GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

CHƯƠNG 1. VẬT LIỆU BÁN DẪN
I. CHẤT BÁN DẪN.
1. Chất bán dẫn thuần.
Vật liệu được chia làm 3 loại: chất dẫn điện, chất cách điện và chất điện
môi.

a. chất cách điện
b. chất bán dẫn
c. chất dẫn điện
Hình 1.1. Cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn tinh thể
 Vùng hóa trị (vùng đầy): tất cả các mức năng lượng của vùng này
đều bị chiếm chỗ, không còn mức năng lượng tự do.
 Vùng dẫn (vùng trống): tất cả các mức năng lượng của vùng này
đều bỏ trống hay chỉ bị chiếm chỗ một phần.
 Vùng cấm: không còn mức năng lượng nào để điện tử có thể chiếm
chỗ.
Chất bán dẫn thuần là chất mà ở tại mỗi nút mạng tinh thể của nó chỉ có
nguyên tử của cùng một loại nguyên tố.
Có nhiều loại chất bán dẫn thuần như: Bo (B), Indi (In), Gali (Ga), Silic
(Si), Gemanium (Ge), Asen (As), Selen (Se)… trong đó có hai loại chất bán
dẫn điểm hình là Si và Ge.
Cấu trúc electron của hai nguyên tử Si và Ge:
4 electron
18 electron
8 electron
2 electron

4 electron
8 electron
2 electron

Si

Ge

Hình 1.2. Cấu trúc electron của Si và Ge
Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử ta chỉ xét lớp electron lớp ngoài
cùng.
Các chất bán dẫn điển hình như Gecmanium (Ge), Silicium (Si) thuộc
nhóm 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố. Chúng cấu tạo từ
những tinh thể có hình dạng xác định, trong các nguyên tử được sắp xếp theo
một trật tự chặt chẽ, tuần hoàn, tạo nên một mạng lưới, gọi là mạng tinh thể.

GV: LÊ QUANG HIỀN

1


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Cấu trúc mạng tinh thể của Si sau:

Si
Si

Si

Si
Si

Si
Si

Si

Si

Si

Si
Si

Hình 1.3. Cấu trúc mạng tinh thể của Si
Trong mạng tinh thể gồm nhiều nguyên tử, chung quanh mỗi nguyên tử
bán dẫn luôn luôn có 4 nguyên tử khác kế cận và liên kết chặt chẽ với nguyên
tử đó bằng liên kết cộng hóa trị. Do đó lớp vỏ ngoài cùng của Si như được bổ
sung thêm 4 điện tử, nghĩa là đủ số điện tử tối đa của lớp vỏ (8 điện tử) và
lớp vỏ này trở nên bền vững. Ở trạng thái này (t o thấp) chất bán dẫn không có
điện tích tự do, nó không dẫn điện.
Tuy nhiên, dưới tác dụng nhiệt (hoặc ánh sáng, điện trường…), một số
điện tử nhận được năng lượng đủ lớn hơn năng lượng liên kết cộng hoá trị
( năng lượng ion hoá 1.12 eV đối với Si và 0,6 eV đối với Ge) nên có thể
bức khỏi sự ràng buộc nói trên để trở thành điện tử tự do và dễ dàng di
chuyển trong mạng tinh thể à Si trở nên dẫn điện.
Khi có 1 điện tử rời khỏi vị trí sẽ để lại tại đó một lỗ trống mang điện tích

dươngà các lỗ trống di chuyển ngược chiều với điện tử tự do.
Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng sinh tạo nhiệt cặp điện tử tự do –
lỗ trống.
2. Chất bán dẫn tạp chất.
Nguyên tố Si và Ge nguyên chất là các nguyên tố dẫn điện kém. Điều này
phụ thuộc vào số lượng các electron của lớp hóa trị, liên kết hóa trị, và các
vùng năng lượng gián đoạn tương đối lớn. Chính vì điều đó nên các nguyên
tố Si và Ge nguyên chất ít được sử dụng .
Chất bán dẫn tạp chất là chất bán dẫn thuần có pha thêm các nguyên tố
tạp chất, các nguyên tố tạp chất này được pha vào nguyên tố Si và Ge nguyên
chất để cải thiện tính dẫn điện của chất bán dẫn.
Hai nhóm tạp chất dùng để pha trộn có hóa trị 3 và hóa trị 5:
Nguyên tố hóa trị 3
Aluminum (Al)
Gallium (Ga)
Boron (B)
Indium (In)

