Báo cáo đồ án ứng dụng công nghệ thông tin cho điện tử viễn thông pps

Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Báo cáo đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT Đề tài: Mạch chỉnh lưu cầu diode Sinh viên thực hiện: Trần Hải Xuyến, Nguyễn Trọng Hùng, Nguyễn Thị Lan Anh Email: haixuyen161@gmail.com Lớp 50K1 – ĐTVT Giáo viên hướng dẫn: KS Hồ Sỹ Phương Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Các kiến thức bản về vật liệu bán dẫn 1.1 Vật liệu dẫn điện, cách điện và bán dẫn Trong đời sống hằng ngày cũng thực tiễn sản xuất, mọi người đều biết rằng, bạc, đồng, nhôm, sắt là vật liệu dẫn điện tốt; còn nhựa, sứ, da, thủy tinh là vật liệu cách điện tốt (dù cho có cao áp đặt vào vẫn không có dòng điện chạy qua chúng) Đặc trưng dẫn điện của vật liệu bán dẫn nằm giữa dẫn điện và cách điện Các vật liệu dẫn điện khác vì nguyên nhân bản là ở cách liên kết giữa các nguyên tử với kết cấu bản thân nguyên tử vật liệu Chúng ta đều biết rằng, nguyên tử được tạo thành từ hạt nhân mang điện dương và các điện tử âm, các điện tử chia thành nhiều tầng vây quanh hạt nhân và không ngừng chuyển động Vật liệu bán dẫn: so sánh tương đối với vật dẫn khac, kim loại, các điện tử lớp ngoài của nguyên tử bị hạt nhân hút yếu; có rất nhiều điện tử không bị ràng buộc với hạt nhân trở thành điện tử tự Những điện tử tự này trở thành các hạt dẫn mang điện Dưới tác dụng của điện trường ngoài, chúng di chuyển có hướng và hình thành dòng điện Do đó kim loại dẫn điện rất tốt Vật liệu cách điện: Trong vật liệu cách điện, lực ràng buộc với hạt nhân của các điện tử rất lớn; chúng khó có thể tách khỏi hạt nhân, nên số điện tử tự cực kì ít; đó tính dẫn điện cực kì ít; đó tính dẫn điện rất kém Vật liệu bán dẫn: Cấu trúc nguyên tử của vật liệu bán dẫn tương đối đặc biệt Các điện tử lớp ngoài không dễ dàng tách khỏi liên kết với hạt nhân vật liệu dẫn điện, mà cũng không ràng buộc quá chặt với hạt nhân vật liệu cách điện Do đó, đặc tính dẫn điện của nó nằm giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Miền (1) được gọi là miền hóa trị hay còn gọi là miền đầy: là miền bị lấp đầy hoàn toàn bởi các e Miền (2) miền dẫn: là miền lượng chưa bị các e chiếm hết Ở giữa là miền cấm: là miền lượng không bị các e chiếm giữ Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư 1.2 Hiện tượng dẫn điện vật liệu bán dẫn sạch Chất bán dẫn mà ở mỗi nút của mạng tinh thể của nó chỉ có nguyên tử của một loại nguyên tố thì chất bán dẫn đó gọi là chất bán dẫn nguyên tính (hay chất bán dẫn thuần) và được kí hiệu bằng chỉ số i (Intrinsic) Hạt tải điện chất bán dẫn là các điện tử tự vùng dẫn và các lỗ trống vùng hóa trị Hạt tải điện vùng dẫn và các lỗ trống vùng hóa trị Xét cấu trúc các tinh thể Silic biểu diễn không gian hai chiều hình dưới Silic có điện tử hóa trị ở lớp ngoài cùng Trong mạng tinh thể mỗi nguyên tử Si sẽ góp điện tử hóa trị của mình vào liên kết cộng hóa trị với điện tử hóa trị của nguyển tử kế cận để cho mỗi nguyên tử đều có hóa trị Hạt nhân bên của nguyên tử Si mang điện tích +4 Như vậy các hóa trị ở liên kết cộng hóa trị sẽ có liên kết rất chặt chẽ với hạt nhân Do vậy, mặc dù có sẵn điện tử hóa trị tinh thể bán dẫn có độ dẫn điện thấp Ở nhiệt độ 0°K, cấu trúc lí tưởng ở