Giáo trình, bài giảng điện tử học dành cho sinh viên Đại học, Cao đẳng

TR

NGă

I H C PH MăV Nă
KHOAăC ăB N

NG



Bµi gi¶ng

I NT

Ng

H C

i biên so n:

Tr

ng V n Thanh

Qu ng Ngãi, tháng 05 n mă2014


L I NÓI
T p bài gi ngă i n t h c này đ

c biên so nă theoă ch

ngành 51140211 ban hành theo Quy tăđ nh s
2012 c a Hi uătr

ngătr

ngă

U
ngă trìnhă đƠoă t o mã

705/Q - HPV ăngƠyă07 thángă9ăn mă

i h c Ph măV nă

ng.ă ơyălƠ m t trong nh ng h c

ph năđƠoăt o giáo viên gi ng d y môn V t lí Trung h căc ăs .
Th iă l

ng c a h c ph n là 3 tín ch , bao g m 30 ti t lí thuy t và 30 ti t th c

hành.
N i dung c a ph n lý thuy t giúp sinh viên:
- Bi tăđ

c nh ng ki n th c v đi n t h căđ iăc

ngănh :ăv t li u bán d n, m t

s linh ki n bán d n thông d ng và các ng d ng c a chúng trong k thu tăt
bi tăđ

căcácăphépătoán,ăcácăđ nh lu t c aă

các hàm logic; bi tăđ

ngăt ;

i s logic, s d ngăchúngăđ t iă uăhóaă

c các c ng logic c ăb n, các kh i logic thông d ng, các m ch

flip-flop và ng d ng chúng đ xây d ng các m ch s đi n hình.
- Hi uăđ

c nguyên lí ho tăđ ng c a các thi t b đi n t thông d ngăđ

c s d ng

ph bi nătrongăđ i s ng và k thu t
N i dung c a ph n th c hành giúp sinh viên:
- Nh n bi tăđ

c m t s linh ki n bán d n thông d ngănh đi n tr , t đi n, cu n

c m, điôt, tranzito,ăICầ
- L pă đ tă đ

c m t s m chă đi n t thông d ngă nh ă m ch ch nhă l u,ă m ch

khu chăđ iătrongămáyăt ngăơm;ămôăph ngăđ

c m t vài m ch logic thông d ngănh ăb

gi i mã hi n th kí t ầ
- V năhƠnhăđ

c m t s thi t b đi n t thông d ngătrongăđ i s ng và

tr

ng

THCSănh ămáyăthuăthanh,ămáyăthuăhìnhămƠu,ădaoăđ ngăkỦăđi n t ,ămáyăviătínhầ
- Làm vi c c n tr ng, kiên trì; g n lí thuy t v i th c t
s d ng t t t p bài gi ng này sinh viên ph i h c xong các h c ph nă i n h c
trongăch

ngătrìnhăđƠoăt o vì i n t h c là khoa h căcóăs ăs lƠă i n h c.

M cădùăđưăc g ngănh ngăch c ch n trong quá trình biên so n không tránh kh i
nh ng sai sót. R tă mongă đ

c ý ki nă đóngă gópă c aă ng

ngày càng hoàn thi n h n. M i ý ki nă xină đ

1

i s d ngă đ t p bài gi ng
c g i v

đ a ch

E-mail:


PH N LÍ THUY T

2


Ch

ng 1. LINH KI N BÁN D N

T n mă1947ăt i nay, trong su tăh năm t n a th k , v t li u bán d n và các s n
ph măđi n t đ

c ch t o t chúng gi vai trò quan tr ng mang tính ch t quy tăđ nh

đ n các ti n b c a khoa h c và công ngh .
Ch

ngă nƠyă đ c pă b

thông d ng.ăTrongăcácăch

că đ u v v t li u bán d n và m t s linh ki n bán d n
ngăsau,ăd a trên các tính ch t c a các linh ki n bán d năđ

tìm hi u v các ng d ng c a chúng.
1.1. Ch t bán d n
1.1.1. C u trúc tinh th ch t bán d n
Theo tính ch t d năđi n,ăng

i ta chia v t li u thành 3 nhóm:

- Lo i v t li uăcáchăđi nă(cóăđi n tr su t l n)ăđi n hình là ch tăđi n môi.
- Lo i v t li u d năđi nă(cóăđi n tr su t nh )ăđi năhìnhălƠăđ ng. Nguyên t đ ng
có m tăđi n t hoá tr n m

qu đ o ngoài cùng. Do l c hút y u, nên l c bên ngoài có

th d dƠngăđánhăb tăđi n t ngoài cùng này ra kh i nguyên t đ ng.ă óălƠălỦădoăt i sao
đ ng là ch t d năđi n t t.
- Lo i v t li u bán d n là ch tă cóă đi n t hoá tr 4.ă i n hình là các nguyên t
thu c nhóm 4 b ng tu n hoàn Menđêlêepănh ăSilică(Si)ăvƠăGemaniă(Ge).
C u trúc m ng tinh th c a m t ch t bán d năđi năhìnhănh ăSiăcóăđ th c u trúc
vùngăn ngăl

ng c a ch t bán d năvƠăc ăch sinh h t d n c aăchúngăđ

c cho trên hình

1.1a.
C uătrúcăvùngăn ngăl

ng c a ch t bán d năđi n có d ng ba vùng tách bi t nhau:

Vùng c m n m gi a m t vùng có nhi u m căn ngăl
d n) và m t vùng có các m căn ngăl

ng cao còn b tr ng (g i là vùng

ng th păđưăb h t chi măđ y (g i là vùng hoá

tr ). Vi căhìnhăthƠnhăc ăch d năđi n g n li n v i quá trình sinh t ng c p h t d n t do
lƠă đi n t (trong vùng d n) và l tr ng (trong vùng hoá tr ) nh vi c ion hoá m t
nguyên t silică t

ngă đ

ngă v i vi c m tă đi n t hoá tr nh y m că n ngă l

ng qua

vùng c m lên vùng d năđ l i m t liên k t b khuy t (l tr ng) trong vùng hoá tr . K t
qu lƠădòngăđi n trong ch t bán d n s ch g m hai thành ph năt

