›
›

Giáo trình môn học Linh kiện Điện Tử

doc 141 trang vanle 4460
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình môn học Linh kiện Điện Tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docgiao_trinh_mon_hoc_linh_kien_dien_tu.doc

Nội dung text: Giáo trình môn học Linh kiện Điện Tử

  1. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU LINH KIỆN 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Cấu trúc nguyên tử Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của một nguyên tố và mang các đặc điểm của nguyên tố đó. Nguyên tử gồm có một hạt nhân ở giữa và bao xung quanh là các quỹ đạo điện tử. Hạt nhân gồm có các hạt tích điện dương gọi là proton và các hạt không tích điện gọi là notron. Điện tử là các hạt mang điện tích âm. Số proton và điện tử của mỗi nguyên tử phụ thuộc vào từng nguyên tố. Ví dụ, nguyên tử đơn giản nhất là hyđrô chỉ có một proton và một điện tử. Nguyên tử khác là helium có 2 proton và 2 notron trong hạt nhân và 2 điện tử quay xung quanh. 1.1.2 Trọng lượng và số nguyên tử. Các nguyên tố sắp xếp trong bảng hệ thống tuần hoàn theo số nguyên tử của chúng, tức là số điện tử trong nguyên tử ở trạng thái trung hoà về điện. Các nguyên tố cũng có thể được sắp xếp theo trọng lượng nguyên tử của chúng, trọng lượng nguyên tử xấp xỉ bằng số proton cộng với số notronỉtong hạt nhân. Ví dụ hidro có số nguyên tử là 1 và trọng lượng nguyên tử là 1,0079. Số nguyên tử cảu helium là 2 và trọng lượng nguyên tử là 4,00260. Ở trạng thái trung hoà nguyên tử có số điện tử bằng số proton nên nguyên tử mang điện tích bằng không. 1.1.3 Quỹ đạo và các lớp điện tử. Điện tử quay xung quanh hạt nhân theo một quỹ đạo nhất định. Các điện tử gần hạt nhân có năng lượng ít hơn so với các điện tử có quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Quỹ đạo của các điện tử quanh hạt nhân tương ứng với các mức năng lượng khác nhau. Trong nguyên tử, các quỹ đạo được nhóm thành các dải năng lượng và được gọi là các lớp. Mỗi nguyên tử có một số lớp nhất định, mỗi lớp quy định số điện tử lớn nhất ở các quỹ đạo. Sự chênh lệch các mức năng lượng trong một lớp là thấp hơn so với sự chênh lệch các mức năng lượng giữa các lớp. Các lớp được gọi là lớp K,L,M,N . với lớp K là lớp gần hạt nhân nhất. 1.1.4 Các điện tử hoá trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 1
  2. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Các điện tử có quỹ đạo xa hạt nhân thì có năng lượng cao hơn và liên kết yếu với hạt nhân hơn so với các quỹ đạo của các điện tử có quỹ đạo gần hạt nhân hơn. Các điện tử nằm ở lớp ngoài cùng có mức năng lượng cao nhất và liên kết yếu với hạt nhân. Lớp ngoài cùng gọi là lớp hoá trị và các điện tử ở lớp đó gọi là điện tử hoá trị. Các điện tử hoá trị này có ảnh hưởng tới tính chất và liên kết trong cấu trúc và xác định tích dẫn điện của vật chất. 1.1.5 Sự ion hoá. Khi các nguyên tử hấp thu năng lượng (nhiệt hay ánh sáng), sẽ làm tăng các mức năng lượng của các điện tử. Khi các điện tử được tăng năng lượng nó sẽ di chuyền ở các quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Do đó các điện tử hoá trị có năng lượng cao hơn và liên kết yếu với hạt nhân hơn so với các điện tử lớp trong, chúng có thể nhảy lên các quỹ đạo cao hơn trong lớp hoá trị một cách dễ dàng khi năng lượng ngoài được hấp thu. Nếu các điện tử hoá trị thu được đủ năng lượng nó có thể nhảy ra khỏi lớp ngoài cùng. Sự di chuyển của các điện tử hoá trị làm cho nguyên tử mất cân bằng về điện và trở thành tích điện dương (số proton lớn hơn số điện tử), quá trình mất điện tử hoá trị gọi là sự ion hóa và kết quả là nguyên tử tích điện dương gọi là ion dương. Các điện tử hoá trị trở thành điện tử tự do. Khi các điện tử tự do bị hút vào lớp ngoài cùng thì nguyên tử trở nên tích điện âm và gọi là ion âm. 1.1.6 Số điện tử trong một lớp. Số điện tử lớn nhất (Ne) có thể có trong mỗi lớp của nguyên tử được tính theo công thức: 2 N e 2n ở đây n là số của lớp. Lớp trong cùng K có số là 1, lớp L là số 2, lớp M là số 3, Ví dụ số điện tử lớn nhất có thể có trong lớp K là: 2 2 N e 2n 2.1 2 Tất cả các lớp trong nguyên tử phải điền đủ số điện tử trừ lớp ngoài cùng. 1.2 CHẤT BÁN DẪN, CHẤT DẪN ĐIỆN, CHẤT ĐIỆN MÔI Chất dẫn điện là chất dễ dàng dẫn dòng điện. Chất dẫn điện tốt nhất là các đơn chất ví dụ như đồng, bạc, vàng, nhôm, là các chất mà trong nguyên tử chỉ Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 2
  3. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội có duy nhất một điện tử hoá trị liên kết yếu với hạt nhân. Điện tử hoá trị này liên kết yếu với hạt nhân nên đễ dàng tách ra khỏi nguyên tử và tạo thành điện tử tự do. Do đó các chất dẫn điện có nhiều điện tử tự do và khi đặt trong một điện trường thì tạo nên dòng điện. Chất cách điện là các chất không dẫn dòng điện ở điều kiện thường. Phần lớn các chất cách điện tốt là các hợp chất có nhiều hơn một chất. Các điện tử hoá trị liên kết chặt chẽ với hạt nhân, do đó có rất ít điện tử tự do trong chất cách điện. Chất bán dẫn là chất nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện về khả năng dẫn dòng điện. Chất bán dẫn đơn chất phổ biến nhất là Silicon, Germanium và Carbon. Chất bán dẫn phổ biến như là gali arsen cũng được sử dụng phổ biến. Các chất bán dẫn đơn chất được tạo thành từ các nguyên tử có 4 điện tử hoá trị. 1.2.1 Các vùng năng lượng. Lớp hoá trị của một nguyên tử được thay thế bởi một vùng các mức năng lượng và các điện tử hoá trị bị giới hạn trong vùng đó. Nếu điện tử hấp thu đủ năng lượng ngoài thì nó rời khỏi lớp hoá trị và trở thành điện tử tự do và tồn tại trong vùng gọi là vùng dẫn. Sự chênh lệch năng lượng giữa vùng hoá trị và vùng dẫn gọi là vùng cấm. Đây là phần năng lượng mà điện tử hoá trị phải có để nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn. Hình 1-1 chỉ ra cấu trúc vùng năng lượng của 3 chất bán dẫn, dẫn điện và cách điện. Đối với chất cách điện là rất lớn, các điện tử hoá trị không nhảy được lên vùng dẫn trừ trường hợp bị đánh thủng khi có điện áp vô cùng lớn được đặt lên. Đối với chất bán dẫn vùng cấm hẹp hơn, do đó cho phép các điện tử hoá trị nhảy lên vùng dẫn và trở thành điện tử tự do. Đối với chất dẫn điện các vùng năng lượng bị chồng lên nhau, do đó luôn luôn có một số lớn điện tử tự do. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 3
  4. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Mức năng lượng Mức năng lượng Mức năng lượng Vùng dẫn Vùng dẫn Vùng cấm Vùng cấm Vùng dẫn Bị chồng Vùng hoá trị Vùng hoá trị Vùng hoá trị 0 0 0 Chất cách điện Chất bán dẫn Chất dẫn điện Hình 1.1. Cấu trúc vùng năng lượng của chất cách điện , chất bán dẫn và chất dẫn điện. 1.2.2 Chất điện môi 1.2.2.1 Khái niệm Chất điện môi (hay cong gọi là chất cách điện) là chất dẫn điện kém. Chất điện môi là chất có điện trở suất cao, khoảng 10 7 ÷ 1017Ωm ở nhiệt độ bình thường ( khoảng 25oC). Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ. 1.2.2.2 Một số tính chất của chất điện môi Hằng số điện môi (còn gọi là độ thẩm thấu điện tương đối) Hằng số điện môi là tham số biểu thị khă năng phân cực của chất điện môi. Trạng thái phân cực của chất điện môi là trường hợp một số phần thể tích của chất điện môi có các mô men điện khác không. Mức độ phân cực của chất điện môi được đánh giá bằng sự thay đổi điện dung của tụ điện khi thay chân không hoặc không khí giữa hai bản cực của tụ bằng vật liệu chất điện môi. Trị số này được gọi là độ thẩm thấu điện tương đối của chất điện môi hay hằng số điện môi, kí hiệu là ε và được xác định bằng biểu thức: C  d C0 Trong đó : Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 4
  5. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Cd : là điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi C0: là điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi là không khí hoặc chân không. Độ tổn hao điện môi Pa Là công suất điện chi phí để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường. Độ tổn hao năng lượng này được nghiên cứu đối với điện áp xoay chiểu và điện áp môộtchiều khi trong nó xuất hiện dòng điện dò. Độ tổn hao điện môi được đặc trưng bằng công toả ra trên một đơn vị thể tích điện môi gọi là tổn hao điện môi. Đế đặc trưng cho khả năng toả nhiệt của chất điện môi khi đặt nó trong điện trường người ta sử dụng tham số góc tổn hao điện môi(tgδ, δ là góc tổn hao). Hình 1.6(trnag 25 sach linh kien bưu chính) là sơ đồ tương đương của tụ điện khi có tổn hao. I U tg a a I c U c 2 Độ tổn hao điện môi Pa=U ωCtgδ Trong đó : Pa: công suất điện làm nóng chất điêện môi U: điện áp dặt lên tụ điện. C: điện dung tụ Ω: tần số góc (rad/s) Tgδ: góc tổn hao điện môi. Nhận xét: Chất điện môi có tham số góc tổn hao điện môi càng nhỏ thì độ tổn hao điện môi của nó càng thấp. Khi một tụ điện làm việc ở dải tần rộn, chỉ có dòng điện dò thì độ tổn hao điện môi được tính theo công thức: Pa =U2/R với R là nội trở của tụ điện. Nếu tổn hao điện môi trong tụ điện là do điện trở của các bản cực, dây dẫn và tiếp giáp thì tổn hao điện môi sẽ tăng tỉ lệ với bình phương tần số: 2 2 2 Pa=U ωC R . Trên thực tế các tụ điện làm việc ở tần số cao thường có các bản cực, dây dẫn, tiếp giáp được tráng bạc để giảm nhỏ điện trở của chúng. Độ bền về nhiệt của chất điện môi.Eđt Hiện tượng đánh thủng chất điện môi: Nếu đặt một chất điện môi vào trong một điện trường và tăng cường độ điện trường lên quá một giá trị giới hạn thì Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 5
  6. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội chất điện môi mất đi khả năng cách điện, đó gọi là hiện tượng đánh thủng chất điện môi. Giá trị điện áp mà tại đó xảy ra hiênj tượng đánh thủng gọi là điện áp đánh thủng, Udt U E dt (KV/cm) dt d Udt: là điện áp đánh thủng chất điện môi d: độ dày của lớp điện mối bị đánh thủng. 1.2.2.3 Dòng điện trong chất điện môi Dòng điên jtrong chất điện môi gồm có 2 thành phần: dòng điện dịch và dòng điện rò. Dòng điện dịch(Dòng điện cảm ứng): Quá trình chuyển dịch phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi xảy ra cho tới khi đạt đến trang jthái cân bằng sẽ tạo nên dòng điện phân cực hay là dòng điện dịch. Khi ở điện áp xoay chiều dòng điện dịch tồn tại trong suốt thời gian chất điện môi nằm trong điện trường. Khi ở điện áp một chiều dòng điện chuyển dịch chỉ tồn tại ở thời điểm đóng, ngắt điện áp. Dòng điện rò: Là dòng điện được tạo ra do các điện tíchtwj do và điện tử phát xạ chuyển động dưới tác dụng của điện trường. Nếu dòng ro lớn sẽ làm mất tính chất cách điện của chất điện môi. Vậy dòng điện trong chất điện môi là: I=Idịch+Irò Sau khi quá trình phân cực kết thúc thì qua chất điện môi chỉ còn dòng điện rò. 1.2.2.4 Độ dẫn điện của chất điện môi Điện trở của chất điện môi ở giữa hai bản cực khi đặt một điện áp một chiều lên chúng thì giống như điện trở cách điện của chúng. Điêệntrở cách điện U đựpc tính thồng qua dòng điện rò: Rcd I  I CM Trong đó:  ICM : tổng các thành phần dòng điện phân cực. I: Dòng điện nghiên cứu. Ngoài ra để đánh giá độ dẫn điện của chất điện môi người ta còn sử dụng S tham số điện trở suất khối: R d Trong đó: Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 6
  7. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội R: điện trở khối thể tích chất điện môi S: diện tích d: độ dày của mẫu chất điện môi 1.2.2.5 Một số chất điện môi thường dùng Chất điện môi được chia làm hai loại là chất điện môi thụ động và chất điện môi tích cực. Chất điện môi thụ động * Mica: Vật liệu này có tinh chịu nhiệt cao, bền về điện, Etđ=50 ÷ 200KV/mm, nhiệt độ chịu đừng cao đến 600 0C, hằng số điện môi ε= 6 ÷ 8; góc tổn hao nhỏ tgδ=0,0004; điện trở suất ρ=10 7 Ωm. Mi ca thường được dùng làm tụ mi ca, làm khuôn mẫu cho các chi tiết của linh kiện điện tử, làm cuộn cảm, ống đãn sóng, biến áp, làm chất cách điện trong các dụng cụ thiết bị điện tử bị nung nóng. . . * Sứ: độ bền về điện, Etđ=15 ÷ 30KV/mm, hằng số điện môi ε= 6,3 ÷ 7,5, điện trở suất ρ=3. 10 14 Ωm. Sứ được dùng làm giá đỡ cách điện, làm tụ điện, làm đế đèn. . * Gốm: là đất nung, chịu nhiệt tốt, dễ thay đổi được hình dạng. Gốm được sử dụng chủ yếu làm tụ điện. Gốm có hằng số điện môi ε= 1700 ÷ 4500; góc tổn hao nhỏ tgδ=0,02 ÷ 0,03, tỷ trọng 4Mg/m3. Gốm vừa là chất điện môi thấp tần vừa là chất điện môi cao tần * Chất dẻo, nhựa tổn hợp(Bakelit): thường có độ bền cơ học rất cao, chịu 0 được nhiệt độ cao, 300 C, Etđ=10 ÷ 40KV/mm, hằng số điện môi ε= 4 ÷ 4,6 , góc tổn hao điện môi nhỏ tgδ=0,05÷0,12. Bakelit thường được dùng làm khuôn mẫu để chế tạo linh kiện, chế tạo vỏ máy TV, các thiết bị đo. . . * Giấy làm tụ điện: Tụ giấy thường dùng ở nơi có nhiệt độ cao(70÷100 oC), giấy có độ bền về điện khá caoE=30KV/mm, hằng số điện môi khá nhỏ ε=3÷ 4 . . . Chất điện môi tích cực * Thạch anh áp điện(SiO2):tồn tại ở dạng tinh thể, không màu, trong suốt, còn gọi là phalê thiên nhiên hay là thạch anh màu. Tinh thể thạch anh áp điện có Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 7
  8. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội thể kéo dài bằng phương pháp nhân tạo, khi đó tính chất của nó gần giống tính chất của các tinh thể thiên nhiên. Trong các thiết bị sử dụng các tấm thạch anh được tạo ra sao cho tương tự một đơn tinh thể không đẳng hướng và các tính chất của nó trong các hướng khác nhau sẽ khác nhau. Thạch anh thường được dùng để chế tạo các bộ dao động, cộng hưởng thạch anh. * Xây nhét điện: Đây là hiện tượng phân cực tự phát trong muối xây nhet. Khi đặt một điện trường ngoài lên xây nhet thì nó bị phân cực. Sau khi điện trường ngừng tác dụng trong xây nhét vẫn tiếp tục điễn ra hiện tượng phân cực. Độ thẩm thấu điện của xây nhét điện diễn ra rất mạnh nó phụ thuộc vào cường độ điện trường tác dụng. * Chất khí: không khí có độ thẩm thấu điện ε o=8,85pF/m; ở nhiệt độ thấp và điện trường thấp không khí không dẫn điện. * CHất lỏng: Dầu: dầu thường được dùng để tạo chất cách điện bằng cách thay thế không khi trong một số hệ thống hoặc dùng để tẩm các chất cách điện xốp. Độ bền về điện của dầu phuụthuộc vào độ thinh khiết của nó. 1.3 Chất dẫn điện 1.3.1 Khái niệm Chất dẫn điện là vật liệu có độ dẫn điện cao. Trị số điện trở suất thấp khoảng 10-8 đến 10-5Ωm. Trong tự nhiên chất dẫn điện tồn tại ở cả 3 thể rắn, lỏng và khí (hoặc hơi kim loại). Chất rắn: là kim loại, được chia thành 2 loại: - Kim loại có độ dẫn điện cao, thường được sử dụng để chế tạo dây dẫn, cáp, biến áp, ống dẫn sóng, chân các linh kiện điện tử. . . - Kim loại và hợp chất kim loại có điện trở suất cao dùng để chế tạo các dụng cụ nung nóng như dây mayso, sợi tóc bóng đèn, điện trở. . . Chất lỏng: gồm các kim loại nóng chảy và các dung dịch điện phân, thông thường là các dung dịch kiềm, dung dịch axit hoặc dung dịch muối. Trong các chất điện phân các hạt tích điện là ion dương và ion âm. Khi có dòng điện chạy qua chất điện phân các điện tích sẽ chuyển động dẫn đến thành phần của chất điện phân thay đổi và trên các điện cực sẽ xuất hiện kết quả của quá trình điện phân. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 8
