Giáo trình Cấu kiện điện tử (Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)

H C VI N CÔNG NGH B U CHÍNH VI N THÔNG

C U KI N

I NT

(Dùng cho sinh viên h đào t o đ i h c t xa)
L u hành n i b

HÀ N I - 2007

CuuDuongThanCong.com

/>

H C VI N CÔNG NGH B U CHÍNH VI N THÔNG

C U KI N

Biên so n :

CuuDuongThanCong.com

I NT

THS. TR N TH C M

/>

CÊu kiÖn ®iÖn tö

L I NÓI

U

T p giáo trình "C u ki n đi n t " đ c biên so n đ làm tài li u gi ng d y và h c t p cho
các sinh viên chuyên ngành k thu t i n t - Vi n thông, đ ng th i giáo trình c ng có th đ c s
d ng cho các sinh viên chuyên ngành Công ngh thông tin, và làm tài li u tham kh o cho các k s
chuyên ngành i n t - Vi n thông.
Giáo trình đ c vi t theo ch ng trình đ c ng môn h c "C u ki n đi n t và quang đi n
t " c a H c vi n Công ngh B u chính Vi n thông.
N i dung c a giáo trình đ c trình bày m t cách rõ ràng, có h th ng các ki n th c c b n
và hi n đ i v v t li u và các c u ki n đi n t - quang đi n t đang s d ng trong ngành k thu t
đi n t và k thu t vi n thông.
Giáo trình "C u ki n đi n t " g m 8 ch ng.
+ Ch ng 1 Gi i thi u chung v c u ki n đi n t và v t li u đi n t . Trong ch ng này đã
đ a rađ nh ngh a và các cách phân lo i c a c u ki n đi n t , các đ c tính và các tham s k thu t
c a các lo i v t li u s d ng trong k thu t đi n t - vi n thông nh ch t cách đi n, ch t d n đi n,
ch t bán d n và v t li u t .
+ Ch ng 2 trình bày v các c u ki n đi n t th đ ng nh đi n tr , t đi n, cu n dây và
bi n áp, cùng các đ c tính và tham s c b n c a các c u ki n này, cách nh n bi t và cách đ c các
tham s c a các linh ki n th c t .
+ Ch ng 3 trình bày v đi t bán d n. Trong ch ng này, giáo trình đã nêu lên tính ch t
v t lý đ c bi t c a l p ti p xúc P - N, đ ng th i trình bày chi ti t v c u t o và nguyên lý ho t đ ng
c ng nh các đ c tuy n, tham s k thu t c a đi t bán d n. Ngoài ra, trong ch ng 3 còn trình bày
v các ch đ làm vi c c a đi t bán d n và gi i thi u m t s lo i đi t thông d ng và đ c bi t.
+ Ch ng 4 trình bày v c u t o và nguy n lý ho t đ ng c a tranzito l ng c c (BJT).
ng th i, trong ch ng này c ng trình bày c th v ba cách m c c b n c a tranzito trong các
s đ m ch khu ch đ i, các đ c tính và đ c đi m c a t ng cách m c.
ng th i ch ng 4 c ng
trình bày v các cách phân c c và các m ch t ng đ ng c a tranzito.

+ Ch ng 5 gi i thi u chung v tranzito hi u ng tr ng (FET) và phân lo i tranzito
tr ng. Trong ch ng trình bày c th v c u t o và nguy n lý ho t đ ng c ng nh các cách phân
c c cho tranzito tr ng lo i JFET và MOSFET.
+ Ch ng 6 gi i thi u v c u ki n thu c h thyristo nh ch nh l u silic có đi u khi n, triac,
diac; n u c u t o và nguy n lý ho t đ ng c ng nh ng d ng c a chúng.
ng th i, ch ng 6
c ng trình bày v c u t o và nguyên lý ho t đ ng c a tranzito đ n n i (UJT).
+ Ch ng 7 đ c p đ n s phát tri n ti p theo c a k thu t đi n t là vi m ch tích h p.
Trong ch ng này trình bày v khái ni m, phân lo i c ng nh s l c v công ngh ch t o vi
m ch bán d n, là lo i vi m ch đ c s n xu t và s d ng r ng rãi hi n nay. Ngoài ra, trong ch ng
4 còn trình bày đ c tính và tham s c a trình bày v đ c đi m c ng nh tham s c a hai lo i vi
m ch: vi m ch tuy n tính và vi m ch s . Trong đó gi i thi u chi ti t v vi m ch khu ch đ i thu t
toán (OA), đây là lo i vi m ch v n n ng đ c s d ng r ng rãi nhi u ch c n ng khác nhau.
+ Ch ng 8 trình bày v các c u ki n quang đi n t . Ch ng này trình bày khá t m và h
th ng v các lo i c u ki n quang đi n t bán d n và không bán d n đang đ c s d ng trong k
thu t đi n t và k thu t vi n thông. đây trình bày v các c u ki n quang đi n t s d ng trong
k thu t đi n t và thông tin quang:
- Các linh ki n phát quang: LED ch th , LED h ng ngo i, LASER, và m t ch th tinh th
l ng LCD.

1
CuuDuongThanCong.com

/>

CÊu kiÖn ®iÖn tö

- Các linh ki n thu quang: đi n tr quang, điôt quang, tranzito quang, thyristo quang, t bào
quang đi n và pin m t tr i.
Trong t p giáo trình này tác gi đã s d ng nhi u tài li u tham kh o và biên so n theo m t

tr t t logic nh t đ nh. Tuy nhiên, t p giáo trình không tránh kh i nh ng thi u sót và h n ch .
Chúng tôi r t mong nh n đ c s góp ý c a các nhà chuyên môn, các b n đ ng nghi p và nh ng
ai quan tâm đ n chuyên ngành này đ b sung và hoàn ch nh t p giáo trình "C u ki n đi n t "
đ c t t h n.
Các ý ki n đóng góp xin g i đ n b môn K thu t đi n t - Khoa K thu t đi n t I, H c vi n
Công ngh B u chính Vi n thông, km 10 đ ng Nguy n Trãi Hà N i - Hà ông.
Xin chân thành c m n!

2
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

CH
NG 1
GI I THI U CHUNG V C U KI N I N T
GI I THI U CH

NG

Ch ng 1 gi i thi u khái ni m chung v c u ki n đi n t , giúp cho sinh viên chuyên
ngành i n t Vi n thông có khái ni m ban đ u bao quát v nh ng linh ki n đi n t đ c s
d ng trong các m ch đi n t .
ng th i trong ch ng 1 c ng gi i thi u v các đ c tính v t lý
đi n c a các v t li u c b n dùng trong k thu t đi n t .
H c xong ch ng 1, sinh viên ph i n m đ c khái ni m chung v c u ki n đi n t , khái ni m

