TIẾP GIÁP P N ĐIễT TIẾP MẶT

HOẠT ĐỘNG I : NGHE THUYẾT TRèNH TRấN LỚP Cể THẢO LUẬN

4.2 TIẾP GIÁP P N ĐIễT TIẾP MẶT

4.2.1.Tiếp giỏp PN:

Hỡnh:3.2: Cấu tạo mối nối PN

Khi ghộp hai loại bỏn dẫn P và N với nhau thỡ điện tử thừa của N chạy sang P và cỏc lỗ trống của bỏn dẫn P chạy sang N. Chỳng gặp nhau ở vựng tiếp giỏp, tỏi hợp với nhau và trở nờn trung hồ về điện.

Ở vựng tiếp giỏp về phớa bỏn dẫn P, do mất lỗ trống nờn chỉ cũn lại những ion õm. Vỡ vậy, ở vựng đú cú điện tớch õm. Ở vựng tiếp giỏp về phớa bỏn dẫn N, do mất điện tử thừa, nờn chỉ cũn lại những ion dương. Vỡ vậỵ ở vựng đú cú điện tớch dương, do đú, hỡnh thành điện dung ở mặt tiếp giỏp. Đến đõy, sự khuếch tỏn qua lại giữa P và N dừng lại. Vựng tiếp giỏp đĩ trở thành một bức rào ngăn khụng cho lỗ trống từ P chạy qua N và điện tử N chạy qua P. Riờng cỏc hạt mang điện tớch thiểu số là cỏc điện tử trong bỏn dẫn P và cỏc lỗ trống trong bỏn dẫn N là cú thể vượt qua tiếp giỏp, vỡ chỳng khụng bị ảnh hưởng của bức xạ hàng rào ngăn, mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ. Trong bỏn dẫn P, cỏc điện tớch đa số là cỏc lỗ trống, cũn trong bỏn dẫn N là cỏc điện tử thừa.

Nguyờn lớ hoạt động:

+ Phõn cực thuận được trỡnh bày trờn Hỡnh 3.3

Hỡnh 3.3: Phõn cực thuận cho mối nối PN

Do tỏc dụng của điện trường E, cỏc điện tử thừa trong N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giỏp sang P, để tỏi hợp với cỏc lỗ trống trong P chạy về phớa tiếp giỏp. Điện tử tự do từ õm nguồn sẽ chạy về bỏn dẫn N để thay thế, tạo nờn dũng thuận cú chiều ngược lại. Dũng thuận tăng theo điện ỏp phõn cực. Ngồi ra,

Bỏn dẫnP

phải kể đến sự tham gia vào dũng thuận của cỏc điện tử trong cặp điện tử - lỗ trống. Khi nhiệt độ tăng lờn thỡ thành phần này tăng, làm cho dũng thuận tăng lờn.

+ Phõn cực ngược được trỡnh bày trờn Hỡnh 3.4

Hỡnh 3.4: Phõn cực ngược cho mối nối PN

Do tỏc động của điện trường E cỏc điện tử thừa trong N và cỏc lỗ trống trong P đều di chuyển về hai đầu mà khụng vượt qua được tiếp giỏp, nờn khụng tạo nờn được dũng điện. Chỉ cũn một số điện tớch thiểu số là những lỗ trống trong vựng bỏn dẫn N và cỏc điện tử trong vựng bỏn dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) mới cú khả năng vượt qua tiếp giỏp. Chỳng tỏi hợp với nhau. Do đú cú một dũng điện tử rất nhỏ từ cực õm nguồn chạy tới để thay thế cỏc điện tử trong P chạy về phớa N và tạo nờn dũng điện ngược rất nhỏ theo chiều ngược lại. Gọi là dũng ngược vỡ nú chạy từ bỏn dẫn õm (N) sang bỏn dẫn dương (P). Dũng ngược này phụ thuộc vào nhiệt độ và hầu như khụng phụ thuộc điện ỏp phõn cực. Đến khi điện ỏp phõn cực ngược tăng quỏ lớn thỡ tiếp giỏp bị đỏnh thủng và dũng ngược tăng vọt lờn.

4.2.2 Điụt tiếp mặt

Điốt tiếp mặt gồm hai bỏn dẫn loại P và loại N tiếp giỏp nhau. Đầu bỏn dẫn P là cực dương, đầu bỏn dẫn N là cực õm. Điốt tiếp mặt cú nhiều cỡ to nhỏ, hỡnh thức khỏc nhau. Do diện tiếp xỳc lớn, nờn dũng điện cho phộp đi qua cú thể lớn hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe, điện ỏp ngược cú thể từ hàng trăm đến hàng ngàn vụn. Nhưng điện dung giữa cỏc cực lớn tới hàng chục picụfara trở lờn, nờn chỉ dựng được ở tần số thấp để nắn điện.

