dong dien trong cac moi truong

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (280.16 KB, 45 trang )

Dòng điện trong kim loại

Bản chất dòng điện trong kim loại.
Dựa vào thuyết electron :

+Nguyên tử mất electron -> ion dương -> liên
kết-> mạng tinh thể -> mạng tinh thể mất trật tự
khi chuyển động nhiệt của các ion dương càng
mạnh.

+ Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử ->
electron tự do với mật độ n không đổi -> khí
electron chuyển động hổn độn, khơng sinh ra dịng
điện.

+ đẩy khí electron chuyển động ngược với
-> dòng điện.

+Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở
chuyển động của electrun tự do -> điện trở của kim
loại.

Nhận xét :

Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do,

mật độ n rất cao (n = 1028<sub> đến 10</sub>29 <sub>m</sub>-3<sub>), nên kim</sub>

loại dẫn điện rất tốt.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

a/ Sự mất trật tự xãy ra ở mạng tinh thể là do :

- Chuyển động nhiệt của các ion dương.

- Sự méo mạng tinh thể là do biến dạng cơ
học.

- Nguyên tử lẫn trong kim loại.

b/ Mật độ dòng điện được định nghĩa :

j = nq v0

 

n : mật độ hạt mang điện.

q0: độ lớn điện tích của hât mang điện.

v<sub> : vận tốc có hướng trung bình của hạt nang</sub>

điện.

Ngoài ra : I = (S)

j. d S

 

dS <sub> : là vectơ có cùng hướng</sub>

với vectơ pháp tuyến, có độ

lớn dS.

I = UR

n tỉ lệ nghịch với điện trở => n tỉ lệ nghịch với
điện trở suất của kim loại.

Kết luận : Dòng điện trong kim loại là dòng
chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới
tác dụng của điện trường.



dSn

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại theo nhiệt
độ.

Nhiệt độ tăng -> chuyển động nhiệt của các ion

trong mạng tinh thể tăng. ρ = ρ0[1+α(t – t0)]

α : hệ số nhiệt điện trở .

Đối với tất cả các kim loại : α > 0

Đối với một số vật dẫn loại một trong một
khoảng nhiệt độ nào đó và với chất điện phân (vật
dẫn loại hai) : α < 0.

đối với kim loại nguyên chất thì α ≈

273 = giá trị

của hệ số nở vì nhiệt của chất khí. Do đó đối với

kim loại ngun chất thì : ρ = ρ0αT (T; nhiệt độ

tuyệt đối) . Tập hợp các electron tự do trong kim
loại coi như một khí electron giống như khí lý
tưởng.

Sự va chạm giữa các electron với các ion
dương ở nút mạng tinh thể kim loại là sự biểu hiện
tương tác của electron và ion dương, các va chạm
này dẫn đến sự cân bằng nhiệt giữa khí electron và
mạng tinh thể kim loại. Khí electron tuân theo các
định luật của khí lý tưởng.

Vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt của

electron : T

8kT
V

π m



; k = 1,38.10-23<sub>J/K ; T: nhiệt độ</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Vận tốc trung bình của chuyển động có hướng
của electron :

1
V



<< VT và cần phân biệt giữa V

với vận tốc truyền tương tác điện từ V = 3.108<sub>m/s.</sub>

ρ0 : điện trở suất ở nhiệt độ t0 .

t0 = 200C ( T = 293K) vì sự phụ thuộc nhiệt độ

của điện trở suất của
các kim loại khơng

cịn tuyến tính nữa ở
các nhiệt độ thấp
dưới 20K . Ở những
nhiệt độ này, điện trở
của một kim loại phụ
thuộc mạnh vào lượng tạp chất trong kim loại.
Thực tế các phép đo điện trở suất ở nhiệt độ thấp
thường được sử dụng để đánh giá lượng tạp chất
trong một kim loại.

Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng
siêu dẫn.

