Chuong 4(cac LK ban dan)

§4 Lý Thuyết Bán Dẫn Ths Chu Hồng Hải ĐH GTVT TP HCM GV Bộ Mơn ĐTVT – Khoa Điện-ĐTVT Email: haichudv0304@gmail.com 20/04/2016 Nội Dung P1 Sự dẫn điện tinh thể bán dẫn P2 Chuyển tiếp P – N đặc tính chỉnh lưu P3 Diode bán dẫn P4 Các ứng dụng Diode 20/04/2016 Chương 2: Lý Thuyết Bản Dẫn P1 Sự dẫn điện tinh thể bán dẫn Mạng tinh thể liên kết hố trị Điện tử tự lỗ trống – bán dẫn loại i Bán dẫn loại N bán dẫn loại P Chuyển động trơi khuếch tán hạt dẫn 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Mạng tinh thể liên kết hố trị ❑Chất bán dẫn chất có điện tử lớp ngồi ngun tử chất Germanium ( Ge) Silicium (Si) ❑Cần liên kết ->có điện tử, trở thành bền vững ->bán dẫn khiết – bán dẫn loại i Bán dẫn tinh khiết 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Điện tử tự & lỗ trống Năng lượng Vùng dẫn e - Vùng hóa trị Khe lượng Khơng có e Vùng Vùng 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Cont Năng lượng Vùng dẫn Vùng hóa trị e Lỗ trống Năng lượng t o Vùng Vùng Giản đồ lượng Điện tử lỗ trống gọi hạt dẫn 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Dòng electron lỗ trống e - Lỗ trống Dòng lỗ trống Dòng e V 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Chất bán dẫn, chất dẫn chất cách điện Năng lượng Năng lượng Năng lượng Vùng dẫn Khe lượng Vùng dẫn Khe lượng Vùng hóa trị 20/04/2016 Vùng dẫn Vùng hóa trị Vùng hóa trị Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Bán dẫn loại N • Khi ta pha lượng nhỏ chất có hố trị Phospho (P) vào chất bán dẫn Si ngun tử P liên kết với ngun tử Si theo liên kết cộng hố trị • Ngun tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) gọi bán dẫn N ( Negative : âm ) 20/04/2016 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Bán dẫn loại P ▪ Ngược lại ta pha thêm lượng nhỏ chất có hố trị Indium (In) Bo (B) vào chất bán dẫn Si  1  ngun tử Indium liên kết với ngun tử Si theo liên kết cộng hố trị liên kết bị thiếu điện tử  => trở thành lỗ trống ( mang điện dương)  gọi chất bán dẫn P 20/04/2016 10 Phần 1: Sự Dẫn Điện Trong Tinh Thể Bán Dẫn Chuyển tiếp P – N phân cực thuận - Trong trường hợp hàng rào điện Vtx – V nên hạt dẫn đa số bán dẫn tràn qua hàng rào sang miền đối diện Tình trạng thiếu hạt dẫn bị giảm bớt nên bề dày vùng nghèo bị thu hẹp điện trở vùng nghèo giảm Dòng khuếch tán tăng nhanh theo V dòng điện trơi giảm theo V Dòng điện trơi bé coi khơng đổi Dòng qua chuyển tiếp P – N lúc dòng điên thuận lớn nhiều so với dòng điện ngược - Khi V tăng, bề dày vùng nghèo giảm hàng rào giảm Khi V = Vtx dòng thuận vơ lớn, phá hỏng miền tiếp xúc Đây tượng cần tránh 20/04/2016 16 Phần 2: Chuyển tiếp P-N Đặc Tính Chỉnh Lưu Đặc tính chỉnh lưu ✓Khi phân cực thuận, vùng nghèo nhỏ, điện trở thấp dòng điện lớn tăng nhanh theo điện áp ✓Khi phân cực ngược, điện trở lớn, dòng nhỏ hâu khơng thay đổi theo V ✓Khi có điện áp xoay chiều đặt vào chủ yếu dẫn