 Ký hiệu của điụt tiếp mặt :

 Nguyờn lý làm việc của điụt tiếp mặt

Bõy giờ ta xột sự võn chuyển động của cỏc phần tử mang điện khi phõn cực cho điụt.

+ Phõn cực thuận được trỡnh bày trờn Hỡnh 3.5

Hỡnh 3.5: Phõn cực thuận cho điốt tiếp mặt

+ Phõn cực ngược được trỡnh bày trờn Hỡnh 3.6

Hỡnh 3.6: Phõn cực ngược cho điốt tiếp mặt

4.3. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ĐIễT

4.3.1. Điốt nắn điện: Do đặc tớnh làm việc ở dũng lớn, ỏp cao nờn điụt nắn điện được dựng là điốt tiếp mặt như đĩ trỡnh bày ở phần trờn.

Cỏc mạch nắn diện cơ bản: - Mạch nắn điợ̀n bỏn kỳ: (Hỡnh 3.7) Vdc Out Vac In T D + C DIODE Hỡnh 3.7: Mạch nắn điện một bỏn kỳ Nhiệm vụ cỏc linh kiện trong mạch như sau:

D: Điốt nắn điện. C: Tụ lọc xoay chiều.

Nguyờn lớ hoạt động của mạch như sau:

Điện ỏp xoay chiều ngừ vào Vac in qua biến ỏp được tăng hoặc giảm ỏp. Được đưa đến Điụt nắn điện. Ở bỏn kỡ dương điụt dẫn điện nạp điện cho tụ C. Ở bỏn kỡ õm Điốt bị phõn cực ngựơc nờn khụng dẫn điện. Nờn ở ngừ ra của mạch nắn Vdc out ta được điện ỏp một chiều.

- Mạch nắn điợ̀n toàn kỳ dựng hai điốt: (Hỡnh 3.8)

T Vac In Vdc Out D2 D1 DIODE + C DIODE

Hỡnh 3.8: Mạch nắn điện tồn kỡ dựng hai điốt Nhiệm vụ cỏc linh kiện như sau:

T: Biến ỏp dựng để biến đổi điện ỏp xoay chiều ngừ vào

D1; D2: Nắn dũng điện xoay chiều AC thành dũng một chiều DC C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn.

Nguyờn lớ hoạt động như sau:

Điện ỏp xoay chiều ngừ vào qua biến ỏp biến đổi thớch ứng với mạch điện. Khi đầu trờn của biến ỏp ở bỏn kỡ dương điốt D1 dẫn điện thỡ ở đầu dưới của biến ỏp ở bỏn kỡ ừm nờn điốt D2 khụng dẫn điện. Dũng điện nắn qua D1 nạp điện cho tụ lọc C. Khi đầu trờn của biến ỏp là bỏn kỡ ừm điốt D1 khụng dẫn điện thỡ đầu dưới của biến ỏp là bỏn kỡ dương nờn điụt D2 dẫn điện nạp điện cho tụ C. Như vậy dũng điện ngừ ra cỳ liện tục ở cả hai bỏn kỡ của dũng điện xoay chiều nờn được gọi là mạch nắn điện hai bỏn kỡ. Đặc điểm của mạch là phải dựng biến ỏp mà cuộn sơ cấp cú điểm giữa nờn khụng thuận tiện cho mạch nếu khụng dựng biến ỏp, hoặc biến ỏp khụng cú điểm giữa. Để khắc phục nhược điểm này, thụng thường trong thực tế người ta dựng mạch nắn điện tồn kỡ dựng sơ đồ cầu.

T Vac In Vdc Out D1 D2 D3 D4 DIODE DIODE DIODE + C DIODE

Hỡnh 3.9: Mạch nắn điện tồn kỡ dựng sơ đồ cầu Nhiệm vụ cỏc linh kiện trong mạch:

T: Biến ỏp đổi điện.

D1;D2;D3;D4: Điụt nắn điện. C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn. Nguyờn lớ hoạt động như sau:

Dũng xoay chiều ngừ vào qua biến ỏp T, ngừ ra trờn cuộn sơ cấp được đưa đến bộ nắn cầu. Khi đầu trờn của biến ỏp là bỏn kỡ dương thỡ ở đầu dưới của biến ỏp là bỏn kỡ õm. Lỳc này D1; D3 dẫn điện nạp điện cho tụ C. Khi đầu trờn của biến ỏp là bỏn kỡ õm thỡ đầu dưới của biến ỏp là bỏn kỡ dương. Lỳc này D2; D4 dẫn điện dẫn điện nạp cho tụ C cựng chiều nạp ban đầu hỡnh thành điện ỏp một chiều ở ngừ ra.

