BÀI 3-LK BAN DAN

TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử BÀI LINH KIỆN BÁN DẪN 3.1 CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN 3.1.1 Chất bán dẫn khiết a) Cấu trúc vùng lượng chất rắn tinh thể: Cấu trúc lượng ngun tử đứng lập có dạng mức rời rạc Khi đưa nguyên tử lại gần nhau, tương tác, mức bị suy biến thành dải gồm nhiều mức sát gọi vùng lượng Đây dạng cấu trúc lượng điển hình vật rắn tinh thể Tùy theo tình trạng mức lượng vùng có bị điện tử chiếm chỗ hay không, người ta phân biệt loại vùng lượng khác - Vùng hóa trị (hay cịn gọi vùng đầy): Là vùng mà tất mức lượng bị chiếm chỗ, khơng cịn trạng thái (mức) lượng tự - Vùng dẫn (vùng trống): vùng mà mức lượng bỏ trống hay bị chiếm chỗ phần - Vùng cấm: Là vùng mà khơng cịn tồn mức lượng để điện tử chiếm chỗ hay nói xác suất tìm hạt Tùy theo vị trí tương đổi loại vùng kể xét theo tính chất dẫn điện mình, chất rắn cấu trúc tinh thể chia thành loại - Chất cách điện - Chất dẫn điện - Chất bán dẫn điện Hình 3.1: Phân loại vật rắn theo cấu trúc vùng lượng a Chất cách điện Eg > 2eV ; b Chất bán dẫn điện < Eg ≤ 2eV; c Chất dẫn điện GVBM: Tào Minh Đạt Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Muốn tạo dịng điện vật rắn cần hai q trình đồng thời: - Quá trình tạo hạt dẫn tự nhờ kích thích lượng - Q trình chuyển động có hướng hạt dẫn điện tác dụng lượng trường Dưới ta xét tới cách dẫn điện chất bán dẫn nguyên chất (bán dẫn thuần) chất bán dẫn tạp chất mà điểm khác chủ yếu liên quan tới trình sinh (tạo ra) hạt dẫn tự mạng tinh thể b) Chất bán dẫn thuần: Hai chất bán dẫn điển hình Gemanium (Ge) Silicium (Si) có cấu trúc vùng lượng với Eg = 0,72eV Eg = 1,12eV, thuộc nhóm bốn bảng tuần hồn Mendeleep Mơ hình cấu trúc mạng tinh thể chúng có dạng liên kết ghép đơi điện tử hóa trị vịng ngồi Ở 0K chúng chất cách điện Khi nguồn lượng kích thích, xảy tượng ion hóa nguyên tử nút mạng sinh cặp hạt dẫn tự do: điện tử bứt khỏi liên kết ghép đôi trở thành hạt tự để lại liên kết bị khuyết (lỗ trống) Trên đồ thị vùng lượng, tương ứng với chuyển điện tử từ mức lượng vùng hóa trị lên mức vùng dẫn để lại mức tự (trống) vùng hóa trị Các cặp hạt dẫn tự tác dụng lượng trường ngồi chúng có khả dịch chuyển có hướng lịng tinh thể tạo nên dịng điện Hình 3.2: Cấu trúc mạng tinh thể chất bán dẫn Si Đồ thị vùng lượng với chế phát sinh cặp hạt dẫn tự Kết là: 1) Muốn tạo hạt dẫn tự chất bán dẫn cần có lượng kích thích đủ lớn Ekt ≥ Eg 2) Dòng điện chất bán dẫn gồm hai thành phần tương đương GVBM: Tào Minh Đạt Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử trình phát sinh cặp hạt dẫn tạo (ni = pi) 3.1.2 Chất bán dẫn tạp: a) Chất bán dẫn tạp loại N: Pha lượng nhỏ chất có hoá trị Phospho (P) vào chất bán dẫn Si nguyên tử P liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự (mang điện âm) => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử gọi bán dẫn N ( Negative: âm ) Hình 3.3: Mạng tinh thể chất bán dẫn tạp loại N - Si Vậy, chất bán dẫn tạp loại n chất bán