Điện tử cơ bản - Chương 1 ppsx

Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 1 -
CHƯƠNG I : CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN.
I. Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện:
1/ Mạng tinh thể và liên kết hóa trò.
Các chất bán dẫn phần lớn đư ợc cấu tạo tư ø Gecmanium (Ge) và
Silicium(Si) thuộc nhóm 4 trong bảng tuần hòan các ng uyên tố hóa học
đư ợc sắp xếp theo một trật tư ï tạo nên 1 mạng lư ới gọi là mạng tinh thể.
Vì thuộc nhóm 4 bảng tuần hoàn nên mỗi nguyên tư û có 4 nguyên tư û
khác kế cận liên kết nhau. Như õng nguyên tư û này có 4 điện tư û h óa trò ở
lớp vỏ ngoài cùng. Hai nguyên tư û gần nhau có chung 1 cặp electron tạo
nên mối liên kết hóa trò (liên kết đôi)
lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tư û Si đư ợc bổ sung thêm 4 điện tư û,
nghóa là đủ số điện tư û tối đa lớp vỏ ngoài cùng (8 điện tư û), lớp này trở
thành bền vư õng, trạng thái này chất bán dẫn không dẫn điện.
2/Điện tư û tư ï do và lỗ trống bán dẫn loại i
Chất bán dẫn giới thiệu trên đây là thuần khiết , khi bán dẫn có nhiệt
độ cao hơn hoặc bò chiếu sáng bởi chùm tia thì một số điện tư û nhận
thêm năng lư ợng thoát khỏi mối liên kết thành điện tư û tư ï do. Khi một
điện tư û tư ï do xuất hiện thì tại mối liên kết sẽ thiếu mất một điện tích
âm – q , nghóa là dư ra 1 điện tích dư ơng +q; gọi là lỗ trống . Chất bán
dẫn thuần khiết vư øa xét có 2 loại điện tích tư ï do cùng xuất hiện là điện
tư û và lỗ trống gọi là bán dẫn loại i , điện tư û và lỗ trống gọi là hạt dẫ n .
3/ Bán dẫn loại N và và bán dẫn loại P.
Chất bán dẫn thuần khiết như trên nếu đư ợc pha thêm tạp chất thuộc
nhóm 5 (ví dụ Asenic đối với Ge và Phophore đối với Si).
Nguyên tư û tạp chất có 5 e lớp vỏ ngoài cùng, trong đó có 4 e tham gia
liên kết hóa trò với các nguyên tư û kế cận . Điện tư û thư ù 5 liên kết yếu
hơn đối với hạt nhân nên dễ bò bư ùc ra khỏi liên kết tạo thành điện tư û
tư ï do. Nguyên tư û tạp chất khi đó bò ion hóa trở thành I on dư ơng.
Như vậy chất bán dẫn có pha thêm tạp chất nhóm 5 g là bán dẫn loại

N trong đó điện tư û là hạt dẫn đa số và lỗ trống là hạt dẫn thiểu số.
Tư ơng tư ï như trong trư ờng hợp tạp chất pha vào chất bán dẩn là
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 2 -
nguyên tư û thuộc nhóm 3 trong bảng tuần hoàn chẳng hạn (Bore đối với
Si và Indium đối với Ge).
Như vậy xung quanh mỗi nguyên tư û chỉ có 3 cặp e liên kết bền vư õng
và 1 e bò lẽ đôi. Khi có ánh sáng kích thích thì e này bư ùc ra khỏi
nguyên tư û thành điện tư û tư ï do. Chất bán dẫn như trên gọi là bán dẫn
loại P trong đó lỗ trống là hạt dẫn đa số, điện tư û là hạt dẫn thiểu số.
4. Chuyển tiếp P -N ở trạng thái cân bằng:
P N
Khi có 2 khối bán dẫn tiếp xúc nhau, giảsư û rằng nồng độ hạt dẫn và
tạp chất đư ợc phân bố đều, lúc này xảy ra hiện tư ợng khuyếch tán hạt
dẫn, lỗ trống tư ø miền P sang miền N và ngư ợc lại điện tư û tư ø miền N
sang miền P. Trên đư ờng khuyếch tán, các điện tích trái dấu sẽ tái hợp
nhau, làm mật độ hạt dẫn giảm xuống thấp. Trong lớp này 2 bên có 2
mư ùc điện thế khác nhau tạo ra chênh lệch về điện thế gọi là điện thế
tiếp xúc .
Vtx = 0.7 V (Si) , Vtx = 0.3V(Ge).
Vùng tiếp xúc 2 lớp bán dẫn gọi là vùng nghèo hay là vùng chuyển
tiếp P-N.
4. Chuyển tiếp P -N khi có điện áp ngoài:
- +
Ingïc
V
P
N
Giả sư û nguồn điện áp V đư ợc nối như hình vẽ, cư ïc âm nối với P, cư ïc
dư ơng nối với N gọi là Phân cư ïc nghòch . Lúc này điện áp V sẽ đặt vào