Đối với một số kim loại được làm lạnh đến
nhiệt độ rất thấp thì thấy xuất hiện một hiện tượng
đặc biệt : điện trở của kim loại hoàn toàn biến mất.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng siêu dẫn . Hiện
tượng siêu dẫn là một trạng thái vật lý phụ thuộc
vào nhiệt độ tới hạn, nó cho phép dòng điện chạy

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

qua trong trạng thái khơng có điện trở và khi đặt
chất siêu dẫn trong từ trường thì từ trường cịn bị
đẩy ra khỏi nó.

Đặc trưng của chất siêu dẫn là khả năng tải
dịng điện một chiều khơng có sự hao phí năng
lượng và sự đẩy từ trường ra khỏi chất siêu dẫn khi
chất siêu dẫn đặt trong từ trường.

Theo lý thuyết BCS (John Bardeen, Leon
Cooper, Robert Schriffer) đã kết luận rằng: Trong
chất siêu dẫn có các cặp điện tử (gọi là cặp
Cooper). Các cặp Cooper truyền trong chất siêu
dẫn mà khơng có va chạm và hệ qủa là khơng có
điện trở. Lý thuyết này đã giải thích thỏa mãn cho
các vật liệu trở thành siêu dẫn ở những nhiệt độ
thấp hơn 24K (siêu dẫn cổ điển).

Từ năm 1986 rất nhiều chất siêu dẫn mới được
phát hiện, hầu hết các chất này có nhiệt độ chuyển
pha siêu dẫn nằm trong vùng nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ hóa lỏng của Nitơ (77K) và được gọi
chung là siêu dẫn nhiệt độ cao. Lý thuyết BCS đã
khơng giải thích được các tính chất của vật liệu
này. Phải ra đời những lý thuyết mới hoặc mở rộng
lý thuyết BCS mới giải thích được các tính chất
của các vật liệu siêu dẫn sạch.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Khi nghiên cứu điện trở của Hg trong sự phụ
thuộc của điện trở vào nhiệt độ Kamerlingh Onnes
đã quan sát được rằng điện trở của Hg ở trạng thái

rắn (trước điểm nóng chảy cở 243K (-390<sub>C) là</sub>

39,7Ω). trạng thái lỏng tại 00<sub>C (273K) có giá trị là</sub>

172,7Ω, tại gần 4k có gía trị là 8.10-2<sub>Ω và tại T ~</sub>

3K có gía trị nhỏ hơn 3.10-6<sub>Ω. Như vậy có thể coi</sub>

ở nhiệt độ T < 4K, điện trở của Hg biến mất ( hoặc
xấp xĩ bằng 0).

Nhiệt độ mà tại đó điện trở hồn tồn biến mất
được gọi là nhiệt độ tới hạn hoặc nhiệt độ chuyển

pha siêu dẫn (TC). Có thể hiểu rằng nhiệt độ

chuyển pha siêu dẫn là nhiệt độ mà tại đó một chất
chuyển từ trạng thái bình thường sang trạng thái
siêu dẫn.

Khoảng nhiệt độ từ khi điện trở bắt đầu suy
gỉảm đột ngột đến khi bằng 0 được gọi là độ rộng
chuyển pha siêu dẫn (ΔT). Độ rộng chuyển pha
siêu dẫn(ΔT) phụ thuộc vào bản chất của từng vật

liệu siêu dẫn...

Hiện tượng nhiệt điện :

a.Hiện tượng :

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

động của mạch bằng 0, trong mạch khơng có dịng
điện. Nhưng nếu nhiệt độ ở đầu hai mối hàn chênh
lệch thì suất điện động của mạch sẽ khác khơng,
trong mạch xuất hiện dịng điện. đó là hiện tượng
nhiệt điện.

Suất điện động đó gọi là suất nhiệt điện động.
mạch như trên gọi là cặp nhiệt điện.

ξ = C(T1 – T2) với T1> T2

T1; T2 : nhiệt độ ở hai kim loại . C là hệ số phụ

thuộc bản chất của hai kim loại và thay đổi ít theo
nhiệt độ, nó cho biết độ lớn của suất nhiệt điện

động khi nhiệt độ hai mối hàn chênh nhau 10<sub>C .</sub>

Thí dụ: đối với cặp nhiệt điện đồng – contantin C =
41,8μV/độ.

b. Ứng dụng : Đo nhiệt độ .