ngăđ

các c păsinhăđôiăđi n t t do - l tr ng)ăđóng góp và mu năđ tăđ

căđi u này c n m t

n ngă l

ngănhauă(doă

ngă kíchă thíchă đ l nă (vƠiă eV)ă đ đ gây ra quá trình nh y m c c a electron

3


qua vùng c m t vùng hoá tr (n ngăl

ng th p) lên vùng d n (các m căn ngăl

ng cao

h n).
1.1.2. Ch t bán d n t p ch t lo i n
Ng

i ta ti n hành pha các nguyên t cóă 5ă đi n t hoá tr (ví d Asen (As),

Photpho (P)...) vào m ng tinh th c a ch t bán d n s ch thu c nguyên t nhóm 4 (Si,
Ge), k t qu thuăđ

c m t ch t bán d n lo i m i có kh n ngăd năđi n ch y u b ng

đi n t (h tăđaăs ) g i là ch t bán d n t p ch t lo i n.
Tuy nhiên v n t n t iă c ă ch c a ch t bán d n n nă (tr

c khi pha t p ch t)ă đ

hình thành t ng c p h t d n t do, nên l tr ngăc ngăthamăgiaăd năđi n và g i tên là h t
thi u s . Mô hình c u trúc m ng tinh th c a ch t bán d n t p lo i n cho trên hình 1.1b.
M căn ngăl
đ th n ngăl

ng c a t p ch t lo i n n m trong vùng c măvƠăsátăđáyăvùngăd n c a

ng c a ch t bán d n làm n n.ă i u này t o kh n ngăcácănguyênăt t p

ch t d dàng b ion hoá gi iăphóngăraăđi n t t do (nh y t m căn ngăl
lên vùng d n) và làm xu t hi năcácăionăd
không di chuy năđ

ngăt p ch t (là lo i h t có kh iăl

i năt ăt ădo

Si
Si
a)

ng l n

căvƠădoăđóăkhôngăthamăgiaăvƠoădòngăđi n).

Si
Si

ng t p ch t

L tr ngăd

Si
Si

Si

As

Si

Si
Al

Si

Si

Si

c)

b)
Vùng d n
(đi n t t do)

L tr ng t do
(Vùng hóa tr )
Hình 1.1. C u trúc tinh th ch t bán d n

4

d)

Si


V yădòngăđi n trong ch t bán d n t p ch t lo i n g măđi n t (là lo i h tăđaăs ) và
l tr ng (là lo i h t thi u s )ăđóngăgóp,ăvi c hình thành các h tăđaăs th c hi n d dàng
trongăđi u ki năbìnhăth

ng v iăn ngăl

ng kích thích nh .

1.1.3. Ch t bán d n t p ch t lo i p
N u th c hi n pha các nguyên t thu cănhómăcóă3ăđi n t hoá tr , ví d Al, Ga,
B...) vào m ng tinh th Si s xu t hi n các liên k tăghépăđôiăb khuy t (l tr ng). Ch
c n kích thích m tăn ngăl

ngăđ nh , các nguyên t t p ch t s b ion hoá t o nên các

ion âm (nh năđi n t ) và các l tr ng t do. Mô hình m ng tinh th c a ch t bán d n
t p lo i p cho trên hình 1.1c
M căn ngăl

ng t p ch t lo i p n măsátăđ nh vùng hoá tr t oăc ăh i nh y m c ào

tăchoăcácăđi n t hoá tr và hình thành m t c p ion âm t p ch t (không tham gia dòng
đi n) và l tr ng (là h t nh năđaăs ) ;ăđi n t trongăc ăch này là h t thi u s .

1.1.4. Chuy n ti p p - n
B ng các bi n pháp công ngh đ c bi tă ng

i ta t oă raă đ

ti p (ti p xúc, hay m i n i) tính d năđi n t lo i p sang lo iănăđ

c m t vùng chuy n
c g i là m t ti p xúc

công ngh pn.ă ơyălƠăm t d ng ti p xúc phi tuy n tính có tính ch t d năđi năkhôngăđ i
x ng theo hai chi uăđi năápăđ t vào:
p

n

a)
Etx
p

p

n

n

Etx

Etx
Engoài

+

+

Engoài

b)

c)
Hình 1.2. Ba ch đ c ăb n c a ti p xúc công ngh pn

a)ăCh aăcóătácăđ ng ngoài; b) Phân c c thu n (m ); c) Phân c căng

5

c (khoá)


a.ăBìnhăth

ngăkhiăch aăcóătácăđ ng c aătr

ng ngoài (hình 1.2a) h th ng ti p

tr ng thái cân b ngăvƠăkhôngăcóădòngăđi n quaănó.ăCácăionăd ngă(bênăn)ăvƠă

ion âm (bên p) t o nên m tă đi nă tr ng c c b E tx h ng t n sang p làm cân b ng
xúc pn

gi aădòngăđi n khu ch tán (c a các h t d năđaăs ) do chênh l ch n ngăđ vƠădòngăđi n


gia t c (c a các h t d n thi u s ) do đi nătr ng n i b E tx .



b.ăKhiătácăđ ng c a E ngoài ng c chi u v i E tx (chi u E ngoài h ng t vùng p sang
vùng n, xem hình 1.2b), tr ng thái cân b ngăc ngăb phá v : dòng khu ch tán c a các
h tăđaăs t ngăm nh (có giá tr l n) và dòng gia t c gi m t i 0. Ta nh năđ

c m t ti p

xúc pn phân c c thu n.



c.ăKhiătácăđ ng c a E ngoài cùng chi u v i E tx (h

ngătr

ng ngoài t vùng n sang

vùng p, xem hình 1.2c), tr ng thái cân b ngăbanăđ u b phá v , dòng khu ch tán b c n
t i giá tr 0, dòng gia t căt ngălênănh ngăkhôngăđángăk vì do các h t d n thi u s có
n ngăđ r t nh so v i h t d năđaăs , dòng này nhanh t i m t giá tr bão hoà (c 10-7 
10-9 A). Ta nói trongătr
nó ch cóădòngăđi năng

ng h p này ti p xúc pn b khoá (b phân c căng

c) và qua

c nh ch y t vùng n sang vùng p.

