Bài giảng cấu kiện điện tử

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT KHOA CÔNG NGHỆ ĐT&TT BÀI GIẢNG CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Giáo viên biên soạn: Vũ Mạnh Thịnh Giáo viên chỉnh sửa: Đinh Văn Nam Bộ môn:Công nghệ Điện tử MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Giới thiệu chung 1.2 Các loại cấu kiện điện tử 1.2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý 1.2.2 Phân loại dựa theo lịch sử phát triển công nghệ điện tử 1.2.3 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu 1.2.4 Phân loại dựa vào ứng dụng cấu kiện điện tử 1.3 Vật liệu điện tử 1.3.1 Vật liệu điện môi 1.3.2 Vật liệu dẫn điện 1.3.3 Vật liệu bán dẫn CHƢƠNG CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 17 2.1 Điện trở 17 2.1.1 Định nghĩa ký hiệu điện trở 17 2.1.2 Cách ghi đọc tham số thân điện trở 18 2.1.3 Phân loại ứng dụng điện trở 19 2.2 Tụ điện 20 2.2.1 Định nghĩa ký hiệu tụ điện 20 2.2.2 Các cách ghi đọc tham số thân tụ điện 20 2.2.3 Phân loại ứng dụng 21 2.3 Cuộn cảm 22 2.3.1 Định nghĩa ký hiệu cuộn cảm 22 2.3.2 Phân loại ứng dụng cuộn cảm 22 2.4 Biến áp 23 2.4.1 Định nghĩa ký hiệu sơ đồ mạch 23 2.4.2 Phân loại ứng dụng biến áp 24 CHƢƠNG ĐIỐT BÁN DẪN 27 3.1 Chuyển tiếp p-n trạng thái cân 27 3.2 Chuyển tiếp p-n điều kiện không cân 29 3.2.1 Đặc tính chuyển tiếp p-n phân cực thuận 30 3.2.2 Phân cực ngƣợc 31 3.3 Hiện tƣợng đánh thủng chuyển tiếp p-n 33 3.3.1 Hiện tƣợng đánh thủng chuyển tiếp p-n 33 3.3.2 Hiện tƣợng đánh thủng thác lũ 33 3.3.3 Hiện tƣợng đánh thủng xuyên hầm 34 3.4 Điốt bán dẫn sử dụng chuyển tiếp p-n 35 3.4.1 Điôt chỉnh lƣu 35 3.4.2 Điốt Zenner 36 3.4.3 Điốt Tunnel điôt ngƣợc 37 CHƢƠNG TRANSISTOR BÁN DẪN 44 4.1 Tranzitor lƣỡng cực 44 4.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc thông số tranzito lƣỡng cực 44 4.1.2 Các đặc trƣng tĩnh transistor lý tƣởng 47 4.1.3 Các chế độ làm việc transistor lƣỡng cực 49 4.1.4 Phân cực ổn định điểm công tác tĩnh transistor 52 CHƢƠNG CÁC LINH KIỆN NHIỀU CHUYỂN TIẾP PN 67 5.1.Thyistor 67 5.1.1 Nguyên lý làm việc đặc tuyến thyristor 67 5.1.2 Tham số thyristor 70 5.1.3 Ứng dụng thyristor 71 5.2 Các dụng cụ chỉnh lƣu có cấu trúc bốn lớp khác 74 5.2.1 TRIAC 74 5.2.2 DIAC 76 5.2.3 Điôt bốn lớp 77 5.3.Transistor lớp chuyển tiếp P-N 78 5.3.1 Nguyên lý làm việc, đặc tuyến tham số 78 5.3.2 Các ứng dụng điển hình UJT 82 CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI MẠCH 86 6.1 Giới thiệu 86 6.1.1 Các nguyên tắc để xây dựng vi mạch 86 6.1.2 Sự tăng trƣởng mức độ phức tạp vi mạch 87 6.1.3 Sự phát triển công nghệ 87 6.2 Phân loại 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Lời nói đầu Tài liệu đƣợc viết lại