  9. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Chất khí và hơi kim loại: Trong môi trường có cường độ điện trường thấp chất khi và hơi kim loại không dẫn điện. Khi cường độ điện trường cao hơn đến mức xảy ra sự ion hoá do va chạm và quang học thì chất khí mới dẫn điện. Độ dẫn điện do ion và điện tử tự do quyết định. 1.3.2 Một số đặc tính của chất dẫn điện 1.3.2.1 Điện trở suất l R [.mm][.m] S Trong đó: S: tiết diện của dây dẫn. L: chiều dài dây dẫn. R: điện trở của dây dẫn. Điện trở suất của chất dẫn điện nằm trong khoảng từ 0,016μΩ.m (Ag) đến 10μΩ.m (hợp kim sắt- crôm- nhôm). Chất có điện trở suất thấp nhất thường được dùng làm dây dẫn như: Đồng đỏ (Cu) : ρ= 0, 017μΩ.m Nhôm(Al) : ρ= 0, 028μΩ.m Vàng (Au) : ρ= 0, 055μΩ.m Volfram(W) : ρ= 0, 024μΩ.m Molipden(Mo) : ρ= 0, 057μΩ.m 1.3.2.2 Hệ số nhiệt của điện trở suất (α) Hệ số nhiệt của điện trở suất biểu thị sự thay đổi của điện trở suất khi nhiệt độ thay đổi 10C. Khi nhiệt độ tăng điện trở suất tăng theo quy luật: ρt=ρ0(1+αt) Trong đó : ρt: điện trở suất tại nhiệt độ t 0 ρ0: điện trở suất tại nhiệt độ 0 C α: hệ số nhiệt của điện trở suất [K-1] Nếu kim loại là nguyên chất thì hệ số nhiệt của chúng đều như nhau và có giá trị α=1/273,15K-1=0,004K-1 1.3.3.3 Hệ số dẫn nhiệt λ Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 9
  10. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hệ số dẫn nhiệt là lương jnhiệt truyền qua một đơn vị điện tích trong một đơn vị thời gian khi gradien nhiệt độ bằng đơn vị Đơn vị của hệ số dẫn nhiệt là W/m.K Sự dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt bằng sự chuyển động hỗn loạn của các nguyên tử. Lượng nhiệt truyền qua diện tích bề mặt S trong thời gian t là: t Q  St l Trong đó: λ: hệ số dẫn nhiệt t : Lượng chênh lệch nhiệt độ tại hai thời điểm cách nhau một khoảng l S: diện tích bề mặt T: thời gian 1.3.3.4 Công thoát điện tử trong kim loại Ở 00K điện tử không thể thoát khỏi bề mặt kim loại vì năng lượng cần thiết để thoát khỏi bề mặt kim loại là E B, mà năng lượng lớn nhất điện tử có thể đạt được là Ep. Năng lượng cần thiết để cấp thêm cho điện tử để nó có thể thoát khỏi bề mặt kim loại là Ew=E B-EP gọi là công thoát của kim loại. Như vậy, công thoát của kim loại biểu thị năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho điện tử chuyển động nhanh nhất ở 0oK để điện tử này có thể thoát ra khỏi bề mặt kim loại. Phát xạ nhiệt điện tử: Giả sử nung nóng một sợi dây kim loại, nhiệt năng được cấp cho điện tử trong mạng tinh thể và sự phân bố năng lượng của điện tử sẽ bị thay đổi. Một số điêệntử sẽ có khả năng bứt ra khỏi mạng tinh thể trở thành điện tử tự do(thoát khỏi bề mặt kim loại) 1.3.3.5 Điện thế tiếp xúc Hiệu điện thế tiếp xúc giữa hai kim loại được xác định như hiệu điện thế giữa hai điểm A, B. Nguyên nhân tồn tại hiệu điện thế là do hai kim loại tiếp xúc nhau tạiđiểm C, các điện tử sẽ chảy từ kim loại có công thoát thấp hơn tới kim loại có côngthoát cao hơn. Dòng chảy điện tử này sẽtiếp tục đến khi hai kim loại đạt được nhiều điêệntích âm tới mức một trường cản lại được hình thành, trường này sẽ đẩy bất kỳ một điệntử nào khác. Sự chênh lệch thế năng E AB giữa hai điểm A, B được tính theo công thức: EAB=Ew2-Ew1. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 10
  11. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Điều này nghĩa là sự chênh lệch tiếp xúc giữa hai kim loại là hiệu hai công thoát của chúng. Tương ứng với thế năng E AB là điện thế tiếp xúc V AB. nếu hai kim loại là giống nhau thì điện thế tiếp xúc của chúng là bằng 0. Nếu hai kim loại là khác nhau thì kim loại nào có công thoát lớn hơn sẽ trở thành điện tích âm ngược lại kim loại nào có công thoát nhỏ hơn sẽ trở thành điện tích dương. 1.3.4 Một số loại vật liệu dẫn điện thường dùng 1.3.4.1 Chất dẫn điện có điện trở suất thấp * Bạc: là chất có độ dẫn điện cao nhất, ρ= 0, 0165μΩ.m, tuy nhiên Bạc là linh kiện quý hiếm nên chỉ được dùng làm điện cực cho các linh kiện đòi hỏi độ chính xác cao như chân các bộ vi xử lí của máy tính. * Đồng nguyên chất(Cu): có điện trở suất đứng sau Bạc. Đồng có độ bền cơ học cao, dễ dàng kéo sợi, dát mỏng với các kích thược khác nhau, dễ hàn. Đồng có độ bền chống ăn mòn cao nhờ lớp oxit trên bề mặt. Đây là vật liệu được sử dụng rất phổ biến. Đồng thường được sử dụng làm tiếp điểm mạ bạc để chống oxi hoá. Đồng nguyên chất được sử dụng làm dây dẫn, các chi tiết của các đèn điện tử, đầu ra côgn suất của các thiết bị điện tử siêu cao tần. . . Ngoài ra các hợp chất của Đồng cũng được sử dụng rất nhiều do chúng có độ bền cơ học rất cao - Đồng thau (còn gọi là Latun, là hợp kim của Đồng và Kẽm): (65÷70)%Cu+(35÷30)%Zn Đồng thau có độ bền cơ học rất cao. Thường được dùng làm các đầu nối dây, các lá tiếp xúc. - Đồng Bronda chứa: 95,5%Cu+2,5%Al+2%Zn. Đồng Bronda thường được dùng làm lò so dẫn điện. - Đồng phốt pho chứa: 98,7%Cu+0,13%Sn. Đồng phốt pho thường được sử dụng khi cần độ chống ăn mòn ở các tiếp điểm điện. - Đồng trắng(Nikel- Silver) chứa: 55%Cu+27%Zn+18%Ni. Đồng trắng được dùng cho các thiết bị điện thoại, dây điện trở và các tiếp điểm. Tổng quan, các hợpchất của đồng có một số tham số sau: -1 o ρ= 0, 03 ÷ 0,06μΩ.m; α=0,002K ; tnc=900 C Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 11
  12. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội * Nhôm (Al): là chất dẫn điện tốt thứ hai, đứng sau đồng. Nhôm có một số tham số sau: -1 o ρ= 0, 0267μΩ.m; α=0,0045K ; tnc=660 C Nhôm rất dẻo, chắc chắn so với trọng lượng có hệ số phản xạ cao, chống ăn mòn tốt. Nhôm dễ bị oxy hoá mặt ngoài, chống ăn mồn tốt nhưng lại làm cho Nhôm rất khó hàn so với Đồng. Để tải cùng công suất điện thì dây nhôm cần có tiết diện lớn hơn dây đồng. Cáp nhôm thường có lõi thép gia cố ở giữa. Nhôm dưới dạng màng mỏng thường được sử dụng nhiều trong công nghiệp vi điện tử. Nhôm dễ dát mỏng nên thường được dùng để làm tụ điện, làm cánh toả nhiệt, các lớp phủ phản xạ. . . -1 o * Thiếc(Sn): ρ= 0, 115μΩ.m; α=0,0042K ; tnc=230 C. Thiếc thường sử dụng để hàn dây dẫn và các linh kiện điện tử. -1 o * Chì(Pb): ρ= 0, 21μΩ.m; α=0,004K ; tnc=330 C. Chì thường được dùng làm cầu chì, vỏ bọc cáp chôn dưới đất, chế tạo acqui axít. * Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (Volfram, Niken, Molipden): thường được sử dụng làm sợi nung, làm tiếp điểm, công tắc, các điện cực của các đèn điện tử chân không. . . * Các kim loại quý hiếm(Vàng, Bạc, Bạch kim): được sử dùng rất rộng rãi. Đây là các kim loại bền vững có thể nhận được với độ tinh khiết cao 99,99%. - Bạc (Ag): dẫn điện tốt, chống ăn mòn nhưng hay bị xỉn. Bạc thường được dung để mạ các bề mặt đòi hỏi độ dẫn điện tốt (Các ống siêu cao tần), các công tắc, bản cực của các bình điện phân. Hợp kim của bạc cũng được dùng nhiều. Hợp kim của bạc có ưu điểm cứng hơn bạc nguyên chất nhưng chịu ăn mòn kém. - Vàng (Au): có độ dẫn điện rất cao, có tính chống ăn mòn, chống oxy hóa rất tốt. Vàng thường được dùng để làm dây dẫn cao tần, làm vật liệu tiếp xúc, phủ chống ăn mòn, tráng ở mặt trong của các ống dẫn sóng, làm chân của các linh kiện bán dẫn đòi hỏi có độ nhạy, độ bền và khả năng dẫn điện cao( chân các bộ vi xử lý, bo mạch in của máy tính . . . ). Vàng và hỗn hợp nấu với thuỷ tinh được dùng như dây dẫn ở các mạch lai màng dày. Vàng dùng làm vật liệu dẫn điện trong các mạch lai màng mỏng và các IC có Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 12
  13. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội nhiều đầu ra. Hợp kim vàng được dùng để chế tạo công tắc xoay, rơ le điện thoại. - Bạch kim(Pt): Là loại kim loại quý hiếm, có tinh chống ăn mòn tốt, có nhiệt độ nóng chảy cao. Bạch kim dẻo, dễ tạo hình nên dễ dàng kéo sợi nhỏ mảnh, thường dùng trong các thiết bị đo có độ nhạy cao, dùng để mạ tiếp điện hoặc chân các điẹn cực. Bạch kim được dùng làm các nhiệt kế điện, các cặp nhiệt điện làm việc ở nhiệt độ cao lên tới 1600 0C. Sợi chỉ bạch kim có đường kính 0,001nm dùng để treo các hệ thống di động của đồng hồ đo điện và các dụng cụ có độ nhạy cao. - Pladi là kim loại quý hiếmcó tính chống ăn mòn cao, nhiệt độ nóng chảy cao. Pladi dễ tạo hình (giống như bạch kim) và mạ điện được. Bề ngoại Pladi giống như bạch kim. Pladi được dùng để mạ các tiếp điểm, chân linh kiện, làm rơle điện thoại. Dùng pladi kinh tế hơn bạch kim. 1.3.4.2. Chất dẫn điện có điện trở suất cao. Các hợp kim có điện trở suất cao dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện, các điện trở, biến trở, dây mayso, các thiết bị nung nóng bằng nhiệt. Các hợp kim thường dùng yêu cầu phải có hệ số nhiệt α nhỏ. Thông thường, các hợp kim được sử dụng phổ biến là hợp kim của đồng. - Hợp kim Manganin ( 86%Cu + 40%Mn + 2%Ni). Hợp kim này có điện trở suất ρ=(0,42÷0,52)μΩ.m, hệ số nhiệt α = -0,00005K -1, nhiệt độ nóng chảy t0=12000C, tỷ trọng 8,4.10 3 kg/m3. Maganin có sắc vàng, có thể dễ dàng kéo sợi, dát mỏng đến 0,1mm. Maganin dùng trong các dụng cụ đo điện, các điện trở mẫu. - Hợp kim Constantan (60%Cu + 40%Ni + 1%Mn) . Hợp kim này có điện trở suất ρ=(0,48÷0,52)μΩ.m, hệ số nhiệt α = -0,00005K -1, nhiệt độ nóng chảy t0=12700C, tỷ trọng 8,9.103 kg/m3. Constantan có thể kéo sợi nhỏ, mảnh, và dát mỏng như Manganin. Costantan được dùng để chế tạo điện trở, biến trở, các thiết bị đốt nóng bằng điện khi nhiệt độ nhỏ hơn 500oC - Cacbon(C): có hai loại kết tinh là graphit và kim cương. Graphit(than chì) có dạng bền ở nhịêt độ phòng. Than chị tự nhiên có điện trở suất cao dùng để chế tạo điện trở, biến trở. Bột than chì được dùng làm điện Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 13
  14. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội trở thay đổi áp lực âm thanh, làm bộ phóng điện cho các mạng lưới điện thoại. . . 1.4 Chất bán dẫn 1.4.1 Khái niệm Chất bán dẫn là vật chất có điện trở suất nằm giữa trị số điện trở suất của chất dẫn điện và chất điện môi khi ở nhiệt độ phòng. Điện trở suất của chất bán dẫn nằm trong khoảng ρ= 10-6 ÷ 108 μΩ.m Trong tự nhiên chất bán dẫn có khá nhiều. Theo bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleep có: Bo, Indi, Gali ở nhóm 3, Silic, Gemarni ở nhóm 4, Selen, Lưu huỳnh ở nhóm 6, Asen ở nhóm 5. . . Trong kỹ thuật điện tử chỉ sử dụng một số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể. Đặc điểm của cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn là độ dẫn điện của nó rất nhỏ khi ở nhiệt độ thấp và tăng theo quy luật luỹ thừa với sự tăng của nhiệt độ và tăng gấp bội khi có trộn thêm tạp chất. Đặc điểm cơ bản của chất bán dẫn là độ dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ moi trường, nồng độ tạp chất, ngoài ra cong phụ thuộc vào ánh sáng, bức xạ ion hoá. . Phổ biến và quan trọng nhất là hai chất Silic và Germani còn các chất như Bo, Nhôm Phốt pho, Asen chỉ dùng pha tạp thêm vào chất bán dẫn chính tạo nên bán dẫn pha tạp. 1.4.2. So sánh nguyên tử chất dẫn điện và chất bán dẫn. Trong cấu trúc của nguyên tử silic, lõi của nguyên tử silic mang điện tích +4 (14 proton và 10 điện tử), còn trong cấu trúc của nguyên tử đồng, lõi của nguyên tử đồng mang điện tích +1 (29 proton và 28 điện tử). Điện tử hoá trị của nguyên tử đồng chịu một lực hút +1và điện tử hoá trị của nguyên tử silic chịu một lực hút +4. Hơn nữa, điện tử hoá trị của nguyên tử đồng ở lớp thứ tư còn điện tử hoá trị của nguyên tử silic ở lớp thứ ba. Do đó điện tử hoá trị trong nguyên tử đồng có năng lượng lớn hơn các đó điện tử hoá trị trong nguyên tử silic. Điều đó có nghĩa là điện tử hoá trị của nguyên tử đồng dễ dàng nhận năng lượng ngoài để trở thành điện tử tự do hơn điện tử hoá trị của nguyên tử silic Trong thực tế, một lượng lớn điện tử hoá trị của nguyên tử Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 14
  15. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội đồng đã đủ năng lượng để trở thành điện tử tự do được thể hiện ở đoạn chồng nhau của vùng hoá trị và vùng dẫn trong đồ thị cấu trúc vùng năng lượng. 1.4.3 Silic và Gemani. Hình 1-2 là cấu trúc nguyên tử của Silic và Gemani. Silic và Gemani đều có 4 điện tử hoá trị. Silic là vật liệu được sử dụng rộng rãi để chế tạo nên diode, transisto, mạch tích hợp và các linh kiện bán dẫn khác. Các điện tử hoá trị trong nguyên tử gemani ở lớp thứ tư còn điện tử hoá trị của nguyên tử silic ở lớp thứ ba, gần hạt nhân hơn. Có nghĩa là các điện tử hoá trị trong nguyên tử gemani có mức năng lượng cao hơn trong nguyên tử silic, do đó chỉ cần một năng lượng nhỏ thì điện tử hoá trị của nguyên tử gemani sẽ trở thành điện tử tự do. Điều này làm cho gemani không ổn định ở nhiệt độ cao, đây là lý do tại sao silic là vật liệu bán dẫn được sử dụng rộng rãi. Hình 1.2. Cấu trúc nguyên tử của Silic và Gemani 1.4.4 Liên kết cộng hoá trị. Silic và gemani có cấu trúc mạng tinh thể, nghĩa là mỗi nguyên tử silic (hoặc gemani) liên kết với bốn nguyên tử xung quanh theo liên kết cộng hoá trị. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 15 các electron góp chung Hình 1.3. Cấu trúc mạng tinh thể và liên kết cộng hoá trị trong Si.
