bg cau kien dien tu 0307
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (753.62 KB, 20 trang )
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
BÀI GIẢNG MƠN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ &
QUANG ĐIỆN TỬ
Giảng viên:
ThS. Trần Thục Linh
Điện thoại/E-mail:
0914932955/
Bộ môn:
Kỹ thuật điện tử - Khoa Kỹ thuật điện tử 1
Học kỳ/Năm biên soạn: 2/2009
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Nội dung môn học
Chương 1- Giới thiệu chung
Chương 2- Cấu kiện thụ động
Chương 3- Vật lý bán dẫn
Chương 4- Diode (Điốt)
Chương 5- BJT (Transistor lưỡng cực)
Chương 6- FET (Transistor hiệu ứng trường)
Chương 7- Thyristors: SCR – Triac – Diac - UJT
Chương 8- Cấu kiện quang điện tử
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 2
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Tài liệu học tập
Tài liệu chính:
Slide bài giảng
Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử, Đỗ Mạnh Hà,
Học viện CNBCVT, 2009-2010
Tài liệu tham khảo:
Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition,
Robert Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall
International, Inc, 2006.
Linh kiện bán dẫn và vi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005
Giáo trình Cấu kiện điện tử và quang điện tử, Trần Thị Cầm,
Học viện CNBCVT, 2002
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 3
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Yêu cầu môn học
Sinh viên phải đọc trước các slide bài giảng trước khi lên lớp
Tích cực trả lời và đặt câu hỏi trên lớp hoặc qua email của GV
Làm bài tập thường xuyên, nộp vở bài tập bất cứ khi nào Giảng
viên yêu cầu
Tự thực hành theo yêu cầu với các phần mềm EDA
Điểm môn học:
Kiểm tra :
- Câu hỏi ngắn
Chuyên cần
: 10 %
- Bài tập
Kiểm tra giữa kỳ: 10 %
Thi kết thúc:
- Lý thuyết: + Trắc nghiệm
Thí nghiệm
: 10 %
+ Câu hỏi ngắn
Thi kết thúc
: 70 %
- Bài tập
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 4
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Chương 1- Giới thiệu chung
1. Giới thiệu chung về cấu kiện điện tử
2. Phân loại cấu kiện điện tử
3. Giới thiệu về vật liệu điện tử
4. Giới thiệu các phần mềm EDA hỗ trợ môn học
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 5
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
1. Giới thiệu chung về Cấu kiện điện tử
Cấu kiện điện tử là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch
tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử
Cấu kiện ĐT ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nổi bật nhất
là ứng dụng trong lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT
Cấu kiện ĐT rất phong phú, nhiều chủng loại đa dạng
Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ,
tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Pentium
4: > 40 triệu Transistor,…)
Xu thế các cấu kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày
càng cao, tính năng mạnh, tốc độ lớn…
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 6
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Vi mạch và ứng dụng
Processors
CPU, DSP, Controllers
Memory chips
RAM, ROM, EEPROM
Analog
Thông tin di động,
xử lý audio/video
Programmable
PLA, FPGA
Embedded systems
Thiết bị ô tô, nhà máy
Network cards
System-on-chip (SoC)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Ảnh: amazon.com
Trang 7
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Ứng dụng của linh kiện điện tử
Chips…
Sand…
www.ptit.edu.vn
Chips on Silicon wafers
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 8
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (1)
Các cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp
(ICs) có thể tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống (Walkman, TV,
ơtơ, máy giặt, máy điều hồ, máy tính,…). Những thiết bị này có
chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn
PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này
Nhân tố chính đem lại sự phát triển thành cơng của nền cơng
nghiệp máy tính là việc thơng qua các kỹ thuật và kỹ năng công
nghiệp tiên tiến người ta chế tạo được các transistor với kích
thước ngày càng nhỏ → giảm giá thành và công suất
Bài học khám phá các đặc tính bên trong của thiết bị bán dẫn
→ SV hiểu được mối quan hệ giữa cấu tạo hình học và các
tham số của vật liệu; hiểu được các đặc tính về điện của chúng
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 9
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (2)
Audion (Triode)
1906, Lee De Forest
First point contact transistor
(germanium)
