Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 1: Giới thiệu chung - Trần Thục Linh

39 trang ngocly 1180

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 1: Giới thiệu chung - 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_va_quang_dien_tu_chuong_1_gioi_th.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 1: Giới thiệu chung - 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