s b v m ch đi n đi n t . Sinh viên c ng ph i hi u đ c các đ c tính k thu t c a các lo i
v t li u dùng trong l nh v c k thu t đi n t , m t s lo i v t li u thông d ng th ng dùng và
ng d ng chúng.
N I DUNG
1.1. GI I THI U CHUNG
C u ki n đi n t là môn h c v c u t o, nguyên lý ho t đ ng và m t s ng d ng c a các
linh ki n đ c s d ng trong các m ch đi n t đ th c hi n m t ch c n ng k thu t nào đó c a
m t b ph n trong m t thi t b đi n t chuyên d ng c ng nh thi t b đi n t dân d ng.
C u ki n đi n t có r t nhi u lo i th c hi n các ch c n ng khác nhau trong m ch đi n t .
Mu n t o ra m t thi t b đi n t chúng ta ph i s d ng r t nhi u các linh ki n đi n t , t nh ng
linh ki n đ n gi n nh đi n tr , t đi n, cu n dây...đ n các linh ki n không th thi u đ c nh
đi t, tranzito...và các linh ki n đi n t t h p ph c t p. Chúng đ c đ u n i v i nhau theo các
s đ m ch đã đ c thi t k , tính toán khoa h c đ th c hi n ch c n ng c a thi t b thông
th ng nh máy radiocassettes, tivi, máy tính, các thi t b đi n t y t ... đ n các thi t b thông
tin liên l c nh t ng đài đi n tho i, các tr m thu - phát thông tin hay các thi t b v tinh v tr
v.v...Nói chung c u ki n đi n t là lo i linh ki n t o ra các thi t b đi n t do v y chúng r t
quan tr ng trong đ i s ng khoa h c k thu t và mu n s d ng chúng m t cách hi u qu thì
chúng ta ph i hi u bi t và n m ch c các đ c đi m c a chúng.
1.2. PHÂN LO I C U KI N I N T .
Có nhi u cách phân lo i c u ki n đi n t d a theo nh ng tiêu chí khác nhau. đây chúng
ta k đ n m t s cách phân lo i thông th ng:
1.2.1. Phân lo i d a trên đ c tính v t lý:
D a vào các đ c tính v t lý c u ki n đi n t có th chia làm 2 lo i:
- Các c u ki n đi n t thông th ng: ây là các linh ki n đi n t có đ c tính v t lý đi n đi n t thông th ng. Chúng ho t đ ng d i tác d ng c a các sóng đi n t có t n s t c c
th p (f = 1Khz÷10Khz) đ n t n s siêu cao t n(f = 10Ghz ÷ 100Ghz) ho c sóng milimet.
- C u ki n quang đi n t : ây là các linh ki n đi n t có đ c tính v t lý đi n – quang
Chúng ho t đ ng d i tác d ng c a các sóng đi n t có t n s r t cao (f = 10 8 đ n 10 9 Ghz)
th ng đ c g i là ánh sáng.
1.2.2. Phân lo i d a theo l ch s phát tri n c a công ngh đi n t :
Ng i ta chia c u ki n đi n t ra làm 5 lo i:

- C u ki n đi n t chân không: là các c u ki n đi n t mà s d n đi n x y ra trong môi
tr ng chân không.
3
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

C u ki n đi n t có khí: là các c u ki n đi n t mà s d n đi n x y ra trong môi tr ng khí
tr .
- C u ki n đi n t bán d n: là các c u ki n đi n t mà s d n đi n x y ra trong môi tr ng
ch t bán d n.
- C u ki n vi m ch: là các chíp bán d n đ c tích h p t các c u ki n bán d n theo s đ
m ch đã thi t k tr c và có m t ho c m t s ch c n ng nh t đ nh.
- C u ki n nanô: đây là các c u ki n có kích th c nanomet đ c ch t o theo công ngh
nanô nên nó có các tính ch t c ng nh kh n ng ti n ích vô cùng đ c bi t, khác h n v i các
c u ki n có kích th c l n h n thông th ng (t μm tr lên).
1.2.3. Phân lo i d a trên ch c n ng x lý tín hi u:
D a theo ch c n ng x lý tín hi u ng i ta chia c u ki n đi n t thành 2 lo i là c u ki n
đi n t t ng t (đi n t analoge) và c u ki n đi n t s (đi n t digital).
- C u ki n đi n t t ng t là các linh ki n có ch c n ng x lý các tín hi u đi n x y ra liên
t c theo th i gian.
- C u ki n đi n t s là các linh ki n có ch c n ng x lý các tín hi u đi n x y ra r i r c,
không liên t c theo th i gian.
1.2.4. Phân lo i d a vào ng d ng c a c u ki n đi n t :
D a vào ng d ng c a c u ki n đi n t ng i ta chia c u ki n đi n t ra làm 2 lo i là các
c u ki n đi n t th đ ng và các c u ki n đi n t tích c c:

- C u ki n đi n t th đ ng là các linh ki n đi n t ch có kh n ng x lý và tiêu th tín hi u
đi n
- C u ki n đi n t tích c c là các linh ki n đi n t có kh n ng bi n đ i tín hi u đi n, t o ra
và khu ch đ i tín hi u đi n.
1.3. KHÁI NI M V M CH I N VÀ H TH NG I N T
1.3.1. M ch đi n:
M ch đi n là m t t p h p g m có ngu n đi n (ngu n áp ho c ngu n dòng) và các c u
ki n đi n t cùng dây d n đi n đ c đ u n i v i nhau theo m t s đ m ch đã thi t k nh m
th c hi n m t ch c n ng nào đó c a m t thi t b đi n t ho c m t h th ng đi n t . Ví d nh
m ch t o dao đ ng hình sin, m ch khu ch đ i micro, m ch gi i mã nh phân, m ch đ m xung,
ho c đ n gi n ch là m t m ch phân áp,...
1.3.2. H th ng đi n t
H th ng đi n t là m t t p h p các m ch đi n t đ n gi n có các ch c n ng k thu t
riêng thành m t thi t b đi n t có ch c n ng k thu t nh t đ nh ho c m t h th ng đi n t
ph c t p có ch c n ng k thu t riêng nh máy thu hình, máy hi n sóng, h th ng phát thanh
truy n hình, tr m truy n d n vi ba, h th ng thông tin quang...M ch đi n t hay m t h th ng
đi n t bao gi c ng có ngu n đi n cung c p m t chi u (DC) đ phân c c cho các c u ki n
đi n t ho t đ ng đúng ch đ và ngu n tín hi u c n x lý trong m ch.
-

1.4. V T LI U I N T .
Các v t li u s d ng trong k thu t đi n t r t đa d ng và r t nhi u. Chúng đ c g i
chung là v t li u đi n t đ phân bi t v i các lo i v t li u s d ng trong các l nh v c khác. Tu
theo m c đích s d ng và yêu c u k thu t mà l a ch n v t li u sao cho thích h p đ m b o v
các ch tiêu k thu t, d gia công và giá thành r
- D a vào lý thuy t vùng n ng l ng ng i ta chia v t ch t ra làm ba lo i là ch t cách
đi n, ch t bán d n và ch t d n đi n. Theo lý thuy t này thì các tr ng thái n ng l ng c a
4
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

nguyên t v t ch t đ c phân chia thành ba vùng n ng l ng khác nhau là: vùng hóa tr , vùng
d n và vùng c m. M c n ng l ng cao nh t c a vùng hóa tr ký hi u là EV; m c n ng l ng
th p nh t c a vùng d n ký hi u là EC và đ r ng vùng c m ký hi u là EG.
+ Ch t cách đi n:
C u trúc vùng n ng l ng c a ch t cách đi n đ c mô t trong hình 1-1a.
r ng vùng
c m EG có giá tr đ n vài eV (EG ≥ 2eV).
+ Ch t bán d n:
Ch t bán d n có đ r ng vùng c m r t nh (EG < 2eV), xem hình 1-1b.
D i
d n

E

i nt

EC

E

E

EC D i
d n

EG < 2 eV

EG > 2 eV

EV

EV

EC

L tr ng

EV
EG = 0

D i
hoá
tr

D i
hoá tr
a/

b/

c/

Hình 1- 1: C u trúc d i n ng l ng c a v t ch t
a- Ch t cách đi n; b- Ch t bán d n; c- Kim lo i
+ Kim lo i:

C u trúc vùng n ng l ng c a tinh th không có vùng c m, do đó vùng hóa tr hòa vào
vùng d n (hình 1-1c) nên đi n t hóa tr chính là các đi n t t do.
- D a vào ng d ng, các v t li u đi n t th ng đ c phân chia thành 4 lo i là ch t cách
đi n (hay ch t đi n môi), ch t d n đi n, ch t bán d n và v t li u t .
1.4.1. Ch t cách đi n (hay ch t đi n môi).
a. nh ngh a.
Ch t cách đi n, hay còn g i là ch t đi n môi. Ch t cách đi n có đi n tr su t cao vào
kho ng 107 ÷ 1017Ωm nhi t đ phòng.
Ch t cách đi n g m ph n l n các v t li u vô c c ng nh h u c . Chúng có th th khí,
th l ng và th r n.
b. Các tính ch t c a ch t đi n môi.
th m th u đi n t ng đ i (hay còn g i là h ng s đi n môi):
H ng s đi n môi ký hi u là ε, nó bi u th kh n ng phân c c c a ch t đi n môi và đ c
xác đ nh b ng bi u th c:
C
ε= d
(1. 1)
C0
Trong đó: Cd là đi n dung c a t đi n s d ng ch t đi n môi; C0 là đi n dung c a t đi n
s d ng ch t đi n môi là chân không ho c không khí.

