ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ĐỂ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN LED NHÁY THEO NHẠC ĐIỂM CAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM
KHOA: LÝ – HÓA – SINH
----------

ĐẶNG THỊ LOAN LOAN

ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
ĐỂ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN LED NHÁY THEO NHẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Quảng Nam, tháng 4 năm 2015

Lời cam đoan
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu nêu trong khóa luận này là trung thực, được các tác giả cho
phép sử dụng và chưa được công bố trong bất kì một cơng trình nào khác.

Quảng Nam, tháng 04 năm 2016
Tác giả khóa luận
Đặng Thị Loan Loan

i

Lời cảm ơn
Khóa luận của tơi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô giáo ThS. Ngô
Thị Hồng Nga. Trước hết cho tơi được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến với cơ,
người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong q trình học tập và thực hiện khóa
luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường Đại Học Quảng
Nam, các Thầy Cô giáo trong khoa Lý – Hóa – Sinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện

thuận lợi cho tơi trong q trình học tập cũng như trong khi thực hiện khóa luận
này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đến các thành viên trong gia đình,
người thân đã ln động viên, đưa ra những lời khun trong những lúc tơi gặp
khó khăn và cảm ơn các bạn học cùng lớp ĐH Vật Lý K12 đã có những ý kiến
đóng góp trong q trình thực hiện đề tài.

Quảng Nam, tháng 04 năm 2016
Tác giả khóa luận

Đặng Thị Loan Loan

ii

Hình DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ Trang
Hình 1.1 4
Hình1.2(a) Tên gọi 4
Hình1.2(b) Ký hiệu của tụ điện 4
Hình 1.3 Tụ gốm 4
Hình 1.4 Tụ hoá 5
Hình1.5(a) Mắc nối tiếp 2 tụ điện 5
Hình1.5(b) Mắc song song các tụ điện 5
Hình 1.6 Mắc hai tụ không phân cực 6
Hình 1.7 Mắc hai tụ phân cực 6
Hình 1.8 Ký hiệu điện trở 6
Hình 1.9 Hình dạng thực của một điện trở công suất 6
Hình 1.10 Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu 7
Hình 1.11 Một cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 8
Hình 1.12 Mắc điện trở thành cầu chia áp 8
Hình 1.13 Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 9

Hình 1.14 Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 10
Hình 1.15 Cấu tạo của điốt led 10
Hình 1.16 Chất bán dẫn loại N 11
Hình 1.17 Chất bán dẫn loại P 11
Hình 1.18 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 12
Hình 1.19 Tiếp xúc P – N 13
Hình 1.20 Kí hiệu Điốt 14
Hình 2.1 Phân cực thuận cho Điôt 16
Hình 2.2 Phân cực ngược cho Điôt 17
Hình 2.3 Các thành phần của dòng điện ra và điện áp ra 17
Điểm làm việc ở chế độ A
Hình 2.4 Điểm làm việc ở chế độ B (a) cùng dạng sóng tương 18
ứng của dòng điện (b) và điện áp (c)
Sơ đồ khuếch đại với mạch phản hồi

iii

Hình 2.5 Cấu trúc cơ bản của một bộ KDTT 21

Hình 2.6 Sơ đồ chân thực tế của OPAMP 22

Hình 2.7 Kí hiệu Opamp 22

Hình 2.8 Đặc tuyến truyền đạt điện áp vịng hở cảu KĐTT 24

Hình 2.9 Bộ KĐTT với mạch hồi tiếp 25

Hình 2.10 Mạch khuếch đại đảo 25

Hình 2.11 Mạch khuếch đại khơng đảo 26

Hình 2.12 Mạch đệm 27

Hình 2.13 Mạch cộng đảo 28

Hình 2.14 Mạch cộng không đảo 28

Hình 2.15 Mạch trừ 29

Hình 2.16 Mạch khuếch đại tích phân 30

Hình 2.17 Mạch khuếch đại vi phân 30

Hình 2.18 Sơ đồ mạch khuếch đại Lôgarit 31

Hình2.19(a) Sơ đồ mạch khuếch đại chọn lọc tần số thấp 31

Hình2.19(b) Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại 32

Hình 2.20 Đặc trưng truyền của cầu T 32

Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại OA có mạch phản hồi âm là 33

khung cộng hưởng mắc nối tiếp

Hình 2.22 Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại khung cộng hưởng 33