dẫn có thành phần dẫn điện bản, thành phần dẫn điện đa số điện tử mang điện tích âm, cịn thành phần dẫn điện không bản, thành phần dẫn điện thiểu số lỗ trống mang điện tích dương b) Chất bán dẫn tạp loại P: Pha lượng nhỏ chất có có hố trị Indium (In) vào chất bán dẫn Si nguyên tử Indium liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, liên kết bị thiếu điện tử trở thành lỗ trống (mang điện dương) => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa lỗ trống gọi chất bán dẫn P (Positive - dương) Hình 3.4: Mạng tinh thể chất bán dẫn tạp loại P-Si Vậy, chất bán dẫn tạp loại p chất bán dẫn có thành phần dẫn điện bản, thành phần dẫn điện đa số lỗ trống mang điện tích dương, cịn GVBM: Tào Minh Đạt Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử thành phần dẫn điện khơng bản, thành phần dẫn điện thiểu số điện tử mang điện tích âm 3.2 TIẾP GIÁP P – N; DIODE TIẾP MẶT 3.2.1 Tiếp giáp P – N a) Cấu tạo Ghép bán dẫn loại N bán dẫn loại P tiếp xúc với hình thành lớp tiếp xúc P - N Trong bán dẫn P lỗ trống điện tích đa số, bán dẫn N điện tử thừa Hình 3.5: Cấu tạo mối nối P – N b) Nguyên lý hoạt động  Khi chưa có điện trường đặt lên tiếp xúc Khi ghép hai loại bán dẫn P N với điện tử thừa N chạy sang P lỗ trống bán dẫn P chạy sang N Chúng gặp vùng tiếp giáp, tái hợp với trở nên trung hồ điện Ở vùng tiếp giáp phía bán dẫn P, lỗ trống nên lại ion âm Vì vậy, vùng có điện tích âm Ở vùng tiếp giáp phía bán dẫn N, điện tử thừa, nên lại ion dương Vì vậỵ vùng có điện tích dương, đó, hình thành điện dung mặt tiếp giáp Đến đây, khuếch tán qua lại P N dừng lại Vùng tiếp giáp trở thành rào ngăn không cho lỗ trống từ P chạy qua N điện tử N chạy qua P Riêng hạt mang điện tích thiểu số điện tử bán dẫn P lỗ trống bán dẫn N vượt qua tiếp giáp, chúng khơng bị ảnh hưởng xạ hàng rào ngăn, mà phụ thuộc nhiệt độ  Khi có điện trường ngồi đặt lên tiếp xúc:  Phân cực thuận Do tác dụng điện trường E, điện tử thừa N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giáp sang P, để tái hợp với lỗ trống P chạy phía tiếp giáp Điện tử tự từ âm nguồn chạy bán dẫn N để thay thế, tạo nên dịng thuận có chiều ngược lại Dịng thuận tăng theo điện áp phân cực Ngoài ra, phải kể đến tham gia vào dòng thuận điện tử cặp điện tử - lỗ trống Khi nhiệt độ tăng lên thành phần tăng, làm cho dịng thuận tăng lên GVBM: Tào Minh Đạt Nghề Điện cơng nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Hình 3.6: Phân cực thuận cho mối nối P-N  Phân cực ngược Do tác động điện trường E điện tử thừa N lỗ trống P di chuyển hai đầu mà không vượt qua tiếp giáp, nên không tạo nên dịng điện Chỉ cịn số điện tích thiểu số lỗ trống vùng bán dẫn N điện tử vùng bán dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) có khả vượt qua tiếp giáp Chúng tái hợp với Hình 3.7: Phân cực ngược cho mối nối P-N Do có dịng điện tử nhỏ từ cực âm nguồn chạy tới để thay điện tử P chạy phía N tạo nên dịng điện ngược nhỏ theo chiều ngược lại Gọi dịng ngược chạy từ bán dẫn âm (N) sang bán dẫn