> f2: khoảng tầnsố làm việccủa điệntrở Mứctạpâmphụ thuộcchủ yếuvàoloạivậtliệucản điện. Bột than nén có mứctạp âm cao nhất. Màng kim loạivàdâyquấncómứctạpâmrất thấp. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.3 Ký hiệucủa điệntrở trên các sơđồmạch Điệntrở thường Điệntrở công suất 0,25W 0,5W 1 W 10 W Biếntrở Sườn nhôm GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.4 Cách ghi và đọcthamsố trên thân điệntrở (1) Ghi trựctiếp: ghi đầy đủ các tham số chính và đơnvịđotrên thân của điệntrở, vd: 220KΩ 10%, 2W Ghi theo quy ước: có rất nhiềucácquyước khác nhau. Xét mộtsố quy ước thông dụng: Quy ước đơngiản: Không ghi đơnvị Ôm, R (hoặcE) = Ω, M = MΩ, K = KΩ Ví dụ: 2M=2MΩ, 0K47 =0,47KΩ = 470Ω, 100K = 100 KΩ, 220E = 220Ω, R47 = 0,47Ω Quy ướctheomã: Mã này gồmcácchữ số và mộtchữ cái để chỉ % dung sai. Trong các chữ số thì chữ số cuốicùngchỉ số số 0 cần thêm vào. Các chữ cái chỉ % dung sai qui ướcgồm: F = 1 %, G = 2 %, J = 5 %, K = 10 %, M = 20 % Vd: 103F = 10000 Ω±1% = 10K ± 1% 153G = 4703J = GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Màu Giá trị 1.4 Cách ghi và đọcthamsố Đen 0 trên thân điệntrở (2) Nâu 1 Đỏ 2 Quy ướcmầu: Cam 3 Loại 4 vòng màu: Vàng 4 1 2 3 4 Lục 5 Lam 6 (Nâu-đen-đỏ-Không mầu) = Tím 7 Loại5 vạch màu: Xám 8 1 2 3 4 5 Trắng 9 Vàng kim 0,1 / 5% (Nâu-cam-vàng-đỏ-Bạch kim) = Bạch kim 0,001 / 10% Không màu - / 20% GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.5 Điệntrở cao tầnvàmạch tương đương Khi làm việc ở tầnsố cao điệncảmvàđiện dung ký sinh là đáng kể, Sơđồtương đương của điệntrởởtầnsố cao như sau: Tầnsố làm việchiệudụng của điệntrởđượcxácđịnh sao cho sự sai khác giữatrở kháng tương đương củanóso với giá trịđiệntrở danh định không vượt quá dung sai Đặctínhtầnsố của điệntrở phụ thuộcvàocấutrúc, vậtliệu chế tạo Kích thước điệntrở càng nhỏ thì đặc tính tầnsố càng tốt, điệntrở cao tầnthường có tỷ lệ kích thướclàtừ 4:1 đến10:1 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.6 Phân loại điệntrở (1) Điệntrở có trị số cốđịnh Điệntrở có trị số thay đổi a. Điệntrở cốđịnh Thường được phân loạitheovậtliệucản điện Điệntrở than tổng hợp (than nén): cấutrúctừ hỗnhợpbột cacbon (bột than chì) được đóng thành khuôn, kích thướcnhỏ và giá thành rấtrẻ Điệntrở than nhiệtgiảihoặc than màng (màng than tinh thể) Điệntrở dây quấn Điệntrở màng hợp kim, màng oxit kim loạihoặc điệntrở miếng. Điệntrở cermet (gốm kim loại) ¾ Ngoài ra còn phân loạitheokếtcấu đầunối để phụcvụ lắp ráp; phân loạitheoloạivỏ bọc để dùng ở những môi trường khác nhau; phân loại theo loại ứng dụng . GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.6 Phân loại điệntrở (2) b. Biếntrở Dạng kiểm soát dòng công suấtlớn dùng dây quấn(ítgặp trong các mạch điệntrở) Chiếtáp: so với điệntrở cốđịnh thì chiếtápcóthêmmộtkếtcấu con chạygắnvớimộttrụcxoayđể điềuchỉnh trị sốđiệntrở. Con chạycókếtcấukiểuxoay(chiết áp xoay) hoặctheokiểutrượt (chiếtáptrượt). Chiếtápcó3 đầura, đầugiữa ứng vớicon trượt còn hai đầu ứng vớihaiđầucủa điệntrở a. loạikiểm soát dòng b. loạichiếtáp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mộtsốđiệntrởđặcbiệt Điệntrở nhiệt: Tecmixto Tecmixto t0 Điệntrở Varixto: VDR Điệntrở Mêgôm: có trị sốđiệntrở từ 108 ÷ 1015 Ω Điệntrở cao áp: điệntrở chịu được điệnápcao5 KV ÷ 20 KV Điệntrở chuẩn: các điệntrở dùng vậtliệu dây quấn đặcbiệtcó độ ổn định cao Mạng điệntrở: là mộtloạivi mạch tích hợp có 2 hàng chân. Một phương pháp chế tạo là dùng công nghệ màng mỏng, trong đó dung dịch chấtdẫn điện đượclắng đọng trong mộthìnhdạng theo yêu cầu. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Tụđiện (Capacitors) 2.1. Định nghĩa 2.2. Các tham số kỹ thuật đặctrưng củatụđiện 2.3. Ký hiệucủatụđiện 2.4 Cách ghi và đọc tham số trên tụđiện 2.5. Sơđồtương đương 2.6. Phân loại GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.1 Định nghĩa Tụđiệnlàlinhkiện dùng để chứa điện tích. Mộttụđiệnlýtưởng có điện tích ở bảncựctỉ lệ thuậnvớihiệu điệnthếđặt trên nó theo công thức: Q = C . U [culông] Bảncực Điện dung củatụđiện C [F] Chân tụ Q ε ε .S C = = r 0 Chất điệnmôi U d Vỏ bọc ĐơnvịđoC: F, μF, nF, pF εr -hằng sốđiệnmôicủachất điệnmôi ε0 -hằng sốđiệnmôicủa không khí hay chân không 1 ε = = 8,84.10−12 0 36π.109 S – d/tích hữudụng củabảncực[m2]; d – kh/cách giữa2 bảncực[m] GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.2 Các tham số kỹ thuật đặctrưng củatụđiện Trị số dung lượng và dung sai Điệnáplàmviệc Hệ số nhiệt Dòng điệnrò Sự phân cực GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. Trị số dung lượng (C) Dung sai củatụđiện: là tham số chỉđộchính xác củatrị số dung lượng thựctế so vớitrị số danh định củanó Dung sai củatụđiện: C − C t.t d.d .100% Cd.d b. Điệnáplàmviệc: Điệnápcực đạicóthể cung cấpcho tụđiệnhay còngọilà"điệnáplàmviệcmộtchiều“, nếu quá điệnápnàylớpcáchđiệnsẽ bịđánh thủng và làm hỏng tụ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. Hệ số nhiệtcủatụđiện Mỗimộtloạitụđiệnchịumột ảnh hưởng vớikhoảng nhiệt độ do nhà sảnxuấtxácđịnh. Khoảng nhiệt độ tiêu chuẩnthường từ: -200C đến +650C -400C đến +650C -550C đến +1250C Để đánh giá sự thay đổicủatrị sốđiện dung khi nhiệt độ thay đổingười ta dùng hệ số nhiệtcủatụ diệnTCC 1CΔ TCC = .1060 [ppm/ C] CTΔ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ d. Dòng điệnrò Do chấtcáchđiện đặtgiữa2 bảncực nên sẽ có một dòng điện rò rấtbéchạy qua giữa2 bảncựccủatụđiện. Trị số Irò phụ thuộcvàođiệntrở cách điệncủachất điệnmôi Tụđiện màng Plastic có điệntrở cách điệncaohơn 100000 MΩ, còn tụđiện điệngiải thì dòng điệnròcóthể lên tớivàiμA khi điệnápđặt vào 2 bảncựccủatụ chỉ 10 V Đốivới điện áp xoay chiều, tổn hao công suấttrongtụđược thể hiệnqua hệ số tổn hao D: 1 P D = = th Q Ppk Tụ tổn hao nhỏ dùng sơđồtương đương nốitiếp Tụ tổn hao lớn dùng sơđồtương đương song song GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ e. Sự phân cực Các tụđiện điệngiải ở các chân tụ thường có đánh dấu cựctínhdương (dấu+) hoặcâm(dấu -) gọilàsự phân cựccủatụđiện Khi sử dụng phải đấutụ vào mạch sao cho đúng cựctính củatụ. Như vậychỉ sử dụng loạitụ này vào những vị trí có điệnáplàmviệc không thay đổicực tính GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.3 Ký hiệucủatụ + + Tụ thường TụđiệngiảiTụ có điện dung thay đổi Tụđiệnlớnthường có tham sốđiện dung ghi trựctiếp, tụ điệnnhỏ thường dùng mã: XYZ = XY * 10Z pF GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.4 Cách đọcvàghitrị số trên tụ Hai tham số quan trọng nhấtthường được ghi trên thân tụđiệnlàtrị sốđiện dung (kèm theo dung sai sảnxuất) và điệnáplàmviệc(điện áp lớnnhất). Có 2 cách ghi cơ bản: Ghi trựctiếp: cách ghi đầy đủ các tham số và đơnvịđocủa chúng. Cách này chỉ dùng cho các loạitụđiệncókíchthướclớn. Ví dụ: trên thân mộttụ mi ca có ghi: 5.000PF ± 20% 600V Ghi gián tiếp theo qui ước: + Qui ướcsố: Cách ghi này thường gặp ở các tụ Pôlystylen Ví dụ 1: Trên thân tụ có ghi 47/ 630: tứcgiátrịđiện dung là 47 pF, điệnáplàmviệcmộtchiều là 630 Vdc. Ví dụ 2: Trên thân tụ có ghi 0.01/100: tứclàgiátrịđiện dung là 0,01 μF và điệnáplàmviệcmộtchiều là 100 Vdc. + Quy ướctheomã:Giống nhưđiệntrở: 123K/50V =12000 pF ± 10% và điệnáplàmviệclớnnhất50 Vdc GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ +Quy ướctheomàu: Loạicó4 vạch màu: Hai vạch đầulàsố có nghĩathựccủanó Vạch thứ ba là số nhân (đơnvị pF) hoặcsố số 0 cần thêm vào Vạch thứ tư chỉđiệnáplàmviệc. Loạicó5 vạch màu: Ba vạch màu đầugiống như loai 4 vạch màu Vạch màu thứ tư chỉ % dung sai Vạch màu thứ 5 chỉđiệnáplàmviệc TCC 1 1 1 2 3 2 3 2 3 4 4 4 5 + Tụ hình ống Tụ hình kẹoTụ Tantan GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 26 