Điện tử chất bán dẫn pdf

1 – Chất bán dẫn 1.1 - Chất bán dẫn là gì ? Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay. Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si) Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor. Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới. Chất bán dẫn tinh khiết . 1.2 - Chất bán dẫn loại N * Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ). Chất bán dẫn N 1.3 - Chất bán dẫn loại P Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P. Chất bán dẫn P 2 – Diode (Đi ốt) Bán dẫn 2.1 – Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode . * Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. 2.2 - Phân cực thuận cho Diode. Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V ) Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode * Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V . 2.3 – Phân cực ngược cho Diode. Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng. Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V 2.4 – Phương pháp đo kiểm tra Diode Đo kiểm tra Diode • Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu : • Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt • Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập. • Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt. • Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt • Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò. 2.5 – Ứng dụng của Diode bán dẫn . * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động . trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng . Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều GaAs Si Ge I(mA) 10 20 30 40 U AK (V) 0,4 0,6 µA -10 -20 -30 2 6 0 - + + - 0,2 0,8 3.dac trung von ampe Khi đặt giữa A và K một điện áp U AK > 0 thì điốt cho dòng đi qua và gọi là phân cực thuận. ngược lại nếu đặt điện áp U AK <0 thì điốt khoá gọi là phân cực ngược dòng ngược luôn nhỏ hơn nhiều so với dòng thuận. Khi thay đổi điện áp đặt vào điốt thì dòng qua nó cũng thay đổi theo. Đường biểu diễn sự phụ thuộc của dòng qua điốt vào điện thế ngoài gọi là đường đặc trưng Von- Ampe của điốt. U AK (V) I A (mA) 1 2 3 Đường đặc trưng gồm có 3 vùng. Vùng 1 là vùng phân cực thuận, vùng 2 là vùng phân cực ngược, vùng 3 là vùng đánh thủng. Cơ chế tạo thành dòng điện ở vùng 1 và cùng 2 là cơ chế tạo thành dòng khuếch tán các hạt đa số I KT và dòng trôi của các hạt tiểu số I Tr . Cơ chế đánh thủng ở vùng 3: Khi U AK < 0 và có giá trị đủ lớn, dòng điện ngược tăng lên đột ngột trong khi điện áp U AK gần như không tăng. Khi đó tính chất van của điốt bị phá huỷ và có thể làm hỏng lớp tiếp xúc p-n. Có 2 cơ chế đánh thủng là đánh thủng vì nhiệt và đánh thủng vì điện (hiệu ứng Zener và Tunel). Các loại điode co diode chinh luu,diode phat quang,diode on ap… Mach chinh luu Hình 2.3 Đặc trưng Von-Ampe của điốt 2.Mạch chỉnh lưu nửa chu kì . a.Cấu tạo:nguồn xoay chiều, điot, tải b.Nguyên lí làm việc : - Nửa chu kì đầu ( nửa chu kì dương ), điot phân cực thuận nên dẫn điện, co dòng điện chạy qua tải có chiều từ A đến B. - Nửa chu kì sau ( nửa chu kì âm ), điot phân cực ngược, nên không dẫn điện, không có dòng điện chay qua tải. - Vậy qua 2 nửa chu kì dòng điện chay qua tải có một chiều duy nhất là chiều từ A đến B. 3. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì: a. Mạch chỉnh lưu hai điôt - Cấu tạo: gồm MBA có dây chung tính lấy ra điểm giữa, 2 điôt, tải tiêu thụ điện 1 chiều RL - Mạch điện: - Nguyên lý làm việc: + Ở bán kỳ dương, diode D1 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D2 phân cực nghịch nên dòng điện qua D1 qua tải có chiều từ A đến B và về nguồn. + Ở bán kỳ âm, diode D2 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D1 phân cực nghịch nên dòng điện qua D2, qua tải có chiều từ A đến B và về nguồn. + Vậy qua 2 nửa chu kì dòng điện qua tải có chiều không đổi là chiều từ A đến B đó là dòng điện 1 chiều. b. Mach chỉnh lưu cầu ( dùng 4 điôt ) - Cấu tạo: gồm nguồn điện xoay chiều, 4 điôt, tải tiêu thụ điện 1 chiều. - Mạch điện: - Nguyên lí làm việc: + Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D1 và D3 phân cực nghịch dòng điện qua D2, qua tải có chiều từ A đến B ,qua D4, về nguồn. + Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D2, D4 phân cực nghịch dòng điện qua D3, qua tải có chiều từ A đến B ,qua D1, về nguồn. + Vây qua 2 nửa chu kì dòng điện qua tải co chiều không đổi là chiều từ A đến B đó là dòng điện 1 chiều. 3 – Mạch ổn áp cố định 3.1 – Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener. . Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi mầu • Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và gim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh • Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0 • Như sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1 , gọi dòng điện này là I1 ta có I1 = (110 – 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA 2.1 – Mạch lọc dùng tụ điện. Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu. Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và không có tụ • Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ lọc. • Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp thu được có dạng nhấp nhô. • Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn , kết quả là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF . Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng. • Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có tải hoặc tải tiêu thụ một công xuất không đáng kể so với công xuất của biến áp thì điện áp DC thu được là DC = 1,4.AC Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử. Tranzitor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các [...]... chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.Tranzitor cũng thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC),có thể tích hợp tới một tỷ tranzitor trên một diện tích nhỏ Một số tranzito Cũng giống như điốt, tranzito được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP tranzito Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện. .. chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch đại về dòng điện JFET Cấu tạo của JFET: Tranzito JFET cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (gọi là kênh loại N) hoặc loại P (gọi là kênh loại P) ở giữa hai tiếp xúc P-N và được gọi là kênh dẫn điện Hai đầu của miếng bán dẫn đó được đưa ra hai chân cực gọi là cực máng (ký hiệu là D) và cực nguồn (ký hiệu là S) Hai miếng bán dẫn ở hai bên của kênh... tác dụng của điện áp UDS các lỗ trống chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo nên dòng điện ID Nếu UGS < 0, nhiều lỗ trống được hút về kênh làm nồng độ hạt dẫn trong kênh tăng lên, độ dẫn điện của kênh tăng và dòng điện chạy trong kênh ID tăng lên Chế độ làm việc này gọi là chế độ giàu hạt dẫn Nếu UGS > 0, các lỗ trống bị đẩy ra xa kênh làm mật độ hạt dẫn trong kênh giảm xuống, độ dẫn điện của kênh... kiện 4 lớp bán dẫn có 2 chân cực A1 và A2 Cấu trúc của diac giống như triac nhưng không có cực điều khiển G nên diac cũng dẫn điện hai chiều Hình 6-7 giới thiệu ký hiệu của diac trong các sơ đồ mạch Nguyên lý hoạt động của diac Do không có cực điều khiển nên việc kích mở cho diac thực hiện bằng cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực Khi điện áp nguồn đạt đến giá trị UB0 thì diac dẫn điện và điện áp trên... điện áp này ta gọi là vùng chặn thuận Như vậy, khi SCR đã dẫn điện thì dòng điện qua nó không thể khống chế được trong SCR mà nó được hạn chế nhờ điện trở mắc ở mạch ngoài Theo sơ đồ mạch tương đương ở hình 6- 2 của SCR ta thấy, khi SCR dẫn điện thì qua nó có dòng điện I chạy từ A đến K và giữa các tiếp xúc P-N của 2 tranzito Q1 và Q2 có các dòng điện vào và ra là: IC1 = IB2 và IC2 = IB1 Trong đó: IC1... phụ thuộc vào điện áp UGS nên hệ số khuếch đại điện áp thường được tự động điều khiển Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Thyristor Cấu tạo: Chỉnh lưu silic có điều khiển, gọi tắt là SCR, gồm có 4 lớp bán dẫn P và N sắp xếp theo kiểu P-N-P-N Ba chân cực được ký hiệu bằng các chữ A - anốt, K - catôt, và G - cực điều khiển Cực anốt nối với phần bán dẫn P1 trước, còn catốt nối với phần bán dẫn N2 sau; cực... và dòng điện chạy qua kênh ID giảm xuống Chế độ làm việc này gọi là chế độ nghèo hạt dẫn Mối quan hệ này được thể hiện trên hình 9.4a - Xét họ đặc tuyến ra (hay quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp UDS): ID = f(UDS) khi UGS = const Hình 9.4b thể hiện họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh sẵn loại P Đây là các đường biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UDS ứng với từng giá trị của điện áp UGS... khi điện áp UDS = 0V thì dòng điện qua kênh ID = 0, do đó đặc tuyến xuất phát từ gốc tọa độ Điều chỉnh cho UDS âm dần, với trị số còn nhỏ thì dòng điện ID tăng tuyến tính với sự tăng trị số của điện áp UDS và mối quan hệ này được tính theo định luật Ôm Ta có vùng thuần trở của đặc tuyến Khi điện áp UDS đạt tới trị số bão hòa (UDSb.h.) thì dòng điện cực máng cũng đạt tới một trị số gọi là dòng điện. .. đại điện áp mắc kiểu E chung , Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C Rg : là điện trở ghánh , Rđt : Là điện trở định thiên, Rpa : Là điện trở phân áp Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung • Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc • Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp • Dòng điện. .. tăng dần điện áp phân cực thuận UAK > 0 lên đến điện áp đánh thủng tiếp xúc T2 thì dòng điện qua SCR tăng vọt Lúc này cả 3 tiếp xúc P-N đều coi như được phân cực thuận, điện trở của chúng rất nhỏ làm cho sụt áp trên SCR giảm hẳn xuống còn khoảng từ 1 ÷ 2 V Trị số điện áp mà tại đó xảy ra đánh thủng tiếp xúc T2 được gọi là điện áp đỉnh khuỷu UBO Trị số UBO này thường vào khoảng từ 200 ÷ 400V Vùng điện áp . tạo thành từ hai chất bán dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP tranzito. Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được. => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ). Chất bán dẫn N 1.3 - Chất bán dẫn loại P Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất. được gọi là chất bán dẫn P. Chất bán dẫn P 2 – Diode (Đi ốt) Bán dẫn 2.1 – Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một