Vi c phân tích trên d n t i k t lu n v tính ch t d năđi năkhôngăđ i x ng c a ti p
xúc p-n: khi b khoá, dòng qua nó nh trongăkhiăđi năápăđ tăvƠoă(h
giá tr l n,ădoăđóăti păxúcăcóăđi n tr t

ngăđ i l n.ăKhiăđ

ng t n sang p) có

c m , ti p xúc d năđi n t t

v iăđ cătr ngădòngăquaănóă(ch y t p sang n) l nătrongăkhiăđi năápăr iătrênănóănh , có
chi u t p sang n.
1.2. iôt bán d n
1.2.1. C u t o
C u t o c a m t điôt (diode) bán d n bao g m m t ti p xúc phi tuy n p-n và hai
ti p xúc tuy n tính (ti păxúcăOmmic)ăđ l yăraăhaiăđi n c căđ
p) và catôt (t vùng n), v i ký hi uăquyă
1.2.2.

c g i là anôt (t vùng

c cho trên hình 1.3a.

c tuy n vôn - ampe c a điôt bán d n
c tính von ampe bi u th quan h đ th gi aădòngăđi n ch y qua điôt vƠăđi n

ápăđ t gi a anôt (A) và catôt (K) c a nó (hình 1.3b).

6


Ta có các nh năxétăvƠăchúăỦăsauăđơyăđ i v iăđ c tính hình 1.3b:
c tính có ba vùng rõ r t:
Vùng (1) điôt đ

c phân c c thu n v iăđ cătr ngădòngăl n,ăđi n áp nh ,ăđi n tr

nh .
Trong vùng m (1)ăđ c tính có hai vùng (a) dòng thu n còn r t nh vƠăt ngăy u
và (b) dòng thu năđ l năt ngăm nh.ă i măđi n áp gi i h n gi a hai vùng này g i là
ng

ng đi n áp m c a điôt (Um ).
V i điôt có ngu n g c t v t li u Silic Um  0,7V, t Gemani Um = 0,3V.
I
Ti p xúc phi tuy n

1

n

p

b
2

Anôt (A)

Catôt (K)

a

U

Um

a)

3

b)
Hình 1.3.
a) Kí hi uăđiôt;ăb)ă c tính c a điôt
Vùng (2) điôt phân c căng

c (khoá) v iăđ cătr ngădòngăđi n nh , có giá tr Irò

r t nh (kho ng hàng ch c A t i hàng ch c mA) g nă nh ă khôngă đ i,ă đi n áp l n
(hàng ch c t iăhƠngătr măV),ăđi n tr l n (hàng ch c nghìn ).
Vùngă(3)ădòngăđi năng
đ

căt ngăm nh,ăđi n tr nh ,ăđi n áp g nănh ăkhôngăđ i,

c g i là vùng b đánhăth ng.

1.2.3. Phân lo i

D a vào tác d ng c a điôt ta có các lo i
1.2.3.1. iôtăch nhăl u
a. Công d ng, kí hi u
iôtăch nhăl uădùngăđ bi năđ iădòngăđi n xoay chi uăthƠnhădòngăđi n m t chi u.
iôtăch nhăl uăđ

c kí hi uănh ătrênăhìnhă1.3a

7


b. C u t oăvƠăđ căđi m
iôtăch nhăl uăcóăth làm vi c v iăc

ngăđ dòngăđi n l n, l p chuy n ti p p-n

c n có ti t di n l n.
1.2.3.2. iôt tách sóng
a. Công d ng
iôtătáchăsóngălƠăm t lo iăđiôtăch nhăl uădùngăđ tách tín hi u t n s th p ra kh i
sóng mang cao t n.ă iôtătáchăsóngăđ
b.ă

c kí hi uănh ătrênăhìnhă1.3a

căđi m

iôtătách sóng làm vi c v iăcácădòngăđi n nh ,ănh ngăt n s cao, nên l p chuy n
ti p c n có thi t di n nh đ gi măđi n dung c a l p chuy n ti p p-n, th

ngădùngăđiôtă

ti păđi m.
1.2.3.3. iôt Zêne
a. C u t o, kí hi u và nguyên lí
điôtăbánăd n,ăkhiăUăng
ng

căđ l n, thì l p chuy n ti p b đánh th ng:ădòngăđi n

căt ngănhanh,ătrongăkhiăhi uăđi n th thayăđ iăít.ăNóiăchung,ăsauăđóăđiôtăb h ng.

Tuy nhiên, b ng cách pha t păđ c bi t,ăng

iătaăđưăch t oăraăcácăđiôtămƠăkhiăb đánhă

th ng thì không b h ng.ă óălƠănh ngăđiôtăZêne,ăđ

c kí hi uănh ătrênăhìnhă1.4a

I
Rhc

a)

+
Uz

Ung

V

R



0

c)

b)
a) Kí hi u; b)

D

Hình 1.4. iôt Zêne
c tuy n vôn-ampe; c) M tăs ăđ

năápădùngăđiôtăZêne

UZ là hi uăđi n th đánhăth ng c aăđiôtăZêne. Ung lƠăđi n áp ngu n. M ch n áp ho tăđ ng khi Ung  UZ.

b.ă

c tuy n, hình 1.4b.

c. Công d ng, hình 1.14c.
iôtă Zêne đ

c s d ng

ph nă đi n th ng

th ng. UZ năđ nhăchínhălƠăđi năápăđ t lên t i R

8

c c aă đ c tuy n,

khu v că đánhă


1.2.3.4. iôtăbi n dung
a. C u t o, nguyên lí và kí hi u
Là l p chuy n ti p p-nă đ

c ch t oă đ c bi t, khi phân c c ngh ch l p chuy n

ti păđóngăvaiătròănh ăm t t đi n,ătrongăđóăcácăm u bán d n

hai phía c a l p chuy n

ti păđóngăvaiătròăc a hai b n t đi n, còn l p chuy n ti p là ch tăcáchăđi n c a t đi n.
i n dung c a t đi n này ph thu c hi uăđi n th đ t vào. Hình 1.5a là kí hi u c a
điôtăbi n dung.
b. Công d ng
iôtăbi n dung có th dùng thay cho t bi năđ i,ăđ

c dùng nhi uătrongăl nhăv c

cao t n. Ví d hình 1.5b là điôtăbi n dung dùng trong m ch ch n sóng.
C
L
R

E

DC

b)

a)