L,C

Hình 3.1 Phần mềm mơ phỏng mạch điện tử Proteus 34

Hình 3.2 Giao diện phần mềm Proteus khi mở chương trình ISIS 36

Hình 3.3 Sơ đồ cơ bản nhất của LM3915 37

Hình 3.4 Đặc điểm các chân IC 38

Hình 3.5 Cấu tạo bên ngồi của LM3915 39

Hình 3.6 Sơ đồ khối của LM3915 40

Hình 3.7 Mạch điện áp chuẩn bên trong IC 41

Hình 3.8 Sơ đồ minh họa dịng ra 42

iv

Hình 3.9 Sơ đồ mơ tả chức năng chân mode 43

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lí của mạch 46

Hình 3.11 Mơ phỏng mạch trên Proteus 48

Hình 3.12 Kết quả mơ phỏng mạch trên Proteus 48

Hình 3.13 Mơ hình lắp ráp mạch thực tế 49

Hình 3.14 Mơ hình chạy mạch thực tế 49

v

MỤC LỤC
Lời cam đoan ......................................................................................................... i
Lời cảm ơn ............................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ ....................................................... iii
MỤC LỤC………………………………………………………………………….vi
I. MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1

1.1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
1.5. Lịch sử nghiên cứu ..................................................................................... 2
1.6. Đóng góp của đề tài .................................................................................... 2
1.7. Cấu trúc đề tài ............................................................................................ 3
II. NỘI DUNG ...................................................................................................... 3
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ............................. 4
1.1. Một số linh kiện điện tử thụ động ............................................................ 4

1.1.1. Tụ điện.................................................................................................. 4
1.1.2. Điện trở................................................................................................. 5
1.1.3. Biến trở................................................................................................. 7
1.1.4. Đèn led .................................................................................................. 8
1.2. Chất bán dẫn............................................................................................... 9
1.2.1. Bán dẫn loại N ..................................................................................... 9
1.2.2. Bán dẫn loại P .................................................................................... 10
1.2.3. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn ............................................................. 11
1.2.4. Tiếp xúc P-N ...................................................................................... 11
1.2.5. Tiếp xúc kim loại – điện môi – chất bán dẫn .................................. 12
1.3. Điode bán dẫn ........................................................................................... 12

1.3.1. Cấu tạo, ký hiệu, công dụng ............................................................. 12
1.3.2. Nguyên lí làm việc ............................................................................. 12
1.3.3. Phân loại cho Điode........................................................................... 13

vi

Chương 2: TÌM HIỂU VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN ............ 14
2.1. Mạch khuếch đại ..................................................................................... 14
2.2. Nguyên lí xây dựng một tầng khuếch đại ............................................. 15
2.3. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại ............................................. 16
2.3.1. Khuếch đại ở chế độ A ...................................................................... 16
2.3.2. Khuếch đại ở chế độ B ...................................................................... 17
2.3.3. Khuếch đại ở chế độ khóa hay cịn gọi là chế độ đóng mở (chế độ D)

.............................................................................................................................. 18
2.4. Mạch hồi tiếp ........................................................................................... 18
2.4.1. Định nghĩa .......................................................................................... 18
2.4.2. Phân loại............................................................................................. 18
2.5. Mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ............................................... 19
2.5.1. Giới thiệu chung – Lịch sử ............................................................... 19
2.5.2. Chức năng, cấu tạo và ký hiệu ......................................................... 21
2.5.3. Nguyên lí hoạt động .......................................................................... 23
2.5.4. Phản hồi âm và các sơ đồ mắc mạch KĐTT................................... 25
2.5.5. Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán ........................................... 27
2.6. Khuếch đại chọn lọc ở tần số thấp và tần số cao.................................. 31

Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẮP
RÁP MẠCH THỰC TẾ..................................................................................... 34