dương(P) Dòng ngược phụ thuộc vào nhiệt độ không phụ thuộc điện áp phân cực Đến điện áp phân cực ngược tăng q lớn tiếp giáp bị đánh thủng dịng ngược tăng vọt lên 3.2.2 Điôt tiếp mặt a) Khái niệm, ký hiệu Điốt tiếp mặt gồm hai bán dẫn loại P loại N tiếp giáp Đầu bán dẫn P cực dương(Anốt), đầu bán dẫn N cực âm (Katốt) Điốt tiếp mặt có nhiều cỡ to nhỏ, hình thức khác Do diện tiếp xúc lớn, nên dịng điện cho phép qua lớn hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe, điện áp ngược từ hàng trăm đến hàng ngàn vơn Nhưng điện dung cực lớn tới hàng chục picôfara trở lên, nên dùng tần số thấp để nắn điện Hình 3.8: Cấu tạo ký hiệu Điốt tiếp mặt b) Nguyên lý làm việc điôt tiếp mặt GVBM: Tào Minh Đạt Nghề Điện cơng nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử  Phân cực thuận diode VA>VK ( VAK>0): nối A với cực dương nguồn, K với cực âm nguồn Điện tích âm nguồn đẩy điện tử N lớp tiếp xúc Điện tích dương nguồn đẩy lỗ trống P lớp tiếp xúc, làm cho vùng khiếm khuyết hẹp lại Khi lực đẩy đủ lớn điện tử từ vùng N qua lớp tiếp xúc, sang vùng P đến cực dương nguồn….Lực đẩy đủ lớn lúc diode có V AK đạt giá trị Vγ, lúc diode có dòng thuận chạy theo chiều từ A sang K Vγ gọi điện ngưỡng (điện thềm, điện mở) Đối với loại Si có Vγ = 0,6V (0,7V); Ge có Vγ= 0,2 V  Phân cực nghịch diode VA < VK (VAK IB ≈ Ecc / RB Sơ đồ phần cực tranzito dòng cố định có hệ số ổn định nhiệt S phụ thuộc vào hệ số khuếch đại dòng tĩnh, nghĩa dùng loại mạch muốn thay đổi độ ổn định nhiệt có cách thay đổi tranzito thường lớn hệ số S loại mạch lớn ổn định nhiệt kém.Trong thực tế cách phân cực cho tranzito hình dùng yêu cầu ổn định nhiệt không cao c) Phương pháp định áp bazơ Để khuếch đại nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, mạch định thiên sử dụng R1 R2 cầu phân áp mắc vào nguồn Ecc, phần sụt áp điện trở R2 đưa vào phân cực cho cực B tranzito Hình 3.22: Mạch định thiên định áp Bazơ Điện áp định thiên cho tiếp giáp BE tranzito: UBE = IR2.R2 mà IR2 = IP - IB ; dịng IB IP = 20IB + Ta có: IP = 20.IC / β (β hệ số khuếch đại dòng điện, tra sổ tay đèn) + Do ta có: (R1 + R2 ) = Ecc.β / 20IC + Mặt khác ta có: R2 / (R1 + R2 ) = UBE / Ecc + Suy ra: R2 = β.UBE /20IC R1 = β.(Ecc - UBE)/20Ic * Mạch định thiên có hồi tiếp: Là mạch có sử dụng cách lấy hồi tiếp âm từ đầu quay trở đầu vào có tác dụng tăng độ ổn định nhiệt cho tranzito làm việc Hình 3.23: Mạch định thiên kiểu có hồi tiếp a)Hồi tiếp âm điện áp; b)Hồi tiếp âm dòng điện Với mạch sử dụng hồi tiếp âm điện áp, điện trở R không mắc +Vcc mà mắc cực C tranzito nhằm lấy điện áp đầu đèn quay trở để cung cấp nguồn cho cầu phân áp Với mạch sử dụng hồi tiếp âm dòng điện, người ta mắc thêm điện trở R E chân E tranzito Cả hai mạch có tác dụng ổn định nhiệt cho tranzito Khi làm việc, nhiệt độ tranzito biến thiên khiến dòng IC không ổn định Thông qua tham chiếu dòng IC này, lượng điện áp sụt RC (mạch a) sụt RE (mạch b) quay bù trừ cho điện áp phân cực U BE tranzito có tác dụng điều chỉnh độ mở tranzito