›
›

Bài giảng Cấu kiện điện tử

pdf 156 trang phuongnguyen 6340
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cấu kiện điện tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cau_kien_dien_tu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cấu kiện điện tử

  1. Cấu kiện điện tử
  2. Chöông 0: Giôùi thieäu
  3. Chöông 1: Ñieän trôû ¾ Hình daïng, kyù hieäu vaø caáu taïo ¾ Ñaëc tính ñieän vaø caùc tham soá cô baûn cuûa ñieän trôû ¾ Luaät maøu saéc vaø caùch ñoïc trò soá ñieän trôû ¾ Caùc loaïi ñieän trôû khaùc ¾ Caùch ño thöû kieåm tra
  4. Hình daïng & kyù hieäu Rx Rx
  5. Caáu taïo Boät than ñaát Voû boïc ngoaøi seùt Daây daãn Keo caùch ñieän Kim loaïi
  6. Các tham số cơ bản 9 Trò soá danh ñònh 9 Sai soá 9 Coâng suaát
  7. Maõ maøu
  8. Qui öôùc Maõ maøu
  9. Giaù trò chuaån cuûa R
  10. Caùc coâng thöùc cuûa R
  11. Ñieän trôû töông ñöông
  12. Coâng suaát theo kích thöôùc
  13. Hình daïng bieán trôû
  14. Ñaëc tính bieán trôû Giaù trò 100 % Tuyeán tính 50% Logarit 0 50% 100 Goùc % xoay
  15. Caùc loaïi ñieän trôû khaùc
  16. Ñieän trôû tích hôïp
  17. Chöông 2: Tuï ñieän ¾ Hình daïng, kyù hieäu vaø caáu taïo ¾ Ñaëc tính ñieän vaø caùc tham soá cô baûn cuûa tuï ñieän ¾ Xaùc ñònh trò soá tuï ñieän ¾ Caùc loaïi tuï ñieän ¾ Caùch ño thöû kieåm tra
  18. Caáu taïo
  19. Caáu taïo
  20. Hình daïng & kyù hieäu
  21. Các tham số cơ bản 9 Ñieän dung 9 Dung sai 9 Ñieän aùp laøm vieäc (WV – working voltage)
  22. Ñieän dung cuûa tuï hoùa Ñoái vôùi tuï coù cöïc (Tuï DC): Caùc cöïc ñöôïc ghi roõ daáu (+) hoaëc (–) Do kích thöôùc to neân giaù trò ñieän dung, ñieän aùp laøm vieäc WV ñöôïc ghi tröïc tieáp treân thaân tuï.
  23. Ñieän dung cuûa tuï goám (ceramic) Ñoái vôùi tuï khoâng coù cöïc (Tuï AC): Ñoïc theo ñôn vò laø pF: ƒKyù töï chæ dung sai cuûa tuï: G= ± 2% ; J = 5% ; K = 10% ; M = 20% ƒCoù giaù trò nhöng khoâng ghi ñôn vò keøm theo ƒGhi baèng 3 chöõ soá Cap Tolerance C = +/-.25pF K = +/-10% D = +/-.5pF M = +/-20% F = +/-1% Z = +80%/-20% Dielectric G = +/-2% Y5F J = +/-5% Dielectric Cap Value Y5P 102 = 1000pF Cap Value Voltage 103 = 0.01uF 1KV = 1000VDC Voltage 1KV = 1000VDC Example shown Example shown P/N: NCD103K1KVY5PTR P/N: NCD102K1KVY5F
  24. Temperature Coefficients (TC) Thay ñoåi cho pheùp toái ña Giôùi haïn nhieät thaáp Giôùi haïn nhieät cao töø +25°C ( 0 VDC ) X = -55°C 5 = +85°C F = ±7.5% Y = -30°C 6 = +105°C P = ±10% Z = +10°C 7 = +125°C R = ±15% 8 = +150°C (SPECIAL) S = ±22% T = +22% / -33% U = +22% / -56% V = +22% / -82% X7R = ±15% ∆C -55°C ~ + 125°C
  25. Ñieän dung cuûa tuï Tantal
  26. Ñieän dung cuûa tuï Tantal
  27. Ñieän dung cuûa tuï ñieän phaân (SMT) Surface mount technology (SMT) ƒ Cathode (-) & Anode (+) ghi roû ƒ Giaù trò (µF) ƒ WV (VDC)
  28. Giaù trò chuaån cuûa C Giaù trò chuaån cuûa caùc loaïi tuï thoâng duïng: 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2
  29. Caùc coâng thöùc cuûa C
  30. Caùc coâng thöùc cuûa C 5 8 -V + C I
  31. Caùc coâng thöùc cuûa C Vdc -VC(t) + I
  32. Tuï ñieän töông ñöông i + i C v1 1 – + + C C + C2 v2 1 2 – v1 v2 – – 1 m 1 = ∑ Cs k =1 Ck Cp = C1 + C2 C1C2 Cs = C1 + C2
  33. Hình daïng bieán tuï Bieán tuï Trim cap
  34. Chöông 3 : Cuoän caûm ¾ Hình daïng, kyù hieäu vaø caáu taïo ¾ Ñaëc tính ñieän vaø caùc tham soá cô baûn cuûa cuoän caûm ¾ Xaùc ñònh trò soá cuoän caûm ¾ Caùc loaïi cuoän caûm ¾ Caùch ño thöû kieåm tra
  35. Caáu taïo
  36. Caáu taïo
  37. Hình daïng & kyù hieäu
  38. Các tham số cơ bản 9 Ñieän caûm (heä soá töï caûm) 9 Toån hao cuoän caûm 9 Doøng ñònh möùc 9 Taàn soá ñònh möùc 1 H (Henry) = 103 mH (milihenry) 1 H = 106 µH (microhenry)
  39. Heäsoátöïcaûm • Air 1.257x10-6 H/m • Ferrite U M33 9.42x10-4 H/m • Nickel 7.54x10-4 H/m • Iron 6.28x10-3 H/m • Ferrite T38 1.26x10-2 H/m • Silicon GO steel 5.03x10-2 H/m • supermalloy 1.26 H/m
  40. Hieän töôïng hoå caûm e
  41. Caùc coâng thöùc cuûa L
  42. Caùc coâng thöùc cuûa L
  43. Cuoän caûm töông ñöông
  44. Hình daïng bieán aùp (bieán theá)
  45. Caáu taïo bieán aùp (Transformer)
  46. Kyù hieäu bieán aùp (bieán theá) 9V V 220 0V 9V Bieán theá ñieåm giöõa
  47. Heä thöùc bieán aùp (Transformer) ∆φ ∆φ Ñieän aùp: Sô caáp Ve==− N Thöù caáp Ve==− N 11 1∆t 22 2∆t a.Heä thöùc ñieän theá: do töø thoâng cuûa cuoän thöù caáp baèng cuoän sô caáp neân: VN11 = = n n : ñöôïc goïi laø tæ soá bieán aùp VN22 b. Heä thöùc veà doøng ñieän: Ta ñaõ bieát, loõi töø coù chieàu daøi trung bình laø l, cöôøng ñoä töø thoâng sinh ra trong loûi töø laø H thì töø aùp = n.I = H.l NI12 NI1. 1=⇒= NI 2. 2 NI21 c. Heä thöùc veà coâng suaát: Bieán aùp ñöôïc xem laø lyù töôûng khi coâng suaát P1 thu nhaän töø cuoän sô caáp hoaøn toaøn chuyeån sang cho cuoän cuoän thöù caáp P2 UI12 N 1 PUIP11.12===⇒== UI 2.2 UIN21 2 U1 U 2 d. Heä thöùc veà toång trôû: R1 = R2 = I1 I 2 2 RVINN11.21.11 N == = RVINNN22.12.22 
  48. Thieát keá bieán aùp nguoàn b 6a 6a a a S C 4a 8a
  49. Thieát keá bieán aùp nguoàn Böôùc 1: Xaùc ñònh coâng suaát cuûa maïch thöù caáp: (coâng suaát laáy ra taûi) P22121222222=VI +++ VI VInn Böôùc 2: Choïn hieäu xuaát vaø Xaùc ñònh coâng suaát cuûa maïch sô caáp P P =≈→2 (0,80,9)η 1 η Böôùc 3: Xaùc ñònh tieát dieän cuûa noøng daãn töø PP+ P = 12 0 2 SkPC = . 0 SbaC =→.(0,50,35) mm
  50. Thieát keá bieán aùp nguoàn Böôùc 4: Tính soá voøng vôùi ñieän aùp 1 V nn4,5.105 N0 ==−8 = VBSfBSRMS4, 4. . C . .10 . C từ cảm B = 7000 → 15000 Gauss Tính soá voøng cuoän thöù (nhieàu hôn 5% ñeán 10% cuoän sô) 4,5.105 NN=+(1 5%) = 1, 05 . 0' 0 B.SC Böôùc 5: Tính soá voøng ôû caùc cuoän NNV101= . NNV= . 210' 21 NNV= . 220' 22
  51. Thieát keá bieán aùp nguoàn Böôùc 6: Choïn côõ daây quaán loaïi daây coù traùng men: maät ñoä doøng J = 2,5 → 3A/mm2 , maët caét troøn tieát dieän = d2/4 I d =1,13 J dI= 0,72
  52. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÖÔNG 4: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ CHAÁT BAÙN DAÃN ( SEMI CONDUCTOR ) Ngöôøi ta chia caùc vaät lieäu ñieän ra laøm 3 nhoùm chính laø : chaát daãn ñieän, chaát caùch ñieän vaø chaát baùn daãn.
  53. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Ngöôøi ta baûo raèng, chaát baùn daãn (Semi – conductor) laø chaát coù ñieän trôû suaát trung bình giöõa chaát daãn ñieän (kim loaïi) vaø chaát caùch ñieän (ñieän moâi) - Chaát daãn ñieän coù ñieän trôû suaát ρ = 10-6 ÷ 10-4 Ωm. - Chaát baùn daãn coù ñieän trôû suaát ρ = 10-4 ÷ 10+4 Ωm - Chaát caùch ñieän coù ñieän trôû suaát ρ = 10+4 ÷ 10+10 Ωm
  54. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû W 2 1 Hình 4-1-1: Ñoà thò naêng löôïng cuûa chaát raén Mieàn (1) ñöôïc goïi laø mieàn hoaù trò hay mieàn ñaày: laø mieàn bò laáp hoaøn toaøn bôûi caùc e. Mieàn (2) mieàn daãn: laø mieàn naêng löôïng chöa bò caùc e chieám heát. ÔÛ giöõa laø mieàn caám: laø mieàn naêng löôïng khoâng coù caùc e chieám giöõ.
  55. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû W W W W 2 2 2 2 ΔW ΔW 5-10eV ΔW 0.2 - 0.5 eV 1 1 1 1 Hình 4-1-2: Ñoà thò naêng löôïng cuûa chaát daãn ñieän Chaát caùch ñieän Chaát baùn daãn
  56. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CÔ CHEÁ DAÃN ÑIEÄN CUÛA HAÏT DAÃN
  57. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHAÁT BAÙN DAÃN LOAÏI N (Negative) w 2 WF Wd 1
  58. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHAÁT BAÙN DAÃN LOAÏI P (Positive) w 21 Wa WF 1
  59. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû TIEÁP XUÙC P-N (CHUYEÅN TIEÁP P-N)
  60. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû TIEÁP XUÙC P-N KHI KHOÂNG COÙ ÑIEÄN TRÖÔØNG NGOAØI Etx
  61. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû TIEÁP XUÙC P-N KHI CO ÙÑIEÄN TRÖÔØNG NGOAØI
  62. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû TIEÁP XUÙC P-N KHI CoÙÙ ÑIEÄN TRÖÔØNG NGOAØI (PHAÂN CÖÏC THUAÄN) ?
  63. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû ÑAËC TUYEÁN V-A CUÛA MOÁI NOÁI P-N I(mA) Vuøng f.c thuaän VR max V O IOSAT =2μA γ V(V)U (V) Vuøng f.c nghòch Hình 4-1-10: Ñaëc tuyeán V-A cuûa moái noái P-N q U kT IPN− = Iosat ( e − 1)
  64. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû ÔÛ nhieät ñoä phoøng 250C hay 2980K, ngöôøi ta ñònh nghóa heä soá nhieät VT : KT 1,38.10-23 .298 V = = = 25mV T q 1,6. 10-19 Vaäy doøng qua lôùp tieáp xuùc P-N: U 25mV IPN− = Iosat ( e − 1)
  65. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Toùm laïi : Khi phaân cöïc nghòch lôùp tieáp xuùc P-N : Vuøng ngheøo môû roäng, doøng qua lôùp tieáp xuùc nhoû baèng doøng troâi cuûa haït thieåu soá : I = - Iosat (raát beù) Khi phaân cöïc thuaän lôùp tieáp xuùc P-N: Vuøng ngheøo heïp, doøng qua lôùp tieáp xuùc lôùn vaø taêng theo ñieän aùp, laø U/25mV doøng Ikt cuûa haït ña soá : IP-N = Iosat.e
  66. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû DIODE BAÙN DAÃN Thoâng thöôøng kyù hieäu diode thöôøng baét ñaàu : 1N, Hình daïng nhö hình veõ, thaân coù maøu ñen thì vaïch seõ coù maøu töông phaûn. Vaïch ngang treân diode duøng ñeå xaùc ñònh chaân Kathode (K) VD: 1N 4001 ; 1N 4007; 1N 5406 ; 1N 1206
  67. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû ÑAËC TUYEÁN VOLT – AMPRE CUÛA DIODE I D (mA) 70 60 Ge Si 50 40 30 Vuøng phaân 20 cöïc thuaän V BR max 10 20 10 0,2 0,5 1,0 1Aμ S 3μA Vuøng phaân vôùi Si: Vγ = 0,5 -> 0,7V cöïc ngöôïc Ge: Vγ = 0,2 -> 0,3V VD 25mV ID = Iosat ( e − 1)
  68. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû MAÏCH KHAÛO SAÙT ÑAËC TUYEÁN V – A CUÛA DIODE R1 R1 Vs + 2K2 Vs + 2K2 0 -> 15V 0 -> 15V D1 D1 Hình 4-2-4: Maïch khaûo saùt Diode khi phaân cöïc nghòch Khi phaân cöïc thuaän
  69. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NHIEÄT ÑOÄ LEÂN DIODE - Khi nhieät ñoä taêng , thì Vγ giaûm: ΔVγ = Kv ΔT O vôùi Kv = -2,5mV/0C (ñoái vôùi Ge) = -2mV/0C (ñoái vôùi Si) - Khi nhieät ñoä taêng , thì doøng baûo hoøa ngöôïc Iosat taêng K (T –25) Iosat = Iosat (R). e I 0 vôùi Iosat (R) : doøng ñieän ræ ôû nhieät ñoä phoøng 25 C 0 0 KI : heä soá nhieät = 0,07/ C (ñoái vôùi Ge) = 0,12/ C (ñoái vôùi Si) T : nhieät ñoä moâi tröôøng Iosat: doøng ræ ôû nhieät ñoä T
  70. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CAÙC THOÂNG SOÁ KYÕ THUAÄT CUÛA DIODE - Chaát baùn daãn cheá taïo ñeå coù VF (Vγ) . - IFmax : doøng ñieän thuaän toái ña - VBR max (hay VPIV : peak reverse voltge) : ñieän aùp ngöôïc toái ña - IRmax (Is) doøng ñieän nghòch toái ña.
