Bai giang Ky thuat Dien tu tuong tu

Chng 1 Linh kin in t
1.1 C sở vật liu linh kin
1.1.1 Khái nim chung
Linh kin in t l các phn t mch trong các mch in t, thc
hin mt chc nng k thut no ó, c s dng trong các thiết bị in t.
Các linh kin in t nh: in trở, tụ in, cuộn dây, tranzito, IC,..ợc ghép
nối thành các mạch in t thực hin chức năng kỹ thuật nh chỉnh lu dòng
in, khuếch ại tín hiu in,Các mạch in t này có mặt trong các máy
thu thanh, thu hình, các thiết bị o lờng,
Căn cứ vào phân bố vùng năng lợng của vật liu ể chế tạo, các linh kin
in t ợc chia ra thành: chất dẫn in, bán dẫn và cách in.
Các vùng năng lợng gồm: vùng hoá trị, vùng cấm và vùng dẫn
E
E
E
Vùng dẫn
Vùng dẫn

Vùng dẫn

Ec
Ec

Vùng cấm Eg>2eV

Vùng cấm Eg < 2eV

Ev
Ec

Vùng cấm Eg= 0

Ev

Ev

Ev

Vùng hóa trị

Vùng hóa trị

Vùng hóa trị

a)

b)

c)

Hình 1-1 Vùng năng lợng
Các mức Ev là ỉnh vùng hoá trị, Ec là áy vùng dẫn và Eg là ộ rộng vùng
cấm. Vùng dẫn là các vùng năng lợng có các in t tự do chiếm óng, vùng
hoá trị gồm các in t hoá trị chiếm óng. ở nhit ộ 00K, tất cả các in t
hoá trị nằm ở vùng hoá trị. Độ rộng vùng cấm nằm giữa vùng hoá trị và vùng
dẫn sẽ quyết ịnh tính chất của vật liu.
Hình 1-1a là biểu ồ năng lợng của chất ẫn in có miền chung: vùng dẫn
và vùng hoá trị trùm lên nhau, không có vùng cấm. Khi vùng dẫn có các in
t tự do là các in t hoá trị nằm ngay trong vùng hoá trị, vật liu này có khả
năng dẫn in ngay ở nhit ộ 00K. Khi ộ rộng vùng cấm lớn hn 2eV thì vật
liu gọi là vật liu cách in (hình 1-1c) vì hầu nh khó có thể làm cho in t

nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn ể trở thành in t tự do dẫn in. Loại vật
liu mà trong một số iều kin kích thích phù hợp có thể làm cho in t
trong vùng hoá trị có thể nhảy lên vùng dẫn tham gia vào quá trình tạo dòng
thì gọi là vật liu bán dẫn, ộ rộng vùng cấm của nó nhỏ hn 2eV (hình 1-1b).
1


1. 1. 2 Chất cách in
1.1.2.1 Khái nim
Chất cách in (còn gọi là chất kh in) là các chất ngăn không cho
dòng in i qua.
Chất cách in thực tế là các chất có in trở suất rất cao vào khoảng
10
10 cm ến 1015cm ở nhit ộ bình thờng.
Hầu hết các chất khí ều là các chất cách in tốt, thuỷ tinh, giấy khô, gỗ
khô và các chất dẻo cũng là các chất cách in. Nớc thuần tuý là một chất
cách in tốt nhng khi bị ô nhiễm, dù là rất nhỏ, nó sẽ cho phép dòng in
chạy qua. Oxit kim loại là chất cách in mặc dầu kim loại ở dạng thuần tuý
lại là chất dẫn in.
Trong kỹ thuật in t, chất cách in ợc s dụng là chất in môi,
dới ây ta chỉ xét tới chất in môi.
1.1.2.2 Các tham số c bản của chất in môi
1. Độ thẩm thấu tng ối
Trong chất in môi thờng chỉ có những hạt mang in ràng buộc (hình
1-2a), dới tác dụng của in trờng các in t ràng buộc (liên kết) tiếp
nhận năng lợng in và dịch khỏi vị trí cân bằng hình thành nên những lỡng
cực in, ngời ta gọi ó là hin tợng phân cực của in môi (hình 1-2b).

a)

b)
Hình 1-2 Chất in môi khi cha phân cực và khi phân cực

Mức ộ thay ổi in dung của tụ in khi thay ổi chân không hay
không khí giữa hai bản cực của nó bằng chất in môi sẽ biểu diễn ộ phân
cực của chất in môi. Thông số này gọi là ộ thẩm thấu tng ối của chất
in môi, ộ thẩm thấu in hay hằng số in môi.
ợc tính nh sau:



Cd
C0

(1.1)

Cd: in dung của tụ khi s dụng in môi
Co: in dung của tụ khi s dụng chân không hoặc không khí
biểu thị khả năng phân cực của chất in môi. Chất in môi dùng làm
tụ in cần có hằng số in môi lớn còn chất in môi dùng làm chất cách
in cần nhỏ. càng lớn thì khả năng tích luỹ năng lợng in của tụ càng
lớn.
2. Độ tổn hao in môi Pa
Độ tổn hao in môi ợc ặc trng bằng trị số công toả ra trên một n
vị thể tích chất in môi, gọi là suất tổn hao in môi. Ngoài ra, ể ặc trng
cho khả năng toả nhit của chất in môi khi ặt nó trong in trờng ngời
ta s dụng tham số góc tổn hao in môi.
Với

2

Giả s một tụ in có tính ến tổn hao thông qua in trở R thì s ồ
tng ng có thể coi nh sau:
C
C
R
Ic
IR

UR

R

I

IC



Uc
UR

I



U
U
IR

U
C
Hình 1-3 S ồ in tng ng và ồ thị véct chất in môi
Từ ồ thị véc t: tg =

IR
U
theo s ồ song song và: tg = R theo s ồ
UC
IC

nối tiếp
Độ tổn hao ợc tính:
Pa = U 2 ..C.tg

(1.2)

Trong ó: Pa: công suất in làm nóng chất in môi
U: in áp ặt trên tụ
: tần số góc (rad/s)
: góc tổn hao in môi
Nhận xét:
+ tg càng nhỏ thì Pa càng nhỏ
+ Dải tần làm vic của tụ càng rộng thì tổn hao càng lớn.
+ ở tần số cao, Pa ợc tính nh sau: Pa = U 2 2 C 2 R
3. Độ bền về in
Độ bền về in của chất in môi (ký hiu là Edt) là cờng ộ in
trờng tng ứng với iểm ánh thủng. Nghĩa là khi ặt vào in môi một
in trờng bằng in áp ánh thủng Ut thì chất in môi không còn khả
năng cách in.

E dt

U dt
d

[KV/mm ; KV/cm]

(1.3)

với d là bề dày của chất in môi bị ánh thủng
Hin tợng ánh thủng chất in môi nh trên gọi là hin tợng ánh
thủng do in. Tuy nhiên, vic này sẽ i kèm với vic làm nóng chất in môi

3


và gây phá huỷ thực sự chất in môi. Ngoài ra, chất in môi còn có thể bị
ánh thủng do quá trình in hoá.
4. Nhit ộ chịu ựng
Là nhit ộ cao nhất mà chất in môi vẫn còn giữ ợc tính chất lý hóa
của nó.
5. Dòng in trong chất in môi
Trong chất in môi có 2 thành phần dòng là dòng in dịch chuyển (hay
dòng cảm ứng) và dòng in rò.
Dòng in dịch chuyển IC.M xuất hin khi chất in môi nằm trong in trờng
của in áp xoay chiều hay chỉ tồn tại ở thời iểm óng/ngắt in áp một
chiều.
Dòng in rò Irò là dòng luôn tồn tại trong chất in môi, nó ợc tạo ra
do in tích tự do và in t phát xạ chuyển ộng dới tác ộng của in
trờng. Nếu dòng rò lớn thì sẽ làm mất tính chất cách in của chất in môi.