ngược với tăng giảm dòng IC giữ cho IC giá trị ổn định GVBM: Tào Minh Đạt 15 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử 3.5 TRANSISTOR TRƯỜNG (FET) 3.5.1 Khái quát chung Khác với tranzito lưỡng cực xét phần có đặc điểm chủ yếu dòng điện chúng hai loại hạt dẫn (điện tử lỗ trống tự do) tạo nên qua hệ thống gồm hai mặt ghép p - n Tranzito trường (còn gọi tranzito đơn cực FET) hoạt động dựa nguyên lý ứng trường, điều khiển độ dẫn điện đơn tinh thể bán dẫn nhờ tác dụng điện trường Dòng điện FET loại hạt dẫn tạo Công nghệ bán dẫn, vi điện tử tiến bộ, FET tỏ rõ nhiều ưu điểm quang trọng hai mặt xử lý gia cơng tín hiệu với độ tin cậy cao mức tiêu hao lượng cực bé Phần trình bày tóm tắt đặc điểm quang trọng FET cấu tạo, nguyên lý hoạt động tham số đặc trưng hai nhóm chủng loại: FET có cực cửa tiếp giáp p - n (JFET) FET có cực cửa cách li (MOSFET hay IGFET) 3.5.2 Transistor trường có cực cửa tiếp giáp – JFET a) Cấu tạo ký hiệu qui ước Trên đế tinh thể bán dẫn Si - N người ta tạo xung quanh lớp bán dẫn P (có tạp chất nồng độ cao so với đế) đưa điện cực cực nguồn S (Source), cực máng D (Drain) cực cửa G (Gate) Như hình thành kênh dẫn điện loại N nối hai cực D S, cách li với cực cửa G (dùng làm điện cực điều khiển) lớp tiếp xúc P - N bao quanh kênh dẫn Hoàn toàn tương tự, xuất phát từ đế bán dẫn loại P, ta có loại JFET kênh p với ký hiệu quy ước phân biệt Hình 3.24: Cấu tạo JFET ký hiệu qui ước b) Nguyên lý làm việc Để phân cực JFET, người ta dùng hai nguồn điện áp U DS > UGS < hình vẽ (với kênh P, chiều điện áp phân cực ngược lại, cho tiếp giáp P-N bao quanh kênh dẫn phân cực ngược) Do tác dụng điện trường này, kênh dẫn xuất dòng điện (là dòng điện tử với kênh n) hướng từ cực D tới cực S gọi dòng điện cực máng I D Dòng ID có độ lớn tuỳ thuộc vào giá trị UDS UGS độ dẫn điện kênh phụ thuộc GVBM: Tào Minh Đạt 16 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử mạnh hai điện trường Xét đường đặc tuyến đặc tuyến truyền đạt JFET để tìm hiểu nguyên lý làm việc Đường biểu diễn f1 ứng với vài giá trị không đổi UGS ta thu họ đặc tuyến JFET Đường biểu diễn f2 ứng với giá trị không đổi U DS cho ta họ đặc tuyến truyền đạt JFET Dạng điển hình họ đặc tuyến cho hình 3.25 Đường biểu diễn f2 ứng với giá trị không đổi U DS cho ta họ đặc tuyến truyền đạt JFET Dạng điển hình họ đặc tuyến cho hình 3.25 Hình 3.25: Họ đặc tuyến (a) đặc tuyến truyền đạt (b) JFET  Đặc tuyến JFET chia làm vùng rõ rệt: Vùng gần gốc, UDS nhỏ, ID tăng mạnh tuyến tính theo UDS phụ thuộc vào UGS Đây vùng làm việc JFET giống điện trở lúc đường cong bị uốn mạnh (điểm A hình 2.36 a ứng với đường UGS=0V) Vùng điểm A gọi vùng thắt (vùng bão hoà) UDS đủ lớn, ID phụ thuộc yếu vào UDS mà phụ thuộc mạnh vào UGS Đây vùng JFET làm việc phần tử khuếch đại, dòng I D điều khiển điện áp UGS Quan hệ điểm B Vùng điểm B gọi vùng đánh thủng, UDS có giá trị lớn, ID tăng đột biến tiếp giáp p-n bị đánh thủng thác lũ xảy khu vực gần cực D điện áp ngược đặt lên tiếp giáp p-n