  16. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 1.4.5 Tính dẫn điện trong các chất bán dẫn. 1.4.5.1 Lỗ trống và điện tử dẫn điện Tính thể silic thuần(tinh khiết) ở nhiệt độ phòng nhận được một năng lượng (nhiệt, ánh sáng) từ môi trường ngoài, làm cho một số điện tử hoá trị được tăng năng lượng và nhảy mức từ vùng hoá trị lên vùng dẫn, trở thành điện tử tự do và gọi là điện tử dẫn điện. Khi điện tử nhảy lên vùng dẫn để lại một khoảng trống ở vùng hoá trị và gọi là lỗ trống. Do đó khi có năng lượng ngoài kích thích thì tạo nên một cặp điện tử-lỗ trống. Sự tái hợp xuất hiện khi điện tử ở vùng dẫn bị mất năng lượng và quay trở về lỗ trống trong vùng hoá trị. điện tử vùng dẫn tự do lỗ trống vùng hoá trị Hình 1.4. Quá trình tạo ra cặp điện tử tự do - lỗ trống trên đồ thị vùng năng lượng. 1.4.5.2 Dòng lỗ trống và điện tử. Khi có một điện áp đặt vào mảnh silic thuần, thì các điện tử tự do sẽ chuyển động về phía cực dương của nguồn, và được gọi là dòng điện tử. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 16
  17. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Một dòng khác xuất hiện ở vùng hoá trị đó là dòng lỗ trống. Các electron còn lại trong vùng hoá trị vẫn liên kết với hạt nhân không tự do di chuyển trong tinh thể như các electron tự do. Tuy nhiên, một electron hoá trị có thể di chuyển đến một lỗ trống gần đó với sự thay đổi mức năng lượng nhỏ và nó để dòng lỗ dòng trống điện tử I Hình 1.5. Dòng điện tử và dòng lỗ trống. lại một lỗ trống mới. Thực tế, lỗ trống có thể di chuyển trong cấu trúc tinh thể và gọi là dòng lỗ trống. 1.4.6 Chất bán dẫn loại P và loại N Độ dẫn điện của Silic và Gemani có thể tăng mạnh bằng cách thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn thuần, tức là làm tăng số hạt dẫn điện (điện tử hoặc lỗ trống) và vì vậy tăng độ dẫn điện. Có hai chất bán dẫn tạp chất đó là loại N và loại P. 1.4.6.1 Chất bán dẫn loại N. Để tăng số electron ở vùng dẫn trong tinh thể silic thuần người ta thêm các nguyên tử có hoá trị V, tức là có 5 điện tử hoá trị. Ví dụ như các nguyên tử As(asen), P(photpho), Bi(bitmut), Sb(antimon). Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 17
  18. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Electron tự do từ nguyên tử Sb Vùng dẫn Mức năng lượng tạp Vùng hoá trị chất Hình 1.6. Đồ thị vùng năng lượng và cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn loại N. Như minh hoạ ở hình 1-6 mỗi nguyên tử tạp chất (ví dụ là Sb) liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử silic xung quanh. Bốn electron hoá trị của nguyên tử Sb tham gia vào liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử Silic còn một electron không tham gia vào liên kết. Electron này trở thành electron dẫn điện bởi vì nó không gắn với nguyên tử nào. Nguyên tử tạp chất cho electron nên gọi là nguyên tử đono. Số lượng electron dẫn điện có thể thay đổi được bằng cách thay đổi số nguyên tử tạp chất pha tạp vào. Electron dẫn điện được tạo ra do sự pha tạp nhưng lại không tạo tạo ra lỗ trống ở vùng hoá trị. Việc làm sai hỏng mạng tinh thể chất bán dẫn thuần bằng tạp chất đono tương ứng với việc làm xuất hiện trong vùng cấm của bán dẫn này những mức năng lượng cục bộ nằm sát đáy vùng dẫn. Những mức năng lượng này gọi là những mức đôno. Khoảng cách từ đáy vùng dẫn đến mức đono nhỏ hơn nhiều độ rộng vùng cấm, bởi vậy năng lượng cần thiết để điện tử nhảy từ mức đôno lên vùng dẫn (năng lượng ion hoá) nhỏ hơn nhiều năng lượng cần thiết để đưa điện tử từ vùng hoá trị lên vùng dẫn. Điều này một lần nữa giải thích tại sao trong chất bán dẫn loại N thành phần dòng điện chủ yếu là điện tử. Trong chất bán dẫn N dòng điện được tạo ra do phần lớn các electron nên các electron được gọi là hạt đa số. Nhưng cũng có một số các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện khi cặp điện tử- lỗ trống được tạo ra do hiện tượng nhiệt (các lỗ trống này không được tạo ra do sự pha tạp). Các lỗ trống này được gọi là hạt thiểu số. 1.4.6.2 Chất bán dẫn loại P Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 18
  19. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Để tăng số lỗ trống trong tinh thể silic thuần người ta thêm các nguyên tử có hoá trị III, tức là có 3 điện tử hoá trị. Ví dụ như các nguyên tử Al(nhôm), B(Bo), In(Indi), Ga(Gali). lỗ trống từ nguyên tử B Mức năng Vùng dẫn lượng tạp chất Vùng hoá trị Hình 1.7. Đồ thị vùng năng lượng và cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn loại P. Như minh hoạ ở hình 1-7 mỗi nguyên tử tạp chất (ví dụ là B) liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử silic xung quanh. Ba electron hoá trị của nguyên tử B tham gia vào liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử Silic mà do cần bốn electron hoá trị nên một lỗ trống được tạo ra. Bởi vì nguyên tử tạp chất có thể nhận electron nên gọi là nguyên tử acceptor. Số lượng lỗ trống có thể thay đổi được bằng cách thay đổi số nguyên tử tạp chất pha tạp vào. Lỗ trống được tạo ra do sự pha tạp không phụ thuộc vào điện tử tự do. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 19
  20. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Tương tự như chất bán dẫn loại N, trong chất bán dẫn loại P việc làm sai hỏng mạng tinh thể chất bán dẫn thuần bằng tạp chất acceptor tương ứng với việc làm xuất hiện trong vùng cấm của bán dẫn này những mức năng lượng cục bộ nằm sát đỉnh vùng hoá trị. Những mức năng lượng này gọi là những mức acceptor. Bởi vậy chỉ cần một năng lượng nhỏ (năng lượng ion hoá)cũng có thể làm cho điện tử nhảy vùng hoá trị lên các mức acceptor, làm cho nguyên tử tạp chất ion hoá trở thành ion âm đồng thời làm xuất hiện các lỗ trống trong vùng hoá trị. Trong chất bán dẫn P dòng điện được tạo ra do phần lớn các lỗ trống nên các lỗ trống được gọi là hạt đa số. Nhưng cũng có một số các electron tham gia vào quá trình dẫn điện khi cặp điện tử- lỗ trống được tạo ra do hiện tượng nhiệt (các electron này không được tạo ra do sự pha tạp). Các electron này được gọi là hạt thiểu số. 1.4.7 Dòng điện trong chất bán dẫn Trong chất bán dẫn có hai thành phần dòng điện là dòng điện khuếch tán và dòng điện trôi. 1.4.7.1 Dòng điện khuếch tán Nếu nồng độ hạt dẫn trong các vùng khác nhau của chất bán dẫn không đồng đều thì nồng độ lỗ trống sẽ thay đổi khoảng cách x trong chất bán dẫn và ở đó tồn tại một gradient nồng độ hạt dẫn dp/dx. Sự tồn tại gradient này có nghĩa là mật độ lỗ trống tức thời ở một phía của bề mặt lơớnhơn nhiều sơ với mật độ ở phía bên kia của mặt tiếp xúc. Các lỗ trống sẽ đi qua bề mặt đó từ phía có nồng độ cao hơn sang phía có nồngđộ thấp hơn. Sự vận chuyển điện tích nàyqua một bề mặt tạo nên một dòng điện chạy trong chất bán dẫn, gọi laà dòng điện khuếch tán. Sự vận chuyển điện tích này không phải là kết quả của sự đẩy nhau của các điện tích cùng dấu mà nó giống như kết quả của hiện trương jthống kê. Hiện tượng khuếch tán tạo nên mật độ dòng lỗ trống 2 Jp(ampe/m ) tỷ lệ thuận với gradient nồng độ của nó. Jp=-eDndn/dx Trong đó Dn là hệ số khuếch tán của điện tử Hiện tượng khuếch tán và di chuyển (hiện tượng trôi) đều là các hiện tượng nhiệt thống kê. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 20
  21. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 4.7.1 Dòng điện trôi Là dòng di chuyển của các hạt dẫn dưới tác dụng của điện trường : J=σE =q(nμn+pμp)E Vậy, trong chất bán dẫn tồn tại hai thành phần dòng điện là dòng khuếch tán được tạo nên do sự tồn tại các gradient nồng độ hạt dẫn đa số và dòng điện trôi được tạo nên do hiện tượng chuyển dịch các hạt dẫn dưới sự tác dụng của điện trường. 1.4.8 Đặc điểm của vật liệu quang bán dẫn Chất bán đãn được dùng để tạo nguồn ánh sáng cần phải có vùng cấm tái hợp trực tiếp. Trong chất bán dẫn các điện tử và lỗ trống có thể tái hợp trực tiếp với nhau qua vùng cấm mà không cần một hạt thứ 3 nào để bảo toàn xung lượng. Chỉ trong các vật liệu có vùng cấm trực tiếp, hiện tượng tái hợp bức xạ mới có hiệu suất cao để tạo ra một mức độ phát xạ quang thích hợp. Mặc dù không có một đơn tinh thể bán dẫn nào có vùng dẫn tái hợp trực tiếp nhưng các hợp chất của các chất thuộc nhóm 3 và nhóm 5 có thể cho ra vật liệu có vùng cấm tái hợp trực tiếp. Đây là các vật liệu được tạo nên từ sự liên kết của các nguyên tố nhóm 3 và các nguyên tố nhóm 5. sự liên kết này tạo ra các vật liệu thích hợp cho các nguồn sáng. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 21
  22. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 2: LINH KIẪN THẪ ĐẪNG 2.1 §iÖn trë. 2.1.1 Kh¸i niÖm §iÖn trë lµ linh kiÖn dïng ®Ó ng¨n c¶n dßng ®iÖn trong m¹ch. - Ký hiÖu trong m¹ch: R R - §¬n vÞ ®o ®iÖn trë: §Ó ®Æc tr­ng kh¶ n¨ng c¶n trë dßng ®iÖn nhiÒu hay Ýt, ng­êi ta dïng ®¬n vÞ ®o ®iÖn trë lµ  (¤m), K (Kil« ¤m), M (Mªga ¤m) 1M = 103K = 106 * C¸c tham sè kü thuËt ®Æc tr­ng cña ®iÖn trë. §Ó ®¸nh gi¸ vµ lùa chän ®iÖn trë ta ph¶i dùa vµo c¸c tham sè cña nã. C¸c tham sè gåm cã: - TrÞ sè ®iÖn trë vµ dung sai + TrÞ sè cña ®iÖn trë lµ tham sè c¬ b¶n, vµ yªu cÇu trÞ sè ®iÖn trë ph¶i æn ®Þnh, Ýt thay ®æi theo nhiÖn ®é, ®é Èm, v.v TrÞ sè cña ®iÖn trë phô thuéc vµo vËt liÖu c¶n ®iÖn, vµo kÝch th­íc cña ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é m«i tr­êng. TrÞ sè cña ®iÖn trë ®o b»ng ®¬n vÞ ¤m vµ c¸c béi sè cña nã. Gi¸ trÞ cña ®iÖn trë th­êng ®o ë dßng ®iÖn mét chiÒu hoÆc tÇn sè thÊp. + Dung sai hay sai sè cña ®iÖn trë: Dung sai biÓu thÞ møc ®é chªnh lÖch cña trÞ sè thùc tÕ cña ®iÖn trë so víi trÞ sè danh ®Þnh vµ ®­îc tÝnh theo %. Dung sai ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: R R t.t d.d 100 R d.d % Trong ®ã: Rt.t: TrÞ sè thùc tÕ cña ®iÖn trë. Rd.d: TrÞ sè danh ®Þnh cña ®iÖn trë. Dùa vµo dung sai ta chia ®iÖn trë ë 5 cÊp chÝnh x¸c: CÊp 005 : cã sai sè 0,5% CÊp 01 : cã sai sè 1% CÊp I : cã sai sè 5% CÊp II : cã sai sè 10% CÊp III : cã sai sè 20% Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 22
  23. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Trong c¸c m¹ch ®iÖn yªu cÇu ®é chÝnh x¸c cao th­êng dïng ®iÖn trë cÊp 005 vµ 01. Cßn trong ®iÖn tö th«ng dông ng­êi ta dïng c¸c lo¹i ®iÖn trë tõ cÊp I ®Õn cÊp III. C¸c ®iÖn trë cã ®é chÝnh x¸c cµng cao cµng cã gi¸ thµnh cao. - C«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp: (Pttmax) Khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua, ®iÖn trë tiªu t¸n n¨ng l­îng ®iÖn d­íi d¹ng nhiÖt mét c«ng suÊt lµ: U 2 P R.I 2 [W ] tt R C«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp cña ®iÖn trë Pttmax :lµ c«ng suÊt ®iÖn cao nhÊt mµ ®iÖn trë cã thÓ chÞu ®ùng ®­îc, nÕu qu¸ møc ®ã ®iÖn trë sÏ nãng ch¸y vµ kh«ng dïng ®­îc. 2 2 U max P R.I max [W ] tt max R Víi yªu cÇu ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o cho ®iÖn trë lµm viÖc b×nh th­êng th× Ptt< Pttmax. Qua c«ng thøc trªn ta thÊy c«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp h¹n chÕ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cùc ®¹i vµ gi¸ trÞ dßng ®iÖn cùc ®¹i. Do ®ã tuú theo ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn qua ®iÖn trë lín hay nhá mµ sö dông ®iÖn trë cã c«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp lín hay nhá. - HÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë ( TCR) HÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë biÓu thÞ sù thay ®æi trÞ sè cña ®iÖn trë theo nhiÖt ®é m«i tr­êng vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: 1 R TCR 106 [ ppm/ oc] R T Trong ®ã: R- lµ trÞ sè cña ®iÖn trë R: lµ ®¹i l­îng thay ®æi cña trÞ sè ®iÖn trë khi nhiÖt ®é thay ®æi mét l­îng lµ T. TCR: lµ trÞ sè biÕn ®æi t­¬ng ®èi tÝnh theo phÇn triÖu cña ®iÖn trë trªn 1oC (viÕt t¾t lµ ppm/oC). H×nh1.1 §Þnh luËt «m ¸p dông cho ®IÖn trë Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 23