dựa đề cƣơng môn học Cấu kiện điện tử Bộ môn Công nghệ điện tử, Khoa Công nghệ Điện tử Truyền thông, Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên Tài liệu có nhiều bổ sung, thay đổi so với gốc thầy Vũ Mạnh Thịnh biên soạn, tác giả viết theo kiến thức tổng hợp đƣợc từ nhiều loại sách khác nhau, hy vọng giúp bạn đọc sinh viên học ngành điện tử - viễn thơng có đƣợc kiến thức bổ ích từ tài liệu này! CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 1 Giới thiệu chung Cấu kiện điện tử môn học cấu tạo, nguyên lý hoạt động số ứng dụng linh kiện đƣợc sử dụng mạch điện tử để thực chức kỹ thuật phận thiết bị điện tử chuyên dụng nhƣ thiết bị điện tử dân dụng Cấu kiện điện tử có nhiều loại thực chức khác mạch điện tử Muốn tạo thiết bị điện tử phải sử dụng nhiều linh kiện điện tử, từ linh kiện đơn giản nhƣ điện trở, tụ điện, cuộn dây đến linh kiện thiếu đƣợc nhƣ điốt, transistor linh kiện điện tử tổ hợp phức tạp Chúng đƣợc đấu nối với theo sơ đồ mạch đƣợc thiết kế, tính tốn khoa học để thực chức thiết bị thơng thƣờng nhƣ máy radiocassettes, tivi, máy tính, thiết bị điện tử y tế đến thiết bị thông tin liên lạc nhƣ tổng đài điện thoại, trạm thu - phát thông tin hay thiết bị vệ tinh vũ trụ v.v Nói chung cấu kiện điện tử loại linh kiện tạo thiết bị điện tử chúng quan trọng đời sống khoa học kỹ thuật muốn sử dụng chúng cách hiệu phải hiểu biết nắm đặc điểm chúng 1.2 Các loại cấu kiện điện tử Có nhiều cách phân loại cấu kiện điện tử dựa theo tiêu chí khác Ở kể đến số cách phân loại thông thƣờng: 1.2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý Dựa vào đặc tính vật lý cấu kiện điện tử chia làm loại: - Các cấu kiện điện tử thông thƣờng: Đây linh kiện điện tử có đặc tính vật lý điện - điện tử thông thƣờng Chúng hoạt động dƣới tác dụng sóng điện từ có tần số từ cực thấp (f = 1Khz÷10Khz) đến tần số siêu cao tần(f = 10Ghz ÷ 100Ghz) sóng milimet - Cấu kiện quang điện tử: Đây linh kiện điện tử có đặc tính vật lý điện – quang Chúng hoạt động dƣới tác dụng sóng điện từ có tần số cao (f = 10 đến 109 Ghz) thƣờng đƣợc gọi ánh sáng 1.2.2 Phân loại dựa theo lịch sử phát triển công nghệ điện tử Ngƣời ta chia cấu kiện điện tử làm loại: - Cấu kiện điện tử chân không: cấu kiện điện tử mà dẫn điện xảy môi trƣờng chân không - Cấu kiện điện tử có khí: cấu kiện điện tử mà dẫn điện xảy môi trƣờng khí trơ - Cấu kiện điện tử bán dẫn: cấu kiện điện tử mà dẫn điện xảy môi trƣờng chất bán dẫn - Cấu kiện vi mạch: chíp bán dẫn đƣợc tích hợp từ cấu kiện bán dẫn theo sơ đồ mạch thiết kế trƣớc có chức định - Cấu kiện nanô: cấu kiện có kích thƣớc nanomet đƣợc chế tạo theo cơng nghệ nanơ nên có tính chất nhƣ khả tiện ích vơ đặc biệt, khác