3.1. Sơ lược về phần mềm mô phỏng Proteus.............................................. 34

3.2. Tổng quan về IC LM 3915 ..................................................................... 36

3.2.1. Tìm hiểu IC LM 3915 ....................................................................... 36
3.2.2. Đặc thù và ứng dụng ......................................................................... 37
3.2.3. Cấu tạo và chức năng các chân IC .................................................. 38
3.2.4. Điện áp chuẩn bên trong IC ............................................................. 41
3.2.5. Điều khiển dòng ................................................................................. 41
3.2.6. Chức năng của chân Mode ............................................................... 42
3.3. Sơ đồ khối, chức năng và linh kiện sử dụng trong mạch .................... 43
3.3.1. Sơ đồ khối........................................................................................... 43

vii

3.3.2. Chức năng các khối ........................................................................... 44
3.3.3. Linh kiện điện tử sử dụng trong mạch............................................ 44
3.4. Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động của mạch ............................... 45
3.4.1. Sơ đồ nguyên lí của mạch ................................................................. 46
3.4.2. Ngun lí hoạt động .......................................................................... 46
3.5. Mơ phỏng mạch trên phần mềm Proteus ............................................. 48
3.5.1. Mơ hình mơ phỏng trên Proteus ...................................................... 48
3.5.2. Kết quả mơ hình mô phỏng .............................................................. 48
3.5.3. Lắp ráp mạch thực tế........................................................................ 49
III. KẾT LUẬN .................................................................................................. 50
1. Kết luận ........................................................................................................... 50
2. Kiến nghị ......................................................................................................... 50
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 50

viii

I. MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài
Kĩ thuật điện tử hiện nay rất phát triển, nó được áp dụng rất nhiều vào các
lĩnh vực như tự động hố, sản xuất cơng nghiệp và trong nhiều lĩnh vực khoa học
công nghệ khác nhau.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường
cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nước, ngành điện tử nói chung đã có những
bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Các hệ thống điện tử
ngày nay rất đa dạng và nó thay thế các cơng việc của con người từ đồ chơi trẻ em,
đồng hồ báo thức, điện thoại… cho đến phức tạp hơn như điều khiển đèn giao
thông, điều khiển động cơ, các đồng hồ hiển thị số, hay bộ điều khiển từ xa…và
nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp tiên tiến.
Không những thế, kỹ thuật điện tử là ngành áp dụng công nghệ thông tin
một cách mạnh mẽ, sử dụng nhiều phần mềm để trợ giúp con người thiết kế mơ
phỏng mạch điện tử trên máy tính một cách đơn giản hơn. Trong đó, một phần
mềm được sử dụng rộng rãi là phần mềm Proteus. Proteus là một phần mềm chuyên
dụng rất mạnh với giao diện thân thiện, cách sử dụng đơn giản. Nhờ vậy, mà chúng
ta có thể vẽ mạch nguyên lí rất dễ dàng.
Từ những ưu điểm và tầm quan trọng của ngành điện tử, vô tuyến điện trong
cuộc sống hiện nay, đối với một sinh viên nói chung - là thế hệ tương lai của đất
nước, chúng ta cần có những kiến thức căn bản về điện tử để có thể tiếp cận và sử
dụng các thiết bị máy móc hiện đại trong cơng việc cũng như trong cuộc sống, biết
được nguyên lí hoạt động của các linh kiện điện tử có thể giúp chúng ta khai thác
hết chức năng hoạt động và bảo trì các thiết bị máy móc một cách tốt nhất.
Là một sinh viên ngành sư phạm Vật Lý được học môn vô tuyến điện tử và
được tìm hiểu về phần khuếch đại thuật tốn, đó là một kiến thức mới đối với lĩnh
vực sư phạm. Học phần này được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nên càng làm
tôi muốn nghiên cứu và đi sâu tìm hiểu vào cấu trúc bên trong cùng với các ứng
dụng thực tế của nó…Ngồi ra, việc nắm được lý thuyết về môn học là rất quan
trọng, tuy nhiên hiểu và chế tạo ra được một sản phẩm thí nghiệm từ lý thuyết lại