GV: LÊ QUANG HIỀN

Nguyên tố hóa trị 5
Phosphorus (P)
Arsenic (As)
Antimony (Sb)
Bismuth (Bi)

2


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

a. Chất bán dẫn loại N:
Khi pha nguyên tử hóa trị 5 (vd: P) vào nguyên tố Si ( hay Ge):
Si

Si
Si

Si

Si
P

Si
Si

Si

điện tử thứ 5

Si
Si

Hình 1.4. Mạng tinh thể của bán dẫn N
 Khi tham gia vào liên kết cộng hóa trị, thì 4 nguyên tử của nguyên
tử P liên kết với 4 điện tử của nguyên tử Si ( hay Ge) lân cận tạo
thành 4 liên kết cộng hóa trị, còn điện tử thứ 5 không liên kết với
bất kỳ điện tử nào của nguyên tử Si (hay Ge).

 Do điện tử này ở lớp ngoài cùng nên liên kết với hạt yếu, do đó chỉ
cần cung cấp 1 năng lượng nhỏ thì điện tử này sẽ tách ra khỏi
nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Nếu ta đặt vào một từ trường
thì các điện tử tự do chuyển động có hướng tạo ra dòng điện.
 Nếu ta pha nhiều nguyên tử P vào thì ta có nhiều điện tử tự do thì
dòng điện tạo ra sẽ mạnh.
Đó là chất bán dẫn loại N
Trong chất bán dẫn loại N có:
 Các điện tử gọi là các hạt tải đa số (nn ).
 Các lỗ trống gọi là các hạt tải tiểu số (pn ).
nn >> pn
b. Chất bán dẫn loại P:
Khi pha nguyên tử hóa trị 3 ( ví dụ Boron) vào nguyên tử Si (hay Ge):

Si

Si
Si

Si

B

Si
Si

Si

Si

lỗ trống

Si
Si

Hình 1.4. Mạng tinh thể của bán dẫn P

GV: LÊ QUANG HIỀN

3


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

 Nguyên tử B sẽ đưa ra 3 điện tử ngoài cùng để liên kết cộng hóa trị
với 3 điện tử của 3 nguyên tử Si (hay Ge) lân cận.
 Do còn thiếu 1 điện tử để liên kết nên tạo thành lỗ trống tích điện
tích dương. Các điện tử lân cận dễ liên kết với lỗ trống của B đồng
thời tạo ra lỗ trống mới, hiện tượng đó liên tục diễn ra dẫn đến tạo
ra dòng điện bằng lỗ trống.
 Nếu ta pha nhiều nguyên tử B vào nguyên tử Si (hay Ge) thì ta tạo
ra nhiều lỗ trống hơn thì tạo ra dòng điện càng mạnh.
Đó là chất bán dẫn loại P.
Trong chất bán dẫn loại P ta có:
 Các điện tử là các hạt tải tiểu số np
 Các lỗ trống là các hạt tải đa số pp
pp >> np
3. Dòng điện trong chất bán dẫn.

Trong chất bán dẫn có 2 thành phần dòng điện: dòng điện khuếch tán và
dòng điện trôi.
a. Dòng điện khuêch tán: Khi nồng độ điện tử hoặc lỗ trống phân bố
không đồng đều, chúng sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao về nơi nồng
độ thấp. Dòng điện do chuyển động có hướng này gây ra gọi là dòng điện
khuếch tán.
b. Dòng điện trôi: là dòng điện chuyển động của các hạt dẫn dưới tác
dụng của điện trường. Khi chịu tác của điện trường, các hạt dẫn trên
đường chuyển động có gia tốc sẽ va cham với các nguyên tử của mạng
tinh thể sẽ làm thay đổi trị số và chiều của vận tốc nghĩa là làm tán xạ
chúng.

GV: LÊ QUANG HIỀN

4


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

II. CHUYỂN TIẾP P-N
Chuyển tiếp P-N gồm một khối chất bán dẫn loại P và một khối chất bán dẫn
loại N được ghép lại với nhau như hình sau:

p

n

+

+

Hình 1.5. Chuyển tiếp P - N
1. Tiếp giáp pn khi chưa có điện trường ngoài đặt vào:
Trước khi tiếp xúc, mỗi khối bán dẫn nằm ở trạng thái cân bằng ( tổng
điện tích âm bằng với tổng điện tích dương trong thể tích).
n