hẳn với cấu kiện có kích thƣớc lớn thông thƣờng (từ um trở lên) 1.2.3 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu Dựa theo chức xử lý tín hiệu ngƣời ta chia cấu kiện điện tử thành loại cấu kiện điện tử tƣơng tự (điện tử analoge) cấu kiện điện tử số (điện tử digital) - Cấu kiện điện tử tƣơng tự linh kiện có chức xử lý tín hiệu điện xảy liên tục theo thời gian - Cấu kiện điện tử số linh kiện có chức xử lý tín hiệu điện xảy rời rạc, không liên tục theo thời gian 1.2.4 Phân loại dựa vào ứng dụng cấu kiện điện tử Dựa vào ứng dụng cấu kiện điện tử ngƣời ta chia cấu kiện điện tử làm loại cấu kiện điện tử thụ động cấu kiện điện tử tích cực: - Cấu kiện điện tử thụ động linh kiện điện tử có khả xử lý tiêu thụ tín hiệu điện - Cấu kiện điện tử tích cực linh kiện điện tử có khả biến đổi tín hiệu điện, tạo khuếch đại tín hiệu điện 1.3 Vật liệu điện tử Xét ngun tử đứng lập, mơ hình bao gồm: hạt nhân tích điện dƣơng nằm giữa, bao xung quanh điện tử Số điện tích dƣơng hạt nhân số điện tử bao bọc quanh hạt nhân, ngun tử trung hịa điện Những điện tử xung quanh hạt nhân chiếm trạng thái lƣợng xác định Những điện tử nằm lớp ngồi chịu ràng buộc hạt nhân (lực liên kết yếu) chúng định đặc tính hóa học, điện học ngun tử, đƣợc gọi điện tử hóa trị Sự phân bố điện tử mức lƣợng nguyên tử Si Ge Si (14): 1s2,2s2,2p6,3s2,3p2 Ge (32): 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d10,4p2 Vì mức Ge Si thiếu điện tử, nên chúng có hóa trị Trong tinh thể vật rắn, nguyên tử nằm gần nhau, điện tử phủ lên nhau, mức lƣợng nguyên tử tản rộng tạo vùng lƣợng Hình 1.1 Mơ hình mộ chiều vùng lƣợng vật rắn Vùng dẫn Vùng cấm Vùng hố trị Ví dụ: Đối với Si, lớp đƣợc tạo thành hai điện tử p hai điện tử s: 3s23p2 Khi tinh thể đƣợc tạo thành vùng mức 3s 3p tách ra, chồng phủ lên Hai điện tử 3s điện tử 3p tạo nên vùng đầy gọi vùng hoá trị đƣợc tính bốn điện tử nguyên tử Bốn vị trí cịn lại mức 3p đƣợc nhóm lại thành vùng chƣa bị chiếm gọi vùng dẫn Vùng lƣợng vật rắn khác nhau, độ rộng vị trí vùng lƣợng phụ thuộc vào loại vật rắn khác Tùy theo tình trạng mức lƣợng có bị điện tử chiếm chỗ hay không, ngƣời ta chia làm vùng là: Vùng dẫn, vùng cấm, vùng hóa trị +)Vùng dẫn: Có thể gọi vùng dẫn điện, tức điện tử nằm vùng gọi điện tử tự Ở mức lƣợng chƣa đƣợc chiếm chỗ bị chiếm chỗ phần +)Vùng hóa trị: Chứa điện tử hóa trị nguyên tử, có mức lƣợng thấp +)Vùng cấm: Là vùng nằm vùng dẫn vùng hóa trị Trong vùng này, khơng tồn mức lƣợng mà điện tử chiếm chỗ Trong vùng lƣợng, mức lƣợng bị chiếm đầy hoàn toàn, phần bỏ trống hoàn toàn Chú ý: Một điện tử muốn tham gia vào thành phần dòng điện phải trở thành điện tử tự do, nghĩa phải có đủ lƣợng nhảy từ vùng hóa trị, vƣợt qua vùng cấm lên vùng dẫn Bởi vậy, độ rộng vùng cấm tiêu chuẩn để phân biệt vật rắn vật liệu dẫn điện, bán dẫn, hay cách điện Nhƣ vậy, độ rộng vùng cấm lớn độ dẫn kém, chiều rộng vùng cấm xác định lƣợng cần thiết để điện tử bứt khỏi liên kết hóa học để tham gia vào q trình tải điện E E a) E - - Ec + + Ev b) c) Hình 1.2 Giản đồ vùng lƣợng của: a) Kim loại, b) chất bán dẫn c) điện môi Qui định: Để đơn giản, kí hiệu đáy vùng dẫn Ec, đỉnh vùng hóa trị kí hiệu Ev Khoảng cách Ec Ev vùng cấm Eg Nhận xét: Hình 1.2.a ta thấy giản đồ vùng lƣợng kim loại khơng có vùng cấm ngăn cách vùng dẫn vùng hóa trị Mà vùng vùng chiếm đầy phần Chính vậy, dẫn điện tồn địa hóa trị tham gia vào thành phần dịng điện Hình 1.2.b, 1.2.c, giản đồ vùng lƣợng chất bán dẫn chất điện môi không độ tuyệt đối có dạng giống (vùng hố trị bị chiếm đầy hoàn toàn,vùng dẫn bỏ trống hoàn toàn, tồn vùng cấm) 1.3.1 Vật liệu điện mơi a Các tính chất chất điện môi - Độ thẩm thấu điện tương đối (hay cịn gọi số điện mơi) Hằng số điện mơi ký hiệu ε, biểu thị khả phân cực chất điện môi đƣợc xác định biểu thức: ε = Cd/C0 Trong đó: Cd điện dung tụ điện sử dụng chất điện môi; C0 điện dung tụ điện sử dụng chất điện môi chân không không khí - Độ tổn hao điện mơi (Pa) Độ tổn hao điện mơi cơng suất điện chi phí để làm nóng chất điện mơi đặt điện trƣờng đƣợc tính theo cơng thức tổng qt sau: Pa =U2ωCtgδ Trong đó: Pa độ tổn hao điện mơi đo ốt (w) U điện áp đặt lên tụ điện đo vôn (V) C điện dung tụ điện dùng chất điện môi đo Farad (F) ω tần số góc đo rad/s tgδ góc tổn hao điện mơi - Độ bền điện chất điện môi (Eđ.t.) Nếu ta đặt chất điện môi vào điện trƣờng mà bị khả cách điện - ta gọi tƣợng đánh thủng chất điện mơi Trị số điện áp xẩy tƣợng đánh thủng chất điện môi gọi điện áp đánh thủng Uđ.t thƣờng đo KV, cƣờng độ điện trƣờng tƣơng ứng với điểm đánh thủng gọi độ bền điện - Nhiệt độ chịu đựng: Là nhiệt độ cao mà chất điện mơi giữ đƣợc tính chất lý hóa - Dịng điện chất điện mơi (I): Dịng điện chất điện mơi gồm có thành phần dịng điện chuyển dịch dịng điện rị • Dịng điện chuyển dịch ICM (hay gọi dịng điện phân cực) Q trình chuyển dịch phân cực điện tích liên kết chất điện mơi tạo nên dịng điện phân cực ICM Khi điện áp xoay chiều dòng điện chuyển dịch tồn suốt thời gian chất điện môi nằm điện trƣờng Khi điện áp chiều dòng điện chuyển dịch tồn thời điểm đóng ngắt điện áp • Dịng điện rò Irò: Dòng điện rò dòng điện đƣợc tạo điện tích tự điện tử phát xạ chuyển động dƣới tác động điện trƣờng Dịng điện tổng qua chất điện mơi là: I = ICM + Irò - Điện trở cách điện chất điện môi Điện trở cách điện đƣợc xác định theo trị số dòng điện rò: Rc.d  U I   I CM Trong đó: I - Dòng điện