  71. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Ví Duï : Maõ soá Chaát IFmax VRmax Is Coâng duïng 1N4001 Si 1A 50v 5μA Naén doøng 1N4002 Si 1A 100v 5μA Naén doøng 1N4004 Si 1A 400v 5μA Naén doøng 1N4007 Si 1A 1000v 5μA Naén doøng 1N5404 Si 3A 400v 5μA Naén doøng 1N5408 Si 3A 1000v 5μA Naén doøng
  72. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû HÌNH DAÏNG CUÛA MOÄT SOÁ DIODE 1A 1.5A 3A 5÷12A 50A 25÷30A 80÷400A 1000A 160÷650A Hình 4-2-5: Hình daïng moät soá diode
  73. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû ÑIEÄN TRÔÛ VAØ TUÏ CUÛA DIODE I D (mA) 1. Ñieän trôû tónh : RDC Q Taïi ñieåm hoaït ñoäng treân ñaëc tuyeán, 20mA ñieän trôû tónh cuûa diode ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Q’ 2mA 10V VD (V) VD RDC = (Ω) 2μA 0, 5V 0, 8V ID Q’’ Ví duï nhö hình veõ 4-2-6, Hình 4-2-6 ÔÛ ñieåm Q : RDC = 0.8V/ 20mA = 40 (Ω) Taïi Q’: RDC = 0.5/ 2mA = 250 Ω ( pcthuaän) Taïi Q”: RDC = -10/ -2μA = 5MΩ (pc nghòch) Nhaän xeùt : Khi phaân cöïc thuaän : ID taêng leân maïnh => RD nhoû Khi phaân cöïc nghòch : ID raát nhoû => RD lôùn => Ngöôøi ta lôïi duïng tính chaát naøy ñeå ño thöû diode baèng ñoàng hoà VOM.
  74. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CAÙCH ÑO THÖÛ – KIEÅM TRA DIODE: - Ñeå VOM ôû giai R x 100 : DIODE DIODE ÑEN ÑOÛ ÑOÛ ÑEN VOM VOM PHAÂN CÖÏC THUAÄN PHAÂN CÖÏC NGHÒCH Hình 4-2-7: Caùch ño thöû diode - Neáu Rt = Rng = 0Ω : Diode noái taét - Neáu Rt = Rng = ∞ Ω : Diode ñöùt
  75. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 2. Ñieän trôû ñoäng : rd rd = ΔVD / ΔID =dVD / dID ÔÛ nhieät ñoä phoøng (250C), ta coù KT/q = 25mV, neân rd = 25(mV)/ID(mA)
  76. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 3. Tuï cuûa moái noái p – n : a. Tuï cuûa diode khi phaân cöïc ngöôïc: Vôùi ε = ε x11,7 (Si) 0 ε = ε0 x 15,8 (Ge) S C = ε -12 p vaø ε0 =8,85 x10 F/m d S: tieát dieän cuûa moái noái P-N d: Ñoä roäng vuøng ngheøo b. Tuï cuûa diode khi phaân cöïc thuaän: dQ C = D dV : ñöôïc goïi laø tuï khueách taùn 15pF 10pF 5pF Phaân cöïc nghòch Phaân cöïc thuaän -25V -20V -15V -10V -5V O 0,25V 0,5V V D Hình 4-2-8: Ñaëc tuyeán cuûa tuï chuyeån tieáp CT vaø tuï khueách taùn CD cuûa moät diode Si
  77. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CAÙC LOAÏI DIODE BAÙN DAÃN 1. DIODE CHÆNH LÖU MOÂ HÌNH DIODE LYÙ TÖÔÛNG
  78. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû MOÂ HÌNH DIODE HEÄSOÁHAÈNG
  79. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÆNH LÖU BAÙN KYØ (Half ware rectifier) 220VAC N1:N2 -220/220V A K VL ~Vs ~Vi R B 50.0Hz Hình 4-2-9: Maïch chænh löu baùn kyø Vi Vim π 2π wt VL Vim - Vγ VDC = 0,318Vm wt 2Π 1 Π V= Vsinω td ω t= −cos ω t V =Vm =0.45V DC ∫ m 0 m hd 2Π 0 π
  80. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÆNH LÖU TOAØN KYØ (Full ware rectifier) A + VS D1 -9/9V A Vi vL D2 - V 50.0HzS V B i B Hình 4-2-9: Maïch chænh toaøn kyø duøng 2 diode VA Vim π 2π wt VB Vim π 2π wt VL Vim - Vγ VDC = 0,636Vm wt Vm VDC =2 = 0,636 Vm = 0.9VRMS π
  81. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÆNH LÖU TOAØN KYØ 4 DIODE V V =2 m = 0,636 V = 0.9V DC π m RMS +
  82. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû MAÏCH LOÏC D1 -9/9V N1:N2 VL D2 50.0Hz C R Hình 4-2-14: Maïch chænh löu duøng tuï loïc C VL A B Vr,pp Vm VDC t T1 T2 T/2 4 fRL C VDC = ( )Vm 1+ 4 fRL C 1 r = 4 3 fRL C
  83. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû MAÏCH NGUOÀN ÑÔN GIAÛN D1 AC 1 T1 D4 U2 -+ 1 3 BRIDGE VI VO +5V C3 AC 2 C1 C2 C4 GND D3 D2 2200/25V 104 LM7805 1000/16V 104 2 C5 C6 C7 C8 U3 2 2200/25V 104 1000/16V 104 1 GND 3 VI VO -5V LM7905 Maõ soá Ñieän aùp ra(v) Maõ soá Ñieän aùp ra(v) 7805 5 7905 -5 7808 8 7908 -8 7809 9 7909 -9 7812 12 7912 -12 7815 15 7915 -15 7824 24 7924 -24 Hình daïng 78xx: Chaân 1 : ngoõ vaøo 2 : Gnd 3 : ngoõ ra 79xx : Chaân 1 : Gnd 2 : ngoõ vaøo 3 : ngoõ ra 78xx
  84. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Ví duï 1: Cho maïch chænh löu toaøn soùng nhö hình veõ: D1 18:1 Vi V Vs = 220V LDC Vi D2 C R 0 a. Neáu RL = 10Ω, neáu C =1000μF vaø C =2000μF. Xaùc ñònh ñieän aùp ra VLDC ? b. Neáu C =1000μF, neáu RL = 10Ω vaø RL = 100Ω. Xaùc ñònh heä soá gôïn soùng r ?% c. Cho bieát khi taêng taûi RL vaø tuï loïc C thì ñoä gôïn soùng r vaø ñieän aùp ra VLDC thay ñoåi theá naøo?
  85. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû a. Maïch nhaân ñoâi baùn kyø: (Halfwave doubler) C1 D2 + - + Vp - Vi D1 C2 2Vp + - b. Maïch nhaân ñoâi toaøn kyø: D1 + + Vi + C1 Vp - - 2Vp + C2 Vp D2 - - c. Maïch nhaân ba ñieän aùp (Volttage Tripler): 3Vp Vp 2Vp - + - + C1 C3 Vi D1 D2 D3 C2 - + 2Vp d. Maïch nhaân boán ñieän aùp (Voltage Quardrupler): Vp 2Vp - + - + C1 C3 Vi D1 D2 D3 D4 C2 C4 - + - + 2Vp 2Vp 4Vp
  86. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 2. DIODE ZENER DIODE ZENER DIODE ZENER IZ (mA) 12 - 10 - 8 - Vz Δ 6 - 4 - Vz 2 - VZM Vzm Vγ Vz (v) IZm (IZK: khuyûu) A IZ Q ΔIz Ñieàu kieän ñeå Zener hoaït ñoäng oån aùp: IZmin ≤ IZ ≤ IZMAX B I ZM Ñaëc tuyeán V-A - ÔÛ traïng thaùi phaân cöïc thuaän: hoaït ñoäng gioáng diode chænh löu. - ÔÛ traïng thaùi phaân cöïc nghòch: V < Vz : I= Iosat = Iræ. V ≥ Vz : Iz taêng, nhöng VD =Vz
  87. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CAÙC THOÂNG SOÁ QUAN TAÂM KHI SÖÛ DUÏNG DIODE ZENER - Coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi PZM (PZM = Vz . IZM) - Ñieän aùp oån aùp Vz : Ví duï : Zener (1W, 5.6V) Ví duï: 2,4V; 3.3V; 3.6V; 3.9V; 4.7V; 5.1V; 5.6V; 6.2V; 6.8V; 7.5V; 8.2V; 9.1V; 10V; 11V; 12V; 13V; 14V,15V; 16V; 18V; 19V; 20V; 22V.
  88. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû MAÏCH OÅN AÙP DUØNG DIODE ZENER: Sau ñaây laø sô ñoà khoái cuûa maïch nguoàn DC: 220V Bieán theá V Chænh löu Loïc VDC OÅn aùp R AC (Haï aùp) i L D1 AC 1 D4 Vi Ri -+ BRIDGE VL AC 2 D3 D2 Vz RL Hình 1-15: Maïch nguoàn oån aùp duøng Diode Nhaän thaáy khi duøng caùc taûi vaø caùc tuï loïc khaùc nhau thì ñieän aùp ra ViDC chöa oån ñònh, ñoù ngöôøi ta phaûi gaén theâm diode Zener ñeå oån ñònh ñieän aùp ra treân taûi nhö hình veõ sau: I Ri Ri IL I V Z iDC Vz RL Maïch töông ñöông duøng Diode Zener Muïc ñích : Ñieän aùp cung caáp cho taûi phaûi oån ñònh (VL = VZ = haèng soá) duø taûi RL vaø ñieän aùp nguoàn ViDC thay ñoåi.
  89. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû
  90. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 3. DIODE SCHOTTKY DIODE SCHOTTKY Diode Schottky coù caùc ñaëc ñieåm sau: - Ñöôïc cheá taïo töø lôùp tieáp xuùc cuûa chaát baùn daãn (pha ít taïp chaát loaïi N (Si) vaø kim loaïi (Platinum). - Hoaït ñoäng nhö diode thöôøng nhöng ñieän aùp daãn nhoû (0.3V) neân thích hôïp cho caùc öùng duïng coù taàn soá cao vaø ñieän aùp thaáp. - Coù doøng ngöôïc lôùn hôn so vôùi diode thöôøng. - Chuyeån maïch toác ñoä cao. - Thöôøng ñöôïc duøng nhieàu trong kyõ thuaät xung vaø kyõ thuaät viba.
  91. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 4. DIODE BIEÁN DUNG DIODE VARACTOR Ñaây laø loaïi diode ñöôïc söû duïng nhö tuï ñieän. Noù hoaït ñoäng chuû yeáu S döïa treân ñieän dung kyù sinh cuûa lôùp tieáp xuùc P-N : Cd = ε . d - Khi phaân cöïc thuaän: haøng raøo ñieän theá giaûm, beà daøy lôùp caùch ñieän giaûm -> Cd taêng - Khi phaân cöïc nghòch: haøng raøo ñieän theá taêng, beà daøy lôùp caùch ñieän taêng -> Cd giaûm C D V O Vγ V R max D Hình 4-2-18: Ñaëc tuyeán V-A cuûa diode bieán dung
  92. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû DIODE PHAÙT QUANG (LED – Light Emitter Diode) LED
  93. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû
  94. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû DIODE GUNN GaAs Khi taùc ñoäng vaøo moät maãu tinh theå baùn daãn moät ñieän tröôøng maïnh thì trong tinh theå ñoù xuaát hieän caùc doøng dao ñoäng sieâu cao taàn. Hieäu öùng ñoù ñöôïc goïi laø hieäu öùng Gunn. Diode hoat ñoäng treân hieäu öùng naøy goïi laø Diode Gunn.