5
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

t n hao đi n môi (Pa):
t n hao đi n môi là công su t đi n chi phí đ làm nóng ch t đi n môi khi đ t nó trong
đi n tr ng và đ c tính theo công th c t ng quát sau:

-

Pa = U 2ωCtgδ

(1. 2)

Trong đó:
Pa là đ t n hao đi n môi đo b ng oát (w)
U là đi n áp đ t lên t đi n đo b ng vôn (V)
C là đi n dung c a t đi n dùng ch t đi n môi đo b ng Farad (F)
ω là t n s góc đo b ng rad/s
tgδ là góc t n hao đi n môi
b n v đi n c a ch t đi n môi (Eđ.t.):
N u ta đ t m t ch t đi n môi vào trong m t đi n tr ng mà nó b m t kh n ng cách đi n
- ta g i đó là hi n t ng đánh th ng ch t đi n môi. Tr s đi n áp khi x y ra hi n t ng đánh
th ng ch t đi n môi g i là đi n áp đánh th ng Uđ.t. th ng đo b ng KV, và c ng đ đi n
tr ng t ng ng v i đi m đánh th ng g i là đ b n v đi n.
b n v đi n ký hi u là Eđ.t. và đ c tính theo công th c:
-

E ®.t =

U ®.t
d

[KV / mm;KV / cm]

(1. 3)

Trong đó: Uđ.t. - là đi n áp đánh th ng ch t đi n môi
d - là b dày c a ch t đi n môi b đánh th ng
- Nhi t đ ch u đ ng:
Là nhi t đ cao nh t mà

đó ch t đi n môi gi đ

c các tính ch t lý hóa c a nó.

- Dòng đi n trong ch t đi n môi (I):
Dòng đi n trong ch t đi n môi g m có 2 thành ph n là dòng đi n chuy n d ch và dòng
đi n rò.
• Dòng đi n chuy n d ch IC.M (hay g i là dòng đi n phân c c):
Quá trình chuy n d ch phân c c c a các đi n tích liên k t trong ch t đi n môi s t o nên
dòng đi n phân c c IC.M. Khi đi n áp xoay chi u dòng đi n chuy n d ch t n t i trong su t
th i gian ch t đi n môi n m trong đi n tr ng. Khi đi n áp m t chi u dòng đi n chuy n d ch
ch t n t i các th i đi m đóng ho c ng t đi n áp.
• Dòng đi n rò Irò:
Dòng đi n rò là dòng đi n đ c t o ra do các đi n tích t do và đi n t phát x ra chuy n
đ ng d i tác đ ng c a đi n tr ng.
Dòng đi n t ng qua ch t đi n môi s là:
I = IC.M. + Irò
- i n tr cách đi n c a ch t đi n môi:
i n tr cách đi n đ c xác đ nh theo tr s c a dòng đi n rò:

R c.® =

U

(1. 4)

I − ∑ ICM

Trong đó: I - Dòng đi n nghiên c u
6
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

ΣIC.M. - T ng các thành ph n dòng đi n phân c c
c.Phân lo i và ng d ng c a ch t đi n môi.
Ch t đi n môi đ c chia làm 2 lo i là ch t đi n môi th đ ng và ch t đi n môi tích c c.
- Ch t đi n môi th đ ng còn g i là v t li u cách đi n và v t li u t đi n. B ng 1.1 gi i
thi u m t s ch t đi n môi thông d ng và đ c tính c a chúng.
- Ch t đi n môi tích c c là các v t li u có th đi u khi n đ c nh :
+ V đi n tr ng có g m, thu tinh,..
+ V c h c có ch t áp đi n nh th ch anh áp đi n
+ V ánh sáng có ch t hu nh quang
+ Electric hay cái châm đi n là v t ch t có kh n ng gi đ c s phân c c l n và lâu dài.
B ng 1.1. Gi i thi u đ c tính c a m t s ch t đi n môi th đ ng thông d ng
V t li u

Eđ.t.

KV/mm

Mi ca

50 ÷ 200

S

15 ÷ 30

G m làm t
10 ÷ 40

tg

6÷8

0,0004

T
(Ω.m) tr ng
KG/m3
1015 2,8.103
3.1014

6,3÷7,5
12÷900
0,002÷0,025
1700÷4500 0,0006
4 ÷ 4,6

0,05 ÷ 0,12

4.103

1,6.103

1,2.103

Nh a t ng
h p
Bìa cáchđi n
Gi y

9 ÷ 12
30

3÷4
3÷4

L a
Sáp

8 ÷ 60
20 ÷ 35

3,8 ÷ 4,5
2,8 ÷ 2,9

0,04 ÷ 0,08

Paraphin

20 ÷ 30

2,2 ÷ 2,3

1016

Nh a thông

10 ÷15

3,5

0,0003÷
0,0007.
0,01

Polime

15 ÷20

2,3 ÷ 2,4

1.10-4÷5. 10-4

Cao su
D u t đi n

20÷30

20

3÷7
2,2

0,02÷0.1
0,002÷0.005

1015
÷1017
1015

0,15

1,5.103

0,9.103
1,6.103

ng d ng

T đi n,
cách đi n
Giá đ , t
đi n..
T cao t n,
t t n th p..
Cách đi n
Cách đi n
T

đi n,
cách đi n
Cách đi n
T m ch ng
m
T m ch ng
m
Làm s ch
m i hàn
Cách đi n
cao t n
V dây d n
T
đi n,
cáp đi n

1.4.2. Ch t d n đi n
a. nh ngh a.
Ch t d n đi n là v t li u có đ d n đi n cao. i n tr su t c a ch t d n đi n n m trong
kho ng 10-8 ÷ 10-5 Ωm. Trong t nhiên ch t d n đi n có th là ch t r n, ch t l ng ho c ch t
khí.
7
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

b. Các tính ch t c a ch t d n đi n.
- i n tr su t:

ρ=R

S
[Ω.m] , [Ω.mm] , [μΩ.m]
l

(1. 5)

trong đó:

S - ti t di n ngang c a dây d n [mm2; m2]
l - chi u dài dây d n [mm; m]
R - tr s đi n tr c a dây d n [Ω]
i n tr su t c a ch t d n đi n n m trong kho ng t :
ρ = 0,016 μΩ.m (c a b c Ag) đ n
ρ= 10 μΩ.m (c a h p kim s t - crôm - nhôm)
- H s nhi t c a đi n tr su t (α):
H s nhi t c a đi n tr su t bi u th s thay đ i c a đi n tr su t khi nhi t đ thay đ i
0
1 C. Khi nhi t đ t ng thì đi n tr su t c ng t ng lên theo quy lu t:
ρ t = ρ0 (1 + αt)
(1. 6)
trong đó:

ρt - đi n tr su t nhi t đ
ρ0 - đi n tr su t nhi t đ
α - h s nhi t c a đi n tr

cho kim lo i nguyên ch t thì h s
α= 1/ 273,15 K-1 = 0,004 K-1.
- H s d n nhi t : λ
L ng nhi t truy n qua di n tích b m

Q=λ

t (0C)
00C
su t [K-1]
nhi t c a chúng h u nh đ u b ng nhau và b ng:

t S trong th i gian t là:

ΔT
St
Δl

(1. 7)

Trong đó:
λ - là h s d n nhi t [w/ (m.K)].
ΔT/Δl - là gradien nhi t đ (ΔT là l ng chênh l ch nhi t đ
hai đi m cách nhau m t
kho ng là Δl)
S - là di n tích b m t
t - là th i gian
- Công thoát c a đi n t trong kim lo i:
N ng l ng c n thi t c p thêm cho đi n t đ nó thoát ra kh i b m t kim lo i đ c g i
là công thoát c a kim lo i. EW