hình là gần đúng và tinh thể bán dẫn là một chất cách điện Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư 1.3 Hiện tượng dẫn điện tròng bán dẫn pha tạp Ta thêm một ít tạp chất là nguyên tố thộc nhóm V của bảng tuần hoàn mendelep ( thí dụ: Sb) vào chất bán dẫn Si nguyên chất Các nguyên tử tạp chất (Sb) sẽ thay thế một số nguyên tử của Si mạng tinh thể và nó sẽ đưa điện tử điện tử hóa trị của mình tham gia vào liên kết cộng hóa trị với nguyên tử Si ở bên cạnh; còn điện tử thứ sẽ thừa nên liên kết của nó mạng tinh thể là rất yếu Muốn giải phóng điện tử thứ này thành điện tử tự ta chỉ cần cung cấp lượng rất nhỏ khoảng 0,01eV cho Si Các tạp chất hóa trị V được gọi là tạp chất cho điện tử hay tạp chất N Mức lượng mà điện tử thứ V chiếm đóng là mức lượng cho phép được hình thành ở hình chiếu rất nhỏ dưới dải dẫn và được gọi là mức cho Và đó, ở nhiệt độ phòng, hầu hết các điện tử thứ của tạp chất sẽ nhảy lên dãy dẫn, dãy hóa trị không xuất hiện thêm lỗ trống Các nguyên tử tạp chất cho điện tử trở thành các ion dương cố định Ở chất bán dẫn N: nồng độ hạt dẫn điện tử nn nhiều rất nhiều so với nồng độ lỗ trống pn và điện tử được gọi là hạt dẫn đa số, lỗ trống được gọi là hạt dẫn thiểu số nn >> pn SVTH: Đặng Quang Đạt Mạch chỉnh lưu cầu diode Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Trong đó: nn : là nồng độ hạt dẫn điện tử bán dẫn tạp loại N pn : là nồng độ hạt dẫn lỗ trống bán dẫn tạp loại N Khi ta đưa một số tạp chất là nuyên tố thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn vào chất bán dẫn nguyên tính Si Nguyên tử tạp chất sẽ đưa điện tử hóa trị của mình tạo liên kết cộng hóa trị với nguyên tử Si bên cạnh mối liên kết thứ bị bỏ trống.Trạng thái mô tả ở hình Điện tử của mối liên kết gần đó có thể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kết thứ còn để dở Nguyên tử tạp chất vừa nhận thêm điện tử sẽ trở thành ion âm và ngược lại với nguyên tử chất chính vừa có một điện tử chuyển đĩe tạo lỗ trống dải hóa trị của nó Các tạp chất có hóa trị III được gọi là tạp chất nhận điện tử hay tạp chất loại P Mức lượng nhận để lỗ trống của tạp chất chất bán dẫn chính sẽ tạo một mức lượng cho phép riêng nằm ở bên dải hóa trị gọi là mức nhận Nếu tăng nồng độ tạp chất nhận thì nồng độ của lỗ trống tăng lên dải hóa trị, nồng độ điện tử dải dẫn không tăng Vậy chất bán dẫn loại này Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư có lỗ trống là hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số và nó được gọi là chất bán dẫn loại P Pp >> Np Trong đó: Pp là: nồng độ hạt dẫn lỗ trống bán dẫn P Np là: nồng độ hạt dẫn điện tử bán dẫn P Nhận xét : Qua ta thấy, sự pha thêm tạp chất vào bán dẫn nguyên tính không những chỉ tăng độ dẫn điện, mà còn tạo một chất dẫn điện có bản chất dẫn điện khác hẳn nhau, bán dẫn tạp loại N điện tử là hạt dẫn điện tử chính, còn bán dẫn tạp loại P thì lỗ trống lại là hạt dẫn điện chính Dòng điện chất bán dẫn: - Dòng điện khuếch đại Sự tồn gradien nồng độ hạt dẫn sẽ dẫn đến hiện tượng khuếch tán các hạt dẫn từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp và tạo dòng điện khuếch tán chất bán dẫn - Dòng điện trôi là dòng chuyển động của các hạt dẫn dưới tác dụng của điện trường Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Khi