nghiên cứu  I CM - Tổng thành phần dòng điện phân cực b.Phân loại ứng dụng chất điện môi Chất điện môi đƣợc chia làm loại chất điện môi thụ động chất điện mơi tích cực - Chất điện mơi thụ động gọi vật liệu cách điện vật liệu tụ điện - Chất điện mơi tích cực vật liệu điều khiển đƣợc nhƣ: + Về điện trƣờng có gốm, thuỷ tinh, + Về học có chất áp điện nhƣ thạch anh áp điện + Về ánh sáng có chất huỳnh quang + Electric hay châm điện vật chất có khả giữ đƣợc phân cực lớn lâu dài 1.3.2 Vật liệu dẫn điện a Các tính chất vật liệu dẫn điện - Điện trở suất: ρ = RS/l đó: S - tiết diện ngang dây dẫn l - chiều dài dây dẫn R - trị số điện trở dây dẫn Điện trở suất chất dẫn điện nằm khoảng từ: ρ = 0,016 μΩ.m (của bạc Ag) đến ρ= 10 μΩ.m (của hợp kim sắt - crôm - nhôm) - Hệ số nhiệt điện trở suất (α): Hệ số nhiệt điện trở suất biểu thị thay đổi điện trở suất nhiệt độ thay đổi 10C Khi nhiệt độ tăng điện trở suất tăng lên theo quy luật: ρt = ρ0(1+ αt) đó: ρt - điện trở suất nhiệt độ t (0C) ρ0 - điện trở suất nhiệt độ 00C α - hệ số nhiệt điện trở suất [K-1] Để cho kim loại nguyên chất hệ số nhiệt chúng hầu nhƣ bằng: α= 1/ 273,15 K-1 = 0,004 K-1 - Hệ số dẫn nhiệt : λ Lƣợng nhiệt truyền qua diện tích bề mặt S thời gian t là: Q T St l Trong đó: λ - hệ số dẫn nhiệt ΔT/Δl - gradien nhiệt độ (ΔT lƣợng chênh lệch nhiệt độ hai điểm cách khoảng Δl) S - diện tích bề mặt t - thời gian - Cơng điện tử kim loại: Năng lƣợng cần thiết cấp thêm cho điện tử để thoát khỏi bề mặt kim loại đƣợc gọi cơng kim loại EW - Hiệu điện tiếp xúc hai kim loại đƣợc xác định chênh lệch EAB điểm A B đƣợc tính theo cơng thức: EAB = Ew1 – Ew2 Tƣơng ứng với EAB (đo eV) ta có điện tiếp xúc (đo Vơn), ký hiệu V AB có trị số EAB Nếu kim loại giống nhau, điện tiếp xúc chúng Nếu hai kim loại khác kim loại có cơng thấp trở thành điện tích dƣơng kim loại có cơng cao trở thành điện tích âm b Một số loại vật liệu dẫn điện thƣờng dùng Chất dẫn điện đƣợc chia làm loại chất dẫn điện có điện trở suất thấp chất dẫn điện có điện trở suất cao - Chất dẫn điện có điện trở suất thấp Chất dẫn điện có điện trở suất thấp (hay độ dẫn điện cao) thƣờng dùng làm vật liệu dẫn điện - Chất dẫn điện có điện trở suất cao Các hợp kim có điện trở suất cao dùng để chế tạo dụng cụ đo điện, điện trở, biến trở, dây may so, thiết bị nung nóng điện 1.3.3 Vật liệu bán dẫn a Phát xạ tái hợp điện tử - lỗ trống Khi điện tử hóa trị nhận đƣợc lƣợng từ bên (nhiệt độ, ánh sáng) đủ lớn, đƣợc lực liên kết trở thành điện tử tự (nhảy lên vùng dẫn) tham gia vào thành phần dòng điện Khi vùng hoá trị thiếu hụt điện tử nên xuất mức lƣợng bỏ trống Điều đƣa tới dẫn điện vùng hoá trị Nhứng điểm thiếu hụt điện tử vùng hố trị