Dòng tổng sẽ là:
I = IC.M + Irò
(1.4)
6. Độ dẫn in của chất in môi
Để ánh giá ộ dẫn in của chất in môi ngời ta dùng tham số in trở
suất khối .
R

S
(.m)
d

(1.5)
Trong ó, : in trở trong một n vị thể tích in môi (in trở suất
khối)
R: in trở của khối in môi
S: din tích của bản cực
d: bề dày của khối in môi
1.1.2.3 Phân loại và ứng dụng của chất in môi
Có hai loại chất in môi chất in môi thụ ộng và chất in môi tích
cực.
1. Chất in môi thụ ộng
Là các chất ợc dùng làm chất cách in và chất in môi trong tụ in
nh: mica, gốm, thuỷ tinh, cao su, giấy, .
+ Mica: chịu ợc in áp cao, ộ bền về in Edt = (50 200)kV/mm, nhit
ộ chịu ựng có thể lên tới 6000C, hằng số in môi 6 8 , góc tổn hao nhỏ
tg 0,0004 , in trở suất rất lớn 10 7 m . Mica thờng ợc s dụng ể
làm tụ in, làm màn cách in của èn in t, làm cuộn cảm
+ Gốm: là ất nung có khả năng chịu nhit tốt, hằng số in môi lớn từ
vài chục, vài trăm tới vài nghìn. Góc tổn hao nhỏ ở tần số lớn hn 1MHz và

dới 100Hz. Ngoài ra, có thể chế tạo từ vật liu gốm các linh kin với hình
dạng rất khác nhau và thay ổi dễ dàng. Gốm thờng ợc s dụng ể chế tạo
tụ in có kích thớc nhỏ, in dung lớn, tụ cao tần hoặc tần thấp, tụ cao áp
hoặc áp thấp

4


+ Giấy làm tụ in: có ộ bền về in khá cao (khoảng 30kV/mm), nhit ộ
chịu ựng 1000C (ở nhit ộ lớn hn giấy sẽ bị oxy hoá và ộ bền c học
giảm), hằng số in môi khá nhỏ 3 4 . Giấy s dụng làm tụ hoặc cách in
cho cáp in thoại phải rất mỏng (0,007 - 0,05mm) ể quấn ợc nhiều lớp
mà vẫn ảm bảo kích thớc nhỏ gọn.
+ Sn cách in: là dung dịch keo khi khô tạo thành lớp mỏng có tính
chất cách in, có 3 nhóm c bản:
. Sn ể tẩm: dùng ể tẩm cách in các chất cách in có bề mặt xốp
nh giấy, bìa, sợi, lụa làm vỏ bọc cho cuộn dây, biến áp
. Sn ể phủ: phủ lên bề mặt sợi dây, bề mặt dụng cụ ể tăng ộ cách
in và chống va ập.
. Sn ể dính: dùng ể dính các chất cách in với nhau hoặc chất cách
in với kim loại.
2. Chất in môi tích cực
Là các vật liu có thể iều khiển bằng in trờng (gốm, thuỷ tinh ),
c học (vật liu có tính chất áp in nh thạch anh ) hay quang học (huỳnh
quang )
+ Thạch anh áp in (SiO2): thạch anh là tinh thể SiO2 thiên nhiên trong
suốt hoặc có màu thờng gọi là pha lê thiên nhiên. Tinh thể thạch anh áp in
có thể kéo dài bằng phng pháp nhân tạo, khi ó các tính chất của nó gần
giống nh của tính chất của tinh thể thiên nhiên. Khi a vào s dụng ngời ta
phải s dụng lỡi ca kim cng ể tạo ra ợc các tấm n tinh thể. Góc cắt

khác nhau sẽ cho tính chất khác nhau. Dới tác dụng của biến dạng c học ta
có thể nhận ợc các in tích trên các mặt ối din của tấm thạch anh. Trị số
in tích lớn nhất có thể ợc tạo nên khi tấm thạch anh bị cắt vuông góc với
trục in X và khi tác ộng một lực dọc theo trục X thì hin tợng áp in gọi
là áp in theo hớng dọc. Nếu ặt một lực vào các cạnh bên của tấm thạch
anh thì trên các cạnh ó xuất hin các in tích và hiu ứng này gọi là hiu
ứng áp in ngang. Khi thay ổi hớng lực tác dụng, dấu của các in tích
trên các mặt sẽ thay ổi. Thạch anh ợc s dụng ể tạo bộ dao ộng cộng
hởng có tần số dao ộng rất ổn ịnh hay làm bộ chọn lọc tần số
+ Chất phát quang (huỳnh quang): loại bột phát sáng khi in t ập
vào (ví dụ nh ZnS) dùng ể phủ lên màn của èn ống, màn hình tivi hay máy
tính ể bàn
1.1.3 Chất dẫn in
1.1.3.1 Khái nim
Chất dẫn in là một chất mà ở ó các electron có thể dễ dàng di chuyển
từ nguyên t này sang nguyên t khác.
Chất dẫn in có ộ dẫn in cao. Trị số in trở suất của nó nhỏ nhất so với
các loại vật liu khác (10-6cm ến 10-4cm). Trong tự nhiên, chất dẫn in
có thể ở thể rắn (kim loại, hợp kim), lỏng (thuỷ ngân, kim loại nóng chảy,
dung dịch in phân) hay khí (chất khí và hi khí dới cờng ộ in trờng
cao).
5


Chất dẫn in tốt nhất tại nhit ộ trong phòng là bạc. Đồng và nhôm
cũng là các chất dẫn in rất tốt. Trong hầu hết các mạch in t và các h
thống in ngời ta s dụng dây ồng, nhôm, thiếc còn bạc hay vàng chỉ
ợc s dụng trong các trờng hợp ặc bit do giá thành của chúng rất cao.
Đin t di chuyển trong chất dẫn in không theo một dòng ều ặn mà
di chuyển từ nguyên t này sang nguyên t khác kế cận. Số lợng in t di

chuyển là một số cực lớn và chiều chuyển ộng của chúng ngợc với chiều
quy ớc của dòng in.

Hình 1-4 Hớng di chuyển của in t trong chất dẫn in
1.1.3.2 Các tham số c bản của vật liu dẫn in
1. Đin trở suất
R.

