GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

Trҥng thái điện của mỗi linh kiện điện tử được đặc trưng bӣi 2 thông sӕμ điện áp u và cường độ dòng điện i. εӕi quan hệ tương hỗ i=f(u) được biểu diễn bӣi đặc tuyến Volt-Ampere. Ngưӡi ta có thể phân chia các linh kiện điện tử theo hàm quan hệ trên là tuyến tính hay phi tuyến. Nếu hàm i=f(u) là tuỔến tính (hàm đҥi sӕ bậc nhất hay phương trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử đó được gọi là phần tử tuyến tính (R, δ, C) và có thể áp dụng được nguyên lý xếp chồng. Điện trӣμ u R i . 1  Tụ điệnμ dt du Ci . Cuộn dâyμ  dtu L i . 1 Nếu hàm i=f(u) là quan hệ phi tuỔến (phương trình đҥi sӕ bậc cao, phương trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử đó được gọi là phần tử phi tuyến (diode, Transistor). 2.1. ĐiӋn trӣ (Resistor) Như đã đề cập trong chương trước, dòng điện là dòng chuyển dӡi có hướng của các hҥt mang điện và trong vật dẫn các hҥt mang điện đó là các electron tự do. Các electron tự do có khҧ năng dịch chuyển được do tác động của điện áp nguồn và trong quá trình dịch chuyển các electron tự do va chҥm với các nguyên tử nút mҥng và các electron khác nên bị mất một phần năng lượng dưới dҥng nhiệt. Sự va chҥm này cҧn trӣ sự chuyển động của các electron tự do và được đặc trưng bӣi giá trị điện trӣ. 2.1.1. Định nghĩaμ Điện trӣ là linh kiện cҧn trӣ dòng điện, giá trị điện trӣ càng lớn dòng điện trong mҥch càng nhӓ. Định luật Ohm: Cưӡng độ dòng điện trong mҥch thuần trӣ tỷ lệ thuận với điện áp cấp và tỷ lệ nghịch với điện trӣ của mҥch

GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CH ƠNG I LINH KI N TH Đ NG Tr ng thái điện linh kiện điện tử đặc trưng b i thông s μ điện áp u cường độ dòng điện i ε i quan hệ tương hỗ i=f(u) biểu diễn b i đặc tuyến Volt-Ampere Ngư i ta phân chia linh kiện điện tử theo hàm quan hệ tuyến tính hay phi tuyến Nếu hàm i=f(u) tuỔến tính (hàm đ i s bậc hay phương trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử gọi phần tử tuyến tính (R, δ, C) áp dụng nguyên lý xếp chồng Điện tr μ i  u R Tụ điệnμ i  C Cuộn dâyμ i  du dt u.dt L Nếu hàm i=f(u) quan hệ phi tuỔến (phương trình đ i s bậc cao, phương trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử gọi phần tử phi tuyến (diode, Transistor) 2.1 Đi n tr (Resistor) Như đề cập chương trước, dòng điện dòng chuyển d i có hướng h t mang điện vật dẫn h t mang điện electron tự Các electron tự có kh dịch chuyển tác động điện áp nguồn trình dịch chuyển electron tự va ch m với nguyên tử nút m ng electron khác nên bị phần lượng d ng nhiệt Sự va ch m c n tr chuyển động electron tự đặc trưng b i giá trị điện tr 2.1.1 Định nghĩaμ Điện tr linh kiện c n tr dòng điện, giá trị điện tr lớn dòng điện m ch nh Định luật Ohm: Cư ng độ dòng điện m ch tr tỷ lệ thuận với điện áp cấp tỷ lệ nghịch với điện tr m ch Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ I E R [E]: Volt (V) [I]: Ampere (A) [R]μ Ohm (Ω) 2.1.2 Các thông s c a n tr a Giá trị điện trở Giá trị điện tr đặc trưng cho khả cản trở dòng điện điện tr Yêu cầu b n đ i với giá trị điện tr thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm th i gian,…Điện tr dẫn điện t t giá trị nh ngược l i Giá trị điện tr tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, εΩ, GΩ Giá trị điện