bài giảng Các linh kiện bán dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BỘ MƠN: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Lại Nguyễn Duy Bộ Mơn Điện Tử Viễn Thơng Email: lainguyenduy@hcmutrans.edu.vn 24/09/15 1. Chất bán dẫn chế dẫn điện. 2. Chuyển tiếp P – N đặc tính chỉnh lưu. 3. Diode bán dẫn. 4. Transistor cực tính (BJT – Bipolar Junction Transistor). 5. Transistor trường (FET: Field Effect Transistor). 24/09/15 Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện 1. Mạng tinh thể liên kết hố trị. 2. Điện tử tự lỗ trống – bán dẫn loại i. 3. Bán dẫn loại N bán dẫn loại P. 4. Chuyển động trơi khuếch tán hạt dẫn. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Mạng tinh thể liên kết hố trị Si hay Ge có điện tử hố trị. Cần liên kết ->có điện tử, trở thành bền vững ->bán dẫn khiết – bán dẫn loại i Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Điện tử tự lỗ trống Năng lượng Vùng dẫn Vùng hóa trị e- Khe lượng Khơng có e- Vùng Vùng Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Điện tử tự lỗ trống Vùng dẫn Vùng hóa trị Năng lượng e- Lỗ trống Năng lượng to Vùng Vùng Giản đồ lượng Điện tử lỗ trống gọi hạt dẫn Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Dòng e lỗ trống eLỗ trống Dòng lỗ trống Dòng e- V Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Chất bán dẫn, chất dẫn chất cách điện Vùng dẫn Khe lượng Năng lượng Năng lượng Vùng dẫn Khe lượng Vùng hóa trị Năng lượng Vùng hóa trị Vùng dẫn Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện Vùng hóa trị Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện * Bán dẫn loại N - Được tạo nên cách pha chất bán dẫn tinh khiết với As (đối với Ge) P (đối với Si). - As/P có điện tử lớp ngồi cùng. Điện tử thứ liên kết yếu với ngun tử xung quanh hạt nhân nên dễ trở thành hạt dẫn tự do. Ngun tử tạp chất lúc thành ion dương. - Khi có điện trường, hạt dẫn chuyển động có hướng tạo thành dòng điện. Tạp chất nhóm cung cấp điện tử cho chất bán dẫn ban đầu nên gọi tạp chất cho. - Trong chất bán dẫn loại N, ne > pe, điện tử hạt dẫn đa số lỗ trống hạt dẫn thiểu số. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn chế dẫn điện * Bán dẫn loại P - Được tạo nên cách pha chất bán dẫn tinh khiết với In (đối với Ge) B (đối với Si). - B/In có điện tử lớp ngồi cùng. Khi tham gia liên kết với ngun tử khác, liên kết thứ bị bỏ hở. Khi có kích thích điện tử mối liên kết hồn chỉnh đến chỗ vào liên kết nói trên. Ngun tử tạp chất lúc thành ion âm lỗ trống xuất hiện. - Khi có điện trường, hạt dẫn chuyển động có hướng tạo thành dòng điện. Tạp chất nhóm tiếp nhận điện tử từ chất bán dẫn ban đầu nên gọi tạp chất nhận. - Trong chất bán dẫn loại P, pe > ne, lỗ trống 24/09/15 hạt dẫn đa số điện tử hạt dẫn thiểu số. 10 * Dòng transistor IE N P N IC IE P N IB IB IB IB IC IE IB Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) IC IE IC P 30 * Các thơng số transistor IC β= IB 20 ÷ 200 IC α= IE 0.95 ÷ 0.99 α β= 1−α gọi hfe data sheet hệ số khuếch đại dòng điện hệ số truyền đạt dòng điện phát I E = IC + I B Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 31 Ba sơ đồ BJT Mạch base chung Dòng điện vào: IE. Dòng điện ra: IC. Điện áp vào: VEB. Điện áp linh ra: kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực Chương 2: Các tính (BJT) VCB. 32 Ba sơ đồ BJT(tt) Mạch emitter chung Dòng điện vào: IB. Dòng điện ra: IC. Điện áp vào: VBE. Điện áp ra: VCE. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 33 Ba sơ đồ BJT(tt) Mạch collector chung Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 34 Đặc tuyến Volt – Ampere mạch EC * Đặc tuyến vào: đạt dòng điện * Đặc tính truyền Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 35 Đặc tuyến Volt – Ampere mạch EC (tt) * Đặc tuyến ra: Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 36 Các tham số giới hạn BJT Dòng điện cực đại IEmax, IBmax, ICmax Điện áp cực đại VCBmax, VCEmax, VBEmax Cơng suất tiêu tán cực đại PC.max Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 37 Phần 5: Transistor trường (FET) 1. Transistor trường dùng chuyển tiếp P – N (JFET). 2. Transistor trường có cực cửa cách ly (MOSFET) (đọc giáo trình). Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 38 JFET: Junction field – Effect Transistor Drain Drain N Gate P P P Kênh dẫn Source Kênh dẫn loại N Gate N N Kênh dẫn Source Kênh dẫn loại P Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 39 Cấu tạo JFET Xét JFET loại N: Thỏi bán dẫn Si có nồng độ tạp tương đối thấp, gắn với sợi dây kim loại: đáy – cực D; đáy – cực S. Bao quanh hỏi bán dẫn loại N lớp bán dẫn loại P, hình thành chuyển tiếp P – N. Phần thể tích lại thỏi Si kênh dẫn. Lớp bán dẫn loại P gắn sợi dây kim loại – cực G. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) 40 Ngun tắc hoạt động JFET - ED, thơng qua RD, đặt điện áp VDS cực D cực S, gây dòng chuyển động qua kênh dẫn điện tử, tạo nên dòng máng ID. - EG tạo điện áo cực G cực S, làm chuyển tiếp P – N bị phân cực nghịch, bề dày vùng nghèo tăng lên, thu hẹp diện tích kênh dẫn. - Nếu giữ ED khơng đổi, tăng giá trị EG, tình trạng phân Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực cực nghịch tính P (BJT) – N ngày tăng: vùng nghèo mở 41 Đặc tuyến Volt - Ampere JFET * Đặc tuyến tuyến truyền đạt Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor cực tính (BJT) * Đặc 42 Sơ đồ tương đương JFET µ: hệ số khuếch đại gm: hỗ dẫn Nếu có tải mắc cực D – S dòng điện tải là: iD = g m vGS v + DS rD => VDS = - µVDS + iDrD Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 5: Transistor trường (FET) 43 HỎI VÀ TRẢ LỜI 24/09/15 44 CHÂN THÀNH CÁM ƠN! 24/09/15 45 [...]... Diode bán dẫn 1 Diode chỉnh lưu 2 Diode zener 3 Diode biến dung (đọc giáo trình) 4 Diode tunnel (đọc giáo trình) 18 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn DIODE CHỈNH LƯU •Cấu tạo: A+ P N Lớp Tiếp Giáp P-N K- 19 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn DIODE CHỈNH LƯU Vạch màu trắng Ký hiệu và hình dáng (Cực âm) A + D K 20 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán. .. Khi điện áp ngược thực tế tăng dần và khi đạt đến điện áp đánh thủng VB thì dòng điện 22 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn Các loại Diode khác 1 Diode zener 2 Diode biến dung (đọc giáo trình) 3 Diode tunnel (đọc giáo trình) 23 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn * Cấu tạo: Diode zener - Vẫn là chuyển tiếp P – N nhưng được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt và... Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 31 Ba sơ đồ cơ bản của BJT Mạch base chung Dòng điện vào: IE Dòng điện ra: IC Điện áp vào: VEB Điện áp ra: Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) VCB 32 Ba sơ đồ cơ bản của BJT(tt) Mạch emitter chung Dòng điện vào: IB Dòng điện ra: IC Điện áp vào: VBE Điện áp ra: VCE Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần... bản của BJT(tt) Mạch collector chung Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 34 Đặc tuyến Volt – Ampere của mạch EC * Đặc tuyến vào: đạt dòng điện * Đặc tính truyền Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 35 Đặc tuyến Volt – Ampere của mạch EC (tt) * Đặc tuyến ra: Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 36 ... Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính và mang dấu âm I = -Is Is là dòng ngược chỉnh lưu bão hồ 15 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu Chuyển tiếp P – N khi phân cực thuận rào Trong trường hợp này hàng điện thế chỉ còn Vtx – V nên hạt dẫn đa số của 2 bán dẫn sẽ tràn qua hàng rào sang miền đối diện Tình trạng thiếu hạt dẫn bị... này gây ra được gọi là dòng 11 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế điện khuếch dẫn điện tán Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu 1 Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng 2 Chuyển tiếp P – N khi có điện áp ngồi & Đặc tính chỉnh lưu 3 Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P – N (đọc giáo trình) Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính... 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn Diode zener (tt) - Giới hạn trên của phạm vi làm việc là trị số dòng ngược tối đa cho phép, xác định bởi cơng suất tiêu hao cực đại của diode Pmax - Mạch ổn áp dùng zener: 25 Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 1 Cấu tạo 2 Ngun lý hoạt động 3 Ba sơ đồ cơ bản của BJT 4 Đặc tuyến Volt – Ampere 5 Các tham số giới hạn của BJT Chương 2: Các linh kiện bán dẫn. .. bị hút về phía collector tạo nên dòng điện trong mạch collector Ic= αI E + ICBO Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 29 * Dòng của transistor IE N P N IC IE P N IB 3 IB 2 IB 1 IB IC IE 1 IB Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 4: Transistor 2 cực tính (BJT) 3 IC 2 IE IC P 30 * Các thơng số của transistor IC β= IB 20 ÷ 200 IC α= IE 0.95 ÷ 0.99 α β= 1−α còn được gọi... dáng (Cực âm) A + D K 20 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn DIODE CHỈNH LƯU - Bộ phận cơ bản của diode là chuyển tiếp P – N, có đặc tính chủ yếu là dẫn điện theo 1 chiều - Ứng dụng: biến điện xoay chiều thành điện 1 chiều nên có tên là diode chỉnh lưu 21 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán dẫn DIODE CHỈNH LƯU * Đặc tuyến Volt - Ampere - Khi điện áp thuận nhỏ hơn Vγ... là 0.3 V đối với Ge và 0.7V đối với Si Hiệu điện thế này ngăn khơng cho hạt dẫn tiếp tục chuyển động Chuyển tiếp ranh Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2:qua mặt P – N và đặc tính giới, duy trì trạng chỉnh lưu thái cân bằng gọi là “hàng rào điện thế” 14 Chuyển tiếp P – N khi phân cực nghịch - Giả thiết điện trở chất bán dẫn ở vùng trung hồ là khơng đáng kể Khi đó điện áp V gần như đặt tồn bộ lên . lỗ trống – bán dẫn loại i. 3. Bán dẫn loại N và bán dẫn loại P. 4. Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện 4 Mạng. hạt dẫn Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện 7 Dòng e và lỗ trống V e - Lỗ trống Dòng e - Dòng lỗ trống Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán. hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện 11 Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn Chương 2: Các linh kiện bán