điện theo chiều Đó đặc tính chỉnh lưu 20/04/2016 17 Phần 2: Chuyển tiếp P-N Đặc Tính Chỉnh Lưu P3 Diode Bán Dẫn Diode chỉnh lưu Diode zener Diode biến dung (tự đọc) Diode tunnel (tự đọc) 20/04/2016 18 Phần 3: Diode bán dẫn Diode Chỉnh Lưu • Cấu tạo: A+ P N K- Lớp Tiếp Giáp P-N 20/04/2016 19 Phần 3: Diode bán dẫn Diode Chỉnh Lưu Ký hiệu hình dáng Vạch màu trắng (Cực âm) 20/04/2016 20 Phần 3: Diode bán dẫn Đặc tuyến Volt - Ampere - Khi điện áp thuận nhỏ Vγ = 0.7V (đối với Ge 0.3V) dòng điện kể Chỉ thuận bé, chưa đáng điện áp vượt q điện áp mở Vγ dòng điện tăng nhanh theo điện tuyến gần áp Đoạn đặc đường thẳng có độ dốc khơng đổi -Dòng điện ngược có giá trị nhỏ Khi điện áp ngược thực tế tăng dần đạt đến điện áp đánh thủng VB 20/04/2016 dòng điện ngược tăng nhanh 21 Phần 3: Diode bán dẫn Các mơ hình xấp xỉ Diode Diode lý tưởng V(γ) = (Vtx)= Khi khóa Khi khóa đóng mở V(γ) = (Vtx)=0.7 - Khi khóa Khi khóa đóng mở V + Id Id Vd Vd 0 Đặc tuyến lý tưởng 20/04/2016 22 V Phần 3: Diode bán dẫn Phương pháp đo kiểm tra Diode •Đặt đồng hồ thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, : •Đo chiều thuận que đen  vào Anơt, que đỏ vào Katơt => kim lên, đảo chiều đo kim khơng lên => Diode tốt •Nếu đo hai chiều kim lên = 0Ω  => Diode bị chập •Nếu đo thuận chiều mà kim khơng lên => Diode bị đứt •Ở phép đo Diode  D1 tốt , Diode D2 bị chập D3 bị đứt •Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim lên chút Diode bị rò 20/04/2016 23 Phần 3: Diode bán dẫn Diode zener •Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener ứng dụng chế độ phân cực ngược, phân cực thuận Diode zener diode thường phân cực ngược Diode zener gim lại mức điện áp cố định giá trị ghi diode 20/04/2016 24 Phần 3: Diode bán dẫn Mạch ổn áp dùng Zener ″Nếu U1 < Dz U1 thay đổi áp Dz thay đổi ″Nếu  U1 > Dz U1 thay đổi => áp Dz khơng đổi 20/04/2016 25 Phần 3: Diode bán dẫn P4 Ứng Dụng Diode bán dẫn •Do tính chất dẫn điện chiều nên Diode thường sử dụng mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành chiều, mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động mạch chỉnh lưu Diode tích hợp thành Diode cầu có dạng : Diode cầu mạch chỉnh lưu điện xoay ch 20/04/2016 26 Phần 4: Ứng Dụng Diode Mạch chỉnh lưu bán kỳ Dạng sóng vào U2 aa U1~ U2 T Dạng sóng UT bb 20/04/2016 27 Phần 4: Ứng Dụng Diode Mạch chỉnh lưu tồn kỳ Dạng sóng vào U2 a a U2 U1~ U2 Dạng sóng UT T b b 20/04/2016 28 Phần 4: Ứng Dụng Diode Mạch chỉnh lưu cầu (4 diode) •Mạch chỉnh lưu chu kỳ thường dùng Diode mắc theo hình cầu (còn gọi mạch chỉnh lưu cầu) hình 20/04/2016 29 Phần 4: Ứng Dụng Diode Mạch lọc •Sau chỉnh lưu ta thu điện áp chiều nhấp nhơ, khơng có tụ lọc điện áp nhấp nhơ chưa thể dùng vào mạch điện tử , mạch nguồn, ta phải lắp thêm tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn  µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu 20/04/2016 30 Phần 4: Ứng Dụng Diode