vùng nghèo xếp chồng lên Vtx , dư ới tác dụng điện trư ờng làm điện tư û
vàlỗ trống vùng nghèo bò kéo về hai phíalàm cho vùng nghèo mở rộng
dẩn đến điện trở tăng .
Vchung = Vtx +V.
dòng điện ngư ợc qua chuyển tiếp P -N đư ợc xác đònh bởi công thư ùc :
Vùng nghèo
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 3 -
Ingư ợc = Is[exp(-qV/ Kt) - 1] = Is[exp(-V/ Qt) – 1 ] = -Is
Is: dòng bảo hòa ngư ợc
V:điện áp ngoài
Qt : điện thế nhiệt, KT: hằng số t
o
 Khi nguồn điện có điện áp V đặt vào, cư ïc dư ơng nối vào cư ïc P, cư ïc
âm nối vào cư ïc N gọi là phân cư ïc thuận , hạt dẫn đa số sẽ tràn qua
hàng rào làm cho vùng nghèo giảm xuống dẩn đến điện trở vùng
nghèo giảm , trong mạch xuất hiện dòng điện thuận .
I = Is(exp(qV/Kt)-1) = Is exp(V/Qt).
Tóm lại:
Chuyển tiếp P-N là bộ phận quan trọng của tiếp xúc, tùy theo chie àu
đặt điện áp mà có phân cư ïc thuận hay nghòch làm cho vùng nghèo hẹp
lại hay rộng ra dẩn đến dòng điện qua tiếp xúc lớn hay nhỏ. Như vậy,
chuyển tiếp P-N dẫn điện 2 chiều khác nhau , nếu đặt điện áp xoay
chiều vào thì chất bán dẩn chủ yếu chỉ dẫn điện 1 bán kì. đây gọi là
đặt tính chỉnh lư u.
 Đặt tuyến V-A của chuyển tiếp P -N .
30
20
150 100 50 10 0.5 1
30

60
5/ Hiện tư ợng đánh thủng chuyển tiếp P -N :
Khi chuyển tiếp P -N bò phân cư ïc nghòch bởi điện áp. Nếu tăng điện áp
đến 1 giá trò khá lớn thì dòng điện I ngư ợc tăng vọt làm chuyển tiếp P -
N dẫn điện 2 chiều gọi là hiện tượng đánh thủng.
Ingư ợc (A)
Vngư ợc
Vth(v)
Ith (mA)
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 4 -
30 1
20
VB 100 50 10
Vngư ợc
30 Vth(v)
2
60
3
Ingư ợc (A)
 Đư ờng 1: P-N đư ợc phân cư ïc thuận.
 Đư ờng 2: P-N bòphân cư ïc ngư ợc như ng chư a phá hỏng(I ngư ợc <<).
 Đư ờng3: P-N bò phá hỏng(Ingư ợc >>).
II. Diot bán dẫn:
1. Diot chỉnh lư u:
Diot là linh kiện bán dẫn có cấu tạo là 2 lớp chuyển tiếp P -N ,và kí
hiệu như hình vẽ.
P
N
Anod Katod

 Ư Ùng dụng: - chỉnh lư u
- tách sóng.
Đặc tuyến V-A của Diod.
- Khi phân cực thuận cho Diod . Ith (mA)
30
20
VB 40 20 10
Vngư ợc
30 0.4 0.8 Vth(v)
V
60
Ingư ợc (A)
Ith (mA)
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 5 -
Ithuận + -
V
P
N
Nếu áp V< V thì dòng Ith rất bé -> Diode chư a dẫn .
+ Nếu V  V thì Ith tăng vọt tuyến tín h theo Vth.
V : giá trò điện áp mở.
V = 0.2v đ/v Ge.
V = 0.7v đ/v Si .
- Khi phân cực nghòch cho Diode
- +
Ingïc
V
P
N