  95. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû
  96. Taøi lieäu giaûng daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû
  97. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT CHÖÔNG V: TRANSISTOR LÖÔÕNG CÖÏC (BJT – Bipolar Junction Transistor): Transistor löôõng cöïc, thöôøng goïi taét laø BJT. laø loaïi linh kieän baùn daãn ñöôïc taïo thaønh töø hai moái noái P-N vôùi ba cöïc tính coù khaû naêng khueách ñaïi tín hieäu, hoaëc hoaït ñoäng gioáng nhö moät khoùa ñoùng môû raát thoâng duïng trong ngaønh ñieän töû. Noù söû duïng caû hai loaïi haït daãn: ñieän töû vaø loã troáng, vì vaäy xeáp vaøo loaïi coù hai cöïc tính (löôõng cöïc). 1. Caáu taïo: Transistor laø linh kieän ñöôïc taïo thaønh bôûi 2 lôùp tieáp xuùc P-N gheùp lieân tieáp, mieàn giöõa coù beà roäng nhoû taïo 2 tieáp xuùc P-N gaàn nhau. Kyù hieäu: Hình daïng: Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 1
  98. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Neáu mieàn giöõa laø chaát baùn daãn loaïi P: ñgl Transistor NPN Neáu mieàn giöõa laø chaát baùn daãn loaïi N: ñgl Transistor PNP Transistor coù 3 chaân noái ra ngoaøi: • Cöïc E (Emitter): ñöôïc goïïi laø cöïc phaùt, ñöôïc pha ñaäm taïp chaát neân noàng ñoä haït daãn ña soá cuûa noù lôùn , do ñoù khaû naêng sinh doøng lôùn. • Cöïc C (Collector): ñöôïc goïïi laø cöïc thu, vuøng naøy cuõng ñöôïc pha ít taïp chaát (ít hôn vuøng E) ñeå coù ñoä daãn ñieän toát. • Cöïc B (Basec) : ñöôïc goïïi laø cöïc neàn, vuøng naøy ñöôïc pha raát ít taïp chaát (ít nhaát trong ba vuøng) , beà daày raát moûng (côõ 10-4cm), cöïc B duøng ñeå ñieàu khieån doøng haït taûi phaùt ra töø cöïc E. Do caáu taïo nhö treân, hình thaønh 2 chuyeån tieáp P-N raát gaàn nhau: Chuyeån tieáp giöõa mieàn phaùt – neàn ñgl chuyeån tieáp Emitter (JE ) Chuyeån tieáp giöõa mieàn thu – neàn ñgl chuyeån tieáp Collector (JC ) › Caáu taïo BJT toác ñoä cao (HBT: Heterojunction Bipolar Transistor) Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 2
  99. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Ví duï: BJT 2N3904 2. Nguyeân taéc hoaït ñoäng vaø khaû naêng khueách ñaïi cuûa BJT: Xeùt nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa BJT loaïi NPN laøm ví duï. Khi chöa phaân cöïc: Maïch thí nghieäm nhö hình veõ: Cöïc E noái vaøo cöïc aâm , cöïc C noái vaøo cöïc döông cuûa nguoàn DC, cöïc B ñeå hôû. Tröôøng hôïp naøy ñieän töû trong vuøng baùn daãn N cuûa cöïc C vaø E , do taùc duïng cuûa löïc tónh ñieän seõ bò di chuyeån theo höôùng töø cöïc E veà cöïc C . Do cöïc B ñeå hôû neân ñieän töû töø vuøng baùn daãn N cuûa cöïc E seõ khoâng theå sang vuøng baùn daãn P cuûa cöïc neàn B, neân khoâng coù hieän töôïng taùi hôïp giöõa ñieän töû vaø loã troáng vaø do ñoù khoâng coù doøng ñieän qua Transistor Nhö vaäy khi chöa ñaët ñieän aùp leân caùc cöïc cuûa Transistor thì caùc chuyeån tieáp JE , JC ôû traïng thaùi caân baèng neân khoâng coù doøng qua caùc cöïc cuûa Transistor. Khi phaân cöïc: Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 3
  100. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Muoán Transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä khueách ñaïi thì: - Moái noái BE (neàn phaùt) : phaân cöïc thuaän - Moái noái BC (neàn thu) : phaân cöïc nghòch. Hay noái cöïc B vaøo moät ñieän theá döông sao cho : VC > VB > VE . Söï daãn ñieän cuûa Transistor ñöôïc giaûi thích nhö sau: e : di chuyeån töø E -> B : Taïo doøng IEn Do moái noái BE ñuôïc phaân cöïc thuaän: Loã : di chuyeån töø B -> E : Taïo doøng IEp nhöng löôïng taïp chaát ôû E >> B (B pha raát ít), neân IEn >> IEp, do ñoù doøng Emitter ñöôïc tính IE = IEn + IEp = IEn Caùc ñieän töû naøy sang ñeán B, do vuøng neàn B moûng, noàng ñoä loã troáng ít, neân chæ coù moät soá raát ít ñieän töû taùi hôïp vôùi loã troáng cuûa vuøng neàn. Phaàn lôùn ñieän töû chöa kòp taùi hôïp tieáp tuïc khueách taùn sang vuøng C. Maø cöïc C noái vôùi cöïc (+) nguoàn VCC , neân noù huùt caùc ñieän töû naøy ôû vuøng B sang, taïo thaønh doøng cöïc thu collector (IC). Ñoàng thôøi loã troáng töø cöïc (+) cuûa nguoàn VEE di chuyeån vaøo vuøng B theá choã loã troáng ñaõ maát ñi do söï taùi hôïp, taïo thaønh doøng cöïc neàn ( IB). Chính vì caùc ñieän töû vaø loã troáng ñeàu tham gia vaøo quùa trình daãn ñieän neân linh kieän naøy ñöôïc goïi laø Transistor löôõng cöïc. Ngoaøi doøng IC noùi treân, qua tieáp xuùc JC coøn coù doøng ñieän tích do caùc haït taûi thieåu soá cuûa baûn thaân 2 cöïc B vaø C (e ôû vuøng B vaø loã ôû vuøng C), ñöôïc goïi laø doøng ñieän ngöôïc ICBO, noù chính laø doøng Collector khi E hôû maïch. Trò soá cuûa noù taêng nhanh theo nhieät ñoä, vì khi nhieät ñoä taêng lieân keát ñoàng hoùa trò bò beõ gaõy, doøng ICBO taêng daãn ñeán doøng IC taêng. Hieän töôïng xaûy ra daây chuyeàn gaây hieäu öùng huûy thaùc laøm hö Transistor. Do ñoù ñeå baûo veä transistor khi nhieät ñoä taêng, ngöôøi ta giôùi haïn doøng ICBO baèng caùch phaân cöïc oån ñònh nhieät cho noù. Vôùi vieäc phaân tích doøng nhö treân ta thaáy: IE = Ic + IB (1) Soá ñieän töû ñeán ñöôïc cöïc C I Ñaët α = C = : ñgl heä soá truyeàn ñaït doøng phaùt I E Soá ñieän töû phaùt ñi töø cöïc E IC = α. IE (2) Theá (1) vaøo (2), ta ñöôïc IC = α (IB + IC) Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 4
  101. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT α => I = I C 1 −α B α Ñaët β = :ñgl heä soá khueách ñaïi doøng Transistor 1 − α (β: thöôøng coù giaù trò töø vaøi chuïc -> vaøi traêm) Vaäy : IC = βIB IE = (β + 1) IB Ta noùi Transistor coù chöùc naêng khueách ñaïi doøng moät chieàu. α thöôøng coù giaù trò : 0,97 > 1 neân ta coù theå xem: IC ≈ IE = β.IB Töông töï cho khi xeùt nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa BJT loaïi PNP. chæ khaùc laø ñeå JE phaân cöïc thuaän. JC phaân cöïc nghòch. Cöïc tính cuûa caùc nguoàn moät chieàu ñoåi ngöôïc laïi. Chieàu cuûa doøng ñieän cuõng thay ñoåi. Taïo neân doøng collector trong tröôøng hôïp naøy laø caùc loã troáng phun töø mieàn P+ qua mieàn N vaø khueách taùn ñeán mieàn collector loaïi P. 3. Ba sô ñoà cô baûn cuûa BJT: Nhö ñaõ bieát, BJT coù 3 cöïc: emitter, base, collector. Tuøy theo vieäc choïn ñieän cöïc naøo laøm nhaùnh chung cho maïch vaøo vaø maïch ra maø coù 03 sô ñoà cô baûn sau: Maïch base chung (neàn chung - vieát taét laø CB): Tín hieäu caàn khueách ñaïi ñöa vaøo giöõa cöïc B vaø cöïc E, tín hieäu sau khi ñaõ khueách ñaïi laáy ra giöõa cöïc C vaø cöïc B. Cöïc B laø cöïc chung cuûa maïch vaøo vaø maïch ra. Nhö vaäy doøng ñieän vaøo laø doøng Emitter (IE), doøng ñieän ra laø doøng collector, ñieän aùp vaøo laø VEB, coøn ñieän aùp ra laø VCB. Neáu khoâng veõ maïch phaân cöïc (taïo ñieän aùp moät chieàu cho caùc chuyeån tieáp JE , JC ) thì sô ñoà base chung coù daïng ñôn giaûn hoùa nhö sau: Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 5
  102. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Maïch Emitter chung (phaùt chung - vieát taét laø CE): Töông töï nhö treân, cöïc E laø cöïc chung cuûa maïch vaøo vaø maïch ra. Nhö vaäy doøng ñieän vaøo laø doøng Base (IB), doøng ñieän ra laø doøng collector, ñieän aùp vaøo laø VEB, coøn ñieän aùp ra laø VEC. Maïch Emitter chung (phaùt chung - vieát taét laø CE): Töông töï nhö treân, cöïc C laø cöïc chung cuûa maïch vaøo vaø maïch ra. ÔÛ maïch naøy tín hieäu caàn khueách ñaïi ñöa vaøo giöõa cöïc B vaø C, tín hieäu sau khi ñaõ ñöôïc khueách ñaïi laáy ra giöõa cöïc E vaø C. Nhö vaäy doøng ñieän vaøo laø doøng Base (IB), doøng ñieän ra laø doøng Emitter, ñieän aùp vaøo laø VCB, coøn ñieän aùp ra laø VEC. Do ñaëc ñieåm cuûa noù, ñieän aùp ra ñoàng pha vaø xaáp xæ ñieän aùp vaøo, ñieän trôû vaøo raát lôùn, ñieän trôû ra raát nhoû neân maïch C.C coøn ñöôïc goïi laø maïch phaùt theo ñieän aùp (voltage follower) hay phaùt theo emitter (follower Emitter). 4. Ñaëc tuyeán Voltage Ampere cuûa BJT: Ñoà thò dieãn taû caùc moái töông quan giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp treân BJT ñöôïc goïi laø ñaëc tuyeán Voltage – Ampere (hay ñaëc tuyeán tónh). Ngöôøi ta phaân bieät thaønh 4 loaïi ñaëc tuyeán: Ñaëc tuyeán vaøo : neâu quan heä giöõa doøng vaø aùp ôû ngoõ vaøo. Ñaëc tuyeán ra : neâu quan heä giöõa doøng vaø aùp ôû ngoõ ra. Ñaët tuyeán tryeàn ñaït doøng ñieän: neâu söï phuï thuoäc cuûa doøng ra theo doøng vaøo. Ñaëc tuyeán hoài tieáp ñieän aùp: neâu söï bieán ñoåi cuûa ñieän aùp giöõa hai ngoõ vaøo khi ñieän aùp ôû ngoõ ra thay ñoåi. Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 6
  103. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Trong caùc kieåu raùp cô baûn treân thì loaïi CE ñöôïc duøng phoå bieán vaø nhieàu nhaát, do ñoù ta chuû yeáu khaûo saùt ñaëc tuyeán cuûa loaïi maïch naøy. Sau ñaây chæ trình baøy 3 loaïi ñaëc tuyeán thöôøng ñöôïc söû duïng trong kieåu sô ñoà cô baûn treân. a. Ñaëc tuyeán ngoõ vaøo: IB = f (VBE ) VCE =const Maïch cho ta ñaëc tuyeán vôùi IB laø thoâng soá vaø VBE laø bieán. Thöïc chaát ñaây vaãn laø nhaùnh thuaän cuûa ñaëc tuyeán diode. ÔÛ moãi ñieän theá VBE thì doøng ñieän IB seõ coù trò soá khaùc nhau ví duï nhö sau : VBE ≈ 0,25V ; IB ≈ 10µA VBE ≈ 0,5V ; IB ≈ 50µA VBE ≈ 0,6V ; IB ≈ 80µA VBE ≈ 0,7V ; IB ≈ 100µA Rc Rb Vcc A Q1 Ib NPN Vbb V Vbe Ñaëc tuyeán treân ñöôïc veõ öùng vôùi ñieän theá VCE = 2V , khi ñieän theá VCE > 2V thì ñaëc tuyeán thay ñoåi khoâng ñaùng keå, theå hieän ñieän theá ngoõ ra VCE ít aûnh höôûng ñeán doøng vaøo. b. Ñaëc tuyeán ngoõ ra: IC = f (VCE ) IB =const Laàn löôït ñaët IB = 0µA, moãi laàn taêng 10µA. Thay ñoåi VCE , ño IC . Moãi thoâng soá IB cho moät ñaëc tuyeán chæ roõ söï thay ñoåi cuûa IC theo VCE. Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 7
  104. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT c. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän: IC = f (IB ) VCE =const Moät caùch lyù thuyeát, ñoä doác cuûa ñaëc tuyeán naøy chính laø heä soá khueách ñaïi cuøa doøng ñieän β. Trong phaïm vi doøng ñieän lôùn, giaù trò β giaõm, cho neân ñaïc tuyeán khoâng coøn tuyeán tính nöõa. Ngoaøi ra khi khaûo saùt ñaëc tuyeán truyeàn ñaït doøng ñieän ngöôøi ta coøn quan taâm ñeán moái lieân heä giöõa doøng ñieän ngoõ ra vaø heä soá khueách ñaïi hFE (hay β) khi nhieät ñoä laø haèng soá coá ñònh. Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 8