  24. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 2.1.2 Ph©n lo¹i a. Ph©n lo¹i theo cÊu t¹o. - §iÖn trë th«ng th­êng (kh«ng d©y quÊn - §iÖn trë d©y quÊn lµm b»ng d©y c«ngtantan (®iÖn trë thÊp) hay nicr«m (®iÖn trë cao) b. Ph©n lo¹i theo cÊp sai sè. - Lo¹i mét cã sai sè cho phÐp lµ 5% ®­îc dïng ë nh÷ng m¹ch cÇn n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña chÕ ®é c«ng t¸c. - Lo¹i hai cã sai sè cho phÐp lµ 10%. - Lo¹i ba cã sai sè cho phÐp lµ 20% dïng ë nh÷ng n¬i Ýt ¶nh h­ëng ®Õn chÕ ®é c«ng t¸c nh­ c¸c m¹ch ghÐp. Trong thùc tÕ chØ s¶n xuÊt mét sè lo¹i ®iÖn trë nhÊt ®Þnh, khi yªu cÇu c¸c ®iÖn trë kh¸c nhau cÇn ghÐp song song hay nèi tiÕp c¸c ®iÖn trë. Khi cã hai hay nhiÒu ®iÖn trë R1, R2, Rn m¾c nèi tiÕp nhau th× ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng R b»ng tæng c¸c ®iÖn trë riªng rÏ. n R R1 R2 Rn Ri i 1 Khi cã hai hay nhiÒu ®iÖn trë R1, R2, Rn m¾c song song nhau th× ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng cña chóng ®­îc tÝnh: 1 1 1 1 n 1  R R1 R2 Rn i 1 Ri 2.1.3 CÊu t¹o ®iÖn trë §iÖn trë th«ng th­êng (kh«ng d©y quÊn): th­êng ®­îc lµm b»ng than hay c¸c chÊt ®Æc biÖt kh¸c dÉn ®iÖn. C¸c chÊt dÉn ®iÖn nµy bao bäc bªn ngoµi mét lâi b»ng sø, hoÆc líp bäc bÞ xÎ theo ®­êng r·nh xo¾n èc xung quanh lâi (®iÖn trë mÆt), hoÆc chóng ®­îc Ðp l¹i thµnh ®iÖn trë (®iÖn trë khèi). Lo¹i nµy cã kÝch th­íc bÐ, ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung t¹p t¸n nhá, gi¸ thµnh rÎ nh­ng ®é æn ®Þnh kÐm vµ c«ng suÊt tiªu thô nhá. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 24
  25. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Rough size Rating powerThickness Length (W) (mm) (mm) TΩ trên xuΩng 1/8 2 3 1/8W 1/4 2 6 1/4W 1/2 3 9 1/2W §iÖn trë d©y quÊn lµm b»ng d©y c«ngtantan (®iÖn trë thÊp) hay nicr«m (®iÖn trë cao) quÊn trªn mét èng b»ng sø. §iÖn trë ®­îc bao phñ b»ng mét líp men mµu n©u hay xanh. §iÖn trë d©y quÊn cã ­u ®iÓm lµ ®é æn ®Þnh vµ ®é chÝnh x¸c cao, møc t¹p ©m bÐ, c«ng suÊt tiªu thô lín nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ bÞ giíi h¹n vÒ tÇn sè do ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung t¹p t¸n lín. - ChiÕt ¸p d©y quÊn: cÊu t¹o t­¬ng tù nh­ ®iÖn trë d©y quÊn biÕn ®æi. Con ch¹y b»ng kim lo¹i nèi víi trôc tr­ît hoÆc trôc quay vµ tr­ît trªn c¸c vßng d©y. ChiÕt ¸p d©y quÊn cã gi¸ trÞ thay ®æi trong kho¶ng (1- 200)K, c«ng suÊt kho¶ng (3-5)W. ChiÕt ¸p d©y quÊn th­êng ®­îc dïng trong c¸c m¹ch c«ng suÊt lín. - ChiÕt ¸p than hçn hîp : Líp vËt liÖu hçn hîp ®­îc phñ lªn trªn tÊm ®Õ h×nh mãng ngùa, hai ®Çu cã phñ mét líp b¹c nèi víi ch©n ra. ChiÕt ¸p than hçn hîp cã ph¹m vi biÕn ®æi gi¸ trÞ trong kho¶ng (10-10M), c«ng suÊt kho¶ng (0,1-2W). ChiÕt ¸p ®iÖn trë biÕn ®æi tuyÕn tÝnh. trong h×nh, biªn trë ë phÝa ngoµi cïng(phÝa tr¸i) lµ chiÕt ¸p, th­êng ®­îc H×nh 1.3. Mét sè lo¹i chiÕt ¸p sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn ©m l­îng radio, ti vi. Lo¹i biÕn trë nµy rÊt dÔ ®iÒu chØnh vµ ®­îc sö dïng phæt biÕn. 4 biÕn trë ë gi÷a lµ biÕn trë semi fixed, lo¹i nµy th­êng ®­îc sö dông trong c¸c m¹ch ma th«ng sè th­êng ph¶I thay ®æi hoÆc hiÖu chØnh, th«ng th­êng chóng ®­îc hµn cè ®inh ë Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 25 H×nh §Æc tuyÕn cña biÐn trë
  26. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội phÝa trong bo m¹ch in, kh«ng ®iÒu khiÓn trùc tiÕp b»ng tay khi sö dông. 2 biÕn trë ë phÝa tr¸I ®­îc gäi lµ biÕn trë trinmmer. lµ kÝ hiÖu cña biÕn trë. Cã hai c¸ch ®Ó thay ®æi trÞ sè cña biÕn trë phô thuéc vµo viÖc quay biÕn trë. Víi biÕn trë cã ®Æc tuyÕn ®iÒu chØnh kiÒu A, th× ®Çu tiªn gi¸ trÞ ®iÖn trë thay ®æi chËm, khi quay ®­îc mét nöa chu kú th× gi¸ trÞ ®iÖn trë sÏ thay ®æi nhanh h¬n. §©y chÝnh lµ ®Æc tuyÕn cña chiÕt ¸p. Víi biÕn trë cã ®Æc tuyÕn ®iÒu chØnh kiÒu B, sù thay ®æi gi¸ trÞ cña biÕn trë tû lÖ thuËn víi gãc quay. Gãc quay cµng l¬n trÞ sè cña biÕn trë cµng lín. BiÕn trë cã ®Æc tuyÕn ®iÒu chØnh kiÒu C, th× ng­îc víi kiÒu A, nghÜa lµ nöa vßng quay ®Çu trÞ sè ®iªn jtrë thay ®åi rÊt nhanh, nh­ng ë nöa vßng quay sau th× sù thay ®æi trÞ sè cña biÕn trë l¹i rÊt chËm. Lo¹i biÕn trë nµy Ýt ®­îc sö dông h¬n. 2.1.4 C¸ch ®äc gi¸ trÞ, kiÓm tra ®iÖn trë C¸ch ®äc trÞ sè cña ®iÖn trë tuú thuéc vµo c¸ch biÓu diÔn ®iÖn trë. 2.1.4.1. BiÓu thÞ b»ng sè vµ ch÷. Th­êng ghi c¸c ch÷ R, K, M. Ch÷ R øng víi ®¬n vÞ , ch÷ K øng víi ®¬n vÞ K, ch÷ M øng víi ®¬n vÞ M. VÞ trÝ cña ch÷ thÓ hiÖn ch÷ sè thËp ph©n , gi¸ trÞ cña sè thÓ hiÖn gi¸ trÞ ®iÖn trë. VÝ dô: 3M3 R= 3,3 M. 3K9 R= 3,9 K R47 R= 0,47  NÕu cã 3 ch÷ sè th× th­êng sè thø 3 biÓu thÞ sè luü thõa cña 10. VÝ dô: 472R 47.102  §Æc biÖt ch÷ sè thø 3 lµ sè 0 th× ®ã lµ gi¸ trÞ thùc cña ®iÖn trë. VÝ dô: 330R 330  Quy ­íc vÒ sai sè: B = 0,1%, C = 0,25%, D = 0,5%, F = 1%, G = 2%, H = 2,5%, J = 5%, K = 10%, M = 20%. VÝ dô: 8K2J 8,2K 5% 2.1.4.2. BiÓu thÞ trÞ sè ®iÖn trë b»ng c¸c vßng mµu. Th­êng dïng 3 vßng, 4 vßng hoÆc 5 vßng ®Ó biÓu diÔn. C¸c quy ®Þnh mµu ®èi víi ®iÖn trë vßng mµu nh­ sau: Tr­êng hîp ®iÖn trë 3 vßng mµu cã sai sè 20% Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 26
  27. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Vßng 1, 2 lµ vßng gi¸ trÞ. Vßng 3 lµ vßng biÓu thÞ sè luü thõa cña 10. Tr­êng hîp ®iÖn trë 4 vßng mµu: Vßng 1, 2 lµ vßng gi¸ trÞ. Vßng 3 lµ vßng biÓu thÞ sè luü thõa cña 10. Vßng 4 lµ vßng sai sè. Tr­êng hîp ®iÖn trë 5 vßng mµu gåm 3 vßng gi¸ trÞ, vßng 4 biÓu thÞ sè luü thõa cña 10, vßng 5 biÓu thÞ sai sè. §Ó x¸c ®Þnh thø tù vßng mµu c¨n cø vµo ba ®Æc ®iÓm: - Vßng 1 gÇn ®Çu ®iÖn trë nhÊt. - TiÕt diÖn vßng cuèi cïng lµ lín nhÊt. - Vßng 1 kh«ng bao giê lµ nhò vµng, nhò b¹c. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 27
  28. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội B¶ng Quy ®Þnh vÒ vßng mµu ®iÖn trë 2.1.5 Mét sè lo¹i ®iÖn trë ®Æc biÖt a. §iÖn trë b¨ng §iÖn trë b¨ng cßn gäi lµ ®iÖn trë m¹ng, ®­îc t¹o thµnh bëi sù kÕt hîp cña nhiÒu ®iÖn trë cã cïng trÞ sè, chóng ®­îc nèi chung ch©n víi nhau. §iÖn trë b¨ng th­êng ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ cho c¸c ®Ìn led 7 thanh.Trong h×nh d­íi ®©y lµ m« h×nh cña mét ®iÖn trë b¨ng gåm 8 ®iÖn trë ®­îc m¾c víi nhau thµnh mét khèi, mèi ch©n t­¬ng øng víi mét ®iÖn trë, ch©n thø 9 lµ ch©n chung H×nh §iÖn trë b¨ng b. Quang trë Lµ mét ®iÖn trë cã trÞ sè ®iÖn trë thay ®æi khi ¸nh s¸ng t¸c dông vµo thay ®æi. ¸nh s¸ng chiÕu vµo cµng m¹nh, ®iÖn trë cña nã cµng nhá Ng­êi ta cßn gäi quang trë lµ c¶m biÕn quang. H×nh bªn lµ mét quang trë, khi cã ¸nh s¸ng t¸c dông nã cã trÞ sè kho¶ng 200Ω, khi kh«ng cã ¸nh s¸ng t¸c dông (trêi tèi) th× trÞ sè cña nã t¨ng lªn kho¶ng 2MΩ. Quang trë th­êng ®­îc sö dông trong c¸c bé ®iÒu khiÓn bËt ®Ìn tù ®éng khi trêi tèi cña c¸c xe « t«. c. §iÖn trë nhiÖt- Thermistor Lµ ®iÖn trë cã trÞ sè thay ®æi khi nhiÖt ®é m«i tr­êng thay ®æi. §iÖn trë nhiÖt cßn ®­îc gäi lµ c¶m biÕn nhiÖt. Cã nhiÒu lo¹i ®iÖn trë nhiÖt. - NhiÖt trë ©m (NTC- Negative Temperature Coefficient Thermistor): §iÖn trë gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng. R : The resistance value at the temperature T Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 28
  29. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội T : The temperature [K] R0 : The resistance value at the reference temperature T0 T0 : The reference temperature [K] B : The coefficient - NhÞªt trë d­¬ng ( PTC-Positive Temperature Coefficient Thermistor): §iÖn trë t¨ng ®ét ngét khi nhiÖt ®é t¨ng 2.1.6 øng dông øng dông cña ®iÖn trë rÊt ®a d¹ng: ®Ó giíi h¹n dßng ®iÖn, t¹o sôt ¸p, dïng ®Ó ph©n cùc, lµm t¶i cho m¹ch ®iÖn, chia ¸p, ®Þnh h»ng sè thêi gian,v.v Tuú theo m¹ch cô thÓ, yªu cÇu cô thÓ vµ dùa vµo ®Æc tÝnh cña c¸c lo¹i ®iÖn trë ®Ó lùa chän cho thÝch hîp. 2. 2 Tô ®iÖn 2.2.1 CÊu t¹o 2.2.1.1 Ký hiÖu, ph©n lo¹i Tô ®iÖn lµ mét linh kiÖn cã kh¶ n¨ng phãng n¹p ®iÖn tÝch. CÊu t¹o chung gåm hai b¶n cùc lµm b»ng kim lo¹i ®Æt song song vµ c¸ch ®iÖn b»ng mét líp ®iÖn m«i. Tõ hai b¶n cùc nèi víi hai d©y dÉn ra ngoµi lµm hai ch©n tô, toµn bé ®Æt trong vá b¶o vÖ. Ký hiÖu cña tô trªn m¹ch ®iÖn: + _ + _ Tô th­êng Tô cã ph©n cùc Tô cã ®iÖn dung thay ®æi. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 29
  30. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội §Ó ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng phãng n¹p ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn ng­êi ta ®­a ra kh¸i niÖm ®iÖn dung. §¬n vÞ ®o ®iÖn dung lµ F (Fara), F, nF, pF 1F = 106F =109nF = 1012pF 2.2.1.2 CÊu t¹o tõng lo¹i tô ®iÖn Tô cã gi¸ trÞ cè ®Þnh a. Tô giÊy: ChÊt c¸ch ®iÖn trong tô giÊy lµm b»ng nh÷ng lo¹i giÊy máng c¸ch ®iÖn kh«ng thÊm n­íc cßn ®Çu ra lµm b»ng c¸c l¸ kim lo¹i rÊt máng. §èi víi tô giÊy cã ®iÖn dungH×nh nhá 1.4 h¬n. Tô0,1 giÊyF, ®iÖn trë c¸ch ®iÖn Ýt nhÊt lµ 5000M; cßn víi tô giÊy cã ®iÖn dung lín h¬n 0,1F, ®iÖn trë c¸ch ®iÖn nhá h¬n. PhÈm chÊt cña tô giÊy vµo kho¶ng 60-100. Tô giÊy dïng ®Ó ph©n ®­êng , ng¨n, nèi tÇng, läc trong nh÷ng m¹ch ®iÖn tÇn sè thÊp. b. Tô mica ChÊt c¸ch ®iÖn trong tô mica lµm b»ng c¸c b¶n mica chÊt luîng cao, c¸c b¶n tô ®iÖn lµm b»ng c¸c l¸ kim lo¹i máng hay mét líp b¹c máng tr¸ng lªn mét mÆt cña b¶n mica. Tô ®iÖn mica cã c¸c b¶n lµm b»ng l¸ kim lo¹i kÐm æn ®Þnh h¬n lo¹i tr¸ng mét líp b¹c. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 30
  31. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Tô mica cã tæn hao rÊt bÐ vµ ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cao (kho¶ng 10000 M) nªn ®­îc dïng chñ yÕu trong c¸c m¹ch cao tÇn, c¸c phÇn tö c¸ch ly trong c¸c m¸y ra®i«. c. Tô gèm CÊu t¹o: gåm mét miÕng gèm nhá h×nh trô hoÆc gièng khuy ¸o hai mÆt ®­îc tr¸ng b¹c, c¸ch ®iÖn víi nhau t¹o thµnh hai m¸ cña tô ®iÖn (chÊt ®iÖn m«i lµ gèm). H×nh 1.7 Tô gèm §Æc tÝnh: kÝch th­íc nhá, ®iÖn ¸p lµm viÖc cao. Tô gèm h×nh ®Üa trÞ sè ®iÖn dung nhá tõ 1pF 1F. Tô gèm kÝch th­íc nhá dïng trong c¸c m¹ch th«ng th­êng hiÖn nay cã ®iÖn ¸p lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp lµ 50 V. d. Tô ho¸. Tô ho¸ cã trÞ sè ®iÖn dung rÊt lín, so víi c¸c tô kh¸c th­êng ®¹t tõ 0,1 F ®Õn vµi ngh×n F (4700F). ChÊt ®iÖn m«i dïng trong tô ho¸ th­êng lµ hîp chÊt ho¸ häc nh­ Al203 hoÆc oxit tantan Ta205. §Æc ®iÓm cña chÊt ®iÖn m«i nµy lµ cã tÝnh chÊt ®Én ®iÖn kh«ng ®æi nghÜa lµ khi ®Æt ®iÖn ¸p mét chiÒu lªn tô th× tô cã mét chiÒu ®iÖn trë rÊt cao vµ mét chiÒu cã ®iÖn trë rÊt nhá do ®ã ph¶i ph©n cùc + vµ cùc – vµ ®­îc ghi trªn th©n tô. Khi l¾p tô vµo trong m¹ch ph¶i chó ý cùc tÝnh cña tô. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 31 H×nh 1.7. Tô ho¸
  32. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội + C¨n cø vµo vËt liÖu lµm ®iÖn cùc: Tô ho¸ nh«m vµ tô ho¸ tantan + C¨n cø vµo chÊt ®iÖn ph©n: Tô ho¸ kh« vµ tô ho¸ ­ít. §iÖn cùc Al ChÊt ®iÖn m«iAl203 B¶n cùc ch­a bÞ ¨n mßn – + B¶n cùc ®· bÞ ¨n mßn H×nh 1.8. CÊu t¹o tô ho¸ CÊu t¹o: C¸c ®iÖn cùc lµm b»ng nh«m tinh khiÕt (99,99%), ®é dµy cña ®iÖn cùc kho¶ng (0.075 – 0.13) mm, ®Ó t¨ng diÖn tÝch hiÖu dông cã thÓ dïng ho¸ chÊt ¨n mßn ®Ó cã thÓ thay ®æi ®é dµy cña hai b¶n cùc. Líp ®iÖn m«i lµ Al203 b¸m trªn cùc d­¬ng dµy kho¶ng vµi% m, cã kh¶ n¨ng chÞu ®­îc ®iÖn ¸p cao kho¶ng 800KV/mm. Gi÷a hai b¶n cùc lµ chÊt ®iÖn ph©n. NÕu chÊt ®iÖn ph©n ­ít gäi lµ tô ho¸ ­ít. NÕu chÊt ®iÖn ph©n kh« gäi lµ tô ho¸ kh«. ChÊt ®iÖn ph©n cã nhiÖm vô t¹o vµ tiÕp tôc t¹o líp Al203 trong qóa tr×nh lµm viÖc. Tô ho¸ ­ít cã trÞ sè lín vµ ®iÖn ¸p lµm viÖc h¬n tô ho¸ kh« nh­ng kÝch th­íc lín h¬n. Tuæi thä cña tô th«ng th­êng kho¶ng (5000- 10000) giê vµ ®é tin cËy thÊp h¬n tô th­êng. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 32
  33. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội - Tô Tantan H×nh : Tô tantan Tô polystyren Hinh tu Polystyrene Film Tô cã gi¸ trÞ thay ®æi. a. Tô biÕn ®æi (tô xoay). H×nh 1.6. Tô xoay Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 33
  34. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Tô xoay lµ mét hÖ thèng gåm c¸c m¸ ®éng vµ c¸c m¸ tÜnh ®­îc ®Æt xen kÏ víi nhau. C¸c m¸ ®éng cã thÓ xoay quanh mét trôc ®Ó thay ®æi S dÉn ®Õn thay ®æi gi¸ trÞ C. ChÊt ®iÖn m«i cã thÓ lµ chÊt khÝ, mica, th¹ch anh. Khi C = Cmax th× hai nhãm m¸ tÜnh vµ ®éng hoµn toµn ®èi ®iÖn nhau nghÜa lµ S = S max. Khi C = Cmin th× hai nhãm m¸ tÜnh vµ ®éng hoµn toµn lÖch nhau nghÜa lµ S = S min. b. Tô tinh chØnh: VÝt vi chinh Trôc xoay M¸ ®éng M¸ Hép tÜnh Trôc nhùa xoay 1 2 3 H×nh 1.7. CÊu t¹o tô xoay Cã nhiÒu lo¹i tô tinh chØnh: + Tô tinh chØnh b»ng sø: cã kÝch th­íc nhá, c¸c chØ tiªu vÒ ®iÖn cao. + Tô tinh chØnh cã lß xo: gåm cã hai b¶n cùc kim lo¹i, gi÷a hai b¶n lµ mét chÊt ®iÖn m«i. Mét b¶n cè ®Þnh, cßn mét b¶n cã thÓ ®µn håi ®­îc. Khi ta vÆn ®inh èc th× b¶n ®µn håi sÏ gÇn hoÆc c¸ch xa b¶n cè ®Þnh do ®ã ®iÖn dung cã thÓ biÕn ®æi ®­îc. Lo¹i nµy kh«ng æn ®Þnh nh­ng ®¬n gi¶n. + Tô tinh chØnh nhá cã ®iÖn m«i lµ kh«ng khÝ cã chØ tiªu chÊt l­îng cao nh­ng cÊu t¹o phøc t¹p. Tô nµy dïng ®Ó ®iÒu chØnh chÝnh x¸c ®iÖn dung, m¾c phô thªm vµo c¸c m¹ch dao ®éng hay c¸c m¹ch cÇn ®iÒu chØnh ®Ó cã mét ®iÖn dung thËt chÝnh x¸c. 2.2.2 C¸ch ®äc gi¸ trÞ, kiÓm tra tô ®iÖn C¸ch ®äc trÞ sè cña tô ®iÖn tuú thuéc vµo c¸ch biÓu diÔn tô ®iÖn. 2.2.2.1. Ghi b»ng sè vµ ch÷ - Ghi b»ng sè vµ ch÷: Ch÷ K, Z, J, øng víi ®¬n vÞ pF; ch÷ n, H øng víi ®¬n vÞ nF; ch÷ M, m øng víi ®¬n vÞ F. VÞ trÝ cña ch÷ thÓ hiÖn ch÷ sè thËp ph©n, gi¸ trÞ cña sè thÓ hiÖn gi¸ trÞ tô ®iÖn. - Ghi b»ng c¸c con sè kh«ng kÌm theo ch÷: Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 34