1947, John Bardeen and Walter
Brattain
Bell Laboratories
www.ptit.edu.vn
1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)
1904 John Ambrose Fleming (“Fleming
Diode”)
1906 Lee de Forest (“Triode”)
Vacuum tube devices continued to evolve
1940 Russel Ohl (PN junction)
1947 Bardeen and Brattain (Transistor)
1952 Geoffrey W. A. Dummer (IC concept)
1954 First commercial silicon transistor
1955 First field effect transistor - FET
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 10
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (3)
1958
First integrated circuit
(germanium), 1958
Jack S. Kilby, Texas
Instruments
Contained five components,
three types:
Transistors, resistors and
capacitors
www.ptit.edu.vn
1958 Jack Kilby (Integrated circuit)
1959 Planar technology invented
1960 First MOSFET fabricated
At Bell Labs by Kahng
1961 First commercial ICs
Fairchild and Texas Instruments
1962 TTL invented
1963 First PMOS IC produced by RCA
1963 CMOS invented
Frank Wanlass at Fairchild
Semiconductor
U. S. patent # 3,356,858
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 11
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Đặc điểm phát triển của mạch tích hợp (IC)
Tỷ lệ giá thành/tính năng của IC giảm 25% –30% mỗi
năm.
Số chức năng, tốc độ, hiệu suất cho mỗi IC tăng:
Kích thước wafer hợp tăng
Mật độ tích hợp tăng nhanh
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 12
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Định luật MOORE
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 13
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2. Phân loại cấu kiện điện tử
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu
2.3 Phân loại theo ứng dụng
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 14
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
Linh kiện hoạt động trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề
mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung
MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI
Linh kiện hoạt động trên nguyên lý quang điện: quang trở,
Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER,
họ linh kiện chuyển hoá năng lượng quang điện như pin mặt trời,
họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử
Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến: họ sensor
nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bức xạ,
sinh học và các chủng loại IC thông minh dựa trên cơ sở tổ hợp
công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo sensor
Linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng
mới: các linh kiện được chế tạo bằng cơng nghệ nano có cấu
trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện tử, Transistor một điện tử, giếng
và dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử, …
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 15
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 16
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.3 Phân loại theo ứng dụng
Linh kiện thụ động: R,L,C…
Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET…
Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý…
Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 17
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
3. Giới thiệu về vật liệu điện tử
3.1. Chất cách điện
3.2. Chất dẫn điện
3.3. Vật liệu từ
3.4. Chất bán dẫn (Chương 3)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 18
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Cơ sở vật lý của vật liệu điện tử
Lý thuyết vật lý chất rắn
Lý thuyết vật lý cơ học lượng tử
Lý thuyết dải năng lượng của chất rắn
Lý thuyết vật lý bán dẫn
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 19
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lý thuyết vật lý chất rắn
Vật liệu để chế tạo phần lớn các linh kiện điện từ là loại vật liệu
tinh thể rắn
Cấu trúc đơn tinh thể: trong tinh thể rắn nguyên tử được sắp
xếp theo một trật tự nhất định, chỉ cần biết vị trí và một vài đặc
tính của một số ít ngun tử ta có thể đốn vị trí và bản chất
hóa học của tất cả các nguyên tử trong mẫu
Ở một số vật liệu người ta nhận thấy rằng các sắp xếp chính
xác của các nguyên tử chỉ tồn tại chính xác tại cỡ vài nghìn
ngun tử. Những miền có trật tự như vậy được ngăn cách bởi
bờ biên và dọc theo bờ biên này khơng có trật tự - cấu trúc đa
tinh thể
Tính chất tuần hồn của tinh thể có ảnh hưởng quyết định đến
các tính chất điện của vật liệu
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh
BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
Trang 20