- i n th ti p xúc:
Nghiên c u hai ch t kim lo i ti p xúc v i nhau nh ti p xúc C trong hình 1- 2.
A B

2

1

C
Hình 1- 3 : Hai kim lo i có ti p xúc C.
8
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

Hi u đi n th ti p xúc gi a hai kim lo i này đ c xác đ nh là s chênh l ch th n ng EAB
gi a đi m A và B và đ c tính theo công th c:
EAB = EW2 - EW1
(1. 8)
T ng ng v i th n ng EAB (đo b ng eV) ta có đi n th ti p xúc (đo b ng Vôn), ký hi u
là VAB và có tr s b ng EAB.
N u kim lo i 1 và 2 gi ng nhau, đi n th ti p xúc gi a chúng b ng 0. N u hai kim lo i
khác nhau thì kim lo i nào có công thoát th p h n tr thành đi n tích d ng và kim lo i có
công thoát cao h n s tr thành đi n tích âm.
b. M t s lo i v t li u d n đi n th ng dùng.
Ch t d n đi n đ c chia làm 2 lo i là ch t d n đi n có đi n tr su t th p và ch t d n đi n

có đi n tr su t cao.
- Ch t d n đi n có đi n tr su t th p:
Ch t d n đi n có đi n tr su t th p (hay đ d n đi n cao) th ng dùng làm v t li u d n
đi n. B ng 1.2 gi i thi u m t s ch t d n đi n có đi n tr su t th p và tham s c a chúng.
B ng 1.2. Ch t d n đi n có đi n tr su t th p và các tính ch t đi n.
V t li u
B c (Ag)
ng đ (Cu)

ρ(

α (K-1)

0,0165

0,0038

tn.c. (0C) T tr ng
(103Kg/ m3)
960
10,8

0,0175

0,0043

1080

.m)

8,96

H p kim đ ng

0,030÷0,06 0,002

900

Nhôm (Al)

0,0267

0,0045

660

2,7

Thi c (Sn)
Chì (Pb)

0,115
0,21

0,0042
0,004

230
330

7,3
11,4

Vonfram (W)

0,055

2500

19,31

Moliden (Mo)

0,057

1500

10.2

Niken (Ni)

0,078

1450

8,9

Vàng (Au)

0,024

B ch kim (Pt)

0,105

19,31

ng d ng
M công t c, b n c c,
ng d n sóng…
Dây d n, chân c c
linh ki n, ng d n
sóng…
lá ti p xúc,dây đi n
tho i, dây đi n tr …
Dây d n, đi n c c, v
t …
hàn
C u chì, v cáp, acqui
axit.
S i nung, công t c,
đi n c c…
S i nung, công t c,
đi n c c…
S i nung, công t c,
đi n c c…
Dây d n cao t n, chân
vi m ch, ng d n
sóng…ch ng n mòn
Ti p đi m, ch t d n

đi n, đ ng h
đo
đi n...

9
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

- Ch t d n đi n có đi n tr su t cao:
Các h p kim có đi n tr su t cao dùng đ ch t o các d ng c đo đi n, các đi n tr , bi n
tr , các dây may so, các thi t b nung nóng b ng đi n.
B ng 1.3. M t s h p kim thông th
V t li u

ρ(

Manganhin

ng và tính ch t đi n c a chúng.

α (K-1)

tnc ( 0C)

0,42 ÷ 0,48

0,00005

1200

t
tr ng
3
(10 Kg/ m3)
8,4

Constantan
Nicrôm

0,48 ÷ 0,52
1 ÷ 1,2

0,00005
0,00015

1270
1400

8,9
8,2

Cacbon (C)

0,28 ÷ 3,5

0,00004

1400

.m)

ng d ng
i n tr m u, d ng
c đo đi n
Bi n tr , s i đ t
S i nung, m hàn,
b p đi n, bàn là…
i n tr , ch t bôi
tr n, micrôphôn…

1.4.3. Ch t bán d n
nh ngh a và đ c đi m c a ch t bán d n.
Ch t bán d n là v t ch t có đi n tr su t n m gi a tr s đi n tr su t c a ch t d n đi n
và ch t đi n môi khi nhi t đ phòng: ρ = 10-4 ÷ 107 Ω.m
Trong k thu t đi n t ch s d ng m t s ch t bán d n có c u trúc đ n tinh th , quan
tr ng nh t là hai nguyên t Gecmani và Silic. Thông th ng Gecmani và Silic đ c dùng làm
ch t chính, còn các ch t nh Bo, Indi (nhóm 3), phôtpho, Asen (nhóm 5) làm t p ch t cho các
v t li u bán d n chính. c đi m c a c u trúc m ng tinh th này là đ d n đi n c a nó r t nh
khi nhi t đ th p và nó s t ng theo l y th a v i s t ng c a nhi t đ và t ng g p b i khi có
tr n thêm t p ch t.
b. Ch t bán d n nguyên tính.
Ch t bán d n mà m i nút c a m ng tinh th c a nó ch có nguyên t c a m t lo i
nguyên t thì ch t đó g i là ch t bán d n nguyên tính (hay ch t bán d n thu n) và đ c ký hi u
b ng ch s i (Intrinsic).
- H t t i đi n trong ch t bán d n thu n:

H t t i đi n trong ch t bán d n là các đi n t t do trong vùng d n và các l tr ng trong
vùng hóa tr
Xét c u trúc c a tinh th Gecmani ho c Silic bi u di n trong không gian hai chi u nh
trong hình (1- 3): Gecmani (Ge) và Silic (Si) đ u có 4 đi n t hóa tr l p ngoài cùng. Trong
m ng tinh th m i nguyên t Ge (ho c Si) s góp 4 đi n t hóa tr c a mình vào liên k t c ng
hóa tr v i 4 đi n t hóa tr c a 4 nguyên t k c n đ sao cho m i nguyên t đ u có hóa tr 4.
H t nhân bên trong c a nguyên t Ge (ho c Si) mang đi n tích +4. Nh v y các đi n t hóa tr
trong liên k t c ng hóa tr s có liên k t r t ch t ch v i h t nhân. Do v y, m c dù có s n 4
đi n t hóa tr nh ng tinh th bán d n có đ d n đi n th p. nhi t đ 00K, c u trúc lý t ng
nh
hình (1- 3) là g n đúng và tinh th bán d n nh là m t ch t cách đi n.
a.

10
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

Ge

Ge
+4

+4

Ge

Ge

+4

Ge
+4

+4

Ge

Ge

Ge
+4

+4

+4

Ge

+4

Hình 1- 3 : C u trúc tinh th Ge bi u di n trong không gian hai chi u
Ge

Ge
+4

+4

L
tr ng

Ge
+4
i nt
t do

Ge

Ge

Ge

Ge
+4

+4

Ge
+4

+4

+4

Ge

+4

Hình 1- 4 : Tinh th Gecmani v i liên k t c ng hóa tr b phá v
Tuy nhiên, nhi t đ trong phòng m t s liên k t c ng hóa tr b phá v do nhi t làm cho
ch t bán d n có th d n đi n. Hi n t ng này mô t trong hình 1- 4. đây, m t s đi n t b t
ra kh i liên k t c ng hóa tr c a mình và tr thành đi n t t do. N ng l ng EG c n thi t đ
phá v liên k t c ng hóa tr kho ng 0,72eV cho Ge và 1,1eV cho Si nhi t đ trong phòng.
Ch thi u 1 đi n t trong liên k t c ng hóa tr đ c g i là l tr ng. L tr ng mang đi n tích
d ng và có cùng đ l n v i đi n tích c a đi n t . i u quan tr ng là l tr ng có th d n đi n
nh đi n t t do.
Trong ch t bán d n nguyên tính, s l ng các l tr ng đúng b ng s l ng các đi n t t
do.
pi = ni
pi - n ng đ h t d n l tr ng trong bán d n nguyên tính
ni - n ng đ h t d n đi n t trong bán d n nguyên tính
Ti p t c t ng nhi t đ thì t ng đôi đi n t - l tr ng m i s xu t hi n, ng c l i khi có
hi n t ng tái h p s m t đi t ng đôi đi n t - l tr ng.
d n đi n c a ch t bán d n:
M t đ dòng đi n qua ch t bán d n J s là:
11
CuuDuongThanCong.com