1

rất khó, cần phải đi sâu nghiên cứu và liên hệ với thực tiển. Vì vậy, tơi chọn đề tài
“Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán để chế tạo mạch đèn led nháy theo
nhạc” trong môn vô tuyến điện tử, một môn học được áp dụng rộng rãi trong cuộc
sống, nhằm đi sâu nghiên cứu một phần nhỏ nguyên tắc cũng như ứng dụng của
môn học này trên thực tế. Mạch điện tử này có ứng dụng nhiều trong cuộc sống,
có thể nói hầu hết các chiếc amply bán ngồi thị trường đều có hỗ trợ mạch đèn
led này, mạch cịn sử dụng để trang trí chiếu sáng trên các bảng quảng cáo hay
hiệu ứng phát sáng trên điện thoại di động và trong đồ chơi trẻ em.....

1.2. Mục tiêu của đề tài
- Khảo sát một số linh kiện điện tử, tìm hiểu cơng dụng và chức năng của chúng.
- Sử dụng phần mềm Proteus để mơ phỏng mạch trên máy tính.
- Lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc và nắm được nguyên lí hoạt động.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuếch đại thuật toán và phần mềm điện tử
Proteus để vẽ mạch điện.
- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán và
cách lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu trên giáo trình, các trang wed điện tử
về mơ hình và cách lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: vẽ mơ hình mạch trên phân mềm
Proteus và lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc.
1.5. Lịch sử nghiên cứu
- Đọc giáo trình vô tuyến điện tử của Ngạc Văn An, tham khảo sách và các
trang wed điện tử tìm hiểu về các linh kiện, chất bán dẫn, mạch khuếch đại và bộ
khuếch đại thuật tốn từ đó nắm được lý thuyết để đi lắp rắp mạch đèn led nháy
theo nhạc.

1.6. Đóng góp của đề tài

2

- Nghiên cứu đặc tính bộ khuếch đại thuật tốn áp dụng lắp ráp mạch đèn
led nháy theo nhạc để kiểm tra sự khuếch đại ở tần số cao và tần số thấp, sự thu
âm thanh và phát tín hiệu ra ở đèn. Đề tài được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống,
trong thiết kế và trang trí, sử dụng trên bảng quảng cáo....

1.7. Cấu trúc đề tài
I. MỞ ĐẦU
II. NỘI DUNG
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Chương 2: TÌM HIỂU MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẮP RÁP
MẠCH THỰC TẾ
III. KẾT LUẬN
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO

II. NỘI DUNG
3

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1.1. Một số linh kiện điện tử thụ động
1.1.1. Tụ điện
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch
điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, truyền tín hiệu
xoay chiều, mạch tạo dao động .vv...

➢ Ký hiệu
Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Thơng thường nếu là tụ có cực tính thì trên
ký hiệu sẽ có sự khác nhau giữa hai bản tụ, tụ khơng có cực tính thì trên ký hiệu
hai bản tụ giống nhau.

+ +

Hình 1.1: Ký hiệu của tụ điện
➢ Cấu tạo của tụ điện
- Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách
điện gọi là điện mơi.
- Hình dáng thực tế của tụ điện:

Hình 1.2(a): Tụ gốm Hình1.2(b): Tụ hố

➢ Mắc tụ điện

- Hai tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương Ctd được tính bởi cơng thức:

hay

C1 C2

Ctd

Hình 1.3: Mắc nối tiếp 2 tụ điện
• Khi mắc nối tiếp thì điện áp cho phép (chịu đựng) của tụ tương đương bằng

tổng điện áp chịu cho phép của các tụ cộng lại.

4

Utd = U1 + U2

• Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hoá ta cần chú ý chiều của tụ

điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau.

C2 C5 C6

1uF 1uF 1uF
+ + +

Hình 1.4: Mắc song song các tụ điện
- Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện
dung của các tụ cộng lại: Ctd = C1 + C2

C2 C1

+

C1 C2
Ctd +

Ctd
+

Hình 1.5(a): Mắc hai tụ không phân cực Hình 1.5(b): Mắc hai tụ phân cực

1.1.2. Điện trở

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện

tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là

vơ cùng lớn.