tr phụ thuộc vào vật liệu c n điện, kích thước điện tr nhiệt độ môi trư ng R   l S Trong đóμ ρμ điện tr suất [Ωm] lμ chiều dài dây dẫn [m] Sμ tiết diện dây dẫn [m2] Trong thực tế điện tr s n xuất với s thang giá trị xác định Khi tính tốn lý thuyết thiết kế m ch, cần chọn thang điện tr gần với giá trị tính b Sai số Sai s độ chênh lệch tương đ i giá trị thực tế điện tr giá trị danh định, tính theo %  Rtt  Rdd  100% Rdd Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Trong đóμ Rttμ Giá trị thực tế điện tr Rdd: Giá trị danh định điện tr c Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor): TCR thay đổi tương đ i giá trị điện tr nhiệt độ thay đổi oC, tính theo phần triệu  R / T 106 ( ppm/ oC ) (parts per million) R Khi nhiệt độ tăng, s lượng electron bứt kh i quỹ đ o chuyển động tăng va ch m với electron tự làm tăng kh c n tr dòng điện vật dẫn Trong hầu hết chất dẫn điện nhiệt độ tăng giá trị điện tr tăng, hệ s   (PTC: Positive Temperature Co-efficient) Đ i với chất bán dẫn, nhiệt độ tăng s lượng electron bứt kh i nguyên tử để tr thành electron tự gia tăng đột ngột, va ch m m ng tinh thể tăng không đáng kể so với gia tăng s lượng h t dẫn, làm cho kh dẫn điện vật liệu tăng, hay giá trị điện tr gi m, có hệ s   (NTC: Negative Temperature Coefficient) Hệ s nhiệt   nh , độ ổn định giá trị điện tr cao Hệ s góc= R T Hình 2.1 nh hư ng nhiệt độ tới giá trị điện tr vật dẫn T i nhiệt độ xác định có hệ s nhiệt  xác định, gi sử t i nhiệt độ T1 điện tr có giá trị R1 hệ s nhiệt 1 , giá trị điện tr t i nhiệt độ T2: R2  R11  1  T2  T1  Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ d.Cơng suất tối đa cho phỨp Khi có dịng điện cư ng độ I ch y qua điện tr R, lượng nhiệt t a P  U I  I R R với cơng suấtμ Nếu dịng điện có cư ng độ lớn nhiệt lượng tiêu thụ R lớn làm cho điện tr nóng, cần thiết kế điện tr có kích thước lớn để t n nhiệt t t Công suất t i đa cho phép công suất nhiệt lớn mà điện tr chịu ngưỡng điện tr bị nóng lên bị cháy Cơng suất t i đa cho phép đặc trưng cho kh chịu nhiệt Pmax U max   I max R R Trong m ch thực tế, t i kh i nguồn cấp, cư ng độ dòng điện m nh nên điện tr có kích thước lớn T i kh i xử lý tín hiệu, cư ng độ dịng điện yếu nên điện tr có kích thước nh ph i chịu công suất nhiệt thấp 2.1.3 Phân loại ký hi u n tr a Điện trở có giá trị ồác định  Điện trở than Ứp (Điện tr hợp chất Cacbon)μ Được chế t o cách trộn bột than với vật liệu c n điện, sau nung nóng hóa thể rắn, nén thành d ng hình trụ b o vệ lớp v giấy phủ g m hay lớp sơn Hợp chất Carbon Dây dẫn Dây dẫn Các điện cực Hình 2.2 Điện tr than ép Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Điện tr than ép có d i giá trị tương đ i rộng (từ1Ω đến 100εΩ), cơng suất danh định (1/8W-2W), phần lớn có cơng suất 1/4W 1/2W εột ưu điểm bật điện tr than ép có tính tr nên sử dụng nhiều ph m vi tần s thấp (trong xử lý tín hiệu âm tần)  Điện trở dây quấn chế t o cách quấn đo n dây không ph i chất dẫn điện t t (Nichrome) quanh lõi hình trụ Tr kháng phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, đư ng kính độ dài dây dẫn Điện tr dây quấn có giá trị nh , độ xác cao có cơng suất nhiệt lớn Tuy nhiên nhược điểm điện tr dây quấn có tính chất điện c m nên khơng sử dụng m ch cao tần mà ứng dụng nhiều m ch âm tần Nichrome Dây dẫn Dây dẫn