  35. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội + NÕu c¸c con sè kÌm theo dÊu chÊm hay phÈy th× ®¬n vÞ lµ F, vÞ trÝ dÊu phÈy (dÊu chÊm) thÓ hiÖn ch÷ sè thËp ph©n. + NÕu c¸c con sè kh«ng kÌm theo dÊu th× ®¬n vÞ lµ pF vµ con sè cuèi cïng biÓu thÞ sè luü thõa cña 10. §Æc biÖt sè cuèi cïng lµ sè “0” th× con sè ®ã lµ gi¸ trÞ thùc. VÝ dô: 763 = 76 x 103 pF 160 = 160 pF Sai sè: C : 0,25% K : 10% D : 0,5% F : 1% G : 2% M : 20% J : 5% S : 50% VÝ dô: 102J = 10.102 5% pF. 1.2.2.2 Ghi b»ng quy luËt mµu. Khi tô ®iÖn ®­îc biÓu diÔn theo c¸c v¹ch mµu th× gi¸ trÞ c¸c v¹ch mµu còng gièng nh­ ®iÖn trë, ®¬n vÞ tÝnh cña nã lµ pF. Riªng ®èi víi tô ph©n cùc th× cùc tÝnh ®­îc ghi trªn th©n tô. B¶ng quy ­íc m· mµu trªn tô ®iÖn 1st & 2nd Color Band Value Multiplier - Band 3 % Tolerance BLACK 0 X1 ±20 BROWN 1 X10 RED 2 X100 ±2 ORANGE 3 X1,000 (1K) ±3 YELLOW 4 X10,000 (10K) ±4 GREEN 5 X100,000 (100K) ±5 BLUE 6 X1,000,000 (1M) ±6 VIOLET 7 x10,000,000 (10m) ±7 GRAY 8 x 100,000,000 (100m) ±8 WHITE 9 x 1,000,000,000 (1G) ±10 GOLD .1 SILVER .01 ±10 Body .01 ±20 Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 35
  36. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 36
  37. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 37
  38. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 38
  39. EIA µF PF NF EIA CODE µF PF NF CODE 0R5Giáo trình Linh0.0000005 kiện Điện0.5 Tử 0.0005 201 0.00020Đại học Công200 Nghiệp Hà0.20 Nội 1R0 0.0000010 1.0 0.0010 221 0.00022 220 0.22 1R2 0.0000012 1.2 0.0012 241 0.00024 240 0.24 1R5 0.0000015 1.5 0.0015 271 0.00027 270 0.27 1R8 0.0000018 1.8 0.0018 301 0.00030 300 0.30 2R0 0.0000020 2.0 0.0020 331 0.00033 330 0.33 2R2 0.0000022 2.2 0.0022 361 0.00036 360 0.36 2R7 0.0000027 2.7 0.0030 391 0.00039 390 0.39 3R3 0.0000033 3.3 0.0033 431 0.00043 430 0.43 3R9 0.0000039 3.9 0.0039 471 0.00047 470 0.47 4R0 0.0000040 4.0 0.0040 511 0.00051 510 0.51 4R7 0.0000047 4.7 0.0047 561 0.00056 560 0.56 5R0 0.0000050 5.0 0.0050 621 0.00062 620 0.62 5R6 0.0000056 5.6 0.0056 681 0.00068 680 0.68 6R0 0.0000060 6.0 0.0060 751 0.00075 750 0.75 6R8 0.0000068 6.8 0.0068 821 0.00082 820 0.82 7R0 0.0000070 7.0 0.0070 911 0.00091 910 0.91 8R0 0.0000080 8.0 0.0080 102 0.0010 1,000 1.0 8R2 0.0000082 8.2 0.0082 112 0.0011 1,100 1.1 9R0 0.000009 9.0 0.0090 122 0.0012 1,200 1.2 100 0.000010 10 0.010 132 0.0013 1,300 1.3 110 0.000011 11 0.011 152 0.0015 1,500 1.5 120 0.000012 12 0.012 162 0.0016 1,600 1.6 130 0.000013 13 0.013 182 0.0018 1,800 1.8 150 0.000015 15 0.015 202 0.0020 2,000 2.0 160 0.000016 16 0.016 222 0.0022 2,200 2.2 180 0.000018 18 0.018 242 0.0024 2,400 2.4 200 0.000020 20 0.020 272 0.0027 2,700 2.7 220 0.000022 22 0.022 332 0.0033 3,300 3.3 240 0.000024 24 0.024 392 0.0039 3,900 3.9 270 0.000027 27 0.027 472 0.0047 4,700 4.7 300 0.000030 30 0.030 562 0.0056 5,600 5.6 330 0.000033 33 0.033 682 0.0068 6,800 6.8 360 0.000036 36 0.036 822 0.0082 8,200 8.2 390 0.000039 39 0.039 103 0.010 10,000 10 430 0.000043 43 0.043 153 0.015 15,000 15 470 0.000047 47 0.047 183 0.018 18,000 18 510 0.000051 51 0.051 223 0.022 22,000 22 560 0.000056 56 0.056 273 0.027 27,000 27 620 0.000062 62 0.062 333 0.033 33,000 33 680 0.000068 68 0.068 393 0.039 39,000 39 750 0.000075 75 0.075 473 0.047 47,000 47 820 0.000082 82 0.082 563 0.056 56,000 56 910Phạm Thị Thanh0.000091 Huyền- 91Phạm Thị 0.091Quỳnh Trang-683 Nguyễn Thị0.068 Kim Ngân68,000 68 39 101 0.00010 100 0.10 104 0.10 100,000 100 111 0.00011 110 0.11 124 0.12 120,000 120 121 0.00012 120 0.12 154 0.15 150,000 150 131 0.00013 130 0.13 184 0.18 180,000 180 151 0.00015 150 0.15 224 0.22 220,000 220 161 0.00016 160 0.16 474 0.47 470,000 470 181 0.00018 180 0.18 105 1.00 1,000,000 1,000
  40. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội B¶ng ®¬n vÞ chuÈn quèc tÕ pico p 0 .000 000 000 001 1 x 10-12 nano n 0 .000 000 001 1 x 10 -9 micro µ 0 .000 001 1 x 10 -6 milli m 0 .001 1 x 10 -3 centi c 0 .01 1 x 10 -2 deci d 0 .1 1 x 10 -1 deca D 10 1 x 10 1 hecto H 100 1 x 10 2 kilo K 1 000 1 x 10 3 mega M 1 000 000 1 x 10 6 giga G 1 000 000 000 1 x 10 9 tera T 1 000 000 000 000 1 x 10 12 2.2.3 øng dông Tô ®iÖn ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c m¹ch ®iÖn tö 2.3 Cuén c¶m- Cuén d©y H×nh 1.8. Cuén d©y 2.3.1 CÊu t¹o Cuén d©y lµ mét linh kiÖn cã kh¶ n¨ng c¶m øng ®iÖn tõ. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 40
  41. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Cuén d©y gåm nh÷ng vßng d©y quÊn trªn mét cèt b»ng chÊt c¸ch ®iÖn cã lâi hoÆc kh«ng lâi tuú theo tÇn sè lµm viÖc. -KÝ hiÖu Cuén c¶m Cuén c¶m Cuén c¶m Cuén c¶m Cuén c¶m kh«ng lâi lâi Ferit lâi s¾t mét lâi ®iÒu hai lâi ®iÒu chØnh chØnh H×nh 1.9 KÝ hiÖu cuén d©y §Ó ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng c¶m øng ®iÖn tõ ng­êi ta ®­a ra kh¸i niÖm ®iÖn c¶m. §¬n vÞ ®o ®iÖn c¶m lµ H, mH, H. 1H = 103 mH = 106 H 2.3.2 Ph©n lo¹i Dùa theo øng dông mµ cuén d©y cã mét sè lo¹i sau: - Cuén céng h­ëng lµ c¸c cuén d©y dïng trong c¸c m¹ch céng h­ëng LC. - Cuén läc lµ c¸c cuén d©y dïng trong c¸c bé läc mét chiÒu. - Cuén chÆn dïng ®Ó ng¨n c¶n dßng cao tÇn, v.v Dùa vµo lo¹i lâi cña cuén d©y, cã thÓ chia c¸c cuén d©y ra mét sè lo¹i sau Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 41
  42. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội - Cuén d©y lâi kh«ng khÝ hay cuén d©y kh«ng cã lâi. - Cuén d©y lâi s¾t bôi. - Cuén c¶m cã lâi Ferit. - Cuén d©y lâi s¾t tõ. Dùa theo øng dông mµ cuén d©y cã mét sè lo¹i sau: - Cuén céng h­ëng lµ c¸c cuén d©y dïng trong c¸c m¹ch céng h­ëng LC. - Cuén läc lµ c¸c cuén d©y dïng trong c¸c bé läc mét chiÒu. - Cuén chÆn dïng ®Ó ng¨n c¶n dßng cao tÇn, v.v Dùa vµo lo¹i lâi cña cuén d©y, cã thÓ chia c¸c cuén d©y ra mét sè lo¹i sau. Chóng ta sÏ xem xÐt cô thÓ tõng lo¹i mét: 2.3.2.1. Cuén d©y lâi kh«ng khÝ hay cuén d©y kh«ng cã lâi. Cuén d©y lâi kh«ng khÝ lµ c¸c cuén d©y ®­îc quÊn trªn cèt b»ng b×a hoÆc cèt b»ng sø, hoÆc kh«ng cã cèt. Th­êng gÆp nhÊt lµ c¸c cuén céng h­ëng lµm viÖc ë tÇn sè cao vµ siªu cao. C¸c cuén d©y th­êng ®­îc tÈm ®Ó chèng Èm, t¨ng ®é bÒn c¬ häc, ë tÇn sè Radio c¸c cuén d©y th­êng ®­îc bäc kim ®Ó tr¸nh c¸c liªn kÕt ®iÖn tõ kh«ng mong muèn. 2.3.2.2. Cuén d©y lâi s¾t bôi. Cuén d©y lâi s¾t bôi (bét nguyªn chÊt trén víi chÊt dÝnh kh«ng tõ tÝnh) ®­îc dïng ë tÇn sè cao vµ trung tÇn. Cuén d©y lâi s¾t bôi cã tæn thÊt thÊp, ®Æc biÖt lµ tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y ng­îc, vµ ®é tõ thÈm thÊp h¬n nhiÒu so víi lo¹i lâi s¾t. ChÕ t¹o cuén d©y lâi s¾t bôi gièng nh­ cuén d©y lâi kh«ng khÝ. Cuén d©y lâi s¾t bôi còng cã yªu H×nh 1.8 Cuén d©y lâi s¾t bôi cÇu gièng nh­ cuén d©y lâi kh«ng khÝ cao tÇn vÒ ¶nh h­ëng ®iÖn dung riªng cña cuén d©y, vÒ tæn thÊt ®iÖn m«i vµ hiÖu øng mÆt ngoµi. 2.3.2.3. Cuén c¶m cã lâi Ferit. Cuén d©y lâi Ferit lµ c¸c cuén d©y lµm viÖc ë tÇn sè cao vµ trung tÇn. Lâi Ferit cã nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau nh­: thanh, èng, h×nh ch÷ E, ch÷ C, h×nh xuyÕn, h×nh nåi, h¹t ®Ëu,v,v Dïng lâi Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 42 H×nh 1.9 Cuén d©y lâi Ferit
  43. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội h×nh xuyÕn dÔ t¹o ®iÖn c¶m cao, tuy vËy l¹i dÔ bÞ b·o hoµ tõ khi cã thµnh phÇn mét chiÒu. 2.3.3.3. Cuén d©y lâi s¾t tõ. Lâi cña cuén d©y th­êng lµ s¾t-silic vµ s¾t silic h¹t ®Þnh h­íng, hoÆc s¾t-niken tuú theo môc ®Ých øng dông. §©y lµ c¸c cuén d©y lµm viÖc ë tÇn sè thÊp. D©y quÊn lµ d©y ®ång ®· ®­îc tr¸ng men c¸ch ®iÖn, quÊn thµnh nhiÒu líp cã c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp vµ ®­îc tÈm chÊt chèng Èm sau khi quÊn. Cuén chÆn tÇn sè thÊp ®­îc dïng chñ yÕu ®Ó läc bá ®iÖn ¸p gîn cho nguån cung cÊp mét chiÒu qua chØnh l­u, lµm t¶i an«t trong c¸c tÇng khuÕch ®¹i, vµ trong c¸c øng dông mét chiÒu kh¸c. 2.3.3 C¸ch ®äc gi¸ trÞ cuén c¶m C¸ch ®äc gi¸ trÞ cña cuén c¶m t­¬ng tù nh­ ®äc tô ®iÖn 2.4 m¸y biÕn ¸p Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 43
  44. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 2.4.1 CÊu t¹o BiÕn ¸p lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn tõ tÝnh dïng tõ tr­êng ®Ó biÕn ®æi n¨ng l­îng ®iÖn cña hÖ thèng dßng ®iÖn xoay chiÒu cã ®iÖn ¸p U1 sang hÖ thèng dßng ®iÖn xoay chiÒu cã ®iÖn ¸p U2, víi tÇn sè kh«ng ®æi. M¸y biÕn ¸p cÊu t¹o gåm 3 bé phËn chÝnh: bé phËn dÉn tõ (lâi thÐp), d©y dÉn ®iÖn (d©y quÊn), vá b¶o vÖ m¸y (vá m¸y), ngoµi ra m¸y biÕn ¸p cßn cã c¸c phÇn c¸ch ®iÖn, ®ång hå ®o, bé phËn ®iÒu chØnh , b¶o vÖ, chu«ng, ®Ìn b¸o 2.4.1.1 Lâi thÐp: §­îc cÊu t¹o b»ng thÐp kü thuËt, cã nhiÖm vô lµm m¹ch dÉn tõ, ®ång thêi lµm khung quÊn d©y. ThÐp kü thuËt lµ hîp kim s¾t cã thµnh phÇn Silic, c¸c l¸ thÐp dµy 0,3; 0,35; 0,5mm, cã líp c¸ch ®iÖn. C¸c l¸ thÐp nµy ®­îc c¸n máng nh»m môc ®Ých gi¶m tæn hao n¨ng l­îng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. TÝnh chÊt cña thÐp kü thuËt còng thay ®æi theo hµm l­îng Silic, nÕu hµm l­îng Silic cµng nhiÒu ®é tæn hao cµng Ýt tuy nhiªn l¹i gißn vµ khã gia c«ng. Lâi thÐp th­êng ®­îc chia lµm hai lo¹i lµ kiÓu lâi trô vµ kiÓu lâi h×nh xuyÕn Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 44
  45. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 2.4.1.2 Bé phËn dÉn ®iÖn (d©y quÊn) Th­êng ®­îc lµm b»ng d©y ®ång, lµ lo¹i d©y ®iÖn mÒm, cã ®é bÒn c¬ häc cao, khã ®øt, dÉn ®iÖn tèt. Th«ng th­êng m¸y biÕn ¸p cã hai cuén d©y lµ cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp. D©y nèi víi nguån, nhËn n¨ng l­îng tõ nguån gäi lµ d©y s¬ cÊp. D©y quÊn nèi víi phô t¶i, cung cÊp ®iÖn cho phô t¶i gäi lµ d©y thø cÊp. D©y s¬ cÊp vµ thø cÊp th­êng kh«ng nèi ®iÖn víi nhau, m¸y biÕn ¸p cã hai d©y quÊn nh­ vËy gäi lµ m¸y biÕn ¸p c¶m øng. Cßn m¸y biÕn ¸p cã hai d©y quÊn nèi ®iÖn víi nhau vµ cã phÇn chung gäi lµ m¸y biÕn ¸p tù ngÉu. 2.4.1.3 Vá m¸y Th­êng lµm b¨ng kim lo¹i ®Ó b¶o vÖ m¸y. Ngoµi ra vá m¸y cßn lµm gi¸ l¾p ®ång hå ®o, bé phËn chuyÓn m¹ch. . . 2.4.1.4 VËt liÖu c¸ch ®IÖn Lµm nhiÖm vô c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c vßng d©y víi nhau, gi÷a d©y quÊn vµ lâi thÐp, gi÷a phÇn dÉn ®iÖn vµ phÇn kh«ng dÉn ®IÖn. Tuæi thä cña mét m¸y biÕn ¸p phô thuéc nhiÒu vµo chÊt c¸ch ®iÖn. NÕu c¸ch ®iÖn kh«ng tèt sÏ g©y sù cè cho m¸y biÕn ¸p, nh­ng c¸ch ®iÖn qu¸ møc sÏ t¨ng kÝch thÝch cho m¸y vµ t¨ng gi¸ thµnh m¸y 2.4.2 Nguyªn lý ho¹t ®éng M¸y biÕn ¸p gåm cuén s¬ cÊp cã N1 vßng d©y cuén thø cÊp cã N2 vßng d©y ®­îc quÊn trªn mét lâi thÐp khÐp kÝn. Khi nèi d©y s¬ cÊp vµo nguån ®iÖn xoay chiÒu cã ®iÖn ¸p U1, dßng ®iÖn I1 ch¹y qua cuén d©y s¬ cÊp sÏ sinh ra trong lâi thÐp mét tõ th«ng biÕn thiªn. Do m¹ch tõ lµ khÐp kÝn nªn tõ th«ng nµy sÏ c¶m øng sang cuén thø cÊp sinh ra mét søc ®iÖn ®éng c¶m øng E2 tØ lÖ víi sè vßng d©y N2. §ång thêi tõ th«ng biÕn thiªn ®ã còng Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 45
  46. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội H×nh 1.10. M¸y biÕn ¸p sinh ra trong cuén s¬ cÊp mét søc ®iÖn ®éng tù c¶m E1 tØ lÖ víi sè vßng N1 . NÕu bá qua tæn hao trªn c¸c cuén d©y (th­¬ng rÊt nhá) th× ta cã: U1 E1; U1 U2 U E N 1 1 1 k U 2 E2 N2 Trong ®ã: U1,U2 lµ trÞ sè hiÖu dông cña cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp N1, N2 lµ sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp. NÕu m¸y biÕn ¸p cã k 1 lµ m¸y biÕn ¸p t¨ng ¸p. 2.4.3 KÝ hiÖu mét sè lo¹i m¸y biÕn ¸p BiÕn ¸p ©m tÇn BiÕn ¸p nguån lâi s¾t vµ biÕn ¸p tù ngÉu BiÕn ¸p cao tÇn kh«ng lâi BiÕn ¸p lâi Ferit BiÕn ¸p trung tÇn H×nh 1.9. KÝ hiÖu m¸y biÕn ¸p Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 46