S
l

(1.6)

Trong ó:

: in trở suất [m, cm, mm]
R : trị số in trở của dây dẫn []
S : tiết din ngang của dây dẫn [m2, mm2]
l : chiều dài dây dẫn [m, mm]
Đin trở suất của vật liu dẫn in nằm trong khoảng 0,016 m (của Ag)
ến 10 m (của hợp kim Fe, Cr, Al)
2. H số nhit của in trở suất
là h số biểu thị sự thay ổi của in trở suất khi nhit ộ thay ổi 10C
Khi nhit ộ tăng thì in trở suất cũng tăng theo quy luật:
T 0 (1 .T )
(1.7)
Trong ó

T : in trở suất tại nhit ộ T [K]
0 : in trở suất tại 0 [K]

: h số nhit của in trở suất [K-1]
Nếu kim loại nguyên chất thì h số nhit là nh nhau và bằng: = 0,004
K-1

6


3. H số dẫn nhit
Là lợng nhit truyền qua một n vị din tích trong một n vị thời
gian khi gradien nhit ộ bằng một n vị.
Sự dẫn nhit là quá trình truyền nhit do sự chuyển ộng hỗn loạn của
các nguyên t hay phân t tạo nên.
4. Công thoát của in t trong kim loại
Biểu thị năng lợng tối thiểu cần cung cấp cho in t ang chuyển ộng
nhanh nhất ở 0 [K] ể in t này có thể thoát khỏi bề mặt kim loại.
ở 0 [K] mức năng lợng lớn nhất mà in t có thể ạt ợc là EF và năng
lợng cần thiết ể in t thoát khỏi kim loại là EB mà EF < EB nên ể in t
có thể thoát ra khỏi bề mặt kim loại thì cần cung cấp cho nó một năng lợng
là: EW = EB -EF gọi là công thoát của in t trong kim loại
5. Đin thế tiếp xúc
Cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc khi ó xuất hin hiu in thế tiếp
xúc giữa hai kim loại này. Khi tiếp xúc nhau các in t sẽ chảy từ kim loại có
công thoát thấp hn sang kim loại có công thoát cao. Quá trình này tiếp diễn
ến khi kim loại 2 nhận nhiều in t ến mức tạo nên 1 trờng cản lại sự
dịch chuyển in t từ kim loại 1 sang kim loại 2. Và sự chênh lch thế năng
ợc tính:
EAB = EW2 EW1
(1.8)
Sự chênh lch in thế tiếp xúc giữa hai kim loại bằng hiu hai công

thoát của chúng. Tng ứng với thế năng EAB có in thế tiếp xúc VAB [V] có
trị số bằng EAB
Ngời ta ã dựa vào hin tợng này ể chế tạo cặp nhit in.
1.1.3.3 Phân loại và ứng dụng
Có 2 loại vật liu dẫn in là vật liu dẫn in có in trở suất thấp và vật
liu dẫn in có in trở suất cao.
1. Vật liu dẫn in có in trở suất thấp
Chất dẫn in có in trở suất thấp thờng ợc dùng làm vật liu dẫn
in.
Bạc (Ag) có ộ dẫn in cao nhất với = 1,65 x 10-8 m ợc dùng
trong kỹ thuật in t ở những phần quan trọng yêu cầu ộ dẫn in cao, do là
kim loại quý hiếm nên ngời ta thờng chỉ tráng bạc lên các vật liu phổ biến
hn nh ồng hay nhôm.
Đồng (ồng nguyên chất, ồng ỏ) (Cu) với = 1,75 x 10-8 m có ộ
bền cao, dễ gia công do ó ợc s dụng rộng rãi trong kỹ thuật in và in
t làm dây dẫn, anot, ống dẫn sóng Hợp chất của Cu có = 0,03 0,06
m. Nói chung là có ộ dẫn in kém ồng nguyên chất nhng có ộ bền c
học rất cao, ví dụ nh ồng thau (hợp kim với Zn), ồng trắng (hợp kim với
Zn, Ni), ồng Bronda (hợp kim với Al, Sn)
Nhôm (Al) có ộ dẫn in tốt thứ 3 sau Ag, Cu với = 0,0267 m.
Nhôm có tính chất dẻo, chắc, h số phản xạ cao, chống ăn mòn tốt.
7


Thiếc Sn với = 0,115 m dẫn in tốt nhng tính chất c học rất kém
nên chỉ ợc dùng làm vật liu ể hàn dây dẫn.
2. Chất dẫn in có in trở suất cao
Dùng ể chế tạo các dụng cụ o in, in trở, biến trở, dây mayxo và
các thiết bị nung nóng bằng in. Ví dụ: platin, vonfram, niken
1.1.4 Chất bán dẫn

1.1.4.1 Chất bán dẫn thuần và chất bán dẫn tạp
1. Chất bán dẫn thuần (loại I-Intrinsic)
Chất bán dẫn (Semiconductor) là vật liu tinh thế rắn có in trở riêng
nằm trong khoảng 10-4cm ến 1010cm, nằm giữa các giá trị của chất dẫn
in (Conductor) 10-6cm ến 10-4cm và chất in môi (Insulator)
1010cm ến 1015cm.
Tính chất ặc trng của chất bán dẫn là có phụ thuộc vào in trờng,
bức xạ ánh sáng, nhit và cả khi a tạp chất vào.
Vật liu thông dụng chất bán dẫn thuần là nguyên tố nguyên chất
Giécmani (Ge- Germanium) hoặc Silíc (Si - Silicon) thuộc nhóm IV trong
bảng h thống tuần hoàn Mendeleep.
Vật liu bán dẫn có cấu trúc mạng tinh thể (hình 1-5a): Các nguyên t ở
các nút mạng có liên kết cộng hoá trị với nhau bằng cách ghép ôi các in t
hoá trị.
E
-

-

-

Si
-

-

-

-

-

(a)

-

Si

Vùng dẫn

Ec

-

Eg

Vùng cấm

Ev

-

Vùng hoá trị

(b)

Hình 1-5 Cấu trúc tinh thể và phân bố năng lợng của chất bán dẫn thuần
Trong mối liên kết cộng hoá trị, mỗi in t hoá trị có mức năng lợng xác
ịnh. ở nhit ộ không tuyt ối (T= 0K), tập hợp tất cả các mức năng lợng
của các in t hoá trị lấp ầy vùng hoá trị (valence band) (hình 1-5b), chất

bán dẫn cha có khả năng dẫn in. Để in t bứt ra khỏi mối liên kết cộng
hoá trị, trở thành in t tự do, có thể tham gia vào thành phần dẫn in thì nó
phải ợc cung cấp thêm mức năng lợng lớn hn ộ rộng vùng cấm
(forbidden gap band) Eg, nhảy từ vùng cấm lên vùng dẫn (conduction band).
Với mỗi một chất bán dẫn trên c sở các nguyên tố khác nhau có ộ rộng
vùng cấm khác nhau, Germanium có ộ rộng vùng cấm Eg(Ge) 0,72 eV,

8


Silicon có ộ rộng vùng cấm Eg(Si) 1,12eV. Khi in t nhảy từ vùng hoá trị
lên vùng dẫn, bứt khỏi một liên kết cộng hoá trị, ể lại vị trí ban ầu của nó
một mức năng lợng khuyết, các in t ở các mối liên kết lân cận dễ dàng
nhảy vào chiếm óng. Quá trình này tng tự nh mức năng lợng khuyết
chạy trong vùng hoá trị, chỗ trống trong mối liên kết chuyển vị trí. Nếu
chuyển ộng này ợc iều khiển bằng năng lợng in trờng thì nó cũng có
hớng nh chuyển ộng của in t nhng có chiều ngợc với chiều chuyển
ộng của in t. Chuyển ộng này ợc gọi là chuyển ộng của lỗ trống. Lỗ
trống và in t trong chất bán dẫn ều ợc gọi là các phần t mang in
(hạt dẫn in). Lỗ trống có in lợng bằng in t, trái dấu với in t.
Quá trình in t nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn gọi là tạo cặp in t
và lỗ trống. Quá trình tạo cặp càng nhiều thì ộ dẫn in của chất bán dẫn
càng cao. ở nhit ộ trong phòng (khoảng 300 K), ã có quá trình tạo cặp in
t lỗ trống, chất bán dẫn có khả năng dẫn in.
Quá trình in t nhảy từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị, làm mất i cặp
in t và lỗ trống gọi là tái hợp. Quá trình tái hợp càng nhiều thì ộ dẫn in
của chất bán dẫn càng giảm.
ở một nhit ộ xác ịnh, quá trình tạo cặp và tái hợp cân bằng nhau, nồng
ộ các in t và lỗ trống thoả mãn iều kin:
(1.9)

