›
›

Giáo án Cấu kiện điện tử

ppt 223 trang phuongnguyen 2590
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo án Cấu kiện điện tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptgiao_an_cau_kien_dien_tu.ppt

Nội dung text: Giáo án Cấu kiện điện tử

  1. Trường cao đẳng điện tử điện lạnh Hà Nội Khoa c«ng nghÖ th«ng ti Môn học : Cấu kiện điện tử Số tiết : 45 Giáo viên: ®Æng Quèc ChÝnh Năm học: 2010 - 2011
  2. Chương 1: Linh kiện thụ động 1.1: Điện trở 1. Khái niệm - Cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp 2. Cấu tạo của điện trở - Dựa theo cấu tạo của điện trở thì điện trở gồm 3 loại chính: - Điện trở dây quấn - Điện trở cầu chì - Điện trở than
  3. b. Cấu tạo - Trở dây quấn và trở cầu chì dùng dây kim loại nằm trong vỏ thạch cao. Trở than gồm bột than và phụ gia ép lại. - Ở hai đầu điện trở có gim nối mạch và trên nó có các vạch màu để chỉ thị số Ohm.
  4. 3.Cách đọc giá trị điện trở • Giá trị điện trở được ghi trực tiếp trên điện trở hoặc được sơn bằng vạch màu hoặc chấm màu( vạch màu phổ biến hơn chấm màu). • Bảng vạch màu, ( chấm màu cung tương tự)
  5. vạch 1 2 3 4 Màu sắc Đen 0 0 x10^0 - Nâu 1 1 x10^1 - Đỏ 2 2 x10^2 - Cam 3 3 x10^3 - Vàng 4 4 x10^4 - Xanh 5 5 x10^5 - Lam 6 6 x10^6 - Tím 7 7 x10^7 - Xám 8 8 x10^8 - Trắng 9 9 x10^9 - Vàng - - - 5% Bạc - - - 10% Không màu - - - 20%
  6. - Vạch màu 1 và 2 chỉ trực tiếp hai số đầu tiên của trị số. - Vạch màu 3 chỉ số số không theo sau hai số đầu. - Vạch màu 4 là sai số của giá trị điện trở.
  7. Ví dụ:
  8. 4. Điện trở trên thực tế a. Dạng điện trở b. Ký hiệu
  9. 5.Triết áp và quang trở a. Triết áp b . Quang trở
  10. 1.2 Cuộn cảm và biến áp 1.Cuộn cảm a. Khái niệm -Cuộn dây có khả năng tự cảm ứng. - Linh kiện tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường. b. Cấu tạo - Gồm những vòng dây quấn trên một khung có lõi không khí hoặc lõi sắt.
  11. c. Ký hiệu • L1: Lõi không khí • L2: Lõi Ferit • L3:Lõi điều chỉnh được • L4:Lõi thép kỹ thuật
  12. d. Hệ số tự cảm - Là trị số cho biết mức độ tự cảm của cuộn dây - Đơn vị: Henry(H) ,thường gặp mH, e. Cuộn cảm thực tế
  13. 2.Biến áp a.Khái niệm - Là linh kiện dùng để tăng hoặc giảm điện thế AC. - Chỉ sử dụng với điện thế xoay chiều. b. Cấu tạo Gồm hai cuộn dây quấn trên một lõi sắt - Cuộn đưa điện AC vào la cuộn sơ cấp - Cuộn lấy điện AC ra dùng là cuộn thứ cấp
  14. c. Hệ số biến áp - Điện thế AC ra ở cuộn thứ cấp tùy thuộc vào tỷ số của số vòng dây thứ cấp đối với sơ cấp: k =Số vòng dây thứ cấp/ Số vòng dây sơ cấp + k>1: Biến áp tăng thế( vào thấp, ra cao) + k<1:Biến thế giảm thế( vào cao ,ra thấp) d. Một số biến thế thông dụng
  15. 1.3. Tụ điện
  16. 1. Khái niệm - Dùng để cản trở và phóng nạp khi cần thiết - Tụ điên chỉ cho dòng AC qua, cản trở dòng DC. 2. Cấu tạo - Gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện( điện môi). - Chất điên môi ảnh hưởng tới tính chất phân cực của tụ.
  17. •Ký hiệu - Tụ không phân cực: - Tụ phân cực
  18. 3.Tham số cơ bản của tụ a. Điện dung - Chỉ khả năng tích trữ điện tích của tụ khi đặt lên hai điện cực của tụ điện thế 1V. - Giá trị điên dung được ghi rõ trên tụ. - Đơn vị: Fara (F) b. Độ bền điện - Chỉ khả năng của tụ chịu tác dụng của điện áp xoay chiều
  19. 4.Một số tụ phổ biến a. Tụ hóa - Chất điện môi trong tụ hóa là một hợp chất hóa học( thường là Al2O3 , Ta2O5) - Tụ hóa phân cực và luôn có hình trụ. - Giá trị được ghi trực tiếp trên thân tụ Vd:Trên thân tụ ghi 185uF320V có nghĩa: điện dung của tụ là 185uF, giá trị điện áp cực đại đưa vào tụ 320V. - Đặc điểm: + C lớn nhất, kích thước, thể tích nhỏ, giá thành rẻ. + Dòng rò lớn, C phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, tần số.
  20. b.Tụ sứ - Chất điện môi trong tụ sứ là vật liệu sứ. - Tụ không phân cực, thường có hình trụ - Giá trị được ghi trực tiếp trên thân tụ Vd: 474K220V = giá trị điện dung của tụ 47*10^4, điện áp cực đại đặt vào tụ là 220V -Tính ổn định cao, không hút ẩm, điện dung ít thay đổi theo nhiệt độ, tần số.Tuy nhiên kích thước lớn, giá trị điên dung 1pF- 0.15microF
  21. c. Tụ xoay - Là tụ điển hình trong nhóm tụ biến đổi - Chất điện môi là chân không( hoặc các chất khí khác), mica, thạch anh, chất dẻo tổng hợp,dầu.
  22. 1.4 .Một số linh kiện khác: 1.4.1.Thạch anh, Rơle, Pin, Nam châm 1.Thạch anh a. Khái niệm: - Khi chịu kích thích bởi 1 điện trường thì bị biến dạng sinh ra dao động cơ học ngược lại khi chịu kích thích dao động cơ học thì sinh ra điện trường (đó chính là hiệu ứng áp điện). - Ký hiệu:
  23. b. Cấu tạo của thạch anh tương đương - Lq ,Cq :phụ thuộc vào kích thước hình học của thạch anh cách cắt khối thạch anh. - rq :tổn hao của miếng thạch anh. - Cp :điện dung giá đỡ (C của hai miếng kim loại hoặc bao gồm cả C tạp tán của mạch ngoài). Do đó tính ổn định của Cp kém.
  24. 2. Rơle a. Khái niệm - Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. - Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
  25. 3.Pin a.Khái niệm - Là thiết bị lưu trữ năng lượng dưới dạng hóa học. - Pin là nguồn cung cấp năng lượng hoạt động cho hầu hết các thiết bị cầm tay. b.Các thông số - Điện áp - Dung lượng
  26. 4.Nam châm a.Khái niệm - Là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. - Trong từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. - Lực phát sinh từ nam châm gọi là từ lực.
  27. b.Cấu tạo: - Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam. - Một từ trường tạo từ các đường từ (đường sức) đi từ cực Bắc đến cực Nam. c. Phân loại Có 2 loại nam châm: • Nam châm điện • Nam châm vĩnh cửu
  28. 1.4.2. Các loại vật liệu khác 1. Vật liệu dẫn điện a. Khái niệm - Là khả năng của một môi trường cho phép sự di chuyển của các hạt điện tích qua nó, khi có lực tác động vào các hạt. - ví dụ :lực tĩnh điện của điện trường. Sự di chuyển có thể tạo thành dòng điện. Cơ chế của chuyển động này tùy thuộc vào vật chất. b. Ứng dụng - Chế tạo thiết bị điện, thiết bị dẫn điện.