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.5 Sơđồtương đương củatụ RP RL L RS RS C C C a. Sơđồtương đương b. Sơđồtương đương c. sơđồtương đương tổng quát song song nốitiếp L - là điệncảmcủa đầunối, dây dẫn(ở tầnsố thấpL ≈ 0) RS -làđiệntrở của đầunối, dây dẫnvàbảncực(RS thường rấtnhỏ) RP -làđiệntrở rò củachấtcáchđiệnvàvỏ bọc. RL, RS -làđiệntrở rò củachấtcáchđiện C - là tụđiệnlýtưởng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.6 Phân loạitụđiện Tụđiệncótrị sốđiện dung cốđịnh Tụđiệncótrị sốđiện dung thay đổi được a. Tụđiệncótrị sốđiện dung cốđịnh: Tụ giấy: chất điệnmôilàgiấy, thường có trị sốđiện dung khoảng từ 500 pF đến 50 μF và điệnáplàmviệc đến 600 Vdc. Tụ giấy có giá thành rẻ nhấtso vớicácloạitụ có cùng trị sốđiện dung. Ưu điểm: kích thướcnhỏ, điện dung lớn. Nhược điểm: Tổn hao điệnmôilớn, TCC lớn. Tụ màng chấtdẻo: chất điệnmôilàchấtdẻo, có điệntrở cách điệnlớnhơn 100000 MΩ. Điệnáplàmviệccao khoảng 600V. Tụ màng chấtdẻonhỏ hơntụ giấynhưng đắthơn. Giá trịđiện dung củatụ tiêu chuẩnnằmtrong khoảng từ 5 pF đến0,47 μF GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tụ mi ca: chất điệnmôilàmi ca, tụ mi ca tiêu chuẩncógiátrị điện dung khoảng từ 1 pF đến0,1 μF và điệnáplàmviệccao đến 3500V Nhược điểm: giá thành củatụ cao. Ưu điểm:Tổnhaođiện môi nhỏ, Điệntrở cách điệnrất cao, chịu được nhiệt độ cao. Tụ gốm: chất điệnmôilàgốm. Giá trịđiện dung củatụ gốm tiêu chuẩnkhoảng từ 1 pF đến0,1 μF, với điệnáplàmviệcmột chiều đến 1000 Vdc. Đặc điểmcủatụ gốmlàkíchthướcnhỏ, điện dung lớn, có tính ổn định rấttốt, có thể làm việc lâu dài mà không lão hoá. Tụ dầu: chất điệnmôilàdầu. Tụ dầucóđiện dung lớn, chịu được điệnápcao Có tính năng cách điệntốt, có thể chế tạothànhtụ cao áp Kếtcấu đơngiản, dễ sảnxuất GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tụđiệngiải nhôm: Cấutrúccơ bảngiống tụ giấy. Hai lá nhôm mỏng làm hai bảncực đặt cách nhau bằng lớpvảimỏng được tẩmchất điện phân (dung dịch điện phân), sau đó đượcquấn lại và cho vào trong mộtkhốitrụ bằng nhôm để bảovệ. Thường làm việcvới điệnápmộtchiều > 400 Vdc, trong trường hợpnàyđiện dung không quá 100 μF. Điệnáplàmviệcthấpvà dòng rò tương đốilớn Tụ tantan (chất điệngiải Tantan): là mộtloạitụđiệngiải. Bột tantan đượccôđặc thành dạng hình trụ, sau đó đượcnhấn chìm vào mộthộpchứachất điện phân. Dung dịch điện phân sẽ thấmvàochất tantan. Khi đặtmột điệnápmộtchiều lên hai chân tụ thì mộtlớpoxitmỏng đượctạo thành ở vùng tiếpxúc củachất điệnphânvàtantan. Tụ tantan có điệnáplàmviệclênđến 630 Vdc nhưng giá trị điện dung chỉ khoảng 3,5 μF. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. Tụđiệncótrị sốđiện dung thay đổi Loại đadụng còn gọilàtụ xoay: Tụ xoay được dùng làm tụ điềuchỉnh thu sóng trong các máy thu thanh, v.v Tụ xoay có thể có 1 ngănhoặcnhiềungăn. Mỗingăncócácláđộng xen kẽ, đối nhau vớicáclátĩnh (lá giữ cốđịnh) chế tạotừ nhôm. Chất điệnmôicóthể là không khí, mi ca, màng chấtdẻo, gốm Tụ vi điềuchỉnh (Trimcap) có nhiềukiểu. Chất điệnmôicũng dùng nhiềuloạinhư không khí, màng chấtdẻo, thuỷ tinh hình ống Trong các loại Trimcap chuyên dùng, thường gặpnhấtlà loạichất điệnmôigốm. Để thay đổitrị sốđiện dung ta thay đổi vị trí giữa hai lá động và lá tĩnh. Khoảng điềuchỉnh củatụ từ 1,5 pF đến 3 pF, hoặctừ 7 pF đến 45 pF và từ 20 pF đến120 pF tuỳ theo hệ số nhiệtcầnthiết GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Ứng dụng Tụ liên lạc: ngăncáchđược dòng mộtchiềugiữamạch này vớimạch khác nhưng lạidẫn dòng điện xoay chiều đi qua Tụ thoát: dùng để triệtbỏ tín hiệu không cầnthiếttừ một điểm trên mạch xuống đất(vídụ: tạpâm) Tụ cộng hưởng: dùng làm phầntử dung kháng trong các mạch cộng hưởng LC Tụ lọc: dùng trong mạch lọc. Các tụ trong nhóm đadụng dùng để liên lạc, lọcnguồn điện, thoát tín hiệu ngoài ra tụ còn dùng để trữ năng lượng, định thời Do có tính nạp điện và phóng điện, tụ còn dùng để tạomạch định giờ, mạch phát sóng răng cưa, mạch vi phân và tích phân. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 32 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mộtsố hình ảnh củaTụđiện Tụ hoá (Electrolytic Capacitors) Tụ Tantan (Tantalum Capacitors) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 33 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tụ gốm ( Ceramic Capacitors ) Tụ gốm nhiềutầng (Multilayer Ceramic Capacitors ) Tụ Mica Tụ film nhựa (Polystyrene Film Capacitors) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 34 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Biến dung Tụ gốmdánbề mặt Tụ Tantan Tụ hóa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 35 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3. Cuộncảm (Inductor) 3.1. Định nghĩa 3.2 Ký hiệucủacuộncảm 3.3 Các tham số kỹ thuật đặctrưng củacuộncảm 3.4 Cách ghi và đọc tham số trên cuộncảm 3.5 Mạch tương đương 3.6 Phân loại GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 36 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.1 Định nghĩa Cuộncảmlàphầntử sinh ra hiệntượng tự cảm khi dòng điệnchạy qua nó biếnthiên. Khi dòng điện qua cuộncảmbiếnthiênsẽ tạoratừ thông thay đổivàmộtsức điện động đượccảm ứng ngay trong cuộncảmhoặccóthể cảm ứng mộtsức điện động sang cuộncảmkề cậnvớinó Mức độ cảm ứng trong mỗitrường hợpphụ thuộcvàođộ tự cảmcủacuộncảmhoặcsự hỗ cảmgiữahaicuộncảm. Các cuộncảm đượccấu trúc để có giá trịđộcảm ứng xác định. Cuộncảmcũng có thểđấunốitiếphoặc song song. Ngay cả một đoạndâydẫnngắnnhấtcũng có sự cảm ứng. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 37 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.2 Ký hiệucủacuộncảm L Cuộn dây lõi Ferit L Cuộndâylõisắttừ L Cuộn dây lõi không khí GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 38 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.3 Các tham số kỹ thuật đặctrưng củacuộncảm Độ tự cảm(L) Hệ số phẩmchấtcủacuộncảm(Q) Tầnsố làm việcgiớihạn(fg.h) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 39 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. Độ tự cảm(L) S L = μ.N 2. l Trong đó: S - tiếtdiệncủacuộn dây (m2) N - số vòng dây l - chiều dài củacuộn dây (m) μ - độ từ thẩmtuyệt đốicủavậtliệu lõi (H/ m); μ = μr. μ0 Đơnvịđo: μH, mH, H Độ từ thẩmtuyệt đốicủamộtsố loạivậtliệu: Chân không: 4π x 10-7 H/m Ferrite T38 1.26x10-2 H/m Không khí: 1.257x10-6 H/m Ferrite U M33 9.42x10-4 H/m Nickel 7.54x10-4 H/m Iron 6.28x10-3 H/m Silicon GO steel 5.03x10-2 H/m supermalloy 1.26 H/m GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 40 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Dung sai của độ tự cảm: là tham số chỉđộchính xác của độ tự cảmthựctế so vớitrị số danh định củanó L − L t.t d.d .100% Ld.d Mộtcuộncảmlýtưởng không có tổn hao khi có dòng điệnchạy qua, thựctế luôn có tổn hao do công suất điệntổn hao để làm nóng cuộndây. Tổn hao này biểuthị bởi điệntrở tổn hao RS b. Hệ số phẩmchấtcủacuộncảm(Q) Q dùng để đánh giá chấtlượng củacuộncảm. Cuộncảmtổn hao nhỏ dùng sơđồtương đương nốitiếp, cuộncảmtổn hao lớn dùng sơđồtương đương song song. L LRS Rp P 1 pk X L ωL 1 P R R Q = = = = pk P p nt Q// = = = = D Pth RS RS D Pth X L ωL GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 41 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. Tầnsố làm việcgiớihạn(fg.h) Khi tầnsố làm việcnhỏ, bỏ qua điện dung phân tán giữacác vòng dây củacuộncảm, nhưng khi làm việc ở tầnsố cao điện dung này là đáng kể Do đó ở tầnsốđủcao cuộncảmtrở thành mộtmạch cộng hưởng song song. Tầnsố cộng hưởng củamạch cộng hưởng song song này gọilàtầnsố cộng hưởng riêng củacuộn dây f0 Nếucuộndâylàmviệc ở tầnsố > tầnsố cộng hưởng riêng này thì cuộn dây mang dung tính nhiềuhơn. Do đótầnsố làm việc cao nhấtcủacuộn dây phảithấphơntầnsố cộng hưởng riêng của nó. 1 f < f = f = lvmax gh 0 2π LC GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 42 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.4 Cách ghi và đọcthamsố trên cuộncảm Ghi trựctiếp: cách ghi đầy đủ các tham sốđộtự cảm L, dung sai, loạilõicuộncảm Cách này chỉ dùng cho các loạicuộn cảmcókíchthướclớn. Ghi gián tiếp theo qui ước : Quy ước theo mầu: Dùng cho các cuộncảmnhỏ 1,2,3,4 Vòng màu 1: chỉ số có nghĩathứ nhấthoặcchấmthậpphân Vòng màu 2: chỉ số có nghĩathứ hai hoặcchấmthập phân Vòng màu 3: chỉ số 0 cần thêm vào, đơnvịđolàμH Vòng màu 4: chỉ dung sai %. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 43 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.5 Phân loạivàứng dụng Dựatheoứng dụng: Cuộncộng hưởng –cuộncảm dùng trong các mạch cộng hưởng LC Cuộnlọc –cuộncảm dùng trong các bộ lọcmộtchiều. Cuộnchặn dùng để ngăncản dòng cao tần, v.v Dựa vào loạilõicủacuộncảm: Cuộn dây lõi không khí: Loạicuộn dây không lõi hoặccuốn trên các cốt không từ tính, thường dùng là các cuộncộng hưởng làm việc ở tầnsố cao và siêu cao. Các yêu cầu chính: điệncảmphải ổn định ở tầnsố làm việc, Q cao, điện dung riêng nhỏ, hệ số nhiệtcủa điệncảmthấp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 44 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cuộncảmlõisắtbụi: Dùng bộtsắtnguyênchấttrộnvớichất dính kết không từ tính là lõi cuộncảm, thường dùng ở tầnsố caovàtrungtần. Cuộn dây lõi sắtbụicótổnthấtthấp, đặcbiệt là tổnthất do dòng điệnxoáyngược, và độ từ thẩmthấphơn nhiềuso vớiloạilõisắttừ CuộncảmlõiFerit:thường là các cuộncảmlàmviệc ở tầnsố caovàtrungtần. Lõi Ferit có nhiềuhìnhdạng khác nhau như: thanh, ống, hình chữ E, chữ C, hình xuyến, hình nồi, hạt đậu,v.v Dùng lõi hình xuyếndễ tạo điệncảm cao, tuy vậylại dễ bị bão hòa từ khi có thành phầnmộtchiều Cuộncảmlõisắttừ: Lõi củacuộncảmthường hợpchấtsắt- silic, hoặcsắt- niken . Đây là các cuộncảmlàmviệc ở tầnsố thấp. Dùng dây đồng đã được tráng men cách điệnquấn thành nhiềulớpcócáchđiệngiữacáclớpvàđượctẩmchống ẩm GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 45 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4. Biến áp (Transformer) 4.1. Định nghĩa 4.2. Các tham số kỹ thuậtcủabiếnáp 4.3. Ký hiệucủabiếnáp 4.6. Phân loạivàứng dụng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 46 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4.1. Định nghĩa Biếnáplàthiếtbị gồm 2 hay nhiềucuộn dây ghép hỗ cảmvới nhau để biến đổi điện áp. Cuộndâyđấu vào nguồn điệngọilà cuộnsơ cấp, các cuộn dây khác đấuvàotảigọilàcuộnthứ cấp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 47 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nguyên lý hoạt động củabiếnáp Hoạt động dựa theo nguyên lý cảm ứng điệntừ Hệ số tự cảmcủacuộnsơ cấp, thứ cấp: S S L = μ.N 2 L = μ.N 2 1 1 l 2 2 l Khi dòng điệnI1 biến thiên tạoratừ thông biến thiên, từ thông này liên kết sang cuộnthứ cấpvàtạorađiệnápcảm ứng eL trên cuộnthứ cấp theo hệ số tỉ lệ -hệ số hỗ cảmM. Lượng từ thông liên kếtgiữacuộnsơ cấp sang cuộnthứ cấp được đánh giá bằng hệ số ghép biếnápK GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 48 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4.2. Các tham số kỹ thuậtcủabiếnáp Hệ số ghép biếnápK Điệnápcuộnsơ cấpvàcuộnthứ cấp Dòng điệnsơ cấp và dòng điệnthứ cấp Hiệusuấtcủabiếnáp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 49 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. Hệ số ghép biếnápK M K = L1 L 2 M - hệ số hỗ cảmcủabiếnáp L1 và L2 - hệ số tự cảmcủacuộnsơ cấpvàcuộnthứ cấp tương ứng Khi K = 1 là trường hợp ghép lý tưởng, khi đótoànbộ số từ thông sinh ra do cuộnsơ cấp được đi qua cuộnthứ cấpvàngượclại Thựctế, khi K ≈ 1 gọi là hai cuộn ghép chặt K<<1 gọilàhaicuộn ghép lỏng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 50 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. Điệnápcuộnsơ cấpvàcuộnthứ cấp Điệnápcảm ứng ở cuộnsơ cấpvàthứ cấp quan hệ với nhau theo tỉ số: N 2 U2 N2 N2 :Hệ số biếnáp = K ≈ N1 U1 N1 N1 N1 = N2 thì U1 = U2 → biếnáp1 : 1 N2 > N1 thì U2 > U1 → biếnáptăng áp N2 < N1 thì U2 < U1 → biếnáphạ áp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 51 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. Dòng điệnsơ cấp và dòng điệnthứ cấp d. Hiệusuấtcủabiếnáp Quan hệ giữa dòng điện ở cuộnsơ cấpvàcuộnthứ cấp: I U N N 1 = 2 = K 2 ≈ 2 I2 U1 N1 N1 Hiệusuấtcủabiếnáplàtỉ số giữacôngsuấtravàcôngsuất vàotínhtheo%: P1 - công suất đưavàocuộnsơ cấp P P P - công suấtthuđược ở cuộnthứ cấp η = 2 .100% = 2 .100% 2 Ptổnthất -CS điệnmất mát do tổnthấtcủa P1 P2 + Ptôn thât lõi & của dây cuốn Để giảmtổn hao năng lượng trong lõi sắttừ, dây đồng và từ thông rò người ta dùng loạilõilàmtừ các lá sắttừ mỏng, có quét sơncáchđiện, dùng dây đồng có tiếtdiệnlớn & ghép chặt GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 52 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4.3. Ký hiệucủabiếnáp a. Biếnápâmtần b. Biếnápnguồn lõi sắtvàbiếnáptự ngẫu c. Biếnápcaotần không lõi d. BiếnáplõiFerit e. Biếnáptrungtần GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 53 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4.4 Phân loạivàứng dụng Ứng dụng: biến đổi điệnápxoaychiều dùng để cách ly giữamạch các mạch điện (dùng loạibiến áp có hai cuộndâysơ cấpvàthứ cấpcáchđiệnvới nhau) biến đổitổng trở: dùng biếnápghépchặt biếnápcaotần: dùng để truyền tín hiệucóchọnlọc (dùng loại ghép lỏng Phân loại theo ứng dụng: Biếnápcộng hưởng Biếnápcấp điện(biến áp nguồn) Biếnápâmtần Biến áp xung GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 54 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 3- Chấtbándẫn (Semiconductor) • Định nghĩachấtbándẫn • Cấutrúcmạng tinh thể chấtbándẫn • Chấtbándẫnthuần • Chấtbándẫn không thuần • Dòng điệntrongchấtbándẫn • Độ dẫn điệncủachấtbándẫn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1. Định nghĩa Chấtbándẫnlàvậtchấtcóđiệntrở suấtnằm ở giữatrị sốđiệntrở suất củachấtdẫn điệnvàchất điện môi khi ở nhiệt độ phòng, ρ= 10-4 ÷ 107 Ω.m Chấtbándẫnlàchất mà trong cấutrúcdảinăng lượng có độ rộng vùng cấmlà0<EG<2eV. Chấtbándẫn trong tự nhiên: Bo (B), Indi (In), Gali (Ga) ở nhóm 3, Silic (Si), Gecmani (Ge) thuộc nhóm 4, Asen (As), P, Sb (Antimony) thuộc nhóm 5, Selen (Se), lưuhuỳnh (S) ở nhóm 6, hoặchợpchấtnhư clorua đồng (CuCl), Asenic Canxi CaAs, Oxit đồng CuO, Trong kỹ thuật điệntử hiệnnay sử dụng mộtsố chấtbándẫncócấutrúc đơntinhthể. Quan trọng nhất là hai nguyên tố Gecmani và Silic. Đặc điểmcủacấutrúcmạng tinh thể này là độ dẫn điệncủanórấtnhỏ khi ở nhiệt độ thấpvàsẽ tăng theo lũythừavớisự tăng của nhiệt độ và tăng gấpbộikhicótrộnthêmíttạpchất. Do đó đặc điểmcơ bảncủachấtbán dẫnlàđộ dẫn điệnphụ thuộcnhiều vào nhiệt độ môi trường và nồng độ tạp chất, ngoài ra còn phụ thuộc vào ánh sáng, bứcxạ ion hóa, GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Cấutrúcmạng tinh thể chấtbándẫn đơnSi Mỗi nguyên tử Si liên kếtvới 4 nguyên tử bên cạnh o 2.35A o 5.43A GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cấutrúcmạng tinh thể củachấtbándẫnghép Ga As Chấtbándẫnghép: Hợpchấtcủa các nguyên tử thuộc phân nhóm chính nhóm III và phân nhóm chính nhóm V: GaAs, GaP, GaN, Chúng có ứng dụng quan trọng trong các cấukiệnquangđiệnvàIC tốc độ cao GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3. Chấtbándẫnthuần (Intrinsic semiconductor) Chấtbándẫnmàở mỗi nút củamạng tinh thể củanóchỉ có nguyên tử củamộtloại nguyên tố, ví dụ như các tinh thể Ge (gecmani) Si (silic) nguyên chất 0 VD: tinh thể Si, EG= 1,1eV (tạinhiệt độ 300 K) Dải E Si Si Si dẫn +4 +4 +4 Điệntử E C E < 2 eV Si G Si Si +4 +4 +4 EV Lỗ trống Si Si Si Dải +4 +4 +4 hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Sự tạothànhlỗ trống và điệntử tự do Ở nhiệt độ phòng mộtsố liên kếtcộng Si Si Si hóa trị bị phá vỡ tạorađiệntử tự do và +4 +4 +4 lỗ trống Lỗ trống cũng có khả năng dẫn điện Si nhưđiệntử tự do Si Si +4 +4 +4 Bán dẫnthuầncónồng độ hạtdẫnlỗ Lỗ Điệntử trống và nồng độ hạtdẫn điệntử bằng trốngSi tự do nhau: p = n = p = n Si Si i i +4 +4 +4 Độ dẫn điệncủachấtbándẫn σ: μn - độ linh động của điệntử tự do μp - độ linh động củalỗ trống σ=(n.