vùng lớn  Qua đồ thị đặc tuyến ra, ta rút nhận xét sau: Khi đặt trị số UGS âm dần, điểm uốn A xác định ranh giới hai vùng tuyến tính bão hồ dịch gần phía gốc toạ độ Hồnh độ điểm A (ứng với trị số định UGS) cho xác định giá trị điện áp gọi điện áp bão hòa cực máng UDS0 (còn gọi điện áp thắt kênh) Khi │UGS│ tăng, UDS0 giảm Tương tự với điểm B: ứng với giá trị UGS âm hơn, việc đánh thủng tiếp giáp p-n xảy sớm hơn, với giá trị UDS nhỏ GVBM: Tào Minh Đạt 17 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Đặc tuyến truyền đạt JFET xuất phát từ giá trị UGS0, ID = 0, gọi điện áp khố (cịn ký hiệu UP) Độ lớn U GS0 UDS0 ứng với đường UGS = họ đặc tuyến  Khi tăng UGS, ID tăng tỉ lệ độ dẫn điện kênh tăng theo mức độ giảm phân cực ngược tiếp giáp p - n Lúc U GS = 0, ID = ID0 Giá trị ID0 dịng tĩnh cực máng khơng có điện áp cực cửa Khi có U GS < 0, ID < ID0 xác định ID = ID0 (1- UGS / UGS0) c) Các tham số JFET Các tham số chủ yếu JFET gồm hai nhóm:  Tham số giới hạn gồm có: Dòng cực máng cực đại cho phép IDmax dòng điện ứng với điểm B đặc tuyến (đường ứng với giá trị UGS = 0) ; Giá trị IDmax khoảng < 50mA; Điện áp máng - nguồn cực đại cho phép điện áp nguồn UGSmax UDSmax = UB / (1,2 -:- l,5) (cỡ vài chục Vôn) UB điện áp máng nguồn ứng với điểm B Điện áp khóa UGSO (hay Up) (bằng giá trị UDSO ứng với đường UGS = 0)  Tham số làm việc gồm có: Điện trở hay điện trở vi phần đầu ri = ∂UDS/∂ID |UGS = const (cỡ 0,5 MΩ) ri thể độ dốc đặc tuyến vùng bão hòa Hỗ dẫn đặc tuyến truyền đạt (S): cho biết tác dụng điều khiển điện áp cực cửa tới dòng cực máng, giá trị điển hình với JFET S = (7 - 10)mA/V Cần ý giá trị hỗ dẫn S đạt cực đại S = So lúc giá trị điện áp U GS lân cận điểm (xem dạng đặc tuyến truyền đạt JFET hình 2.36b) tính So = 2IDO/UGSO Điện trở vi phân đầu vào: r vào tiếp giáp p-n định, có giá trị khoảng 109Ω Ở tần số làm việc cao, người ta quan tâm tới điện dung cực CDS CGD (cỡ pF) 35.3 Transistor trường có cực cửa cách ly – MOSFET a) Cấu tạo ký hiệu qui ước Đặc điểm cấu tạo MOSFET có hai loại thể hình vẽ Hình 3.26: Cấu tạo MOSFET GVBM: Tào Minh Đạt 18 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử a) Loại kênh đặt sẵn; b) Loại kênh cảm ứng Ký hiệu quy ước MOSFET mạch điện tử cho hình Hình 3.27: Ký hiệu qui ước MOSFET Trên đế đơn tinh thể bán dẫn tạp chất loại P (Si - P), người ta pha tạp chất phương pháp công nghệ đặc biệt (Epitaxi hay khuếch tán ion) để tạo vùng bán dẫn loại N+ (nồng độ pha tạp cao so với đế) lấy hai điện cực D S Hai vùng nối thông với nhờ kênh dẫn điện loại n hình thành trình chế tạo (loại kênh đặt sẵn) hay hình thành sau có điện trường (lúc làm việc mạch điện) tác động (loại kênh cảm ứng) Tại phần đối diện với kênh dẫn, người ta tạo điện cực thứ ba cực cửa G sau phủ lên bề mặt kênh lớp cách điện mỏng SiO2 Từ MOSFET cịn có tên loại FET có cực cửa cách li (IGFET) Kênh dẫn cách li với đế nhờ tiếp giáp P - N thường phân cực ngược nhờ điện áp phụ đưa tới cực thứ cực đế b) Nguyên lý làm việc Để phân cực