GV: LÊ QUANG HIỀN

5


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 1.6. Chuyển tiếp P – N khi chưa có điện trường ngoài
Khi tiếp xúc với nhau, do chênh lệch nồng độ hạt dẫn giữa hai miếng bán
dẫn P và N (pp >> np, nn>>pn), nên xảy ra hiện tượng khuếch tán các hạt dẫn
đa số: lỗ trống khuếch tán từ p sang n và ngược lại điện tử khuếch tán từ n
sang p. Chúng tạo thành dòng khuếch tán Ikt có chiều từ p sang n.
Trên đường khuếch tán, các điện tích trái dấu sẽ tái hợp với nhau, hình
thành một vùng hẹp ở bên mặt ranh giới có nồng độ hạt tải giảm xuống rất
thấp. Tại vùng hẹp, bên bán dẫn p hầu như chỉ còn lại các ion âm, còn bên
bán dẫn n hầu như chỉ còn lại các ion dương. Tức là hình thành hai lớp điện
tích không gian khác dấu đối diện nhau. Giữa hai lớp điện tích này sẽ có một
sự chênh lệch điện thế ( bên n dương hơn bên p) gọi là điện thế tiếp xúc U tx.
Nói cách khác: trong vùng ranh giới đã xuất hiện một điện trường (hướng từ

n sang p) gọi là điện trường tiếp xúc Etx.
Vùng hẹp nói trên gọi là vùng nghèo hoặc vùng chuyển tiếp pn. Nồng độ
hạt dẫn vùng này rất thấp nên điện trở xuất rất lớn so với các vùng còn lại.
Do tồn tại điện trường tiếp xúc, các hạt tải tiểu số của hai miền sẽ bị cuốn
về phía đối diện: lỗ trống cúa bán dẫn loại n chạy về cực âm của điện trường,
điện tử của bán dẫn p chạy về cực dương của điện trường. Sự di chuyển đó
tạo thành dòng điện trôi Itr ngược chiều với dòng khuếch tán của hạt tải đa số.
Nồng độ hạt tải đa số trong hai khối bán dẫn càng chênh lệch thì hiện
tượng khuếch tán càng mãnh liệt và quá trình tái hợp càng nhiều, dẫn đến
điện trường tiếp xúc càng tăng và dòng điện trôi của hạt tải tiểu số cũng tăng.
Vì vậy trong thời gian ngắn, dòng trôi và dòng khuếch tán cân bằng nhau,
triệt tiêu nhau và dòng tổng hợp qua tiếp giáp bằng 0.
I = Ikt - Itr
Ta nói chuyển tiếp pn đạt tới cân bằng động. Ứng với trạng thái đó, hiệu
điện thế tiếp xúc giữa bán dẫn n và bán dẫn p có giá trị không đổi.
Thông thường, hiệu điện thế tiếp xúc vào khoảng 0,2 – 0,3V (đối với Ge)
hoặc 0,6 – 0,7V (đối với Si). Hiệu điện thế này ngăn không cho hạt tải đa số
chuyển động qua mặt ranh giới, duy trì trạng thái cân bằng, nên gọi là : hiệu
điện thế rào cản.
2. Tiếp giáp pn khi có điện trường ngoài đặt vào:
a. Phân cực nghịch (VD <0):

Khi đặt vào hai đầu tiếp giáp P-N một điện áp VD sao cho dương ở N, âm
ở P. Giả thiết điện trở của chất bán dẫn ở ngoài vùng nghèo là không đáng kể.
Lúc đó gần như toàn bộ điện áp VD sẽ đặt vào vùng nghèo, xếp chồng lên
điện thế tiếp xúc Vtx làm cho tình trạng cân bằng trước đây không còn nữa.
Số lượng ion dương trong vùng nghèo của chất bán dẫn loại n sẽ tăng lên phụ
thuộc vào số lượng rất lớn điện tích dương tự do lấy từ điện thế dương của
nguồn cung cấp. Tương tự số lượng ion âm sẽ tăng lên ở bán dẫn loại p. Kết
quả vùng nghèo càng nới rộng ra, làm cho hạt tải đa số không thể nào băng

qua khỏi vùng nghèo nên dòng điệnEkhuếch tán bằng 0.
ng

Etx

P
loã

- - + +
- - + +
- - + +

GV: LÊ QUANG HIỀN

N
e

6
-

VD

+


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 1.7. Tiếp giáp P – N khi phân cực ngược

