Ta cú thể cấp điện để diode ở một trong những trạng thỏi sau: VA > VK: VAK > 0: diode phõn cực thuận.
VA = VK: VAK = 0: diode khụng phõn cực. VA < VK: VAK < 0: diode phõn cực nghịch.
Phõn cực thuận diode: ta nối A với cực dương của nguồn, K với cực õm của nguồn. Điện tớch õm của nguồn đẩy điện tử trong N về lớp tiếp xỳc. Điện tớch dương của nguồn đẩy lỗ trống trong P về lớp tiếp xỳc, làm cho vựng khiếm khuyết càng hẹp lại. Khi lực đẩy đủ lớn thỡ điện tử từ vựng N qua lớp tiếp xỳc, sang vựng P và đến cực dương của nguồn….Lực đẩy đủ lớn là lỳc diode cú VAK đạt giỏ trị Vγ, lỳc này diode cú dũng điện chạy theo chiều từ A sang K. Vγ được gọi là điện thế ngưỡng (điện thế thềm, điện thế mở).
Đối với loại Si cú Vγ = 0,6 V (0,7 V); Ge cú Vγ= 0,2 V. b. Phõn cực nghịch
Phõn cực thuận diode: ta nối A với cực õm của nguồn, K với cực dương của nguồn. Điện tớch õm của nguồn sẽ hỳt lỗ trống của vựng P, điện tớch dương của nguồn sẽ hỳt điện tử của vựng N, làm cho điện tử và lỗ trống càng xa nhau hơn. Vựng khiếm khuyết càng rộng ra nờn hiện tượng tỏi hợp giữa điện tử và lỗ trống càng khú khăn hơn. Như vậy, sẽ khụng cú dũng qua diode. Tuy nhiờn, ở mỗi vựng bỏn dẫn cũn cú hạt tải thiểu số nờn một số rất ớt điện tử và lỗ trống được tỏi hợp tạo nờn dũng điện nhỏ đi từ N qua P gọi là dũng nghịch (dũng rỉ, dũng rũ). Dũng này
rất nhỏ cỡ vài nA. Nhiều trường hợp coi như diode khụng dẫn điện khi phõn cực nghịch. Tăng điện ỏp phõn cực nghịch lờn thỡ dũng xem như khụng đổi, tăng quỏ mức thỡ diode hư (bị đỏnh thủng). Nếu xột dũng điện rỉ thỡ diode cú dũng nhỏ chạy theo chiều từ K về A khi phõn cực nghịch.
c. Khụng phõn cực:
Khi ta dựng nguồn VDC điều chỉnh được và chỉnh về 0, lỳc đú mạch cú VA = VK = 0 hay VAK = 0 hoặc trường hợp khỏc VA = VK ≠ 0 nhưng VAK vẫn
bằng 0. Lỳc này diode khụng được phõn cực. Vỡ khụng cú sự chờnh lệch điện thế nờn khụng cú sự dịch chuyển của cỏc hạt tải nờn khụng cú dũng điện.
2.1.3.Đặc tuyến Volt – Ampe
IS: dũng nghịch bóo hũa. Vγ: điện thế ngưỡng. VB: điện thế đỏnh thủng.
k: hằng số Boltzman, k = 1,38.10-23 J/0K
T: nhiệt độ tuyệt đối của chất bỏn dẫn, ở nhiệt độ thường T = 3000K.
2.2.Tớnh phõn cực của Diod Phõn cực thuận:
Khụng phõncực: Phõn cực nghịch:
Dấu (-) chỉ chiều dũng điện qua diode khi phõn cực nghịch ngược với chiều dũng điện qua diode khi phõn cực thuận.
2.3.Ứng dụng diod
Khi sử dụng LED điều quan trọng là phải tớnh điện trở nối tiếp với LED cú trị số thớch hợp để trỏnh dũng điện qua LED quỏ lớn sẽ làm hư LED. Điện trở trong mạch bỏo nguồn DC được tớnh theo cụng thức:
* Mạch bỏo nguồn AC
Trong mạch bỏo nguồn AC, LED chỉ sỏng khi được phõn cực thuận bằng bỏn kỡ thớch hợp, khi LED bị phõn cực nghịch thỡ diode D được phõn cực thuận nờn dẫn điện để giữ cho mức điện ỏp ngược trờn LED là VD = 0,7V trỏnh hư LED. Điện trở trong mạch bỏo nguồn AC được tớnh theo cụng thức:
LED được ứng dụng nhiều trong cỏc mạch điện tử: mạch bảo vệ thiết bị, mạch quang bỏo, mạch đốn trang trớ, mạch đồ chơi, mạch kiểm soỏt điện ỏp cho xe hơi,….đặc biệt
LED được tớch hợp thành nhiều dạng đốn rất đẹp và tiện lợi. Tuổi thọ của LED cao hơn búng đốn thường, tựy loại LED mà ta cú đặc trưng chiếu sỏng khỏc nhau.