/>

CÊu kiÖn ®iÖn

J = (n.μ n + p.μ p )qE = σE
n- là n ng đ đi n t t do (đi n tích âm)
p- là n ng đ l tr ng (đi n tích d ng)

σ- là đ d n đi n
μn - đ linh đ ng c a đi n t
μp.- đ linh đ ng c a l tr ng
Do đó đ d n đi n:
σ = (nμ n + pμ p )q

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

(1. 9)

Trong đó:

(1. 10)

B ng 1. 4 : Các đ c tính c a Ge và Si
Các đ c tính
Ge
Si
S nguyên t ------------------------------------------32
14
Nguyên t l ng--------------------------------------72,6
28,1
3
T tr ng (g/cm )--------------------------------------5,32
2,33
H ng s đi n môi-------------------------------------16
12
22
3
S nguyên t /cm ------------------------------------4,4.10

5,0.1022
1,21
0,785
EG0,eV, 00K (n ng l ng vùng c m)-------------0
EG, eV, 300 K -------------------------------------1,1
0,72
13
0
-3
ni 300 K , cm (n ng đ h t d n đi n t ) ------1,5.1010
2,5.10
230
45
i n tr su t nguyên tính 3000K [Ω.cm] ------1300
3800
μn , cm2/ V-sec --------------------------------------500
1800
μp ,cm2/ V-sec --------------------------------------34
99
Dn , cm2/ sec = μn.VT -------------------------------13
47
Dp , cm2/ sec = μp.VT ------------------------------Khi t ng nhi t đ , m t đ các đôi đi n t - l tr ng t ng và do đó đ d n đi n t ng. Cho
nên, n ng đ đi n t ni c a bán d n nguyên tính s thay đ i theo nhi t đ trong quan h :

n i2 = A 0T3e − EG 0 / KT
Trong đó:

(1. 11)

A0 - là h ng s đo b ng A/(m . K )

EG0 - là đ r ng vùng c m 00K
μn, μp và nhi u đ i l ng v t lý quan tr ng c a Gecmani và Silic cho b ng
(1.4).
d n đi n c a Gecmani ho c Silic đ c tính theo công th c (1-11) s t ng x p x 6%
ho c 8% khi nhi t đ t ng 10C (t ng ng).
20

2

b. Ch t bán d n t p lo i N (ch t bán d n t p lo i cho).
Ta thêm m t ít t p ch t là nguyên t thu c nhóm 5 c a b ng tu n hoàn Menđêlêép (thí d
Antimon - Sb) vào ch t bán d n Gecmani (Ge) ho c Silic (Si) nguyên ch t. Các nguyên t t p
ch t (Sb) s thay th m t s các nguyên t c a Ge (ho c Si) trong m ng tinh th và nó s đ a 4
đi n t trong 5 đi n t hóa tr c a mình tham gia vào liên k t c ng hóa tr v i 4 nguyên t Ge
(ho c Si) bên c nh, còn đi n t th 5 s th a ra nên liên k t c a nó trong m ng tinh th là r t
y u, xem hình (1-5) . Mu n gi i phóng đi n t th 5 này thành đi n t t do ta ch c n c p m t
n ng l ng r t nh kho ng 0,01eV cho gecmani ho c 0,05eV cho silic. Các t p ch t hóa tr 5
đ c g i là t p ch t cho đi n t (Donor) hay t p ch t N.

12
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

Ge

Ge

Ge

+4

+4

+4

E
Vùng d n

e5

Ge

Sb

Ge

Ge
+5

+4

Ge
+4

+4

EC
ED

+4

Ge

EV
+4

0,01
eV
M c cho
EG
Vùng hoá tr

Hình 1- 5 : M ng tinh th Ge có thêm t p ch t
Sb hóa tr 5 (m ng tinh th c a gecmani lo i N)

Hình 1- 6 :
th vùng n ng
l ng c a bán d n Ge lo i N

M c n ng l ng mà đi n t th 5 chi m đóng là m c n ng l ng cho phép đ c hình
thành kho ng cách r t nh d i d i d n và g i là m c cho, xem hình (1-6). Và do đó, nhi t
đ trong phòng, h u h t các đi n t th 5 c a t p ch t cho s nh y lên d i d n, nh ng trong d i
hóa tr không xu t hi n thêm l tr ng. Các nguyên t t p ch t cho đi n t tr thành các ion
d ng c đ nh.
ch t bán d n t p lo i N: n ng đ h t d n đi n t (nn) nhi u h n nhi u n ng đ l tr ng

pn và đi n t đ c g i là h t d n đa s , l tr ng đ c g i là h t d n thi u s .
nn >> pn
trong đó: nn - là n ng đ h t d n đi n t trong bán d n t p lo i N
pn - là n ng đ h t d n l tr ng trong bán d n t p lo i N
c. Ch t bán d n t p lo i P (ch t bán d n t p lo i nh n).
Khi ta đ a m t ít t p ch t là nguyên t thu c nhóm 3 c a b ng tu n hoàn Menđêlêép (thí
d Indi - In) vào ch t bán d n nguyên tính Gecmani (ho c Silic). Nguyên t t p ch t s đ a 3
đi n t hóa tr c a mình t o liên k t c ng hóa tr v i 3 nguyên t Gecmani (ho c Silic) bên
c nh còn m i liên k t th 4 đ tr ng. Tr ng thái này đ c mô t
hình (1- 7). i n t c a m i
liên k t g n đó có th nh y sang đ hoàn ch nh m i liên k t th 4 còn đ d . Nguyên t t p
ch t v a nh n thêm đi n t s tr thành ion âm và ng c l i nguyên t ch t chính v a có 1
đi n t chuy n đi s t o ra m t l tr ng trong d i hóa tr c a nó.
Các t p ch t có hóa tr 3 đ c g i là t p ch t nh n đi n t (Acceptor) hay t p ch t lo i P.
M c n ng l ng đ tr ng c a t p ch t trong ch t bán d n chính s t o ra m t m c n ng
l ng cho phép riêng n m bên trên d i hóa tr g i là m c nh n, (xem hình 1- 8)

13
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

Ge

Ge
+4

+4

Ge
+4

E
Vùng d n

Ge

In

Ge

Ge
+3

+4

Ge
+4

+4

EC

+4

Ge

ED
EV

+4

Hình 1- 7 : M ng tinh th gecmani v i m t
nguyên t In hóa tr 3

EG
M c nh n
Vùng hoá tr

0,01
eV

Hình 1- 8 : Bi u đ vùng n ng
l ng c a bán d n lo i P

N u t ng n ng đ t p ch t nh n thì n ng đ c a các l tr ng t ng lên trong d i hóa tr ,
nh ng n ng đ đi n t t do trong d i d n không t ng. V y ch t bán d n lo i này có l tr ng là
h t d n đa s và đi n t là h t d n thi u s và nó đ c g i là ch t bán d n t p lo i P.
PP >> NP
trong đó: PP - n ng đ h t d n l tr ng trong bán d n P
NP - n ng đ h t d n đi n t trong bán d n P
K t lu n: Qua đây ta th y, s pha thêm t p ch t vào bán d n nguyên tính không nh ng
ch t ng đ d n đi n, mà còn t o ra m t ch t d n đi n có b n ch t d n đi n khác h n nhau:
trong bán d n t p lo i N đi n t là h t d n đi n chính, còn trong bán d n t p lo i P, l tr ng l i
là h t d n đi n chính.
d. M t đ đi n tích trong ch t bán d n.