n0 p0 ni2
Trong ó n0, p0 tng ứng là nồng ộ cân bằng in t và lỗ trống, và ni là
nồng ộ các phần t mang in thuần.
(1.10)
ni A0 T 3e E / KT
Với A0 là hằng số, EG0 là ộ rộng vùng cấm tại nhit ộ 0 K phụ thuộc vào
chất bán dẫn, T là nhit ộ Kelvin.
Đối với chất bán dẫn thuần, nồng ộ các in t và lỗ trống nh nhau:
n0= p 0 = ni
(1.11)
2 .Chất bán dẫn pha tạp
Kim loại là vật liu dẫn in, các phần t mang in chỉ gồm các in t
mà không có lỗ trống, nồng ộ các in t là cố ịnh. Đối với chất bán dẫn,
các phần t mang in gồm cả các in t và các lỗ trống, nồng ộ của chúng
có thể thay ổi nếu ta pha thêm vào các nguyên tố tạp chất.
Chất bán dẫn loại P. Pha thêm vào nguyên tố Si (hoặc Ge) một nguyên tố
tạp chất ở nhóm ba trong bảng h thống tuần hoàn Mendeleep, ví dụ Indium
(hoặc Boron, Gallium). Các nguyên t nhóm ba này sẽ thay thế một số nút
mạng trong mạng tinh thể Si. Do chỉ có ba in t hoá trị nên có một mối liên
kết cộng hoá trị thiếu một in t, các in t trong mối liên kết lân cận dễ
dàng nhảy vào chỗ liên kết khuyết (hình 1-6a) khi chỉ nhận ợc một năng
lợng nhỏ (khoảng 0,05 eV), ể lại vị trí cũ lỗ trống. Nguyên t tạp chất In
nhận in t trở thành ion âm In- gọi là ion Axépto (Acceptor), tạp chất loại
này gọi là tạp chất Axépto. Trên biểu ồ năng lợng xuất hin mức tạp chất
Axépto trong vùng cấm, ngay trên ỉnh vùng hoá trị, cách mức ỉnh vùng hoá
G0

9

trị Ev khoảng 0,05 eV (hình 1-6c). Các in t trong vùng hoá trị dễ dàng
nhảy lên chiếm óng mức năng lợng này ể lại vị trí cũ các lỗ trống. ở nhit
ộ trong phòng, thờng thì toàn bộ các nguyên t tạp chất ã bị ion hoá, nồng
ộ các lỗ trống sẽ cao hn nồng ộ các in t. Chất bán dẫn loại này gọi là
chất bán dẫn loại P . Lỗ trống trong chất bán dẫn loại P sẽ là a số (phần t
mang in c bản), in t là thiểu số.
Chất bán dẫn loại N. Pha thêm vào nguyên tố Si (hoặc Ge) một nguyên tố
tạp chất ở nhóm năm trong bảng h thống tuần hoàn, ví dụ Arsenic (hoặc
Antimony, Phosphorus). Nguyên t As thừa một in t khi liên kết cộng hoá
trị với các nguyên t Si. Đin t thừa liên kết yếu với hạt nhân As, dễ dàng bứt
ra trở thành in t tự do (hình 1-6b) khi ợc cung cấp năng lợng nhỏ
(khoảng 0,05 eV), nguyên t As cho i in t trở thành ion dng As+ gọi là
ion Đôno (Donor). Trên biểu ồ năng lợng trong vùng cấm, ngay dới áy
vùng dẫn (cách mức năng lợng áy vùng dẫn Ec khoảng 0,05eV) xuất hin
mức năng lợng tạp chất Donor (hình 1-6d). Các in t ở mức tạp này dễ
dàng nhảy lên vùng dẫn, tăng thêm các in t dẫn cho chất bán dẫn khi chỉ
cần cung cấp một năng lợng nhỏ. ở nhit ộ trong phòng, toàn bộ các nguyên
t tạp chất bị ion hoá. Chất bán dẫn này gọi là Chất bán dẫn loại N. Trong
chất bán dẫn N, in t là a số (phần t mang in c bản), lỗ trống là thiểu
số.
-

-

-

Si

-

-

-

-

-

In

-

Si

-

-

-

-

-

-

Si

-

-

-

As
_

-

-

-

-

-

-

-

-

_

-

Si

-

e
-

-

e

(a)

(b)
E

E
Vùng dẫn

Ec

Vùng dẫn

Ec

_

Eg Vùng cấm

_

Ev

Mức tạp Axépto

Ev
Vùng hoá trị

Vùng hoá trị

(c)

Mức tạp Donor

Eg Vùng cấm

(d)

Hình 1-6 Cấu trúc tinh thể và phân bố năng lợng của chất bán dẫn pha tạp
Độ dẫn in của chất bán dẫn tạp cao hn chất bán dẫn thuần tuỳ thuộc
vào mức ộ pha tạp. Nồng ộ các phần t mang in trong chất bán dẫn luôn
thoả mãn iều kin trung hoà in tích:
p0+ ND = NA+ n0,
(1.12)
trong ó ND là nồng ộ tạp chất Donor, NAlà nồng ộ tạp chất Axépto.
10


1.1.4.2 Dòng in trong chất bán dẫn
Chất bán dẫn là vật liu c bản tạo nên các linh kin in t nh iốt,
tranzito, IC,... Dòng in chạy qua chất bán dẫn có thể hình thành từ chuyển
ộng trôi, khuếch tán của các phần t mang in là lỗ trống và in t.
1. Mật ộ dòng in trôi

Dòng trôi là quá trình vật lý c bản theo Định luật Ohm, là dòng chuyển
dời có hớng của các phần t mang in theo in trờng. Khi ặt in áp
ngoài lên khối bán dẫn, in trờng sinh ra trong nó có tác dụng tăng tốc cho
các in t tự do. Trong quá trình chuyển ộng, các in t có thể bị va chạm
vào các ion cố ịnh tại các nút mạng làm tốc ộ của nó giảm i nên tốc ộ trôi
của in t ngoài phụ thuộc vào in trờng E nó còn phụ thuộc vào ộ linh
ộng của in t e trong chất bán dẫn:
ve= - eE
(1.13)
Dấu trừ trong biểu thức biểu thị chiều chuyển ộng của các in t ngợc
chiều với in trờng.
Dòng in trôi của các in t bằng tổng số các in tích qua tiết din A,
quãng ờng dx của khối bán dẫn trong một n vị thời gian:
i