Dùng hai dây kim loại khác nhau, hàn hai đầu
của chúng và mắc vào một
milivolt kế . Trước tiên, lấy
mẫu cho nó bằng cách đặt

mối hàn lạnh ở nhiệt độ T0 cố

định thường là nước đá đang

tan ở 00<sub>C , đặt mối hàn nóng</sub>

vào những nơi có nhiệt độ

biết trước và giá trị các nhiệt
độ này bên cạnh các giá trị suất điện động tương

m
V

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

ứng theo số chỉ của kim milivolt kế. Sau đó chia
thang độ của milivolt kế ra nhiệt độ. Khi muốn đo
nhiệt độ T ở một nơi nào đó, đặt mối hàn nóng vào
đó, đặt mối hàn lạnh ở nhiệt độ như đã lấy mẫu
nước đá đang tan rồi đọc nhiệt độ cần biết trên
milivolt kế.

Ưu điểm nổi bật của cặp nhiệt điện so với nhiệt
kế là nó có thể đo được những khoảng nhiệt độ rất
rộng từ vài độ đến trên 1000 độ. Nó cịn cho phép
đo được nhiệt độ tại từng điểm trong một vật, việc
đo rất nhanh chóng vì qn tính nhiệt của cặp nhiệt
điện rất nhỏ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

Thuyết điện li (Thuyết Arrhénius) : Trong dung
dịch, các hợp chất hóa học như acide, baze và muối

bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các
ngun tử hoặc nhóm ngun tử bị tích điện gọi là
ion ; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch
và trở thành hạt tải điện.

HnA = nH+ + A
E <sub> </sub>

cathode(-) anode(+)

M(0H)n = Mn+ + n(0H)

E

cathode(+) anode(+)

MA = M+<sub> + A</sub>

E

cathode(-) anode(+)

<b>Các ion trong dung dịch</b>
<b>chuyển động hổn độn </b>

Acide

HnA

+
+
+

-+
+ +

-- -
-+
+ - +

Dung dịch Acide

+ +

Baze
M(0H)n

Dung dịch Baze

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Các ion dương chuyển động cùng chiều về phía
cathode gọi là cation, tại cathode ion dương nhận
electron và trở thành nguyên tử trung hòa.

Các ion âm chuyển động ngược chiều điện trường
về phía anode gọi là anion , tại anode ion âm
nhường electron và trở thành nguyên tử trung hòa.

Chất điện phân là những dung dịch hoặc là
những chất nóng chảy.

Giải thích hiện tương điện li :

Xét dung dịch Muối. Hiện tượng điện li trong
dung dịch muối xãy ra là do hai nguyên nhân :
chuyển động nhiệt hổn độn của các phân tử,
nguyên tử và tương tác giữa các phân tử có cực (do

liên kết các ion khác dấu trong mạng tinh thể Na+

và Cl-<sub> ) của chất hòa tan với các phân tử tự phân</sub>

cực của dung mơi (H2O)

Q trình phân li xãy ra như sau: Các phân tử

H2O do cấu trúc của chúng mà ion O= và hai ion H+

phân bố mỗi loại ở một phía có tâm khơng trùng

nhau, do đó phân tử H2O có cấu tạo như một lưỡng

H<b>+</b> H

Mô hình phân tử NaCl trong nước

O= Na<b>+</b> Cl- O

H<b>+</b> H

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

cực điện . Khi hòa tan NaCl trong nước, các lưỡng
cực điện của các phân tử nước tạo quanh nó một

điện trường, làm cho các ion Na+<sub> và Cl</sub>-<sub> trước liên</sub>

kết chặt, nay bị yếu đi (Trường hợp này yếu đi ε =
81 lần).

Với liên kết yếu như vậy, khi phân tử NaCl
tham gia chuyển động nhiệt chúng rất dễ dàng bi

tách thành các ion Na+<sub> và Cl</sub>-<sub> riêng rẽ và tạo thành</sub>

quá trình điện li.