  29. 2.Bán dẫn a.Khái niệm - Là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. vật liệu dẫn điện:điện trở xuất: 10-6 – 103Ωcm vật liệu bán dẫn: điện trở xuất: 10-4 –1010Ωcm vật liệu cách điện: điện trở xuất: 109 1018Ωcm - Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ cao.
  30. - Là các nguyên tố thuộc phân nhóm 4 bảng HTTH: Ge, Si. b. Ứng dụng - Chế tạo các linh kiện điện tử bán dẫn, các phần tử nhiệt trong các thiết bị lạnh, các máy phát.
  31. 3.Vật liệu cách điện a.Khái niệm: - Là các chất dẫn điện kém (có điện trở suất rất lớn). b. Ứng dụng: - Ngăn chặn sự tiếp xúc của dòng điện với người hoặc với các dòng điện khác.
  32. Chương 2: Linh kiện bán dẫn 2.1. Tiếp giáp P-N 2.1.1.Khái niệm chất bán dẫn thuần, bán dẫn tạp P và N. 1. Chất bán dẫn thuần - Các nguyên tử Si(14) và Ge(32) có 4 điện tử vòng ngoài cùng nên tương đối bền. - Ở nhiệt độ phòng là chất cách điện.
  33. Mẫu nguyên tử Si14 (theo Bohr) electron - +P N n=1 n=3 n=2
  34. Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Cấu tạo bán dẫn thuần
  35. - Khi nhiệt độ tăng lên, một số electron bị bứt ra , tạo ra cặp điện tử - lỗ trống, lỗ trống đóng vai trò như một điện tích dương, di chuyển ngược chiều với chiều điện tích. Vì vậy có dòng điện.
  36. Si Si Si Si Si - Si Si Si + Si Si Si Si Si Si Si Sinh tạo cặp điện tử tự do - lỗ trống
  37. 2. Chất bán dẫn loại N - Nếu ta thêm vào Ge một lượng nhỏ chất có vị trị ở phân nhóm 5 trong bảng HTTH, ví dụ như Photpho(P) có 5 điện tử hóa trị. - Khi đó 4 điện tử của P sẽ liên kết với 4 điện tử Ge, P thừa một điện tử, trở thành điện tử tự do nên dẫn điện.
  38. Si Si Si Si Si e- Si Si P Si Si Si Si Si Si Si
  39. - Càng nhiều tạp chất , dòng điện càng mạnh. - Điện tử tự do là hạt tải đa số, lỗ trống là hạt tải thiểu số.
  40. 3. Chất bán dẫn loại P • Nếu đưa vào bán dẫn thuần các nguyên tố thuộc nhóm 3 trong bảng HTTH, ví dụ như In, Al, B có 3 điện tử hóa trị . • B khi kết hợp với Ge sẽ tạo ra một lỗ trống trong mối liên kết và xem như điện tích dương và các điện tử lân cận dễ đên tái kết với lỗ trống của B và để lại đó một lỗ trống mới và hiện tượng trên cứ tiếp diễn: dẫn điện bằng lỗ trống.
  41. Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si Si Si Si
  42. • Pha nhiều nguyên tử B, dồng điện càng mạnh • Điện tử tự do là hạt tải thiểu số, lỗ trống là hạt tải đa số.
  43. 2.1.2.Đặc điểm không phân cực và phân cực của tiếp giáp P-N 1. Tiếp giáp P- N - Khi cho bán dẫn N và P tiếp giáp nhau( ghép với nhau), do sự chênh lệch về nồng độ hạt dẫn cùng loại giữa hai khối bán dẫn: + Các điện tử từ bán dẫn N khuếch tán sang bán dẫn P. + Ngược lại các lỗ trống từ bán dẫn P khuếch tán sang bán dẫn N.
  44. Etx P N - + ++++++++ ++++++++ - +
  45. - Sau khi các điện tử khuếch tán sang bán dẫn P để lại lớp Ion dương chất cho (donor) gần bề mặt tiếp xúc bên bán dẫn N. Tương tự, sau khi lỗ trống khuếch tán sang bán dẫn N, chúng để lại lớp Ion âm chất nhận (acxeptor) gần bề mặt tiếp xúc bên bán dẫn P. - Quá trình này xẩy ra liên tục. Khi đạt trạng thái cân bằng, ở hai bên mặt tiếp xúc đã hình thành 2 miền điện tích trái dấu
  46. 2. Không phân cực - Khi chưa có tác động của trường ngoài, hệ thống tiếp xúc cân bằng động và không có dòng điện qua nó - Các Ion dương bên n và các Ion âm bên p tạo nên một điện trường cục bộ Etx hướng từ n sang p cân bằng giữa dòng điện khuếch tán( của các hạt dẫn đa số) do chênh lệch nồng độ và dòng gia tốc( của các hạt dẫn thiểu số) do điện trường nội bộ Etx gia tốc.
  47. 3. Tiếp giáp P-N phân cực a. Phân cực thuận • Nếu nguồn điện áp với đầu dương của nguồn nối về phía anode và đầu âm nối về phía cathode của diode thì gọi là phân cực thuận, (tức V > 0) Etx ++++++++ - + ++++++++ - + E V
  48. • Với sụt áp ở các vùng trung hoà và tiếp giáp kim loại bán dẫn không đáng kể, điện áp V sẽ tạo ra điện trường chủ yếu đặt vào vùng điện tích không gian có chiều ngược lại với điện trường tiếp xúc nếu được phân cực thuận, nên sẽ làm suy giảm điện trường tiếp xúc một cách hiệu quả. Điện thế tiếp xúc sẽ giảm xuống. • Khi phân cực thuận: thế tiếp xúc giảm, tức E giảm nên sẽ làm cho độ rộng vùng nghèo hẹp lại.
  49. b. Phân cực ngược • Nếu đảo ngược nguồn áp thì gọi là phân cực nghịch (V < 0). • Đối với trường hợp phân cực ngược hiệu thế tiếp xúc sẽ tăng lên. • Khi phân cực ngược: thế tiếp xúc tăng lên, tức E tăng nên sẽ làm cho độ rộng vùng nghèo tăng lên.
  50. E TX +++ + + + +++ + + + EV
  51. 4. Đặc tuyến V/A của tiếp xúc p-n lý tưởng I U Vz I s
  52. 2.1.3. Điện dung và điện trở vùng tiếp giáp p-n 1. Điện dung • Khi nối P-N được phân cực nghịch, vùng hiếm được nới rộng do có sự gia tăng điện tích trong vùng này. Với một sự biến thiên ΔV của hiệu điện thế phân cực nghịch, điện tích trong vùng hiếm tăng một lượng ΔQ. Vùng hiếm có tác dụng như một tụ điện gọi là điện dung chuyển tiếp.
  53. • Khi nối P-N được phân cực thuận, lỗ trống được khuếch tán từ vùng P sang vùng N và điện tử khuếch tán từ vùng N sang vùng P. Sự phân bố các hạt tải điện thiểu số ở hai bên vùng hiếm tạo nên một điện dung gọi là điện dung khuếch tán.
  54. 2. Điện trở • Nội trở tĩnh là điện trở nội của nối P-N trong mạch điện một chiều. Người ta định nghĩa điện trở một chiều ở một điểm phân cực là tỉ số V/I ở điểm đó. Khi nối P-N phân cực thuận càng mạnh, dòng điện I càng lớn trong lúc điện thế V gần như đổi nên nội trở càng nhỏ.
  55. • Giả sử dòng dòng điện ngang qua nối P-N là IQ tương ứng với một điện thế phân cực thuận một lượng ΔV từ trị số VQ thì I cũng biến thiên một lượng tương ứng ΔI từ trị số IQ. Tỷ số: ΔI / ΔV =1/rd, rd: điện trở động của khối nối p-n.