(qn)( Adx )
qnve A qne EA ,
dx / ve

(1.14)

trong ó n là nồng ộ các in t trong chất bán dẫn, q là in lợng in t
bằng 1,6.10-19 coulomb.
Mật ộ dòng trôi là dòng in qua một n vị din tích tiết din:
jtr

i
qnve qne E E
A

(1.15)

là ộ dẫn in t của chất bán dẫn.
Trong chất bán dẫn, cả in t (electron: e) và lỗ trống (hole: h) ều tham
gia dẫn in nên dòng trôi tổng cộng sẽ là:
(1.16)
jtr jtr e jtr h qne E qph E
Dòng in trôi của in t và lỗ trống ều dng, cùng dấu với in
trờng, tuy nhiên chuyển ộng của các in t ngợc chiều với chiều dng
của dòng in.
2. Mật ộ dòng in khuếch tán
Dòng khuếch tán của các phần t mang in trong chất bán dẫn xuất hin
khi có chênh lch về nồng ộ, thoả mãn iều kin trung hoà in tích. Trong
kim loại vì chỉ có các in t mang in tích âm nên nếu có chênh lch nồng
ộ sẽ xuất hin in trờng nội bộ, sinh dòng trôi, san bằng chênh lch trớc
khi xuất hin dòng khuếch tán. Trong kim loại không có dòng khuếch tán.
Các phần t mang in trong chất bán dẫn sẽ chuyển ộng theo hớng từ
ni có nồng ộ cao ến ni có nồng ộ thấp. Giá trị dòng khuếch tán phụ
thuộc vào ộ chênh lch nồng ộ, theo hớng giảm nồng ộ (
jkt jkt e jkt h qDe

dn
dp
qDh
,
dx
dx

dp
0) :

dx

(1.17)

11


trong ó De và Dh tng ứng là h số khuếch tán của các in t và lỗ trống.
3. Mật ộ dòng in tổng cộng qua chất bán dẫn
Mật ộ dòng in qua chất bán dẫn sẽ là tổng cộng dòng trôi và dòng
khuếch tán của in t và lỗ trống:
dn
dx
dn
Dòng lỗ trống: je qne E qDe
dx
Dòng tổng cộng: jbd je jh

Dòng in t: je qne E qDe

(1.18)
(1.19)

(1.20)
Các h số khuếch tán và ộ linh ộng của các phần t mang in có quan
h với nhau thông qua h thức thống kê lợng t Einstein:
De

ê

Dh

h



KT
UT
q

(1.21)

Trong ó K là hằng số Boltzmann, T là nhit ộ Kelvin, UT là in áp
nhit. ở nhit ộ trong phòng UT có giá trị khoảng 25mV.
1.1.4.3 Các ặc tính tổng quát của chất bán dẫn
Bảng 1-1 so sánh các ặc tính của kim loại với bán dẫn. Các tham số c
bản của chất bán dẫn Sillcon, Germanium và Gallium arsenide ở nhit ộ 300
K ợc tổng kết trong bảng 1-2.
Bảng 1-1
Kim loại
Cấu trúc tinh thể.
Dẫn in tốt, ộ dẫn in giảm
khi nhit ộ tăng do xáo ộng nhit
làm tăng va chạm của các in t.
Phần t mang in n (chỉ có
in t).
Mật ộ các phần t mang in lớn
(theo bậc Avogardro).

Bán dẫn
Cấu trúc tinh thể.
Dẫn in khá, ộ dẫn in tăng khi
nhit ộ tăng do quá trình tạo cặp
in t lỗ trống tăng bởi nhit năng.
Phần t mang in lỡng cực (gồm
cả in t và lỗ trống).
Mật ộ các phần t mang in vừa
phải, thay ổi theo nhit ộ và nồng
ộ pha tạp.
Nồng ộ in t n là cố ịnh.
Nồng ộ in t n và lỗ trống p có
thể iều chỉnh ợc bằng tạp chất.
Dòng trôi là chủ yếu, không có
Dòng in gồm cả dòng trôi và
dòng khuếch tán.
khuếch tán.
Bảng 1-2
Đặc tính
Nồng ộ phần t mang in (cm-3)
Độ linh ộng in t (cm2/V-s)
Độ linh ộng lỗ trống(cm2/V-s)
H số khuếch tán in t (cm2/s)

Kí
Si
hiu
ni
1,5x1010

e
1350
h
480
De
34

Ge
2,5x1013
3900
1900
98

GaAs
9,0x106
8500
400
212
12


Dh
12
48
10
H số khuếch tán lỗ trống (cm2/s)
EG
1,11
0,67
1,43

Độ rộng vùng cấm ở 300 K (eV)
EG0 1,153
0,744
1,53
Độ rộng vùng cấm ở 0 K (eV)
22
22
-3
N0
5,00x10 4,42x10 2,21x1022
Mật ộ nguyên t (cm )
MW 28,09
72,59
144,64
Trọng lợng nguyên t (g/mole)
3
2,328
5,323
5,316
Tỷ trọng (g/cm )
o
1415
936
1238
Nhit ộ nóng chảy ( C)
1.2 Linh kin thụ ộng
Khái nim: Linh kin thụ ộng là những linh kin chỉ tiếp thu năng lợng (tiêu
thụ, tích lũy năng lợng) mà không có khả năng sinh ra hoặc iều khiển năng
lợng. Đó là các phần t in trở-R, cuộn dây- L, tụ in-C.
1.2.1 Đin trở

1.2.1.1 Khái nim
Đin trở (Resistor) là linh kin có khả năng cản trở dòng in trong mạch.
Tác dụng của in trở trong mạch in một chiều và mạch xoay chiều là nh
nhau, nghĩa là chế ộ làm vic của in trở không phụ thuộc vào tần số của tín
hiu tác ộng lên nó.
1. Đối với dòng in một chiều
R=

U
I

[]

(1.22)

U: in áp trên in trở [V]
I : dòng in chạy qua in trở [A]
Các trị số của in trở thờng là : m, ,k , M ,G.
2. Đối với dòng in xoay chiều
Trở kháng của in trở:
Với

ZR R

(1.23)

Đin trở R có trở kháng thực gọi là thuần trở
Quan h dòng và áp theo ịnh luật Ohm:

U R Z R . I R. I ,

(1.24)
với UR là in áp trên in trở, I là dòng in chạy qua in trở. Đin áp trên
in trở cùng pha với dòng in.
Về năng lợng, in trở tiêu thụ năng lợng dới dạng nhit:
P

U2
I 2R
R

13


1.2.1.2 Ký hiu của in trở trong mạch in
Hình 1-7 là ký hiu của một số loại in trở trong s ồ mạch in.
đin trở trị số
cố định

Ký hiu đin trở theo công
suất
Hình 1-7 Ký hiu của in trở trong mạch in
Hình 1-8 là hình dáng thực tế của in trở

đin trở

công suất nhỏ

đin trở
công suất lớn

Hình 1-8 Hình dáng thực tế của một số loại in trở
1.2.1.3 Các tham số kỹ thuật ặc trng cho in trở
Các tham số c bản của in trở gồm: giá trị in trở tính bằng Ohm
( ); sai số hay dung sai là mức thay ổi tng ối của giá trị thực so với giá
trị sản xuất danh ịnh ghi trên nó tính theo phần trăm (%); công suất tối a
cho phép tính bằng oat (W) và ôi khi cả tham số về ặc iểm cấu tạo và loại
vật liu ợc dùng ể chế tạo in trở.