Hình 1.5. iôt bi n dung
a) Kí hi u; b)S ăđ nguyên t c c a m ch ch năsóngădùngăđiôtăbi n dung
1.2.3.5. iôt phát quang

a. C u t o, nguyên lí và kí hi u
iôtăđ

c ch t o t nh ng v t li u bán d n thích h p,ăkhiădòngăđi n thu n ch y

quaăđiôt,ă l p chuy n ti p p-năcóăánhăsángăphátăra.ă óălƠăđiôtăphátăquangă(LED).ăMƠuă
s c c a ánh sáng phát ra ph thu c vào các ch t bán d nălƠmăđiôtăvƠăcáchăphaăt p ch t
vào các ch t bán d năđó. Hình d ng, kí hi u c a điôt phátăquangănh ătrênăhìnhă1.6a, b.
a
b

f
g

p

n

n

p
a)
Hình 1.6.

e
a

b)

b

c

d

e

f

g

c
d

c)

iôtăphátăquang. a) Hình d ng; b) Kí hi u; c) LED b yăđo n

9


b.ă

căđi m, công d ng

iôtăphátăquangătiêuăth ítăn ngăl

ng, b n,ăđ

c dùng làm các b hi n th ,ăđènă

báo, trong các màn hình qu ngăcáo,ăđènătrangătríăvƠăth păsángầ
Lade (laser) bán d năc ngăho tăđ ngătrênăc ăs s phát quang c a l p chuy n ti p
p-n.

c. LED b yăđo n
LED b yăđo n có lo i anôt chungă(nh ăhìnhă1.6c)ăvƠălo i catôt chung. Hi n nay
LED b yăđo năđ

c dùng nhi u trong các thi t b ch th s .

LED b yăđo n là t p h pă7ăLEDăđ
1.6că vƠă đ

c ch t o d ng thanh dài s p x pănh ăhìnhă

c ký hi u b ng b y ch cái là a,b,c,d,e,f và g. Ph n ph c aă đènă lƠă m t

ch măsángă(P)ăđ ch d u ph y th p phân. LED b yăđo năđ

căđi u khi n b ng các lo i

IC gi iămưănh ăICă7447,ă7448ăh TTL hay 4511, 4513 h CMOS.
1.2.3.6. Phôtôđiôt

a. C u t o, nguyên lí và kí hi u
Ánhăsángăcóăb

c sóng thích h p chi u vào l p chuy n ti p p-n t o thêm các c p

electron-l tr ng.ăDoăđó,ăn uăđiôtăm c vào hi uăđi n th ng

c,ăthìădòngăng

chuy n ti p p-năt ngălênărõăr t khi có ánh sáng. Ánh sáng càng m nhăthìăc
đi n càng l n.ăNg
đ

c qua l p
ngăđ dòng

i ta ng d ngăđi uănƠyă đ ch t oăraăphôtôđiôtă(hayăđiôtăquang),ă

c kí hi uănh ătrênăhìnhă1.7a

b. Công d ng
PhôtôđiôtădùngălƠmăc m bi n ánh sáng, m chăđi n nguyên t cănh ăhìnhă1.7b

R
E

a)

b)

Hình 1.7. Phôtôđiôt
a) Kí hi u; b) M chăđi n nguyên t c
Ngoài các lo iăđiôtănóiătrên,ătrongăk ăthu t,ăng
tính ch tăđ c bi t khác.

10

i ta còn s d ng m t s điôtăcóă


1.3. Tranzito l

ng c c (tranzito hai m i n i - BJT)

1.3.1. C u t o c a tranzito l
Tranzitoă(transistor)ăl

ng c c

ng c c (th

ng g i t t là tranzito) là m t h th ng g m

ba l p bán d n t p ch t cho ti p xúc công ngh xen k nhau,ădoăđóăhìnhăthƠnhăm t h
g m hai ti p xúc p-n phi tuy n tính (hình 1.8a,b) r t g n nhau, k t h p v i ba ti p xúc
tuy nătínhăđ đ aăraă3ăđi n c căđ

c g i l năl

colect (c c góp) vi t t t là c căE,ăB,ăCăt

t là emit (c căphát)ăbaz ă(c c g c) và

ngă ng. Có hai k t c uăđ cătr ngălƠăd ng

pnp (hình 1.8a) và d ng npn (hình 1.8b) v i các ký hi uăquyă
ng.ă Nh ă v y có th mô t m tă cáchă quyă

cătrênăhìnhă1.8c,dăt

ngă

c tranzito bao g m hai điôt DEB và DCB

m căđ i nhau v i ba c c ra E, B, C (hình 3.8e,f).
Emit

p

p

n

Colect

C
B

Baz

a)
Emit

n

C
B

E
c)

Ti p xúc
Colect

p

E

n

Colect

e)
C
E

Baz
Ti p xúc
Emit
b)

C

E

B

d)

B
f)

Hình 1.8. Mô hình c u t o c a tranzito. a) lo i n-p-n; b) lo i p-n-p
c), d) ký hi uăquyă c; e), f) mô t quyă c
1.3.2. Nguyên t c ho t đ ng c a tranzito
mô t ho tăđ ng c a tranzito, ta l y tranzito l i pnp làm ví d . S ho tăđ ng
c a tranzito npn s t

ngăt b ng vi c thay th l tr ng b ngăđi n t .

Trên hình 1.9a khi ti p xúc colect khôngă đ
phân c c thu n.ă

c phân c c, ti p xúc emit đ

c

r ngă vùngă đi n tích không gian gi a p và n (còn g i là vùng

nghèo) s b gi m, m c gi m tu theoăđi n áp phân c c, k t qu là dòng c a các h tăđaă
s (các l tr ng) khu ch tán t mi n bán d n p (c c E) sang mi n bán d n n (c c B).

11


Khi ti p xúc emit khôngăđ

c phân c c, ti p xúc colect phân c căng

có dòng c a các h tăđaăs (đi n t
tr ng

c, không

bán d n n) ch có dòng c a các h t thi u s (l

bán d n n) (hình 1.9b).
Tr

ng h p ti p xúc emit phân c c thu n, ti p xúc colect phân c că ng

c

(hình 1.9c). Khi ti p xúc emit phân c c thu n, các h tăđaăs khu ch tán qua ti p xúc
t i mi năbaz ăta nên dòng IE. T i mi năbaz ăcácăh tăđaăs này l i chuy n thành các
h t thi u s , m t ph n b tái h p v iăcácăđi n t t o thành dòng IB, ph n còn l iădoăđ
r ng c a mi năbaz ăr t m ng, ti p xúc colect phân c căng

c nên các l tr ng

baz ă b cu n sang mi n colect ta lên dòng Ic. Dòng Ic nƠyă đ

mi n

c t o b i hai thành

ph n: dòng c a các h tăđaăs t mi n emit , và dòng c a các h t thi u s (l tr ng
mi năbaz ăkhiăch aăcóăs khu ch tán t emit sang). Dòng c a các h t thi u s đ

c

g i là dòng rò và ký hi u là Ico. Ico có giá tr r t nh c nA t i vài A.
Dòng h tăđaăs