Quan h gi a n ng đ h t d n đi n t n và n ng đ h t d n l tr ng p trong ch t bán d n
theo công th c g i là lu t kh i l ng tích c c nh sau:
(1. 12)
n.p = ni2
G i ND là n ng đ các nguyên t ch t cho và chúng đ u b ion hóa. Do đó m t đ t ng
các đi n tích d ng s là ND + p.
T ng t , NA là n ng đ các ion nh n và t ng m t đ đi n tích âm s là NA + n.
Do tính trung hòa v đi n trong ch t bán d n thì m t đ các đi n tích d ng b ng m t đ
các đi n tích âm, nên ta có:
ND + p = NA + n
(1. 13)

Xét m t v t li u bán d n lo i N thì s có NA = 0. S l ng đi n t trong bán d n N l n
h n nhi u so v i s l tr ng, khi đó công th c (1.13) đ n gi n còn:
n ≈ ND
(1. 14)
Nh v y, trong bán d n N n ng đ đi n t t do x p x b ng m t đ các nguyên t t p
ch t cho. Do đó công th c (1.14) đ c vi t:
n n = ND
(1. 15)
N ng đ l tr ng trong bán d n N đ

c vi t theo công th c (1.12) ta có:

14
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

n i2 n i2
pn =
=
n n ND

(1. 16)

và nn >> pn
T ng t , đ i v i bán d n t p lo i P ta có:

p p = N A vµ

np =

n i2
NA

(1. 17)

pp >> np

và

e. Dòng đi n trong ch t bán d n.
Trong ch t bán d n có 2 thành ph n dòng đi n là dòng đi n khu ch tán và dòng đi n trôi.
- Dòng đi n khu ch tán:
S t n t i gradient n ng đ h t d n (dP/dx, dn/dx) s d n đ n hi n t ng khu ch tán c a

các h t d n t n i có n ng đ cao v n i có n ng đ th p và t o ra dòng đi n khu ch tán trong
ch t bán d n.
Hi n t ng khu ch tán các l tr ng t o nên m t đ dòng đi n l tr ng JP [ampe/m2] đ c
tính theo công th c sau:

J P = −q.DP

dP
dx

(1. 18)

trong đó: DP [m2/sec] - là h s khu ch tán c a l tr ng.
T ng t , công th c tính m t đ dòng đi n đi n t khu ch tán là:

J n = q.D n

dn
dx

(1. 19)

trong đó: Dn - là h s khu ch tán c a đi n t .
C hai hi n t ng khu ch tán và d ch chuy n (hi n t ng trôi) đ u là các hi n t
nhi t đ ng h c th ng kê, D và μ không đ c l p, chúng quan h v i nhau theo công th c:

DP Dn
=
= VT
μP μn

ng

(1. 20)

Trong đó

VT =

KT
T
=
g i là đi n th nhi t.
q
11600

T i nhi t đ phòng (3000K) thì μ = 39D. Trong đó, giá tr D cho silic và gecmani cho
b ng 1-4.
M t đ dòng đi n khu ch tán là:
Jk.t. = Jp + Jn
- Dòng đi n trôi:
Dòng đi n trôi là dòng chuy n đ ng c a các h t d n d i tác d ng c a đi n tr ng :
(1. 21)
J = σ.E = q(nμn + pμp).E
c đi m c a v t li u bán d n quang.
Ch t bán d n đ c dùng đ t o ngu n ánh sáng h u h t đ u có vùng c m tái h p tr c
ti p. Trong ch t bán d n các đi n t và l tr ng có th tái h p tr c ti p v i nhau qua vùng c m
mà không c n m t h t th 3 nào đ b o toàn xung l ng. Ch trong các v t li u có vùng c m
tr c ti p hi n t ng tái h p b c x m i có hi u su t cao đ t o ra m t m c đ phát x quang
thích h p. M c dù không có m t đ n tinh th bán d n nào có vùng c m tái h p tr c ti p, nh ng

f.

15
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

các h p ch t c a các ch t thu c nhóm III và nhóm V có th cho ta v t li u có vùng c m tái h p
tr c ti p. ây là các v t li u đ c t o nên t s liên k t c a các nguyên t nhóm III (nh Al,
Ga, ho c In) và các nguyên t nhóm V (nh P, As, ho c Sb). S liên k t ba và b n thành ph n
khác nhau c a các h p ch t đôi c a các nguyên t này c ng là các v t li u r t thích h p cho các
ngu n ánh sáng.
làm vi c ph t 800 ÷ 900nm, v t li u đ c s d ng th ng là h p kim 3 thành
ph n AlXGaAs. T l x c a nhôm (Al) và galium asenic (GaAs) xác đ nh đ r ng vùng c m c a
ch t bán d n và, t ng ng, xác đ nh b c sóng đ nh c a phát x b c x đ nh. i u này mô t
trong hình (1- 9).
Giá tr x đ cho vùng ho t đ ng c a v t li u đ c l a ch n th ng xuyên đ t đ c b c
sóng là 800nm đ n 850nm. các b c sóng dài h n thì ch t 4 thành ph n In1-XGaXAsYP1-Y là
m t trong các v t li u c b n đ c s d ng. B ng s thay đ i t l ng phân t gam x và y
trong vùng ho t đ ng, các đi t phát quang (LED) có th t o ra công su t đ nh b c sóng b t
k gi a 1,0 và 1,7μm.
đ n gi n ký hi u GaAlAs và InGaAsP m t cách t ng quát khi không
c n nói rõ giá tr x và y c ng nh các ký hi u khác nh AlGaAs; (AlGa)As; (GaAl)As;
GaInPAs; và InXGa1-XAsYP1-Y.
EG(eV
2,2

λ (μm)

2,0

0,6
“Tr c ti p”

1,8

0,7
“Gián ti p”
0,8

1,6
AlXGa1-XAs

1,4
0

0,1

0,2
T l

0,9

0,3 0,4

0,5

ng Al : x

Hình 1- 9 : B r ng vùng c m và b c sóng b c x ra là hàm c a t l
phân t gam c a Al cho ch t AlXGa1-XAs nhi t đ phòng.

ng

Các ch t GaAlAs và InGaAsP th ng đ c ch n đ t o ch t bán d n s d ng trong các
linh ki n ngu n sáng vì nó có th phù h p v i các tham s m ng tinh th c a giao di n c u trúc
d th b ng vi c s d ng m t liên k t chính xác các v t li u 2, 3, và 4 thành ph n. Các y u t
này nh h ng tr c ti p đ n hi u su t b c x và tu i th c a ngu n sáng. Quan h c h c
l ng t gi a n ng l ng E và t n s ν(f):

E = hν =

hc
λ

B c sóng phát x đ nh λ đo b ng μm có th bi u di n nh m t hàm c a n ng l
vùng c m EG đo b ng eV theo công th c:
16
CuuDuongThanCong.com

/>
ng


Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

λ(μm) =

1.5

1, 24
EG

(1.22)

V T LI U T

1.5.1

nh ngh a.
V t li u t là v t li u khi đ t vào trong m t t tr ng thì nó b nhi m t .
Quá trình nhi m t c a các v t li u s t t d i tác d ng c a t tr ng ngoài d n đ n s
t ng ngu n nhi m t và quay các vect mômen t theo h ng c a t tr ng ngoài
1.5.2 Các tính ch t đ c tr ng cho v t li u t .
a. T tr và t th m:
Gi ng nh đi n tr c a m t dây d n, m ch t c ng có t tr Rm. T tr là m t đ i l ng
đánh giá s ng n c n vi c l p nên t thông c a m t m ch t . T tr đ c tính theo công th c
sau:

Rm =

1 l
.
μ S

(1. 23)

trong đó:

l - là đ dài c a m ch t
S - là ti t di n c a m ch t
μ - là đ t th m c a v t li u trong m ch t
S ngh ch đ o c a μ t ng ng v i đi n tr su t ρ trong m ch đi n. V y 1/μ là t tr
su t c a 1m3 v t li u t .
t th m là s ngh ch đ o c a t tr

μ=

1 l Φ
=
R m S Fm

(1. 24)

trong đó :

μ là đ t th m c a v t li u t
Fm là l c t đ ng và Φ là t thông.
Thay các giá tr c a Rm và Fm và thay công th c tính m t đ t thông (đ c m ng t )
B = Φ/S
(1. 25)
ta có công th c tính đ t th m:

μ=

B
H

[H / m]

(1. 26)

V y đ t th m là t s gi a c m ng t B và c
Henry/met [H/m], trong đó H đo b ng Ampe/met.
t th m c a không gian t do μ0:

μ0 = 4π.10−7

ng đ t tr

ng H và có đ n v đo b ng

[H / m]

t th m t ng đ i (μr):
S gia t ng t thông t ng h p là đ c m ng t B khi cho s t ho c thép vào m t m ch
đi n đ c tính là đ t th m t ng đ i μr và công th c (1-61) đ c vi t l i thành:
b.