Ma trận LED.
Ngoài ra, LED phỏt ra tia hồng ngoại (IRED) dựng để truyền tớn hiệu trong cỏc bộ ghộp quang, đọc tớn hiệu, mạch điều khiển từ xa,…
LED bảy đoạn cú loại anode chung và loại cathode chung. Hiện nay LED bảy đoạn được dựng nhiều trong cỏc thiết bị hiển thị số.
LED bảy đoạn là tập hợp tỏm LED được chế tạo dạng thanh dài sắp xếp và được kớ hiệu bằng tỏm chữ cỏi là a, b, c, d, e, f, g, p. Phần phụ của LED bảy đoạn là một chấm sỏng p để chỉ dấu phẩy thập phõn. Dấu chấm này là một LED p tương ứng được phỏt sỏng. Khi cho cỏc thanh sỏng với cỏc số lượng và vị trớ thớch hợp ta cú những chữ số từ 0 đến 9 và những chữ cỏi từ A đến F.
3.Transistor lưỡng cực BJT
Mục tiờu:
- Trỡnh bày được cấu tạo, ký hiệu và đặc tuyến của transistor BJT.
3.1.Cấu tạo, nguyờn lý, đặc tuyến của BJT 3.1.1.Cấu tạo
Transistor là một linh kiện bỏn dẫn bao gồm ba lớp bỏn dẫn với cỏc bỏn
dẫn P và N xen kẽ nhau. Tựy theo sự sắp xếp của miền N và miền P mà ta cú hai loại Transistor PNP (thuận) và NPN (nghịch) như hỡnh vẽ.
Transistor cú ba cực: cực phỏt kớ hiệu là E( emito), cực gốc kớ hiệu là B( bazo), cực gúp kớ hiệu là C( colecto)
E B B Emitơ E Emitơ C B P P a/ C Colectơ C c/ N f/ d/ e/ P b/ Bazơ N Colectơ B Bazơ E C E B N
Hỡnh 2.17. Mụ hỡnh cấu tạo của tranzito BJT
a. tranzisto NPN; b. Tranzito PNP (Kớ hiệu quy ước của chỳng) Mụ tả cấu tạo để phõn tớch BJT theo chế độ cỏc điốt (e) và (f)
Miền P thứ nhất của tranzito PNP (với tranzito NPN là miền N) được gọi là miền emitơ, miền này được pha tạp chất với nồng độ lớn nhất, nú đúng vai trũ phỏt xạ cỏc hạt dẫn (lỗ trống hoặc điện tử) điện cực nối với miền này được gọi là cực emitơ, ký hiệu là E. Miền N (với tranzito NPN là miền P) được gọi là miền basơ, miền này được pha tạp chất ớt, độ rộng của nú rất nhỏ so với kớch thước toàn bộ tranzito, miền basơ đúng vai trũ truyền đạt hạt dẫn, điện cực nối với miền này được gọi là cực basơ, ký hiệu là B. Miền P tiếp theo (với tranzito NPN là miền N) được gọi là miền colectơ, miền này được pha tạp chất ớt hơn miền emitơ nhưng nhiều hơn miền basơ, đúng vai trũ thu gom cỏc hạt dẫn, điện cực nối với nối với miền này gọi là cực colectơ, ký hiệu là chữ C.
Với cấu trỳc như vậy, tranzito bao gồm hai chuyển tiếp PN, chuyển tiếp PN giữa emitơ và basơ được gọi là chuyển tiếp emitơ, chuyển tiếp PN giữa basơ và colectơ được gọi là chuyển tiếp colectơ.
3.1.2.Nguyờn lý hoạt động.
a. Xột Transistor loại NPN
* Thớ nghiệm 1:
Cực E nối vào cực õm, cực C nối vào cực dương của nguồn DC, cực B để hở. (hỡnh 2.18a)
Hỡnh 2.18a
Trường hợp này điện tử trong vựng bỏn dẫn N của cực E và C, do tỏc dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nờn điện tử từ vựng bỏn dẫn N của cực E khụng thể sang vựng bỏn dẫn P
+ + + + - - - - - - - - - - - - - - - - N P N B C E - + - + - -
của cực B nờn khụng cú hiện tượng tỏi hợp giữa điện tử và lỗ trống do đú khụng cú dũng điện qua trasistor.