  56. 2.2.Các loại Diot 2.2.1. Diot chỉnh lưu 1. Cấu tạo - Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu là A) và catốt (ký hiệu là K). Anốt được nối tới bán dẫn P, catốt được nối với bán dẫn N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp. P N Anot Katot Lớp tiếp xúc P-N
  57. Ký hiệu: Anot Katot 2. Đặc tuyến V/A I 0.7 U
  58. 3. Ứng dụng mạch chỉnh lưu
  59. 2.2.2. Điot ổn áp 1. Hiệu ứng Zener - Nếu điện trường đặt vào một lực lớn vào điện tử trong mối liên kết, thì điện tử có thể bị bứt khỏi mối liên kết đồng hóa trị, nên tạo ra một số lượng cặp điện tử - lỗ trống hợp thành theo cấp số nhân. Cơ chế đánh thủng như vậy được gọi là đánh thủng zener. - Ký hiệu
  60. 2. Đặc tuyến V/A I U
  61. 3. Ứng dụng ổn áp
  62. 2.2.3. Diot Tunen và diot ngược 1. Hiệu ứng Tunen - Hiệu ứng tunen là hiện tượng các hạt dẫn chuyển động qua tiếp xúc P-N mà không bị tổn hao năng lượng. - Ký hiệu:
  63. 2. Đặc tuyến V/A I Imax 1 3 Imin 2 0 Uth
  64. 3. Diot ngược • Những diot có nồng độ tạp chất nhỏ hơn nồng độ của diot Tunen một chút thì đoạn 12 gần như nằm ngang, những diot đó gọi là diot ngược. • Loại diot này cho dòng ngược lớn đi qua, còn dòng thuận nhỏ bị khóa lại.
  65. 4.Ứng dụng a. Diot Tunen • Chuyển năng lượng điện 1 chiều thành năng lượng điện xoay chiều( ở đoạn điện trở âm) b. Diot ngược - Sử dụng để tách sóng điều tần, trộng tần, điều chế giả sóng siêu cao tần.
  66. 2.2.4. Diot biến dung 1.Đặc tuyến C/V 300pF Mặt ghép hypebol 200 đột biến 100 80 Mặt ghép đột 40 biến 20 0.5 0.8 3 10 20V
  67. Ký hiệu: 2. Ứng dụng mạch thay đôi tần số R Ci U C L
  68. 2.2.5. Diot hai đáy - UJT 1. Cấu tạo • UJT là linh kiện bán dẫn có một tiếp xúc P-N và 3 chân cực. Nó gồm một thanh bán dẫn Silic loại N có gắn thêm 1 miếng bán dẫn Silic loại P để tạo thành một tiếp xúc P-N. • Chân cực nối với mẩu bán dẫn P gọi là cực phát E. Hai đầu còn lại của thanh Silic loại N được đưa ra 2 chân cực gọi là Nền 1 ( ký hiệu B1) và Nền 2 (ký hiệu B2).
  69. B1 P E N B2 Cấu tạo UJT kênh n 2. Ký hiệu B2 B2 E E B1 B1 Loại kênh n Loại kênh p
  70. 3. Nguyên lý làm việc I E R B1 I E R E R R E B2 VBB V BB V EE V EE
  71. • Trong sơ đồ tương đương, điốt được thay thế cho tiếp xúc P-N; R B1 là điện trở của phần bán dẫn nền 1; R B2 là điện trở của phần bán dẫn nền 2. • Khi chưa áp VEE vào cực phát E (cực phát E để hở) thỏi bán dẫn là một điện trở với nguồn điện thế VBB, được ký hiệu RBB và gọi là điện trở liên nền (thường có trị số từ 4 KΩ - 10KΩ).
  72. • Cấp nguồn V EE vào cực phát và cực nền B1 - Khi V EE=0V : Diot được phân cực nghịch và ta chỉ có một dòng điện rỉ nhỏ chạy ra từ cực phát. - Tăng V EE lớn dần, dòng điện I E bắt đầu tăng theo chiều dương. • Khi V E=VP, nối P-N phân cực thuận. Kết quả là lúc đó dòng IE tăng và điện thế VE giảm. Ta có một vùng điện trở âm (điện trở vùng p- điện trở từ chân E).
  73. Kết luận: • Khi điện áp đặt lên cực phát phải bằng hoặc lớn hơn giá trị điện áp đỉnh (UP) thì UJT mới dẫn điện, nhưng sụt áp trên nó giảm và đặc tuyến Vôn-Ampe có đoạn điện trở âm. • Điện áp đỉnh U P = ηU BB +0,7V; trong đó η là hệ số thuần khiết, UBB là điện áp giữa Nền2 và Nền1. Khi dòng điện đạt đến giá trị IV –dòng điện trũng thì sụt áp trên UJT giảm đến trị số điện áp trũng UV. Từ giá trị này UJT chuyển sang vùng điện trở dương của đặc tuyến. Người ta sử dụng đoạn điện trở âm để lắp các mạch tạo xung phóng nạp.
  74. 3. Đặc tuyến V/I UE UB1B2=20V V P UB1B2=10V UB1B2=5V o IE Điện trở âm
  75. 4. Ứng dụng • Sử dụng đoạn đặc tuyến điện trở âm để tạo các mạch dao động. Cho nên UJT thường được dùng trong các mạch : - Phóng nạp tạo xung. - Trong mạch định thời các mạch báo động - Quan trọng nhất là dùng để kích khởi cho đèn chỉnh lưu Silic có điều khiển hoạt động.
  76. 2.3. Transistor lưỡng cực (BJT) (Bipolar Junction transisitor) 2.3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của transistor
  77. 2.3.1. Cấu tạo • Gồm 2 nối tiếp xúc ghép xen kẽ nhau. • Có 2 loại Transistor nối: npn và pnp (h. 1) C C C C n p B B B B p n n p E E E E loại npn loại pnp
  78. - Để cấu tạo ra các cấu trúc này, áp dụng những phương pháp công nghệ như: phương pháp hợp kim, khuếch tán, epitaxi - Cực E ( cực phát): có nồng độ tạp chất lớn nhất. Có nhiệm vụ tạo ra dòng điện trong dụng cụ - Cực B( Cực gốc): Nồng độ tạp chất nhỏ nhất, có nhiệm vụ điều khiển số điện tích từ E tới C. - Cực C( cực góp): nồng độ tạp chất trung bình, tạo điện tích từ E tới C
  79. b. Nguyên lý hoạt động V EE V CC RC R E B P N P - - - Ei + Ei - - - E - - - C - - - + - - - - - - vùng hiếm vùng hiếm
  80. • Trong ứng dụng thông thường (khuếch đại): - Nối phát nền phải được phân cực thuận: vùng hiếm hẹp lại. - Nối thu nền phải được phân cực nghịch: vùng hiếm rộng ra.
