đề cương môn kỹ thuật điện tử 1 có đáp an

ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo Khi pha trộn công nghệ chất bán dẫn thuần hoá trị 4 với tạp chất có hoá

Kỹ thu t đi n t ật điện tử ện tử ử

Câu 1 : Nêu nhi m v , vẽ s đ kh i và gi i thích nguyên lí ho t đ ng theo ện tử ụ , vẽ sơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ải thích nguyên lí hoạt động theo ạt động theo ộng theo

s đ kh i c a h th ng đo l ơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ện tử ối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ường và tự động điều chỉnh , điều khiển ng và t đ ng đi u ch nh , đi u khi n ự động điều chỉnh , điều khiển ộng theo ều chỉnh , điều khiển ỉnh , điều khiển ều chỉnh , điều khiển ển

Hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh, điều khiển có nhiệm vụ tự động theo dõi, khống chếmột hoặc vài thông số nào đó của một quá trình sao cho các thông số này phải nằm trong một giớihạn cho phép đã định trước, tức là:

- Tự động ổn định thông số trong một giải đã định

a Sơ đồ khối.

Sơ đồ khối của một hệ thống nói chung được mô tả trong hình 1.4 bao gồm các khối:

- Đối tượng điều chỉnh là thông số có thể mang tính chất điện như điện áp, dòng điện,

công suất hoặc không điện như nhiệt độ, áp suất, tốc độ

- Khối biến đổi có nhiệm vụ biến đổi những thông số không điện về điện áp tỷ lệ với nó.

Đối với các thông số mang tính chất điện thì không cần bộ biến đổi này

- Khối hiển thị giá trị có chức năng hiển thị giá trị của thông số cần điều chỉnh để người vận

hành có thể giám sát sự hoạt động của hệ thống

- Khối tạo điện áp chuẩn tạo ra giá trị điện áp một chiều ổn định Uch: gọi là giá trị chuẩn

- Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh giá trị cần điều chỉnh với giá trị chuẩn tạo ra điện áp sai

lệch là ΔU = UU = Ux - Uch

- Khối khuếch đại sai lệch khuếch đại giá trị điện áp sai lệch lên đủ lớn để có thể điều khiển

được phần tử thực hiện

- Phần tử thực hiện có chức năng làm thay đổi giá trị của thông số cần điều chỉnh Khi giá

trị này vượt quá giải cho phép tức là ΔU = UU mang dấu dương (+) thì phần tử thực hiện sẽ thực hiện làmgiảm giá trị của thông số, ngược lại thì ΔU = UU mang dấu âm (-) và phần tử thực hiện sẽ làm tăng giá trịcủa thông số cần điều chỉnh

Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh, điều khiển

b Nguyên lý hoạt động.

Với hệ thống đo lường: là một hệ thống hở, đối tượng (tham số) cần đo được biến đổi về giá trịđiện thích hợp (thông thường là điện áp một chiều) tỷ lệ với tham số cần đo Giá trị này được giacông biến đổi để phù hợp với thiết bị hiển thị kết quả đo được bằng các cơ cấu đo hay hiển thị số.Với hệ thống tự động điều chỉnh/điều khiển: là một hệ thống kín, đối tượng cần điềuchỉnh/điều khiển được biến đổi về giá trị điện thích hợp (thông thường là điện áp một chiều Ux) tỉ lệvới đối tượng Điện áp này được so sánh với điện áp chuẩn (Uch) do bộ tạo chuẩn tạo ra để được sựsai lệch là ΔU = UU = Ux - Uch. Sự sai lệch này sẽ được khuếch đại lên đủ lớn tác động vào phần tử thựchiện Phần tử thực hiện trực tiếp tác động vào đối tượng theo nguyên tắc của một vòng phản hồi âmkhép kín để tự động giữ (điều khiển) cho đối tượng có giá trị nằm trong một giải cho phép địnhtrước

Câu 2 : Nêu khái ni m v ch t bán d n , ch t bán d n thu n , c u trúc m ng ện tử ều chỉnh , điều khiển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ần , cấu trúc mạng ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo

tinh th và tính ch t d n đi n c a ch t bán d n thu n ển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ần , cấu trúc mạng

Mức chênh lệch năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hoá trị được gọi là mức năng lượng liên kết,

có ký hiệu là Eg với đơn vị tính là electron-Volt (eV) Tuỳ theo giá trị của Eg mà người ta chia chất rắntinh thể ra làm 3 loại theo tính dẫn điện như sau:

+ Chất cách điện: Eg > 2eV

+ Chất bán dẫn thường: 0 < Eg ≤ 2eV

Chất bán dẫn là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện

Chất bán dẫn thuần là chất bán dẫn tinh khiết không lẫn các tạp chất khác Hai chất bán dẫn điển hình

đặc trưng là silic (Si) và Gecmani (Ge) có mức năng lượng liên kết là 1,12eV với silic và 0,72eV vớigecmani đều nằm trong nhóm 4 bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ep

Hình 2.3 Cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn thuần Ge/Si

- Ở nhiệt độ 00K (-2700C) các mối liên kết này là bền vững nên không có điện tử tự do tách ra khỏi quỹđạo chuyển động nên chất bán dẫn thuần là chất cách điện