chất bán dẫn P ghép với chất bán dẫn N thành một khối thì tất yếu xảy sự khuếch tán hạt dẫn nồng độ không đều của chúng: lỗ trống khu vực P khuếch tán sang khu vực N, điện tử khu vực N khuếch tán sang khu vực P Xem mô phỏng ở hình sau: Nhờ quá trình khuếch tán mà lỗ trống khu vực P giảm nhỏ tạo thành vùng ion âm, còn điện tử khu vực N giảm nhỏ tạo thành khu vùng ion dương Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Vậy nên sinh điện trường hai bên vùng tiếp giáp Điện trường này có hướng ngược với hướng khuếch tán của dòng điện, mũi tên từ khu vực N sang khu vực P Điện trường cản trở sự khuếch tán lỗ trống sang khu vực N và của điện tử sang khu vực P Trạng thái cân bằng động xảy điện tích không gian vùng tiếp giáp không tăng nữa Khi cân bằng động, vùng tiếp giáp hình thành sự thiếu vắng hạt dẫn, vùng đó được gọi là vùng điện tích không gian, hay còn gọi là vùng nghèo kiệt, đó chính là chuyển tiép P-N, độ rộng của nó chừng vài mươi µm, có thể chỉ bao gồm các ion không thể di chuyển được Khi cân bằng động, qua chuyển tiếp P-N không chỉ có sự khuếch tán của hạt dẫn đa số (lỗ trống khu vực P và điện tử khu vực N), mà còn có sự trôi dạt của hạt dẫn thiểu số ( điện tử khu vực P và lỗ trống khu vực N) Sự trôi dạt là sự di chuyển của hạt dẫn được định hướng của điện trường Điện trường chỉ cản trở sự khuếch tán của hạt dẫn đa số, mà lại trợ giúp sự trôi dạt của hạt dẫn thiểu số sang phía khu vực đối phương Vậy ở trạng thái cân bằng động, ngoài dòng điện khuếch tán của lỗ trống từ khu vực P sang khu vực N, thì còn có Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư dòng trôi dạt của lỗ trống theo hướng ngược lại, tất nhiên là bằng về số trị.tương tự, dòng điện khuếch tán và dòng điện trôi dạt của điện tử cũng triệt tiêu Vậy nên không có dòng điện chạy qua chuyển tiếp P-N điều kiện không có tác động của điện trường ngoài hay của các yếu tố kích hoạt khác (chẳng hạn sự kích quang) Điện trường ngoài hướng thuận đặt vào chuyển tiếp P-N: cực dương của nguồn nói vào P, cực âm của nguồn nối vào N Khi đó điện trường ngoài ngược hướng với điện trường trong, làm suy yếu điện trường trong, nên diện tích không gian và bề rộng vùng nghèo kiệt đều giảm nhỏ, điện tử khu vực N và lỗ trống khu vực P đều dễ dàng vượt qua chuyển tiếp PN, hình thành dòng điện khuếch tán lớn Về dòng điện trôi dạt số rất ít hạt dẫn thiểu số tạo ra, thì ảnh hưởng của nó của nó đối với dòng điện tổng là không đáng kể Vậy chuyển tiếp P-N có điện áp thuận đạt vào biến thành trạng thái dẫn điện, và điện trở của nó đó rất bé Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt ... SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư 1.2 Hiện tượng dẫn điện vật liệu bán dẫn sạch Chất bán dẫn mà ở mỗi nút của mạng tinh thể của nó... dưới tác dụng của điện trường Mạch chỉnh lưu cầu diode SVTH: Đặng Quang Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư Khi chất bán dẫn P ghép với chất bán dẫn... Đạt Đồ án ứng dụng CNTT cho ĐTVT GVHD: KS Nguyễn Hoa Lư gọi là hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N Hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N làm mất khả chỉnh lưu của diode và thông

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	4,09 MB