  81. • Khi tiếp xúc phát phân cực thuận, các hạt dẫn đa số là lỗ trống sẽ khuếch tán từ phần phát sang phần gốc, còn các điện tử từ phần gốc khuếch tán sang phần phát tạo nên dòng điện IE = I Ep (I Ep >> IEn)
  82. • Các lỗ trống khuếch tán sang phần gốc, một phần nhỏ tái hợp với các điện tử, còn phần lớn chúng tiếp tục khuếch tán qua phần gốc về phía tiếp xúc góp. Đến tiếp xúc góp, các lỗ trống sẽ chuyển động trôi qua lớp tiếp xúc và tạo nên dòng điện cực góp ICp. • Đồng thời, qua tiếp xúc góp còn có dòng điện ngược ICBo (còn gọi là dòng điện rò). Nên ta có công thức tính dòng điện cực góp tổng là: IC = ICp + ICBo = ICp - Ngoài ra còn có một số phần tử mang điện cực B khuếch tán về cực nguồn . Theo định luật Kichoft ta có: •IE = IC +IB
  83. 2.3.2.Tham số và Đặc tuyến V-A • Có 3 cách ráp: CB, CE, CC : cực chung là cực được nối đất và được dùng chung cho cả hai ngõ vào và ngõ ra 1. Cách ráp cực nền chung (CB) Ci Co Q + RE RC vi vo RL - + VCC + VEE
  84. 1.a. Đặc tuyến ngõ vào IE (mV) 20V 10V 1V V CB = 0V O 0.7 VBE (V)
  85. 2.b. Đặc tuyến ngõ ra IC (mA) Vùng tác động 3mA I E =2mA 1mA V ( v) Vùng Vùng ngưng BC bão hòa
  86. 2.Cách ráp cực phát chung ( CE) Co Ci Q RC + RB Vo vi RL + - VBB + VCC Do: - Tín hiệu vào nền – phát :BE - Tín hiệu ra thu – phát :CE Cả 2 ngõ vào và ra có cực phát chung
  87. Đặc tuyến cách ráp CE • Gồm có 3 dặc tuyến thông dụng sau: 2.a. Đặc tuyến vào IB = f ( VBE) VCE chọn làm thông số IB( mA) 1V 2V 3V 4 Q 0 0,7 VBE ( V)
  88. 2.b. Đặc tuyến ra IC = f ( VCE ) IB =Cte Vùng tác động Ic(mA) 20 uA 10 uA 0 uA VCE (V) Vùng Vùng ngưng bão hòa
  89. IC ( mA) ICES = ICBO BBE (V) Vùng ngưng Vùng tác động Vùng bão hòa (0.5- 0.8V)
  90. 3. Cách ráp thu chung (CC hay EF) • Mạch điện Co Ci Q + RB Vo RL vi + VCC RE + - VBB • Hoặc: Ci Q Vo + RB Co vi + VCC + RE - VBB
  91. • Trên thực tế, sơ đồ mắc góp chung ít được dùng, người ta chỉ sử dụng mạch này để phối hợp trở kháng giữa một mạch có trở kháng ra cao với mạch có trở kháng vào thấp. • Các đặc tuyến và tham số của sơ đồ mắc cực góp chung cũng tương tự như ở sơ đồ mắc cực phát chung.
  92. 3.3.3. Phân cực cho trassistor • Phân cực cho tranzito là việc cung cấp nguồn điện một chiều vào các chân cực sao cho tranzito làm việc đúng chế độ (ngắt, bão hòa hay tích cực) và các tham số của tranzito không vượt quá các giá trị giới hạn (ICmax, UCEmax, UCBmax, UEBmax, P ttmax,tần số giới hạn)
  93. • Ở chế độ ngắt, ta chỉ cần cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N của tranzito đều phân cực ngược. • Ở chế độ bão hòa, cấp điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận hoặc sao cho điện áp UCE = (0,2÷0,4)V • Ở chế độ tích cực: - TE phân cực thuận - TC phân cực ngược
  94. 2.3.3 . Phân cực cho Transistor • Mạch phân cực bằng 2 nguồn cấpRC điện riêng: Q RB IC VCC + IB VCE + VBB VBE Tính được trị số điểm Q: VBB = RB IB + VBE (1) IB = ( VBB- VBE) / RB (2) IC =  IB (3) VCC = RCIC + VCE (4) VCE = VCC- RCIC (6)
  95. 2.3.4. Ứng dụng Transistor khuyếch đại trong trường hợp tín hiệu nhỏ • Khuếch đại: Tranzito được dùng trong các mạch khuếch đại một chiều (dc), khuếch đại tín hiệu (ac), mạch khuếch đại vi sai, các mạch khuếch đại đặc biệt, mạch ổn áp • Mạch tạo dao động sóng hình sin
  96. - Mạch đa hài
  97. 2.4. Transistor hiệu ứng trường (FIELD EFFECT TRANSISTOR: FED) 2.4.1. JFET (Junction Field-Effect Transistor) 1. Cấu tạo - Đế tinh thể bán dẫn N ( kênh N) hay bán dẫn P (kênh P) pha ít tạp, đưa ra hai cực D( cực đáy) và S( cực nguồn). - Cho tiếp xúc hai miền bán dẫn khác loại pha nhiều tạp, hai miền này được nối tắt với nhau đưa ra cực cổng (G)
  98. Kênh n S D P+ P+ n Kênh p- Tiếp xúc G kim loại
  99. 2. Nguyên lý làm việc - Để phân cực JFET kênh N, người ta dùng hai nguồn điện áp ngoài là UDS > 0 và UGS< 0 (với kênh P, các chiều điện áp phân cực sẽ ngược lại, sao cho tiếp giáp p-n bao quanh kênh dẫn luôn được phân cực ngược). -Do tác dụng của các điện trường này, trên kênh dẫn xuất hiện 1 dòng điện (là dòng điện tử với kênh n) hướng từ cực D tới cực S gọi là dòng điện cực máng ID.
  100. - Dòng ID có độ lớn tuỳ thuộc vào các giá trị UDS và UGS vì độ dẫn điện của kênh phụ thuộc mạnh cả hai điện trường này. - Nếu xét riêng sự phụ thuộc của ID vào từng điện áp khi giữ cho điện áp còn lại không đổi (coi là một tham số) ta nhận được hai hệ hàm quan trọng nhât của JFET là : • ID = f 1(UDS)│UGS= const • ID = f 2(UGS)│UGS= const
  101. 3. Đặc tuyến V/I
  102. 2.4.2. Mosfed (Metal Oxide Semiconductor transistor) 1.Cấu tạo của Mosfed
  103. • Trên nền đế là đơn tinh thể bán đẫn tạp chất loại p (Si-p), người ta pha tạp chất bằng phương pháp công nghệ đặc biệt (plana, Epitaxi hay khuếch tán ion) để tạo ra 2 vùng bán dẫn loại n+ (nồng độ pha tạp cao hơn so với đế) và lấy ra hai điện cực là D và S. • Hai vùng này được nối thông với nhau nhờ một kênh dẫn điện loại n có thể hình thành ngay trong quá trình chế tạo hay chỉ hình thành sau khi đã có 1 điện trường ngoài (lúc làm việc trong mạch điện) tác động (loại kênh cảm ứng).
  104. • Tại phần đối diện với kênh dẫn, người ta tạo ra điện cực thứ ba là cực cửa G sau khi đã phủ lên bề mặt kênh 1 lớp cách điện mỏng SiO2. Từ đó MOSFET còn có tên là loại FET có cực cửa cách li (IGFET). • Kênh dẫn được cách li với đế nhờ tiếp giáp pn thường được phân cực ngược nhờ 1 điện á phụ đưa tới cực thứ 4 là cực đế.
  105. 2. Nguyên tắc hoạt động Mosfed
  106. Để phân cực MOSFET người ta đặt 1 điện áp UDS> 0. Cần phân biệt hai trường hợp: a. Với loại kênh đặt sẵn : - Xuất hiện dòng điện tử trên kênh dẫn nối giữa S và D và trong mạch ngoài có dòng cực máng ID (chiều đi vào cực D), ngay cả khi chưa có điện áp đặt vào cực cửa (UGS = 0).
  107. - Nếu đặt lên cực cửa điện áp UGS > 0, điện tử tự do có trong vùng đế (là hạt thiểu số) được hút vào vùng kênh dẫn đối diện với cực cửa làm giầu hạt dẫn cho kênh, tức là làm giảm điện trở của kênh, do đó lám tăng dòng cực máng ID. Chế độ làm việc này được gọi là chế độ giàu của MOSFET. - Nếu đặt tới cực cửa điện áp UGS< 0, quá trình trên sẽ ngược lại, làm kênh dẫn bị nghèo đi do các hạt dẫn (là điện tử) bị đẩy xa khỏi kênh. Điện trở kênh dẫn tăng tùy theo mức độ tăng của UGS theo chiều âm sẽ làm giảm dòng ID. Đây là chế độ nghèo của MOSFET.