μ r .μ0 =
Trong tr

B
H

(1. 27)

ng h p c a không khí và các v t li u không t tính khác thì μr = 1.
17

CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

Tu theo t ng lo i s t ho c thép mà μr = 400 ÷ 2500
Thép lá

B (T)
1,8
μr

1,6

2500

1,4

2000

1,2

1500
1000

Thép t m
Gang

1,0
0,8
0,6
μr (Thép lá)

0,4
500

0,2
0 1

2

Hình 1- 10 :
đúc t m và đ

3

4

5

6

7

8

9

(103 H/A/m)

ng cong t hóa c a gang, thép lá, thép
ng cong t th m c a thép lá.

Hình (1- 10) mô t s thay đ i c a đ c m ng t B khi c ng đ t tr ng H thay đ i
trên các m u là m ch s t t khép kín và đ ng cong t th m c a thép lá.
ng t hóa có th
đ c dùng đ xác đ nh đ c m ng t B đ i v i m t giá tr c ng đ t tr ng đã cho. T đó,
đ t th m t ng đ i c a m i m u có th đ c tính và v trên đ th đ ng t hóa này.
t th m
ng đ t nét trong hình (1-10) mô t đ t th m t ng đ i μr c a thép lá.
t ng đ i không ph i là đ i l ng không đ i, nó ph thu c vào c ng đ t tr ng H. i v i
thép lá đ t th m c c đ i đ t đ c c ng đ t tr ng x p x 250A/m.
c.

ng cong t hóa:
c tr ng cho tính ch t c a v t li u
quan h gi a đ c m ng t B và c ng đ
Khi đ c m ng t B và c ng đ t
và ΔH thì s gia c a đ t th m ΔB / ΔH s

t ta có đ ng cong t hóa B = f (H) bi u th m i

t tr ng H (xem hình 1- 11).
tr ng H trong cu n dây thay đ i v i s gia là ΔB
tr nên quan tr ng.

18
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

ΔH

B

ΔB

c

b
ΔH
ΔB

a
0

c
•

H

ΔH

Hình 1- 11 :

t
tr
k

ΔB

t th m là t s c a B/H.

i u c n bi t đây là ta mu n đ t đ c m t giá tr đ t th m l n nh t khi đ c m ng
B c c đ i v i c ng đ t tr ng H có th nh nh t. M t quan h quan tr ng khác là các giá
thay đ i c a B và H trong hình (1- 11).
nghiêng c a đ ng cong t hóa t i m t đi m b t
đ c g i là gia l ng t th m Δμ.
Δμ =ΔB/ΔH
gia t th m quan tr ng trong ng d ng mà đó yêu c u s thay đ i r t nh c a
ng đ t tr ng H và s thay đ i l n c a c m ng t B.
Hi n t

ng tr : Hình (1- 12)
ng cong t hóa bi u th quan h gi a đ c m ng t B và c ng đ t tr ng H c a
v t li u t khi ta đ t nó trong t tr ng.
Nh bi u th trong hình ta có:
Bs - c m ng t bão hòa

Bd - c m ng t d
Hc - l c kháng t
ng cong 0-a-b-c x y ra khi v t li u t ban đ u là không b nhi m t và c ng đ t
tr ng t ng t 0 lên. Khi ta gi m c ng đ t tr ng t Hmax xu ng đ n 0 thì v t li u t v n
còn gi l i m t s t thông.
c m ng t còn l i trong v t li u t đã nhi m t khi c ng đ
t tr ng gi m xu ng đ n 0 g i là đ c m ng t d (đo n o-d): (Bd).
gi m đ c m ng t d đ n 0, ta c n cung c p m t c ng đ t tr ng âm. C ng đ
t tr ng c n thi t (o-e) đ gi m đ c m ng t d đ n 0 đ c g i là l c kháng t (HC). Khi
ti p t c t ng giá tr ng c c a c ng đ t tr ng H, thì đ c m ng t B c ng t ng theo chi u
âm đ n giá tr bão hòa, ta có đ ng cong t hóa m i (đo n e-f). M t l n n a, c ng đ t
tr ng ng c l i gi m đ n 0 thì đ c m ng t c ng gi m đ n giá tr c m ng t d (đo n o-g).
Và đ gi m đ c m ng t đ n 0, ta l i ph i t ng c ng đ t tr ng theo chi u d ng đ n tr
s HC (đo n o-h) và đây c ng chính là l c kháng t . Ti p t c t ng c ng đ t tr ng theo
chi u d ng ta đ c đo n "h-c" c a đ th . Nh v y, đ th B/H có d ng m t vòng khép kín.
Vòng này đ i x ng v i đ l n +Bmax = -Bmax, và +Hmax = -Hmax.
Vòng t tr ch ng minh r ng, m t ít n ng l ng đ c h p th vào trong v t li u t đ
19
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

th ng l c ma sát và làm thay đ i s s p x p th ng hàng c a các đomen t . N ng l ng này là
nguyên nhân làm nóng lõi cu n dây, và nó chính là n ng l ng lãng phí. Di n tích ph kín
vòng t tr t l thu n v i n ng l ng hao phí này. Hình (1- 13) bi u di n 3 vòng t tr tiêu
bi u cho 3 lo i v t li u s t t .

+B
+Bb.
Bd

-Hmax

HC
e

c
b

a

h

0

+Hmax

H (A/m)

g
f
Hình 1- 12 : Vòng t tr (Khi c ng đ t tr ng gi m t Hmax đ n 0, đ c m ng
t còn d l i. N u H đ i h ng thì c m ng t d c ng đ i h ng).

Vòng t tr hình (1- 13a) là c a s t m m. Vòng t tr hình (1- 13b) mô t vòng t tr tiêu
bi u c a ch t thép c ng, và di n tích c a nó l n là nguyên nhân d n đ n t n th t c a lõi l n.
Tuy nhiên, vì đ c m ng t d c a ch t thép c ng l n nên nó r t thu n l i cho nam châm v nh

c u.
Vòng t tr hình (1- 13c) là c a Ferit. ây là m t lõi ceramic đ c làm t oxit s t. Vòng
t tr có hình d ng nh v y s có t n th t tr l n. c tính đ c m ng B đ t t i tr s c m ng
t d không đ i trong m t h ng này cho phép s d ng Ferit làm các b nh t .
• Dòng đi n xoáy trong lõi s t t :
Nh ta đã bi t, m t t tr ng thay đ i s c m ng m t s c đi n đ ng trong m t dây d n
đ t trong t tr ng đó. Do v y, m t lõi s t t đ t trong m t cu n dây s c m ng m t s c đi n
đ ng và t o ra m t dòng đi n l u thông trong lõi s t t đ c g i là dòng đi n xoáy. Dòng đi n
xoáy làm nóng lõi s t t và nó gi vai trò quan tr ng trong t ng t n th t c a cu n dây.
h n
ch dòng đi n xoáy, lõi s t t làm vi c v i dòng đi n xoay chi u luôn đ c ch t o t các lá
m ng. B m t c a các lá m ng này đ c quét vecni ho c m t l p s n cách đi n m ng lên c
hai m t đ t ng đi n tr c a chúng đ i v i dòng đi n xoáy. B ng cách này các t n th t do dòng
đi n xoáy không còn đáng k .