  47. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 2.4.4 Mét sè lo¹i m¸y biÕn ¸p th­êng gÆp 2.4.1.1 BiÕn ¸p ©m tÇn BiÕn ¸p ©m tÇn lµ biÕn ¸p ®­îc thiÕt kÕ ®Ó lµm viÖc ë d¶i tÇn sè ©m thanh kho¶ng tõ 20Hz ®Õn 20000Hz. Do ®ã biÕn ¸p nµy ®­îc dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p mµ kh«ng ®­îc g©y mÐo d¹ng sãng Trong suèt d¶i tÇn sè ©m thanh, dïng ®Ó ng¨n c¸ch ®iÖn mét chiÒu trong m¹ch nµy víi m¹ch kh¸c, ®Ó biÕn ®æi tæng trë, ®Ó ®¶o pha,v.v 2.4.1.2 BiÕn ¸p cao tÇn BiÕn ¸p cao tÇn gåm hai cuén d©y quÊn trªn cïng mét èng c¸ch ®iÖn cao tÇn. D©y dÉn cã thÓ lµ d©y ®ång mét sîi cã tr¸ng men hay m¹ b¹c, cã ®­êng kÝnh lín hoÆc b»ng nhiÒu sîi d©y nhá tÕt l¹i víi nhau. Hai cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp cã thÓ quÊn chång lªn nhau, hoÆc cã thÓ quÊn c¸ch nhau mét kho¶ng chõng vµi mm, kho¶ng c¸ch cµng gÇn ®é ghÐp cµng lín. Ng­êi ta cßn cho thªm lâi ferit vµo lßng cuén d©y ®Ó t¨ng thªm hÖ sè tù c¶m vµ hÖ sè phÈm chÊt cña nã. §Ó tr¸nh ¶nh h­ëng ghÐp ký sinh gi÷a biÕn ¸p víi c¸c vËt liÖu xung quanh ng­êi ta th­êng bäc kÝn nã b»ng mét hép kim lo¹i. 2.4.1.3 BiÕn ¸p tù ngÉu BiÕn ¸p tù ngÉu lµ bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p gåm mét cuén d©y cã mét hay nhiÒu ®Çu d©y trung gian. Dïng biÕn ¸p tù ngÉu thay cho biÕn ¸p cã thÓ gi¶m chi phÝ vÒ d©y quÊn, v× trong mét cuén d©y chung chØ cã dßng ®iÖn hiÖu sè ch¹y qua I = I2 - I1 (trong biÕn ¸p tù ngÉu h¹ ¸p) hay I = I1 - I2 (trong biÕn ¸p tù ngÉu t¨ng ¸p). BiÕn ¸p tù ngÉu cã mét ­u ®iÓm ®¸ng kÓ vÒ chi phÝ cña d©y dÉn khi tû sè biÕn ¸p kh«ng lín l¾m. Víi tû sè biÕn ¸p  = 2 th× d©y ®ång tiÕt kiÖm ®­îc 50%, víi  = 20 th× chØ vµo kho¶ng 5%. V× ®Çu ra vµ ®Çu vµo cña biÕn ¸p tù ngÉu ghÐp trùc tiÕp nªn trong m¹ch biÕn ¸p tù ngÉu kh«ng nèi ®Êt. I 1 I2 I2 I1 H×nh 1.11a BiÕn ¸p tù ngÉu h¹ ¸p. H×nh 1.11b BiÕn ¸p tù ngÉu t¨ng ¸p Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 47
  48. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 2.4.1.4 BiÕn ¸p ra BiÕn ¸p nhiÒu ®Çu ra gåm cã mét cuén s¬ cÊp vµ nhiÒu cuén thø cÊp. ®iÖn ¸p ra ë mçi cuén phô thuéc vµo sè vßng d©y cña cuén ®ã còng nh­ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p cuén s¬ cÊp vµ sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp. 2.4.5 øng dông Trong lÜnh vùc ®iÖn vµ ®iÖn tö, c¸c m¸y biÕn ¸p ®­îc sö dông víi nhiÒu chøc n¨ng kh¸c nhau. M¸y biÕn ¸p ®ùoc sö dông ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phï hîp cho ho¹t ®éng cña mét m¹ch ®iÖn hay mét hÖ thèng ®iÖn. C¸c m¸y biÕn ¸p cã thÓ sö dông ®Ó phèi hîp trë kh¸ng gi÷a mét m¹ch vµ mét t¶i hay gi÷a hai m¹ch víi nhau. C¸c m¸y biÕn ¸p còng cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó khèng chÕ dßng ®iÖn mét chiÒu gi÷a c¸c m¹ch ®iÖn tö trong tr­êng hîp muèn ng¨n c¸ch dßng xoay chiÒu. Mét øng dông kh¸c n÷a lµ lµm t­¬ng hîp c¸c m¹ch c©n b»ng vµ kh«ng c©n b»ng, c¸c hÖ thèng cung cÊp ®iÖn vµ c¸c t¶i. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 48
  49. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 3: DIODE BÁN DẪN 3.1 TIẾP XÚC P-N Tiếp xúc P-N là một cấu trúc bán dẫn cơ bản được hình thành khi cho chất bán dẫn loại N và loại P tiếp xúc với nhau bằng các biện pháp công nghệ khác nhau. Trong chất bán dẫn loại N điện tử là hạt đa số còn lỗ trống là hạt thiểu số. Ngược lại, trong chất bán dẫn loại P lỗ trống là hạt đa số còn điện tử là hạt thiểu số. 3.1.1 Sự hình thành vùng nghèo (miền điện tích không gian). điện tử lỗ trống ion âm ion dương vùng nghèo Hình 1.8. Sự hình thành vùng nghèo ở tiếp xúc PN. Như ta đã biết, các điện tử tự do trong miền N di chuyển ngẫu nhiên theo mọi hướng. Ngay khi cho tiếp xúc PN, các điện tử tự do trong miền N ở gần lớp tiếp xúc bắt đầu khuếch tán sang miền P, ở đây chúng kết hợp với các lỗ trống ở gần lớp tiếp xúc. Khi lớp tiếp xúc được hình thành, miền N mất các điện tử tự do(do khuếch tán sang miền P), tạo ra một lớp tích điện dương gần lớp tiếp xúc. Khi các electron di chuyển qua lớp tiếp xúc , miền P mất các lỗ trống do các điện tử kết hợp với lỗ trống, tạo ra một lớp tích điện âm gần lớp tiếp xúc. Hai lớp tích điện dương và âm này tạo nên vùng nghèo như hình 1-8. Khái niệm vùng nghèo là để chỉ vùng gần lớp tiếp xúc PN bị mất hết các hạt mang điện (điện tử và lỗ trống). Vùng nghèò được mở rộng ra tới khi trạng thái cân bằng được thiết lập và không có thêm sự khuếch tán điện tử qua lớp tiếp xúc. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi các điện tử tiếp tục khuếch tán qua lớp tiếp xúc làm cho vùng nghèo hình thành hai lớp càng được tích điện dương và âm mạnh Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 49
  50. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội hơn, đến khi lớp tích điện âm đủ lớn chống lại bất kỳ sự khuếch tán nào của các electron sang miền P và sự khuếch tán dừng lại. Nói cách khác, vùng nghèo hoạt động như một hàng rào ngăn cản sự di chuyển của các electron qua lớp tiếp xúc. Chú ý là vùng nghèo được hình thành rất nhanh và rất mỏng so với miền N và miền P. Trong vùng nghèo hình thành một điện trường theo định luật Coulomb. Điện trường này ngăn cản các electron trong miền N, và là năng lượng cần thiết để electron có thể di chuyển qua vùng nghèo. Điện thế cần cung cấp để cho electron di chuyển qua vùng nghèo gọi là điện áp mở. Điện áp mở của tiếp xúc PN phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại chất bán dẫn , độ pha tạp. và nhiệt độ. Điện áp mở điển hình xấp xỉ 0,7V đối với Si và 0,3V đối với Ge ở 25oC. 3.1.2 Đồ thị vùng năng lượng của tiếp xúc PN và vùng nghèo. Vùng hoá trị và vùng dẫn trong chất bán dẫn loại N có mức năng lượng thấp hơn vùng hoá trị và vùng dẫn trong chất bán dẫn loại P bởi vì do sự khác nhau về đặc tính của nguyên tử tạp chất. Vùng dẫn Vùng hoá trị Hình 1.9. Đồ thị vùng năng lượng của tiếp xúc PN Đồ thị vùng năng lượng của tiếp xúc PN ngay khi vừa hình thành được minh hoạ trên hình 1-9. Vùng hoá trị và vùng dẫn của miền N có mức năng lượng thấp hơn vùng hoá trị và vùng dẫn của miền N nhưng bề rộng vùng cấm thì bằng nhau. Các electron tự do trong miền N chiếm mức năng lượng cao trong vùng dẫn dễ dàng khuếch tán qua lớp tiếp xúc (không cần thêm năng lượng ngoài) và tạm thời trở thành electron tự do chiếm mức năng lượng thấp trong vùng dẫn của miền P. Sau khi qua lớp tiếp xúc các electron nhanh chóng bị mất năng lượng và kết hợp với các lỗ trống trong vùng hoá trị của miền P. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 50
  51. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hiện tượng khuếch tán tiếp tục, vùng nghèo bắt đầu hình thành và mức năng lượng của vùng dẫn bị giảm. Sự giảm mức năng lượng này là do mất các electron năng lượng cao bị khuếch tán qua lớp tiếp xúc sang miền P. Ngay khi đó, không có electron rời từ vùng dẫn miền N sang vùng dẫn miền P. Lúc đó lớp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng bởi hiện tượng khuếch tán bị dừng lại. 3.1.3 Phân cực cho tiếp xúc PN 3.1.3.1 Tiếp xúc PN khi phân cực thuận Hiện tượng tái hợp Vùng dẫn Dòng lỗ trống Dòng điện tử Vùng hoá trị R Vth Hình 1.10. Tiếp xúc PN khi phân cực thuận và đồ thị vùng năng lượng . Phân cực thuận cho tiếp xúc PN là đặt một điện áp ngoài lên tiếp xúc hay là cho phép dòng điện chạy qua tiếp xúc PN. Hình 1-10 chỉ ra điện áp một chiều cung cấp cho tiếp xúc PN, cực dương nối với miền P, cực âm nối với miền N, và gọi điện áp đó là V th. Điện trở R để giới hạn dòng điện bảo vệ tiếp xúc PN. Điện áp Vth phải lớn hơn điện áp mở. Khi phân cực thuận, cực âm của V th sẽ đẩy các electron tự do trong miền N (là các hạt đa số) qua lớp tiếp xúc PN. Dòng các electron tự do gọi là dòng điện tử. Cực âm của nguồn cũng đẩy các electron vào miền N. Điện áp nguồn truyền đủ năng lượng cho các electron tự do để chúng vượt qua vùng nghèo và tới được miền P. Ở miền P các electron dẫn điện này bị mất năng lượng và tái hợp với các lỗ trống ở vùng hoá trị. Cực dương của nguồn sẽ hút các electron hoá trị về phía bên trái của miền P. Các electron di chuyển từ lỗ trống này đến lỗ trống khác và tới được cực dương của nguồn. Các lỗ trống là các hạt đa số của miền P thực tế di chuyển sang bên phải lớp tiếp xúc và gọi là dòng lỗ trống. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 51
  52. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khi phân cực thuận, vùng dẫn của miền N được nâng lên đến mức năng lượng cao và gối lên vùng dẫn của miền P. Một số lượng lớn các electron tự do có đủ năng lượng để vượt qua rào và sang phía miền P ở đây chúng kết hợp với các lỗ trống ở vùng hoá trị như minh hoạ ở hình 1-10. 3.1.3.2 Tiếp xúc PN khi phân cực ngược. Vùng hoá trị Vùng dẫn R Vng Hình 1.11. Tiếp xúc PN khi phân cực ngược và đồ thị vùng năng lượng . Phân cực ngược nghĩa là không cho phép dòng điện chạy qua tiếp xúc PN. Hình 1-11 chỉ ra điện áp một chiều cung cấp cho tiếp xúc PN, cực âm nối với miền P, cực dương nối với miền N, và gọi điện áp đó là Vng. Cực dương của điện áp nguồn sẽ hút các electron tự do, là các hạt đa số trong miền N ra khỏi tiếp xúc PN. Trong miền N, khi các electron di chuyển về phía cực dương của nguồn thì các ion dương được tạo ra. và kết quả làm cho vùng nghèo rộng ra. Trong miền P, các electron từ cực âm của nguồn và các electron hoá trị di chuyển qua các lỗ trống và đến vùng nghèo làm tạo ra các ion âm. Do đó, kết quả là làm cho vùng nghèo rộng ra và làm nghèo các hạt đa số. Dòng ban đầu của các hạt mang điện là quá độ và chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn sau khi tiếp xúc PN bị phân cực ngược. Khi miền P và N nghèo các hạt dẫn đa số, điện trường giữa cực dương và cực âm giảm đến khi điện thế qua vùng nghèo bằng điện áp Vng. Ở đây, dòng điện chạy qua tiếp xúc PN là rất nhỏ và có thể bỏ qua. 3.1.4 Đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc PN Khi tiếp xúc PN phân cực thuận thì cho dòng qua lớp tiếp xúc, gọi là dòng thuận và ký hiệu là dòng IF. Đặt điện áp nguồn là 0V thì không có dòng thuận Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 52
  53. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội qua lớp tiếp xúc. Khi tăng điện áp nguồn thì dòng thuận cũng tăng theo. Khi điện áp nguồn tăng tới xấp xỉ 0,7V thì dòng thuận tăng mạnh. Tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng thuận tăng rất nhanh nhưng điện áp qua tiếp xúc PN tăng từ từ trên 0,7V đó là do điện trở động của chất bán dẫn. Không giống như điện trở tuyến tính, điện trở động không phải là hằng số trên toàn bộ đặc , tuyến và gọi là điện trở xoay chiều, ký hiệu là rd . Ở điểm uốn của đặc tuyến, điện trở động có giá trị lớn nhất vì dòng điện tăng rất ít so với sự thay đổi điện , áp (rd VF I F ). Sau đó điện trở động giảm dần do dòng điện tăng mạnh so với sự tăng điện áp. IF (mA) VR VBR VF Đánh thủng Hình 1.12. Đặc tuyến V-A của tiếp xúc PN Khi tiếp xúc PN phân cực ngược chỉ có một dòng ngược rất nhỏ chạy qua (cỡ A hoặc nA) và ký hiệu là IR. Tại 0V không có dòng ngược, khi tăng điện áp nguồn thì có một dòng ngược rất nhỏ chạy qua. Khi tăng điện áp nguồn tới giá trị mà tiếp xúc PN đạt tới giá trị đánh thủng(V BR) thì dòng ngược bắt đầu tăng mạnh. Tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng ngược tăng rất nhanh nhưng điện áp qua tiếp xúc PN chỉ lớn hơn V BR rất ít. Điện áp đánh thủng của tiếp xúc PN có thể thay đổi, nhưng giá trị nhỏ nhất (50V) là bình thường. Chú ý rằng khi nhiệt độ tăng thì dòng chạy qua tiếp xúc PN tăng và điện áp mở giảm. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 53
  54. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 3.2 ĐIỐT BÁN DẪN Điôt chỉnh lưu có cấu tạo là một tiếp xúc Anốt (A) Catốt(K) PN với hai điện cực nối với hai miền P và N. Ký hiệu của điôt chỉ ra ở hình 2.1. Điện A K cực nối với miền N gọi là catốt và điện cực nối với miền P gọi là anốt. Hình 2.1. Cấu tạo và ký hiệu của điôt bán dẫn 3. 2. 1 Mô hình tương đương gần đúng của điôt Hình 2.3. Đặc tuyến của điôt lý tưởng. 3. 2.1.1 Mô hình tương đương lý tưởng Mô hình tương đương lý tưởng của điôt đơn giản là một khoá chuyển mạch. Khi điôt phân cực thuận khoá đóng, còn khi điôt phân cực ngược khoá mở. Điện áp mở, điện trở động và dòng ngược coi như bỏ qua. Dòng thuận được V xác định: I ngu?n R Dòng ngược : IR = 0A Điện áp ngược bằng điện áp nguồn. VR Vngu?n Mô hình tương đương lý tưởng của điôt được sử dụng khi bài toán không quan tâm tới các giá trị dòng điện và điện áp chính xác. 3. 2.1.2 Mô hình tương đương thực tế Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 54