Mạch nắn điện tăng đụi: (Hỡnh 3.10) Mạch này dựng để tạo ra điện ỏp một chiều cú giỏ trị cao gấp hai lần điện ỏp xoay chiều ngừ vào.

Mạch nắn điện tăng đụi một bỏn kỡ: (Hỡnh 3.10 a)

Vo AC Vi AC

+ C2

+ C1 D2

Hỡnh 3.10 a: Mạch nắn điện tăng đụi một bỏn kỡ. Trong đú nhiệm vụ cỏc linh kiện như sau:

D1; D2: Nắn điện bồi ỏp C1; C2: Tụ bồi ỏp.

Hoạt động của mạch như sau: ở bỏn kỳ dương tụ C1 dẫn điện qua điụt D2 nạp điện cho tụ C2. ở bỏn kỡ õm D1 dẫn điện nạp điện cho tụ C1. Đến bỏn kỡ kế tiếp Pha dương của điện ỏp xoay chiều nạp chồng lờn tụ C1 được dẫn qua điụt D2 nạp điện cho tụ C2 Lỳc này điện ỏp DC ngừ ra là hai lần điện ỏp đỡnh của điện ỏp xoay chiều.

Mạch điện này cú nhược điểm là dũng điện nhỏ, hiệu suất khụng cao, nờn ớt được sử dụng trong thực tế.

Mạch nắn điện tăng đụi hai bỏn kỡ: (Hỡnh 3.10 b)

Vac in D2 D1 Vdc out + C2 DIODE DIODE + C1

Hỡnh 3.10 b: Mạch nắn điện tăng đụi hai bỏn kỡ. Trong đú nhiệm vụ cỏc linh kiện trong mạch như sau:

D1; D2: Nắn điện bồi ỏp C1; C2: Tụ bồi ỏp.

Hoạt động của mạch như sau: ở đầu trờn của ngừ vào là bỏn kỡ dương điụt D1 dẫn điện nạp cho tụ C1 về nguồn. Khi đầu trờn đổi chiều là bỏn kỡ õm điốt D2 dẫn điện nạp điện cho tụ C2 về nguồn. Do hai tụ C1; C2 mắc nối tiếp nờn điện ỏp DC ngừ ra là tổng điện ỏp nạp trờn hai tụ C1; C2 nờn điện ỏp được tăng đụi.

4.3.2. Điụt tỏch súng: Cũn được gọi là điụt tiếp điểm.

- Cấu tạo: hỡnh 3.11

Ka tốt

Kloại N

Anốt

Hỡnh 3.11: Cấu tạo của điụt tỏch súng

Gồm mũi nhọn kim loại là cực dương, tỡ lờn mặt một miếng bỏn dẫn loại N là cực õm.

- Kớ hiệu: giống như điụt tiếp mặt

DIODE

-Tớnh chất:: Tương tự như điụt tiếp mặt nhưng Điốt tiếp điểm cú thể tớch nhỏ, cụng suất nhỏ, điện dung giữa hai cực nhỏ, nờn dựng ở tần số cao. Vựng tiếp xỳc của điụt tiếp điểm nhỏ, nờn dũng điện cho phộp qua điụt thương khụng quỏ 10

15mA và điện ỏp ngược khụng quỏ vài chục volt

-Ứng dụng: Thường dựng để tỏch súng tớn hiệu trong cỏc thiết bị thu vụ tuyến, thiết bị cú chức năng biến đổi thụng tin ....

4.3.3. Điụt zờne:

- Cấu tạo: Điụt zờne cú cấu tạo giống như cỏc loại điụt khỏc nhưng cỏc chất bỏn dẫn được pha tỉ lệ tạp chất cao hơn để cú dũng điện rỉ lớn. Thụng thường hiện nay trong kĩ thuật người ta xản suất chủ yếu là điụt Silic.

- Kớ hiệu:

Hỡnh 3.13: Ký hiệu của điụt zờne - Tớnh chất::

Trạng thỏi phõn cực thuận điụt zờne cú đặc tớnh giống như điụt nắn điện thụng thường.

Trạng thỏi phõn cực ngược do pha tạp chất vơi tỉ lệ cao nờn dũng rỉ lớn và điện ỏp ngược thấp, điện ỏp đú gọi là điện ỏp zờne Vz. Khi phõn cực ngược đến trị số Vz thỡ dũng qua điụt tăng mà điện ỏp khụng tăng.