MOSFET người ta đặt điện áp UDS>0 Cần phân biệt hai trường hợp:  Với loại kênh đặt sẵn, xuất dòng điện tử kênh dẫn nối S D mạch ngồi có dịng cực máng I D (chiều vào cực D), chưa có điện áp đặt vào cực cửa (UGS = 0) + Nếu đặt lên cực cửa điện áp UGS > 0, điện tử tự có vùng đế (là hạt thiểu số) hút vào vùng kênh dẫn đối diện với cực cửa làm giầu hạt dẫn cho kênh, tức làm giảm điện trở kênh, lám tăng dịng cực máng I D Chế độ làm việc gọi chế độ giầu MOSFET + Nếu đặt tới cực cửa điện áp U GS < 0, trình ngược lại, làm kênh dẫn bị nghèo hạt dẫn (là điện tử) bị đẩy xa khỏi kênh Điện trở kênh dẫn tăng tùy theo mức độ tăng UGS theo chiều âm làm giảm dòng ID Đây chế độ nghèo MOSFET + Nếu xác định quan hệ hàm số ID = f3(UDS) lấy với giá trị khác UGS lí thuyết thay thực nghiệm, ta thu họ đặc tuyến MOSFET loại kênh n đặt sẵn hình vẽ GVBM: Tào Minh Đạt 19 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Hình 3.28: Đặc tuyến MOSFET  Với loại kênh cảm ứng, đặt tới cực cửa điện áp UGS < 0, khơng có dịng cực máng (ID = 0) tồn hai tiếp giáp p-n mắc đối vùng máng đế nguồn - đế, khơng tồn kênh dẫn nối máng - nguồn Khi đặt UGS > 0, vùng đế đối diện cực cửa xuất điện tử tự (do cảm ứng tĩnh điện) hình thành kênh dẫn điện nối liền hai cực máng nguồn Độ dẫn kênh tăng theo giá trị U GS dòng điện cực máng ID tăng Như MOSFET loại kênh cảm ứng làm việc với loại cực tính UGS chế độ làm giầu kênh Biểu diễn quan hệ hàm ID= f4(UDS), lấy với giá trị UGS khác nhau, ta có họ đặc tuyến MOSFET kênh n cảm ứng hình Từ họ đặc tuyến MOSFET với hai loại kênh đặt sẵn kênh cảm ứng giống đặc tuyến JFET xét, thấy rõ có vùng phân biệt : vùng gần gốc ID tăng tuyến tính theo UDS phụ thuộc vào UGS, vùng bão hịa (vùng thắt) lúc ID phụ thuộc mạnh vào UGS, phụ thuộc yếu vào U DS vùng đánh thủng lúc UDS có giá trị lớn Giải thích vật lí chi tiết trình điều chế kênh dẫn điện điện áp UGS UDS cho phép dẫn tới kết luận tương tự JFET Bên cạnh tượng điều chế độ dẫn điện kênh tượng mở rộng vùng nghèo tiếp giáp P-N cực máng - đế tăng đần điện áp U DS Điều làm kênh dẫn có tiết diện hẹp dần từ cực nguồn tới cực máng bị thắt lai điểm ứng với điểm uốn ranh giới hai vùng tuyến tính bão hòa đặc tuyến Điện áp tương ứng với điểm gọi điện áp bão hòa U DSO (hay điện áp thắt kênh) 3.5.3 Các cách mắc, ứng dụng Tranzito trường a) Cách mắc JFET Cũng tương tự BJT, JFET có cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), chung cực cửa(CG) GVBM: Tào Minh Đạt 20 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Trong kiểu CS thường dùng nhiều kiểu mắc cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao Còn kiểu mắc CD, CG thường dùng tầng khuếch đại đệm khuếch đại tần số cao Hình 3.29: Các cách mắc JFET  CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu D so với S  CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu D so với G  CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu S so với b) Các cách mắc MOSFET Tương tự JFET, MOSFET có ba kiểu mắc bản:    Cực nguồn