δõi cách điện Hình 2.3 Điện tr dây quấn  Điện trở màng mỏngμ Được s n xuất cách lắng đọng Cacbon, kim lo i oxide kim lo i d ng màng m ng lõi hình trụ Điện tr màng m ng có giá trị từ thấp đến trung bình, thấy rõ ưu điểm bật điện tr màng m ng tính chất tr nên sử dụng ph m vi tần s cao, nhiên có cơng suất nhiệt thấp giá thành cao εàng m ng Dây dẫn Hình 2.4 Điện tr màng m ng Dây dẫn Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ b Điện trở có giá trị thaỔ đ i  Biến trở (Variable Resistor) có cấu t o gồm điện tr màng than dây quấn có d ng hình cung, có trục xoay n i với trượt Con trượt tiếp xúc động với với vành điện tr t o nên cực thứ 3, nên trượt dịch chuyển điện tr cực thứ cực l i thay đổi Có thể có lo i biến tr tuyến tính (giá trị điện tr thay đổi tuyến tính theo góc xoay) biến tr phi tuyến (giá trị điện tr thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay) Biến tr sử dụng điều khiển điện áp (potentiometerμ chiết áp) điều khiển cư ng độ dòng điện (Rheostat) Trục điều khiển trượt Con Vành điện tr VR potentiometer  Điện trở nhiệt (Thermal Resistor -Thermistor): VR Rheostat Hình 2.5 Biến tr δà linh kiện có giá trị điện tr thay đổi theo nhiệt độ Có lo i nhiệt tr μ Nhiệt trở có hệ số nhiệt âmμ Giá trị điện tr gi m nhiệt độ tăng (NTC), thơng thư ng chất bán dẫn có hệ s nhiệt âm nhiệt độ tăng cung cấp đủ lượng cho electron nh y từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên s lượng h t dẫn tăng đáng kể, t c độ dịch chuyển h t dẫn tăng nên giá trị điện tr gi m Nhiệt trở có hệ số nhiệt dươngμ Giá trị điện tr tăng nhiệt độ tăng, nhiệt tr làm kim lo i có hệ s nhiệt dương (PTC) nhiệt độ Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ tăng, nguyên tử nút m ng dao động m nh làm c n tr trình di chuyển electron nên giá trị điện tr tăng Nhiệt tr sử dụng để điều khiển cư ng độ dòng điện, đo điều khiển nhiệt độμ ổn định nhiệt cho tầng khuếch đ i, đặc biệt tầng khuếch đ i công suất linh kiện c m biến hệ th ng tự động điều khiển theo nhiệt độ  Điện trở quang (Photo Resistor) Quang tr linh kiện nh y c m với x điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy Quang tr có giá trị điện tr thay đổi phụ thuộc vào cư ng độ ánh sáng chiếu vào Cư ng độ ánh sáng m nh giá trị điện tr gi m ngược l i Khi bị che t iμ R  n.100k  n.M Khi chiếu sángμ R  n.100  n.k Quang tr thư ng sử dụng m ch tự động điều khiển ánh sángμ(Phát ngư i vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét Camera; Tự động bật đèn tr i t i; Điều chỉnh độ nét δCD;…) 2.1.4 Cách ghi đọc tham s n tr a Biểu diễn trực tiếp  Chữ chữ s biểu diễn giá trị điện tr μ R(E) – Ω; K - K Ω; ε - ε Ω;…  Chữ thứ hai biểu diễn dung sai: F=1% J=5% G=2% K=10% H=2,5% M=20% Ví dụμ 8K2J: R=8,2KΩ; Ł=5% R=8,2KΩ  0,41 KΩ=7,79KΩ  8,61KΩ Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Hoặc chữ s để biểu diễn giá trị điện tr chữ để biểu diễn dung sai Khi chữ s cu i biểu diễn s chữ s (bậc lũy thừa 10) Ví dụμ 4703Gμ R=470K Ω; Ł=2% b Biểu diễn vạch màu Đ i với điện tr có kích thước nh khơng thể ghi trực tiếp thơng s ngư i ta thư ng vẽ vòng màu lên thân điện tr  vòng màu:  vòng đầu biểu diễn chữ s có nghĩa thực  Vịng thứ biểu diễn s chữ s (bậc lũy thừa 10)  Sai s Ł=20%  vòng màu  vòng đầu biểu diễn chữ s có nghĩa thực  Vịng thứ biểu diễn s chữ s (bậc lũy thừa 10)  Vòng thứ biểu diễn dung sai (tráng nhũ)  vòng màu:  vòng đầu biểu diễn chữ s có nghĩa thực  Vòng thứ biểu diễn s chữ s (bậc lũy thừa 10)  Vòng thứ biểu diễn dung sai (tráng nhũ) Bảng quy c mư vạch màu Màu Đen Nâu Đ Cam Vàng δục Lam Trị s Sai s 1% 2% Page V ch V ch V ch 2.1.5 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ V ch Tím Xám Trắng Vàng kim -1 5% B c kim -2 10% V ch ng d ng  Điện tr sử dụng mạch phân áp để phân cực cho Transistor đ m b o cho m ch khuếch đ i dao động ho t động với hiệu suất cao  Điện tr đóng vai trị phần tử hạn dòng tránh cho linh kiện bị phá h ng cư ng độ dịng q lớn εột ví dụ điển hình m ch khuếch đ i, khơng có điện tr Transistor chịu dịng chiều có cư ng độ tương đ i lớn  Được sử dụng để chế t o dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng đèn,…) thiết bị công nghiệp (thiết bị sấy, sư i,…) điện tr có đặc điểm tiêu hao lượng d ng nhiệt  Xác định số thời gian: Trong s m ch t o xung, điện tr sử dụng để xác định s th i gian  Phối hợp trở khángμ Để tổn hao đư ng truyền nh cần thực ph i hợp tr kháng nguồn tín hiệu đầu vào khuếch đ i, đầu khuếch đ i t i, hay đầu tầng khuếch đ i trước đầu vào tầng khuếch đ i sau 2.2 T n 2.2.1 Định nghĩa Tụ điện gồm b n cực làm chất dẫn điện đặt song song với nhau, lớp cách điện gọi chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay g m, Page B n cực kim lo i δớp điện môi (khơng khí) GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ khơng khí) Chất cách điện lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ dầu, tụ g m hay tụ khơng khí) C Ký hiệu Nếu điện tr tiêu thụ điện chuyển thành nhiệt tụ điện tích lượng d ng lượng điện trư ng, sau lượng gi i phóng Điều thể đặc tính tích phóng điện tụ điện 2.2.2 Các tham s c a t n a Điện dung c a tụ điện C Giá trị điện dung đặc trưng cho kh tích lũy lượng tụ điện  o S d Trong đóμ εμ Hệ s điện mơi chất cách điện εo=8,85.10-12(F/m)μ Hằng s điện môi chân không Sμ Diện tích hiệu dụng b n cực dμ Kho ng cách b n cực Điện dung có đơn vị F, nhiên thực tế 1F giá trị lớn nên thư ng sử dụng đơn vị khácμ F=10-6F; 1nF=10-9F; 1pF=10-12F εột s hệ s điện môi thông dụngμ Chân không ł=1 Khơng khí ł=1,0006 G m ł =30-7500 Mica ł =5,5 Dầu ł =4 Giấy khô ł =2,2 Polystyrene ł =2,6 Page 10 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ  U AK  : Khi U AK nh , tiếp giáp J1 J3 phân cực ngược, dòng qua diode Shockley dòng rò ngược I D  , miền đặc tuyến ứng với điều kiện gọi “miền chắn ngược” Nếu UAK tăng đến giá trị điện áp “đánh thủng ngược” tiếp giáp J1 J3 bị đánh thủng, dòng qua diode tăng m nh  U AK  : Tiếp giáp J2 phân cực ngược nên dòng qua diode Shockley dòng ngược bão hòa I D  , cặp Transistor chế độ ngắt, miền đặc tuyến tương ứng gọi “miền chắn thuận” Tăng điện áp UAK đến giá trị đủ lớn để đánh thủng tiếp giáp J2, diode bắt đầu “thơng” (on), giá trị UAK t i điểm gọi điện áp “đánh thủng thuận” (Breakover Voltage) Tuy nhiên cấu trúc diode Shockley có hồi tiếp dương nên cư ng độ dòng qua diode Shockley tăng m nh đưa cặp Transistor vào tr ng thái bão hịa Khi diode Shockley tương đương với điện tr có giá trị nh điện áp UAK gi m đột ngột Nếu tiếp tục tăng điện áp UAK diode Shockley ho t động điện tr Miền đặc tuyến gọi “miền dẫn thuận” Để đưa diode Shockley tr tr ng