μnp+p.μ ).q q – điện tích của điệntử q=1,6.10-19C J – mật độ dòng điệnkhichấtbándẫn J(= n.μ+npp.μ).q.E=σ.E đặttrongđiệntrường ngoài E: GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các thuậtngữ Nồng độ điệntử tự do trong chấtbándẫn (Electron Concentration): -3 n [cm ] - số lượng điệntử tự do trong một đơnvị thể tích chấtbándẫn(ni, nn, np) Nồng độ lỗ trống trong chấtbándẫn (Hole Concentration):p [cm-3] - số lượng lỗ trống trong một đơnvị thể tích chấtbándẫn(pi, pn, pp) 2 Độ linh động của điệntử tự do (Electron Mobility): μn[cm /(V.s)] –Thamsố xác định mức độ phân tán của điệntử trong chấtbándẫn, tỉ lệ thuậnvớivận tốc khuyếch tán của điệntử và cường độ trường điệntừ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ điệntử và độ dẫn điệncủachấtbándẫn 2 Độ linh động củalỗ trống (Hole Mobility) : μp[cm /(V.s)] - Tham số xác định mức độ phân tán củalỗ trống trong chấtbándẫn, tỉ lệ thuậnvớivậntốc khuyếch tán củalỗ trống và cường độ trường điệntừ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ lỗ trống và độ dẫn điệncủachấtbándẫn Độ dẫn điện (Electrical conductivity): σ [Ω.m]-1 -thamsốđokhả năng dẫn dòng điện thông qua một đơnvị vậtliệu, σ = 1/ρ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Quá trình tạohạttải điệnvàquátrìnhtáihợp Quá trình tạorahạttải điệntrongchấtbándẫnthuần: do năng lượng nhiệt “thermal generation do năng lượng quang học“optical generation” Quá trình tái hợpgiữa điệntử tự do và lỗ trống và giải phóng năng lượng 2 theo cách: Tạoranhiệtlượng làm nóng chấtbándẫn: “thermal recombination”- Tái hợptoả nhiệt Phát xạ ra photon ánh sáng : “optical recombination”- Tái hợpphát quang “Optical recombination”rấthiếmxảy ra trong trong chấtbándẫn thuầnSi, Gemàchủ yếuxảy ra trong các loạivậtliệubándẫnghép Quá trình tạovàtáihợpliêntụcxảyratrongchấtbándẫn, và đạttrạng thái cân bằng khi tốc độ của 2 quá trình đóbằng nhau GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ -Tốc độ tạohạttải điệnphụ thuộcvàoT nhưng lại độclậpvớin vàp - nồng độ của điệntử tự do và củalỗ trống : G = Gthermal(T) +Goptical - Trong khi đótốc độ tái hợplạitỷ lệ thuậnvớicả n và p R ∝ np -Trạng thái ổn định xảyrakhitốc độ tạovàtáihợpcânbằng G = R ⇒ np = f (T ) -Nếu trong trường hợp không có các nguồn quang và nguồn điệntrường ngoài, trạng thái ổn định đượcgọilàtrạng thái cân bằng nhiệt “thermal equilibrium” 2 np = ni (T ) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac Xét mộthệ gồm nhiềuhạtgiống hệtnhaucóthể nằm trên nhiều mứcnăng lượng khác nhau → hàm phân bố, bởivìđể xét các tính chất khác nhau củahệ trướchếttacầnphảibiết các hạtnày phân bố theo các mứcnăng lượng trên như thế nào? Xét hệ gồmN điệntử tự do nằm ở trạng thái cân bằng nhiệttại nhiệt độ T. Phân bố các điệntửđó tuân theo nguyên lý loạitrừ Pauli. Tìm phân bố của các điệntử theo các mứcnăng lượng? Áp dụng nguyên lý năng lượng tốithiểu: “xác suất để mộthệ gồmN hạtgiống hệt nhau nằm trong trạng thái năng lượng E tỷ lệ nghịch vớiE theohàmmũ exp, cụ thể là: PN(E) ~ exp(-E/kT) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac (1) ¾Xác suấtmứcnăng lượng E [eV] bịđiệntử lấp đầytạinhiệt độ T tuân theo hàm phân bố Fermi- Dirac: f(E) 1 f ( E ) = E − E ⎛ F ⎞ T=00K exp ⎜ ⎟ + 1 1 ⎝ KT ⎠ 0 K: Hằng số Boltzmann (eV/ K) 0,5 T=3000K 0 K= 8,62×10-5 eV/0K T=2500 K 0 T - Nhiệt độ đobằng K 0 -1 0 0,2 1 (E-EF) EF -MứcFermi (eV) - ¾ EF -mứcnăng lượng Fermi là mứcnăng lượng lớnnhấtcònbị e lấp đầytạiT=00 K GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac (2) 1 E f ( E ) = ⎛ E − E ⎞ exp ⎜ F ⎟ + 1 Vùng dẫn ⎝ KT ⎠ T = 10000K T = 3000K T = 00K EC E > E => f(E) = 0 E f(E) = 1 F F F E 0 0 -3 F EG T > 0 K (T=300 K; KT=26.10 eV) T = 00K E (EF −E) V E - EF >> KT ⇒ f (E) ≈ e KT Vùng hoá trị (E−EF ) KT 0 0.5 1 f(E) E - EF << - KT ⇒f (E) ≈1− e EC [eV]- Đáy của vùng dẫn 1 EV [eV]- Đỉnh của vùng hóa trị f (EF ) = ∀T 2 EF [eV]- Mứcnăng lượng Fermi GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4. Chấtbándẫn không thuần Chấtbándẫnmàmộtsố nguyên tửởnút củamạng tinh thể củanó được thay thế bằng nguyên tử của chấtkhácgọilàchấtbándẫn không thuần. Có hai loạichấtbándẫn không thuần: Chấtbándẫn không thuần loạiN–gọitắtlàBándẫnloạiN Chấtbándẫn không thuần loạiP–gọitắtlàBándẫnloạiP Donors: P, As, Sb Acceptors: B, Al, Ga, In GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. ChấtbándẫnloạiN (1) ¾ Thêm mộtíttạpchất là nguyên tố thuộc nhóm 5 (As, P, Sb ) vào chấtbándẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng nguyên tử tạpchấtsẽđưa4 điệntử trong 5 điện tử hóa trị của nó tham gia vào liên kếtcộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge (hoặcSi) ở bên cạnh; còn điệntử thứ 5 sẽ thừa ra và liên kếtcủa nó trong mạng tinh thể là rấtyếu, ở nhiệt độ phòng cũng dễ dàng tách ra trở thành điệntử tự do trong tinh thể và nguyên tử tạpchấtchođiệntử trở thành các ion dương cốđịnh E Si Si Si + + + Vùng dẫn 4 4 4 Si e5 0,01e Sb Si EC + + + V ED 4 5 4 Mứccho Si E Si Si E G + + + V 4 4 4 Vùng hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. ChấtbándẫnloạiN (2) Nồng độ điệntử tự do trong chấtbándẫnloạiN tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợptăng nhanh nên nồng độ lỗ trống giảmxuống nhỏ hơnnồng độ có thể có trong bán dẫnthuần Trong chấtbándẫnloạiN, nồng độ hạtdẫn điệntử (nn) nhiềuhơn nhiềunồng độ lỗ trống pn và điệntửđượcgọilàhạtdẫn đasố, lỗ trống đượcgọilàhạtdẫnthiểusố. nn >> pn nn=Nd+pn≈ Nd 2 2 ni ni pn = = nn Nd Nd –Nồng độ ion nguyên tử tạpchất cho (Donor) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. ChấtbándẫnloạiP ¾ Thêm mộtíttạpchất là nguyên tố thuộc nhóm 3(In, Bo, Ga ) vào chấtbándẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng, nguyên tử tạpchấtchỉ có 3 điệntử hóa trịđưara tạoliênkếtcộng hóa trị với3 nguyêntử Ge (Si) ở bên cạnh, mối liên kếtthứ 4 để trống và tạothànhmộtlỗ trống. Điệntử củamốiliênkếtgần đócóthể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kếtthứ 4 còn để trống đó. Nguyên tử tạpchấtvừa nhậnthêmđiệntử sẽ trở thành ion âm và ngượclại ở nguyên tử Ge/Si vừacó1 điệntử chuyển đisẽ tạoramột lỗ trống và nguyên tử này sẽ trở thành ion dương cốđịnh Si Si Si E +4 +4 +4 Vùng dẫn Si In Si +4 +3 +4 EC EG Mứcnhận 0,01eV Si Si Si EA E +4 +4 +4 V Vùng hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. ChấtbándẫnloạiP Nồng độ lỗ trống trong chấtbándẫnloạiP tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợptăng nhanh nên nồng độ điệntử tự do giảmxuống nhỏ hơnnồng độ có thể có trong bán dẫnthuần Trong chấtbándẫnloạiP, nồng độ hạtdẫnlỗ trống (pp) nhiềuhơn nhiềunồng độ điệntử tự do np và lỗ trống đượcgọilàhạtdẫn đasố, điệntử tự do đượcgọilàhạtdẫnthiểusố pp >> np pp=Na+np≈ Na 2 2 ni ni np = = p p Na Na –Nồng độ ion nguyên tử tạpchấtnhận (Acceptor) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nồng độ hạttải điện trong bán dẫn không thuần(1) Thựctế Silicon thường đượcphatạpcả chất Donor và Acceptor. Giả sử nồng độ pha tạptương ứng là Nd, Na . Để tạo thành