chung CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu D so với S Cực cổng chung CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu D so với G Cực chung CD: Tín hiệu vào G so với D , tín hiệu S so với D c) Ứng dụng Như trình bày trên, FET có hai loại JFET MOSFET hoạt động dựa điều khiển độ dẫn điện mẫu bán dẫn điện trường ngoài, dùng loại hạt dẫn (hạt tải đa số), thuộc loại đơn cực tính (unipolar), khơng có q trình phát sinh tái hợp hai loại hạt dẫn nên tham số FET bị ảnh hưởng nhiệt độ Những ưu điểm bật FET: tổng trở vào lớn, hệ số khuếch đại cao, tiêu thụ lượng bé, kích thước điện cực D, G, S giảm xuống bé, thu nhỏ thể tích FET cách đáng kể ứng dụng nhiều chế tạo IC mà đặc biệt loại IC có mật độ tích hợp cao Cũng BJT, FET ứng dụng nhiều hai dạngmạch số tương tự Nó làm phần tử nhiều dạng mạch khuếch đại, làm chuyển mạch điện tử, Ngoài ra, họ FET cịn có dạng sau: CMOS, V-MOS, D-MOS, FET,… Đây dạng cải tiến từ MOSFET để có thêm ưu điểm ứng dụng 3.6 SCR – TRIAC – DIAC 3.6.1 Thyristor (Silicon Controlled Rectifier = SCR) GVBM: Tào Minh Đạt 21 Nghề Điện công nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử a Cấu tạo – ký hiệu SCR (Silicon Controlled Rectifier) có cấu tạo gồm bốn lớp bán dẫn P, N ghép xen kẽ tạo ba mối nối P – N hay gọi ba lớp tiếp xúc J1, J2, J3 nối ba chân A: Anode: cực dương K: Cathode: cực âm G: Gate: cực khiển (cực cổng) Hình 3.30: Cấu tạo ký hiệu SCR SCR xem tương đương hai BJT gồm BJT loại NPN BJT loại PNP ghép lại hình Hình 3.31: Mạch tương đương với cấu tạo SCR b) Nguyên lý hoạt động Hình 3.35: Nguyên lý hoạt động Trường hợp cực G để hở hay VG = O(V) GVBM: Tào Minh Đạt 22 Nghề Điện cơng nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử Khi cực G VG = OV có nghĩa transistor T1 khơng có phân cực cực B nên T1 ngưng dẫn Khi T1 ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = T2 ngưng dẫn Như trường hợp SCR không dẫn điện được, dòng điện qua SCR IA = VAK VCC Tuy nhiên, tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn điện áp VAK tăng theo đến điện ngập VBO (Beak over) điện áp VAK giảm xuống diode dòng điện IA tăng nhanh Lúc SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi dịng điện trì IH (Holding) Sau đặc tính SCR giống diode nắn điện Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc SCR dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc transistor T1 phân cực cực B1 nên dịng điện IG IB1 làm T1 dẫn điện, cho IC1 dịng điện IB2 nên lúc I2 dẫn điện, cho dịng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 IC2 = IB1 Nhờ mà SCR tự trì trạng thái dẫn mà khơng cần có dịng IG liên tục Theo nguyên lý dòng điện qua hai transistor khuếch đại lớn dần hai transistor chạy trạng thái bão hịa Khi điện áp VAK giảm nhỏ (0,7V) dòng điện qua SCR là: IC1 = IB2 ; IC2 = IB1 Thực nghiệm cho thấy dịng điện cung cấp cho cực G lớn áp ngập nhỏ tức SCR dễ dẫn điện + Trường hợp phân cực ngược SCR Phân cực ngược SCR nối A vào cực âm, K vào cực dương nguồn VCC Trường hợp