14


Dung sai ợc tính :

Rtt Rdd
.100%
Rdd

(1.25)

Với Rtt và Rdd là giá trị in trở thực tế và danh ịnh
Dựa vào ó ngời ta sản xuất in trở theo 5 cấp chính xác
Cấp 005 : có sai số 0.5%
Dùng trong mạch yêu cầu ộ
Cấp 001 : có sai số 0.1%
chính xác cao

Cấp I : có sai số 5%
Dùng trong kỹ thuật
Cấp II : có sai số 10%
mạch in t thông thờng
Cấp III : có sai số 20%
Công suất tiêu tán cho phép là công suất in cao nhất mà in trở có thể
chịu ựng ợc, nếu quá ngỡng ó thì in trở sẽ nóng lên và có thể bị cháy.
2

Ptt max

U
2
max I max .R
R

(1.26)

Để in trở làm vic bình thờng thì:
Ptt < Ptt max
(1.27)
Thông thờng ngời ta sẽ chọn công suất của in trở theo công thức:
PR 2Ptt
(1.28)
Trong ó 2 là h số an toàn. Trờng hợp ặc bit có thể chọn h số an
toàn lớn hn.
Tuỳ theo vật liu chế tạo mà in trở chỉ chịu ợc tới một nhit ộ nào
ó.
Đin trở than có công suất tiêu tán thấp trong khoảng 0.125; 0.25;
0.5;1.2W

Đin trở dây quấn có công suất tiêu tán từ 1W trở lên
Công suất càng lớn thì kích thớc in trở càng to .
H số nhit của in trở biểu thị sự thay ổi trị số của in trở theo nhit
ộ môi trờng và ợc tính theo công thức:
TCR

1 R
.
.100% [ppm/0C]
R T

(1.29)

R: lợng thay ổi của trị số in trở khi nhit thay ổi một lợng T.
TCR là trị số biến ổi tng ối tính theo phần triu của in trở trên
1C. TCR càng bé tức ộ ổn ịnh nhit ộ càng cao.
1.2.1.4 Cách ghi và ọc tham số trên thân in trở
Trên thân in trở thờng ghi các tham số ặc trng ể tin cho vic s
dụng, nh là: trị số in trở, dung sai, công suất tiêu tán (nếu có). Có thể ghi
trực tiếp trên thân in trở hoặc theo qui ớc.
1. Cách ghi trực tiếp
Nếu thân in trở ủ lớn thì ghi ầy ủ giá trị và n vị o.
Ví dụ: 22 1% 25W: in trở có trị số 22, dung sai 1%, công suất tiêu
tán cho phép là 25W

15


2. Cách ghi theo qui ớc
a. Quy ớc chữ cái

+ Các chữ cái biểu thị n vị:
Hàng : chữ cái R (hoặc E hoặc không ghi);
Hàng K: K
Hàng M: M
+ Vị trí của chữ cái biểu thị dấu thập phân
+ Chữ số cuối biểu thị h số nhân
Ví dụ:
6R8= 6.8
R3 = 0.3
K47 = 0.47K
150 = 150
2M2 = 2.2M
4R7= 4.7
332R = 3300
b. Qui ớc số và dung sai theo chữ cái
Gồm các số ể chỉ thị trị số (chữ số cuối chỉ h số nhân hay số số 0 thêm
vào) và chữ cái ể chỉ % dung sai.
F = 1%; G = 2%; J = 5%; K = 10%; M =20%
Ví dụ: 681J = 680 5%; 153K = 15000 10%; 4703G = 470 K 2%
Loại in trở theo công ngh dán SMD (Surface Mounted Device) còn
ợc ghi theo qui ớc số: 3 số có sai số 5%, 4 số có sai số 1% .
Ví dụ 471=470 , sai số 5%
c. Qui ớc màu
Đin trở ghi quy ớc theo vạch màu, có 3 loại: 4 vạch, 5 vạch và 6 vạch.
Một số loại ợc ghi theo màu thân, ầu, chấm trên in trở.

4 7 0
Giá trị thực
H số nhit

H số nhân

Dung sai

Hình 1-9 Ghi giá trị in trở theo quy ớc số và màu
Bảng quy ớc màu cho in trở
Trị số thực
H số nhân Dung sai
Màu
Vạch 1,2 (3)
Vạch 4
Vạch 3 (4)

H số
nhit
16


Đen
Nâu
Đỏ
Cam
Vàng
Lục
Lam
Tím
Xám
Trắng
Vàng
kim

Bạch
kim
Nâu=1
Đen=0
Cam=3
Vàng kim

(5)

Vạch 6

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

100
101
102
103
104
105
106
107

108
109

1%
2%
0.5%
0.25%
0.1%
-

100ppm
50ppm
15ppm
25ppm
-

-

10-1

5%

-

-

10-2

10%

-

Ví dụ: Thứ tự màu: nâu, en, cam và nhũ vàng kim
thì trị số: 10*103 =10K và dung sai: 5%

Chú ý: + Vòng 1 là vòng gần ầu in trở hn vòng
cuối cùng. Tuy nhiên, có nhiều in trở có kích thớc
nhỏ nên khó phân bit ầu nào gần ầu in trở hn,
khi ó ta xem vòng nào ợc tráng nhũ thì vòng ó là vòng cuối (vòng dung
sai). Nên ể in trở ra xa và quan sát bằng mắt, khi ó ta sẽ không nhìn thấy
vòng tráng nhũ, nghĩa là dễ dàng nhận ra ợc vòng nào là vòng 1.
+ Trờng hợp chỉ có 3 vòng màu thì sai số là 20%
+ Các in trở thực tế ợc chế tạo có trị số theo tiêu chuẩn.
Theo chuẩn E6, dung sai 20%, số thứ nhất, thứ hai là: 15, 22, 33, 47, 68, 10.
Theo chuẩn E12, dung sai 10%, số thứ nhất và thứ hai: 10, 12, 15, 18, 22, 27,
33, 39, 47, 56, 68 và 82. Theo chuẩn E24, dung sai 5% bao gồm các giá trị
theo E12 và 11, 13, 16, 20, 24, 30, 36, 43, 51, 62, 75, 91. Ngoài ra còn các
chuẩn E48 dung sai 2%, E96 dung sai 1% và E192 dung sai 0,5%.
Ví
dụ:
2
số
39
gồm
các
trị
số:
0.39 , 3.9 , 39 , 390 , 3.9k
39k
và

0R39, 3R9, 39R, 390R, 3k9 39k.
1.2.1.5 Phân loại và ứng dụng của in trở
I. Phân loại
Có nhiều cách phân loại in trở. Thông thờng ngời ta chia thành 2
loại là in trở có trị số cố ịnh và in trở có trị số biến ổi (biến trở).
Trong mỗi loại lại ợc chia nhỏ hn theo những chỉ tiêu khác nhau
1. Đin trở có trị số cố ịnh

17


Hình 1-10 Cấu tạo in trở cố ịnh
Thờng ợc phân theo vật liu
a. Đin trở than ép dạng thanh hoặc trụ chế tạo từ bột than (cacbon, chất
dẫn in) trộn với chất liên kết (thờng là pheno, chất không dẫn in). Nung
nóng ể làm hoá thể rắn hỗn hợp trên theo dạng hình trụ và ợc bảo v bằng
một lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sn. Trở kháng của sản phẩm cuối cùng phụ
thuộc vào tỉ l của cacbon so với chất không dẫn in cũng nh khoảng cách
giữa các ầu dây. Đin trở hợp chất carbon có ộ ổn ịnh cao, là loại in trở
phổ biến nhất, có công suất danh ịnh từ 1/8W ến 1W hoặc 2W. Loại in
trở này có trị số có thể rất nhỏ hoặc rất lớn, giá trị từ 10 ến 20M . Mặt
khác, nó mang tính thuần trở, các yếu tố in dung cũng nh in cảm hầu
nh không áng kể. Điều này làm cho in trở hợp chất carbon ợc s dụng
rộng rãi trong các bộ x lý tín hiu radio.
b. Đin trở màng (film) là in trở ợc chế tạo bằng cách kết lắng màng
kim loại (ví dụ nh Niken) hoặc oxide kim loại (ví dụ nh TiO) hoặc bột than
trên thân gốm. Để tăng trị số, tạo rãnh xoắn trên lớp màng này sau ó phủ lớp
sn cách in. Đin trở màng có trị số phụ thuộc vào ộ dày của lớp màng
kim loại nên có sai số rất nhỏ. Ngoài ra, vì có ộ ổn ịnh cao nên loại in trở
này cũng có giá thành cao hn vài lần so với in trở than.

