VI- Rơ-le thời gian
HOẠT ĐỘNG I: NGHE THUYẾT TRÌNH CĨ THẢO LUẬN I-Điốt bán dẫn
I-Điốt bán dẫn
Tính dẫn điện của chất bán dẫn.
Chất bán dẫn là chất trung gian giữa chất dẫn điện và cách điện.
Chất bán dẫn thường gặp trong kỹ thuật là các nguyên tố như: Gecmani, silic, selen…trước tiên ta nghiên cứu đặc tính dẫn điện của chất bán dẫn.
Sự liên kết hĩa học của hai nguyên tử kề nhau tạo thành đơi điện tử gĩp chung gọi là mối liên kết đồng hĩa trị.
Ví dụ: Nguyên tố Gecmani (Ge) là nguyên tố tuộc nhĩm thứ 4 trong hệ tuần hồn các nguyên tố của Mendelêep. Các nguyên tố thuộc nhĩm này cĩ 4 nguyên tử hĩa trị ở lớp ngồi cùng. Trong tinh thể, mỗi nguyên tử Ge cĩ mối liên kết đồng hĩa trị với 4 nguyên tử lân cận nĩ tạo thành 4 đơi điện tử gĩp chung. Nếu khối nguyên tử Ge hồn tồn nguyên chất thì tất cả các điện tử hĩa trị của nguyên tử liên hệ với nhau nên khơng cĩ điện tử tự do vì vậy Ge khơng dẫn điện.
Đem đốt nĩng hay chiếu chùm phĩng xạ vào mạng tinh thể này, các điện tử cĩ thể bị phá vỡ mối liên kết, thốt ra ngồi thành điện tử tự do. Gọi đĩ là sự dẫn địện bằng điện tử.
Ở chỗ nối liên kết vừa bị phá vỡ, điện tử thốt ra để lại một lỗ trống. Lỗ trống này bị một điện tử ở mối liên kết khác nhảy đến lấp lỗ và lập tức xuất hiện một lỗ mới ở chỗ điện tử vừa rời khỏi. Cứ thế lỗ trống di động trong mạng tinh thể. Như vậy,lỗ trống là nơi thiếu điện tử, tức là thừa điện tích dương. Vì thế, khi xuất hiện lỗ trống, làm tính dẫn điện của khối tinh thể tăng lên. Trường hợp này gọi là sự dẫn điện bằng lỗ trống.
Để tăng mật độ lỗ hay mật độ điện tử tự do trong tinh thể bán dẫn người ta pha thêm tạp chất.
Chẳng hạn cho thêm vào tinh thể Ge một lượng nhỏ nguyên tố thuộc nhĩm 5 như Acsênic. Tinh thể sẽ tăng mật độ điện tử tự do lên rất nhiều. Vì acsênic cĩ 5 điện tử lớp ngồi cùng. Trong mạng tinh thể mỗi nguyên tử acsênic chỉ cần 4 điện tử gĩp chung với 4 điện tử của Ge ở xung quanh. Điện tử thứ 5 dễ dàng thành điện tử tự do vì sự liên kết yếu ớt với hạt nhân.
Khác với trước đây, điện tử tách ra khơng tạo thành lỗ do vậy điện tử tự do tăng lên rất nhiều.
Nếu cho vào tinh thể Ge một lượng nhỏ nguyên tố thuộc nhĩm 3 như inđi chẳng hạn. Tinh thể sẽ tăng mật độ lỗ trống lên rất nhiều. Vì inđi cĩ 3 điện tử lớp ngồi cùng. Trong mạng tinh thể, mỗi nguyên tử inđi liên kết với 4 nguyên tử Ge bên cạnh bằng 3 điện tử nên thiếu 1 điện tử tức là tạo thành 1 lỗ trống. Vì vậy mật độ lỗ trống tăng lên rất nhiều so với mật độ điện tử tự do. Loại bán dẫn này là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại P.
Nguyên tắc hoạt động của điốt bán dẫn.