  108. b. Với loại kênh cảm ứng - Khi đặt tới cực cửa điện áp UDS 0, tại vùng đế đối diện cực cửa xuất hiện các điện tử tự do (do cảm ứng tĩnh điện) và hình thành một kênh dẫn điện nối liền hai cực máng và nguồn. Độ dẫn của kênh tăng theo giá trị của UGS do đó dòng điện cực máng ID tăng. Như vậy MOSFET loại kênh cảm ứng chỉ làm việc với 1 loại cực tính của UGS và chỉ ở chế độ làm giầu kênh.
  109. 3. Đặc tuyến V/I VDS
  110. 2.4.3. Phân cực và mắc mạch FED
  111. 2.5. Một số linh kiện bán dẫn khác 2.5.1.Thyristor a.Cấu tạo Cấu tạo Ký hiệu Sơ đồ
  112. -Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là A-K-G. - Thyristor là Diode có điều khiển, bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn.
  113. 2. Đặc tuyến và tham số IG
  114. 3. Ứng dụng: mạch khống chế pha 90o
  115. 2.5.2. Triac và Diac 1.Cấu tạo a. Diac : Diac là một cấu trúc 5 lớp bán dẫn, xem như 4 diod bán dẫn. Trong mạch, khi điện áp trên hai cực (không phân cực) của diac có một điện áp đủ lớn thì nó dẫn một xung .
  116. b.Triac(TRIode for Alternating Current) - Là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n . Nhưng có thêm cực khiển Gate.
  117. • Do tính dẫn điện hai chiều nên hai đầu ra chính của triac dùng để nối với nguồn điện được gọi là đầu ra MT1 và MT2 . • Giữa hai đầu ra MT1 và MT2 có năm lớp bán dẫn bố trí theo thứ tự P-N-P-N như SCR theo cả 2 chiều. Đầu ra thứ ba gọi là cực điều khiển G. • Như vậy triac được coi như hai SCR đấu song song ngược chiều với nhau
  118. 2.Đặc tuyến • Diac I U
  119. Đặc tuyến V/I của Triac U I > I > G3 G2 I G1 I
  120. 3. Ứng dụng - Điều khiển các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều.
  121. 2.5.3.Điôt Shoely và các loại chỉnh lưu có khống chế khác 1. Điôt Shoely Diode Schottky còn được gọi là diode hạt tải nóng [hot - carrier diode] không có tiếp giáp pn, mà tiếp giáp của diode Shottky được tạo thành bằng một tấm chắn kim loại (vàng, platinum, bạc) và vật liệu bán dẫn - n . b. Ký hiệu
  122. b. Đặc tuyến V/I I Si 0.7 V
  123. c. Áp dụng • Áp dụng thông thường của Diod shockley là dùng để kích SCR. Khi phân cực nghịch, Diod shockley cũng không dẫn điện.
  124. 2.5.4. Điện trở nhiệt- Termistor 1. Cấu tạo • Termistor được cấu tạo từ hỗn hợp các bột oxit. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. • Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. • Ký hiệu: T0
  125. 2. Đặc tính điện trở nhiệt Đặc tính nhiệt của Termisto được thể hiện bằng sự phụ thuộc của điện trở của nó vào nhiệt độ nhiệt điện trở âm nhiệt điện trở dương
  126. 3. Đặc tuyến V/I U U 500c 30 750c 20 K 1000C 2 10 K2 >K1 1250c k1 0 20 40 60 I(mA) 0 I Họ đặc tuyến khi nhiệt trở(K) Họ đặc tuyến khi nhiệt độ không đổi, nhiệt độ môi trường môi trường không đổi, nhiệt thay đổi trở k biến đổi
  127. 4. Ứng dụng • Termistor chỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150oC do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. • Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt .
  128. Chương 3: Dụng cụ quang bán dẫn 3.1. Điện trở quang(Photoresitor) 3.1.1. Hiệu ứng quang điện của bán dẫn - Hiện tượng giảm mạnh điện trở của chất bán dẫn khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng quang dẫn.
  129. - Trong hiện tượng quang điện, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào catốt của tế bào quang điện thì êlectrôn sẽ bị bật ra khỏi catốt. Vì vậy, hiện tượng này còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài.( hay hiện tượng quang điện bên ngoài) - Hiện tượng giải phóng êlectrôn liên kết để cho chúng trở thành các êlectrôn dẫn gọi là hiện tượng quang điện bên trong.
  130. 3.1.2.Cấu tạo, đặc tuyến tham số 1. Cấu tạo - Điện trở quang là một cấu kiện bán dẫn thụ động, không có lớp tiếp xúc P-N. - Quang trở gồm một lớp chất bán dẫn (cadimi sunfua CdS) phủ trên một tấm nhựa cách điện. Có hai điện cực và gắn vào lớp chất bán dẫn đó. Ký hiệu
  131. 2. Nguyên tắc hoạt động • Khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn. • Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo.
  132. 2. Đặc tuyến,tham số a. Tham số • Điện dẫn suất σP : là hàm số của mật độ năng lượng quang ρ(λ) khi độ dài bước sóng không đổi. σp (ρλ) khi λ = const • Độ nhạy tương đối của điện trở quang S(λ): là tỉ số giữa điện dẫn suất thay đổi theo bước sóng σP(λ) và điện dẫn suất cực đại σp.max khi mật độ năng lượng quang ρλ không đổi:
  133. b. Đặc tuyến S(%) CdS 100 CdSe 80 60 40 20 Bs (us) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Đặc tuyến độ nhạy và bước sóng
  134. Điện trở (ohm) 0 f
  135. 3. Ứng dụng • Dùng trong mạch mở điện về đêm dùng diện AC, mạch báo động. • Ngày nay, quang trở được dùng thay cho các tế bào quang điện trong hầu hết các mạch điều khiển tự động.
  136. 3.2. Diôt quang (Photodiode) 3.2.1. Cấu tạo đặc tuyến tham số 1. Cấu tạo: - Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode.
  137. Ký hiệu Minh hoạ sự hoạt động
  138. 2. Nguyên lý làm việc • Mối nối P-N phân cực nghịch • Khi ánh sáng chiếu vào nối P-N có đủ năng lượng làm phát sinh các cặp điện tử - lỗ trống ở sát hai bên mối nối làm mật độ hạt tải điện thiểu số tăng lên. Các hạt tải điện thiểu số này khuếch tán qua mối nối tạo nên dòng điện đáng kể cộng thêm vào dòng điện bảo hòa nghịch I0 tự nhiên của diod, thường là dưới vài trăm nA với quang diod Si và dưới vài chục μA với quang diod Ge
  139. 3. Đặc tuyến E/I I 50V 1V E( năng lượng chùm sáng)
  140. 3. Ứng dụng - Dùng trong các mạch điều khiển để đóng mở mạch điện.
  141. 3.3. Transistor quang, Transistor trường quang và Thyristor quang. 1. Transistor quang a. Cấu tạo • Về mặt cấu tạo, quang transistor cũng giống như transistor thường nhưng cực nền để hở. • Quang transistor có một thấu kính trong suốt để tập trung ánh sáng vào nối P-N giữa thu và nền.
  142. Ký hiệu b. Đặc tuyến I(mA) hf3 hf2 hf1 =0 -Uc (V)
  143. c. Ứng dụng • Dùng trong thông tin quang và thiết bị quang điện: quang kế, đống nhắt Relais.