+ Khi áp ngư ợc tăng thì dòng ngư ợc tăng theo.
+ Khi Vng đạt điện áp đánh th ủng VB thì dòng ngư ợc tăng vọt đánh
thủng tiếp giáp P-N hỏng diode.
a/ Chỉnh lư u 2 nư ûa chu kì:
_ Ở bán kỳ dư ơng của U thì U1 dư ơng, U2 âm dẩn đến D1 dẫn, D2 ngắt.
Ở bán kỳ âm của U thì U1 âm, U2 dư ơng dẩn đến D1 ng ắt , D2 dẫn.
UL = 1  2U
hd
sintdt = 2 Icm
 
= 22U
hd
= 0.9 Uhd
Uhd : là điện áp hiệu dụng của 1 cuộn thư ù cấp BA.
D1
D2
.
+
C
.
.
1 2
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 6 -
I tải = UL
RL
ID1 = I D2 = I tải
2
b/ Mạch chỉnh lư u cầu.
Bán kì dư ơng D1, D3 dẫn.

Bán kì âm D2 , D4 dẫn.
3/ Diode biến dung( Varicap)
Kí hiệu:
Là loại Diode mà điện dung của nó thay đổi nhiều theo điện áp ngư ợc
đặt vào.
Ư ùng dụng : mạch tạo sóng điều tần, cộng hư ởng, mạch khuyếch đại,
nhân tần số…
 Một số loại Varicap thư øơng gặp:
Tên gọi Đ/áp đánh thủng Cmin Cđònh danh Cmax
1N5139 60V 6.1pF 6.8pF 7.5pF
1N5139A 60V 6.5 6.8
1N5144 60 19.8 22 24.2
MV415 30 90 100 110
MV1660 15 297 330
4/ Diode Tunen (Tunnel)
Kí hiệu :
A
B
A
B
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 7 -
ư ùng dụng: khuyếch đại và tạo dao động siêu cao tần, và các mạch
đóng mở 2 trạng thái phân biệt.
IV. Transistor hai cực tính BJT( Bipolar_Junction_Transistor )
Là loại linh kiện bán dẫn 3 cư ïc có khả năng khuyếch đại tín hiệu hoặc
hoạt động như một khóa đóng mở.
1/ Cấu tạo :
BJT đư ợc cấu tạo bởi hai chuyển tiếp P _N rất gần nhau.
có 2 loại : N_P_N và P _N_P

J
E
: ranh giới miền phát và miền nền -> enoiter
Jc: ranh giới miền thu vàmiền nền -> collector
* đối với loại công suất lớn, thư ïc tế ngư ời ta gọi là sò
N_P_N : nghòch
P_N_P : thuận
B: Base : cư ïc nền
C: Colector: cư ïc thu
E: emiter :cư ïc phát
E
N P N
B
C
JE JC
C
E
B
E
P N P
B
C
JE JC
C
E
B
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 8 -
2/ Nguyên tắc hoạt động và khả năng khuyếch đại của BJT:
C1C2

V1
0V
R1
1k
R2
1k
R3
1k
V3
0V
V2
0V
NpN
+
E
1
khoảng vào volt dùng để phân cư ïc thuận P_N (J
E
), E
2
(5  20V)
phân cư ïc nghòch cho Jc.
E
1
và E
2
là các nguồn điện áp phân cư ïc.
R
E
, Rc : điện trở phân cư ïc.