E

p

n

Dòng h t thi u s

E

C

p

p

n

p

C

Vùng nghèo B

Vùng nghèo B

b)

a)
Dòng h t đaăs

E

B

IB

C

p

n

p
IE

Dòng h t thi u s

IC

c)

Hình 1.9. Nguyên lý ho tăđ ng c a tranzito
1.3.3. Các cách m c c b n c a tranzito
Tranzito có ba c c (E, B, C) n uăđ aătínăhi u vào hai c c và l y tín hi u ra

hai

c c thì ph i có m t c c là c c chung. Do v y,ăđ i v i tranzito có 3 cách m căc ăb n:
baz ăchung,ăemit chung, colect chung.

12


1.3.3.1. Cách m căbaz ăchungă(CB)

S ăđ cách m căBCăđ

c minh ho

trên hình 1.10

Trên hình v 1.10a chi uă m iă tênă ch chi u c aă dòngă đi n trên các c c c a
th y rõ quan h gi a 3 c c c a tranzito trong cách m căBCăng

tranzito.ă

i ta dùng

haiăđ cătính:ăđ cătínhăvƠoăvƠăđ c tính ra.
c tính vào (hình 1.10b) mô t quan h gi a dòng vào IE v iă đi nă ápă đ u vào
UBE, ng v i các giá tr đi n áp khác nhau c aăđi n áp ra UCB.
c tính ra (hình 1.10c) mô t quan h gi aădòngăđi n IC v iăđi n áp ra UCB, ng
v i các giá tr khác nhau c aădòngăđi n vào IE.ă

cătínhănƠyăđ

c chia thành 3 vùng:

vùng tích c c, vùng c t (hay vùng khoá) và vùng bão hoà.
IE

p

p

n

IE

IC
C

E

IC

UEE

IB

B IB
UEE

UCC

UCC

a)
IC(mA)

7
6
5
4
3

2
1

7mA

UCB=20V
UCB=10V
UCB=1V

6mA

6
5
4
3
2

0,2 0,4 0,6 0,8 1 UBE(V)
b)

Vùng bão hòa

IE(mA)

Vùng tích c c

5mA
4mA
3mA
2mA

IE= 1mA

1
0
0

5

10
c)

15

20 UCB(V)
Vùng c t

Hình 1.10. Tranzito m căbaz ăchung
a) S ăđ ; b) c tính vào; c) c tính ra
Vùng tích c că đ

că dùngă đ khu chă đ i tín hi uă (nênă cònă đ

khu chăđ i). Trong vùng tích c c ti p xúc emit đ

13

c g i là vùng

c phân c c thu n, dòng IB nh và

ti p xúc colect phân c că ng
dòng IC lƠădòngăbưoăhoƠăng

c.

ph n th p nh t c a vùng tích c că (đ

ng IE=0),

ngăđ

c ký hi u

c ICO, dòng ICO r t nh (c A)ăvƠăth

thay cho ICBO. Khi tranzito ho tăđ ng, trong vùng tích c c có quan h g năđúngăIEIC.
Vùng c t là vùng mà
đ u phân c căng

c.

Vùng bão hoà là vùng
hoà ti p xúc emit đ
ng

đóădòngăIC=0. Trong vùng c t ti p xúc emit và colect
bênătráiăđ

ng UCB =ă0ătrênăđ c tính ra. Trong vùng bão

c phân c c thu n, dòng IB l n và ti p xúc colect đ

c phân c c

c, dòng IC l n.
+H s 
Trong ch đ m t chi u,ă đ đánhă giá m c hao h t dòng khu ch tán trong mi n

baz ,ăng

iătaăđ nhăngh aăh s truy năđ tădòngăđi n dc.

 dc 

IC
IE

(1.20)

V i IC, IE lƠăcácădòngăđi n t iăđi m làm vi c.ăTheoăđ c tính ra hình 1.10b thì  =
1,ănh ngăth c t  th

ng trong kho ng 0,9  0,998.

Trong ch đ xoay chi u,ăkhiăđi m làm vi căthayă đ iătrênăđ t tuy n ra, h s 
xoay chi uăđ

căđ nhăngh a:

 ac 
H s ac cònăđ

IC
I E

(1.21)

c g i là h s baz ăchung,ăh s ng n m ch.ăThôngăth

ng giá

tr dc  ac.
Có th trình bày tóm t tăcácăđ căđi m chung c a cách m c CB trong b ng 1.1
1.3.3.2. Cách m c emit chung (CE)
S ăđ cách m căCEăđ

c cho trên hình 1.11.

Trong cách m c CE, đ c tính ra là quan h gi a dòng ra IC vƠăđi n áp ra UCE, ng
v i m t giá tr c a dòng vào IB.

c tính vào là quan h gi a dòng vào IB vƠăđi n áp

vào UBE, ng v i m t giá tr c aăđi n áp ra UCE.
Chú ý r ngătrênăhìnhă1.11c,ăđ l n c a IB c A,ăcònăđ l n c a IC c mA. Vùng
tích c c c a cách m c CE là mi n
đ

bên ph i c aă đ

ng IB = 0.

14

ngă nétă đ t UCEbh và phía trên


phíaăd

Vùng phía trái c a UCEbh là vùng bão hoà. Vùng c t là vùng

iăđ

= 0. Vùng còn l i là vùng tích c c (Vùng tích c c c a cách m c CE là mi n
c ađ

ng nét đ t UCEbh và phía trên đ

thu n, ti p xúc colect phân c căng

bên ph i

đơyă ti p xúc emit phân c c

ng IB = 0),

c,ăvùngănƠyă đ

ng IB

cădùngă đ khu chăđ iăđi n áp,

dòngăđi n ho c công su t.
IC

IC

p
IB
UBB

UCC

n

IB

p

UCC

UBB

IE

IE

a)

IC(mA)
IB=90A

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10

UCE=20V
UCE=10V
UCE=1V

Vùng bão hòa

IB(A)

0,2 0,4 0,6 0,8 1 U (V)
BE
b)

8
7
6
5

4
3
2
1
0

IB=80A
IB=70A
IB=60A
IB=50A
Vùng tích c c

UCEbh 5

10

IB=40A
IB=30A
IB=20A
IB=10A
IB=0A

15

Vùng c t ICEOICBO

Hình 1.11. Tranzito m căEăchung
a)ăS ăđ ;ăb) cătính vào; c) cătínhăra

c)

Theoăđ c tính ra hình 1.11c khi IB = 0 thì dòng IC  0.ă i uănƠyăđ
nh ăsau:

IC  .IE  ICBO hay IC  .( IC  IB )  ICBO
Khi IB = 0, ch n  = 0,996 ta có

15

UCE(V)

c gi i thích


IC 

I
.0
 CBO  IC  29,4.ICBO
1  1 0,996

IC 

.I B ICBO

1  1 

(1.22)

N u ICBO = 1 A, khi IB = 0, dòng IC = 29,4.1 A = 29,4 A.