➢ Điện trở của dây dẫn

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây,

được tính theo cơng thức sau:

RL
S

• Trong đó:ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm)

• L là chiều dài dây dẫn (m)

• S là tiết diện dây dẫn (m2)

• R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm)

➢ Điện trở trong thiết bị điện tử

Điện trở được làm từ hợp chất cacbon và kim loại, tuỳ theo tỷ lệ pha trộn

mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau.

+ Ký hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lí như sau:

5

R1 R2
1k 1k

Hình 1.6: Ký hiệu điện trở

Đơn vị điện trở: Ω, KΩ, MΩ, trong đó

1KΩ = 1000Ω 1MΩ = 1000000Ω

+ Phân loại: Các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo

cơng suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng... Nếu phân loại

theo cơng suất thì có các loại như sau:

❖ Loại 1: Các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên. Ví dụ như các điện

trở công suất, điện trở sứ...

Hình 1.7: Hình dạng thực của một điện trở công suất
❖ Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có cơng suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W.

Hình 1.8: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu
❖ Loại 3: Các điện trở có cơng suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở

dán SMD).

Hình 1.9: Một cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD
➢ Cách mắc điện trở

+ Mắc kiểu nối tiếp 2 điện trở R1 và R2 được một điện trở tương đương R:
R = R1+R2

+ Mắc kiểu song song 2 điện trở được một điện trở tương đương R:
1 = 1+1
R R1 R2

➢ Ứng dụng của điện trở

6

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện
quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau:

- Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ: Có một bóng đèn 9V, nhưng
ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V
trên điện trở.

- Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một
điện áp cho trước.

Hình 1.10: Mắc điện trở thành cầu chia áp
• Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện

áp U1, áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.

U1  U R1
R1  R2

• Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn.
1.1.3. Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần, giá trị có thể biến đổi được theo ý
muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động
của mạch điện.
Có ký hiệu là VR chúng có hình dạng như sau:

Hình 1.11: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở
7

Chiết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cầu chỉnh và thường bố trí
phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh, như chiết áp Volume, chiết áp
Bass... Chiết áp nghĩa là chiết ra một phần điện áp từ đầu vào tùy theo mức độ chỉnh.

Hình 1.12: Ký hiệu và hình ảnh thực của chiết áp
1.1.4. Đèn led

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là
các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như
điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

➢ Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn:
+ Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi

ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng
chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện
tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư

thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

+ Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các ngun
tử trung hịa. Q trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay
các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Hầu hết các vật liệu làm LED có chiết suất rất cao, tức là hầu hết ánh sáng
phát ra sẽ quay ngược vào bên trong thay vì phát ra ngồi khơng khí. Do đó cơng
nghệ trích xuất ánh sáng từ LED cũng rất quan trọng, cần rất nhiều sự nghiên cứu
và phát triển.

8

Hình 1.13: Cấu tạo của điốt led
➢ Lớp tráng phủ:

Rất nhiều LED được bọc bằng 1 vỏ nhựa màu hoặc trong suốt vì 3 mục đích:
1. Hàn LED vào bảng mạch sẽ dễ hơn.
2. Dây dẫn bên trong LED rất mỏng sẽ được bảo vệ tốt hơn.
3. Lớp nhựa sẽ đóng vai trị như là mơi trường trung gian. Chiết suất của vỏ
nhựa sẽ thấp hơn chiết suất bán dẫn nhưng cao hơn khơng khí.
Lý do thứ ba sẽ gia tăng khả năng phát sáng của LED vì nó sẽ như 1 thấu
kính phân kỳ, cho phép ánh sáng có góc tới cao hơn góc tới hạn có thể lọt ra ngồi
khơng khí.
➢ Tính chất:
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng
phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu
sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất
bán dẫn.

Loại LED Điện thế phân cực thuận

Đỏ 1,4 - 1,8V

Vàng 2 - 2,5V

Xanh lá cây 2 - 2,8V

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong
khoảng 1,5 đến 3 V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì khơng cao. Do
đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.