- Khi được kích thích một nguồn năng lượng ngoài sẽ xảy ra hiện tượng nhảy mức nănglượng từ vùng hóa trị lên vùng dẫn Tức là các điện tử ở vòng ngoài có thể tách ra khỏi quỹ đạochuyển động của nó tạo thành cặp hạt dẫn:

Như vậy để chất bán dẫn thuần có khả năng dẫn điện thì phải kích thích một năng lượng ngoàilớn hơn mức năng lượng liên kết: EKT > Eg

Câu 3 : gi i thích s hình thành bán d n t p loai N và nêu các đ c tính d n ải thích nguyên lí hoạt động theo ự động điều chỉnh , điều khiển ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ặc tính dẫn ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng

đi n c a ch t bán d n t p lo i N ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo

Khi pha trộn công nghệ chất bán dẫn thuần (hoá trị 4) với tạp

chất có hoá trị 5 (như arsen - As; photpho – P; Bi hay Sb …) thì trong

mối liên kết đôi hoá trị giữa chất bán dẫn thuần với tạp chất, mỗi

nguyên tử tạp chất sẽ bị dư 1 điện tử ở vòng ngoài không tham gia

vào mối liên kết đôi hoá trị cho nên liên kết yếu với hạt nhân, trở

thành điện tử tự do, do đó chất bán dẫn tạp loại n là chất dẫn điện

Như vậy hạt dẫn chủ yếu trong chất bán dẫn tạp loại n là các

điện tử tự do mang điện tích âm nên được gọi là bán dẫn n (âm –

negative) và gọi là hạt dẫn đa số Nồng độ của hạt dẫn đa số trong

bán dẫn tạp loại n (nn) tỷ lệ thuận với nồng độ tạp chất pha trộn

Do chất bán dẫn thuần không hoàn toàn tinh khiết cho nên tồn tại các hạt dẫn mang điện tíchdương chính là các lỗ trống có nồng độ là pn có giá trị rất nhỏ Như vậy trong bán dẫn tạp loại n thìnồng độ của hạt dẫn âm lớn hơn rất nhiều lần so với hạt dẫn dương cho nên hạt dẫn âm gọi là hạtdẫn đa số, còn hạt dẫn dương gọi là hạt dẫn thiểu số: nn >> pn

Câu 4 : gi i thích s hình thành ch t bán d n lo i P va nêu các d c tính d n ải thích nguyên lí hoạt động theo ự động điều chỉnh , điều khiển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ặc tính dẫn ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng

đi n c a ch t bán d n t p l i P ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo

Khi pha trộn công nghệ chất bán dẫn thuần (hoá trị 4) với tạp chất

có hoá trị 3 (như nhôm – Al; Bo – B;Gali – Ga; … thì trong mối liên kết đôi

hoá trị giữa chất bán dẫn thuần với tạp chất, mỗi nguyên tử tạp chất sẽ bị

thiếu 1 điện tử ở vòng ngoài để tham gia vào mối liên kết đôi hoá trị cho

nên dễ dàng nhận điện tử tự do để trung hoà về điện, trở thành lỗ trống

tự do mang điện tích dương và có khả năng dẫn điện

Như vậy hạt dẫn đa số trong các chất bán dẫn tạp loại p là lỗ trống

mang điện tích dương nên được gọi là bán dẫn tạp loại p (dương –

positive) có nồng độ là pp; còn hạt dẫn thiểu số là các điện tử tự do mang

điện tích âm có nồng độ là np

Nồng độ của lỗ trống tỷ lệ với nồng độ tạp chất pha trộn Trong chất bán dẫn tạp loại p thì nồng

độ hạt dẫn đa số lớn hơn rất nhiều lần so với nồng độ hạt dẫn thiểu số: pp >> np

Câu 5 : Khái ni m ti p giáp PN và gi i thích quá trình hình thành ti p giáp PN ện tử ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ải thích nguyên lí hoạt động theo ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN

Khi cho 2 miếng bán dẫn tạp khác loại (p và n) tiếp xúc công nghệ với nhau sẽ hình thành mộttiếp giáp P-N như hình 2.5 Tiếp giáp P-N là cơ sở cấu tạo của hầu hết các linh kiện bán dẫn

Quá trình hình thành tiếp giáp P-N được giải thích như sau:

Do có sự chênh lệch nồng độ hạt dẫn rất lớn giữa các hạt dẫn đa số của miền này với hạt dẫnthiểu số của miền còn lại cho nên khi được tiếp xúc công nghệ với nhau, các hạt dẫn sẽ xảy ra hiệntượng khuếch tán và tái hợp:

Điện tử tự do ở miền N sễ ồ ạt chuyển động khuếch tán sang miền P để trung hoà (tái hợp) với

lỗ trống ở miền P, do đó ở vùng tiếp giáp sẽ xảy ra trường hợp:

 Phía bản N sẽ bị thiếu điện tử tự do nên tích điện dương (+);

 Phía bản P sẽ bị thừa điện tử tự do nên tích điện âm (-)

Như vậy ở vùng tiếp giáp sẽ hình thành một điện trường hướng từ N sang P gọi là điện trườngtiếp xúc (ETX) có tác dụng ngăn cản sự chuyển động khuếch tán của điện tử tự do từ bản N sang bản

P Chính vì vậy mà nó còn được gọi là hàng rào điện thế

Câu 6 : Trình bày tính d n đi n c a ti p giáp PN ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN

 Tiếp giáp P-N khi được phân cực thuận:

Nếu ta đặt một điện trường ngoài (Eng) có:

điện thế làm giảm khả năng ngăn cản sự chuyển động gia tốc của các hạt dẫn tức là có dòng điệnthuận (Ith) chảy qua tiếp giáp P-N Khi giá trị điện trường ngoài vượt qua giá trị điện trường tiếp xúc

tăng rất nhanh

 Tiếp giáp P-N khi được phân cực ngược:

+ - - -

+ +

ETX

Eng

Eng+-

+ - - -

+ +

ETX

Eng

-EngIth

Như hình vẽ:

Nếu ta đặt một điện trường ngoài (Eng) có:

Khi đó điện trường ngoà i có chiều cùng với chiều của hàng rào điện thế do đó có tác dụng mởrộng hàng rào điện thế, gia tăng khả năng ngăn cảnsự chuyển động gia tốc của các hạt dẫn chonên không có dòng điện ngược chảy qua tiếp giáp P-N Tuy nhiên, do tồn tại hạt dẫn thiểu số có nồng

độ rất nhỏ cho nên vẫn tồn tại dòng điện ngược có giá trị rất nhỏ chảy qua

Câu 7 : Trình bày đ c đi m c u t o , ký hi u , vẽ và gi i thích đ c tuy n V-A ặc tính dẫn ển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ện tử ải thích nguyên lí hoạt động theo ặc tính dẫn ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN

c a Diode bán d n ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng

Đi-ốt bán dẫn được cấu tạo trên cơ sở của một tiếp giáp P-N, bản cực P được gắn một điện cựcgọi là a-nốt (A), bản cực N được gắn một điện cực gọi là ka-tốt (K) Tiếp P-N của đi-ốt được hìnhthành bởi 2 loại tiếp xúc cơ bản:

+ Chuyển tiếp mặt: Diện tích tiếp xúc 2 đơn tinh thể lớn

+ Chuyển tiếp điểm: Diện tích tiếp xúc giữa 2 đơn tinh thể nhỏ

Hình 2.6 Cấu tạo, ký hiệu và một số dạng thực tế của đi-ốt

Như hình vẽ:

Hình 2.7 Đặc tuyến V-A của điốt bán dẫnĐặc tuyến này được chia làm 3 vùng như sau:

- Vùng I gọi là vùng phân cực thuận, khi điện trường UAK vượt qua giá trị điện trường tiếpxúc (ETX) thì dòng thuận tăng nhanh theo điện trường thuận (+UAK)

ngược (IAK) có giá trị rất nhỏ và tăng dần theo giá trị điện trường ngược UKA

- Vùng III gọi là vùng đánh thủng: khi giá trị trường ngược UKA đạt tới một giá trịnào đó (gọi là Uđth), cường độ điện trường quá lớn sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện giữa 2 điện cựcđánh thủng tiếp giáp P-N lúc đó dòng điện ngược đột ngột tăng mạnh làm hỏng tiếp giáp

Câu 8 : Nêu tên , tính ch t đ c tr ng và kh năng ng d ng c a các lo i đi ot ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ặc tính dẫn ư ải thích nguyên lí hoạt động theo ứng dụng của các loại đi ot ụ , vẽ sơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ạt động theo

đ c bi t ặc tính dẫn ện tử

Điốt Zene: cấu tạo dựa vào hiệu ứng Zê-ne, xác định chính xác giá trị Uđth trên đặc tuyến ampe của điốt Với tính chất của điốt là điện áp ngược UKA khi vượt qua giá trị Uđth thì dòng điệnngược tăng mạnh làm cho điện áp ngược không thể tăng hơn được Nếu mắc một điện trở hạn chếnối tiếp với dòng ngược IKA thì toàn bộ sự gia tăng giá trị điện áp của trường ngược sẽ bị sụt trên điệntrở hạn chế, điều này dẫn đến điện áp ngược trên 2 cực của điốt sẽ ổn định Thông số điện áp ngượccực đại của điốt Zê-ne có giá trị thấp, chính xác và được gọi là giá trị điện áp ổn định (Uôđ) cho nênđiốt Zê-ne còn được gọi là điốt ổn áp và được sử dụng làm các mạch ổn áp tham số Ký hiệu của điốtZê-ne và mạch điện ổn áp dùng điốt Zê-ne được vẽ như sau:

vôn-Hình 2.8 Ký hiệu, dạng và mạch ứng dụng của điốt ổn áp

Điốt biến dung: Do cấu tạo của điốt là một tiếp giáp P-N cho nên khi được phân cực ngược sẽ

tương đương như một tụ điện với 2 bản cực là 2 má của tụ, chất điện môi chính là hàng rào điện thế.Khi thay đổi giá trị trường ngược thì bề dày (d) của hàng rào điện thế bị thay đổi cho nên, giá trị điện

dung của nó C =

ε0εS

d cũng thay đổi theo Như vậy, điốt khi được phân cực ngược sẽ là một điện

dung biến đổi theo giá trị của trường ngược (-UAK) Các điốt được cấu tạo cho mục đích này đượcgọi là điốt biến dung hay còn được gọi là điốt Varicap với dạng thực tế, ký hiệu, đặc tuyến điện dung

và sơ đồ mạch ứng dụng như sau:

Hình 2.9 Dạng thực tế, ký hiệu, đặc tuyến điện dung và sơ đồ mạch ứng dụng Đi-ốt biến dung được sử dụng để làm các tụ điện biến đổi bằng điện áp thay thế các tụ điệnbiến đổi bằng cơ học có nhiều nhược điểm.