  144. 2. Transistor trường quang a. Cấu tạo G C IK n+ n+ R RA t P Iq +Uc
  145. b. Nguyên tắc hoạt động • Khi chiếu ánh sáng vào kênh n, các điện tử - lỗ trống di động sinh ra . • Dưới tác dụng của điện trường lỗ trống chuyển vào bán dẫn P (cực đáy), còn điện tử chuyển động vào bán dẫn n. Hiện tượng này tạo nên dòng điện cực đáy Iq. • Nếu ở cực đáy có mắc điện trở RA thì Iq gây nên sụt áp trên nó là: dUA = RA.Iq
  146. • Sự thay đổi điện áp cực đáy sẽ làm thay đổi dòng điệncực của Ic ,một lượng tương ứng bằng: dIC= SdUA = S.RA.Iq S: hỗ dẫn của transistor trường- quang. Như vậy dòng điện cực cuwarcuar transistor trường – quang được điều khiển bởi dòng quang ở cực đáy và nó được khuếch đại lên S.RD lần.
  147. c. Ứng dụng • Sử dụng trong thông tin quang
  148. 3. Thyrixto quang. a. Cấu tạo: • Cũng như các thyrixto thường, trong họ thyrixto quang cũng có các dạng thyrixto 4 lớp,5 lớp bán dẫn với 3 hoặc 4 chân cực. • Các thyrixto quang đều có vỏ bọc với cửa sổ trong suốt cho các tín hiệu quang đi đến.
  149. • Anôt (A) là một lớp bán dẫn loại P có nồng độ tạp chất cao và Catôt (K) là lớp bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất cao. • Còn hai vùng bán dẫn N và P ở giữa có nồng độ tạp chất thấp nên bề rộng của tiếp xúc P-N giữa chúng lớn hơn nhiều so với hai tiếp xúc P- N ở anôt và ở catôt.
  150. • Ở thyrixto quang, tín hiệu quang chỉ làm nhiệm vụ kích cho thyrixto dẫn điện chứ không điều khiển được giá trị dòng điện anôt. Cường độ tín hiệu quang chỉ có tác dụng làm thay đổi thời gian đóng mở của thyrixto
  151. b. Đặc tuyến I E >E > 3 2 E1 UAK
  152. c. Ứng dụng Cũng tương tự như Thyristor thường
  153. 3.4. Tế bào quang điện và pin mặt trời a. Cấu tạo • Tế bào quang điện thường được chế tạo từ các vật liệu: Ge, Si, CdS, ZnS, • Cấu tạo của tế bào quang điện gồm phần nhạy quang là tấm bán dẫn loại N với các cửa sổ trong suốt cho tín hiệu quang chiếu vào. Phía đối diện với lớp bán dẫn N là lớp bán dẫn loại P. Tất cả được bọc trong vỏ bảo vệ với 2 điện cực dẫn ra ngoài.
  154. b. Nguyên lý làm việc • Khi chiếu sáng lên lớp bán dẫn N, do quá trình lượng tử hóa sẽ sinh ra từng đôi điện tử -lỗ trống. • Do đó, điện trường tiếp xúc giảm, các hạt dẫn đa số sẽ khuếch tán qua tiếp xúc P-N
  155. - Như vậy, tế bào quang điện đã chuyển năng lượng ánh sáng sang năng lượng điện. • Hệ số có ích của tế bào quang silic khá cao nên được sử dụng làm pin mặt trời. Tế bào quang silic có thể hoạt động ở cả chế độ có nguồn và chế độ chế biến tín hiệu.
  156. 3.5. Diot phát quang (LED) 1. Điôt quang loại tiếp xúc P-N:
  157. 3.5.1. Nguyên lý làm việc: • Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗ trống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dải dẫn điện – có năng lượng cao – rơi xuống dãi hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra năng lượng
  158. - Đối với diod Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhệit. Nhưng đối với diod cấtạo bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy ) - Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ. - Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây.
  159. 5.1.2. Cấu tạo: • Điôt phát quang gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực anốt (A), catốt (K). Anốt được nối với bán dẫn loại P, còn catốt được nối với bán dẫn loại N • Vật liệu chế tạo điôt phát quang đều là các liên kết của các nguyên tố thuộc nhóm 3 và nhóm 5 của bảng tuần hoàn Menđêlêep như GaAs, hoặc liên kết 3 nguyên tố như GaAsP v.v • Ký hiệu:
  160. 5.1.3. Nguyên tắc hoạt động • Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thế thềm của LED thay đổi từ 1 đến 2.5V và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA. I(mA) GaAsP Si GaAs GaAsP vàng GaP (đỏ) lục 0.3 0.7 1.5 2 VD (V)
  161. 5.1.3. Ứng dụng - Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn báo, trang trí. - Các LED phát ánh sáng không nhìn thấy được dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa.
  162. 3.6. Optron a. Cấu tạo - Đầu vào nhận tín hiệu làm LED phát sóng ánh sáng, ánh sáng này tác dụng ào transistor quang và sẽ tạo ra điện áp ra biến thiên. - Toàn bộ hệ thống này được bọc kín để tránh sáng môi trường vào gây nhiễu. b. Ứng dụng - Khuếch đại tín hiệu - Dùng trong mạch điều khiển các pha chậm trong máy tính
  163. Chương 4: Vi điện tử 4.1. Một số tính chất chung của vi điện tử • Vi mạch tích hợp có độ tin cậy rất cao. • Kích thước nhỏ, chứa được nhiều phần tử : - IC bậc 1 chứa 10 linh kiện - IC bậc 2 chứa 11 ÷ 100 linh kiện - IC bậc 3 chứa 101 ÷ 1000 linh kiện - IC bậc 4 chứa đến 10000 linh kiện hoặc lớn hơn. • Giá thành hạ, tiêu thụ ít năng lượng điện. • Do sử dụng năng lượng nhỏ nên hạn chế tốc độ làm việc. • Yêu cầu về độ ổn định nguồn cung cấp
  164. 4.2. Đặc điểm công nghệ chế tạo mạch tích hợp 1.Quá trình quang khắc. - Tạo một khuôn gọi là khuôn ánh sáng. Sau đó trên bề mặt tấm bán dẫn Si đế ta tạo một lớp oxit silic SiO2 bằng phương pháp gia công nhiệt ở nhiệt độ 10000C đến 12000C trong hơi nước. - Tiếp theo là phủ lớp cảm quang và sau đó đặt khuôn ánh sáng lên trên lớp cảm quang, rồi chiếu ánh sáng vào khuôn ánh sáng. Ánh sáng sẽ tác động lên lớp cảm quang theo đúng cấu hình của khuôn ánh sáng. - Sau đó bỏ khuôn ánh sáng ra và tiến hành hiện hình và định hình.
  165. - Tiếp theo là quá trình ăn mòn bằng các dung dịch hóa học những chỗ có ánh sáng chiếu vào. Sau đó ta loại bỏ lớp cảm quang và kết quả được tấm bán dẫn trên có phủ một lớp bảo vệ bằng SiO2 theo cấu hình yêu cầu. - Mỗi lớp phủ bảo vệ bằng SiO2 theo cấu hình yêu cầu được gọi là một mask (mặt nạ), mỗi lần tạo ra một mask phải được lặp lại đầy đủ các bước đã nêu ở trên.
  166. 2. Quá trình plama. 1. Gia công tấm bán dẫn silic tinh khiết 2. Oxy hóa tấm bán dẫn đế 3. Cho ăn mòn lớp SiO2 ở phía dưới để tiến hành khuếch tán tạp chất vào (ví dụ loại P) 4. Phủ lớp cảm quang 5. Quang khắc và ăn mòn chọn lọc lớp SiO2 theo cấu hình của khuôn ánh sáng. 6. Khuếch tán tạp chất loại N (nguyên tố nhóm 5 - tạp chất cho) vào đế để tạo vùng colectơ khi chế tạo tranzito loại N-P-N. 7. Sau đó oxy hóa lần thứ hai để tạo lớp SiO2.