thái ngắt ph i gi m điện áp UAK cho dòng qua diode ID nh dịng trì IH Ngồi ra, kích m diode Shockley b i xung có độ biến thiên đủ lớn Do điện dung tiếp giáp ký sinh Transistor ch ng l i dt thay đổi điện áp gây nên dòng điện đủ lớn để kích m cho diode Shockley du Do diode Shockley tồn t i t i tr ng thái sau lần kích m ngắt nên coi diode Shockley “cái ch t” (latch) 4.5.2 Diac Diac linh kiện bán dẫn gồm diode Shockley ghép song song ngược chiều nên dẫn dịng theo c chiều Diac có điện áp “ngưỡng đánh thủng”, kích m lần nửa chu kỳ εỗi lần nguồn xoay chiều đ o cực tính, Diac ngắt dịng (off) tới th i điểm Diac kích m nửa chu kỳ tiếp theo, Diac chuyển sang tr ng thái “thơng” (on) Page 72 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Điện áp nguồn Dòng qua Diac 4.5.3 SCR a Cấu tạo:SCR (Silicon Controlled Rectifier - Chỉnh lưu có điều khiển) có cấu trúc gi ng diode Shockley có thêm cực cửa G (Gate) đóng vai trò cực điều khiển A A p++ n p+ n++ K IB1 p G G A A J1 n J p J3 n K G p n p n p n T1 IC2=β2.IB2 IC1 G T2 IB2 K K b NguỔên lý hoạt động  U AK  μ Đặc tuyến Volt_Ampere SCR miền tương tự với đặc tuyến diode Shockley Page 73  U AK  GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ  Nếu VG  μ SCR ho t động diode Shockley  Nếu VG  , xuất dòng cực cửa IG chiều với dịng ngược bão hịa SCR tiếp giáp J2 bị đánh thủng với điện áp UAK nh nhiều so với trư ng hợp VG  ; nói điện áp VG điều khiển điện áp “ngưỡng đánh thủng” UBO Điện áp VG lớn điện áp UBO nh Sau kích m , cực cửa G vai trò điều khiển SCR dẫn dòng qua SCR nh dịng trì IH Vậy kích m Thyristor theo cáchμ tăng điện áp UAK cấp điện áp tới cực cửa G b i xung có lượng nh Điều thể đặc tính khuếch đ i cơng suất m ch chỉnh lưu sử dụng SCR c ng dụng Do dẫn dòng theo chiều nên SCR ứng dụng m ch chỉnh lưu Điểm khác biệt SCR souvới Diode chỉnh lưu thông thư ng L RL điều khiển góc pha tín hiệu t i (điều uS khiển công suất t i) Ngày nay,us SCR linh kiện chỉnh lưu có độ nh y t t Xét m ch chỉnh lưu có điều khiển đơn gi n Diode D có tác dụng b o vệ SCR nửa chu kỳ âm Ban đầu, SCR ngắt, điện áp t i u L  Sau đó, điện áp dương đưa tới cực cửa G ( U GK  ), SCR kích m t i giá trị điện áp u s  U BO tương ứng với giá trị UGK xác định Khi SCR tương đương với điện tr có giá trị nh , nên điện áp t i u L  u s Có thể mắc thêm biến tr VR điều chỉnh điện áp UGK, tức điều chỉnh điện áp ngưỡng đánh thủng UBO nên điều khiển góc pha t i SCR kích m Page 74 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ RL VR Ngưỡng đánh thủng uL us us đồ m ch SCR kích m t i Tuy nhiên, đ i với sơ góc pha lớn π/2, t i th i điểm us đ t giá trị cực đ i SCR chưa kích m khơng thể kích m t i góc pha lớn ε ch gọi mạch khống chế pha 900 Ngưỡng đánh thủng Vậy mu n kích m SCR t i góc pha lớn π/2 mắc thêm tụ điện C RL us uL VR SCR Ngưỡng kích D uC  u D  uGK C uC Điện áp uC dịch pha so với điện áp nguồn góc kho ng (   ), đóng vai trò gi ng điện áp nguồn đưa điện áp dương tới cực cửa G, nên kích m SCR t i góc pha kho ng (   ) gọi mạch khống chế pha 1800 4.5.4 Triac a Cấu tạo Triac linh kiện bán dẫn gồm SCR ghép song song ngược chiều, cực cửa n i với Đ i với Triac, khơng cịn cực Anode Page 75 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Cathode mà thay vào cực MT1 MT2 (Main Terminal) Cực G đóng vai