Do vùng nghèo mở rộng, điện trở của nó tăng lên. Điện trở hàng rào trở
thành :
V = VD + Vtx
Điện thế hàng rào tăng lên thêm giá trị VD, làm cho dòng trôi của hạt tải
tiểu số tăng thêm VD. Nhưng do nồng độ hạt tải tiểu số rất ít nên trị số dòng
này rất nhỏ. Nó nhanh chóng đạt tới giá trị bảo hòa Is ngay khi điện áp VD
còn rất thấp.
b. Phân cực thuận (VD >0):

Khi đặt vào hai đầu tiếp giáp P-N một điện áp VD sao cho dương ở P, âm
ở N. Điện thế hàng rào giảm còn V tx - VD. Số lượng ion dương trong vùng
nghèo của chất bán dẫn loại n sẽ giảm xuống phụ thuộc rất lớn vào số lượng
điện tích âm tự do lấy từ điện thế âm của nguồn điện áp cung cấp. Tương tự
số lượng ion âm sẽ giảm ở bán dẫn loại p. Kết quả vùng nghèo thu hẹp lại.
Sự thu hẹp của vùng nghèo làm cho các hạt dẫn đa số của hai bán dẫn tràn
qua hàng rào sang miền đối diện. Dòng do hạt dẫn đa số tăng lên theo điện
tích VD, còn dòng trôi do hạt dẫn tiểu số giảm theo điện tích VD.

Hình

1.8.

Tiếp giáp P – N khi phân cực thuận
Khi đó có dòng điện chạy qua chuyển tiếp pn.
3. Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp pn :
Khi chuyển tiếp pn bị phân cực ngược, nếu điện áp ngược tăng lên đến
một giá trị khá lớn nào đó thì dòng điện ngược tăng vọt, nghĩa là chuyển tiếp
pn dẫn điện mạnh cả theo chiều nghịch, phá hỏng đặt tính van của nó. Hiện
tượng này gọi là hiện tượng đánh thủng.
Dựa vào nguyên nhân gây ra, ta có hai dạng đánh thủng về điện và đánh

thủng về nhiệt.
a. Đánh thủng về điện : chia làm hai loại
 Đánh thủng thác lũ :

GV: LÊ QUANG HIỀN

7


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Khi điện áp phân cực ngược của chuyển tiếp pn tăng lên, vận tốc
của các hạt tải tiều số tương ứng với dòng điện bảo hào ngược cũng
sẽ tăng. Khi đó vận tốc và động năng của nó đủ lớn để giải phóng các
hạt tải khác làm tăng thêm số lượng các hạt tải (gọi là các hạt tải mở
rộng) thông qua sự va chạm với cấu trúc ổn định của nguyên tử khác.
Đó là quá trình ion hóa sẽ daanc đến các điện tử ở trạng thái cân bằng
hấp thụ đủ năng lượng để rời khỏi nguyên tử. Sau đó các hạt tải mở
rộng trợ giúp cho quá trình ion hóa lên đên đỉnh mà dòng điện thác lũ
cao được thiết lập và vùng đánh thủng thác lũ được thiết lập.
 Đánh thủng xuyên hầm :
Xảy ra khi cấu trúc của chuyển tiếp là những bán dẫn có nồng độ
tạp chất rất lớn, khi đó điện trường trong vùng tiếp xúc rất lớn, có khả
năng gây ra hiệu ứng xuyên hầm, tức là điện tử trong vùng hóa trị của
ban dẫn loại p có khả năng cui qua hàng rào điện thế để chạy sang
vùng bán dẫn loại n, lam cho dòng điện tăng vọt.
b. Đánh thủng về nhiệt :
Xảy ra do tích lũy nhiệt trong vùng tiếp xúc. Khi có điện áp ngược

lớn, dòng điện ngược làm nóng chất bán dẫn, khiến cho nồng độ hạt dẫn
tiểu số tăng và do đó lại làm cho dòng điện ngược tăng nhanh. Quá trình
đó cứ tiếp diễn khiến cho nhiệt độ vùng tiếp xúc và dòng điện ngược liên
tục tăng rất nhanh, dẫn đến đánh thủng.

GV: LÊ QUANG HIỀN

8


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

CHƯƠNG 2
DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
I. ĐẠI CƯƠNG VỀ DIODE:
1. Cấu tạo.
Diode có cấu tạo gồm 2 miếng bán dẫn P và N ghép với nhau, có 2 điện
cực nối ra ngoài, điện cực nối với miếng bán dẫn P được gọi là Anode,
điện cực nối với miếng bán dẫn N được gọi là Kathode và có vỏ bảo vệ.

Ký hiệu:
Hình 2.1.