Khi chư a có nguồn E
1 ,
E
2
tác động thì hoạt động của BJT như 2 lớp tiếp
giáp Diode.
Khi có E2 phân cư ïc nghòch vùng nghèo Jc tăng lên và có dòng điện rất
nhỏ(hạt thiểu số).
I
CBO
gọi là dòng điện ngư ợc.
Khi có E1 phân cư ïc thuận cho JE , điện tư û tư ø N -> P và lỗ tống tư ø P -> N,
do mật độ điện tư û N quá lớn và mật độ lỗ trống P quá mỏng nên có 1 số
ít diện tư û tác hợp với lỗ trống miền P, một số đông khuy ếch tán sang
miền N thông qua tiếp giáp Tc.
Dư ới tác đông của điện trư ờng E2 sẽ hút các điện tư û về phiá Colector
tạo ra dòng điện trong mạch Collector.
Nếu IE là dòng điện chạy tư ø cư ïc N
+
sang P thì dòng điện tạo nên bởi số
điện tư û chạy tới cư ïc Colector là.E1 với  :
 = số lư ợng tư û tới cư ïc C  0.95  0.99
tổng số điện tư û phát ra tư ø cư ïc E
trong miền Base các lỗ trống tư ø P -> N
+
để tác hợp vơ ùi điện tư û và gây
nên thiếu điện tích + ở miền base để bù lại các điện tích ở nguồn E1
chạy vào base thông qua cư ïc B, tạo nên dòng điện IB theo quy luật đònh
lý điểm nút.
IE = IB +IC , thư ờng Ib << Ic, IE

Giải thích nguyên ly ù khuyếch đại tín hiệu .
Nếu có nguồn tín hiệu xoay chiều Cs( biên độ nhỏ) thông qua tụ C đặt
vào giư õa E và B, nghóa là xếp chồng lên phân cư ïc JE, mư ùc độ phân cư ïc
JE sẽ thay đổi 1 cách tuần hoàn theo chu kì tín hiệu. Do đo ù, dòng điện
N
N
P
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 9 -
trở tư ø E -> C sẽ tăng giảm theo quy luật Cs, nghóa là dòng Ic biến thiên
theo Cs. Dòng này tạo ra trên Rc một điện áp biến thiên cùng quy luật
Cs như ng biên độ lớn hơn Cs nhiều: vì Vc = Rc.(mà Rc >>).
Ta nói rằng BJT đã khuyếch đại tín hiệu.
IV.Các sơ đồ nối dây.
BJT có 3 điện cư ïc E , B , C. Tùy theo việc lư ïa chọn cư ïc nào là chung
cả tín hiệu vào và ra mà ta có 3 sơ đồ cơ bản sao:
1/ Mạch base chung(nền chung) -> BC.
Tín hiệu cần đư a vào 2 cư ïc E , B và lấy ra cư ïc C và > B cư ïc chung.
Ie: dòng điện vào
Ic: dòng điện ra
V
EB
: điện áp vào
V
CB
: điện áp vào
2/ Mạch Emiter chung( phát chung) -> EC
Đây là mạch rất thư ờng sư û dụng trong thư ïc tế.
0
Rs

Rc
C1
Vcc
Vs
RB2
R5
1k
RB1
C2
Vbb
E là cư ïc chung : - tín hiệu vào BE
- tín hiệu ra CE
 Họ đặc tuyến sinh tónh của BJT kiểu BC
 Họ đặt tuyến sinh tónh của BJT kiểu EC.
Vbb
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 10 -
Đặt tuyến này khác so với BC là đư ờng thấp nhất  I
B
= 0
Khi V
CE
= 0 1.2 V => dẫn bảo hòa.
 Đặt tuyến đều qua gốc tọa độ.
 Trạng thái khuyếch đại có độ dốc lớn hơn.
Đặt tuyến EC có tính chất lý thuyết như ng thư ïc tế ít dùng => đặt
tuyến ra.
Tham số xoay chiều và mạch tư ơng đư ơng BJ T.
1/ Tham số:
trên thư ïc tế, BJT làm việc với tín hiệu nhỏ, nghóa là trên cơ sở các điện