trò cực điều khiển b Nguyên lý hoạt động Triac tương đương với cặp SCR nên có kh dẫn dòng theo c chiều Tương ứng với giá trị điện áp cực cửa VG, Triac có ngưỡng đánh thủng khơng đ i xứng Khi đó, Triac kích m lần Đèn us nửa chu kỳ Tuy nhiên, vai trò cực MT1 MT2 không gi ng Dịng kích cực cửa G ph i đưa từ cực MT2 c ng dụng Khác với SCR ứng dụng m ch công suất lớn, Triac sử dụng s m ch công suất nh , ví dụ chuyển m ch đèn báo hiệu gia đình Khâu di pha RC có tác dụng kích m Triac t i giá trị góc pha kho ng (   ) Đèn us Page 76 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Tuy nhiên, Triac kích m t i điện áp ngưỡng không đ i xứng gây nên thành phần hài d ng sóng đầu ra, thư ng Diac mắc thêm vào m ch sauμ Đèn us 4.5.5 UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR – TRANSISTOR ĐƠN N I) Transistor thư ng (BJT) gọi Transistor lưỡng cực có hai n i PN lúc UJT có độc n i P-N Tuy khơng thơng dụng BJT, UJT có s đặc tính đặc biệt nên th i giữ vai trò quan trọng m ch t o d ng sóng định gi Cấu t o đặc tính UJTμ Hình sau mơ t cấu t o đơn gi n hoá ký hiệu UJT εột th i bán dẫn pha nhẹ lo i n- với hai lớp tiếp xúc kim lo i hai đầu t o thành hai cực B1 B2 N i PN hình thành thư ng hợp chất dây nhơm nh đóng vai trị chất bán dẫn lo i P Vùng P nằm cách vùng B1 kho ng 70% so với chiều dài hai cực B1, B2 Dây nhơm đóng vai trò cực phát E Ký hiệu Transistor tiếp giáp UJT hình B0λ.2 a b Page 77 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Hình B09.1 Hình B09.2 Tr kháng base base đo dòng emitter =0 gọi “tr kháng base” (interbase) RBB có giá trị điển hình kho ng 5K – 10 K Ohm Hình B0λ.3 m ch tương đương đơn gi n UJT với cực Base lo i N Tr kháng RBB phân đôi b i chuyển tiếp P-N (biểu thị b i diode) thành điện tr RB1 RB2 , mà tổng RBB Trong chế độ ho t động thông thư ng, điện áp VBB cung cấp cho base base 2, với base dương so với Khi khơng có dòng IE , bán dẫn ho t động gi ng phân áp đơn gi n có phần điện áp xác định VBB xuất RB1 Tỷ s n gọi “tỷ s cân (stand-off) nội” giá trị khong kho ng 0,5 đến 0,λ Tỷ s cho b iμ Điện áp VBB khiến cathode diode dương so với B1 có giá trị điện n.VBB Nếu điện áp emitter VE nh giá trị này, chuyển tiếp phân cực ngược có dịng emitter ngược nh ch y qua Nếu VE lớn (nVBB + VD) , với VD điện áp ngưỡng chuyển tiếp, diode phân cực ngược có dòng emitter thuận IE ch y qua Dòng lỗ tr ng “khuếch tán” vào phần thấp bán dẫn làm tăng độ dẫn (do s lượng h t dẫn tự tăng) Điều khiến cho điện tr RB1 gi m Khi RB1 gi m, điện áp n.VBB gi m, b i có gia tăng điện áp thuận qua diode tất nhiên dòng qua diode tăng Quá trình Page 78 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ tích luỹ tiếp tục đ t đến giá trị dòng IE tức đ t đến tr ng thái b•o hồ bán dẫn t i miền RB1 Bắt đầu từ điều kiện này, điện áp VE , mà có giá trị nh Vv (điện áp điểm trũng - valley voltage), bắt đầu tăng dịng tăng, gi ng đặc tuyến thơng thư ng diode Đặc trưng đặc tuyến dòng/áp UJT hình B0λ.4 Trong đư ng cong này, có miền làm việcμ < VE < VP μ dòng IE nh tr kháng vào cao VP < VE < Vv μ tr kháng vào âm, có nghĩa gia tăng dòng khiến cho điện áp gi m VE > Vv μ tr kháng vào l i tr nên dương có giá trị tương tự với tr kháng diode dẫn Các điểm đặc trưng: VP gọi điện áp đỉnh bằngμ VP = n.VB2B1 + VD = n.VBB + VD Vv μ điện áp