  55. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hình 2.3. Đặc tuyến của điôt thực tế. Đây là mô hình tương đương được sử dụng nhiều, mô hình này chính là mô hình tương đương lý tưởng có thêm điện áp mở (Vd). Khi điôt phân cực thuận, nó tương đương với khoá đóng mắc nối tiếp với một điện áp (0,7V đối với Si) bằng điện áp mở có cực dương ứng với anode. Khi điôt phân cực ngược, nó tương đương với khoá mở như trong mô hình tương đương lý tưởng, điện áp mở không ảnh hưởng tới chế độ phân cực ngược. Do điện áp mở được tính đến còn điện trở động bỏ qua, nên dòng thuận được xác định theo công thức: V V I ngu?n F R Dòng ngược và điện áp ngược là: I R 0A VR Vngu?n 3. 2. 2 Mô hình tương đương hỗn hợp Mô hình tương đương hỗn hợp của điôt , bao gồm điện áp mở, điện trở động thuận nhỏ (rd ) và điện trở ngược nội lớn ( , rR ).Khi điôt phân cực thuận, nó tương đương với khoá đóng mắc nối tiếp với điện áp mở và điện trở động thuận nhỏ. Khi điôt phân cực ngược, nó tương , đương với khoá mở mắc song song với điện trở ngược nội lớn (r ),R điện áp mở không ảnh hưởng tới chế độ phân cực ngược. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 55
  56. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hình 2.5. Đặc tuyến của điôt hỗn hợp. Điện áp qua điôt khi phân cực thuận và dòng thuận là: ' V F 0,7 V I F rd V ng 0,7 V I F ' R rd Dòng ngược được tính: IF VF Miền ổn áp Hình 2.5. Ký hiệu và đặc tuyến V-A của điôt Zener. Vng I R ' R rR 3.2.3 Các loại điôt đặc biệt 3.2.3 .1. Điôt Zener Điôt Zener có cấu tạo từ tiếp xúc PN nhưng khác với điôt chỉnh lưu là nó được thiết kế để hoạt động ở vùng đánh thủng ngược. Điện áp đánh thủng của điôt Zener được xác định bằng cách điều chỉnh tỉ lệ pha tạp trong quá trình chế tạo. Khi phân cực thuận điôt Zener hoạt động giống như điôt chỉnh lưu. Ở chế độ phân cực ngược, khi đạt tới đánh thủng ngược điện áp rơi trên điôt gần như không đổi trong khi dòng tăng rất mạnh. Hai loại đánh thủng ngược ở điôt Zener là đánh thủng Zener và đánh thủng thác lũ. Đánh thủng thác lũ xảy ra đối với điôt Zener và điôt chỉnh lưu khi điện áp ngược đủ lớn. Đánh thủng Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 56
  57. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Zener xảy ra với điôt Zener ở điện áp ngược thấp. Điôt Zener được pha tạp mạnh để giảm điện áp đánh thủng, do đó có vùng nghèo rất mỏng. Ở gần điện áp đánh thủng (VZ), điện trường đủ lớn để kéo các electron từ vùng hoá trị và tạo nên dòng điện. Điôt Zener với điện áp đánh thủng bé hơn 5V hầu hết hoạt động ở đánh thủng Zener. Điôt Zener với điện áp đánh thủng lớn hơn 5V hầu hết hoạt động ở đánh thủng thác lũ. Các điôt Zener trên thị trường có điện áp đánh thủng từ 1,8V đến 200V với sai số từ 1% đến 20%. Đặc tuyến V-A của điôt Zener được cho trên hình 2.5. Dòng ngược gọi là dòng Zener IZ. Khi hiện tượng đánh thủng bắt đầu, điện trở Zener trong, gọi là trở kháng Zener(ZZ) bắt đầu giảm khi dòng ngược tăng mạnh. Hệ số nhiệt độ Hệ số nhiệt độ biểu thị điện áp Zener thay đổi bao nhiêu phần trăm khi nhiệt 0 0 độ thay đổi 1 C.Ví dụ, điôt Zener 12V với hệ số nhiệt dương 0,01%/ C thì VZ sẽ tăng 1,2mV khi nhiệt độ tăng 10C. Công thức tính toán sự thay đổi khi nhiệt độ thay đổi: ΔVZ VZ .TC.ΔT 0 ở đây: VZ là điện áp Zener ở 25 C. TC là hệ số nhiệt độ T là sự thay đổi nhiệt độ Hệ số nhiệt dương nghĩa là điện áp Zener tăng khi nhiệt độ tăng và điện áp Zener giảm khi nhiệt độ giảm. Còn hệ số nhiệt âm là ngược lại. 3.2.3.2 Điôt biến dung. Điôt biến dung là dụng cụ bán dẫn hai cực mà điện dung của nó có thể thy đổi trong một phạm vi nhất định khi thay đổi điện áp phân cực ngược của điôt. Điôt biến dung có thể gọi là varicap, epicap, varacto. Hình 2.6. Ký hiệu của điôt biến dung. Khi phân cực ngược tiếp xúc PN ở một giá trị điện áp nhất định, vùng nghèo rộng ra . Toàn bộ thể tích vùng Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 57
  58. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội nghèo này có thể xem tương đương như vật liệu điện môi(vì điện trở suất của nó rất lớn), trong khi đó miền bán dẫn P và N so với vùng nghèo thì điện trở suất lại rất nhỏ. Do đó điôt được xem như một tụ điện phẳng mà điện môi là vùng nghèo, hai bản cực tụ điện là hai miền bán dẫn P và N. Giá trị điện dung của tụ điện phẳng tỉ lệ thuận với điện tích của bản cực và tỉ lệ nghịch với chiều dày của lớp điện môi (khoảng cách giữ hai bản cực), do đó điện dung của điôt sẽ tỉ lệ thuận với thiết diện của tiếp xúc PN và tỉ lệ nghịch với độ rộng của vùng nghèo. Ví dụ, điện dung (C T) thay đổi từ 40pF đến 4pF khi điện áp ngược thay đổi từ 1V đến 40V. 3.3. Điôt ổn dòng. Điôt ổn dòng là điôt có dòng không đổi. Ký hiệu và đặc tuyến V-A được cho trên hình 3-37. Điôt ổn dòng hoạt động ở vùng phân cực thuận và dòng thuận có giá trị không đổi khi điện áp thuận bắt đầu từ 1,5V đến 6V tuỳ từng loại điôt. Dòng thuận không đổi ký hiệu là IP. Ví dụ điôt thuộc họ 1N5283- 1N5314 có dòng IP có phạm vi từ 220A đến 4,7mA. Các điôt thường được mắc song song với các dòng có giá trị lớn. Trên đặc tuyến V-A của điôt ổn dòng không có vùng đánh thủng ngược, vì vậy dòng ngược bắt đầu tăng theo điện áp phân cực khi điện áp phân cực bé hơn 1V. Điôt ổn dòng không hoạt động ở chế độ phân cực Anôt Catôt Hình 2. Ký hiệu và đặc tuyến của điôt ổn dòng. ngược. 3.2.3.4 Điôt Schottky. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 58 Hình 2. Cấu tạo và ký hiệu của điôt Schottky.
  59. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Điôt Schottky được sử dụng trong phạm vi tần số cao và trong các ứng dụng chuyển mạch nhanh. Điôt Schottky được hình thành từ tiếp xúc của một miền bán dẫn pha tạp (thường là loại N) với một miền kim loại ví dụ như vàng, bạc, bạch kim. Điôt Schottky hoạt động chỉ với hạt đa số, chúng không có hạt thiểu số nên không có dòng ngược. Miền kim loại có các electron ở vùng dẫn, còn miền N pha tạp ít. Khi phân cực thuận, các electron ở mức năng lượng cao trong miền N sẽ sang miền kim loại, ở đây chúng bỏ phần năng lượng thừa nhanh chóng. Vì vậy không có các hạt đẫn thiểu số như các điôt khác, chúng có thể đáp ứng rất nhanh khi thay đổi điện áp phân cực. Điôt Schottky có thể được sử dụng trong các mạch tần số cao và các mạch số để giảm thời gian chuyển mạch. 3.2.3.5 . Điôt PIN. Điôt PIN có cấu tạo gồm hai miền P và N pha tạp mạnh được phân cách bởi một miền bán dẫn thuần, như hình 3-41. Khi phân cực ngược điôt PIN hoạt động giống như một tụ điện không đổi. Khi phân cực thuận điôt PIN hoạt động giống như một biến trở. Điện trở thuận của miền bán dẫn thuần giảm khi dòng điện tăng. IF Miền điện trở âm VF Hình 2 Ký hiệu và đặc tuyến của điôt tunnel. Hình 3.41. Cấu tạo điôt PIN. Điôt PIN được sử dụng như một chuyển mạch viba điều khiển bằng dòng một chiều hoạt động do sự thay đổi nhanh trong phân cực hoặc như một bộ điều chế do đặc tính thay đổi điện trở thuận. Do không có tính chất chỉnh lưu ở tiếp xúc PN, tín hiệu tần số cao có thể được điều chế(biến đổi) bởi sự thay đổi phân cực với tần số thấp hơn. Điôt PIN cũng có thể được sử dụng trong các Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 59
  60. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội ứng dụng của anten bởi vì điện trở của nó có thể thay đổi theo dòng điện. Điôt PIN được sử dụng như bộ tách sóng quang trong các hệ thống sợi quang. 3.2.3 6. Điôt tunel. Anôt Ánh sáng Vùng nghèo phát ra Catôt Hình 2 Ký hiệu và cấu tạo của điôt lazer. Điôt tunel có đặc tính rất quan trọng đó là có miền điện trở âm. Đặc tính này được sử dụng trong các máy tạo dao động và các bộ khuếch đại viba. Ký hiệu của điôt tunel được cho trên hình 3-43. Điôt tunel có cấu tạo từ miền bán dẫn P và N (chất bán dẫn gốc là Ge hoặc GaAs ) pha tạp mạnh hơn rất nhiều so với điôt chỉnh lưu. Do pha tạp mạnh nên ở điôt tunel vùng nghèo rất hẹp. Pha tạp mạnh nên điôt tunel dẫn điện ở cả vùng phân cực ngược và vì vậy không có vùng đánh thủng như điôt chỉnh lưu. Do vùng nghèo vô cùng hẹp cho phép các electron qua tiếp xúc PN theo đường hầm ở điện áp phân cực thuận rất thấp và điôt hoạt động như chất dẫn điện (trên đặc tuyến V-A là đoạn AB). Trên đặc tuyến V-A đoạn BC là miền điện trở âm (điện áp tăng nhưng dòng điện giảm), bắt đầu từ điểm C điôt hoạt động như điôt phân cực thuận thông thường. 3.2.3 7. Điôt lazer. Điôt lazer phát ra ánh sáng đơn sắc, còn điôt phát quang phát ra ánh sáng đa sắc. Điôt lazer có cấu tạo từ tiếp xúc PN pha tạp mạnh từ chất bán dẫn gốc là GaAs. Chiều dài của tiếp xúc PN có ảnh hưởng tới bước sóng của ánh sáng phát ra. Khi phân cực thuận cho điôt lazer, các electron di chuyển qua tiếp xúc PN, chúng tái hợp với các lỗ trống và các photon được giải phóng. Các photon này có thể đập vào nguyên tử làm cho một photon khác lại được giải phóng. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 60
  61. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khi dòng thuận tăng, các electron đi vào vùng nghèo và làm cho các photon được phát ra. Cuối cùng, một số photon di chuyển trong vùng nghèo đập vào bề mặt phản xạ. 3.2.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỐT 3.2.4.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ. Khi cấp điện áp xoay chiều U 1vào 2 đầu cuộn L 1 thì ở hai đầu cuộn L 2 xuất hiện một điện áp cảm ứng xoay chiều U2. - Xét nửa chu kỳ dương của U2: giả sử điểm A có điện thế dương, điểm B có điện thế âm, điôt D thông (phân cực thuận) vì vậy có dòng điện chạy trong mạch theo chiều: A+ D Rt B- - Xét nửa chu kỳ âm của U 2: thì điểm A có điện thế âm, điểm B có điện thế dương, điôt D tắt (phân cực ngược) vì vậy có dòng điện chạy trong mạch bằng không. Nhận xét: Điện áp ra chỉ xuất hiện trong nửa chu kỳ dương của U 2, vì vậy điện áp ra là điện áp một chiều. Đặc điểm: - Kết cấu mạch đơn giản - Độ gợn sóng lớn, vì vậy để điện áp ra bằng phẳng hơn ta có thể mắc thêm tụ lọc song song với Rt. U2 D A t U1 U2 Rt C Ur Ur Khi kh«ng tô B t Ur Khi cã tô t C n¹p C phãng Hình 2. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 61
  62. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 3.2.4.2. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ. a. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điôt. Nguyên lý hoạt động của mạch. - Xét nửa chu kỳ dương của U 21 (tức là nửa chu kỳ âm của U 22): điôt D 1 thông nên có dòng điện chạy trong mạch theo chiều: A D1 Rt mass. - Xét nửa chu kỳ âm của U 21 (tức là nửa chu kỳ dương của U 22): điôt D 2 thông nên có dòng điện chạy trong mạch theo chiều: B D2 Rt mass. Nhận xét: Trong cả hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều đều có đòng điện qua tải. Sơ đồ mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ sử dụng 2 điôt chính là 2 sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ mắc song song có tải chung. Đặc điểm: - Mạc dùng 2 điôt - Điện áp ngược đặt lên điôt lớn - Cấu tạo của biến áp dùng cuộn thứ cấp có điểm chung - Công suất bé, điện áp ra bé. - Độ gợn sóng ít hơn mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, vì vậy để điện áp ra bằng phẳng hơn ta có thể mắc thêm tụ lọc song song với Rt. U21 U2 U22 A t U21 C U1 Rt Ur U22 U D2 r Khi kh«ng tô B U r Khi cã tô t C n¹p C phãng Hình3.7. Mạch chỉnh lưư hai nửa chu kỳ Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 62
  63. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 4 điôt (chỉnh lưu cầu). - Xét nửa chu kỳ dương cửa U2: điôt D1 và D3 thông nên có dòng điện chạy trong mạch theo chiều: A D1 Rt D3 B. - Xét nửa chu kỳ âm của U 2: điôt D 2 và D4 thông nên có dòng điện chạy trong mạch theo chiều: B D2 Rt D4 A. U2 A t D4 D1 U1 U2 Ur Khi kh«ng tô D3 D2 C Rt Ur B U r Khi cã tô t Hình 3.8. Mạch chỉnh lưu cầu. C n¹p C phãng Nhận xét: Trong cả 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều đều có dòng điện qua tải. Đặc điểm: - Mạch dùng 4 điôt. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 63
  64. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội - Điện áp ngược đặt lên mỗi điôt nhỏ hơn so với mạch chỉnh lưu dùng hai điôt. - Cấu tạo của biến áp đơn giản hơn. 3.2.4.3. Mạch bội áp. Mạch nhân đôi điện áp được dùng trong những trường hợp đặc biệt, ví dụ như khi yêu cầu điện áp ra cao mà dòng tiêu thụ lại nhỏ (cỡ A). Nếu dùng một tầng như hình 3.9a thì điện áp một chiều ở đầu ra gấp đôi trị số đỉnh của điện áp xoay chiều ở đầu vào, vì C 1 và C2 được nạp đến giá trị đỉnh của điện áp vào qua D1 và D2 trong 2 nửa chu kỳ (-) và (+). Trên hình 3.9 b trong nửa chu kỳ (-) của điện áp U2, C1 được nạp đến giá trị đỉnh U2 thông qua D1. Trong nửa chu kỳ tiếp theo C2 được nạp thông qua C1 và D2 với giá trị UC2 = UC1 + U2 = 2 U2. Nếu có n tầng như vậy thi điện áp ra tải U r nU2. Thường chọn n 10. TÇng thø 1 TÇng thø n D1 + + + C1 C1 U C1 1 U D1 D2 1 + + + Rt Ur C2 Ur C2 C2 D2 b. 2n lần. a. Hai lần. Hình 3.9. Mạch bội áp. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 64