xem nhƣ tồn điện Hình 5.9 Cấu trúc (a), sơ đồ tương đương (b) đặc tuyến (c) TRIAC Ta thấy TRIAC tƣơng đƣơng với hai thyristor mắc song song chung cực G Vì tƣơng đƣơng với hai thyristor mắc song song ngƣợc chiều hai cực gọi anốt catốt mà gọi A1 A2 Khi điện cực G dƣơng so với A1 cực A2 dƣơng so với A1 transistor tƣơng đƣơng Q3 75 Q4 mở Trong trƣờng hợp A2 đóng vai trị anốt cịn A1 đóng vai trị catốt Khi cực G A1 có điện dƣơng so với A2, transistor tƣơng đƣơng Q1 Q mở, A1 đóng vai trị anốt cịn A2 đóng vai trị catốt Từ thấy TRIAC dẫn điện theo hai chiều 5.2.2 DIAC Về mặt cấu tạo DIAC hoàn toàn giống nhƣ TRIAC nhƣng khơng có cực khống chế G DIAC đƣợc kích mở cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực Ký hiệu mạch đặc tuyến V-A đƣợc cho nhƣ hình dƣới đây: Hình 5.10 Đặc tuyến ký hiệu mạch DIAC Ứng dụng chủ yếu DIAC: Linh kiện đƣợc sử dụng rộng rãi điện tử điện tử kỹ thuật Sau số ứng dụng thƣờng gặp: + Kiểm tra điều khiển vận tốc môtơ điện + Kiểm tra điều khiển nhiệt độ + Kiểm tra điều khiển cƣờng độ chiếu sáng 76 + Làm mạch qt hình TV 5.2.3 Điơt bốn lớp Điốt bốn lớp đƣợc gọi Điốt Socley, mặt cấu tạo tƣơng tự nhƣ thyristor nhƣng khơng có cực khống chế G Điốt đƣợc kích mở cách nâng cao điện áp hai cực Điốt (vƣợt điện áp mở thuận) Ký hiệu mạch đặc tuyến V – A điốt bốn lớp đƣợc trình bày hình 5.11 Hình 5.11 Ký hiệu mạch đặc tuyến điốt bốn lớp Điện áp mở thuận điốt bốn lớp tƣơng ứng với điện áp đánh thủng thuận thyristor Dòng cực tiểu chảy qua Điốt khiến điốt mở gọi dòng mở I S Dòng ghim IH điện áp dẫn thuân UF điốt bốn lớp tƣơng tự nhƣ thyristor Ứng dụng: Một ứng dụng phổ biến điốt bốn lớp dùng để tạo dao động cƣa Sơ đồ nguyên lý nhƣ mạch nhƣ hình 5.12 Hình 5.12 Mạch dao động dùng điốt bốn lớp + Trong mạch tụ C đƣợc nạp qua điện trở R từ nguồn E Quá trình nạp 77 đƣợc tiếp diễn điện áp hai cực tụ C vƣợt điện áp kích mở cho điốt bốn lớp điốt mở, tụ C phóng điện qua nội trở nhỏ điốt Điện áp tụ C giảm xuống điện áp đặt lên hai cực điốt giảm, điện áp giảm đến mức làm cho dòng qua điốt nhỏ dòng ghim IH điốt bốn lớp lại đóng tụ C lại bắt đầu đƣợc nạp Điện áp có dạng cƣa Điện trở R sơ đồ phải chọn cho điốt mở, dòng chảy mạch phải có cƣờng độ I S (dịng mở điốt) Nếu dịng chảy qua R1 nhỏ IS điốt không mở Nhƣng R1 phải chọn đủ lớn để ngăn chặn khơng cho dịng chảy qua điốt giảm xuống dƣới giá trị dòng IH tụ C phóng điện nghĩa ngăn ngừa khả điốt đóng sau tụ C phóng điện + Nếu điốt bốn lớp đƣợc ghép song song ngƣợc chiều sau đặt chúng vào vỏ bọc đƣợc điốt bốn lớp hai chiều Nguyên lý làm việc điốt bốn lớp hai chiều tƣơng tự nhƣ điốt bốn lớp chiều, nhƣng ghép hai điốt ngƣợc chiều nên dẫn điện hai chiều 5.3.Transistor lớp chuyển