DòngăIăăkhiăđóăchínhălƠădòngăICEO .
V y:

I CEO 

I CBO
1   IB = 0

(1.23)

+H s 
Trong ch đ m t chi u,ă đ đánhă giáă kh n ngă đi u khi n c a dòng IB đ i v i
dòng IC,ăng

iătaăđ nhăngh aăh s khu chăđ iădòngăđi n .

dc 

IC
IB

(1.24)

V i IC và IB là giá tr dòngă đi n t iă đi m làm vi c.ă Thôngă th

ng  có giá tr

trong kho ng t 50 t i trên 400.
Trong ch đ xoay chi u, h s  xoay chi uăđ
ac 

IC
I B U = const
CE

căđ nhăngh a:
(1.25)

+ Quan h gi a  và 
Ta có:
IE = I C + I B

(1.26)

M t khác:

IE 

IC
I
, IB  C



K t h păcácăđi u ki n trên ta có:




 1

(1.27)

Ho c:

16





 1

(1.28)

Có th trình bày tóm t tăcácăđ căđi m chung c a cách m c CE trong b ng 1.1
1.3.3.3. Cách m c Colect chung (CC)
S ăđ cách m căCCăđ

c cho trên hình 1.12

cătínhăvƠoăvƠăđ c tính ra c a cách m căCCăt

ngăt nh ăcáchăm c CE, b ng

cách thay IC b ng IE, UCE b ng UEC.
Có th trình bày tóm t tăcácăđ căđi m chung c a cách m c CC trong b ng 1.1
IE

n

E p

IC
p

IE

C

B IB
UEE

IC
IB

UEE

UBB

UBB
Hình 1.12. Tranzito m căCăchung

B ng 1.1. Tóm t tăcácăđ căđi m chung c a 3 cách m c BJT
CE

CB

CC

Cách m c

c tr ng
Tr kháng vào

Nh đ n trung bình
(1 … 10K)

Nh đ n trung bình
(30 … 150)

Trung bình đ n l n
(50 … 500K)

Tr kháng ra

Trung bình đ n l n
(30 … 500K)

L nđ nr tl n
(300 K … 2M)

Nh đ n trung bình

L n
(26 … 40dB)

Trung bình
(20 … 30dB)

Nh
(10 … 20dB)

R tl n
(25 … 150)

Nh h n 1

R tl n
(25 … 150)

R tl n
(300 … 1000)

R tl n
(300 … 1000)

Nh h n 1

Bé

L n

Tùy thu c ngu n

Khu ch đ i công su t
H s khu ch đ i dòng đi n
(KI = I2 / I1)
H s khu ch đ i đi n áp
(KU = U2 / U1)
T n s gi i h n
d ch pha c a tin hi u ra so

v i tín hi u vào

1.4. Tranzito tr

180

0

0

ng (FET)

1.4.1. Gi i thi u chung

17

0

(50 … 100)

0

0


Khác v i tranzito l

ng c cămƠăđ căđi m ch y uălƠădòngăđi n trong chúng do c

hai lo i h t d nă(đi n t và l tr ng) t o nên, tranzito tr

FET), ho tăđ ng d a trên nguyên lý hi u ngătr
d năđ

ng (Field Effect Transistor -

ng,ăđ d năđi n c aăđ nătinhăth bán

căđi u khi n nh tác d ng c a m tăđi nătr

ngăngoƠi.ăDòngăđi n trong FET ch

do m t lo i h t d n t o nên. Công ngh bán d n,ăviăđi n t càng ti n b , FET càng t
rõă uăđi m quan tr ng v m t gia công, x lý tín hi u v iăđ tin c y cao và m c tiêu
haoăn ngăl

ng c c bé.

Tranzito hi u ngătr

ng FET g m có hai lo i chính:

- FETăđi u khi n b ng c c c a ti p xúc p-n (vi t t t là JFET).
- FET có c c c aă cáchă ly:ă Thôngă th

ng l pă cáchă đi n là l p ôxít nên g i là

Metal oxide Semiconductor FET (MOSFET hay MOS). Trong lo i tranzito tr
c c c aăcáchăđi n l iăđ

ng có

c chia làm hai lo i là MOS có kênh liên t că(kênhăđ t s n) và

MOSăcóăkênhăgiánăđo n (kênh c m ng).
M i lo i FET l iăđ
Tranzito tr

c chia làm hai lo i: kênh N và kênh P.

ng có ba c c: C c máng (D -Drain)ălƠăn iăcácăh t d năđaăs ra kh i

kênh, c c c ng (G - Gate) là c căđi u khi nădòngăđi n ch y qua kênh và c c ngu n (S
- Source)ălƠăn iămƠăcácăh t d năđaăs điăvƠoăkênhăvƠăt oăraădòngăđi n ngu n IS.
Tranzito tr

ng có nh ngă uăđi m n i b t so v i tranzito l

ng c călƠădòngăđi n

qua FET ch do m t lo i h t d năđaăs t o nên, do v y FET là linh ki n m t lo i h t
d n. FET có tr kháng vào r t cao, ti ng nă trongă FETă ítă h nă nhi u so v i BJT. Nó
khôngăbùăđi n áp t i vùng ID =ă0ăvƠădoăđóănóălƠăph n t ng tăđi n,ăFETăcóăđ
v nhi t cao và có t n s làm vi c cao. Tuy nhiên nó có nh

năđ nh

căđi m là h s khu ch

đ i th păh nănhi u so v i BJT.
1.4.2. Tranzito tr

ng có l p chuy n ti p (JFET)

1.4.2.1. C u t o và kí hi u
JFETăđ

c g i là FET có m i n iăđ n,ăcóăhaiălo i: JFET kênh N và JFET kênh P.