Điôt phát quang – LED (Light Emission Diode): la loại đi-ốt có khả năng bức xạ ánh sáng khi có

dòng điện thuận chảy qua một số loại bán dẫn tạp kết hợp như GaAs; GaP; GaAsP… Mỗi

loại phát ra một màu sắc nhất định như hồng ngoại, xanh đỏ vàng… và có ký hiệu gần

giống như điôt:

Đèn LED là loại đèn mới nhất bổ sung vào danh sách các nguồn sáng sử dụng năng

lượng hiệu quả Trong khi đèn LED phát ra ánh sáng nhìn thấy được ở dải quang phổ rất hẹp, chúng

có thể tạo ra "ánh sáng trắng” Điều này được thực hiện nhờ đèn LED xanh có phủ photpho hay dảimàu đỏ-xanh da trời-xanh lá cây Đèn LED có tuổi thọ từ 40.000 đến 100.000 giờ tùy thuộc vào màusắc Đèn LED đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng, bao gồm biển báo lối thoát, đèn tínhiệu giao thông …

Câu 9 : Trình bày đ c đi m c u t o , phân lo i và ký hi u c a tranzitor ặc tính dẫn ển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

- Lớp bán dẫn tạp ở giữa có bề dày rất mỏng (μm) và nồng độ tạp chất rất thấp được gắn một điện cựcm) và nồng độ tạp chất rất thấp được gắn một điện cựcgọi là cực gốc (Baser) có ký hiệu là B.

- Lớp bán dẫn tạp còn lại có bề dày và nồng độ tạp chất trung bình được gắn một điện cực gọi là cựcgóp (Collector) có ký hiệu là C

- Hình thành hai tiếp giáp P-N là JBE và JBC

Với đặc điểm cấu tạo như trên cho nên transistor sẽ có 2 loại là PNP và NPN:

- Loại PNP được gọi là transistor thuận với cấu trúc và ký hiệu như ở hình 2.11 (a)

- Loại NPN được gọi là transistor ngược với cấu trúc và ký hiệu như ở hình 2.11 (b)

Hình 2.11 Phân loại theo cấu tạo, ký hiệu và các dạng của transistor lưỡng hạt BJT

Câu 10 : Trình bày nguyên lí ho t đ ng c a Tranzitor l ạt động theo ộng theo ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ưỡng hạt ( BJT) ng h t (BJT ) ạt động theo

Để transistor làm việc được như một phần tử điều khiển hoặc khuếch đại thì:

- Tiếp giáp JBE phải được phân cực thuận và;

- Tiếp giáp JBC phải được phân cực ngược

Về nguyên lý làm việc của cả 2 loại transistor cơ bản đều

giống nhau, chỉ khác nhau về loại hạt dẫn tự do là điện tử

dụ với loại NPN

- Dưới tác dụng của điện trường phân cực thuận UBE các hạt dẫn đa số (e) từ miền E sẽ

ồ ạt chuyển động gia tốc sang miền B tạo thành dòng điện emicter (IE) Do miền baser có nồng độ tạpchất rất nhỏ, cho nên chỉ một phần rất nhỏ các điện tử từ emicter sang tái hợp được với lỗ trống ởmiền baser tạo thành dòng baser (IB) có cường độ rất nhỏ Phần lớn còn lại của các điện tử tự do tậptrung tại tiếp giáp JBC

- Mặc dù tiếp giáp JBC được phân cực ngược nhưng do bề dày của miền baser là rấtmỏng và bên cạnh đó là trường gia tốc có giá trị lớn: UCE = UCB + UBE (hai nguồn phân cực nối tiếpnhau) cho nên các điện tử vẫn dễ dàng vượt qua tiếp giáp JBC sang miền collector tạo thành dòng điệncollector (IC)

- Khi thay đổi giá trị điện trường phân cực thuận UBC thì

sẽ làm thay đổi một lượng hạt dẫn rất lớn từ miền E chuyển động

qua miền B Tuy nhiên, do miền B có nồng độ rất thấp cho nên số

lượng hạt dẫn tái hợp ở miền B để tạo thành dòng IB sẽ thay đổi

không đáng kể do đó nó sẽ làm thay đổi lớn lượng hạt dẫn tạo thành

dòng collector (IC)

Điều này có nghĩa là có thể dùng dòng điện nhỏ (IB) điều khiển dòng điện lớn (IC) và đây chính là nguyên tắc làm việc của transistor

Câu 11 : Vẽ và gi i thích h đ c tuy n ra c a Transistor BJT (lo i NPN) ải thích nguyên lí hoạt động theo ọ đặc tuyến ra của Transistor BJT (loại NPN) ặc tính dẫn ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ạt động theo

Họ đặc tuyến ra: biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa dòng điện ra IC với điện áp ra UCE khiđiện áp hay dòng điện lối vào UBE/IB không thay đổi: IC = f(UCE)\IB = const Đặc tuyến ra của transisormắc EC được mô tả trên hình 2.13c