tiếp P-N Transistor lớp chuyển tiếp P-N UJT (unijunction transistor) đơi cịn gọi điốt hai đáy Tuy gọi transistor nhƣng nguyên lý khác hẳn với transistor lƣỡng hạt transistor hiệu ứng trƣờng Cực vào UJT đƣợc gọi emitơ có điện trở giảm đột ngột điện áp vào đạt đến giá trị định Chính đặc tuyến Von – Ampe xuất đoạn điện trở âm Do đặc tính UJT mà đƣợc dùng rộng rãi mạch thời gian mạch tạo dao động 5.3.1 Nguyên lý làm việc, đặc tuyến tham số a.Cấu tạo UJT đƣợc chế tạo cách phiến bán dẫn loại N pha tạp (điện trở suất lớn) ngƣời ta tạo vùng bán dẫn loại P pha tạp nhiều (điện trở suất nhỏ) nhƣ hình 5.13.a Từ miền bán dẫn loại P nối điện cực gọi emitơ Hai đầu bán dẫn loại N nối hai điện cực đƣợc gọi Bazơ1 (B1) Bazơ2 (B2) Từ cấu tạo UJT nhƣ hình 5.13.a vẽ đƣợc sơ đồ tƣơng đƣơng nhƣ hình 5.13.b 78 Hình 5.13 Cấu trúc (a) sơ đồ tương đương (b) UJT + Do phiến bán dẫn loại N có điện trở suất cao từ điểm B1 đến điểm C (điểm tƣơng ứng với chuyển tiếp P-N cực emitơ) đƣợc thay điện trở RB1 từ B2 đến C đƣợc thay RB2, tổng hai điện trở điện trở B1 đến B2 ký hiệu RBB Chuyển tiếp PN cực emitơ đƣợc thay điốt D + Nếu đặt vào B1 B2 điện áp nhƣ hình 5.13 tính đƣợc điện áp điểm C so với B1 cực E hở mạch nhƣ sau: U1  U BB RB1 R  U BB B1 RB1  RB RBB Trong RBB = RB1 + RB2 Điện áp U1 điện áp đặt vào catốt điốt D Khi cực E hở mạch có dịng điện chảy qua B1B2 I B2  U BB RBB + Nếu cực emitơ nối đất điốt D bị phân cực ngƣợc qua emitơ E 79 có dòng ngƣợc (IE0) chảy + Bây xét truờng hợp đặt vào cực E B1 điện áp dƣơng Khi tăng UEB1 từ giá trị đến U1 IE0 giảm xuống 0, anốt catốt có điện nhƣ Nếu tiếp tục tăng UEB1 theo chiều dƣơng điốt D đƣợc phân cực thuận tạo dòng chảy thuận từ cực E vào phiến Bazơ UJT Khi dịng thuận IE xuất hiện, có nghĩa hạt dẫn đƣợc phun từ miền emitơ miền B1 tăng lên đột ngột, khiến cho nồng độ hạt dẫn miền tăng lên làm cho điện trở RB1 đột ngột giảm Vì RB1 giảm, thấy U1 đột ngột giảm Điều khiến cho điơt D có xu huớng đuợc phân cực thuận, dòng I E thuận tăng lên làm cho U1 tiếp tục giảm Trong trình D luôn phân cực thuận nên điện áp sụt khơng đáng kể, coi gần U1=UEB1 Nhƣ sau làm cho D thơng, dịng IE có xu hƣớng ngày tăng trong UEB ngày giảm Đó ngun nhân xuất hiệu ứng điện trở âm UJT Đƣơng nhiên dịng IE khơng thể tăng mãi, bị giới hạn điện trở nguồn Sau đƣợc mở, UJT trì trạng thái mạch vào hở mạch dòng IE giảm xuống giá trị nhỏ b Ký hiệu mạch đặc tuyến Von-Ampe UJT đƣợc trình bày hình 5.14 Đặc tuyến Von – Ampe UJT mơ tả quan hệ dòng IE điện áp UBE1 Điện áp hai cực B1 B2 coi nhƣ tham số 80 Hình 5.14 Ký hiệu mạch đặc tính V- A UJT + Khi IB1 = 0, U1 = 0, tăng UEB1 chút điốt D phân cực thuận đặc tuyến Von- Ampe UJT trƣờng hợp hoàn