1.2. Chất bán dẫn
1.2.1. Bán dẫn loại N

9

Hình 1.14: Chất bán dẫn loại N
Giả sử trong mạng tinh thể của Si (hay Ge) có mật độ Nd ngun tử của một
ngun tố nhóm V, ví dụ As có 5 electron hóa trị, trong tinh thể sẽ xuất hiện Nd
trạng thái năng lượng ∆𝐸𝑑 định xứ trong miền cấm gần đáy miền dẫn.
Mỗi nguyên tử Si có 4 electron hóa trị góp vào mối liên kết đồng hóa trị với
4 nguyên tử Ge khác trong mạng tinh thể. Nếu nguyên tử As thay thế nguyên tử Si
trong mạng thì 4 electron hóa trị của As sẽ tham gia vào 4 mối liên kết với các
nguyên tử Si. Electron hóa trị thứ 5 của As liên kết lỏng lẻo với hạt nhân của nó,
nhưng vì nằm trong mơi trường có Si hằng số điện mơi cao nên mối liên kết giữa
electron và hạt nhân rất yếu. Electron e- này sẽ bức ra khỏi mạng tinh thể và trở
thành electron tự do và là phần tử tải điện. Khi này, chất bán dẫn có số điện tử nhiều
hơn so với lỗ trống. Độ chênh lệch chính là nồng độ tạp chất thêm vào. Chất bán

dẫn như vậy gọi là chất bán dẫn loại N.
1.2.2. Bán dẫn loại P

Hình 1.15: Chất bán dẫn loại P
Từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu ta pha tạp vào chất nhóm có 3 điện tử
hóa trị, chẳng hạn như Bo, Al, Ga…vào mạng tinh thể Si. Cũng như trên, các

10

nguyên tử tạp chất nhóm 3 này sẽ thay thế tại vị trí các nút mạng của các nguyên
tử Ge hóa trị 4. Để thực hiện đủ 4 liên kết của vai trị một ngun tử nhóm 4 thì
Bo phải mượn 1 điện tử của một liên kết Si-Si trong mạng tinh thể này. Khi đó sẽ
để lại hậu quả là một lỗ trống tại liên kết Si-Si này. Lỗ trống này là lỗ trống tự do
và tham gia làm phần tử tải điện chính. Mật độ lỗ trống được tạo thành chính là
nồng độ tạp chất pha vào. Chất bán dẫn như vậy gọi là chất bán dẫn loại P.

1.2.3. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn
Cơng thốt của electron trong chất bán dẫn nhỏ hơn trong kim loại nên
electron từ bán dẫn N sang kim loại sẽ dễ hơn electron từ kim loại sang bán dẫn
N, tạo nên điện trường tiếp xúc Etx, không cho electron từ bán dẫn N tiếp tục sang
kim loại. Hình thành một vùng nghèo hạt mang điện ở phía bán dẫn N.

Khi đặt một điện trường ngoài vào tiếp xúc kim loại – bán dẫn sẽ cho dòng
điện từ kim loại qua bán dẫn N. Lớp tiếp xúc kim loại – bán dẫn có tính chỉnh lưu,
được ứng dụng để chế tạo các điơt tiếp xúc điểm, có điện dung tiếp xúc nhỏ, dùng
trong mạch điện tách sóng trong radio, TV hoặc trong các mạch điện chuyển mạch
điện tử tần số cao.

Hình 1.16: Tiếp xúc kim loại – bán dẫn
1.2.4. Tiếp xúc P-N

Trong chất bán dẫn loại N: electron là hạt dẫn điện đa số, lỗ trống là hạt
dẫn điện thiểu số. Trong chất bán dẫn loại P: Lỗ trống là hạt dẫn điện đa số, electron
là hạt dẫn điện thiểu số.

Hình 1.17: Tiếp xúc P - N
Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp
xúcEtx (nhỏ). Điện trường này ngăn cản không cho electron từ N tiếp tục sang P.
Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P –
N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số,vùng này có điện trở lớn.

11