JFET kênh N có c u t o g m thanh bán d n lo iăN,ăhaiăđ u n i v i hai dây ra g i
là c c máng D và c c ngu n S. Hai bên thanh bán d n lo i N là hai vùng bán d n lo i
P t o thành ti p xúc p - nănh ăđiôt.ăHaiăvùngănƠyăđ
G (hình 1.13a).

18

c n i v i nhau t o thành c c c a


JFET kênh P có c u t oăt

ngăt nh ngăch t bán d năng

c l i v i JFET kênh N.

1.4.2.2. Nguyên t c ho tăđ ng
Xét JFET kênh N có c c D n i v iăd

ngăngu n, S n i v i âm ngu nănh ăhìnhă

1.13b.

a. Khi c c G h (UGS = 0V) hình 1.13b
LúcănƠyădòngăđi n s điăquaăkênhătheoăchi u t c căd
và ra

ngăc a ngu n vào c c D

c căSăđ tr v âm ngu n c a UDS, kênh có tác d ngănh ăm tăđi n tr
Vùng
nghèo

Vùng
nghèo

D

Kênh n
G

D

D
S

G

p

G

p

n

n

Kênh p
G

p

n

D
S

S
Vùng
nghèo

G

S

a)

Vùng
nghèo

D
UDS

p

G

p
n

D
UDS
p

p
n

UGS
S

S

b)
ID

Vùng bão hoà

c)
UGS= - 0V
UGS= - 1V
UGS= - 2V
UGS= - 3V
UDS

d)
Hình 1.13. Tranzito tr ng có l p chuy n ti p
a) C u t o và kí hi u; b), c) Nguyên lý ho tăđ ng; d) c tính

19


N uăt ngăđi n áp UDS t 0V lên thì dòng ID t ngălênănhanhănh ngăsauăđóăđ n m t
đi n áp gi i h n thì dòng ID khôngăt ngăđ

c n a g iălƠădòngăđi n bão hoà IDSS.ă i n

áp UDS có IDSS g iălƠăđi n áp ng t Up (pinch - off).
b. Khi c c G có đi n áp âm (UGS< 0V) hình 1.13c
Khi c căGăcóăđi n áp âm n i vào ch t bán d n lo iăP,ătrongăkênhăNăcóădòngăđi n
ch yăquaănênăcóăđi năápăd
c că ng

ngă gi a ch t bán d n N s làm cho ti p xúc P-N b phân

c,ă đi n t trong ch t bán d n c a kênh N b đ y vào làm thu h p ti t di n

kênh,ănênăđi n tr kênh d năt ngălên,ădòngăID gi m xu ng.
Khiăt ngăđi n áp âm

c c G, m c phân c căng

c càng l n làm dòng ID càng

gi m nh vƠăđ n m t giá tr gi i h n dòng ID g nănh ăkhôngăcòn.ă i n áp này

c cG

g iălƠăđi n áp ng t Up.
Hình 1.13dălƠăđ c tính ra c a JFET kênh N; cho bi t s thayăđ i c a ID theo UDS
ng v i t ngăđi n áp UGS
1.4.3. Tranzito tr
MOSFETă đ

c c G (còn g i là h đ c tính ID/UDS).

ng MOSFET
c chia làm hai lo i là MOSFET kênh liên t c và MOSFET kênh

giánăđo n. M i lo i kênh liên t c hay giánăđo năđ u có phân lo i theo ch t bán d n là
kênh N hay P. Ta xét các lo i MOSFET kênh N và suy ra c u t oăng

c l i cho kênh P.

1.4.3.1. MOSFET kênh liên t c
C u t o và kí hi u c a MOSFET kênh liên t c
Ng

i ta ch t o s n kênh d năđi năđ n i hai vùng bán d n lo i N có n ngăđ t p

ch t cao và vùng bán d n lo i N có n ngăăđ t p ch t th păh n.ăCácăl p bán d n này
đ

c khu ch tán trên m t n n là ch t bán d n lo i P, phía trên kênh d năđi n có ph

l păôxítăcáchăđi n SiO2. Hai dây d n xuyên qua l păcáchăđi n n i vào hai vùng bán d n
N n ngăđ cao g i là c c S và D. C c G có ti p xúc kim lo i bên ngoài l păôxítănh ngă
v năcáchăđi n v i kênh d n,ăth

ng c căSăđ

c n i chung v i n n P (hình 1.14a).

Kí hi u c a MOSFET kênh liên t cănh ătrênăhìnhă1.14b,
Ho tăđ ng c a MOSFET kênh liên t c
a. Khi UGS = 0V:

20


Tr

ng h p này, kênh d nă đi n có tác d ngă nh ă m tă đi n tr ,ă khiă t ngă đi n áp

UDS thì dòng ID t ngălênăđ n m t tr s gi i h n là IDSS (dòng ID bưoăhoƠ).ă i n áp UDS
ng v i tr s IDSS c ngăg iălƠăđi n áp ng t Up gi ng JFET.
b. Khi UGS < 0V:
Trongă tr

ng h p này c că Gă cóă đi nă ápă ơmă nênă đ yă cácă đi n t

kênh N vào

vùng n n P làm thu h p ti t di n kênh d năđi năNă(nh ăhìnhă1.14c)ăvƠădòngăID b gi m

xu ngădoăđi n tr trong kênh d năđi năt ngălên.ăKhiăt ngăđi n áp âm

c c G thì dòng

ID càng nh vƠăđ n m t tr s gi i h n dòng ID g nănh ăkhôngăcòn,ăđi n áp này
g iălƠăđi n áp ng t Up.