toàn giống nhƣ đặc tuyến điốt phân cực thuận, khác truờng hợp điốt đƣợc nối tiếp với điện trở Khi UB1B2 = 20V UEB1 = 0, chuyển tiếp emitơ (điốt D) bị phân cực ngƣợc, qua cực E có dịng ngƣợc IE0 chảy Cƣờng độ dịng đƣợc biểu diễn điểm đặc tuyến Khi tăng dần UEB1 nhƣng giá trị nhỏ nhiều so với U1, dịng IE0 tiếp tục chảy với cƣờng độ gần nhƣ khơng đổi (giống nhƣ dịng ngƣợc bão hồ điốt) Q trình tăng UEB1 lúc ban đầu thực tế làm giảm dần điện áp phân cực ngƣợc D tới UEB1 = U1 anốt catốt điốt có điện Dịng qua điốt =0 ứng với điểm đặc tuyến Nếu tiếp tục tăng UEB1 điốt D đuợc phân cực thuận (vì UEB1 > U1), dịng IE chảy theo chiều thuận bắt đầu tăng lên từ Khi điện áp phân cực thuận điốt nhỏ, dòng thuận IE cịn nhỏ, chƣa gây ảnh huởng lớn đến điện trở RB1, thƣờng ký hiệu giá trị điện áp Udh dòng điện IE tƣơng ứng với điện áp Idh Ta gọi Udh Idh điện áp đỉnh dòng đỉnh Trị số tùy thuộc vào cấu trúc cụ thể UJT: miền đặc tuyến từ giá trị trở trái gọi miền cắt ứng với miền UJT chƣa làm việc Khi IE vƣợt qua giá trị Idh trình IE tăng điện áp UEB1 lại giảm, đặc tuyến Von-Ampe UJT khoảng đƣợc gọi miền điện trở âm Khi IE tăng đến giá trị 81 định, số hạt dẫn phun vào miền B1 đạt tới giá trị bão hồ, điện trở RB1 khơng tiếp tục giảm Điện áp U1 (cũng điện áp UEB1) không tiếp tục giảm Điện áp UEB1 ứng với giá trị gọi điện áp đáy (Udy) Dòng IE ứng với điện áp gọi dòng đáy Idy Điện áp đáy Udy đƣợc xác định điện áp thuận điốt D điện trở bão hồ RB1 Nếu tiếp tục tăng dịng IE điện áp UEB1 lại tăng Giá trị điện áp UEB1 lúc xác định tổng điện áp thuận điốt UD điện áp rơi điện trở bão hoà RS miền B1 (IE.RS) Miền đặc tuyến kể từ giá trị Idy trở phía phải miền bão hồ Khi UBB có giá trị nhỏ 20V, giá trị điện áp tƣơng ứng nhỏ đi, UJT mở giá trị UEB1 nhỏ Thay đổi giá trị UBB có họ đặc tuyến nhƣ hình 5.14 5.3.2 Các ứng dụng điển hình UJT a Tạo dao động cƣa Sơ đồ nguyên lý dạng sóng dao động đƣợc mơ tả nhƣ hình 5.15 Sơ đồ ngun lý Dạng sóng Hình 5.15 Sơ đồ ngun lý dạng sóng mạch tạo dao động dùng UJT Tụ C đƣợc nạp từ nguồn UBB qua R, điện áp tụ Udh UJT UJT mở tụ C phóng điện qua UJT làm cho điện áp hai cực tụ hạ xuống giá trị điện áp bão hoà UJT, UEB1S Khi UJT đóng tụ C lại bắt đầu lần nạp điện Quá trình nhƣ tiếp diễn điện áp lấy tụ C có dạng cƣa nhƣ hình 5.15 Thời gian (t) để tụ C nạp điện từ UEB10 đến giá trị Udh hồn tồn tính đƣợc tần số chuỗi xung cƣa tính đƣợc 1/t Thời gian phóng tụ C tính tốn tƣơng đối khó khăn nội trở UJT 82 âm ln ln biến đổi.Vì thời gian phóng điện t P thƣờng nhỏ thời gian nạp tnạp nhiều tính gần bỏ qua thời gian Ví dụ: Cho mạch điện sau: UBB = 15V  = 0,7 RE = 8,6K C= 0,1F Điện áp bão hoà emitơ UEB1S = 2,5V Thời gian phóng tụ điện