  105. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT 5. Tham soá xoay chieàu vaø maïch töông ñöông BJT: a. Tham soá xoay chieàu: Treân thöïc teá, khi BJT laøm vieäc vôùi tín hieäu nhoû, coù nghóa laø treân cô sôûcaùc ñieän aùp moät chieàu phaân cöïc cho hai chuyeån tieáp JE, JC nay coù theâm ñieän aùp xoay chieàu bieân ñoä nhoû ñöa ñeán ngoõ vaøo ñeå BJT khueách ñaïi thaønh tín hieäu xoay chieàu ñaùng keå treân ngoõ ra. Trong traïng thaùi ñoù (goïi laø traïng thaùi ñoäng cuûa tín hieäu nhoû), moät caùch gaàn ñuùng coù theå coi BJT nhö moät phaàn töû tuyeán tính, töùc laø phaàn töû maø quan heä giöõa doøng vaø ñieän aùp treân noù theå hieän baèng nhöõng haøm baäc nhaát. Ñieàu naøy laø hoaøn toaøn cho pheùp bôûi vì nhö thaáy roû töø caùc ñoà thò ôû phaàn treân trong phaïm vi heïp cuûa ñieän aùp hoaëc doøng ñieän, ñaëc tuyeán Voltage – Ampere cuûa BJT coi nhö nhöõng ñoaïn thaúng vôùi ñoä doác khoâng ñoåi. Vôùi quan nieäm nhö treân, coù theå thay thay theá BJT ôû traïng thaùi tín hieäu nhoû baèng moät maïng hai cöûa boán cöïc tuyeán tính nhö sau: ÔÛ ñaây, moät caùch toång quaùt, kyù hieäu ñieän aùp vaø doøng ñieän ôû ngoõ vaøo laø V1, I1 , ôû ngoõ ra laø V2, I2 vôùi chieàu quy öôùc nhö hình veõ. Sau naøy khi aùp duïng cho sôû ñoà cuï theå (C.B , C.E, C.C ) thì caùc ñaïi löôïng keå treân seõ laø nhöõng ñieän aùp hay doøng ñieän treân caùc cöïc töông öùng cuûa transistor, ñoàng thôøi tuøy theo loaïi BJT maø chuùng coù daáu (hoaêïc chieàu) thích hôïp. Coù nhieàu tham soá ñaëc tröng cho BJT: heä tham soá z, y, h. Sau ñaây chæ trình baøy loaïi thoâng duïng nhaát: heä tham soá “h”. V1 = f1 (I1, V2) I2 = f2 (I1, V2) AÙp duïng caùch tính vi phaân toaøn phaàn cuûa haøm 2 bieán, ta coù : ∂V1 ∂V1 dV1 = d I1 + dV2 ∂I Í ∂V2 ∂I 2 ∂I 2 d I2 = d I1 + dV2 ∂I Í ∂V2 ∂V1 ∂V1 Ñaët = h11 ; = h12 ∂I Í ∂V2 ∂I 2 ∂I 2 = h21 ; = h22 ∂I Í ∂V2 Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 9
  106. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT Ñoàng thôøi söï bieán thieân cuûa doøng vaø aùp laø beù (do tín hieäu beù) neân ta thay kyù hieäu vi phaân cuûa chuùng baèng chính söï bieán thieân cuûa chuùng, nghóa laø thay : dIi = ii ; dVi = vi ; dIO = iO ; dVO= vO Töø heä phöông trình cô baûn duøng tham soá h, ta ruùt ra yù nghóa cuûa töøng tham soá: h11 (hoaëc hi ) laø ñieän trôû vaøo cuûa BJT khi ñieän aùp xoay chieàu ôû ngoõ ra bò ngaén maïch. h12 (hoaëc hr ) laø heä soá truyeàn ngöôïc veà ñieän aùp (heä soá hoài tieáp aùp) cuûa BJT khi hôû maïch ngoõ vaøo ñoái vôùi tín hieäu xoay chieàu. h21 (hoaëc hf ) laø heä soá khueáh ñaïi doøng ñieän cuûa BJT khi ngoõ ra bò ngaén maïch ñoái vôùi tín hieäu xoay chieàu. Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 10
  107. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT h22 (hoaëc ho ) laø ñieän daãn ra ( daãn naïp ra) cuûa BJT khi doøng xoay chieàu ôû ngoõ vaøo bò hôû maïch. Nhö vaäy, tính naêng cuûa BJT coù theå hieåu qua giaù trò caùc tham soá h cuûa chuùng. Veà maët ñôn vò ño hi coù thöù nguyeân hi coù thöù nguyeân laø ñieän trôû (Ω), hr, hf : khoâng coù thöù nguyeân, ho : coù thöù nguyeân ñieän daãn ( , siement). Sau naøy khi aùp duïng cho töøng sô ñoà cuï theå, tuøy theo BJT maéc kieãu naøo (C.E, C.B, C.C) maø caùc tham soá coù theâm chæ soá töông öùng. b. Maïch töông ñöông cuûa BJT: Döïa vaøo heä phöông trình cô baûn treân, ta veõ ñöôïc maïch töông ñöông duøng tham soá h cuûa BJT. Trong maïch vaøo, ngoaøi ñieän trôû vaøo (hi) coøn coù nguoàn ñieän aùp hoái tieáp hrvo (raát beù neân boû qua) maéc noái tieáp. Noù theå hieän aûnh höôûng cuûa ngoõ ra ñoái vôùi ngoõ vaøo. ÔÛ maïch ra, nguoàn doøng ñieän (hf.ii) phaûn aùnh khaû naêng khueách ñaïi doøng ñieän cuûa BJT. Ñieän daãn ra 1/hob raát beù maéc song song vôùi taûi (raát lôùn neân boû qua). BCIb Ic Maïch töông ñöông BJT hie 1/hoe gheùp kieåu E.C hfe.ib E E Ie Ic C hib 1/hob Maïch töông ñöông BJT hfb.ie gheùp kieåu B.C B B hie Ib Ie E Maïch töông ñöông BJT 1/hoe gheùp kieåu C.C hfe.ib C Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 11
  108. Linh kieän ñieän töû Chöông 5: BJT ÔÛ ñaây caùc thoâng soá ñöôïc xaùc ñònh bôûi: hfe= β 0,025.h fe hie = I CQ hie hib = h fe +1 Toùm laïi, khi laøm vieäc ôû cheá ñoä tín hieäu nhoû, coù theå thay theá BJT baèng sô ñoà töông ñöông thoâng soá h. Vieäc thay theá nhö vaäy giuùp cho söï phaân tích vaø tính toaùn caùc ñaïi löôïng ñöôïc ñôn giaûn vaø tieän lôïi. Ta seõ öùng duïng caùc sô ñoà töông ñöông naøy keát hôïp vôùi nguoàn tín hieäu ôû ngoõ vaøo, ñieän trôû taûi ôû ngoõ ra, cuøng caùc ñieän trôû phaân cöïc ñeå khaûo saùt caùc tham soá cô baûn cuûa taàng khueách ñaïi duøng BJT ôû chöông sau. Cuõng caàn löu yù raèng nhöõng sô ñoà töông ñöông treân ñaây chöa keå ñeán ñieän dung cuûa caùc chuyeån tieáp P-N, cuõng nhö quan heä phuï thuoäc taàn soá cuûa caùc tham soá α, β, Vì vaäy chuùng chæ duøng cho BJT laøm vieäc ôû taàn soá thaáp hoaëc trung bình. Khi laøm vieäc ôû taàn soá cao maïch töông ñöông cuûa BJT seõ phöùc taïp hôn. c. Caùc tham soá giôùi haïn cuûa BJT: Ngoaøi caùc tham soá ñaëc tröng cho cheá ñoä laøm vieäc cuûa BJT ôû treân, khi söû duïng ñeå traùnh hö hoûng ta caàn chuù yù caùc tham soá giôùi haïn sau: Doøng cöïc ñaïi cho pheùp: IEmax, IBmax, ICmax Ñieän aùp cöïc ñaïi cho pheùp: VCBmax, VCEmax, VBEmax PC max Coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi cho pheùp: I C max = VCE Taàn soá giôùi haïn: fT d. Baûng so saùnh caùc thoâng soá theo caùc caùch maéc: Giaûng vieân: Tröông Ngoïc Baûo 12
  109. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET CHÖÔNG VI: TRANSISTOR TRÖÔØNG (FET – Field Effect Transistor): BJT ( Trans löôngõ cöïc, löôõng haït) söû dunï g caû 2 loaïi hatï daãn ña soá vaø thieuå soá, ñieuà khieån bangè dongø , coù toång soá trô û ngo õ vaoø raát nhoû (» 2kW) neân coù tieáng oàn thöônø g lônù vaø baát lôïi ô û caùc maïch khueách ñaïi dunø g nguonà tín hieuä coù tonå g trôû ra lôùn. Xuaát hienä FET ( hay coøn goïi laø transistor tröôøng önù g) laø linh kienä hoaït ñonä g döïa treân söï ñieuà khienå ñoä danã ñieän cuûa phiená baùn danã baèng ñieän tröôøng ngoaøi, chæ dunø g 1 loaïi haït daãn (haït ña soá) do ño ù thuoäc loaïi ñôn cöïc tính (unipolar). Caùc öu ñieåm cuûa FET: Co ù tonå g trôû ngoõ vaøo lôùn (»100M) Co ù ño ä onà thaáp (ivaøo »0), thích hôpï caùc taàng khueách ñaïi tín hieuä nhoû. Fet oån ñònh hôn BJT. Co ù kích thöôùc nho û hôn BJT neân kha û nangê thích hôpï cao hôn => Ngayø caøng ñöôïc söû dunï g roäng raõi. Transistor tröônø g goàm 2 nhoùm: Loaïi noái ( JFET: Junction Fet); Loaïi coù cöûa caùch ñienä MOSFET ( Metal- Oxide-Semiconductor field effect transistor). Khi noùi FET yù chæ loaïi JFET. 1. JFET: a. Caáu taïo JFET: Loaïi FET noái goàm 1 thoûi Si loaïi N hay P coù 2 vunø g baùn danã khaùc loaïi ñaët ôû 2 beân taïo thanø h 1 thoâng loä hay keânh (Channel) va ø hình thaønh lôùp tieáp xucù P-N . S: Soure (cöcï nguoàn) D: Drain (cöïc thoaùt) G: Gate (cöïc cöûa ) vu øng khieám khuyeát D Kyù hieäu ////(Drain) Thoâng loä G D (Gate) / p p / FET N G N //// S S JFEN kenhâ (S Nou (rdace)nã = ñ.töû) JFET keânh N 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  110. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET D ////(Drain) Thoâng D G loä (Gate) / / FET P N N G P //// S S (Source) JFET keânh P JFEN kenhâ P (daãn = lo ã trong)á 2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  111. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET b. Ñaëc tuyeán kyõ thuaät cuûa JFET: Xeùt JFET keânh N, vôùi cacù nguonà phanâ cöïc nhö hình veõ I D + D //// RD G p p / / + VDD RG N //// - VGS S 0 Nguyeân lyù hoaït ñoäng: xeùt JFET kenâ h N. Nguonà VDD thoâng qua ñieän trô û RD ñaët ñieän aùp VDS leân giöaõ cöïc maùng vaø cöïc nguoàn, gaây ra doøng chuyenå ñonä g cuûa caùc ñieän töû ( chính laø haït taûi ña so á cuûa thoûi banù daãn N) qua kenâ h danã , taoï thaønh doøng ñieän maùng ID. Maët khaùc , nguonà VG taoï ñienä apù giöõa cöïc cöûa va ø cöïc nguoàn. Xeùt caùc gia ù trò cuûa VGS Neáu VGS = 0 : ID = IDSS (ñgl donø g baoû hoøa) G = (+) , nenâ ñaåy loã trongá Neáu VGS > 0 : S = (-), neân ñayå e hay: laøm cho lôùp tieáp xuùc P-N phaân cöïc thuanä ð Vuøng ngheoø giaõm taêng rongä thoâng loä, nenâ ID taêng. Tuy nhienâ tröôøng hôïp naøy thöônø g laøm hoûng FET neân khoâng söû duïng. G = (-) , neân huùt lo ã troáng Neáu VGS < 0 : S = (+), nenâ huùt e hay: laøm cho lôùp tieáp xuùc P-N (hình thanhø giöõa cöïc cöûa va ø kenhâ danã ) bò phaân cöïc nghòch. ð Vuøng ngheoø tanê g, thu heïp thonâ g loä, nenâ ID giaûm. Conø doøng giöõa cöïc G vaø S chæ la ø doøng ngöôïc cuûa lôpù tieáp xuùc P-N thöôøng raát nho û ð IG » 0 , chính vì theá FET coù tonå g trô û ngoõ vaøo lôùn. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït: ID = f (VGS): Xeùt macï h nhö hình veõ: 3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  112. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET I (mA) D FET N I 12 DSS 1 RD RG - VGS VDD VDS = ~ const 0 - VP = - 4V VGS (V) · · 0 VP : ñgl ñieän theá ngheõn. Thay ñoåi VGS , ño ID. Lapä baûng keát qua û ta coù: VGS(v) -5 -4 -2 -1,2 0 ID (mA) 0 0 3 6 12 · VGS < 0 maïnh: phanâ cöïc nghòch quaù lônù ® vunø g khieám khuyeát giao nhau ® laøm nghenõ keânh Þ ID= 0 · VGS = 0 dongø ID= IDSS : doøng baoû hoøa. Vaäy IDSS : laø donø g ID luùc VGS = 0 VGS = VP thì ID= 0 Coâng thöùc Shockley: laø coâng thöùc xaây döïng ñaëc tuyeán truyenà ñaït, noù cho phepù tính ID khi coù VP, IDSS vaø bieát VGS : VGS 2 ID = IDSS (1- ) Vp Baây giô ø neáu ngoaøi ñieän apù phanâ cöïc VGS coøn coù theâm tín hieuä xoay chieuà VS ñaët vaøo giöõa cöïc G vaø S thì tuyø giaù trò vaø daáu cuaû VS maø tình tranï g phaân cöïc nghòch cuûa chuyenå tiepá P- N seõ thay ñoiå ® vungø khiemá khuyeát cuõng thay ñoåi vaø ID cunõ g thay ñoåi. Neáu VS taêng giaûm theo hình sin thì ID seõ taêng giaûm theo hình sin. Doøng ID taïo treân RD moät ñieän aùp biená thieân cuøng daïng VS nhöng bieân ño ä lôùn hôn ♦ FET khueách ñaïi tín hieäu. Co OUT Ci FET N Rs RD RG RC - VGS VDD Vs 0 4 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  113. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET Nguyenâ lyù hoaït ñoäng cuûa FET kenâ h P cunõ g töông töï, chæ khaùc laø cacù nguoàn VGS vaø VDS coù cöïc tính ngöôïc laïi . Ñaëc tuyeán ngoõ ra cuûa Fet: I D = f (VDS ) VGS =const c. Caùc thoâng soá ñaëc tröng cuûa FET: Ñieän trôû vi phaân ngoõ ra ( ñienä trô û keânh daãn) DVDS rd = VGS = const : la ø giaù trò nghòch ñaoû cuûa ño ä doác ngo õ ra. DID Ñieän trô û ñoäng cuûa Fet ñöôïc tính treân ño à thò: DV 7v rd = DS = = 14kW DID 0,5mA Hieän nay co ù nhieuà Fet coù rd ñaït tö ø 100kW trô û leân. Ñieän trôû vi phaân ngoõ vaøo ( hay ñienä trô û vaøo) DVGS ri = VDS = const DI G Ngoõ vaoø JFET laø chuyenå tiepá P-N phaân cöïc nghòch, donø g IG thöônø g raát be ù (0,1m A) Þ ri thöôøng raát lônù (10® 100M ôû 250 C) Ñieän dung lieân cöïc: CGS ,CDS vaø CGD Ñaây laø caùc ñienä dung ky ù sinh, hình thaønh giöõa caùc ñieän cöcï vôùi nhau (5® 10pF). Ô Û taàng so á thapá caùc thongâ soá ñieän dung naøy co ù theå boû qua . 5 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  114. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET Hoã daãn ( hay ñoä doác ñaëc tuyená truyenà ñaït) DID gm = VDS = const DVGS Trò soá gm phaûn anhù möùc ño ä aûnh höôûng cuûa ñieän aùp ñieuà khieån VGS ñeán dongø maùng ID. JFET thöôngø co ù gm = (7 ® 10 mA/V). 2. MOSFET: (hoaëc IGFET : Transistor tröôøng coù cöïc cöûa caùch ly) a. Caáu taïo MOSFET keânh coù saün : SiO2 G Ky ù hieäu S D ////// //////////////// ////// N N N MOSFET keânh co ù sanü loaïi P Neàn P SUB K eânh daãn loaiï N MOSFET keânh coù sanü loaïi N MOSFET kenhâ coù sanü loaïi N Töø phieán baùn daãn Si loaïi P ngöôøi ta taïo ra trenâ beà maët 1 lôùp loaiï N dunø g lamø kenâ h daãn. Ô Û 2 ñaàu khuyeách taùn 2 mienà N+ duøng laøm cöïc nguonà ( S ) vaø cöïc maùng (D) Treân matë phiená Si ñöôcï phuû maøng SiO2 baûo veä. Phía treân maøng naøy, ñoái dienä keânh daãn, gaén 1 baêng kim loaïi duøng laøm cöïc cöûa. Thongâ qua cöûa so å khoeùt xuyeân maøng SiO2 ô û vungø thích hôïp, ngöôøi ta phun kim loaïi taïo tieáp xuùc tuyená tính vôùi 2 vungø N+ duøng laøm ñaàu daãn ra cho cöïc S va ø cöïc D. à Hình thaønh MOSFET keânh coù saün loaïi N. Nguyeân lyù hoaït ñoäng :Xeùt hoaït ñongä cuûa MOSFET keânh N trong maïch ñienä : + + G S D /// /// // ////////////// ////// N N N Neàn P Döôùi taùc duïng cuûa ñ.aùp VDS (do nguonà VDD taïo ra) qua kenâ h danã va ø cöïc maùng coù donø g ID ñöôïc taïo ra bôûi haït danã ña soá cuûa kenâ h. Neuá coù theâm ñ.apù VGS : Neáu VGS = 0 : ID = IDSS (ñgl donø g baoû hoøa) Neáu VGS > 0 : G = (+) , neân huùt e thieåu soá ô û nenà P lenâ keânh daãn 6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  115. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET ð Keânh daãn rongä ra, nenâ ID taêng cao hôn IDSS , ñgl che á ño ä giauø (enhancement) Tuy nhienâ tröôøng hôïp naøy thöônø g laøm hoûng FET neân khoâng söû duïng. Neáu VGS 0 : cöïc G mang ñieän tích (+) seõ huùt caùc ñieän töû thieuå soá ôû vunø g P lenâ phía giöõa cuûa 2 vunø g N+ Khi löïc huùt ñuû lôùn thì soá löôïng ñienä töû tangê lenâ ñuû noái lienà 2 vuøng N+ vaø luùc naøy taoï thanø h kenhâ lienâ tuïc. Khi ño ù donø g ñieän ñi töø Dà S. Ñienä theá cuûa cöïc cho G taêng thì donø g ID caøng lôùn . Vaø ñienä apù VGS khi coù doøng ID ñgl ñieän the á theàm Vg (Vg thöôøng = 1V) 7 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  116. Linh kieän ñieän töû Chöông 6: FET Nhaän xeùt chung veà JFET vaø MOSFET: Ø JFET vaø MOSFET hoaït ñonä g döïa treân söï ñieuà khieån keânh danã bôûi ñienä tröôøng ( ñienä tröôngø nayø do ñienä apù treân hai ngoõ vaøo sinh ra, conø doøng ñienä vaøo luonâ luonâ xaáp xæ banè g khoâng. Do ñaëc ñieåm nayø , ngöôøi ta xepá transistor tröôøng vaøo loaïi linh kienä ñieàu khienå baèng ñieän aùp. Trong khi BJT ñieuà khieån bangè dongø ñienä . Ø Doøng ñienä maùng ID taoï nenâ bôûi chæ moät loaïi haït daãn, do ñoù transistor tröôøng ñöôïc xepá vaoø loaïi ñôn cöïc. Do khonâ g coù vai troø haït thieåu soá, khongâ coù quaù trình sanû sinh vaø taùi hôïp cuûa hai loaïi haït daãn cho neân tham soá cuûa FET ít chòu aûnh höônû g cuûa nhieät ñoä. Taïp amâ noâi bo ä be ù hôn ôû BJT Ø Ngoõ vaoø cuûa FET coù ñieän trôû raát lônù , doøng ñienä vaoø gaàn nhö banè g khoâng nenâ maïch haàu nhö khoâng tieuâ thuï naêng löôïng. Ñieàu nayø ñaëc bieät thích hôïp cho vieäc khueách ñaïi caùc nguonà tín hieuä yeáu, hoaëc nguonà coù noäi trô û lônù . Ø Vai troø cuûa nguoàn va ø cöïc maùng coù theå thay ñoåi cho nhau maø tham so á cuûa FET thay ñoåi khoâng ñaùng keå. Ø Kích thöôùc cuûa caùc cöïc S, G, D coù theå giaõm xuongá raát beù ( döïa treân conâ g ngheä MOS), thu nhoû kích thöôùc moät caùch ñaùng keå vaø nhôø ñoù FET thöônø g raát thonâ g duïng trong caùc vi maïch coù maät ñoä tích hôpï cao. Ø Cungõ nhö BJT, FET coù theå maéc theo 3 sô ño à cô baûn: o Maïch nguoàn chung (S.C) o Maïch maùng chung (D.C) o Maïch cöûa chung (G.C) 8 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  117. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  118. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  119. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  120. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  121. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  122. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  123. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  124. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  125. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  126. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  127. D D G G S S MOSFET keânh giaùn ñoaïn loaïi P MOSFET keânh giaùn ñoaïn loaïi N PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  128. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  129. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  130. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  131. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÖÔNG 8 : CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN QUANG I. TOÅNG QUAN: Caùc linh kieïân baùn daãn quang chia thaønh caùc loaïi sau: - Linh kieän baùn daãn quang – ñieän : laø nhöõng linh kieän bieán ñoåi tín hieäu aùnh saùng thaønh tín hieäu ñieän. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa linh kieän baùn daãn quang ñieän döïa treân cô sôû cuûa hieäu öùng quang daãn (quang trôû) vaø hieäu öùng quang aùp (diode quang, trans quang, teá baøo quang ñieän) - Linh kieän baùn daãn ñieän – quang : laø nhöõng linh kieän bieán ñoåi naêng löôïng ñieän thaønh aùnh saùng. Ví duï : Led phaùt quang, lazer baùn daãn - Keát hôïp cuûa 2 loaïi hieäu öùng treân ta coù boä ngaãu hôïp quang ñieän. II. LINH KIEÄN BAÙN DAÃN QUANG – ÑIEÄN : 1. Hieäu öùng quang daãn vaø quang trôû : - Hieäu öùng quang daãn : laø söï thay ñoåi ñoä daãn suaát cuûa chaát baùn daãn khi chieáu leân noù moät chuøm tia saùng ôû moät nhieät ñoä nhaát ñònh. - Quang trôû : laø linh kieän coù giaù trò ñieän trôû thay ñoåi tuøy thuoäc vaøo cheá ñoä aùnh saùng chieáu leân noù. Kyù hieäu, caáu taïo vaø hình daïng cuûa quang trôû nhö hình 8-1 Chaát baùn daãn Cöïc Kim loaïi Chaát caùch ñieän Hình 8-1a: Kyù hieäu Hình 8-1b: Caáu taïo Hình 8-1c: Hình daïng Caáu taïo quang trôû : ñeå cheá taïo quang trôû ngöôøi ta duøng chaát caùch ñieän daøy, roài raõi (trong chaân khoâng) moät lôùp baùn daãn nhaïy saùng moûng (coù ñoä daãn suaát thay ñoåi roõ reät khi coù aùnh saùng chieáu vaøo). Hai ñaàu maï kim loaïi ñeå haøn ñieän cöïc daãn ra ngoaøi . Toaøn boä phieán baùn daãn ñöôïc boïc trong voû kim loaïi hoaëc chaát deûo, coù cöû a soå trong suoát ñeå aùnh saùng coù theå chieáu vaøo phieán baùn daãn. Trang 4-1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  132. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 2. Hieäu öùng quang aùp vaø diode quang : a. Hieäu öùng quang aùp : laø hieän töôïng xuaát hieän theá ñieïân ñoäng treân hai cöïc cuûa moái noái P– N khi coù aùnh saùng chieáu vaøo. b. Diode quang : Maët nhaän aùnh saùng Kyù hieäu vaø hình daïng nhö hình veõ PHOTO-DIODE Hình 8-2: Kyù hieäu vaø hình daïng diode quang Diode quang coù caáu taïo gioáng diode thöôøng, nhöng voû boïc caùch ñieän coù caáu truùc sao cho aùnh saùng deã daøng chieáu tröïc tieáp leân beà maët phieán baùn daãn. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi phaân cöïc nghòch diode quang coù doøng ñieän ngöôïc Iosat raát beù ñi qua. Nhöng khi coù taùc duïng cuûa aùnh saùng coù böôùc soùng phuø hôïp chieáu vaøo, thì seõ coù theâm doøng ñieän saùng Io (taïo ra bôûi caùc haït daãn nhôø naêng löôïng photon) chaïy cuøng chieàu vôùi doøng ñieän ngöôïc. Doøng ñieän naøy bieán ñoåi tæ leä vôùi cöôøng ñoä aùnh saùng. Döïa vaøo caùc chuyeån tieáp P –N khaùc nhau : chuyeån tieáp PN coù noäi tröôøng vaø taïo ra diode quang coù noäi tröôøng ; chuyeån tieáp PIN taïo ra diode PIN; chuyeån tieáp tieáp xuùc kim loaïi – baùn daãn taïo ra diode quang Schottky. c. Teá baøo quang ñieän (pin maët trôøi): Kyù hieäu nhö hình veõ PHOTO CELL Khi moái noái PN ñöôïc chieáu saùng thì coù khaû naêng xuaát hieän moät suaát ñieän ñoäng VF treân hai cöïc cuûa noù. Ngöôøi ta söû duïng hieäu öùng naøy ñeå bieán ñoåi naêng löôïng aùnh saùng thaønh naêng löôïng ñieän, cung caáp cho caùc thieát bò ñieän. Linh kieän naøy ñöôïc goïi laø teá baøo quang ñieän (pin quang ñieän) Khi cheá taïo nhieàu teá baøo quang ñieän côõ lôùn gheùp vôùi nhau treân dieän tích roäng ñeå tieáp nhaän aùnh saùng maët trôøi hieäu quaû, cung caáp suaát ñieän ñoäng quang coù khaû naêng caáp doøng cho taûi lôùn thì linh kieän naøy ñöôïc goïi laø pin maët trôøi. Trang 4-2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  133. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû d. Transistor quang : Kyù hieäu nhö hình veõ Trans quang coù caáu taïo 3 mieàn PNP hoaëc NPN nhö caùc BJT thöôøng trong ñoù cöïc beàn B hôû. PHOTO NPN - Hình daïng beân ngoaøi khaùc BJT thoâng thöôøng ôû choã treân voû coù cöûa soå trong suoát cho aùnh saùng chieáu qua. Aùnh saùng qua cöû a soå naøy chieáu leân cöïc B trong BJT. - Nguyeân lyù hoaït ñoäng : Ngöôøi ta thay ñoåi cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo cöïc ñeå ñieàu khieån doøng collector cuûa BJT - Khi söû duïng Transistor quang ñöôïc maéc töông töï nhö BJT maéc CE. Ñaëc tuyeán ra töông töï nhöng chæ khaùc ôû ñaây quang thoâng khoâng ñoùng vai troø thoâng soá ñieàu khieån (thay vì doøng IB). III. LINH KIEÄN BAÙN DAÃN ÑIEÄN - QUANG : Chaát baùn daãn hôïp chaát GaAs laø vaät lieäu chuû yeáu cheá taïo caùc duïng cuï linh kieän baùn daãn phaùt quang. 1. Diode phaùt quang LED (Light emitting diode): Kyù hieäu: LED Diode phaùt quang ñöôïc laøm töø GaAs phaùt ra aùnh saùng hoàng ngoaïi. Ñeå maét thöôøng coù theå nhìn thaáy ñöôïc, ngöôøi ta phaûi cho aùnh saùng hoàng ngoaïi d0 diode phaùt ra ñaäp vaøo chaát phaùt quang. Neáu theâm vaøo GaAs photpho (P) ñeå taïo ra chaát baùn daãn. Ba thaønh phaàn GaAs thì coù theå phaùt ra aùnh saùng nhìn thaáy (ñoû hoaëc vaøng). Hieän nay coøn moät soá nhöõng baùn daãn hôïp chaát khaùc cuõng ñöôïc duøng ñeå cheá taïo caùc diode phaùt quang. Ví duï : GaP, tuøy loaïi taïp chaát pha vaøo chaát baùn daãn naøy maø diode phaùt ra aùnh saùng maøu xanh hoaëc ñoû. Nguyeân lyù hoaït ñoäng : Khi led ñöôïc phaân cöïc thuaän seõ coù doøng ñi qua laøm led phaùt saùng vôùi Vγ ñoû = 1,4 ñeán 1,8 V Vγ vaøng = 2 ñeán 2,5 V Trang 4-3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  134. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Vγ xanh laù = 2 ñeán 2,8 V Iled = 5 ñeán 20mA LED 7 ñoaïn : Diode phaùt quang khoâng phaûi chæ ñöôïc cheá taïo rieâng leû töøng chieác maø thöôøng coøn ñöôïc cheá taïo thaønh töøng boä gheùp coù theå taïo thaønh chöõ, soá hoaëc daáu hieän khaùc. Hình thöôùc gheùp ñôn giaûn laø boä hieån thò soá, ñöôïc goïi laø Led 7 ñoaïn. Coù hai loaïi Anode chung vaø Catode chung. Caùc soá töø 0 → 9 ñeàu coù theå hieån thò ñöôïc baèng caùch cho doøng qua caùc led thích hôïp. Doøng thuaän laø 20 mA, ñieän theá thuaän = 1,2 V cho moãi led. Tuy nhieân noù coù nhöôïc ñieåm khaù lôùn laø doøng thieâu tuï lôùn. Vì theá ñeå khaéc phuïc ngöôøi ta duøng boä hieån thò tinh theå loûng. 3. Boä hieån thò tinh theå loûng : - Tinh theå loûng bình thöôøng caùc phaàn töû ñöôïc ñònh höôùng moät caùch ngaãu nhieân. Nhöng caùc phaàn töû ñöôïc ñònh höôùng theo moät maãu tinh theå nhaát ñònh . Khi ñaët moät ñieän tröôøng vaøo tinh theå loûng thì nhöõng phaân töû coù daïng elip seõ saép xeáp theo chieàu vuoâng goùc vôùi ñieän tröôøng nhö hình veõ (a). - Khi coù doøng ñieän chaûy qua tinh theå naøy, caùc haït daãn ñieän ñaäp vaøo caùc phaân töû treân, taïo ra söï saép xeáp trong tinh theå loûng nhö hình (b). - Khi chieáu aùnh saùng vaøo tinh theå loûng nhöng chöa coù doøng chaûy qua, aùnh saùng seõ ñi qua tinh theå laøm maét ta khoâng theå nhìn thaáy ñöôïc gì. Nhöng khi coù doøng ñi qua tinh theå, aùnh saùng seõ bò taùn xaï treân caùc phaân töû cuûa tinh theå loûng (goïi laø taùn xaï doøng) laøm cho phaân töû tinh theå loûng coù doøng ñi qua aùnh saùng choùi leân. - Vaät lieäu laøm tinh theå loûng hieän nay chuû yeáu laø caùc hôïp chaát höõu cô coù tính quang hoïc cuûa moät vaät raén khi vaãn coøn ñang ôû theå dung dòch. - Ñeå bieán caùc vaät lieäu tinh theå loûng thaønh caùc duïng cuï hieånt hò thöôøng ngöôøi ta keïp vaät lieäu tinh theå loûng vaøo giöõa hai kim loaïi trong suoát duøng laøm ñieän cöïc . · Neáu hai ñieän cöïc ñeàu laø trong suoát thì ñöôïc goïi laø kieåu phaùt xaï. · Neáu moät ñieän cöïc trong suoát, ñieän cöïc kia phuû moät lôùp phaûn xaï thì ñöôïc goïi laø kieåu phaûn xaï. Trang 4-4 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  135. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Nguyeân lyù laøm vieäc : - Khi chöa laøm vieäc, aùnh saùng truyeàn qua tinh theå loûng phaùt xaï theo ñöôøng thaúng → khoâng phaùt saùng. - Khi laøm vieäc aùnh saùng truyeàn qua tinh theå loûng bò taùn xaï theo moïi höôùng → do ñoù phaùt saùng.(4a) - Ñoái vôùi kieåu phaûn xaï : khi chöa laøm vieäc do nguoàn saùng ñeå phía tröôùc aùnh saùng seõ phaûn xaï treân beà maët tinh theå nhö quy luaät phaûn xaï bình thöôøng. Khi laøm vieäc, aùnh saùng chieáu vaøo seõ bò taùn xaï treân caùc phaàn töû cuûa tinh theå neân laøm tinh theå saùng choùi leân, ngay caû ôû ñieàu kieän aùnh saùng beân ngoaøi coù cöôøng ñoä töông ñoái maïnh cuõng coù theå phaân bieät ñöôïc. Vaäy : Baûn thaân tinh theå loûng khoâng phaùt ra aùnh saùng maø noù chæ truyeàn hoaëc phaûn xaï aùnh saùng töø nguoàn saùng beân ngoaøi, vì vaäy noù chæ caàn moät naêng löôïng cung caáp raát nhoû ñuû ñeå laøm xuaát hieän hieäu öùng taùn xaï treân tinh theå. Töông töï led, tinh theå loûng thöôøng ñöôïc gheùp vôùi nhau ñeå taïo thaønh caùc boä hieån thò soá, chöõ hoaëc daáu. Phoå bieán nhaát noù thöôøng ñöôïc gheùp thaønh boä baûy ñoaïn ñeå hieån thò caùc soá töø 0→ 9. Ví duï : Boä hieån thò tinh theå loûng gheùp kieåu 7 ñoaïn TA 8054 nguoàn cung caáp cöïc ñaïi 30V , doøng hoaït ñoäng 125 µA, neáu so vôùi led cuøng loaïi hieån thò caàn khoaûng 500mA IV. BOÄ NGAÃU HÔÏP QUANG ÑIEÄN (OPTRON, OPTOCOUPLER) Boä ngaãu hôïp quang ñieän goàm moät diode phaùt quang vaø moät transistor quang ñöôïc gheùp chung trong cuøng moät voû. Moâi tröôøng heïp xen keõ giöõa 2 linh kieän naøy laø moâi tröôøng truyeàn aùnh saùng. Nguyeân lyù hoaït ñoäng : Khi coù doøng chaïy qua diode phaùt quang phaùt saùng. Aùnh saùng naøy truyeàn qua moâi tröôøng taùc duïng leân cöïc B cuûa transistor quang laøm transistor daãn : doøng collector thay ñoåi theo söï taêng giaûm cuûa cöôøng ñoä aùnh saùng. Ñaëc ñieåm cuûa optron laø hoaøn toaøn caùch ly giöõa ñaàu vaøo vaø ra neân noù hoaøn toaøn caùch ly veà phöông dieän ñieän, neân khoâng coù söï noái tieáp doøng vaø aùp giöõa vaøo vaø ra. Trang 4-5 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  136. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Trang 4-6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  137. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÖÔNG 7 : CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN KHAÙC I. THYRISTOR (SCR) : 1- Caáu taïo: - Thyristor coøn ñöôïc vieát taéc laø SCR (Silicon Controlled Rectifier: boä naén ñieän ñöôïc ñieàu khieån baèng chaát Silicum). - SCR goàm boán lôùp chaát baùn daãn P – N ngheùp noái tieáp vôùi nhau vaø ñöôïc noái ra ba chaân nhö hình 7.1. + A: anot (döông cöïc) + K: Cathod (aâm cöïc) + G: gate (cöïc cöûa) Kyù hieäu: A G SCR Hình 7.1: caáu taïo SCR K 2- Nguyeân lyù hoaït ñoäng: - Ñeå phaân tích nguyeân lyù vaän chuyeån cuûa SCR, ngöôøi ta coù theå xem SCR gioáng nhö hai Transistor goàm moät NPN vaø moät PNP gheùp laïi theo kieåu cöïc C cuûa NPN noái vôùi cöïc B cuûa PNP vaø ngöôïc laïi cöïc C cuûa PNP noái vôùi NPN. - Xeùt maïch thí nghieäm (hình 7.2) Maïch ñieän (hình 7.2b) laø maïch thí nghieäm ñöôïc veõ theo kieåu xem SCR nhö hai Transistor, goïi T1 laø Transistor NPN vaø T2 laø Transistor loaïi PNP. (Hình 7.2a) (Hình 7.2b) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  138. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Tröôøng hôïp cöïc G ñeå hôû hay cöïc G = 0V. V Khi cöïc G coù VG = 0 coù nghóa laø Transistor T1 khoâng coù phaân cöïc ôû cöïc B neân T1 ngöng daãn. Khi T1 ngöng daãn, IB1 = 0, IC1 = 0 neân IB2 = 0 vaø T2 cuõng ngöng daãn. Nhöng vaäy tröôøng hôïp naøy SCR khoâng daãn ñieän ñöôïc, doøng ñieän qua SCR laø IA = 0 vaø VAK = VC. Tuy nhieân taêng ñieän theá nguoàn VCC leân ñeán möùc ñuû lôùn laøm VAK taêng theo ñeán ñieän theá ngöôõng VBO (Breakover) thì ñieän theá VAK giaûm xuoáng gioáng nhö Diode vaø doøng ñieän IA taêng nhanh. Luùc naøy SCR chuyeån sang traïng thaùi daãn ñieän. Doøng ñieän öùng vôùi luùc ñieän theá VAK bò giaûm nhanh goïi laø doøng ñieän duy trì IH (holding). Sau ñoù,ñaëc tính gioáng nhö moät Diode naén ñieän V Tröôøng hôïp cöïc G coù VGK lôùn hôn 0 . Khi ñoùng coâng taéc ñeå caáp nguoàn VDC ñöôïc giaûm theá qua RG cho cöïc G thì SCR deã chuyeån sang traïng thaùi daãn ñieän. Luùc naøy Transistor ñöôïc phaân cöïc ôû cöïc B neân doøng ñieän IG vaøo cöïc coång chính laø IB1 laøm T1 daãn cho ra IC1, doøng ñieän IC1 chính laø doøng ñieän IB2 neân luùc ñoù T2 cuõng daãn ñieän vaø cho ra doøng ñieän IC2 cung caáp ngöôïc laïi cho T1 vaø IC2 = IB1 . Nhôø ñoù maø SCR seõ töï duy trì traïng thaùi daãn vaø khoâng caàn coù doøng IG lieân tuïc. Ta coù: IC1 = IB2 vaø IC2 = IB1 Hình 7.3: Ñaëc tuyeán V-A cuûa SCR Theo nguyeân lyù naøy doøng ñieän qua hai Transistor seõ ñöôïc khueách ñaïi lôùn daàn vaø hai Transistor seõ chaïy ôû traïng thaùi baûo hoaø, khi coù ñieän theá VAK giaûm raát nhoû (» 0.7V) vaø doøng ñieän qua SCR laø: VCC -VAK VCC I A = » RL RL PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  139. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Qua thöïc nghieäm cho thaáy khi doøng ñieän IG caøng lôùn thì ñieän theá ngöôõng VBO caøng thaáp töùc laø SCR deã daãn ñieän . (Hình 7.3) laø ñaëc tính cuûa SCR vôùi ba tröøông hôïp IG = 0 vaø IG > IG1 > 0 Tröôøng hôïp phaân cöïc ngöôïc SCR. Phaân cöïc ngöôïc SCR laø noái cöïc A vaøo cöïc aâm vaø cöïc K vaøo cöïc döông cuûa nguoàn VCC , tröôøng hôïp naøy gioáng nhö moät Diode ñöôïc phaân cöïc nghòch , SCR seõ khoâng daãn ñieän maø chæ coù doøng ñieän ræ raát nhoû ñi qua. Khi ñieän theá ngöôïc leân ñuû lôùn thì SCR seõ bò ñaùnh thuûng vaø doøng ñieän qua theo chieàu ngöôïc laïi . Ñieän theá ngöôïc ñuû ñaùnh thuûng SCR laø VBR . Thoâng thöôøng trò soá VBR vaø VBO baèng nhau vaø ngöôïc daáu . Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa SCR: Khi söû duïng SCR phaûi bieát caùc thoâng soá kyõ thuaät qua troïng ñeå traùnh laøm hoûng SCR do duøng sai choã hoaëc sai ñieän aùp giôùi haïn cho pheùp. - Doøng ñieän thuaän cöïc ñaïi: Ñaây chính laø doøng ñieän lôùn nhaát qua SCR maø SCR coù theå chòu ñöïng ñöôïc neáu trò soá naøy thì V SCR seõ bò hö . Khi SCR ñaõ daãn ñieän thì VAK = 0.7 neân doøng ñieän thuaän qua SCR ñöôïc tính theo coâng thöùc: VCC - 0.7V I A = RL - Ñieän theá ngöôïc cöïc ñaïi: Ñaây laø ñieän theá ngöôïc lôùn nhaát coù theå ñaët vaøo giöõa A vaø K maø SCR chöa bò ñaùnh thuûng neáu vöôïc qua trò soá naøy thì SCR seõ bò ñaùnh thuûng ñieän theá ngöôïc cöïc ñaïi SCR thöôøng laø 100V ¸ 1000V. - Doøng ñieän kích cöïc G cöïc tieåu: IGmin Ñeå SCR coù theå daãn ñieän trong tröôøng hôïp ñieän theá VAK thaáp thì phaûi coù doøng ñieän kích cho cöïc G cuûa SCR . Duøng IG min töø moät mA ñeán vaøi chuïc mA . - Thôøi gian môû SCR. Laø thôøi caàn thieát hay laø ñoä roäng xung kích ñeå SCR coù theå chuyeån töø traïng thaùi traïng thaùi ngöng sang traïng thaùi daãn . Thôøi gian môû vaøi mS. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  140. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû - Thôøi gian taét. Theo nguyeân lyù SCR seõ töï duy trì traïng thaùi daãn ñieän sau khi ñöôïc kích . Muoán SCR ñang ôû traïng daãn chuyeån sang traïng thaùi ngöng thì phaûi cho IG = 0 vaø ñieän theá VAK = 0 . Ñeå SCR coù theå taét thì thôøi gian cho VAK phaûi ñuû daøi , neáu khoâng khi VAK taêng cao laïi ngay thì SCR seõ daãn trôû laïi, thôøi gian taét cuûa SCR khoaûng vaøi chuïc mS. II. DIAC – TRIAC : 1- Diac : Diac ñöôïc vieát taéc bôûi Diode Ac semiconductor switch (Coâng taéc baùn daãn xoay chieàu hai cöïc). Caáu taïo: Diac caáu taïo goàm ba lôùp baùn daãn khaùc loaïi ngheùp noái tieáp vôùi nhau nhö moät Transistor nhöng chæ ra coù hai chaân neân ñöôïc xem nhö moät Transistor khoâng coù cöïc neàn .Hai cöïc hai ñaàu ñöôïc goïi laø T1 vaø T2 vaø do tính chaát ñoái xöùng cuûa Diac neân khoâng caàn phaân bieät T1 vaø T2 . Hình 7.4a Caáu taïo DIAC Kyù hieäu DIAC * Nguyeân lyù: - Xeùt maïch thí nghieäm (hình 7.4a) nguoàn VCC coù theå chænh ñöôïc töø thaáp leân cao khi VCC coù trò soá thaáp thì doøng ñieän qua Diac chæ laø doøng ñieän ræ coù trò soá raát nhoû . Khi taêng ñieän theá VCC leân moät giaù trò ñuû lôùn thì ñieän theá treân Diac bò giaûm xuoáng vaø doøng ñieän taêng leân nhanh. Ñieän theá naøy ñöôï goïi laø ñieän theá ngöôõng (Breakover) vaø doøng ñieän qua Diac ôû ñieåm VBO laø doøng ñieän ngöôõng IBO . V V Ñieän theá VBO cuûa Diac coù giaù trò trong khoaûng 20 ñeán 40 . Doøng ñieän IBO coù giaù trò töø vaøi chuïc ñeán vaøi traêm mA. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  141. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Hình 7.5 : Ñaëc tuyeán V-A cuûa DIAC Hình 7.5 cho thaáy ñaëc tính cuûa Diac, ñaëc tính naøy hôi gioáng ñaëc tính cuûa Diode Zener ngheùp noái tieáp nhöng ngöôïc chieàu nhau nhö hình 7.6. Khi coù ñieän theá ñaëc vaøo hai chaân T1 – T2 cuûa Diode Zener Z1 – Z2 thì seõ phaân cuïc thuaän V moät Diode Zener cho ñieän theá VD » 0.7 vaø phaân cuïc ngöôïc Diode Zener taïo ra hieäu öùng Zener cho ra ñieän theá VZ. Nhö vaäy ñieän theá VBO cuûa Z1 – Z2 chính laø: VBO = VD + VZ Khi ñoåi chieàu doøng ñieän ngöôïc laïi thì vaãn coù moät Zener phaân cöïc nghòch neân cuõng coù ñieän theá VBO theo coâng thöùc treân. Neáu kheùo choïn ñieän theá VZ cuûa Zener ta coù theå taïo ra ñöôïc nhieàu linh kieän coù ñaëc tính töông ñöông Diac voùi nhieàu caáp ñieän theá VBO khaùc nhau. Hình 7.6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  142. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 2-Triac: Triac ñöôïc vieát taét bôûi Triod AC semiconductor switch (Coâng taéc baùn daãn xoay chieàu ba cöïc). Veà caáu taïo Triac caùc lôùp baùn daãn P, N gheùp noái tieáp nhau nhö vaø ñöôcï noái ra ba chaân , hai chaân ñaàu cuoái ñöôïc goïi laø T1 – T2 vaø moät chaân laø cöûa G . Triac coù theå ñöôïc xem nhö laø hai SCR gheùp song song vaø ngöôïc chieàu nhau sao cho coù chung cöïc cuûa G. Töø caáu taïo vaø kyù hieäu Triac ñöôïc xem nhö hai SCR maéc song song vaø ngöôïc chieàu nhau . (Hình 7.7) Nguyeân lyù: Theo caáu taïo moät Triac ñöôïc xem nhö hai SCR maéc song song vaø ngöôïc chieàu neân khi khaûo saùt ñaëc tính cuûa Triac ngöôøi ta khaûo saùt nhö thí nghieäm treân hai SCR. + Khi cöïc T2 coù ñieän theá döông vaø cuïc G kích xung döông thì Triac daãn ñieän theo chieàu töø T2 qua T1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  143. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Hình 7.8 + Khi cöïc T2 coù ñieän theá aâm vaø cuïc G ñöôïc kích xung aâm thì Triac daãn ñieän theo chieàu töø T1 qua T2 . + Khi Triac ñöôïc duøng trong maïch ñieän xoay chieàu coâng nghieäp thì nguoàn coù baùn kyø döông, cöïc G caàn ñöôïc kích xung döông; khi nguoàn coù baùn kyø aâm, cöïc G caàn ñöôïc kích xung aâm . Triac cho doøng ñieän qua ñöôïc caû hai chieàu vaø khi ñaõ daãn thì ñieän theá treân hai cöïc T1 vaø T2 raát nhoû neân ñöôïc coi nhö coâng taéc baùn daãn duøng trong maïch ñieän xoay chieàu Ñaëc tính: Triac coù ñaëc tính Volt Ampere goàm hai phaàn ñoái xöùng nhau qua ñieåm O, hai phaàn naøy gioáng nhö hai ñaëc tuyeán cuûa hai SCR maéc ngöôïc chieàu nhau. Hình 7.9: Ñaëc tuyeán V-A cuûa TRIAC PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  144. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Caùc caùch kích Triac: Theo phaàn nguyeân lyù cuûa Triac thì Triac caàn ñöôïc kích xung döông khi cuïc T2 coù ñieän theá döông vaø caàn ñöôïc kích xung aâm khi cuïc T2 coù ñieän theá aâm . Thöïc ra Triac coù theå kích baèng boán caùch nhö trong hình 7.10 trong ñoù caùch thöù nhaát vaù caùch thöù hai ñöôïc goïi laø caùch kích thuaän vì ñuùng theo nguyeân lyù vaø chæ caàn doøng ñieän kích coù trò soá nhoû hôn caùch thöù ba vaø thöù tö. Hình 7.10 : Caùc caùch kích TRIAC PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  145. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû CHÖÔNG 9 : VI MAÏCH TÍCH HÔÏP (IC : Integrated- Circuit) I. ÑÒNH NGHÓA: Vi maïch laø maïch ñieän goàm nhieàu linh kieän Transistor, diode, ñieän trôû ñöôïc tích hôïp treân moät moät mieáng tinh theå coù kích thöôùc raát nhoû, caùc linh kieän naøy lieân keát vôùi nhau thöïc hieän moät soá chöùc naêng ñaõ ñònh vaø ñöôïc boïc beân ngoøai baèng voû plastic hoaëc kim loïai, neân noù coøn ñöôïc goïi laø maïch ñieän tích hôïp hay IC (Integrated- Circuit,). Ñieàu ñaëc bieät nhaát ñoái vôùi IC laø kích thöôùc moät IC vi xöû lyù MC 6800 chöùa 68.000 transistor vaø moät soá linh kieän khaùc taäp trung treân moät beà maët 1/4inch x1/4 inch töùc 40mm2. Öu ñieåm cuûa coâng ngheä cheá taïo naøy laø taïo ra caùc IC coù ñoä tin caäy cao, kích thöôùc nhoû, chöùa nhieàu phaàn töû , giaù thaønh haï, tieâu thuï coâng suaát ít. II. PHAÂN LOAÏI: Coù nhieàu caùch phaân loaïi. 1. Theo tính chaát cuûa döõ lieäu ñöôïc xöû lyù bôûi IC : Ngöôøi ta chia laøm 2 loaïi: a. Vi maïch töông töï (Analog IC), coøn goïi laø vi maïch tuyeán tính (linear IC): Duøng ñeå xöû lyù caùc döõ lieäu lieân tuïc (analog). thöôøng coù kyù hieäu baèng chöõ A vaø theâm kyù hieäu cuûa haõng saûn xuaát. Ví duï: - TA : IC Analog cuûa haõng TOSHIBA - AN : IC Analog cuûa haõng NATIONAL - HA: IC Analog cuûa haõng HITACHI. Tín hieäu analog: laø loïai tín hieäu ñieän trong moät chu kyø toàn taïi ôû voâ soá ñieåm ñieän theá khaùc nhau, maø ñaëc tröng cho tín hieäu naøy laø tín hieäu hình sin,,, b. Vi maïch soá (Digital IC) Duøng ñeå xöû lyù caùc döõ lieäu rôøi raïc, giaùn ñoaïn (khoâng lieân tuïc) hay coøn goïi tín hieäu soá. Tín hieäu soá: laø tín hieäu trong moät chu kyø chæ toàn taïi ôû 2 möùc ñieän theá thaáp vaø cao : - Möùc thaáp (L: Low) töông öùng vôùi traïng thaùi “0” töùc khoâng coù ñieän. Trang 9-1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  146. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû - Möùc cao (H: High) töông öùng vôùi traïng thaùi “1” töùc coù ñieän. Vi maïch soá thöôøng coù 2 hoï laø TTL vaø CMOS: - Hoï TTL (Transistor-Transistor-Logic): laø coâng ngheä cheá taïo trong nhöõng thaäp nieân 70-80 vôùi coâng ngheä beân trong chuû yeáu duøng BJT, nguoàn cung caáp thöôøng laø 5V. - Hoï CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): Laáy MOSFET laøm phaàn töû cô baûn. Nguoàn cung caáp khoûang 3-15V. CMOS coù coâng suaát tieâu thuï thaáp hôn TTL haøng traêm laàn. Coâng ngheä cheá taïo ñôn giaûn hôn, neân ngaøy caøng phaùt trieån maïnh. Thaät ra vôùi kyõ thuaät cheá taïo hieän nay, IC coù theå thöïc hieän ñaày ñuû 2 chöùc naêng a, b ôû treân. 2. Theo coâng ngheä cheá taïo : Ngöôøi ta phaân loaïi vi maïch nhö sau : · Vi maïch baùn daãn coøn goïi laø vi maïch ñôn khoái (monolithic IC) : caùc phaàn töû tích cöïc hay thuï ñoäng ñöôïc cheá taïo treân moät tinh theå baùn daãn maø thöôøng laø Si (loaïi P hoaëc N) vaät lieäu naøy duøng laøm ñeá, treân ñoù tích hôïp caùc phaàn töû khaùc nhau. · Vi maïch maøng moûng : ñeá laøm baèng ceramic hoaëc thuûy tinh caùch ñieän. Taát caû caùc phaàn töû muoán tích hôïp ñeàu thöïc hieän theo phöông phaùp boác hôi trong chaân khoâng ñeå taïo söï laéng ñoïng vaät chaát treân ñeá. Öu ñieåm lôùn nhaát cuûa loaïi IC maøng moûng laø coù söï caùch ly toát giöõa caùc phaàn töû ñöôïc tích hôïp. · Vi maïch maøng daøy : phaàn töû R vaø C ñöôïc hình thaønh ngay treân ñeá baùn daãn baèng phöông phaùp khaùc hình khuoân, coøn transistor ñöôïc theâm vaøo nhö moät tinh theå rieâng reõ. · Vi maïch lai : vieäc tích hôïp caùc phaàn töû ñöôïc thöïc hieän baèng caû hai coâng ngheä cheá taïo vi maïch baùn daãn vaø vi maïch maøng moûng. Ñeá thöôøng laø ceramic vaø ñaëc bieät laø caùc transistor coâng suaát lôùn cuõng coù theå ñöôïc tích hôïp. 3. Theo loaïi transistor coù maët trong vi maïch chia thaønh : · Vi maïch löôõng cöïc ; transistor tích hôïp laø transistor löôõng cöïc. · Vi maïch MOS ; transistor tích hôïp laø transistor MOS 4. Theo soá phaàn töû tích hôïp, phaân loaïi thaønh : Trang 9-2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  147. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû · Vi maïch SSI : soá phaàn töû tích hôïp 100 Vi maïch LSI vaø VLSI chuû yeáu laø loaïi vi maïch MOS Vi maïch ñôn khoái ñöôïc saûn xuaát nhieàu nhaát do giaù reû, thôøi gian chuyeån maïch nhoû, soá phaàn töû tích hôïp khaù cao. III. ÑOÄ TIN CAÄY : Do trình ñoä saûn xuaát cao, qui trình coâng ngheä ngaøy caøng hoaøn chænh, söû duïng caùc vaät lieäu raát tinh khieát, vieäc thieát keá maïch ñöôïc töï ñoäng hoaù vaø tieán haønh treân maùy tính, caùc phaàn töû cuûa vi maïch ñöôïc boá trí trong moät keát caáu hoaøn chænh vôùi kích thöôùc nhoû vaø ñöôïc ñoàng thôøi cheá taïo theo moät qui trình saûn xuaát thoáng nhaát, v.v neân ñoä tin caäy cuûa caùc vi maïch cao hôn haún caùc maïch thoâng thöôøng. Nhö ñaõ bieát moãi vi maïch laø moät taäp hôïp caùc phaàn töû hay caùc maïch cô baûn, vaø möùc ñoä tích hôïp coù theå leân ñeán baäc 4 (töùc 10.000 phaàn töû). Tuy nhieân ñoä tin caäy cuûa vi maïch ít phuï thuoäc vaøo soá phaàn töû vaø ñoä phöùc taïp cuûa maïch maø chuû yeáu phuï thuoäc vaøo trình ñoä thieát keá vaø qui trình coâng ngheä saûn xuaát. Cöôøng ñoä hoûng cuûa vi maïch thöôøng khoaûng 10-7 ÷ 10-8/h, baèng ñoä tin caäy cuûa caùc phaàn töû rôøi raïc tin caäy nhaát nhö ñieän trôû, tuï ñieän v.v IV. COÂNG NGHEÄ TÍCH HÔÏP: Coù 3 loaïi IC hieän ñang ñöôïc söû duïng: Ñôn tinh theå (monolithic IC), lôùp moûng hay lôùp daøy (thin or thick film IC), loaïi IC taïp lai (hybrid IC) Sô löôïc veà coâng ngheä tích hôïp: 1. Phaàn 1: Böôùc ñaàu cuûa moïi cheá taïo linh kieän baùn d6aõn laø taïo ra chaát baùn daãn (Ge, Si, GaAs) thuaàn khieát. Chaát lieäu ban ñaàu ñöôïc xöû lyù qua nhieàu phaûn öùng hoùa hoïctinh cheá qua phöông phaùp vaät lyù(nung töøng vuøng, loïc chaát dô, phöông phaùp Czochralki töùc caáy maàm vaø xoay taïo thoûi). Cuoái cuøng ta coù nhöõng thoûi baùn daãn nguyeân chaátdaøi töø 6 ñeán 36”, ñöôøng kính töø 1 ñeán 5”, caân ôû côõ 14Kg. Trang 9-3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  148. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû 2. Phaàn 2: Caét laùt (wafer’s cutting)Thoûi baùn daãn sau ñoù ñöôïc caùt thaønh laùt (wafer) moûng, coù theå moûng ñeán 1/1000 cuûa 1inch, caét baèng daây tungten ñöôøng kính 0,001inch hôïac daøy 15µm tuøy nhu caàu saûn xuaát 3. Phaàn 2: Xöû lyù laùt moùng ñeå trôû thaønh moät trong ba loaïi maïch keát: a. Cheá taïo IC ñôn tinh theå (monolithic IC) : - Chöõ ñon tinh theå (monolithic) ñi töø toå hôïp”monos”töùc theo töø Hylaïp laø “ñôn” (moät), “lithos” laø “ñaù”töùc laø caáu truùc treân moät”laùt moùng” (wafer) - Moãi IC (goïi laø “chip”) chieám moät beà maët 50 x 50mm (1mm=25,4µm). thöôøng kích thöôùc töông ñoái caùc thaønh phaàn cuûa moät IC nhö transistor chieám moät beà maët 20µm x12µm, ñieän trôû 30µm x6µm, diode 10µm x15µm. - Caùc thaønh phaàn cuûa IC: a.1. Ñieän trôû : Thöôøng ñieän trôû raát moûng neân goïi laø ñieän trôû laù b. III. VI MAÏCH BAÙN DAÃN (VI MAÏCH ÑÔN KHOÁI MONOLITHIC IC) : Vi maïch baùn daãn laø moät ñôn tinh theå baùn daãn duøng laøm vaät lieäu ban ñaàu, trong theå tích hoaëc treân beà maët tinh theå naøy, caùc phaàn töû rieâng reõ ñöôïc taïo ra ñeå thöïc hieän moät chöùc naêng xaùc ñònh. Caùc phaàn töû nhö diode, transistor, tuï, ñieän trôû ñöôïc taïo baèng kyõ thuaät plana hoaëc plana epitaxi chuùng ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau baèng tieáp xuùc PN phaân cöïc nghòch hoaëc baèng lôùp caùch ñieän SiO2 . Ñieän trôû cuûa tieáp xuùc PN phaân cöïc nghòch Si raát lôùn, khoaûng vaøi traêm MΩ, neân loaïi caùch ñieän naøy toû ra ñaùng tin caäy ñoái vôùi ña soá vi maïch. Trong vi maïch baùn daãn ñôn tinh theå, caùc phaàn töû tích cöïc vaø thuï ñoäng ñeàu ñöôïc thöïc hieän treân cô sôû caáu truùc transistor löôõng cöïc hoaëc transistor MOS vi maïch löôõng cöïc vaø vi maïch MOS (keânh P, N hoaëc caû hai). Moãi phaàn töû trong vi maïch chieám moät mieàn rieâng reõ treân tinh theå baùn daãn goïi laø mieàn cuïc boä vaø ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau. Ñeå noái caùc phaàn töû naøy laïi ngöôøi ta phuû treân beà maët cuûa tinh theå baùn daãn nhöõng daây daãn kim loaïi daïng maøng moûng. Toaøn boä tinh theå ñöôïc ñaët trong Trang 9-4 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  149. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû moät voû kín vaø coù heä cöïc ra ñeå noái vôùi caùc linh kieän hoaëc vi maïch khaùc. Ñôn tinh theå baùn daãn thöôøng laø loaïi Si. IV. VI MAÏCH MAØNG : Vieäc cheá taïo moät vi maïch maøng vôùi ñaày ñuû caùc thaønh phaàn nhö trong moät vi maïch baùn daãn chöa thöïc hieän ñöôïc moät caùch hoaøn chænh, vì tính naêng cuûa caùc phaàn töû tích cöïc coøn nhieàu nhöôïc ñieåm. Do ñoù trong vi maïch maøng, ngöôøi ta chæ taïo ra caùc phaàn töû thuï ñoäng, coøn caùc phaàn töû tích cöïc ñöôïc gaén theâm vaøo. V. VI MAÏCH MAØNG EPITAXI : Vi maïch tích hôïp treân maøng epitaxi coù nhöõng öu ñieåm cuûa vi maïch baùn daãn vaø vi maïch maøng. Caùc vi maïch loaïi naøy coù theå thöïc hieän ñöôïc treân caùc maøng ñôn tinh theå baùn daãn ñöôïc ngöng ñoïng treân caùc ñeá caùch ñieän. Caùc maøng ñôn tinh theå cho pheùp söû duïng caùc phöông phaùp cuûa coâng ngheä plana ñeå taïo ra caùc phaàn töû. Hôn nöõa kyõ thuaät quang khaéc coù theå ñöôïc duøng ñeå khaéc Si vaø baèng caùch naøy moät phaàn töû (nhö transistor) ñöôïc caùch ñieän hoaøn toaøn vôùi moät phaàn töû khaùc baèng ñieän trôû cuûa ñeá, trong khi ñoù, söï lieân keát caùc phaàn töû ñöôïc thöïc hieän baèng caùch phuû kim loaïi vaø khaéc axit coù choïn loïc nhö trong vi maïch baùn daãn. VI. ÖÙNG DUÏNG : Trong caùc thieät bò daân duïng maø phaàn lôùn laø maùy thu thanh, thu hình, ghi aâmv.v vieäc öùng duïng vi maïch tích hôïp tuyeán tính ngaøy caøng nhieàu tuy coù chaäm hôn so vôùi vieäc öùng duïng vi maïch tích hôïp soá vaøo caùc thieát bò tính toaùn, ñieàu khieån v.v nguyeân nhaân laø giaù thaønh cuûa vi maïch tích hôïp tuyeán tính ñaét hôn vi maïch tích hôïp soá. Vi maïch tích hôïp soá cuõng ñöôïc duøng trong daân duïng nhöng ôû daïng thieát bò chuyeân duøng nhö maùy tính, caùc thieát bò ño löôøng, xöû lyù tin, caùc thieát bò lieân laïc maø noåi baät laø maùy tính caù nhaân ngaøy nay ñaõ söû duïng haàu heát caùc vi maïch tích hôïp soá. 1. Vi maïch tích hôïp tuyeán tính : Ngoõ ra cuûa moät vi maïch tuyeán tính tæ leä vôùi tín hieäu ôû ngoõ vaøo. Vi maïch Analog thoâng duïng laø Vi maïch khueách ñaïi thuaät toùan, vi maïch khueách ñaïi coâng suaát, maïch oån aùp . a. Vi maïch oån aùp (regulator IC)UI Trang 9-5 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  150. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Chuùng nhaän ôû ngoõ vaøo moät ñieän theá moät chieàu khoâng oån ñònh (dôïn soùng ) vaø taïo ra ôû loái ra moät ñieän theá oån ñònh coá ñònh. Hoï vi maïch oån aùp döông 78XX Ví duï : 7805 : ñieän theá ra coá ñònh + 5V 7812 : ñieän theá ra coá ñònh + 12V 7815 : ñieän theá ra coá ñònh + 15V Töông töï vôùi hoï vi maïch oån aùp döông 78XX, ta coù hoï vi maïch oån aùp aâm 79XX: Ví duï : 7905 : ñieän theá ra coá ñònh - 5V 7912 : ñieän theá ra coá ñònh - 12V 7915 : ñieän theá ra coá ñònh - 15V Caùc vi maïch oån aùp ñieàu chænh ñöôïc ôû ñieän theá ngoõ ra thoâng thöôøng laø: LM317 : ñieän theá ngoõ ra ñieàn chænh ñöôïc töø 1,2 V ñeán 37 V LM3317T : ñieän theá ngoõ ra ñieàn chænh ñöôïc töø -1,2 V ñeán -37 V mA723C : ñieän theá ngoõ ra ñieàn chænh ñöôïc töø 2 V ñeán 37 V TL431 : loaïi tener ñieàu chænh töø 2,5 V ñeán 36 V LM350T :ñieän theá ngoõ ra ñieàu chænh ñöôïc töø 1,2 V ñeán 33V b. Vi maïch khueách ñaïi thuaät toaùn (operation ampli : op – amp) Hieän nay löôïng op –amp saûn xuaát ra raát nhieàu do noù ñöôïc söû duïng trong nhieàu loïai chöùc naêng khaùc nhau. Muïc naøy xin giôùi thieäu moät vaøi op –amp nhö : mA741, LM458, LF353, TLO84, Lm324 v.v vôùi caùc chöùc naêng ñieån hình : khueách ñaïi, loïc , taïo soùng, taùch soùng v.v duøng trong caùc thieát bò daân duïng. c. Vi maïch so saùnh : (comparactor IC) Thöôøng gaëp nhaát laø vi maïch : mA710, mA711 (2 x mA710), LM33. ngoaøi chöùc naêng so saùnh thoâng thöôøng, vi maïch so saùnh coøn duøng laøm maïch laùi (driver) TTL, CMOS, maïch taïo soùng, ñieàu khieån LED v.v d. Vi maïch ñònh thôøi (Timer IC) Trang 9-6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  151. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Thöôøng gaëp nhaát laø NE555, 556, 558, 7555 v.v ngoaøi chöùc naêng ñònh thôøi chuùng coøn söû duïng laøm maïch dao ñoäng, taïo xung, maïch moät traïng thaùi beàn (ñôn oån), maïch taïo soùng v.v e. Vi maïch dao ñoäng kieåu V.C.O (voltage control oscillator IC) Maïch dao ñoäng naøy raát thoâng duïng trong caùc maùyhieän ñaïi, coù taàn soá vaø pha thay ñoåi theo ñieän theá ñieàu khieån ñöa vaøo. Thöôøng gaëp nhaát laø 9400, NE566 f. Vi maïch khueách ñaiï aâm taàn (audi frequency ampli IC) Coù 3 daïng chính thöôøng gaëp : · Daïng tieàn khueách ñaïi (pre – ampli) : AN7310, BA328 v.v · Daïng khueách ñaïi coâng suaát (power – ampli) : TB810, STK0050, HA1392 · Daïng tieàn khueách ñaïi + coâng suaát : LA4001, LA4002 v.v g. Vi maïch ñieàu khieån ñeøn LED (driver LED IC) Thöôøng duøng ñeå chæ thò bieân ñoä ñieän aùp baèng ñeøn led nhö : LM3914N, LM3915N v.v Ngoaøi caùc vi maïch keå treân, caùc vi maïch khaùc nhö bieán ñoåi töông töï –soá, bieán ñoåi soá – töông töï (ADC vaø DAC), caùc vi maïch V to F ( ñoåi ñieän theá thaønh taàn soá, moät daïng nhö V.C.O), vi maïch laøm ñaàu doø nhieät ñoä, vi maïch taïo aâm thanh phöùc hôïp, vi maïch ñöôøng daây treã (delay) v.v cuõng ñöôïc keå laø caùc vi maïch tích hôïp tuyeán tính. 2. Vi maïch tích hôïp soá (Digital IC) : Thöôøng gaëp nhaát laø hoï vi maïch tích hôïp TTL ( Transistor trinsistor logic), CMOS, MOS v.v chuùng laø caùc vi maïch tích hôïp thöïc hieän caùc chöùc naêng hoaøn chænh nhö : coång logic, caùc heä ñeám (counter), ghi chuyeån (shift registor ), giaûi maõ (decoder), boä nhôù (memory), heä vi xöû lyù (ñôn vò xöû lyù trung taâm CPU), heä tính toaùn, heä giao dieän v.v Vi maïch CMOS phoå bieán hieän nay laø hoï CD40XX, CM40XX, cuûa haõng RCA; MC14XXX cuûa haõng Motorola; 74CXX, 74HCXX, 74HCTXX cuûa nhieàu haõng khaùc nhö TI (Texas Instruments), Hitachi, Nec v.v Vi maïch TTL thoâng duïng laø hoï 74 / 54, thí duï 74XX, 54XX, 74LSXX, 74LXX, 74HXX, v.v Trang 9-7 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  152. Taøi lieäu giangû daïy moân: Linh kieän Ñieän Töû Caùc boä nhôù baùn daãn coù theå laø TTL, CMOS nhöng ña soá laø MOS hoaëc CMOS vôùi caùc chöùc naêng nhö RAM (boä nhôù ñoïc / vieát), ROM (boä nhôù chæ ñoïc), PROM (ROM thaûo chöông trình), UV – EPROM (boä nhôù xoaù baèng tia cöïc tím), EAROM, v.v Heä tính toaùn (ALV) coù theå laø TTL, CMOS Trang 9-8 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com