Tài liệu giảng dạy môn Linh kiện điện tử - Đại cương về chất bán dẫn potx

Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CHƯƠNG 4: ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT BÁN DẪN
( SEMI CONDUCTOR )
Người ta chia các vật liệu điện ra làm 3 nhóm chính là : chất dẫn
điện, chất cách điện và chất bán daãn.


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

Người ta bảo rằng, chất bán dẫn (Semi – conductor) là chất có
điện trở suất trung bình giữa chất dẫn điện (kim loại) và chất cách điện
(điện môi)
- Chất dẫn điện có điện trở suất ρ = 10-6 ÷ 10-4 Ωm.
- Chất bán dẫn có điện trở suất ρ = 10-4 ÷ 10+4 Ωm
- Chất cách điện có điện trở suất ρ = 10+4 ÷ 10+10 Ωm


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

W
2

1
Hình 4-1-1: Đồ thị năng lượng của chất rắn

Miền (1) được gọi là miền hoá trị hay miền đầy: là miền bị lấp hoàn toàn
bởi các e.
Miền (2) miền dẫn: là miền năng lượng chưa bị các e chiếm hết.
Ở giữa là miền cấm: là miền năng lượng không có các e chiếm giữ.

Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

W

W
2
1

W
2

2
ΔW

ΔW

1

Hình 4-1-2: Đồ thị năng lượng của chất dẫn điện

W

5-10eV

1
Chất cách điện

2
ΔW

0.2 - 0.5 eV

1
Chất bán dẫn


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CƠ CHẾ DẪN ĐIỆ N CỦA HẠT DẪN


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CHẤT BÁN DẪ N LOẠI N (Negative)

w
2

WF

Wd

1


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CHẤT BÁN DẪN LOẠI P (Positive)

w
2
1

Wa
WF
1


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

TIẾ P XÚ C P-N (CHUYỂN TIẾP P-N)


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

TIẾP XÚC P-N KHI KHÔNG CÓ ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI

Etx


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

TIẾP XÚC P-N KHI CO ÙĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

TIẾP XÚC P-N KHI CÙ ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI
(PHÂN CỰC THUẬN)

?


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

ĐẶC TUYẾN V-A CỦA MỐI NỐI P-N

I(mA)

Vùng f.c thuận

VR max
Vùng f.c nghịch

O

IOSAT =2μA

Vγ

V(V)
U (V)

Hình 4-1-10: Đặc tuyến V-A của mối nối P-N
qU

I P − N = I osat (e kT − 1)

Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

Ở nhiệt độ phòng 250C hay 2980K, người ta định nghóa hệ số
nhiệt VT :

KT 1,38.10 -23.298
VT =
=
= 25mV
q
1,6. 10 - 19
Vậy dòng qua lớp tiếp xúc P-N:
U

I P − N = I osat (e 25 mV − 1)


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

Tóm lại :
Khi phân cực nghịch lớp tiếp xúc P-N : Vùng nghèo
mở rộng, dòng qua lớp tiếp xúc nhỏ bằng dòng trôi của
hạt thiểu số :

I = - Iosat (rất bé)

Khi phân cực thuận lớp tiếp xúc P-N: Vùng nghèo hẹp,
dòng qua lớp tiếp xúc lớn và tăng theo điện áp, là
dòng Ikt của hạt đa số :

IP-N = Iosat.eU/25mV


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

DIODE BÁN DẪN

Thông thường ký hiệu diode thường bắt đầu :
1N,
Hình dạng như hình vẽ, thân có màu đen thì vạch sẽ có màu tương
phả n. Vạ ch ngang trê n diode dù ng để xá c định châ n Kathode (K)
VD:

1N 4001 ; 1N 4007; 1N 5406 ; 1N 1206


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

ĐẶC TUYẾN VOLT – AMPRE CỦA DIODE
I D (mA)

V BR max

20

10

70
60
50

40
30
20
10
1μA

S

Vùng phân
cực ngược

3μA

I D = I osat (e

Ge

Si

Vùng phân
cực thuận
0,5

0,2

1,0

với Si: Vγ = 0,5 -> 0,7V
Ge: Vγ = 0,2 -> 0,3V

VD
25 mV

− 1)