điểm trũng Iv : dòng điện điểm trũng Transistor UJT dùng chủ yếu m ch chuyển m ch, định th i, m ch trigger m ch t o xung Page 79 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CH ƠNG 5: LINH KI N QUANG ĐI N TỬ Trong chương này, đề cập đến s linh kiện quang điện tử thông dụng quang điện tr , quang diod, quang transistor, led… linh kiện quang điện tử đặc biệt không đề cập đến I.QUANG ĐI N TR (PHOTORESISTANCE) δà điện tr có trị s gi m chiếu sáng m nh Điện tr t i (khi không chiếu sáng - bóng t i) thư ng 1εΩ, trị s gi m nh 100Ω chiếu sáng m nh Nguyên lý làm việc quang điện tr ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử tự do, tức dẫn điện tăng lên làm gi m điện tr chất bán dẫn Các đặc tính điện độ nh y quang điện tr dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế t o Page 80 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Về phương diện lượng, ta nói ánh sáng cung cấp lượng E=h.f để điện tử nh y từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện Như lượng cần thiết h.f ph i lớn lượng dãi cấm Vài ứng dụng quang điện tr μ Quang điện tr dùng phổ biến m ch điều khiển Mạch báo động: Khi quang điện tr chiếu sáng (tr ng thái thư ng trực) có điện tr nh , điện cổng SCR gi m nh khơng đủ dịng kích nên SCR ngưng Khi Page 81 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ nguồn sáng bị chắn, R tăng nhanh, điện cổng SCR tăng làm SCR dẫn điện, dòng điện qua t i làm cho m ch báo động ho t động Ngư i ta dùng m ch trên, với t i bóng đèn để cháy sáng đêm tắt vào ban ngày Hoặc t i relais để điều khiển m ch báo động có công suất lớn Mạch mở điện tự động đêm dùng điện AC: Ban ngày, trị s quang điện tr nh Điện điểm A không đủ để m Diac nên Triac không ho t động, đèn tắt đêm, quang tr tăng trị s , làm tăng điện điểm A, thơng Diac kích Triac dẫn điện, bóng đèn sáng lên II QUANG DIOD (PHOTODIODE) Ta biết n i P-N phân cực thuận vùng hẹp dịng thuận lớn h t t i điện đa s (điện tử chất bán dẫn lo i N lỗ tr ng chất bán dẫn lo i P) di chuyển t o nên Khi phân cực nghịch, vùng rộng có dịng điện rỉ nh (dịng b o hịa nghịch I0) ch y qua Page 82 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Bây gi ta xem n i P-N phân cực nghịch Thí nghiệm cho thấy chiếu sáng ánh sáng vào m i n i (gi sử diod chế t o su t), ta thấy dòng điện nghịch tăng lên gần tỉ lệ với quang thơng lúc dịng điện thuận khơng tăng Hiện tượng dùng để chế t o quang diod Khi ánh sáng chiếu vào n i P-N có đủ lượng làm phát sinh cặp điện tử - lỗ tr ng sát hai bên m i n i làm mật độ h t t i điện thiểu s tăng lên Các h t t i điện thiểu s khuếch tán qua m i n i t o nên dòng điện đáng kể cộng thêm vào dòng điện b o hòa nghịch I0 tự nhiên diod, thư ng vài trăm nA với quang diod Si vài chục µA với quang diod Ge Độ nh y quang diod tùy thuộc vào chất bán dẫn Si, Ge hay Selenium… Hình vẽ sau cho thấy độ nh y theo tần s ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn nàyμ III QUANG TRANSISTOR (PHOTO TRANSISTOR) Quang transistor nới rộng đương nhiên quang diod Về mặt cấu t o, quang transistor gi ng transistor thư ng cực để h Quang transistor có thấu kính su t để tập trung ánh sáng vào n i P-N thu Khi cực để h , n i nền-phát phân cực thuậnchút dịng điện rỉ (điện VBE lúc kho ng vài chục mV phân cực nghịch nên transistor transistor