Cấu tạo và ký
hiệu của diode

2. Nguyên lý hoạt động.

+

Khi diode chưa phân cực không có dòng điện chạy qua.
Khi diode phân cực thuận sẽ có dòng điện I A chạy qua diode theo chiều từ A
sang K.
D

VAK
D

0.

+

Khi diode phân cực
nghịch điện qua diode IA =

VAK

3. Đặc tuyến Von – Ampe.
GV: LÊ QUANG HIỀN

9


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.2. Đăc tính Vom – Ampe của diode Ge và Si

 Phân cực thuận.
Khi điện áp thuận nhỏ, điện trường ngoài chưa đủ lớn để làm suy yếu điện
trường trong, nên điện trường trong vẫn đủ lớn để ngăn cản dòng điện khuếch
tán nên dòng điện thuận có giá trị rất nhỏ. Lúc này có thể coi điện trở của
Diode có giá trị lớn.
Khi điện áp thuận vượt quá giá trị U AK (UAK là điện áp mở của Diode) thì
điện trường ngoài đủ lớn để làm suy yếu điện trường trong nên các điện tử và
lỗ trống dễ dàng khuếch tán qua tiếp giáp pn. Điện áp thuận càng lớn thì điện
trường ngoài càng mạnh, điện trường trong càng bị suy yếu, các điện tử và lỗ
trống khuếch tán qua tiếp giáp pn càng nhiều làm cho dòng điện thuận tăng
nhanh theo điện áp thuận. Vì dòng điện thuận khá lớn cho nên có thể coi giá
trị điện trở của Diode lúc này khá nhỏ.
Điện áp mở của diode phụ thuộc vào nhiệt độ, vật liệu chế tạo Diode. Điện
áp mở của Diode sử dụng vật liệu Si thường là 0,7V, sử dụng vật liệu Ge
thường là 0,3V).

 Phân cực ngược.
Khi điện áp ngược nhỏ, dòng điện ngược rất nhỏ không đáng kể (cỡ µA
đối với diode Ge và nA đối với diode Si). Dòng điện ngược tăng nhanh khi
nhiệt độ tăng và giá trị gần như không thay đổi ở một giới hạn điện áp nhất
định.
Khi điện áp ngược tăng đến giá trị UB thì dòng điện ngược tăng rất lớn
(Điện áp UB gọi là điện áp đánh thủng). Thì xảy ra hiện tượng đánh thủng.

4. Mạch điện tương ứng của diode
Do diode chỉ dẫn khi điện áp phân cực thuận lớn hơn 0,7V đối với Si
(hay 0,3V đối với Ge), nên mạch điện tương ứng của điên là;

Hình 2.3: Mạch tương đương của diode

GV: LÊ QUANG HIỀN

10


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Trong hầu hết các ứng dụng thì điện trở trung bình rav khá nhỏ so với các
phâng tử khác trong mạch điện nên có thể bỏ qua. Đồng thời điện áp 0,7V
(hay 0,3V) có thể bỏ qua khi so sánh với tín hiệu điện áp cung cấp khá lớn.
Vì vậy mạch điện tương ứng của diode chỉ còn lại diode lý tưởng và có sơ
đồ như sau:

Hình 2.4: Diode lý tưởng
II. CÁC LOẠI DIODE
1. Diode chỉnh lưu
Cấu tạo là chuyển tiếp pn, tiếp xúc mặt. Do vậy diode chỉnh lưu có khả
năng chịu được dòng tải lớn. Nó được ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu.

Hình 2.5. Ký hiệu của diode chỉnh lưu
2. Diode cao tần
Cấu tạo của diode cao tần là một chuyển tiếp pn, tiếp xúc điểm. Do vậy
diode cao tần có điện dung tiếp xúc bé, chỉ hoạt động ở tần số cao. Được
ứng dụng trong tách sóng cao tần.

Hình 2.6. Ký hiệu của diode cao tần
3. Diode zener
Cấu tạo là một chuyển tiếp pn nhưng được chế tạo với vật liệu chịu

nhiệt và toả nhiệt tốt hơn, do đó nó chịu được dòng ngược lớn.