- Ứng dụng: Lợi dụng tớnh chất của Điụt zờne mà người ta cú thể giữ điện ỏp tại một điểm nào đú khụng đổi gọi là ghim ỏp hoặc ổn ỏp (Hỡnh 3.12).

Vd D R

Vo Vi

Hỡnh 3.14: Mạch điện sử dụng điụt zờne Vi: Là điện ỏp ngừ vào

Vo Là điện ỏp ngừ ra.

. Nếu điện ỏp ngừ vào là tớn hiệu cú biện độ cao hơn điện ỏp Vz thỡ ngừ ra tớn hiệu bị xộn mất phần đỉnh chỉ cũn lại khoảng biờn độ bằng Vz

. Nếu điện ỏp ngừ vào là điện ỏp DC cao hơn Vz thỡ ngừ ra điện ỏp DC chỉ bằng Vz.

. Nếu điện ỏp ngừ vào cao hơn rất nhiều Vz. Dũng qua điụt zờne tăng cao đến

một giỏ trị nào đú vượt qua giỏ trị cho phộp thỡ điụt bị đỏnh thủng. Làm cho điện ỏp ngừ ra bị triệt tiờu. Tớnh chất này được dựng trong cỏc bộ nguồn để bảo vệ chống quỏ ỏp ở nguồn đảm bảo an tồn cho mạch điện khi nguồn tăng cao.

R trong mạch giữ vai trũ là điện trở hạn dũng hay giảm ỏp.

4.3.4 Điốt phỏt quang: LED (Light Emitting Diode)

- Cấu tạo: Lợi dụng tớnh chất bức xạ quang của một số chất bỏn dẫn khi cú dũng điện đi qua cú màu sắc khỏc nhau. Lợi dụng tớnh chất này mà người ta chế tạo cỏc Led cú màu sắc khỏc nhau.

- Kớ hiệu:

Hỡnh 3.16: Ký hiệu của LED

- Tớnh chất:: Led cú điện ỏp phõn cực thuận cao hơn điụt nắn điện nhưng điện

ỏp phõn cực ngược cực đại thường khụng cao khoảng 1,4 - 2,8V. Dũng điện khoảng 5mA - 20mA.

- Ứng dụng: Thường được dựng trong cỏc mạch bỏo hiệu, chỉ thị trạng thỏi

của mạch. Như bỏo nguồn, chỉ bỏo õm lượng...

4.4. TRANZITO BJT:

4.4.1. Cấu tạo, ký hiệu:

Tranzito lưỡng cực là linh kiện cú 3 chõn, tranzito được sử dụng điều khiển chuyển mạch hoặc điều khiển khuếch đại. Cỏc tranzito cú loại cú cấu trỳc pnp, cú loại cú cấu trỳc npn (xem Bảng tổng quan). Tranzito lưỡng cực loại npn dựng một

emitơ E) để điều khiển dũng lớn hơn chảy từ cực colectơ C đến cực emitơ E. Ngược lại, tranzito loại pnp dựng một dũng nhỏ đi ra khỏi cực badơ B (rỳt dũng) và một điện ỏp õm (cú quan hệ với cực emitơ E) để điều khiển dũng lớn hơn chảy từ cực emitơ đến cực colectơ.

Tranzito lưỡng cực là linh kiện rất tiện dụng. Khả năng điều khiển dũng điện của tranzito lưỡng cực bằng cỏch đặt tớn hiệu điều khiển đĩ làm cho loại tranzito này trở thành linh kiện được phổ dụng trong cỏc mạch chuyển mạch điều khiển bằng điện, mạch điều chỉnh dũng, mạch khuếch đại, mạch dao động và cỏc mạch nhớ.

Dưới đõy là hỡnh ảnh đơn giản về cỏch làm việc của tranzito lưỡng cực loại npn (đối với loại tranzito lưỡng cực pnp, mọi thành tố, cỏc phõn cực và dũng đều đảo ngược lại).

Một tranzito lưỡng cực npn được chế tạo bằng cỏch ghộp miếng rất mỏng chất bỏn dẫn loại p giữa hai miếng bỏn dẫn loại n. Khi khụng cú dũng đặt vào cực badơ B của tranzito, cỏc electron bị ngăn khụng chảy đến cực colectơ vỡ tiếp giỏp p. (Nhớ lại là đối với cỏc electron, để chảy qua tiếp giỏp pn cần một định thiờn để cấp cho cỏc electron một năng lượng đủ lớn để cỏc electron "thoỏt" ra khỏi lực hấp dẫn

KHÁI NIỆM CHẤT BÁN DẪN