*Thớ nghiệm 2
Mạch thớ nghiệm giống như thớ nghiệm 1 nhưng cực B nối vào một điện thế dương sao cho VB >VE và VB <VC (hỡnh 2.18b)
Hỡnh 2.18b
Trường hợp này hai vựng bỏn dẫn P và N của cực B và cực E giống như một diode( gọi là diode BE) được phõn cực thuận nờn dẫn điện, điện tử từ vựng bỏn dẫn N của cực E sẽ sang vựng bỏn dẫn P của cực B để tỏi hợp lỗ trống. Khi đú vựng bỏn dẫn P của cực B nhận thờm điện tử nờn cú điện tớch õm. Cực B nối vào điện thế dương của nguồn nờn sẽ hỳt một số điện tử trong vựng bỏn dẫn P tạo thành dũng điện IB. Cực C nối vào điện thế dương cao hơn nờn hỳt hầu hết cỏc điện tử trong vựng bỏn dẫn P sang vựng bỏn dẫn N của cực C tạo thành dũng IC. Cực E nối vào nguồn điện thế õm nờn khi vựng bỏn dẫn N bị mất điện tử sẽ hỳt điện tử từ nguồn õm lờnh thế chỗ tạo thành dũng điện IE.
Hỡnh mũi tờn trong Trasistor chỉ chiều dũng điện tử di chuyển, dũng điện quy ước chạy ngược chiều dũng điện tử nờn dũng điện IB và IC đi từ ngoài vào Transistor, dũng điện IE đi từ trong Transistor ra.
Số lượng điện tử bị hỳt từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nờn dũng điện IB và IC đều chạy sang cực E.
Ta cú: IE = IB + IC
b. Xột Transistor loại PNP
* Thớ nghiệm 3:
Đối với Trasistor PNP thỡ điện thế nối vào cỏc chõn ngược lại với Transistor NPN. Hạt tải di chuyển trong Transistor NPN là điện tử xuất phỏt từ cực E trong khi đối với Transistor PNP thỡ hạt tải di chuyển là lỗ trống xuất phỏt từ cực E.
Theo hỡnh Transistor PNP cú C cực E nối vào cực dương , cực C nối vào cực õm của nguồn DC, cực B để hở.( hỡnh 2.19a)
Trường hợp này lỗ trống trong vựng bỏn dẫn P của cực E và C, do tỏc dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nờn lỗ trống từ vựng bỏn dẫn P của cực E khụng thể sang vựng bỏn dẫn N của cực B nờn khụng cú hiện tượng tỏi hợp giữa điện tử và lỗ trống do đú khụng cú dũng điện qua trasistor.
- - - - - - - - N P N B C E - + - + - - - - - - - - - - - - - - - - IB IC IE
Hỡnh 2.19a
Trường hợp này lỗ trống trong vựng bỏn dẫn P của cực E và C, do tỏc dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nờn lỗ trống từ vựng bỏn dẫn P của cực E khụng thể sang vựng bỏn dẫn N của cực B nờn khụng cú hiện tượng tỏi hợp giữa điện tử và lỗ trống do đú khụng cú dũng điện qua trasistor.
*Thớ nghiệm 4
Mạch thớ nghiệm giống như thớ nghiệm 3 nhưng cực B nối vào một điện thế õm sao cho VB <VE và VB >VC (hỡnh 2.19b)
Hỡnh 2.19b
Trường hợp này hai vựng bỏn dẫn P và N của cực B và cực E giống như một diode( gọi là diode BE) được phõn cực thuận nờn dẫn điện, lỗ trống từ vựng bỏn dẫn P của cực E sẽ sang vựng bỏn dẫn N của cực B để tỏi hợp điện tử. Khi đú vựng bỏn dẫn N của cực B nhận thờm lỗ trống nờn cú điện tớch dương. Cực B nối vào điện thế õm của nguồn nờn sẽ hỳt một số lỗ trống trong vựng bỏn dẫn N xuống tạo thành dũng điện IB. Cực C nối vào điện thế õm cao hơn nờn hỳt hầu hết cỏc lỗ trống trong vựng bỏn dẫn N sang vựng bỏn dẫn P của cực C tạo thành dũng IC. Cực E nối vào nguồn điện thế dương nờn khi vựng bỏn dẫn P bị mất lỗ trống nờn sẽ hỳt lỗ trống từ nguồn dương lờn thế chỗ tạo thành dũng điện IE. Hỡnh mũi tờn trong Trasistor chỉ chiều dũng lỗ trống di chuyển, dũng lỗ trống chạy ngược chiều dũng điện tử nờn dũng lỗ trống cú chiều cựng với chiều dũng điện quy ước, dũng điện IB và IC đi từ trong Transistor đi ra, dũng điện IE đi từ ngoài vào Transistor .
B C C E - + + + + + + + - - - - + + + + + + + + - + - - - - - - P N P B C E + - + + + + + + + + + + + + + + + + IB IC IE + -
Số lượng lỗ trống bị hỳt từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nờn dũng điện IB và IC đều cực E chạy qua.
Ta cú: IE = IB + IC