GV: LÊ QUANG HIỀN

11


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.7. Ký hiệu của diode zener
Hình 2.8 mô tả đặc tuyến vom-ampe của diode zener
I (mA)

Vz

A

B

IZmin

V(V)

IZmax

Hình 2.8. Đặc tuyến của diode zener

Đặc tuyến thuận của diode giống như đặc tuyến của diode chỉnh lưu

thông thường nhưng đặc tuyến ngược thì lại khác. Khi U ng tăng, lúc đầu
dòng điện ngược rất nhỏ như các diode khác nhưng khi tăng đến một trị số
nhất định Ung (A) thì xảy ra đột biến dòng ngược tăng đột ngột từ I Zmin đến
IZmax gọi là dòng Zener (IZ) nhưng điện áp hầu như không đổi. Giá trị điện
áp không đổi đó chính là giá trị ổn áp của diode.
Đoạn AB là vùng làm việc của Diode ổn áp.
Vz: giá trị điện áp ổn định (tùy thuộc vào từng loại Zener).
4. Diode biến dung (varicap)
Varicap là một linh kiện bán dẫn có điện dung thay đổi theo điện áp
ngược đặt vào mối nối p-n của nó. Varicaps được ứng dụng để thay đổi tần
số trong các bộ cộng hưởng để lựa chọ các kênh sóng, để nhân tần và chia
tần số, tự động kiển soát tần số, sử dụng trong các máy đo tần số cao và các
máy đo cường độ điện trường…
C(PF)

150
100
50
-40 -30 -20-10

V(Volt)

Hình 2.9. Đặc tuyến của Diode biến
dung

5. Diode phát quang (led – light emitting diode)
Led là một diode phát ra ánh sáng khi được kích.

Hình 2.10. Ký hiệu của led

GV: LÊ QUANG HIỀN

12


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Led có đặc tính đường cong gần giống như diode mối nối pn, tuy nhiên
điện áp phân cực thuận cao hơn và điện áp phân cực nghịch thấp hơn. Các
dãy điện áp làm việc của led như sau :
 Điện áp phân cực thuận : +1V đến +3V
 Điện áp phân cực nghịch : -3V đến -10V
Dòng điện phân cực thuận trung bình thường là 10mA. Dòng điện phân
cực thuận thấp nên phải thêm điện trở hạn dòng.
III. GIẢI THÍCH MẠCH DIODE
Xét mạch điện như hình 2.11a sử dụng một diode có đặc tính như hình
3.10b.

(a)

(b)

Hình 2.11
Áp dụng định luật Kirchhoff cho mạch điện ta có:
Hay

E − V D − VR = 0
E = VD + VR

Từ phương trình ta vẽ được đồ thị của nó trên đường đặt tính của diode:

Hình 2.12
IV. CÁC MẠCH ỨNG DỤNG CỦA DIODE
1. Diode mắc nối tiếp và song song
a. Nối tiếp
Trong phần này mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu các cấu
hình mắc nối tiếp và song song các diode với tín hiệu vào dc.
Xét mạch điện như hình 2.13

GV: LÊ QUANG HIỀN

13


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.13: Cấu hình diode mắc nối tiếp
Thay diode bằng một điện trở R như hình 3.14, do diode được phân cực
thuận nên diode đang ở trạng thái dẫn. Do đó mạch điện được vẽ lại như
sau:

Hình 2.14: Mạch điện tương đương
Điện áp đặt trên R là:
VR = E − Vγ

Và dòng qua điện trở R là:

I=

E − Vγ
R

Xét mạch điện như hình 2.15

Hình 2.15

GV: LÊ QUANG HIỀN

14


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Trong hình trên diode phân cực ngược nên không có dòng điện chạy
qua, diode đang ở trạng thái ngưng dẫn. Do hở mạch nên dòng điện qua
điện trở R bằng 0.
b. Song song
Tương tự như mắc nối tiếp.
2. Cổng or/and
Cho mạch điện như hình 2.16

Hình 2.16
Khi cho điện áp ngõ vào 1 và 2 bằng 0 thì cả 2 diode ngưng dẫn nên điện
áp trên tải R bằng 0.
Khi cho điện áp ngõ vào 1 bằng 10V, ngõ vào 2 bằng 0, thì diode 1 dẫn,

diode 2 ngưng dẫn, điện áp ra được xác định như sau:
V = E − Vγ = 10V − 0.7V = 9.3V

Khi cho điện áp 2 ngõ vào 1 và 2 bằng 10V thì cả hai con diode đều dẫn,
điện áp ra bằng 9,3V.
Đây là cổng or.
Cho mạch điện như hình 2.17

Hình 2.17
Giải thích tương tự cổng or.
3. Mạch chỉnh lưu
a. Mạch chỉnh lưu bán kỳ
GV: LÊ QUANG HIỀN

15


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.18: Mạch chỉnh lưu bán kỳ
Trong nửa chu kỳ đầu [0,T/2], tín hiều vào v dương nên diode dẫn ta
xem như nối tắt mạch. Mạch điện tương đương như hình 2.19.