SiO2

c c máng

kênh N

D

N

D
c c c ng

N

G

c cG

G
S

n n P

D

c c ngu n

N

S

G
a)

b)

ID(mA)

S

ID
UGS=+1V

10,9
8

UGS= 0V

IDSS

UGS= -1V

UGS

-6
UP

-3 -2
UP/2

4

IDSS/2

2

IDSS/4

0

0

0,3UP

UGS= -2V
UGS= UP/2= -3V

UDS

c)

Hình 1.14. MOSFET kênh d n liên t c.

a) C u t o; b) kí hi u;ăc)ă c tính.
c. Khi UGS> 0V:
Khi phân c c cho c căGăcóăđi năápăd

ng,ăcácăđi n t thi u s

mi n P b hút

vƠoăvùngăNănênălƠmăt ng ti t di năkênh,ăđi n tr kênh b gi m xu ng và dòng ID t ngă

21


caoăh nătr s hoà bão IDSS.ăTr
đ

ng h p này dòng ID l n d làm h ng MOSFET nên ít

c s d ng.
c tính c a MOSFET kênh liên t c
Hình1.14călƠăđ c tính ra ID/UDS vƠăđ c tính truy năđ t ID/UGS c a MOSFET liên

t c kênh N.
1.4.3.2.ăMOSFETăkênhăgiánăđo n
C u t o và kí hi u c aăMOSFETăkênhăgiánăđo n
Hình 1.15a gi i thi u c u t o c aăMOSFETăkênhăgiánăđo n, hình 1.15b là kí hi u
c a chúng.

SiO2

kênh N

D

c c máng

G

N

D

S

c c c ng

n n P

G
c c ngu n

S

D

N
G
S

b)

a)
ID

ID(mA)

UGS = 7V
UGS = 6V
UGS = 5V
UGS = 4V
UGS = 3V

0

UGS

0

UDS

c)

Hình 1.15. MOSFET kênh d năgiánăđo n.
a) C u t o; b) Ký hi u; c) c tính.
TrongăMOSFETăkênhăgiánăđo n, hai vùng bán d n lo i N pha n ngăđ cao không
dính li n nhau nên g iălƠăkênhăgiánăđo n, m t trên kênh d năđi năc ngăđ

c ph m t

l păôxítăcáchăđi n SiO2. Hai dây d n xuyên qua l păcáchăđi n n i vào vùng bán d n N

22


g i là c c S và D. C c G có ti p xúc kim lo i bên ngoài l păôxítăvƠăcáchăđi năđ i v i
c c D và S.
Ho tăđ ng c aăMOSFETăkênhăgiánăđo n
Do c u t o kênh b giánăđo nănênăbìnhăth

ngăkhôngăcóădòngăđi n qua kênh, ID =

0ăvƠăđi n tr gi a D và S r t l n.
Khi phân c c cho G có UGS>0V,ăcácăđi nătíchăd

ngă c c G s hút cácăđi n t

c a n n P v phía gi a c a hai vùng bán d n N và khi l căhútăđ l n thì s đi n t b
hút nhi uăh n,ăđ đ n i li n hai vùng bán d n N và kênh d năđ

căhìnhăthƠnh.ăKhiăđóă

cóădòngăđi n ID điăt DăsangăS,ăđi n áp phân c c cho c căGăcƠngăt ngăthì dòng ID càng
l n.ă i n áp UGS đ l năđ t o thành kênh d năđi n g iălƠăđi năápăng

ng UGS(T) hay

UT. Khi UGSd năch aăđ

c t o thành).

c tính c aăMOSFETăkênhăgiánăđo n
c tính ra và đ c tính truy năđ t c aăMOSFETăgiánăđo năkênhăNăđ

c gi i thi u

hình 1.24c. Khi UGS>UT dòng ID và UGS quan h v i nhau theo công th c.

I D  k.U GS  U T 

2

(1.37)
ngătrìnhăc aăđ c tính truy năđ t hình 1.15c.

ơyăchínhălƠăph

H s k là m t h ng s ,ănóăđ

căxácăđ nh nh các giá tr Id và UGS t

ngă ng trên

đ c tính ra ( ng v i m i m tăđi m b t k trênăđ c tính ra ta có m t c p (ID, UGS)ăt
ng g i là ID(on) và UGS(on),ăkhiăđó:

k

I D(on )

U GS(on)  U T 2

1.5. Tirixto (điôt ch nh l u có đi u khi n - SCR)
1.5.1. Nguyên t c c u t o
J1
A

p1

J2
n1

n1 T1 n2

J3
p2

n2

K

A

K
A
G

G

a)

b)

p1

p2
T2

c)

G

Hình 1.16. Tirixto. a) C u t o; b) Ký hi u; c) S ăđ thay th

23

K

ngă


Tirixto (thyristor) là m t linh ki n có 4 ch t bán d n xen k nhau p1n1p2n2 nh ă
hình 1.16a, hai dây n i t i p1 và n2 là hai c căt

ngă ng anôt (A) và catôt (K). Theo

cách b trí này Tirixto có ba ti p xúc p-n. Do có ba ti p xúc J1. J2, J3, nên khi có m t
đi năápăđ t vào A-Kăkhôngăcóădòngăđi n ch y qua.
1.5.2. Nguyên lí làm vi c
ng d ng chính c a tirixto là trong các m chăđi u khi n.

Xét m ch ch nhăl uăcóăđi u khi n pha xung trên hình 1.17a
UG0
Xung

Rt
Ut

t

Evo

Ur
R

t

b)
a)
Hình 1.17. S ăđ m ch ng d ng tirixto
N u c c G c aătirixtoăluônăđ
nh ăm tăđiôtăch nhăl uăthôngăth

c phân c căd

ngăđ tirixto thông, thì tirixto gi ng

ng.

N uăđ t vào c c G m t chu i xung kích thích làm tirixto m t i nh ng th iăđi m
nh tăđ nh

d

n aăchuăkìăd

ngăc aăđi n áp ngu năđ t vào anôt, thì trên t iăcóăđi n áp

ngă trongă kho ng th i gian cóă xungă đi nă ápă kíchă thíchă đ t vào c că G,ă nh ă hìnhă

1.17b.
1.6. Triac
1.6.1. Nguyên t c c u t o và kí hi u
Có th coiă triacă nh ă g m hai tirixto m că songă song,ă ng
đi u khi năG,ăđ

c chi u, có chung c c

c kí hi uănh ăhìnhă1.18a

1.6.2. Nguyên t c làm vi c và ng d ng
Triac có tác d ngăđi u khi năđi n áp xoay chi u. (trên t i có c m t ph năđi n áp
n a chu kì âm). C căđi u khi n G c năcóăđi năápăd
Trongătr

ngăchoăc hai chi uăđi u khi n.

ng h p triac làm vi c v i tín hi u xoay chi u, thì A1, A2 luân phiên là catôt

hayăanôtăkhiămƠănóăcóăđi năápăd

ngăsoăv i c c kia.

24