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

MẠCH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V – A CỦA DIODE

R1
Vs

+

2K2

0 -> 15V

R1
Vs

+

2K2

0 -> 15V
D1

Hình 4-2-4: Mạch khảo sát Diode khi phân cực nghịch

D1

Khi phân cực thuận


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN DIODE
- Khi nhiệt độ tăng , thì Vγ giảm:

ΔVγ
ΔT

O

= Kv

với Kv = -2,5mV/0C (đối với Ge) = -2mV/0C (đối với Si)
- Khi nhiệt độ tăng , thì dòng bảo hòa ngược Iosat tăng

Iosat = Iosat (R). eKI (T –25)
với Iosat (R)

: dòng

điện rỉ ở nhiệt độ phòng 250C

KI : hệ số nhiệt = 0,07/0C (đối với Ge) = 0,12/0C (đối với Si)
T : nhiệt độ môi trường

Iosat: dòng rỉ ở nhiệt độ T


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA DIODE
- Chất bán dẫn chế tạo để có VF (Vγ) .
- IFmax : dòng điện thuận tối đa
- VBR max (hay VPIV : peak reverse voltge) : điện áp ngược tối đa
- IRmax (Is) dòng điện nghịch tối đa.


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

Ví Dụ :
Mã số

Chất

IFmax

VRmax

Is

Công dụng

1N4001

Si

1A

50v

5μA

Nắn dòng

1N4002

Si

1A

100v

5μA

Nắn dòng

1N4004

Si

1A

400v

5μA

Nắn dòng

1N4007

Si

1A

1000v

5μA

Nắn dòng

1N5404

Si

3A

400v

5μA

Nắn dòng

1N5408

Si

3A

1000v

5μA

Nắn dòng


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

HÌNH DẠNG CỦA MỘT SỐ DIODE

1A

1.5A

3A

5÷12A

25÷30A

50A

80÷400A
160÷650A

Hình 4-2-5: Hình dạng một số diode

1000A


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

ĐIỆN TRỞ VÀ TỤ CỦA DIODE
I D (mA)

1. Điện trở tónh : RDC
Tại điểm hoạt động trên đặc tuyến,

Q

20mA

điện trở tónh của diode được xác định theo
công thức:
VD
(Ω)
RDC =
ID

10V

Q’’

Ví dụ như hình vẽ 4-2-6,

2mA

Q’
2μA 0, 5V

Hình 4-2-6

Ở điểm Q : RDC = 0.8V/ 20mA = 40 (Ω)
Taïi Q’:

RDC = 0.5/ 2mA = 250 Ω ( pcthuận)

Tại Q”:

RDC = -10/ -2μA = 5MΩ (pc nghịch)

Nhận xét :
Khi phân cực thuận : ID tăng lên mạnh => RD nhỏ
Khi phân cực nghịch : ID rất nhỏ => RD lớn
=> Người ta lợi dụng tính chất này để đo thử diode bằng đồng hồ VOM.

VD (V)
0, 8V


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

CÁCH ĐO THỬ – KIỂM TRA DIODE:
- Để VOM ở giai R x 100 :
DIODE

ĐEN

DIODE

ĐỎ
VOM

PHÂN CỰC THUẬN

ĐEN

ĐỎ
VOM

PHÂN CỰC NGHỊCH

Hình 4-2-7: Cách đo thử diode
-

Nếu Rt = Rng = 0Ω : Diode nối tắt

-

Nếu Rt = Rng = ∞ Ω : Diode đứt


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

2. Điện trở động : rd
rd = ΔVD / ΔID =dVD / dID

Ở nhiệt độ phòng (250C), ta có KT/q = 25mV, neân
rd = 25(mV)/ID(mA)


Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử

3. Tụ của mối nối p – n :
a. Tụ của diode khi phân cực ngược:
Với

ε = ε0 x11,7 (Si)
ε = ε0 x 15,8 (Ge)

S
Cp = ε
d

ε0 =8,85 x10-12F/m

và

S: tiết diện của mối nối P-N
d: Độ rộng vùng nghèo

b. Tụ của diode khi phân cực thuận:

CD =

dQ
dV

: được gọi là tụ khuếch tán

15pF

10pF

5pF

Phân cực thuậ n

Phâ n cực nghịch

-25V

-20V

-15V

-10V

-5V

O

0,25V

0,5V

VD

Hình 4-2-8: Đặc tuyến của tụ chuyển tiếp CT và tụ khuếch tán CD của một diode Si