Hình 2.19: Nửa chu kỳ đầu [0,T/2]
Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T], tín hiệu v âm nên diode ngưng dẫn
ta xem như hở mạch và mạch điện tương đương như hình 3.19.

Hình 2.20: Nửa chu kỳ sau [T/2,T]

Giá trị trung bình của điện áp như sau:

GV: LÊ QUANG HIỀN

16


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

  2π T 
1
2πt
1 T
2π  V
Vdc = ∫ Vm sin
dt = − . Vm cos .  − cos .0 = m = 0.318Vm
T0
T
T 2π   T 2 
T  π
T

Hình 2.21: Dạng sóng tín hiệu trong chỉnh lưu bán chu kỳ
b. Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ
 Mạch cầu
Mạch chỉnh lưu cầu sử dụng 4 con diode mắc như hình sau:

Hình 2.22: Mạch chỉnh lưu cầu

Trong nửa chu kỳ đầu [0,T/2] tín hiệu vào có giá trị dương làm cho
diode D2, D3 dẫn (phân cực thuận), còn diode D1, D4 ngưng dẫn (phân
cực nghịch).

GV: LÊ QUANG HIỀN

17


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.23: Mạch cầu và dạng sóng trên R ở nửa chu kỳ đầu [0.T/2]
Nếu xét diode lý tưởng thì điện áp ra vR = vi
Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] tín hiệu vào có giá trị âm làm cho
diode D2, D3 ngưng dẫn ( phân cực nghịch), diode D1, D4 dẫn (phân
cực thuận).

Hình 2.24: Mạch cầu và dạng sóng trên R ở nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T]
Vậy dạng sóng vào ra đối với 1 chu kỳ tín hiệu như sau:

Hình 2.25: Dạng sóng vào ra trong một chu kỳ của mạch chỉnh lưu cầu
Dạng sóng của chỉnh lưu cầu gấp đôi bán lỳ nên điện áp trung bình
được tính là:
Vdc = 2 × (0,318Vm ) = 0, 636Vm

 Dùng biến áp có điểm giữa (biến áp đôi)
Mạch chỉnh toàn kỳ này sử dụng 2 diode và biến áp có điểm giữa
như hình sau:

Hình 2.26: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp có điểm ở giữa

GV: LÊ QUANG HIỀN

18


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Trong nửa chu kỳ đầu [0.T/2] vi dương thì D1 dẫn và D2 ngưng
dẫn.

Hình 2.27: Dạng sóng vào ra và mạch tương đương ở chu kỳ đầu
Trong nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] vi âm thì D1 ngưng dẫn và D2
dẫn.

Hình 2.28: Dạng sóng vào ra và mạch tương đương ở chu kỳ tiếp theo

Vậy dạng sóng vào ra đối với 1 chu kỳ tín hiệu như sau:

Hình 2.29: Dạng sóng vào ra của mạch chỉnh lưu dùng biến áp đôi
Dạng sóng của chỉnh lưu dùng biến áp có điểm giữa gấp đôi bán kỳ
nên điện áp trung bình được tính là:
Vdc = 2 × (0,318Vm ) = 0, 636Vm

4. Mạch xén
Mạch xén là mạch cắt bỏ một phần tín hiệu ngõ vào mà không làm biến

dạng phần tín hiệu còn lại. Có 2 loại mạch xén:
a. Mạch xén nối tiếp
GV: LÊ QUANG HIỀN

19


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Mạch xén nối tiếp căn bản có dạng như hình 3.29

Hình 2.30: Mạch xén nối tiếp cơ bản

Hình 2.31: Dạng sóng vào ra trong mạch xén nối tiếp
Bây giờ nếu ta mắc thêm một nguồn điện thế một chiều V nối tiếp với
diode như hình 3.31b. Nếu tín hiệu vào v i(t) có dạng hình sin với điện thế
đỉnh là Vm như hình 3.31a thì ngõ ra sẽ có dạng như hình vẽ 3.31c với điện
thế đỉnh Vm-V (coi diode lý tưởng).