c. Đin trở dây quấn thờng dùng khi yêu cầu giá trị in trở rất thấp,
chịu dòng lớn và công suất từ 1W ến 25W (trờng hợp ặc bit chúng chính
là bộ ốt nóng bằng in và có công suất lên tới hàng ngàn W). Nó ợc cấu
tạo bằng cách s dụng một oạn dây in trở làm từ chất không dẫn in tốt,
ví dụ nh nicrome. Dây in trở ợc quấn quanh một trụ giống nh một
cuộn dây (nên còn ợc gọi là in trở cuộn dây). Trở kháng khi ó phụ thuộc
vào vật liu làm dây in trở, ờng kính và chiều dài dây. Nhợc iểm chính
của in trở loại này là nó hoạt ộng nh một bộ cảm ứng in từ, nghĩa là
không phù hợp với các mạch tần số cao.
d. Đin trở mạch tích hợp là các in trở ợc chế tạo ngay trên một chip
bán dẫn tạo thành một IC. Độ dài, loại vật liu và ộ tập trung của các chất
pha trộn thêm vào sẽ quyết ịnh giá trị của in trở.
2. Đin trở có trị số thay ổi
Đin trở có trị số thay ổi (biến trở VR) là in trở mà có thể thay
ổi trị số của nó bằng cách iều chỉnh vị trí của con chạy. Biến trở thờng
18


ợc cấu tạo gồm một in trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung
góc quay 2700 hoặc một trụ thẳng và một trục xoay ở giữa nối với một con
chạy làm bằng than (cho biến trở dây quấn) hay làm bằng kim loại cho biến
trở than, con chạy sẽ ép lên mặt in trở và vị trí của nó sẽ làm thay ổi trị số
in trở khi xoay trục.
Biến trở dây quấn là loại biến trở tuyến tính có trị số in trở tỉ l với góc
xoay. Biến trở than là loại biến trở phi tuyến có trị số in trở thay ổi theo
hàm logarit với góc xoay (tức là ban ầu tăng nhanh sau con chạy càng dịch ra
xa giá trị in trở sẽ càng tăng chậm lại). Loại than có công suất danh ịnh
thấp từ 1/4 1/2 W với giá trị iển hình: 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K,
10K, 22K, 47K, 100K, 220K, 470K, 1M, 2.2M và 4.7M. Loại dây quấn có
công suất danh ịnh cao hn từ 1W ến 3W với các giá trị iển hình: 10, 20,

47, 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 22K và 47K.
Ký hiu
vỏ
con chạy
trục
thân cách đin
vật liu đin trở
Các đin cực

Dạng thực tế

Hình 1-11 Cấu tạo và dạng thực tế biến trở
Có 3 loại biến trở: a dụng, chính xác và iều chuẩn (loại này còn gọi là
trim-trimmer có ộ chính xác rất cao - Đin trở tinh chỉnh):

Hình 1-12 Dạng thực tế trim
II. ứng dụng của in trở
Trong sinh hoạt, in trở ợc dùng ể chế tạo các loại dụng cụ in nh
bàn là, bếp in, bóng èn sợi ốt,
Trong công nghip, in trở ợc dùng ể chế tạo các thiết bị sấy, sởi,

19


giới hạn dòng in khởi ộng của ộng c,
Trong lĩnh vực in t, in trở ợc s dụng ể giới hạn dòng in, tạo
sụt áp, phân áp, ịnh hằng số thời gian, phối hợp trở kháng, tiêu thụ năng
lợng,
1.2.1.6 Một số in trở ặc bit
+ Đin trở nhit

NTC

PTC

Hình 1-13 Ký hiu và hình dáng của nhit trở
Đin trở nhit - Thermisto là một linh kin có trị số in trở thay ổi theo
nhit ộ. Có 2 loại nhit trở là nhit trở âm và nhit trở dng. Trị số của nhit
trở ghi trong s ồ là trị số o ợc ở 250 C.
Nhit trở có h số nhit dng (gọi là PTC) là loại in trở khi nhận
nhit ộ cao hn thì trị số của nó tăng lên và ngợc lại. Nếu nhit trở làm
bằng vật liu kim loại thì nó có h số nhit dng. Điều này ợc giải thích là
khi nhit ộ tăng các nguyên t ở các nút mạng sẽ dao ộng mạnh và làm cản
trở quá trình di chuyển của in t.
Nhit trở có h số nhit âm (gọi là NTC) là loại nhit trở khi nhận nhit
ộ cao hn thì in trở của nó giảm xuống và ngợc lại khi nhit ộ thấp hn
thì in trở của nó tăng lên. Các chất bán dẫn thờng có h số nhit âm. Trong
chất bán dẫn không chỉ có vận tốc của hạt dẫn, mà quan trọng hn, cả số
lợng hạt dẫn cũng thay ổi theo nhit ộ. Tại nhit ộ thấp, các in t và lỗ
trống không ủ năng lợng ể nhẩy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn. Khi tăng
nhit ộ khiến các hạt dẫn ủ năng lợng ể vợt qua vùng cấm, bởi thế ộ
dẫn sẽ gia tăng cùng với nhit ộ. Nói cách khác khi nhit ộ tăng thì trở
kháng chất bán dẫn giảm. Với các chất NTC thì quan h giữa in trở và nhit
ộ theo luật:
R1
e B.(1 / T 11 / T 2)
R2
(1.30)
Trong ó:
R1 ; R2 là in trở chất bán dẫn tại nhit ộ T1 và T2

B = Eg / K là h số nhit trở
Eg là ộ rộng vùng cấm.
K là hằng số Boltzmann.
Biến ổi công thức trên ta ợc: B

ln( R1 / R2 )
1 / T1 1 / T 2

(1.31)
Sự phụ thuộc của in trở vào nhit ộ của chất NTC với các giá trị khác
nhau của R nh sau:
20


Hình 1-14 Sự phụ thuộc của in trở vào nhit ộ của chất NTC
Nhit trở thờng ợc s dụng ể ổn ịnh nhit cho các mạch của thiết bị
in t (ặc bit là tầng khuếch ại công suất) ể iều chỉnh nhit ộ hay làm
linh kin cảm biến trong các h thống tự ộng iều khiển theo nhit ộ.
Ví dụ: Trong các bộ ampli, khi hoạt ộng lâu các sò công suất sẽ nóng lên,
nhờ s dụng nhit trở mà sự thay ổi của nhit ộ ợc thể hin ở sự thay ổi
của trị số in trở làm cho dòng in qua sò công suất yếu i, tức là bớt nóng
hn.
+ Đin trở quang (PhotoResistor)
FR1

Hình 1-15 Ký hiu quang in trở
Đin trở quang hay còn gọi là quang trở là thiết bị bán dẫn nhậy cảm với
bức xạ in từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy (có bớc sóng từ 380 và 780
nm).
Quang trở ợc tạo nên từ một lớp vật liu bán dẫn mỏng, thờng là CdS