  167. 8. Phủ lớp cảm quang, che mặt nạ, chiếu sáng và cho ăn mòn ta thu được mặt nạ thứ hai. 9. Khuếch tán bán dẫn loại P (nguyên tố nhóm 3- tạp chất nhận) để tạo vùng bazơ 10. Oxy hóa tạo lớp SiO2. 11. Quang khắc và ăn mòn chọn lọc ta thu được mặt nạ thứ ba và tiến hành khuếch tán tạovùng N+ của Emitơ. 12. Oxy hóa, quang khắc và ăn mòn ta có mặt nạ thứ tư để gắn các điện cực E,B,C.
  168. 4.3. Phân loại, ký hiệu vi mạch điện tử 1. Phân loại a. Phân loại theo tính chất dữ liệu được xử lý bằng IC : • IC tuyến tính • IC số b. Phân loại theo công nghệ chế tạo • Vi mạch bán dẫn (hay còn gọi là vi mạch đơn khối): • Vi mạch màng mỏng • Vi mạch màng dày • Vi mạch lai
  169. c. Phân loại theo loại tranzito có trong IC • Vi mạch lưỡng cực • Vi mạch MOS d. Dựa theo số phần tử được tích hợp trong IC • Vi mạch loại SSI: số phần tử được tích hợp 1000
  170. 4.4. Mạch tích hợp tuyến tính 1. Khái niệm • Vi mạch tuyến tính được hiểu là các tổ hợp vi mạch có các tín hiệu trên lối ra tỷ lệ với tín hiệu trên lối vào theo quy luật đường thẳng. • Các vi mạch tuyến tính thường đòi hỏi các phần tử mắc thêm ở mạch ngoài nhiều hơn so với các IC số để hoàn thành một chức năng nào đó. Điều này khiến cho các sơ đồ sử dụng vi mạch tuyến tính nhạy cảm với nhiễu bên ngoài hơn và bởi vậy khó sử dụng hơn. • Vi mạch tuyến tính thường được phân thành 2 loại chính là: tổ hợp vi mạch tranzito-điốt và vi mạch chuyên dụng, và vi mạch khuếch đại thuật toán.
  171. 2. IC khuếch đại thuật toán a. Ký hiệu
  172. • Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng phải đạt được các tiêu chuẩn sau: - Hệ số khuếch đại điện áp Ku → ∞ - Trở kháng vào Zvào → ∞ - Trở kháng ra Zra → 0 - Dải tần số làm việc Δf → ∞
  173. b. Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại thuật toán
  174. c. Đặc tuyến truyền đạt của IC khuếch đại thuật toán U ra U vào đảo U vào U vào không đảo
  175. d. Mạch ứng dụng Khuếch đại đảo dùng IC thuật toán
  176. 4.5. Mạch tích hợp logic( IC số) • Là loại IC xử lý tín hiệu số. Tín hiệu số (Digital signal) là tín hiệu có trị giá nhị phân (0 và 1). • Hai mức điện thế tương ứng với hai trị giá (hai logic) đó là: - Mức High (cao): 5V đối với IC CMOS và 3,6V đối với IC TTL - Mức Low (thấp): 0V đối với IC CMOS và 0,3V đối với IC TTL Thông thường logic 1 tương ứng với mức H, logic 0 tương ứng với mức L. Logic 1 và logic 0 để chỉ hai trạng thái đối nghịch nhau: Đóng và mở, đúng và sai, cao và thấp
  177. • Về công nghệ chế tạo, IC digital gồm các loại: - RTL: Resistor – Transistor logic - DTL: Diode – Transistor logic - TTL: Transistor – Transistor logic - MOS: metal – oxide Semiconductor - CMOS: Complementary MOS
  178. Nguyên lý xây dựng phần tử NAND loại TTL
  179. Nguyên lý xây dựng phần tử NOR với cực colecter để hở
  180. IC logic : là để thực hiện một phÐp to¸n logic chóng ®ược tạo thành từ c¸c hàm logic c¬ b¶n: AND, NAND, OR, NOR
  181. Chương 5: Dụng cụ hiển thị 5.1. Hiển thi tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display ) 5.1.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc. - Tinh thể lỏng là loại vật liệu hữu cơ có cấu tạo dạng tinh thể nhưng ở dạng lỏng trong điều kiện thường.
  182. - Vật liệu bao gồm các phần tử dạng elip, khi không có dòng qua vật liệu thì các phần tử được sắp xếp song song với nhau.Vì vậy nếu ta chiếu ánh sáng vào vật liệu, ánh sáng sẽ chỉ phản xạ theo một hướng và ta nhận biết được ánh sáng phản xạ đó
  183. - Khi có dòng điện chạy qua vật liệu thì do các điện tích chuyển động sẽ đẩy các phần elip với các phần các nhau. Kết quả là các phần tử được sắp xếp hỗn loạn nên khi ta chiếu ánh sáng vào vật liệu thì ánh sáng đó phản xạ theo nhiều hướng và ta dễ dàng nhận được ánh sáng đó.
  184. 5.1.2. Ưu, nhược điểm và ứng dụng - LCD tiêu thụ dòng điện rất nhỏ, kích thước bé, phù hợp với các thiết bị đo dùng mạch tổ hợp, kỹ thuật vi điện tử. - Nhược điểm: khoảng nhiệt độ làm việc hẹp ( 10- 550c), tuổi thọ làm việc của thiết bị không cao. - Ứng dụng: • Mặt chỉ thị cho đồng hồ • Máy tính • Các thiết bị đo số. • Màn hình ti vi
  185. 5.2. Ống tia điện tử (CRT: Catot Ray Tube) 1. Khái niệm - Là dụng cụ điện tử để biến đổi tín hiệu điện thành hình ảnh để có thể quan sát, đo lường về nguyên lý làm việc. 2. Phân loại - Ống tia điện tử khống chế bằng điện trường. - Ống tia điện tử khống chế bằng từ trường
  186. 3. Ống tia điện tử điều khiển bằng điện trường Ống tia điện tử gồm 3 bộ phận chính: a. Súng điện tử: Có nhiệm vụ tạo ra tia điện tử có vận tốc lớn. Súng điện tử bao gồm: - Katot (C) được nung nóng bởi sợi nung ab có dòng chạy qua và có nhiệm vụ tạo ra tia điện tử. - Cực điều khiển (D): Điều khiển số điện tử đến màn. UDC thay đổi càng âm thì điện tử càng bị cản nên số điện tử đến màn càng ít.
  187. A X1 X2 C G 1 A2 Y1 a b E Y 2 Màn huỳnh quang
  188. - Anôt A1, A2 phân cực thuận, có điện thế khoáng vài trăm volt. Các Anot này có tác dông gia tốc cho điện tử để chúng đạt vận tốc lớn. b. Hệ thống làm lệch (lái tia): có tác dụng lái tia điện tử cho phù hợp với dạng tín hiệu, gồm: 2 cặp xuyến X1X2 và Y1Y2 đặt vuông góc nhau: - Điện áp Uy đặt vào Y1Y2 thì tạo ra điện trường lái tia theo chiều thẳng đứng. - Điện áp Ux đặt vào X1X2 thì tạo ra điện trường lái tia theo phương ngang.
  189. • Kết hợp các điện trường đó làm cho tia điện tử đi theo quỹ đạo của tín hiệu. • Các điện cực nói trên được đặt trong ống thủy tinh có độ chân không cao. C. Màn sáng - Chất huỳnh quang được bôi vào mặt trong của đáy ống.
  190. - Khi có điện tử bắn phá vào điểm nào đó của màn sáng thì điện tử của chất huỳnh quang được tăng năng lượng từ W1 – W2 nhưng mức năng lượng này không bền vững, điện tử nhanh chóng trở về mức năng lượng ban đầu và giải phóng mức năng lượng: W1 – W2 dưới dạng ánh sáng.