bán dẫnN thìNd>Na, điệntử cho của nguyên tử Donor sẽ ion hóa tấtcả các nguyên tử Acceptor để hoàn thành liên kếtcònthiếu điệntử → quá trình bù “Compensation”. Điện tích trong chấtbándẫnN trung hòa nên: Nd-Na + p - n = 0 2 (Nd − Na ) (Nd − Na ) 4ni nn = + 1+ 2 2 2 ()Nd − Na NếuNd>>Na nên Nd-Na>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ các loại hạttải điệnnhư như sau: 2 ni nN≅−daN; p≅ NNda− GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nồng độ hạttải điện trong bán dẫn không thuần(2) Tương tựđểtạo thành bán dẫnP thìNa>Nd, trong bán dẫncũng xảy ra quá trình bù, tính toán tương tự ta có nồng độ lỗ trống trong trường hợpnàyđược tính như sau: 2 (Na − Nd ) (Na − Nd ) 4ni p p = + 1+ 2 2 2 ()Na − Nd NếuNa>>Nd nên Na-Nd>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ các loạihạttải điệnnhư như sau: 2 ni p p ≅ Na − Nd np ≅ Na − Nd GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mức Fermi trong chấtbándẫn không thuần(1) ¾ Mức Fermi trong chấtbándẫnN (Nd càng tăng mức Fermi càng tiếngầntới đáy củadảidẫn): ( E F − E C ) KT n n = N C .e = N d NC EF = EC − KT ln Nd EF i GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mức Fermi trong chấtbándẫn không thuần(2) ¾ Mức Fermi trong chất bán dẫnP (Na càng tăng mức Fermi càng tiếngầnxuống đỉnh củadảihóatrị): ( E V − E F ) KT p = N V .e = N a NV EF = EV + KT ln Na i EF GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 5. Dòng điện trong chấtbándẫn(1) Dòng điệnkhuếch tán: tạo ra do sự chuyển động ngẫu nhiên do nhiệtcủa các hạttải điện(thường có giá trị trung bình =0) và sự khuếch tán các hạttải điệntừ vùng có mật độ cao sang vùng có mật độ thấp hơn: 3 2 dn dp 1 J = q.D J = −q.D 4 electron diff ( n ) n dx diff ( p ) p dx 5 2 2 3 1 DP’ Dn [m /sec] - là hệ số khuếch tán củalỗ trống; điệntử 4 electron dp/dx, dn/dx gradient nồng độ lỗ trống và điệntử tự do 5 E Dòng diện trôi (Dòng điệncuốn): Dòng chuyểndịch của các hạt tải điện do tác động của điệntrường E: Jdriff =Jdriff(n) + Jdriff(p) = σ.E = q(nμn + pμp).E GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 5. Dòng điện trong chấtbándẫn(2) Dòng tổng cộng trong chấtbándẫn: J = Jdriff + Jdiff = Jn + Jp dn dp J = J + J = qnμ E + qD J = J + J = qpμ E − qD n driff (n) diff ()n n n dx p driff ( p) diff ()p p p dx “Einstein Relation”: Độ linh động μ và hệ số khuếch tán D đượcxác theo mô hình vậtlýdựatrêncơ sở mộtsố lượng lớnhạttảichịunhững chuyển động nhiệtngẫu nhiên vớisự va chạmthường xuyên, 2 hằng số này tỉ lệ với nhau theo “Einstein Relation” như sau: D kT = μ q Điện áp nhiệt “Thermal Voltage”: kT -23 0 V = k - hằng số Boltzmann, k =1,38.10 [J/ K] th q q [C] – điện tích hạttải, T [0K ] GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 6. Độ dẫn điệncủachấtbándẫn Độ dẫn điệncủachấtbándẫnkhicócả 2 hạttải điệnthamgia: σ = q(nμn + pμp) -1 Vớibándẫnloại n, n>>p, độ dẫn điệnlà: σn = qNDμn [(Ω.m) ] -1 Vớibándẫnloại p, p>>n, độ dẫn điệnlà: σp = qNAμp [(Ω.m) ] Tạpchất càng nhiềuthìđiệntrở suấtcànggiảm, tuy nhiên độ linh động μnvà μp lạigiảmkhinồng độ chấtphatạptăng, như vậycơ chế dẫn điện trong vùng pha tạpmạnh tương đốiphứctạp Nồng độ giớihạn các nguyên tử tạpchấtmuốn đưa vào tinh thể bán dẫn đượcquyết định bởigiớihạnhòatan củatạpchất ấy. Nếuvượtquá giớihạnnàythìhiệntượng kếttủasẽ xảyra, khiđótạpchấtsẽ không còncócáctínhchấtnhư mong muốnnữa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tổng kết Chấtbándẫnthuần, không thuần Hàm phân bố Fermi-Dirac, MứcFermi Nồng độ hạttải trong chấtbándẫn: 2 2 (EFi −EF )/ kT ( E F − E Fi ) / kT n. p = n i = p i p = nie n = ni e MứcFermi trongchấtbándẫnthayđổitheonồng độ pha tạp Chấtbándẫnthuầncóđộ dẫn điệnnhỏ, chấtbándẫn không thuần độ dẫn điệnlớn σ = q (n.μ n + q.μ q ) dn dp J = J + J = qnμ E + qD J = J + J = qpμ E − qD n driff (n) diff ()n n n dx p driff ( p) diff ()p p p dx kT kT kT J = J + J D = μ D = μ V = n p n n q p p q th q GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 5- Điốt(Diode) Điôt bán dẫn 3.0 Giớithiệu chung 3.1 Cấutạocủa điôtvàkíhiệu trong sơđồmạch 3.2 Nguyên lý hoạt động của điôt 3.3 Đặctuyến Vôn-Ampe của điôt bán dẫn 3.4 Các tham số tĩnh của điôt 3.5 Sự phụ thuộccủa đặctuyến Vôn- Ampe vào nhiệt độ 3.6 Phân loại điốt 3.7 Ứng dụng của điốt GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.0 Giớithiệu chung p n + ID metal SiO2 SiO2 p-type Si AKID V D n-type Si + V – metal D – Điốtbándẫnlàcấukiện điệntử có một chuyểntiếpp-n Theo công nghệ chế tạocấukiệnbándẫn, ngườitalấymộtmẫutinh thể bán dẫnloạip cónồng độ pha tạpNA, sau đó cho khuyếch tán vào mẫubándẫn đótạpchất Donor vớinồng độ ND>NA từ mộtphíabề mặt tinh thể với độ sâu phụ thuộc vào quá trình khuyếch tán tạoramột ’ lớpbándẫnn cónồng độ pha tạpND= ND-NA tạo thành tiếpgiápPN GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nguyên lý làm việcdựa trên các hiệu ứng vậtlýcủa chuyển tiếpPN: Điốtchỉnh lưu: dựavàohiệu ứng chỉnh lưucủa chuyểntiếpPN Điốt ổnápZener:Dựavàohiệu ứng đánh thủng thác lũ và đánh thủng Zener Điốtngược, Điốttunen:Dựavàohiệu ứng xuyên hầmtrên chuyểntiếpPN phatạp nhiều Điốt Varicap: Đựavàohiệu ứng điện dung củachuyểntiếpPN thay đổi khi điện áp phân cựcngược thay đổi Nguyên lý làm việc, đặctuyếnV-A, ứng dụng củamỗiloại điốtlàrất khác nhau GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.1 Cấutạovàkíhiệucủa điôt chỉnh lưu Vùng chuyển tiếp AKAK GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.2 Nguyên lý hoạt động của điôt Vùng chuyểntiếphẹp Vùng chuyểntiếprộng U UAK AK - ¾Phân cựcthuận(UAK>0): thúc đẩy các e trong bán dẫn n và các lỗ trống trong bán dẫnp táihợpvớicácion gần đường bao của vùng chuyểntiếpvàlàmgiảm độ rộng của vùng chuyểntiếp. Thông thường UAK< 1V ¾ Phân cựcngược(UAK<0): số lượng các ion dương trong vùng chuyểntiếpcủa bán dẫnn tăng lên do mộtsố lượng lớn các e- tự do bị kéo về cực(+) của điệnáp cung cấp. Số lượng các ion âm trong vùng chuyểntiếpcủabándẫnp cũng tăng lên. Vùng chuyểntiếp đượcmở rộng. Dòng điệntrongđk phân cựcngược - dòng bão hoà ngượcI s GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.3 ĐặctuyếnVôn-Ampecủa điôt bán dẫn UD ⎛⎞ iD=ith ηUth IfDA==()UKIS⎜⎟e −1 ⎝⎠ ¾ UT -Điệnápngưỡng của điốt (Đ/áp thông thuận) U =U Uđt D AK UT = 0,5V-0,8V (điốt Si) = 0,2-0,4V (điốt Ge) UT ¾ Uth- điện áp nhiệt ¾η -hệ số phát xạ: η=1÷2 đốivới điốtSi η≈1 đốivới điốt Ge, GaAs iD= ing GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cơ chếđánh thủng trong chuyểntiếpPN ¾Dòng phân cựcngượcrấtnhỏ, nhưng khi Ungược đặttrênchuyểntiếpPN tăng vượt qua mộtgiátrị nhất định dòng ngượcsẽ tăng độtngột → hiệntượng đánh thủng, hiệntượng này có thể làm hỏng dụng cụ nhưng có mộtsố loạidụng cụ hoạt động dựatrêncơ chế này ¾Hai cơ chếđánh thủng chuyểntiếpPN: Cơ chế thác lũ: Ungượctăng → E trong miền điện tích không gian tăng, hạtdẫn thiểusố bị cuốn qua điệntrường có động năng ngày càng lớn, khi chuyển động chúng va đậpvới các nguyên tử làm bắnrađiệntử lớp ngoài của chúng, sốđiện tử tự do mới phát sinh do va chạmnàycũng được điệntrường mạnh gia tốcvà tiếptục đập vào các NT mớilàmbắnrađiệntử tự do. Hiệntượng này xảy ra liên tục và nhanh → số hạtdẫntrongbándẫntăng độtngột, điệntrở suấtchuyểntiếp giảm đi, dòng qua chuyểntiếpPN tăng độtngột Cơ chế xuyên hầm: E ngượctăng lên cung cấpnăng lượng cho các điệntử lớp ngoài cùng củaNT bándẫn, nếucácđiệntử này có năng lượng đủ lớn chúng tách ra khỏiNT tạo thành điệntử tự do, NT bị ion hóa. Nếu điệntrường ngược đủ lớnhiệntượng ion hóa xảy ra nhiểudẫn đếnsố lượng hạtdẫn trong bán dẫn tăng độtngột, làm cho dòng ngượctăng nhanh GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.4 Tham số cơ bảncủa điốt(1) a. Điệntrở mộtchiều hay còn gọilàđiệntrở tĩnh (R0) Là điệntrở của điôt khi làm việc ở chếđộnguồnmộtchiều hoặctạichếđộtĩnh (tại điểmlàmviệctĩnh trên đặctuyến) U M iD Ro = = cot gθ1 IM b. Điệntrởđộng (Ri ): ηVη V dU R ==th th Ri = i U IM M dI I+I ηVth M0 Ie0 U Do ở chếđộphân cựcthuậnI >> I và >>1 M 0 η V θ th θ1 2 η V UD R = th i I M UM GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.4 Tham số cơ bảncủa điốt(2) c. Hệ số chỉnh lưu: k Là thông sốđặctrưng độ phi tuyếncủa điôt và đượcxácđịnh bằng biểu thứcsau: I R k = th = 0nguoc I 0 R 0thuan d. Điện dung chuyểntiếp: C0 Điện dung chuyểntiếp PN khi phân cựcngược e. Điệnápngượccực đạichophép: Ungượcmax Là giá trịđiệnápngượclớnnhấtcóthểđặtlênđiôt mà nó vẫnlàmviệc bình thường. Thông thường trị số này đượcchọn khoảng 0,8Uđ.t. Điệnápngượccực đạiUng. ma x đượcxácđịnh bởikếtcấucủa điốtvànó nằm trong khoảng vài V đến 10.000 V GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.4 Tham số cơ bảncủa điốt(3) f. Khoảng nhiệt độ làm việc: Là khoảng nhiệt độ đảmbảo điôt làm việcbìnhthường. Tham số này quan hệ với công suất tiêu tán cho phép của điôt Pttmax = ImaxUAKmax Điôt Ge : - 600C đến+850C Điôt Si : - 600C đến +1500C. GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.5. Các mô hình tương đương của điốt ¾ 3.5.1. Mô hình tương đương trong chếđộmộtchiềuvàxoaychiều tín hiệulớn: a. Cácmôhìnhtương đương của điốt phân cựcthuận b. Cácmôhìnhtương đương của điốt phân cựcngược 3.5.2 Mô hình tương đương xoay chiều tín hiệunhỏ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương của điốt phân cựcthuận(1) 1. Sơđồmộtkhóađiệntửởtrạng thái đóng: Điốtlàmviệc ở điện áp lớn, tầnsố nhỏ. Điện áp phân cựcthuậncóthể bỏ qua vì UT = 0,6V cho điôt Si, và UT = 0,2V cho điôtGelàquánhỏ. Đặctuyến Vôn- Ampe lúc này coi như trường hợpngắnmạch Đặctuyến Vôn-Ampe là đường thẳng trùng vớitrụcI I I I A K A K U = UT VT ≈ 0 0 UAK GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương của điốt phân cựcthuận(2) 2. Sơđồmộtnguồnáplýtưởng : I I + - A K A K UT = 0,6V U = UT UT = 0,6V UAK 3. Sơđồmộtnguồn điệnápthực: điốt được coi như một nguồn điệnápthựcgồmcónguồn điệnápvànộitrở của nó chính là RT (điệntrở trong của điôt và nó là điệntrở thuận) I I RT IM M ΔUD UM −UT RT = = U = UT UT ΔID IM UT UM UAK GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương của điốt phân cựcngược Sơđồmộtkhóaở trạng thái hở Sơđồmộtnguồndònglýtưởng GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương xoay chiều tín hiệunhỏ (1) a. Sơđồmột điệntrởđộng Ri ở chếđộtín hiệunhỏ tầnsố thấp: Trong trường hợpnàyĐiốtluônphâncựcthuận, đốivớitínhiệu xoay chiều biên độ nhỏđáp ứng của điôt được coi như mộtphầntử tuyến tính: e u = Rii = Ri R +Ri ηVη V η V dU R ==th th th Ri = i U Ri ≈ I+M0I I dI ηVth M Ie0 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương xoay chiều tín hiệunhỏ (2) b. Sơđồtương đương ở chếđộtín hiệunhỏ tầnsố cao: Ở chếđộ này điôt đượccoinhư một điệntrở thuậnRi mắc song song vớimột điện dung khuếch tán Ck.t Ck.t. xuấthiện trong khoảng thờigianτ là khoảng thờigianlệch pha giữa i và u. Ck.t. là điện dung khuếch tán củatiếp xúc P-N và đượcxácđịnh: τ Ck.t = R i τ = vài ns ÷μs Ck.t GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các mô hình tương đương xoay chiều tín hiệunhỏ (3) c. Sơđồmột điện dung chuyểntiếp ở chếđộtín hiệunhỏ (Phân cựcngược) C0 Ctx = 1 n= 2÷3 n Vnguoc GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.6 Phân loại điôt (1) ¾Điốtchỉnh lưu: sử dụng tính dẫn điệnmộtchiều để chỉnh lưudòng điệnxoaychiều thành mộtchiều AKAK ¾Điốt xung: Ở chếđộxung, điốt đượcsử dụng như khóa điệntử gồm có hai trạng thái: "dẫn" khi R điốtrấtnhỏ và "khóa" khi R điốtrấtlớn. Yêu cầuthờigianchuyểntừ trạng thái này sang trạng thái khác phải thật nhanh. Thờigianchuyểntrạng thái xác định tốc độ hoạt động của điốtvàdo đóxácđịnh tốc độ làm việccủathiếtbị Gồm: điốthợpkim, điốt mêza, điốt Sôtky. Trong đó điốtSốtky được dùng rộng rãi nhất. ĐiốtSốtky sử dụng tiếpxúcbándẫn-kimloại. Thờigianphụchồichứcnăng ngắtcủa điốtSốtky có thểđạttới 100psec. Điệnápphâncựcthuậnchođiôt Sôtky khoảng UD = 0,4V, tầnsố làm việccaođến100 GHz GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.6 Phân loại điôt (2) ¾ Điốt ổnáp: Ngườitasử dụng chếđộđánh thủng vềđiệncủa chuyểntiếpP-N để ổn định điện áp. Điốt ổnápđượcchế tạotừ bán dẫn Silíc vì nó bảo đảm được đặctínhkỹ thuậtcầnthiết VD: điốtZener ¾ Điốtbiến dung (varicap): Là loại điốtbándẫn đượcsử dụng như mộttụđiệncótrị sốđiện dung điều khiển đượcbằng điện áp. Nguyên lý làm việccủa điốtbiến dung là dựavàosự phụ thuộccủa điệndung ràothế củatiếpxúcP-N với điệnápngược đặtvàonó GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.4 Phân loại điôt (3) ¾ Điốt tunen (hay điốtxuyênhầm): đượcchế tạotừ chấtbándẫn có nồng độ tạpchấtrất cao thông thường n = (1019 ÷ 1023)/cm3. Loại điốt này có khả năng dẫn điệncả chiềuthuậnvàchiều ngược. ¾ Điốt cao tần: xử lý các tín hiệu cao tần Điốttáchsóng Điốttrộnsóng Điốt điềubiến Các điốt cao tầnthường là loại điốttiếp điểm GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mộtsố hình ảnh của Điốt GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Điốt Zener (1) ¾ Vùng Zener được dùng để thiếtkếđiốt Zener ¾ ĐiệnápZener(VZ): là điện áp phân cựcngượcmàtại đó dòng điệncóxuhướng tăng độtbiến trong khi điệnáptăng không đáng kể ¾ ĐiệnápZenerrấtnhạycảm đốivới nhiệt độ làm việc GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Điốt Zener (2) ¾Các đặctínhcủa điốt Zener vớimôhìnhtương đương ở mỗi vùng + + + - 0,7 V - - + + VZ - - GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(1) Điốt đượcsử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Mộtsốứng dụng đơngiảncủa điốt: Mạch chỉnh lưu điệnápxoaychiều Mạch nhân đôi điệnáp Mạch ghim và mạch hạnbiên Mạch ổnáp Mạch tách sóng Mạch logic GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(2) ¾ Mạch chỉnh lưumột nửachukỳđơngiản GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(3) ¾ Chỉnh lưu2 nửachukỳ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 26 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(5) ¾ Mạch nhân đôi biên độ điệnáp GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(6) ¾ Mạch dịch mứcvà mạch hạnchế (ghim đỉnh) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(7) Mạch hạnchế dùng điốt Zener Mạch ổn áp dùng điốt Zener (Zener Limiter): (Zener Regulator): Một điốt Zener có thể hạnchế 1 phía -Điệnápngược không đổi(VZ) của củamột sóng sin tới điệnápZener điốt Zener được dùng để ổn định điện (VZ), trong khi đó ghim phía kia tới áp ra chống lạisự thay đổicủa điệnáp gầngiátrị 0 đầuvàotừ mộtnguồn điệnápthayđổi Vớihaiđiốt Zener mắcngược nhau hay sự thay đổicủa điệntrở tải. I chạy (hvẽ), sóng sin có thể bị hạnchế cả 2 qua điốt Zener sẽ thay đổi để giữ cho phía tới điệnápZener điệnápnằm trong giớihạncủangưỡng của vùng làm việccủa điốt Zener R RL GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(8) ¾ Mạch hạn biên 1 phía GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3.7 Mộtsốứng dụng của Điốt(9) ¾ Mạch giớihạnbiênđộ 2 phía GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 5 - BJT (Transistor lưỡng cực) 1. Cấutạovàkýhiệucủa Transistor lưỡng cựctrongcácsơ đồ mạch 1.1. Cấutạo BJT loại pnp, npn, 1.2. Nguyên lý hoạt động củaBJT 1.3. Mô hình Ebers-Moll 2. Các cách mắcBJT vàcáchọđặctuyếntương ứng 3. Phân cựcchoBJT 4. Các mô hình tương đương của BJT. 5. Phân loạiBJT 6. Mộtsốứng dụng củaBJT GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.1. CấutạoBJT loại pnp, npn + I IC E Collector (N) Emitter (P+) VEB IB + + − Base (P) Base (N) + VCE VEC VBE − IB − Emitter (N+) I Collector (P) − E IC Transistor gồmcó2 tiếp giáp PN do 3 lớptương ứng 3 miềnphát, gốc, gópvàcó3 điệncựcnốitới3 miền: Cực Phát-E (Emitter), CựcGốc- B (Base), Cực Góp-C(Collector) BJT thuậncó3 miềnPNP, BJT ngượccó3 miềnNPN ChuyểntiếpPN giữamiền E-B là chuyểntiếp Emitter TE, giữaB-C là chuyểntiếp collector TC GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.1. CấutạoBJT loại pnp, npn Nồng độ pha tạpcủamiền E là khá cao, MiềnB cónồng độ vừa phảikíchthước khá mỏng, miềnC cónồng độ pha tạpthấp. Miền phát có khả năng phát xạ các hạtdẫnsang miềngốcB, miềngóp có khả năng thu nhậntấtcả các hạtdẫn đượcphátxạ từ miềnphát E qua miềngốcB tới MiềnC thường được nuôi trên phiếnbándẫn đế, có lớpbándẫn vùisâucónồng độ cao (Buried layer n++) để giảmtrị sốđiệntrở nốitiếp Độ rộng củamiềnB nhỏ hơn độ dài khuếch tán trung bình rất nhiều GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Kí hiệuvàcácdạng đóng vỏ khác nhau củaBJT GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.2. Nguyên lý hoạt động củaBJT Ở trạng thái cân bằng nhiệt, I qua các cực= 0 Muốn cho Transistor làm việctaphảicungcấpmột điệnápmộtchiều thích hợp cho các chân cực. Tuỳ theo điệnápđặt vào các cựcmà Transistor làm việc ở các chếđộkhác nhau: + Chếđộngắt: Hai tiếpgiápPN đều phân cựcngược. Transistor có điệntrở rấtlớnvàchỉ có mộtdòngđiệnqua cácchâncựcrấtnhỏ. + Chếđộdẫn bão hòa: Cả hai tiếpgiápPN đều phân cựcthuận. Transistor có điệntrở rấtnhỏ và dòng điệnqua nólàrấtlớn. + Chếđộtích cực: TiếpgiápBE phâncựcthuận, tiếpgiápBC phân cựcngược, Transistor làm việcnhư mộtphầntử tích cực, có khả năng khuếch đại, phát tín hiệu Là chếđộthông dụng nhấtcủaTransistor + Chếđộtích cực đảo(Chếđộđảo): TiếpgiápBE phâncựcngược, tiếpgiápBC phâncựcthuận, đây là chếđộkhông mong muốn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.2. Nguyên lý hoạt động củaBJT Transistor pnp và npn có nguyên lý làm việcgiống hệt nhau, chỉ có chiềunguồn điệncungcấplàngượcdấu nhau. Chỉ cầnxétvớiBJT npn, vớiloạiBJT pnptương tự Ở chếđộngắtvàchếđộdẫn bão hòa, BJT làm việcnhư mộtphầntử tuyến tính trong mạch điện. Trong BJT không có quá trình điềukhiển dòng điệnhay điệnáp. Transistor làmviệc ở chếđộnày như một khóa điệntử và nó đượcsử dụng trong các mạch xung, các mạch logic BJT - npn Các vùng làm việccủaBJT: BJT - pnp VBC VC Tích cực Bão hòa Tích cực Bão hòa đảo đảo B VBE VEB Ngắt Ngắt Tích cực Tích cực GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực(1) EBT T C E C EBTE TC C n p n p n p VBE VBC VBE VBC -TiếpgiápBE phân cựcthuận -TiếpgiápBC phân cựcngược GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực(2) TE phân cựcthuậnnênhạtdẫn đasố là điệntử từ miềnE được khuếch tán sang miền B qua chuyểntiếpTE, trở thành hạtdẫnthiểusố, do sự chênh lệch nồng độ chúng tiếptục khuếch tán đếnmiền chuyểntiếpTC, tại đây nó đượccuốn sang miền C (do điệntrường củatiếpgiápTC có tác dụng cuốnhạtthiểusố) Hạtdẫn đasố là lỗ trống tạimiềnB cũng khuếch tán ngượclạimiềnE nhưng không đáng kể so với dòng khuếch tán điệntử do nồng độ lỗ trống ở miềnB íthơnrất nhiều (do nồng độ pha tạpmiềnB íthơn nhiều) Điệntử khuếch tán từ E sang B làm cho mật độ điệntử rất cao ở miềnB tạivị trí gầnlớptiếp xúc TE và ởđây điệntử và lỗ trống sẽ tái hợpvới nhau Để các điệntử bị tái hợpít, ngườitachế tạophầnphát(E) cónồng độ tạp chấtlớnhơnrất nhiều so vớiphầngốc(B) → thành phần dòng điệncực phát do các điệntử tạonênlớnhơn nhiều thành phần dòng điện do các lỗ trống tạonên GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực(3) Hiệusuấtcủacựcphát: γ -làtỉ số giữa thành phần dòng điện củahạt đasố với dòng điệncựcphát: I I BJTnpn : γ = nE = nE ≈ 0,98 ÷ 0,995 IE IpE + InE Hệ số khuếch đại dòng điệncựcpháttĩnh : αF (α0)hay còngọi là hệ số truyền đạt dòng điệncựcphát: IC * α F ==αβ0 =γ IE GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực(4) Dòng điệnIB chủ yếugồm dòng ngượccủatiếp xúc góp TC, dòng cuốn các hạtthiểusố qua tiếpxúcphátTE và các thành phần dòng điệndo hiệntượng tái hợptronglớptiếp xúc phát và trong miềngốctạonên IB=IpE-InE-InC-ICB0 Quan hệ giữa3 thànhphần dòng điện trong BJT trong chếđộ1 chiều: IB = (1-α0)IE -ICBo IC = InC+ ICBo= α0IE + ICBo IE = IC + IB Thựctế thường dùng hệ số khuếch đại dòng điệncực phát tín hiệunhỏ hay còn gọilàhệ số truyền đạt vi phân dòng điệncực phát α : ∂I α = C ∂I E GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực(5) Hệ số KĐ dòng Emitter chung (tĩnh) mộtchiều βF (β0): IC α F β0 = , mà I E = I B + IC ⇒ β0 = I B 1−α F Hệ số khuếch đại dòng Emitter chung tín hiệunhỏ: ∂I α β = C = ∂I B 1−α Mô hình kích thước đơngiảncủa BJT npn: GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân bố nồng độ hạtdẫn trong BJT ¾Ởđiềukiện cân bằng nhiệt: ¾Ở chếđộtích cực: GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính toán dòng Collector : IC Dòng điệnchủ yếu trong BJT là các dòng khuếch tán hạtdẫn Dòng IC chủ yếu là dòng các hạtdẫnthiểusố khuếch tán trong miền B và đượccuốn sang miền C qua chuyểntiếp collector ⎛⎞qDnpn B0 AE IS = ⎜⎟ ⎝⎠WB IS- dòng Collector bão hòa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính toán dòng Base : IB IB chủ yếu do dòng khuếch tán lỗ trống sang miền E và dòng tái hợp tạiTE và miềnB, tínhtoándòngđiệntrêncựcB bỏ qua dòng tái hợp. Giả sử sự phân bố hạtthiểusố lỗ trống trong miền E là tuyếntính Vì VBE>>KT/q ta có IB=IC/β0 : ⎛⎞qDnpn BoAE ⎜⎟⎛⎞n IDCn⎝⎠WB ⎛⎞pB0 ⎛⎞WE βF == =⎜⎟⎜⎟⎜⎟ qD p A ⎜⎟ IDBp⎛⎞pnEoE ⎝⎠⎝⎠pnE0 ⎝⎠WB ⎜⎟ ⎝⎠WE n N D N W pB0 = dE β = β = n dE E F 0 D N W pnE0 NaB p aB B GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Dòng điện trên cực phát IE ¾ Với quy ướcchiều các dòng điệnnhư hình vẽ, dòng điệntrên cực phát đượcxácđịnh như sau: qVBE I S ⎛ qVBE ⎞ I E = IC + I B = I S exp + ⎜exp −1⎟ kT β F ⎝ kT ⎠ D N W IC β = β = n dE E F 0 I Dp NaBWB B ⎛⎞qDnpn B0 AE IS = ⎜⎟ IE ⎝⎠WB GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. BJT làm việc trong chếđộtích cực Dn NdEWE β F = β0 = Dp NaBWB Nhậnxétβ0 : Để β0 lớnchọn: NdE>>NaB; WE>>WB hay giảmtối đakíchthước miền Base WB và pha tạptối đamiền Emitter NdE Thựctế β0 của npn luôn lớnhơn β0 của pnp vì luôn có Dn>Dp Hiệnnay ngườitachế tạo đượcBJT cóβ0 từ khoảng 50 ÷300 β0 độclậpvớiIC Việc ổn định β0 trong khi sảnsuấtrất khó do đócầnsử dụng kỹ thuậtmạch điệntửđểgiảiquyết GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tóm tắt: BJT làm việc trong chếđộtích cực Chếđộlàm việc tích cực: tiếpgiápBE phâncựcthuận, tiếpgiáp BC phân cựcngược I C Quan hệ giữa các dòng điện trong BJT-npn là: I B IE=IB+IC IE ⎛⎞qDnpn B0 AE I S = ⎜⎟ ⎝⎠W B Trong chếđộtĩnh (chếđộ1 chiều): I C IC α F Dn NdEWE α F = α0 = β F = β0 = = β F = I E I B 1−α F Dp NaBWB Trong chếđộđộng: ∂I ∂I α α = C β = C = ∂I E ∂I B 1−α GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. BJT ở chếđộngắt (Cut-off ) Sơđồphân cực BJT npn Sơđồtương đương đơngiản trong chếđộngắt EBTE TC C của BJT npn ở chếđộngắt C E RC n p n C ICBo C ICBo B UCE VBE VBC B EB E E T E E BCTC Cung cấpnguồnsaochohaitiếp xúc PN đều đượcphâncựcngược. Điệntrở của các chuyển p n p tiếprấtlớn, chỉ có dòng điệnngược bão hòa rất nhỏ củatiếpgiápgópICB0. Còn dòng điệnngược VBE VBC củatiếpgiápphátIEB0 rấtnhỏ so vớiICB0 nên có thể bỏ qua. Như vậy, mạch cựcE coinhư hở mạch. Dòng điệntrongcựcgốcB: IB= -I CB0 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính dòng điện trong BJT ở chếđộngắt Dòng qua các tiếpgiápchủ yếu là dòng ngược - dòng cuốn các hạtthiểusố lỗ trống của các miền qua các tiếp giáp. Lỗ trống đượccuốntừ miền B sang miềnE tạo ra dòng IB1, và lỗ trống từ miềnB cuốnsang miềnC tạo ra dòng IB2, các