20
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

+B

Bd

HC

+B

+B

Bd

0

a/

Hmax

HC

0

+H

0

+H

c/

b/

Hình 1- 13: Hình d ng c a m t s vòng t tr c a các v t li u

1.5.3 Phân lo i và ng d ng c a v t li u t .
D a vào vòng t tr ng i ta chia v t li u t làm 2 lo i:

- V t li u t m m có đ t th m cao và l c kháng t nh (Hc nh và μ l n).
- V t li u t c ng có đ t th m nh và l c kháng t cao (Hc l n và μ nh ).
a. V t li u t m m:
• V t li u t m m dùng t n s th p:
V t li u t m m làm vi c t n s th p th ng đ c dùng r ng rãi là s t, h p kim s t silic, s t - niken, lá thép k thu t đi n... đ làm lõi bi n áp, nam châm đi n.
Hi n nay h p kim s t t dùng r ng rãi nh t là s t- silic. S t- niken có đ t th m cao h n.
V t li u s t dùng trong các cu n dây và bi n áp th ng d ng t m m ng.
M t cách khác, h p kim s t t đ c t o thành b ng cách nung dính m t h n h p b t k m
nguyên ch t, sau đó đ c cán ngu i và . Khi cán ngu i, nh tác đ ng s p x p l i tr c tinh th
nên tính ch t t theo h ng cán là t t nh t và đ c g i là v t li u t có đ nh h ng.
gi m
đ tiêu hao do các dòng đi n xoáy trong lõi bi n áp ng i ta dùng v t li u t có đi n tr su t
cao.
thay đ i tính ch t t và đi n tr su t c a v t li u s t t ta ph i thay đ i t l thành ph n
h p kim. Các tính ch t c a v t li u t th ng cho d i d ng các đ ng cong t hóa và các
đ ng cong đ t th m.
d t hóa c a m t v t li u t đ c đo b ng đ t th m. V i s tsilic có đ t th m c c đ i kho ng 7500H/m, còn s t -niken kho ng 60000H/m. Các kho ng
t n s làm vi c c a các v t li u t thông d ng nh bi u di n trong hình (1- 14).

21
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

B dày
Ferit mangan (Q cao, xung)

đ c
đ c
TS (công su t)

Lõi s t b i (Q cao)

16 mile

TS.Ni (âm t n)
TSHD, Ni (công su t)
5 mile
2 mile
1 mile

TSHD (âm t n, t n th t nh )
TSHD, Ni (công su t, xung)
TSHD, Ni (công su t, xung)
1

10

102

103

104

105

106

107

f(Hz)

Hình 1- 14 : Kho ng t n s làm vi c c a c a các v t li u t thông d ng

• V t li u t m m dùng t n s cao:
(th ng t n s vài tr m đ n vài ngàn KHz).
+ Ferit là v t li u t đ c dùng r ng rãi nh t t n s cao.
Ferit là v t li u t có đ t th m cao, t n th t nh . Ferit là h p ch t ôxit s t 3 (Fe2O3) k t
h p v i các ôxit k m lo i hóa tr m t ho c hai (ZnO; Zn2O). Nguyên v t li u sau x lý đ c
nghi n thành b t m n, tr n l i và ép đ nh hình theo khuôn thành d ng thanh hay ng, sau đó
đ c thiêu nhi t đ cao trong môi tr ng thích h p, ây là quá trình gia công nhi t đ c bi t
đ h p ch t cho đi n tr su t cao.
Ferit có nhi u lo i nh ng thông d ng nh t là Ferit-Mangan- K m và Ferit -Niken- K m.
Ferit có đ c đi m là đi n d n su t th p, đ t th m ban đ u cao và giá tr c m ng t bão
hòa thích h p. Ferit đ c dùng trong các cu n dây, có h s ph m ch t cao, các bi n áp có d i
thông t n r ng, các cu n dây trung t n, thanh anten, các cu n làm l ch tia đi n t , các bi n áp
xung, v.v..
Ferit mangan k m (MnZn ferit) đ c ch t o thành nhi u lo i khác nhau tu theo ng
d ng v i nh ng cu n dây có h s ph m ch t cao (Q cao) trong kho ng t n s t 1 đ n
500KHz, có lo i t n th t nh , có h s nhi t c a đ t th m th p và đ n đ nh cao. Dùng trong
truy n hình có lo i thích h p làm vi c v i đi n c m ng t cao; c ng có lo i có đ t th m
thích h p v i các bi n áp thông tin d i r ng và các bi n áp xung.
Ferit niken k m (NiZn ferit) c ng có nhi u lo i có thành ph n oxit niken và oxit k m
khác nhau, đ ng th i chúng đ u có đi n tr su t cao.
+ Pecmaloi có đ t th m cao (có th t i hàng tr m ngàn H/m).
Pecmaloi là h p kim g m có 50% ÷ 80% là Niken, 18% ÷ 18,5% là Fe còn l i là

Mangan, Crôm, ng, Silic và còn l i là Moliden.
Pecmaloi th ng đ c dát m ng. Chúng th ng đ c dùng làm bi n áp Micrô, đ u t ,
bi n áp kích th c nh , ch t l ng cao. Nh c đi m c a Pecmaloi r t d v , d bi n d ng nên
22
CuuDuongThanCong.com

/>

Gi i thi u chung và v t li u đi n t

CÊu kiÖn ®iÖn

c n th n khi s d ng và gia công ch t o.
b. V t li u t c ng:
Theo ng d ng chia v t li u t c ng thành 2 lo i:
- V t li u đ ch t o nam châm v nh c u.
- V t li u t đ ghi âm, ghi hình, gi âm thanh, v.v..
Theo công ngh ch t o, chia v t li u t c ng thành:
- H p kim thép đ c tôi thành Martenxit là v t li u đ n gi n và r nh t đ ch t o nam
châm v nh c u.
- H p kim lá t c ng.
- Nam châm t b t.
- Ferit t c ng: Ferit Bari (BaO.6Fe2O3) đ ch t o nam châm dùng t n s cao.
- B ng, s i kim lo i và không kim lo i dùng đ ghi âm thanh.
c đi m c a nam châm v nh c u là:
•
N ng l ng t c c đ i bao quanh không gian xung quanh ch t s t t đ c tính b ng Oat
(W):

Wd =

nh v y, n ng l

Bd .H d
2

(1. 28)

ng bao quanh không gian ch t s t t đ

W=

c tính theo công th c:

B.H
2

Nam châm trong tr ng thái khép kín s không truy n n ng l ng ra không gian xung
quanh. Khi t n t i 1 khe không khí gi a các c c thì s xu t hi n s truy n n ng l ng vào
không gian xung quanh, tr s c a nó ph thu c nhi u vào chi u dài khe không khí.
Các đ c tính c a nam châm v nh c u là các đ i l ng:
- L c kháng t HC.
c m ng t d Bd .
- N ng l ng c c đ i bao quanh không gian quanh ch t s t t Wd.
t th m c a v t li u t c ng nh h n c a v t li u t m m và v i s t ng c a HC
thì đ t th m gi m.
i l ng H.B/ 2 t l v i n ng l ng c c đ i c a t tr ng bao quanh ch t s t t .
1.4.5. Th ch anh áp đi n (SiO2)
Th ch anh là tinh th Si02 t nhiên không màu, trong su t, th ng g i là pha lê t nhiên;
ho c th ch anh màu (th ch anh khói, th ch anh tím). Tinh th th ch anh áp đi n có th đ c gia
công b ng ph ng pháp nhân t o, khi đó các tính ch t c a nó g n gi ng nh các tính ch t c a

các tinh th t nhiên.
Th ch anh áp đi n th ng đ c dùng làm các b dao đ ng th ch anh có t n s dao đ ng
r t n đ nh.
B c ng h ng th ch anh: B m t c a các t m th ch anh đ c mài b ng b t m n và trên
chúng đ c đ t các đi n c c b ng kim lo i t o ra b c ng h ng th ch anh.
Ký hi u và m ch t ng đ ng:

23
CuuDuongThanCong.com

/>