  65. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 4 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT - BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR) Transistor được phát minh bởi một nhóm nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm Bell vào năm 1947. Trước khi cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật bắt đầu thì transistor không phải là một linh kiện điện tử lưỡng cực như hiện nay mà là các đèn điện tử hai cực, ba cực Phát minh ra transistor là một bước ngoặt về công nghệ kỹ thuật điện tử. Tất cả các hệ thống, thiết bị điện tử ngày nay là kết quả của sự phát triển về công nghệ bán dẫn. Ngày nay, tồn tại hai loại transistor đó là transistor lưỡng cực (BJT) và transistor trường (FET). Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về BJT và các ứng dụng cơ bản của nó trong chế độ khóa và chế độ khuếch đại tín hiệu. 4.1. Cấu tạo Cấu tạo của transistor lưỡng cực gồm ba lớp bán dẫn p-n được sắp xếp xen kẽ nhau (hình 4.1). Lớp bán dẫn thứ nhất gọi là emitơ (ký hiệu là E); lớp bán dẫn nằm giữa gọi là bazơ (ký hiệu là B) và lớp cuối cùng là collectơ (ký hiệu là C). Miền bazơ có kích thước mỏng nhất và có độ pha tạp ít nhất; còn miền emitơ có kích thước lớn hơn và nồng độ pha tạp cao hơn cả. Biểu diễn cấu tạo của transistor về mặt vật lý được mô tả trên hình 4.2. Tùy thuộc vào cách sắp xếp của các loại lớp bán dẫn mà có hai loại transistor khác nhau: loại pnp(hay còn gọi là transistor thuận hoặc đèn thuận), loại npn (hay còn gọi là transistor ngược hoặc đèn ngược). Vùng liên kết miền bazơ và miền emitơ được gọi là lớp tiếp giáp bazơ – emitơ (gọi tắt là tiếp giáp B-E). Vùng liên kết miền bazơ và miền collectơ được gọi là lớp tiếp giáp bazơ – collectơ (gọi tắt là lớp tiếp giáp B-C) Lý do gọi transistor này là lưỡng cực vì trong cấu trúc của nó tồn tại đồng thời hai loại hạt dẫn là lỗ trống và điện tử. Ký hiệu của BJT trong các sơ đồ điện tử được Loại NPN Loại PNP biểu diễn trên hình 4.3 Hình 4.3: Ký hiệu của transistor 4.2. Nguyên tắc hoạt động Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 65
  66. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Để BJT hoạt động ở chế độ khuếch đại thì lớp tiếp tiếp giáp B-E phải được - + + - B-C ph©n B-E ph©n B-E ph©n + c-ùc cùc - + B-C ph©n cùc ng­îc thuËn cùc thuËn ng­îc 0 Loại NPN Loại PNP 0 Hình 4.4: Phân cực cho transistor phân cực thuận, lớp tiếp giáp B-C phân cực ngược (hình 4.4). Xét BJT thuộc loại npn, khi đó sự chuyển động của electron trong BJT được mô tả như hình 4.5. Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 66
  67. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Các điện tử (electron) tự do trong miền E (miền pha tạp lớn nhất) dễ dàng khuếch tán về phía lớp tiếp giáp B-E và đi sang miền B (do miền này là bán dẫn loại p thiếu điện tử). Do miền B có kích thước nhỏ cũng như nồng độ pha tạp thấp (có nghĩa là số lượng lỗ trống tự do trong miền này là giới hạn) nên chỉ có một lượng nhỏ điện tử tự do ở lại tái hợp với các lỗ trống trong miền B tạo nên dòng điện trên cực bazơ (dòng điện này thường rất nhỏ). Các điện tử còn lại tiếp tục di chuyển qua miền bazơ đi đến tiếp giáp B-C. Tại đây, do tiếp giáp B-C phân cực ngược những điện tử tự do này sẽ bị kéo về miền C do tác dụng của điện trường ngoài và đi về phía cực âm của nguồn điện nối với cực C tạo thành dòng điện trên cực collectơ. Các dòng điện trong BJT Chiều của các dòng điện chạy trong transistor được biểu diễn trên hình 4.6 Ký hiệu dòng điện trên cực E, B và C của BJT lần lượt là I E, IB, IC ;khi đó từ nguyên tắc hoạt động dễ dàng nhận thấy mối liên hệ giữa các dòng điện trong transistor như sau: IE = IB + IC (4.1) 4.3. Các tham số đặc trưng của transistor lưỡng cực 4.3.1. Hệ số khuếch đại dòng một chiều Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 67
  68. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Tỷ số giữa dòng điện trên cực collectơ và bazơ gọi là hệ số khuếch đại dòng một chiều của transistor ký hiệu là  DC: IC  DC (4.2) I B Trên thực tế, giá trị của  DC thường nằm trong khoảng từ 20 đến 200 hoặc cao hơn.  DC thường được biểu diễn là hFE trong các bảng tham số tra cứu của transistor. hFE = DC (4.3) DC hay hFE là một tham số quan trọng của BJT, đại lượng này không thật sự là một hằng số mà nó biến đổi theo dòng trên cực collectơ và theo sự thay đổi của nhiệt độ. Giữ cố định nhiệt độ trong miền tiếp giáp, việc tăng I C là nguyên nhân dẫn đến  DC tăng. Tăng I C đến một giá trị nhất định nào đó DC đạt tới giá trị cực đại; nếu IC tiếp tục tăng thì DC sẽ giảm xuống. Giữ cố định dòng I C và thay đổi nhiệt độ miền tiếp giáp;  DC cũng biến đổi theo sự biến đổi của nhiệt độ. Mối liên hệ giữa  DC được mô tả trên hình 4.7. Các giá trị của  DC đưa ra trong các bảng tra cứu thông số của transistor thường là các giá trị ứng với I C nhỏ nhất và ở nhiệt độ phòng. Trong thiết kế mạch điện giá trị này có thay đổi so với giá trị nhà sản xuất đưa ra là điều không thể tránh khỏi. Tỷ số giữa dòng điện trên cực collectơ và emitơ ký hiệu là DC: IC DC (4.4) I E Giá trị của DC luôn nhỏ hơn 1 và thường nằm trong khoảng từ 0.95 đến 0.99 4.3.2. Mối liên hệ giữa DC và DC Chia cả hai về của biểu thức (4.1) ta được: I I I I E C B 1 B I C I C I C I C Thay (4.2) và (4.4) vào biểu thức trên: 1 1 1 DC  DC DC  DC (4.5) 1 DC Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 68
  69. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội 4.3.3. Phân tích dòng điện và điện áp một chiều trên BJT Đặt: IB, IC, IE là dòng một chiều trên các cực B, C, E của BJT VBE , VCB, VCE : là hiệu điện thế giữa cực B và E, cực C và B, cực C và E Xét sơ đồ mạch như hình 4.8 VBB là điện áp phân cực thuận cho tiếp giáp B-E ; V CC là điện áp phân cực ngược cho tiếp giáp B-C. Cũng tương tự như điốt V BE nhận giá trị 0.2- 0.3V (nếu BJT cấu tạo từ bán dẫn Ge) hoặc nhận giá trị 0.5 – 0.7V (nếu BJT cấu tạo từ bán dẫn Si): Rc IC Giả sử:V BE = 0.7V VCB RB + VCC Khi đó điện áp sụt trên RB là: VCE VBB IB VBE - IE VRB = VBB – VBE Áp dụng định luật Ôm : 0 VRB = IB.RB Hình 4.8: Dòng điện và điện áp trên transistor I B.RB = VBB – VBE Như vậy: VBB VBE I B (4.6) RB Điện áp sụt trên RC: VRC = IC.RC Hiệu điện thế trên cực C và E được xác định bằng biểu thức: VCE = VCC - ICRC (4.7) Rc IC Trong đó: IC = DC.IB (4.8) RB Hiệu điện thế giữa collectơ và bazơ: VCE IB VBB Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 69 0 Hình 4.9: Mạch khảo sát đặc tuyến
  70. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội VCB = VCE – VBE (4.9) 4.3.4. Đường đặc tuyến Sử dụng mạch điện như hình 4.9. Thay đổi giá trị của V CC ta sẽ vẽ được VCC đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện I C và hiệu điện thế V CE tương ứng với mỗi một giá trị I B nhất định, đồ thị này gọi là đường đặc tuyến trên cực collectơ của transistor. Hình 4.10 biểu diễn đường đặc tuyến trên collectơ. Đặc tuyến được chia thành ba vùng: Vùng 1: nằm trong đoạn từ điểm A đến điểm B. Khi V CE 0.7V, tiếp giáp B-E phân cực thuận, tiếp giáp B-C phân cực ngược, dòng I C tăng so với vùng bão hòa. Giá trị của I C trong vùng này thay đổi rất ít gần như một hằng số và được xác định bởi biểu thức (4.8). Vùng 2 được gọi là vùng tích cực hay vùng tuyến tính. BJT hoạt động trong vùng này gọi là transistor làm việc ở chế độ khuếch đại (hoặc chế độ tích cực) Vùng 3: nằm từ điểm C trên đồ thị. Khi V CE đạt một giá trị đủ lớn lớp tiếp giáp B-C rơi vào chế độ đánh thủng, dòng I C tăng lên một cách đột ngột, vùng này được gọi là vùng đánh thủng. Transistor không hoạt động trong vùng này. Tương ứng với mỗi một giá trị của I B sẽ có một đường đặc tuyến. Tập hợp các giá trị của I B tạo ra họ các đường đặc tuyến. Khi I B = 0, dòng IC lúc này là dòng rò có giá trị rất nhỏ. Transistor hoạt động trong vùng này được gọi là vùng cắt (hay BJT hoạt động ở chế độ cắt dòng) (hình 4.11). 4.3.5. Điểm cắt Rc Như đã trình bày trong mục trước, khi ICE0 IB=0 transistor làm việc ở chế độ cắt dòng. Hình 4.12 mô tả một mạch điện có cực + VCC bazơ hở, lúc này I = 0 và dòng điện trên VCE  VCC B IB =0 - cực collectơ chỉ là dòng rò (I CE0) có giá trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 70 0 Hình 4.12: Transistor ở chế độ cắt dòng
  71. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội rất nhỏ được tạo ra chủ yếu là do nhiệt. Do I CE0 rất nhỏ có thể bỏ qua nên VCE = VCC. Trong vùng cắt cả hai lớp tiếp giáp B-E và B-C đều phân cực ngược. 4.3.6. Điểm bão hòa Khi dòng điện trên cực bazơ tăng, dòng IC cũng tăng theo (biểu thức 4.8) và điện áp VCE giảm theo biểu thức 4.7. Giá trị VCE nằm trong phạm vi transistor làm việc ở chế độ bão hòa ký hiệu là V CE(sat). Khi đó, lớp tiếp giáp B-C phân cực thuận I C tăng nhanh thậm chí không phụ thuộc tốc độ tăng của IB. Tại điểm bão hòa trên đồ thị mối liên hệ như biểu thức 4.8 không còn đúng nữa. VCE(sat) là tọa độ điểm gẫy khúc trên đường đặc tuyến giá trị này rất nhỏ chỉ khoảng 1/10 V đối với Si- transistor. 4.3.7. Đường tải tĩnh Đường thẳng nối hai điểm: điểm cắt và điểm bão hòa gọi là đường tải tĩnh. Điểm đầu của đường tải tĩnh chính là điểm cắt có tọa độ IC = IC(sat), VCE = VCE(sat); Điểm cuối là điểm bão hòa có tọa độ I C = 0, VCE = VCC. Giữa điểm bão hòa và điểm cắt là vùng tích cực của transistor. 4.3.8. Tổn hao cực đại của transistor Cũng giống như các linh kiện điện tử khác, trong khi hoạt động BJT cũng có các giới hạn do sự chênh lệch giữa tổn hao lớn nhất và thông số do nhà sản xuất đưa ra.Thông thường tổn hao được xác định bởi điện áp collectơ - bazơ, collectơ – emittơ, emittơ – bazơ, dòng trên cực collectơ và công suất tiêu hao. Giá trị của V CE và IC không được vượt quá công suất tiêu hao cực đại. VCE và IC không thể cùng đồng thời nhận giá trị cực đại. Nếu VCE lớn nhất thì: PD(max) I C (4.10) VCE Nếu IC là cực đại thì VCE được xác định bởi: PD(max) VCE (4.11) I C Hình 4.13 biểu diễn đồ thị công suất tiêu hao. Những vùng đánh bóng trên đồ thị là vùng không hoạt động của transistor. Giá trị I C max giới hạn tổn hao giữa điểm A và B, P D(max) là đường giới hạn giữa điểm B và C, V CE là biên giới cho đoạn CD. 4.3.9. Công suất có ích (PD(max)) Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 71
  72. Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đại lượng P D(max) được đưa ra bởi nhà sản xuất thường lấy tại nhiệt độ 250C. Đối với nhiệt độ cao hơn giá trị này sẽ giảm xuống. Đồng thời với việc đưa ra công suất tại nhiệt độ phòng nhà sản xuất cũng đưa ra hệ số dùng cho việc xác định công suất của transistor tại các điểm nhiệt độ khác nhau. Ví dụ hệ số tiêu hao công suất theo nhiệt độ là 2mW/ 0C nghĩa là công suất giảm đi 2mW khi nhiệt độ tăng lên 10C. 4.4. Chế độ khuếch đại của transistor Khuếch đại là công việc nhằm làm tăng biên độ của tín hiệu, đây là một khả năng chính của transistor. 4.4.1. Các đại lượng một chiều và xoay chiều Trước khi tìm hiểu về khả năng khuếch đại của transistor, chúng ta phải tìm hiểu về các tham số một chiều cũng như xoay chiều của nó bởi vì trong một mạch khuếch đại luôn tồn tại hai thành phần tín hiệu đó là thành phần một chiều và thành phần xoay chiều. Các dại lượng cần quan tâm ở đây chính là các dòng điện, điện áp và trở kháng. Quy ước: IB, IC, IE : là các dòng điện 1 chiều VBE, VCE, VCB là điện áp 1 chiều Ib, Ic, Ie : là các dòng điện xoay chiều Vbe, Vce, Vcb là điện áp xoay chiều Điện trở nội của BJT ký hiệu là r 4.4.2. Transistor khuếch đại Như đã biết ở phần trước, BJT có khả năng khuếch đại dòng điện bởi I C = IB. Vậy còn khả năng khuếch đại điện áp thì sao? Xét mạch điện như hình 4.14a. Điện áp xoay chiều đưa vào bazơ sẽ tạo ra dòng xoay chiều I b kết quả Rc Rc + + RB RB Vc VCC re Vin V - in - Vb VBB 0 0 72 Phạm Thị Thanha. Huyền-Sơ đồ mạch Phạm khuếch Thị đại Quỳnh Trang- Nguyễn b.Thị Sơ Kimđồ tương Ngân đương Hình 4.14: Sơ đồ mạch khuếch đại đơn giản dùng transistor