Tương tự như với họ đặc tuyến vào, ứng với mỗi giá trị của điện áp hoặc dòng điện lối vào ta cómột đường đặc tuyến ra, tập hợp các đường dặc tuyến ra sẽ lập thành họ đặc tuyến ra Có thể chiađặc tuyến ra làm 3 vùng:

- Vùng I: dòng điện ra IC phụ thuộc nhiều vào điện áp ra UCE và có tính tuyến tính, lúc nàytransistor làm việc như một điện trở thuần nên thường không sử dụng Vùng này nằm phía dướiđiểm A

- Vùng II: dòng điện ra ít phụ thuộc vào điện áp ra mà chủ yếu phụ thuộc vào dòng điện hayđiện áp lối vào, transistor làm việc như một phần tử điều khiển nên vùng này được gọi là vùng làmviệc Vùng này nằm ở giữa điểm A và điểm B

- Vùng III: nằm ngoài điểm B, khi điện áp ra vượt qua một giá trị giới hạn nào đó thì dòngđiện ra tăng nhanh theo điện áp ra làm phá hỏng các tiếp giáp PN của transistor do đó vùng này đượcgọi là vùng đánh thủng

IB

Câu 12 : Nêu và gi i thích các cách m c c a Transistor BJT ải thích nguyên lí hoạt động theo ắc của Transistor BJT ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

Do transistor có ba cực là E; B và C, theo quan điểm mạng 4 cực ( hai đầu vào và 2 đầu rachúng ta sẽ có 3 cách mắc transitor lấy tên theo cực chung nhau giữa đầu vào và đầu ra, đó là Echung; B chung và C chung

a, Mắc kiểu E chung:

Hình 2.12 Transistor mắc E chung (a) và mạch khảo sát các họ đặc tuyến VA

Do lối vào và lối ra đều có cực E chung cho nên được gọi là mạch mắc kiểu emicter chung Mặtkhác, điểm E có điện thế 0V nên còn được gọi là transistor mắc OE Các vôn kế và ampe kế để kiểmtra các dòng điện và điện áp trong quá trình khảo sát đặc tuyến vôn-ampe của mạch

b, Mắc kiểu baser chung:

Hình 2.14 Transistor mắc B chung (a) và mạch khảo sát các họ đặc tuyến VA (b)

- Cả lối vào và lối ra đều có chung cực B nên gọi là mắc kiểu baser chung hoặc OB

- + V1 chỉ điện lối áp vào UEB; V2 chỉ điện áp lối ra UCB

- + A1 chỉ dòng điện lối vào IE; A2 chỉ dòng điện lối ra IC

C -Mắc kiểu collector chung:

Hình 2.16 Transistor mắc C chung (a) và mạch khảo sát các họ đặc tuyến VA (b)

- Cả lối vào và lối ra đều có chung cực C nên gọi là mắc kiểu baser chung hoặc OC

Câu 13 : Trình bày khái ni m v phân c c và các ph ện tử ều chỉnh , điều khiển ự động điều chỉnh , điều khiển ươ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ng pháp phân c c cho ự động điều chỉnh , điều khiển Transistor NJT

Các phương pháp tạo ra các giá trị dòng điện và điện áp tĩnh để xác định điểm công tác tĩnh P

được gọi là phân cực tạo điểm công tác tĩnh cho transistor.

a-Phân cực kiểu phân áp

Sử dụng mạch phân áp dùng 2 điện trở có hồi tiếp dòng điện như sau:

Hình 1.21 Mạch phân cực kiểu phân áp (a) và sơ đồ tương đương Thevenin (b)

Sử dụng sơ đồ tương đương theo định lý Thevenin (hình 1.21b) ta có thể tính được giá trị củadòng tĩnh IB0:

a, Phân cực bằng dòng cố định (phương pháp định dòng):

Theo khái niệm về điểm công tác tĩnh, muốn phân cực hay xác định được điểm công tác tĩnh Pcho BJT chúng ta phải hội đủ 2 yếu tố:

là phải xác định một giá trị cụ thể của dòng điều khiển IB

Việc xác định dòng tĩnh IB0 để xác định điểm công tác tĩnh P được gọi là phương pháp phân cựcbằng dòng cố định Dòng tĩnh IB0 được xác định bằng điện trở RB cụ thể cho BJT loại NPN như hìnhsau:

Áp dụng định luật Kirchoff chúng ta có thể tính được dòng phân cực như sau:

B

E - 0,7

I =

RCác giá trị dòng điện và điện áp còn lại của điểm công tác tĩnh P được xác định:

+ UCE0 = En – IC0RC = En – βIB0RC

Mạch phân cực bằng dòng cố định có ưu điểm đơn giản song độ ổn định điểm công tác tĩnhkhông cao Để khắc phục có thể sử dụng mạch phân cực bằng dòng cố định có sử dụng hồi tiếp dòngđiện hoặc điện áp như sau:

Đối với mạch phân cực hồi tiếp dòng điện (a) chúng ta có thể tính được:

+ UCE0 = En – IC0RC – IE0RE = En – βIB0RC – (β+1) IB0RE

Khi nhiệt độ trên BJT thay đổi sẽ làm cho các giá trị dòng điện của nó thay đổi theo Tuy nhiên

do có mạch hồi tiếp âm nên có tác dụng giữ cho điểm công tác tĩnh ít bị trôi khi nhiệt độ thay đổi.Trường hợp RE = 0 mạch phân cực không còn hồi tiếp dòng điện và trở về mạch phân cực bằngdòng cố định như hình 1.19

Đối với mạch phân cực hồi tiếp điện áp (b) chúng ta có thể tính được:

Câu 14 : Trình bày đ c đi m c u t o , phân lo i và kí hi u c a transistor ặc tính dẫn ển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

tr ường và tự động điều chỉnh , điều khiển ng c c c a ti p giáp (JFET) ự động điều chỉnh , điều khiển ử ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN , C u t o, phân lo i và ký hi u: ấu tạo, phân loại và ký hiệu: ạo, phân loại và ký hiệu: ạo, phân loại và ký hiệu: ệu:

Trên một khối bán dẫn tạp có nồng độ cao gọi là kênh dẫn người ta phủ một lớp bán dẫn tạpkhác loại có nồng độ thấp hơn gọi là vỏ

- Lớp vỏ được gắn một điện cực gọi là cực cổng có ký hiệu là G (Gate).

- Hai đầu kênh dẫn được gắn 2 điện cực:

+ Cực nguồn có ký hiệu là S (Source).

+ Cực máng có ký hiệu là D (Drain).

Một tiếp giáp P-N được hình thành giữa kênh dẫn với lớp vỏ

Hình 2.23 Cấu tạo (a), ký hiệu của JFET kênh dẫn N(b) và kênh dẫn P(b)Theo cấu tạo trên thì sẽ xảy ra 2 trường hợp:

- Nếu kênh dẫn là bán dẫn tạp loại N thì vỏ sẽ là loại P Transistor trường loại này được gọi là JFET kênhdẫn loại n JFET kênh dẫn loại n có ký hiệu như hình 2.23b

- Nếu kênh dẫn là bán dẫn tạp loại P thì vỏ sẽ là loại N Transistor trường loại này được gọi là JFET kênhdẫn loại p có ký hiệu như hình 2.23c

Câu 15 : Trình bày nguyên lí ho t đ ng c a transistor tr ạt động theo ộng theo ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ường và tự động điều chỉnh , điều khiển ng JFET

Nguyên lý làm việc:

Để transistor trường JFET làm việc như một phần tử khuếch đại hay điều khiển thì tiếp giáp P-Ncủa nó phải được phân cực ngược và hai đầu kênh dẫn phải đặt một điện trường thích hợp sao chohàng rào điện thế được mở rộng dần từ S tới D Như vậy, với mỗi loại JFET chúng ta phải đặt điệntrường phân cực khác nhau Nguyên lý hoạt động của cả 2 loại là như nhau, chúng ta có thể lấy ví dụcho kênh dẫn loại n:

- Điện trường phân cực ngược cho tiếp giáp PN là điện áp UGS

- Điện trường để tạo dòng điện giữa cực máng và cực nguồn là UDS

- Vì không có dòng điện chảy qua tiếp giáp phân cực ngược cho nên dòng điện chảy trong JFET chỉ cómột dòng duy nhất là dòng cực máng (ID) cũng là dòng cực nguồn (IS): ID = IS.

Do điện áp UGS và UDS được mắc nối tiếp nhau cho nên phân bố của điện trường ngược sẽ tăngdần từ cực S đến cực D Trường ngược này sẽ hình thành trong kênh dẫn của JFET 2 vùng có tính chấtdẫn điện hoàn toàn khác nhau như trong hình 1.25:

- Vùng hàng rào điện thế là vùng không cho phép hạt dẫn dịch chuyển cho nên gọi là vùng cấm Vùngcấm được thể hiện bằng vùng có màu xám trong hình vẽ

- Vùng cho phép các hạt dẫn dịch chuyển để tạo thành dòng điện nên được gọi là vùng dẫn Vùng dẫn

là phần còn lại của kênh dẫn sau khi bị hàng rào điện thế chiếm chỗ, được thể hiện bằng vùng có màutrắng trong hình vẽ

Tổng thể tích của vùng cấm và vùng dẫn chính là kênh dẫn và không thay đổi theo các giá trị củađiện trường Điều này có nghĩa là sự thay đổi của vùng dẫn và vùng cấm là ngược nhau để đảm bảorằng tổng của chúng không thay đổi:

- Khi điện trường UGS = 0 thì vùng cấm có giá trị nhỏ nhất tức là vùng dẫn sẽ lớn nhất, do đó dòng điệncực máng sẽ đạt giá trị lớn nhất (IDmax)

- Khi tăng dần giá trị trường ngược UGS thì hàng rào điện thế được mở rộng ra, vùng cấm tăng dần,vùng dẫn thì bị thu hẹp lại cho nên dòng điện cực máng sẽ giảm theo

- Khi biên độ điện trường ngược UGS đạt tới một giá trị nào đó là UGSc thì vùng cấm sẽ giao nhau ở phíacực D làm cho điện tử tự do không thể vượt qua hàng rào điện thế để tạo thành dòng điện máng chonên sẽ mất dòng máng (ID = 0) Giá trị này của điện áp UGS được gọi là điện áp cắt