áp một chiều phân cư c nhỏ JE và JC. Khi có điện áp xoay chiều es biên
độ nhỏ đư a vào BJT để khuyếch đại thành tín hiệu xoay chiều lớn hơn,
lúc này xem BJT như 1 phần tư û tuyến tính.
Gọi V1, I1 là điện áp và dòng điện ngõ vào.
V2, I2 là điện áp và dòng điện ngõ ra.
ta có hệ phư ơng trình tham số h
V1 = h11 . i1 + h12. V2
i2 = h21. i1 + h22 . V2
Trong đó: h11 = V1/i1 ; V2 = 0 ; hi: điện trở vào khi BJT bò ngắt mạch ngõ ra
h21 = i2/i1 ; V2 = 0 ; hf: độ lợi dòng khi BJT bò ngắt mạch ngõ ra
h22 = i2/V2 ; i1 = 0 ; ho: điện dẫn ra khi do øng ngõ vào hở mạch .
h11 = V1/ i1 ; i1 = 0 ; hr : hệ số hồi áp của BJT khi hở mạch vào.
Vậy phẩm chất BJT thể hiện qua hij -> gọi là tham số xoay chiều.
2/ Mạch tư ơng đư ơng của BJT
h21i1
h21i1h12V2
ở mạch vào, ngoài điện trở vào h11 còn có nguồn áp h12.V2 thể hiện
ảnh hư ởng ngõ ra đối với ngõ vào, thư ïc tế h12 rất bé nên bỏ qua.
Ở mạch ra, nguồn dòng điện h21i1, tham số cho thấy khả năng
khuyếch đại của BJT khi có i1 vào thì ngõ ra là h21. i1
Điện dẫn h22 rất bé -> 1/h22 >> có thể bỏ qua.
=> sơ đồ tư ơng dư ơng BJT mắc kiểu EC
1/h22
h11
h11
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 11 -
V. Transistor trường(FET _ Field Effect Transistor).
FET ra đời sau BJT, có khả năng ư u việt hơn( điện trở vào lớn, hệ số
cao, tiêu thụ ít năng lư ợng… )

Transistor trư ờng FET có 2 nhóm: J FET và MOS FET.
0
Rs RL
Vs
Vcc
RG
C2
C1
RD
RS
2
3
1
cs
1. Transistor trường dùng chuyển tiếp P -N (JFET).
a) Nguyên lý hoạt động:
Ed tạo ra điện trư ờng Ds tạo ra dòng điện Id.
Eg phân cư ïc nghòch cho mối nối P -N làm điện vùng này nghèo tăng lên
và thu hẹp điện tích vùng dẫn.
Nếu Ed không đổi và tăng dần giá trò Eg thì làm cho phân cư ïc nghòch
càng lớn, làm cho diện tích vùng nghèo rộng ra, kênh dẫn càng thu hẹp.
=> điện trở kênh dẫn càng tăng thì Id giảm và ngư ợc lại.
Nếu có điện áp xoay chiều đặt G và S thì tùy giá trò dấu es mà tình
trạng phân cư ïc nghòch P -N thay đổi -> điện trở kênh dẫn biến thiên và
… … cũng biến đổi theo.
Nếu es tăng giảm theo q uy luật hình sin thì Id cũng biến thiên hình sin.
Dòng này hạ áp trên Rd và biến thiên cùng Es, như ng biên độ lớn hơn -
> ta nói JFET đã khuyếch đại tín hiệu.
Nguyên lý hoạt đông kênh P tư ơng tư ï như ng Ed và Eg thay đổi cư ïc tính
-> tạo dòng máy là lỗ trống.

c) Đặt tuyến V-A (JFET kênh N).
Id = f(Vds)
khi tăng điện áp Vds đến 1 giá trò Va nào đó, do sư ï phân cư ïc ngư ợc tiếp
giáp P-N nên vùng nghèo mở rộng ra choán hết chỗ làm kênh dẫn bò thắt
lại. A là điểm thắt.
Khoa Cơ Điện – ĐH Lạc Hồng Bài giảng kỹ thuật điện tư û
- 12 -
Bên trái điểm A là vùng điện trở .
-> Nếu tiếp tục tăng Vds, đặt tuyến chuyển sang đoạn thư ù 2 (gần nằm
ngang)-> vùng bất hòa.
d) Nhận xét chung về JFET và MOS FET.
1. Transistor trư ờng là loại linh kiện điều khie ån bằng áp( còn BJT điều
khiển bằng dòng).
2. Dòng Id tạo nên bởi 1 loại hạt dẫn đa số của kênh -> nên thuộc loại
đơn cư ïc tính.
3. FET có điện trở vào rất lớn => I vào = 0 => không tiêu thụ năng
lư ợng.
4. Cư ïc nguồn (C) và (D ) có thể thay đổi lẫn nhau mà các tham số
khác của FET khôn thay đổi.
5. Kích thư ớc của FET rất bé -> chế tạo vi mạch.
6. Giống như BJT, FET mắc theo 3 sơ đồ cơ bản:SC; DC; GC.
Một số loại FET: 2N4351(Kênh N) ; 2N3797(kênh N); 2N2844(kênh P).