Si) n i thu-nền vùng tác động Page 83 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vì n i thu-nền phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico ch y cực thu cực Vì cực b tr ng, n i nền-phát phân cực thuận chút nên dịng điện cực thu Ico(1+β) Đây dòng t i quang transistor Khi có ánh sáng chiếu vào m i n i thu xuất cặp điện tử lỗ tr ng quang diod làm phát sinh dòng điện I ánh sáng nên dòng điện thu tr thànhμ IC=(β+1)(Ico+I ) Như vậy, quang transistor, c dòng t i lẫn dòng chiếu sáng nhân lên (β+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng Hình trình bày đặc tính V-I quang transistor với quang thơng thông s Ta thấy đặc tuyến gi ng đặc tuyến transistor thư ng mắc theo kiểu cực phát chung Có nhiều lo i quang transistor lo i transistor dùng để chuyển m ch dùng m ch điều khiển, m ch đếm… lo i quang transistor Darlington có độ nh y cao Ngồi ngư i ta cịn chế t o quang SCR, quang triac… Page 84 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vài ứng dụng quang transistorμ Đóng hay tắt Relaisμ Trong m ch đóng relais, quang transistor chiếu sáng dẫn điện làm T1 thông, Relais ho t động Ngược l i m ch tắt relais, tr ng thái thư ng trực quang transistor không chiếu sáng nên quang transistor ngưng T1 ln thơng, Relais tr ng thái đóng Khi chiếu sáng, quang transistor dẫn m nh làm T1 ngưng, Relais không ho t động ( tr ng thái tắt) IV DIOD PHÁT QUANG (LED-LIGHT EMITTING DIODE) quang tr , quang diod quang transistor, lượng củaq ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn cấp lượng cho điện tử vượt dãi cấm Ngược l i điện tử từ dãi dẫn điện rớt xu ng dãi hố trị thí phát lượng E=h.f Khi phân cực thuận n i P-N, điện tử tự từ vùng N xuyên qua vùng P tái hợp với lỗ tr ng (về phương diện lượng ta nói điện tử dãi dẫn điện – có lượng cao – rơi xu ng dãi hố trị - có lượng thấp – kết hợp với lỗ tr ng), tái hợp sinh lượng Page 85 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Đ i với diod Ge, Si lượng phát d ng nhệit Nhưng đ i với diod cấu t o GaAs (Gallium Arsenide) lượng phát ánh sáng hồng ngo i (không thấy được) dùng m ch báo động, điều khiển từ xa…) Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) lượng phát ánh sáng vàng hay đ Với GaP (Gallium phosphor), lượng ánh sáng phát màu vàng xanh Các δed phát ánh sáng thấy dùng để làm đèn báo, trang trí… Phần ngồi δED có thấu kính để tập trung ánh sáng phát ngồi Để có ánh sáng liên tục, ngư i ta phân cực thuận δED Tùy theo vật liệu cấu t o, điện thềm δED thay đổi từ đến 2.5V dòng điện qua δED t i đa kho ng vài mA Page 86 ... sáng chiếu vào tiếp giáp Diode thu quang sử dụng rộng r? ?i hệ th ng ? ?i? ??u khiển tự động theo cư ng độ ánh sáng d LED (Light Emitting Diode- diode phát quang) δà linh kiên biến đ? ?i ? ?i? ??n th? ?nh quang... lập v? ?i ? ?i? ??n áp UCB, tức dòng IC ? ?i? ??u khiển b i ? ?i? ??n áp UBE, nguyên lý ho t động b n Transistor Page 44 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ? ?I? ??N TỬ I C  ? ?I E  I CB0 (5) I E  IC  I B Vậyμ I C   ? ?I B  I C... dây n i v? ?i nguồn cấp g? ?i cuộn sơ cấp, cuộn dây n i v? ?i t i g? ?i cuộn sơ cấp Ký hiệu: δ? ?i sắt δ? ?i sắt b? ?i L? ?i khơng khí Page 22 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ? ?I? ??N TỬ Trong th? ??c tế để tiết kiệm ngư i ta