Hình 2.25 Sự thay đổi mật độ kênh dẫn theo điện trường điều khiểnNhư vậy có thể sử dụng điện áp UGS có giá trị nhỏ (và không có dòng điện IG) để điều khiển dòngđiện máng có giá trị rất lớn và đó chính là nguyên lý làm việc của FET nói chung và của JFET nói riêng

Câu 16 : Vẽ và gi i thích các h đ c tuy n c a transistor JFET ải thích nguyên lí hoạt động theo ọ đặc tuyến ra của Transistor BJT (loại NPN) ặc tính dẫn ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

Họ đặc tuyến ra: biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa dòng điện ra IC với điện áp ra UCE khiđiện áp hay dòng điện lối vào UBE/IB không thay đổi: IC = f(UCE)\IB = const Đặc tuyến ra của transisormắc EC được mô tả trên hình 2.13c.

Tương tự như với họ đặc tuyến vào, ứng với mỗi giá trị của điện áp hoặc dòng điện lối vào ta cómột đường đặc tuyến ra, tập hợp các đường dặc tuyến ra sẽ lập thành họ đặc tuyến ra Có thể chiađặc tuyến ra làm 3 vùng:

- Vùng I: dòng điện ra IC phụ thuộc nhiều vào điện áp ra UCE và có tính tuyến tính, lúc nàytransistor làm việc như một điện trở thuần nên thường không sử dụng Vùng này nằm phía dướiđiểm A

- Vùng II: dòng điện ra ít phụ thuộc vào điện áp ra mà chủ yếu phụ thuộc vào dòng điện hayđiện áp lối vào, transistor làm việc như một phần tử điều khiển nên vùng này được gọi là vùng làmviệc Vùng này nằm ở giữa điểm A và điểm B

- Vùng III: nằm ngoài điểm B, khi điện áp ra vượt qua một giá trị giới hạn nào đó thì dòngđiện ra tăng nhanh theo điện áp ra làm phá hỏng các tiếp giáp PN của transistor do đó vùng này đượcgọi là vùng đánh thủng

Họ đặc tuyến truyền đạt: biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa dòng điện ra IC với điện áp vào

UBE hoặc dòng điện vào IB ứng với một giá trị nhất định của điện áp lối ra UCE

IC = F(IB/UBE)\UCE = const

Đặc tuyến truyền đạt của transistor có thể được xây dựng trên họ đặc tuyến ra của nó khi chomột giá trị bất kỳ của điện áp ra UCE = X (Vôn) như hình 2.13b

Câu 17 : Trình bày đ c đi m c u t o , phân lo i và kí hi u c a transistor ặc tính dẫn ển ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ạt động theo ện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

tr ường và tự động điều chỉnh , điều khiển ng c c c a cách ly ( IGFET / MOSFET ) ự động điều chỉnh , điều khiển ử

Trên một khối bán dẫn tạp có nồng độ tạp chất cao gọi là đế, người ta tạo ra 2 vùng bán dẫn tạpkhác loại có nồng độ cao hơn đế Hai vùng này được gắn 2 điện cực gọi là cực nguồn S và cực mángD; Cực đế cũng được nối ra một điện cực

Giữa 2 điện cực D và S được nối thông với nhau qua một kênh dẫn, nếu kênh dẫn này được

hình thành ngay khi chế tạo thì được gọi là kênh dẫn có sẵn Nếu kênh dẫn chỉ được hình thành sau khi đặt điện trường thích hợp thì được gọi là kênh dẫn cảm ứng.

Phía đối diện với đế qua kênh dẫn người ta đặt một điện cực kim loại sau khi đã phủ một lớpcách điện là ôxit silic SiO2 Điện cực này được gọi là cực cổng G

Như vậy, nếu đế là bán dẫn loại p thì miền D và S sẽ là bán dẫn loại n và kênh dẫn hình thànhgiữa D và S cũng sẽ được hình thành bởi các hạt dẫn đa số là điện tử tự do mang điện tích âm nên gọi

là kênh dẫn loại n; trường hợp còn lại gọi là kênh dẫn loại p

Hình 2.27 MOSFET/IGFET kênh dẫn có sẵn (a) và kênh dẫn cảm ứng (b)

Do có đặc điểm cấu tạo như trên mà MOSFET/IGFET sẽ được phân ra làm 4 loại với ký hiệu nhưhình 2.28:

Hình 2.28 Ký hiệu của các loại MOSFET/IGFET

Câu 18: Trình bày nguyên lý ho t đ ng c a transistor tr ạt động theo ộng theo ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ường và tự động điều chỉnh , điều khiển ng IGFET /

MOSFET lo i kênh d n có s n ạt động theo ẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ẵn

Với MOSFET kênh dẫn có sẵn loại n:

Khi chưa có điện trường UGS thì đã có kênh dẫn nối giữa S và D nên khi có điện trường UDS thì sẽtạo thành dòng máng ID0 Nếu điện trường UGS có cực tính dương, tức là UGS>0, thì sẽ thu hút các điện

tử thiểu số từ đế về tăng cường hạt dẫn cho kênh dẫn làm tăng dòng máng ID Chế độ này được gọi làchế độ làm giàu kênh dẫn

Nếu điện trường UGS có cực tính âm, tức là UGS<0, thì điện trường này sẽ có tác dụng đẩy các điện tử

tự do ở kênh dẫn ra khỏi kênh dẫn về đế làm cho lượng hạt dẫn trong kênh dẫn bị suy giảm tức là

làm giảm dòng điện máng ID Chế độ này được gọi là chế độ làm nghèo kênh dẫn Khi biên điện trường âm đạt một giá trị nào đó thì toàn bộ hạt dẫn bị đẩy ra khỏi kênh dẫn cho nên không còn dòng điện máng (ID = 0) Cũng như đối với JFET, giá trị này được gọi là điện áp cắt UGSc

Câu 19 : Trình bày c u t o , kí hi u , và vẽ s đ t ất bán dẫn , chất bán dẫn thuần , cấu trúc mạng ạt động theo ện tử ơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ươ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ng đ ươ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ng c a Thyristor ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

Thyristor có cấu tạo bao gồm 4 lớp bán dẫn tạp khác loại ghép xen kẽ nhau là p1; n1; p2 và n2

như hình vẽ:

- Lớp p1 được gắn một điện cực gọi là cực Anốt – A

- Lớp p2 được gắn một điện cực gọi là cực cổng – G

- Lớp n2 được gắn một điện cực gọi là cực Katốt – K

Do có cấu tạo như trên cho nên sẽ hình thành 3 tiếp giáp PN đó là

J1(n1p1); J2(n1p2) và J3(n2p2) và tương đương như 2 transistor p1n1p2 và

n1p2n2 với sơ đồ tương đương và ký hiệu như hình 2.33:

Hình 2.33 Cấu tạo tương đương T (a) sơ đồ tương đương (b) và ký hiệu (c) của Thyristor

Câu 20 : Vẽ và gi i thích đ c tuy n con-ampe c a Thyristor ải thích nguyên lí hoạt động theo ặc tính dẫn ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

Đặc tuyến vôn-ampe của thyristor được vẽ ở hình dưới đây Đặc tuyến này được chia ra làm 4vùng:

- Vùng I phân cực ngược (UAK<0); tiếp giáp J2 được phân cực thuận nhưng J1 và J3 được phân cực ngượccho nên chỉ tồn tại dòng của các hạt thiểu số có giá trị rất nhỏ và tăng dần theo giá trị trường ngược

UAK

p1n1p2n2

J1J2J3A

KG

- Vùng II gọi là vùng đánh thủng như đối với điốt: khi điện trường ngược đạt tới một giá trị nào đó gọi

là điện áp đánh thủng (Uđt) thì dòng điện ngược tăng đột ngột do hiện tượng đánh thủng làm hỏngthyristor

- Vùng III là vùng phân cực thuận mà giá trị điện áp thuận chưa đạt tới giá trị tự mở (Um>UAK>0), lúcnày tiếp giáp J1 và J3 được phân cực thuận nhưng tiếp giáp J2 được phân cực ngược cho nên dòngđiện chảy qua thyristor là dòng thiểu số có giá trị nhỏ, tăng dần theo giá trị điện trường thuận Trongvùng này thyristor chưa tự mở hoặc chưa được kích mở bởi dòng IGK

Vùng IV là vùng mở của thyristor: khi điện trường phân cực thuận đủ lớn thì thyristor tự mở hoặc được kích mở bởi dòng IGK, lúc này dòng điện chảy qua thyristor tăng nhanh theo điện áp UAK

Câu 16 : Vẽ và gi i thích các h đ c tuy n c a transistor JFET ải thích nguyên lí hoạt động theo ọ đặc tuyến ra của Transistor BJT (loại NPN) ặc tính dẫn ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển

Câu 21 : Khái ni m c b n v khu ch đ i và nêu khái ni m cũng nh ch ện tử ơ đồ khối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ải thích nguyên lí hoạt động theo ều chỉnh , điều khiển ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ạt động theo ện tử ư ỉnh , điều khiển tiêu kĩ thu t c a h s khu ch đ i ật điện tử ủa hệ thống đo lường và tự động điều chỉnh , điều khiển ện tử ối và giải thích nguyên lí hoạt động theo ếp giáp PN và giải thích quá trình hình thành tiếp giáp PN ạt động theo

Khuếch đại là làm gia tăng tín hiệu về mặt năng lượng Năng lượng của tín hiệu điện chính làcông suất của tín hiệu, như vậy khuếch đại là nâng cao công suất của tín hiệu

Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng thì bản chất của khuếch đại sẽ là dùngnguồn tín hiệu có công suất nhỏ ở lối vào để điều khiển biến đổi năng lượng của nguồn cung cấp 1chiều thành tín hiệu có năng lượng lớn hơn ở lối ra

Công suất của tín hiệu điện là tích số của dòng điện và điện áp: P = u.i

Do đó, để có năng lượng tín hiệu lớn hơn ta có thể gia tăng biên độ của dòng điện hoặc điện

áp hoặc cả dòng điện và điện áp

a Hệ số khuếch đại:

Là đại lượng đánh giá khả năng khuếch đại của một bộ khuếch đại, có kí hiệu là k:

Dai luong ra k

Dai luong vao

loại hệ số khuếch đại đó là:

ra v

u

u .

ra v

i

i và

- Hệ số khuếch đại công suất: kp = ku ki

Đối với các bộ khuếch đại, yêu cầu hệ số khuếch đại càng lớn càng tốt