(Cadmi sulfua). Bức xạ ánh sáng ngẫu nhiên sẽ truyền một phần năng lợng
của nó cho các cặp in t-lỗ trống, các cặp này có thể ạt mức năng lợng ủ
lớn ể in t nhẩy lên vùng dẫn. Kết quả hình thành nhiều hạt dẫn tự do,
khiến ộ dẫn tăng và trở kháng giảm. Số lợng các hạt dẫn tạo ra sẽ tỷ l với
cờng ộ bức xạ ánh sáng. Độ chiếu sáng càng mạnh thì in trở có trị số
càng nhỏ và ngợc lại. Khi quang trở bị che tối in trở của nó khoảng vài
trăm K ến vài M. Khi ợc chiếu sáng thì giá trị in trở này khoảng vài
trăm ến vài K.
Trong ứng dụng thực tế một in áp ngoài sẽ ợc ấu vào các cực của
quang trở. Cho ánh sáng chiếu vào, khi ó dòng có thể chảy qua quang trở và
chảy trong mạch ngoài với cờng ộ tuỳ thuộc vào cờng ộ sáng.
Quang trở thờng ợc s dụng trong các mạch tự ộng iều khiển bằng
ánh sáng nh: phát hin ngời qua ca, tự ộng mở èn khi trời tối, iều chỉnh
ộ sáng và ộ nét tự ộng ở màn hình LCD, camera,

21


a)Negative Temperature Co-efficient (NTC)
b) Positive Temperature Co-efficient (PTC)
c) Light Dependent Resistors (LDR)
Hình 1-16 Một số dạng thực tế các loại in trở nhit và quang trở
+ Đin trở tuỳ áp (VDR)
VDR là một linh kin bán dẫn có trị số in trở thay ổi khi in áp ặt
lên nó thay ổi
Khi in áp giữa hai cực ở dới trị số quy ịnh thì VDR có trị số in trở
rất lớn coi nh hở mạch. Khi in áp này tăng lên thì VDR sẽ có trị số giảm
xuống ể ổn ịnh in áp ở hai ầu nó. Giá trị in áp mà VDR ổn ịnh ợc
cho trớc bởi nhà sản xuất, ây chính là thông số ặc trng cho VDR.

VDR

VDR

Hình 1-17 Ký hiu và dạng in trở tuỳ áp
VDR thờng ợc mắc song song với các cuộn dây có h số tự cảm lớn
ể dập tắt các in áp cảm ứng quá cao khi cuộn dây bị mất dòng in ột
ngột tránh làm hỏng các linh kin trong mạch.
1.2.2 T Đin
1.2.2.1 Khái nim và cấu tạo tụ in

22


C

Hình 1-18 Ký hiu và hình dáng thực tế của một số loại tụ in
Khái nim
Tụ in (capacitor) là phần t có giá trị dòng in i qua nó tỉ l với tốc ộ biến
ổi in áp u trên nó theo thời gian với công thức:

iC

du
dt

(1.32)
Đối với dòng in một chiều, tụ in coi nh hở mạch có trở kháng vô
cùng.
Đối với dòng in xoay chiều, trở kháng của tụ in phụ thuộc tần số:

ZC

1
1
jXC , X C
C
jC

(1.33)

chỉ có thành phần ảo, thuần kháng mang tính chất dung kháng và ợc gọi là
thuần dung.
Quan h dòng và áp theo ịnh luật Ohm:






U C ZC . I

I
jC



jX C. I ,

(1.34)

trong ó UC là in áp ặt lên tụ, I là dòng in chạy qua tụ. Đin áp trên tụ
chậm pha so với dòng in 900.
Về năng lợng, tụ in tích luỹ dới dạng in trờng:
1
2
WE C.U C ,
2

(1.35)

n vị của WE là J (Joules)
Công suất tiêu thụ trên tụ bằng 0 và công suất phản kháng khi có dòng in
xoay chiều có giá trị hiu dụng I chạy qua:
(1.36)
QC UC I X C I 2 ,
n vị của QC là var.
23


Ký hiu tụ in trong mạch in và hình dáng của tụ in trên hình 1-18
1.2.2.2 Cấu tạo tụ in
1. Tụ không phân cực
Tụ không phân cực có trị số không ổi. Về cấu tạo, tụ không phân cực
gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách in gọi là chất in
môi. Tên của tụ ợc ặt theo tên chất in môi nh tụ giấy, tụ gốm, tụ mica,
tụ dầu
Bản cực

Đin tích

Đin môi
Ký hiu

Hình 1-19 Cấu tạo và ký hiu của tụ không phân cực
Giá trị của tụ thờng có in dung từ 1 pF tới 1F, khi giá trị in dung
lớn hn thì kích thớc của tụ khá lớn nên khi ó chế tạo loại phân cực tính sẽ
giảm ợc kích thớc i một cách áng kể.
2. Tụ in phân
Đin cực
nhôm

Chất đin phân

Ký hiu

Màng oxide
nhôm
Hình 1-20 Cấu tạo, ký hiu và cấu trúc thực tế của tụ in phân

Tụ in phân có cấu tạo gồm 2 in cực tách rời nhau nhờ một màng
mỏng chất in phân, khi có một in áp tác ộng lên hai in cực sẽ xuất
hin một màng oxit kim loại không dẫn in óng vai trò nh lớp in môi.
24


Lớp in môi càng mỏng kích thớc của tụ càng nhỏ mà in dung lại càng
lớn. Đây là loại tụ có cực tính ợc xác ịnh và ánh dấu trên thân tụ, nếu nối
ngợc cực tính lớp in môi có thể bị phá huỷ và làm hỏng tụ (nổ tụ), loại tụ
này dễ bị rò in do lợng in phân còn d.
Tụ hoá là một dạng tụ phân cực, có cấu tạo ặc bit, vỏ ngoài bằng nhôm làm

cực âm, bên trong vỏ nhôm có thỏi kim loại (ồng hoặc nhôm) làm cực
dng. Giữa cực dng và cực âm là chất in phân bằng hoá chất (thờng là
axitboric) nên gọi là tụ hoá. Giá trị in dung tụ hoá ạt ợc khá cao từ: 0,1
F ến hàng mF.
1.2.2.3 Các tham số c bản của tụ in
1. Trị số in dung và dung sai
Để ặc trng cho khả năng nạp, phóng in của tụ ít hay nhiều ngời ta
a ra khái nim in dung (dung lợng in) ể ớc lợng.
Đin dung của tụ ợc tính theo công thức:
C .

S
[F]
d

(1.37)

là hằng số in môi của chất cách in
S là din tích hiu dụng của bản cực [m2]
d là khoảng cách giữa hai bản cực [m]
Hằng số in môi của một số chất cách in thông dụng ể làm tụ in
có trị số nh sau:
Không khí khô = 1
Parafin
=2
Nhựa ebonit
= 2,7 2,9
Giấy tẩm dầu
= 3,6
Gốm

= 5,5
Mica
=45
Trị số của in dung ợc tính bằng F (fara) nhng trên thực tế n vị
này rất lớn nên không s dụng mà thờng dùng ớc số của fara
Microfara
1 F = 10-6 F
Nanofara
1 nF = 10-9 F
Picofara 1 pF = 10-12 F
Dung sai của tụ in biểu thị ộ chính xác của trị số in dung thực tế so
với giá trị in dung danh ịnh của tụ in và ợc tính bằng:

với

Ctt C dd
100%
C dd

(1.38)
Tuỳ theo yêu cầu của mạch mà cần tụ có ộ chính xác tng ứng, có tụ
có dung sai 0,001% nhng cũng có tụ có dung sai 150%. Với tụ s dụng trong
kỹ thuật in t thông thờng thì tụ có dung sai từ 5 20%
2. Trở kháng của tụ in
Tụ in là một linh kin có tác dụng ngăn dòng một chiều chảy qua nó (ở
trạng thái xác lập ổn ịnh). Trở kháng của tụ in ợc xác ịnh một cách
25