GV: LÊ QUANG HIỀN

20


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.32
b. Mạch xén song song
Mạch xén song song cơ bản có dạng như hình 3.32

Hình 2.33: Mạch xén song song cơ bản

Hình 2.34: Dạng sóng vào ra trong mạch xén song song
 Mạch xén có phân cực:
Xét mạch điện và dạng sóng như hình sau:

GV: LÊ QUANG HIỀN

21


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.35: Mạch xén song song có thêm nguồn dc
 Nửa chu kỳ đầu [0,T/2]:
• Khi diode dẫn ( vi ≤ 4V ) thì xem như ngắn mạch kết quả điện áp ra:
v0 = V = 4V

Hình 2.36
• Khi diode ngưng dẫn (vi > 4V ) thì xem như hở mạch kết quả điện
áp ra bằng với điện áp vào: v0 = vi

Hình 2.37
 Nửa chu kỳ tiếp theo [T/2,T] thì diode luôn dẫn nên xem như ngắn

mạch kết quả điện áp ra: v0 = V = 4V

Dạng sóng tín hiệu vào ra như hình sau:

GV: LÊ QUANG HIỀN

22


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.38: Dạng sóng vào ra của mạch xén có phân cực
5. Mạch ghim áp
Mạch ghim áp dùng để dời tín hiệu vào đến một mức điện áp dc khác.
Mạch gồm có một tụ điện, một diode, một điện trở và còn có thể có thêm một
nguồn dc.

Hình 2.39: mạch ghim áp
 Khi t: 0 → T/2 diode dẫn điện,tụ C nạp nhanh đến trị số V và
v0 = 0V

 Khi t: T/2 → T, diode ngưng, tụ phóng điện qua R. Áp dụng định
luật Kirchhoff ta có v0 = 2V

Hình 2.40: Dạng sóng vào ra của mạch ghim áp
6. Mạch ổn áp
Mạch căn bản dùng diode zener có dạng như hình 3.40

GV: LÊ QUANG HIỀN

23


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

Hình 2.41: Mạch dùng diode zener
Xác định trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏi
mạch và tính hiệu thế V ở hai đầu của mạch hở ta được:
Vin = VR + V = I R R + I L R L = I ( R + RL ) → I =

Vin
RL
→ V = IRL = VIn
R + RL
R + RL

 Nếu V≥Vz diode zener dẫn điện nên Vout=Vz.
Khi dẫn điện, dòng điện I Z chạy qua diode zener được xác định bởi:
IZ = IR − IL
V −V
V
Trong đó:
I R = In Z
IL = Z
R
RL

I Z < I ZM với I ZM là dòng điện tối đa qua zener mà không làm

hỏng
 Nếu VVIn
IR = IL =
R + RL

7. Mạch chỉnh lưu bội áp
Hình 3.41 mô tả một mạch chỉnh lưu tăng đôi điện thế một bán kỳ

Hình 2.42 Mạch chỉnh lưu bội áp
 Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D 1 dẫn ,D2 ngưng. Tụ C1 nạp điện
đến điện thế đỉnh Vm
 Ở bán kỳ âm D1 ngưng và D2 dẫn điện. Tụ C2 nạp điện đến điện thế
C2=Vm+VC1=2Vm
 Bán kỳ dương kế tiếp, D2 ngưng, C2 phóng điện qua tải và đến bán
kỳ âm kế tiếp C2 lại nạp điện 2Vm. Vì thế mạch này gọi là mạch
chỉnh lưu tăng đôi điện thế một bán kỳ. Ðiện thế đỉnh nghịch ở 2 đầu
diode là 2Vm.
GV: LÊ QUANG HIỀN

24


Giáo trình: Điển tử cơ bản

Đại học Nông Lâm

CHƯƠNG 3

TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT
1. Cấu tạo
Transistor là một linh kiện bán dẫn 3 lớp gồm 2 lớp n 1 lớp p – được gọi là
transistor npn hoặc 2 lớp p 1 lớp n – gọi là transistor pnp. Cả hai transistor được
trình bày ở hình 3.1. Lớp bán dẫn bên ngoài dày hơn lớp bán dẫn ở chính giữa,
đối với transistor ở hình 3.1 thì tỉ lệ về bề dày của cả transistor so với độ dày lớp
ở giữa là 0.150/0.001=150/1.
0.150 in

0.150 in
0.001 in

E

P

n

0.001 in

C

P

E

n

p

n

C

B

B

Hình 3.1: Cấu tạo của transistor pnp và npn
Các cực được ký hiệu bằng các kí tự E cho chữ Emitter (cực phát), C cho chữ
Collector (cực thu) và B cho chữ Base (cực nền).
IE

IC

E

IC

E

C

IB

IB
B

GV: LÊ QUANG HIỀN

IE
C

B

25