Điốt bán dẫn gồm cĩ hai lớp bán dẫn khác nhau p và n tiếp xúc với nhau (H2-1)
Ở chỗ tiếp xúc p-n xảy ra quá trình vật lý đặc biệt gọi là lớp chuyển tiếp p-n. Do mật độ phần n lớn nên chúng khuyếch tán sang lớp p. Ngược lại lỗ trống từ p khuyếch tán sang n. kết quả n mất điện tử tích điện dương. P nhận thêm điện tử tích điện âm và ở chỗ chuyển tiếp hình thành một điện trường chuyển tiếp E chuyển tiếp – Điện trường này cĩ tác dụng
H-4.1
Sơ đồ liên hệ đôi điện tử chung của mạcg tinh thể Ge
Điện trường chuyển tiếp sẽ khơng tăng nữa, khi đĩ lực điện trường và lực khuyếch tán điện tích cân bằng nhau. Lúc này số điện tích trung bình chuyển qua lớp ngăn bằng 0.
Nối điốt với nguồn điện, cực dương vào đầu p, cực âm vào đầu n. Điện áp nguồn sinh ra điện trường ngồi E ngồi ngược chiều với E chuyển tiếp. Nêú khử điện trường này, tức là phá bỏ lớp ngăn. Các điện tử từ n sẽ dễ dàng chuyển qua p. Điện trở điốt lúc này rất nhỏ, dịng điện lớn, ta nĩi điốt được phân cực thuận (H1-10a)
Nếu đổi chiều nguồn điện (H1-9b) thì E ngồi cùng chiều với E chuyển tiếp làm lớp ngăn càng mạnh và điện tử từ n khĩ qua p và lỗ trống từ p khĩ qua n. Lúc này điện trở điốt tăng lên rất lớn và dịng điện nhỏ khơng đáng kể. Ta bảo điốt bị phân cực ngược.
Như vậy, điốt ban đẫn cĩ đặc tính dẫn điện tốt theo chiều p-n và gần như khơng dãn điện theo chiều ngược lại.
Sơ đồ chuyển động của điện tử tại vùng tiếp giáp:
( a ) p chuyểntiếp e n ngoài e ( b ) chuyểntiếp p e n ngoài e ( c )
Do tính chất bán dẫn củavật liệu làm điốt mà thiết bị này chỉ cho phép dịng điện xoay chiều chạy qua theo một chiều nhất định.
Nếu ta đã cĩ nguồn điện một chiều rồi thì ta khơng cần dùng đến điốt, đầu vào mạch điốt là điện áp xoay chiều cần biến đổi, đầu ra là điện áp một chiều đưa tới mạch sử dụng. Do giới hạn của chương trình ta khơng thể đi sâu nghiên cứu mà chỉ cơng nhận tính dẫn điện một chiều của nĩ ( tính chất van một chiều )
II-Mạch chỉnh lưu
Người ta dùng điốt bán dẫn để chỉnh lưu dịng xoay chiều thành dịng một chiều, cĩ thể dùng sơ đồ tồn sĩng hay nửa sĩng. Ngồi thực tế loại được dùng phổ biến là sơ đồ chỉnh lưu kiểu cầu.
2.1.Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
Sơ đồ chỉnh lưu pha nửa sĩng Nguyên lý làm việc
Nủa chu kỳ dương của dịng điệnxoay chiều, dịng điện đi từ 1 qua Đ qua R về 2. Nửa chu ký âm dịng điện bị neon Đ chặn lại.
2.2.Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
- Nguyên lý làm việc:
Nửa chu kỳ dương của dịng xoay chiều, dịng điện đi từ 1 qua Đ1 qua R về 0.Nửa chu kỳ âm dịng điện đi từ 2 qua Đ2 qua R vê 0.
Như vậy hai đèn Đ1 và Đ2 luân phiên nhau làm việc từng nửa chu kỳ.
2.3.Mạch chỉnh lưu cầu một pha
Nguyên lý làm việc:
Nửa chu kỳ dương của dịng xoay chiều (1) là dưong (2) âm mạch thơng theo vịng (1) Đ1 (3) tải (4) Đ3 (2)
Nửa chu kỳ âm(1) âm (2) dưong. Mạch thơng theo vịng (2) Đ2 (3) tải (4) Đ4 (1)
Như vậy, hai cặp đèn thay nhau làm việc trong trường nửa chu kỳ, bộ lọc R-C để san bằng độ mấp mơ của dịng điện và điện áp trên tải.