dòng này rấtnhỏ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ c. BJT ở chếđộbão hòa (Saturation) T T EBE C C Sơđồphân cực BJT npn Sơđồtương đương đơn trong chếđộbão hòa giảncủa BJT npn ở chế n p n RC độ bão hòa EC V V I BE BC C C E C I RC B C C TE BCT U B E C E U E CE B BE E p n p E I ≈ C VBE VBC U ≈ 0V C CE RC Cung cấp nguồn điệnmộtchiều vào các cựccủa Transistor sao cho hai tiếp xúc PN đều phân cựcthuận. Khi đó điệntrở củahaitiếp xúc phát TE và tiếp xúc góp TC rấtnhỏ nên có thể coi đơngiảnlàhaicựcphátE vàcực góp C đượcnốitắt. Dòng điện qua Transistor IC khá lớnvàđượcxácđịnh bởi điệnápnguồncung cấpEC và không phụ thuộc gì vào Transistor đang sử dụng, thựctế UCE ≈ 0,2V GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tính dòng trong BJTở chếđộbão hòa ¾ Chếđộbão hòa có thể coi như là sự xếp chồng của2 chếđộtích cựcvàchếđộđảo ¾ Dòng điện ở các cực ở chếđộbão hòa: Ở chếđộbão hòa miềnB vàC dư thừa các hạtdẫnthiếusố nên sẽ mất mộtthờigiantrễđểBJT ra khỏichếđộbão hòa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.3 Mô hình Ebers-Moll (1) Phương trình Ebers-Moll: Viếtbiểuthức dòng trên E và C theo dòng qua các chuyểntiếp ⎛ VBE ⎞ ⎛ VBC ⎞ I S Vth Vth I E = − ⎜e −1⎟ + I S ⎜e −1⎟ α F ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ V BE ⎞ ⎛ V BC ⎞ V th I S V th I C = I S ⎜ e − 1⎟ − ⎜ e − 1⎟ ⎝ ⎠ α R ⎝ ⎠ Đặt IS=αFIES= αRICS , ta có hệ phương trình Ebers-Moll: V BE V th V BC V th I E = − I ES (e − 1)+ α R I CS (e − 1) VBE Vth V BC V th I C = α F I ES ()e − 1 − I CS ()e − 1 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1.3 Mô hình Ebers-Moll (2) Mô hình có thể sử dụng cho BJT ở cả 3 chếđộlàm việc khác nhau: chếđộtích cực, chế độ ngắt, chếđộbão hòa Thường dùng cho các trường hợpmộtchiềuvàtrường hợp tín hiệulớn Đượcxâydựng trên từ hệ phương trình Ebers-Moll I C IS=αFIES= αRICS V V V V IB BE th BC th I E = −I ES (e −1)+α R ICS (e −1) VBE Vth VBC Vth IC = α F I ES ()e −1 − ICS ()e −1 IE GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mô hình Ebers-Moll đơngiản cho các CĐ làm việc a. Mô hình Ebers-Moll đơngiản cho BJT npn trong chếđộtích cực: VBE = 0.7 VCE > 0.2 IC I B B C VBE = 0.7 ICF= β I B E b. Mô hình Ebers-Moll đơngiản cho BJT npn trong chếđộbão hòa (2 điốt phân cựcthuận): IC I B B C VBE = 0.7 VCE = 0.1 E GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Các cách mắcBJT vàcáchọđặctuyếntương ứng Trong các mạch điện, BJT đượcxemnhư mộtmạng 4 cực: tín hiệu được đưa vào hai chân cựcvàtínhiệulấyracũng trên hai chân cực BJT có 3 cực là E, B, C nên khi sử dụng ta phải đặtmộtchâncực làm dây chung củamạch vào và mạch ra. Ta có thể chọnmột trong 3 chân cực để làm cực chung cho mạch vào và mạch ra. Do đó, Transistor có 3 cách mắccơ bảnlàmạch cực phát chung (CE), mạch cựcgốc chung (CB), và mạch cực góp chung (CC). GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ i i2 1 I IE I I IE B IC C B UEB u1 4C u2 UCE UCB UEC U UBE BC IE IB IC (CE) (CB) (CC) Đặctrưng củamạng 4 cực dùng hệ phương trình trở kháng, dẫn nạp, hỗnhợp. Hệ phương trình hỗnhợp: ⎧u1 = f (i1,u2 ) ⎧u1 =h11.i1 +h12.u2 ⎨ ⎨ ⎩i2 = f ()i1,u2 ⎩i2 = h21.i1 +h22.u2 GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 26 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Các cách mắcBJT vàcáchọđặctuyếntương ứng I I 1 2 I E I I E B IC I C B I UEB U1 4C U UCE UCB UEC 2 U UBE BC IE IB IC (CE) (CB) (CC) ĐặctuyếnTổng quát CE CB CC Đặctuyến U = f (I )| U = f (I )| u1 = f ()i1 |u U = f (I )| EB E UCB BC B UEC vào 2 BE B UCE Đặctuyến u = f ()u | UBE = f (UCE)|I UEB = f (UCB)|I UBC = f (UEC)|I phảnhồi 1 2 i1 B E B Đặctuyến i = f ()i | IC = f (IB )|U IC = f (IE )|U IE = f (IB )|U truyền đạt 2 1 u2 CE CB EC Đặctuyếnra i = f u | I = f (U )| I = f (U )| I = f (U )| 2 ()2 i1 C CE IB C CB IE E EC IB GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Các cách mắcBJT vàcáchọđặctuyếntương ứng Các họđặctuyến đặctrưng cho tham số, đặctínhcủaBJT ở mỗi cách mắc, chúng có vai trò quan trọng trong việcxácđịnh các điểmlàmviệc, định thiên, chếđộlàm việccủaBJT. Để vẽ các họ đặctuyếnnàythường dùng mô hình BJT lý tưởng, với các đ/k: ĐặctuyếnV-A củamỗi chuyểntiếpPN đều đượcmôtả bằng biểu thức: I= IS [exp(U/Uth) – 1] Cường độ điệntrường trong chuyểntiếpPN nếuphâncựcngược phảinhỏ hơnnhiều điệntrường gây ra đánh thủng Điệntrở suấtcủacácmiền E, B, C coi như là rấtnhỏ. Ngoài điện trường tồntại ở các chuyểntiếp PN không có điệntrường tồntại ở các nơikhác Nồng độ phun các hạtdẫnthấp Trong BJT lý tưởng đặctuyếncủamỗi chuyểntiếpPN chịu ảnh hưởng tuyến tính của dòng điện điqua chuyểntiếpkia GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các tham sốđặctrưng cho BJTở mỗichếđộmắc(1) Ngoài các đặctuyếntương ứng vớitừng chếđộmắc, còn cầnphải xác định các tham sốđăctrưng như sau: Độ hỗ dẫnS : biểuthị mối quan hệ giữadòngđiệnratrênmạch và điệnápvào dIra S = khi U ra = const dU Vao Điệntrở ra vi phân rra : biểuthị quan hệ giữadòngđiệntrênmạch ra với điệnáptrênmạch ra. dU ra rra = khi I vào = const dIra Điệntrở vào vi phân rvào : biểuthị quan hệ giữadòngđiệntrên mạch vào với điệnáptrênmạch vào dU vao rvào = khi U ra = const dIVao GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các tham sốđặctrưng cho BJTở mỗichếđộmắc(2) Hệ số khuếch đạidòngđiệntĩnh: K i0 Ira Ki0 = Ivào Hệ số khuếch đại điệnáp: K u dUra KU = dUvào Hệ số khuếch đạicôngsuất: KP Pra K P = Pvào GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.1 SơđồBJT npn mắccực phát chung - CE I = f U | Xác họđịnh đặctuyếnratĩnh: C ( CE) IB Giữ IB ở mộttrị số cốđịnh, thay đổiUCE và ghi lại giá trị tương ứng của IC, vẽđược đặctuyếnIC=f(UCE) Thay đổiIB đếngiátrị khác nhau và thựchiệntương tự, kếtquả thu được IC I là họđặctínhratĩnh củaBJT mắcCE B UCE U = f I | BE ()B UCE UBE Xác định hệ số truyền đạt IE (đặctuyến khuếch đại): Có thểđượcxácđịnh từđặctuyếnra GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Đặctuyếnravàđặctuyến khuếch đại(CE) Đặctuyếnra Đặctuyếnkhuếch đại Tăng tuyến tính UCE=5V Vùng đánh thủng UCE=2V -Bão hòa IB =0A IB(μ IB =-ICB0 A) 2 1 0 chếđộngắt chếđộtích cực (Trở kháng ra rất cao) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 32 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nhậnxétđặctuyếnra Tạimiền khuếch đại, độ dốccủa đặctuyến khá lớn. Khi UCE tăng làm cho độ rộng hiệudụng củamiềnB hẹplại, làm cho số hạtdẫn được cuốnsang miềnC càngnhiều, do đódòngIC tăng nhanh Khi UCE giảm, đến điểmuốncủa đặctuyếnkhiđóUCB=UCE-UBE=0, làm cho chuyểntiếpBC phâncựcthuận, BJT chuyển sang chếđộlàm việcbãohòa. KhiUEC=0 thi điệnápphâncựcthuậnUCB=-UBE đẩyhạt dẫnthiểusốởmiềnC trở lạimiềnB do đóIC=0, đặctuyếncũng điqua gốctọa độ Khi UEC tăng quá lớn, lúc đóUCB quá lớndẫntới đánh thủng tiếpgiáp TC, làm cho dòng IC tăng độtngột Nhậnxétđặctuyếntruyền đạt: Đặctuyếntruyền đạtbiểuthị mốiqua hệ giữadòngraIC và dòng vào IB khi giữ UCE cốđịnh. Đặctuyếnnàycóthể suy ra từ họđặctuyếnra GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 33 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Xác họđịnh đặctuyến vào tĩnh: U = f I | BE ( B ) UCE Giữ UCE =const., thay đổiUBE và ghi lại giá trị tương ứng củaIB, vẽđược đặc tuyếnIB=f(UBE), Thay đổiUCE đến giá trị khác nhau là thựchiệntương tự, kết quả thu đượchọđặctínhvàotĩnh củaBJT mắcCE Nhậnxétđặctuyến vào tĩnh: UBE [V] + Khi UBE 0 thì tiếp xúc phát TE phân UCE=0V cựcthuận, đặctuyếngiống nhưđặc 0,2 tuyếncủa điốt phân cựcthuận, vì dòng I là mộtphầncủa dòng I qua chuyển B E 1234IB [μA] tiếpTE phân cựcthuận IB = (1- α)IE -ICBo GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 34 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1