giống diode bị phân cự ngược SCR không dẫn điện mà có dịng rỉ nhỏ qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn SCR bị đánh thủng dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược đủ để đánh thủng SCR VBR Thông thường trị số VBR VBO ngược dấu c) Đặc tuyến Hình 3.32: Đặc tuyến SCR ; IG=0 ;IG2>IG1>IG GVBM: Tào Minh Đạt 23 Nghề Điện cơng nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử d) Các thơng số SCR  Dịng điện thuận cực đại: Đây trị số lớn dịng điện qua SCR mà SCR chịu đựng liên tục, trị số SCR bị hư.:  Điện áp ngược cực đại Đây điện áp ngược lớn đặt A K mà SCR chưa bị đánh thủng, vượt qua trị số SCR bị đánh thủng Điện áp ngược cực đại SCR thường khoảng 100 V đến 1000 V  Dịng điện kích cực tiểu: IGmin Để SCR dẫn điện trường hợp điện áp VAK thấp phải có dịng điện kích vào cực G SCR Dịng IGmin trị số dịng kích nhỏ đủ để điều khiển SCR dẫn điện dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc cơng suất SCR, SCR có cơng suất lớn IGmin phải lớn Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA  Thời gian mở SCR Là thời gian cần thiết hay độ rộng xung kích để SCR chuyển từ trạng thái tắt sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây  Thời gian tắt Là thời gian cần thiết phải đủ dài để SCR chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái tắt, khơng SCR dẫn điện trở lại Thời gian tắt SCR khoảng vài chục micrơ giây e) Ứng dụng SCR SCR có nhiều chủng loại (có tài liệu giới thiệu 42652 loại): SCR thường dùng, SCR có tốc độ cao, SCR hai chiều, … Loại thông số SCR nhận biết tra cứu Khi dùng ta tra cứu, thay loại tương đương với SCR ứng dụng nhiều mạch điện tử: mạch báo động, mạch bảo vệ áp, bảo vệ q dịng, làm chuyển mạch khơng tiếp điểm, mạch điều khiển tốc độ quay động cơ, mạch chỉnh lưu có điểu khiển, điều khiển tự động công nghiệp,… 3.6.2 TRIAC (Triode Alternative Current) a Cấu tạo – ký hiệu TRIAC (Triode Alternative Current) linh kiện bán dẫn có ba cực, bốn lớp, việc SCR mắc song song ngược chiều, dẫn điện theo hai chiều GVBM: Tào Minh Đạt 24 Nghề Điện cơng nghiệp TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Điện tử TRIAC gọi công tắc bán dẫn xoay chiều ba cực (Triode AC SemiconductorSwitch) Hình 3.33: Cấu tạo – kí hiệu TRIAC b Đặc tuyến Đặc tuyến TRIAC có dạng hình: Hình 3.34: Đặc tuyến TRIAC IG=0; IG2>IG1>I TRIAC có đặc tuyến Volt - Ampe gồm hai phần đối xứng qua gốc 0, phần tương tự đặc tuyến thuận SCR c Ứng dụng Mạch điện hình 3.38, mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng TRIAC, DIAC kết hợp với quang trở Cds để tác động theo ánh sáng Khi CdS chiếu sáng có trị số điện trở nhỏ làm điện nạp tụ C thấp DIAC không dẫn điện, TRIAC khơng kích nên khơng có dịng qua tải Khi CdS bị che tối có trị số điện trở lớn làm điện tụ C tăng đến mức đủ để DIAC dẫn điện TRIAC kích dẫn điện cho dòng điện qua tải Tải loại đèn chiếu sáng lối hay chiếu sáng bảo vệ, trời tối đèn tự động sáng, trời sáng đèn tự động tắt GVBM: Tào Minh Đạt 25 Nghề Điện công nghiệp