  191. - Tham số quan trọng của ống tia tia®iÖn tö là độ dư huy: là khoảng thời gian kể từ khi điểm nào đó của màn sáng bắt đầu phát sáng đến khi ánh sáng tại điểm đó hết. Tùy theo kết cấu của chất huỳnh quang có dư huy khác nhau, t= 10us – 10s
  192. 4. Ống tia điện tử điều khiển bằng từ trường. Gồm 3 bộ phận: a. Súng điện tử: Tương tự như súng điện tử của ống tia điện tử điều khiển bằng điện trường. b. Hệ thống làm lệch (lái tia) Gồm 2 cuộn dây X1X2 , Y1Y2 đặt vuông góc với nhau: - Cuộn X 1X2 tạo ra đường sức từ trường theo phương thẳng đứng sẽ gây ra từ lực FX theo phương ngang. -.
  193. • Cuộn Y1Y2 tạo ra đường sức từ trường theo phương ngang sẽ gây ra từ lực Fy theo phương đứng và sau đó có tác dụng lái tia điện tử tương tự ống tia điện tử khống chế bằng điện trường
  194. X1 Fy Fx Y1 Y2 X2
  195. c. Màn sáng: Tương tự như ống tia điện tử điều khiển bằng điện trường
  196. 5. Ứng dụng • Ống hiện sóng • Ống thu hình
  197. Chương 6: Dụng cụ điện thanh 6.1. Khái niệm dụng cụ điện thanh - Là dụng cụ giúp lan truyền âm thanh nhờ các phần tử điện. 6.2. Loa 6.2.1. Định nghĩa - Là dụng cụ điện thanh có tác dụng biến đổi năng lượng điện âm tần thành năng lượng âm thanh.
  198. 6.2.2. Các tham số • Công suất danh định của loa • Điện áp danh định của loa • Trở kháng danh định của loa • Thanh áp của loa: biểu thị độ nhạy của loa. Với cùng một công suất âm tần cung cấp cho loa, loa nào có thanh áp lớn hơn thì độ nhạy cao hơn. • Đáp tuyến tần số của loa: biểu thị sự biến đổi của thanh áp chuẩn của loa khi tần số thay đổi.
  199. 6.2.3. Cấu tạo loa điện động, loa điện từ, loa tinh thể. 1. Loa điện từ ( hay còn gọi loa kim) a. Cấu tạo d g đ e c b f a
  200. • a: nam châm, có thể là hình móng ngựa hay hình trụ • b: cuộn dây • c: lưỡi gà, gắn với màng loa để màng loa rung động • d: màng loa • e: 2 miếng sắt hình chữ U • f: các miếng sắt non • g: cần câu, một đầu gắn vào lưỡi gà, một đầu gắn vào chóp loa
  201. b. Nguyên tắc hoạt động • Khi chưa có dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây thì cuộn dây và lưỡi gà nằm trong một từ trường không đổi của nam châm. • Khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn ây loa thì tạo nên từ trường biến đổi. Lưỡi gà nằm trong từ trường này nên bị rung động theo tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây. Hệ thống cần câu này truyền rung động tới màng loa. Màng loa rung động và phát ra âm thanh.
  202. c. Ưu, nhược điểm của loa điện từ • Cấu tạo đơn giản. • Chất lượng kém, tiếng trầm, tiếng bổng đều bị cắt và có tiếng kêu do lưỡi gà hút về một bên.
  203. 2. Loa tinh thể ( loa sứ áp điện) a. Cấu tạo d g e a f e
  204. • a: miếng sứ áp điện có tráng bạc ở hai mặt • c: miếng cao su truyền động • d: nón loa bằng giấy • g: sườn loa • e: nắp đậy • f: hai dây dẫn điện
  205. b. Nguyên tắc hoạt động • Sứ áp điện có nhiều loại có tính chất áp điện khi đưa một điện áp âm tần vào hai mặt của tấm sứ áp điện thì nó sẽ rung lên theo nhịp điệu âm tần. • Sự rung động đó truyền qua miếng cao su tới nón loa và loa phát ra âm thanh.
  206. c. Ưu nhược điểm của loa sứ áp điện • Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sửa chữa, giá thành hạ, tiêu thụ ít công suất âm tần • Tiếng loa có nhiều thanh, ít trầm.
  207. 3. Loa điện động a. Cấu tạo Ống ngoài loa Động cơ loa ống giữa Ống trong cùng
  208. • Loa nén có hai phần: động cơ loa và vành loa. • Động cơ loa có nam châm, khe từ, cuộn dây và màng loa bằng nhựa cứng và tròn và lồi. • Vành loa thường gồm có 3 ống: ống trong cùng hinh trụ nhỏ nhất, ống ở giữa hình trụ lớn hơn, ống ngoài cùng to và loe rộng ra.
  209. b. Nguyên lý hoạt động • Khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây thì làm cho cuộn dây rung lên, truyền rung động đến màng loa, âm thanh phát ra được phóng ra phía trước, lần lượt qua các ống nhỏ, ống giữa, ống ngoài, làm cho thể tích không khí dao động bị dao động tăng dần lên, tiếng loa phát ra rất to.
  210. c. Ưu, nhược điểm • Hiệu suất cao • Chất lượng âm thanh kém, dải tần hẹp. Loa nén chỉ nên dùng ở ngoài trời, nơi ồn ào, không nên đặt trong hội trường.
  211. 4. Loa giấy có vành hướng thanh a. Cấu tạo 240 V 10W 120V 5W 30V 1.5 w 0 V 0W
  212. • Các loa này dùng dùng kèm biến áp. Bên sơ cấp biến áp có các đầu 30V, 120V, 240V để đấu lên đường dây truyền thanh có điện áp tương ứng. • Bên thứ cấp đấu vào các loa và cũng có 3 đầu ứng với các mức công suất cung cấp cho loa • Các loa này có vành hướng thanh có tiếng phát ra trầm âm nên có thể trang âm trong hội trường
  213. 6.2.3. Tổ hợp loa 1. Loa nón – loa chùm - Loa nón có chất lượng âm thanh cao, dùng trang âm trong công viên, quảng trường, thường gặp loại 10 W, 25 W. - Biến áp loa có cấu tạo như sau: 2000ohm 1500 16 ohm 1000 8 500 0 250 0 V
  214. • Người ta thường bố trí vài ba loa nón thành loa chùm để phục vụ những nơi đông người , ồn ào. • Loa chùm kiểu này chất lượng âm thanh kém hơn, nhưng phạm vi phục vụ rộng hơn.
  215. 2. Loa cột • Gồm một số loa điện động màng giấy đạt trong một hộp gỗ hoặc sắt dài, bên trong các chất hút ẩm. • Bố trí loa như vậy thì loa có hướng tính tỏa rộng ra xung quanh nhưng lại thu hẹp theo chiều thẳng đứng. Do đó bố trí loa cột trong hội trường, rạp hát vừa đảm bảo chất lượng âm thanh, vừa hạn chế được tiếng rú do âm thanh đập lên trần và sàn nhà dội trở lại micro
  216. 10W 5W 2.5W Loa cột
  217. • Thùng loa để chỉ toàn bộ hộp và các loa bên trong. Thùng loa nhằm cho hiệu quả của loa tăng lên. • Có hai loại thùng loa: - Loa được bố trí trong thùng loa hoàn toàn kín, đó là thùng loa kín. - Loa được bố trí trong thùng kín nhưng ở mặt trước có một lỗ hổng được tính toán chính xác – gọi là thùng loa có lỗ hổng.
  218. • Trong thùng thường có từ hai tới 3 loa , có loại tới 5 loa. Phải bố trí nhiều loa nguyên nhân chủ yếu vì mỗi loa chỉ làm việc tốt với một dải tần số nhất định.
  219. 6.3. Micrô 6.3.1. Định nghĩa - Là dụng cụ điện thanh, có tác dụng biến đổi năng lượng của các dao động âm thanh thành năng lượng dao động điện âm tần. 6.3.2. Các tham số - Độ nhạy - Đáp tuyến tần số
  220. 3. Các loại micrô • Micrô điện động (micro cuộn dây) • Micrô băng • Micrô tinh thể • Micrô tụ điện • Micrô than