Cùng với quá trình điện li, có q trình ngược
lại, đó là q trình tái hợp. các ion trái dấu của chất
hịa tan bị phân li, do chuyển động nhiệt và lực
tương tác tĩnh điện khi chúng lại gần nhau, va
chạm với nhau tạo thành các phân tử trung hịa.

Hai qúa trình xãy ra ngược nhau, đồng thời, sau
một khoảng thời gian nào đó sẽ xãy ra sự cân bằng
động.

Bản chất dòng điện trong chất điện phân.:
Dòng điện trong lòng chất điện phân là dòng ion
dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai
chiều ngược nhau.

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn.
Mơi trường dung dịch lại rất trật tự nên cản trở
mạnh chuyển động của các ion. Vì vậy chất điện

phân khơng dẫn điện tốt bằng kim loại.

Dịng điện trong chất điện phân khơng chỉ tải
điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa
hẹp)đi theo. Tới điện cực chỉ có electron đi tiếp,
cịn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện
tượng điện phân. Tùy bản chất hóa học của chất
làm điện cực, mà q trình trao đổi điện tích giữa
ion và điện cực sẽ kèm theo những phản ứng hóa
học phụ.

Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng
dương cực tan.

Hiện tượng dương cực tan (Có phản ứng phụ)

Là hiện tượng xãy ra với
dung dịch muối kim loại và
cực dương là kim loại của
dung dịch muối này.

Xét dung dịch CuSO4 với

cực dương bằng Cu.Khi có

dịng điện chạy qua : Cu2+<sub> -> cathode , nhận e</sub>-<sub> từ</sub>

nguồn điện chạy tới. Cu2+<sub> + 2e</sub>-<sub> -> Cu bám vào</sub>

cathode.

A N

Điện phân dung dịch CuSO4 với

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Ở anode, e-<sub> bị kéo về cực dương của nguồn</sub>

điện, kết hợp với Cu thành Cu2+<sub> trên bề mặt tiếp</sub>

xúc với dung dịch. Cu -> Cu2+<sub> + 2e</sub>-<sub>.</sub>

Khi anion (SO4)2- chạy về anode, nó kéo theo

cation Cu2+<sub> vào dung dịch , nên đồng ở anode sẽ</sub>

tan dần trong dung dịch. Đó là hiện tượng dương
cực tan .

Các hiện tượng diễn ra ở anode và cathode
trong bình điện phân trên là một phản ứng cân
bằng nhưng xãy ra theo hai chiều ngược nhau :

Cu2+<sub> + 2e</sub>-<sub> Cu.</sub>

Nếu phản ứng xãy ra theo chiều này thu năng
lượng, thì phản ứng xãy ra theo chiều ngược lại tỏa
năng lượng, nên tổng cộng lại điện năng khơng bị
tiêu hao trong q trình phân tích các chất mà chỉ
bị tiêu hao vì tỏa nhiệt. Bình điện phân là một điện
trở thuần

Một số điện phân có phản ứng phụ.

-Điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực bằng

Pt.

Anode : oxi bay ra

Cathode : hydro bay ra thể hydro gấp đơi thể

tích oxi. Chỉ có H2O bị phân tích thành hydro và

oxi.

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Anode : oxi bay ra.

Cathode:hydro bay ra thể hydro gấp đơi thể

tích oxi. Chỉ có H2O bị phân tích thành hydro và

oxi.

Năng lượng W dùng để thực hiện việc phân
tách lấy từ năng lượng của dòng điện, nên tỉ lệ với

điện lượng tải qua bình điện phân => W = <i>ε</i>pIt,

trong đó εp là suất phản điện của bình điện phân.

Giá trị của εp phụ thuộc vào bản chất của điện cực

và chất điện phân và có đơn vị là volt. Trong

trường hợp bình điện phân dương cực tan thì εp = 0

Các định luật Faraday

Định luật Faraday thứ nhất :

Khối lượng của chất được giải phóng ở điện
cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng
chạy qua bình đó . m = kq (1)

k gọi là đương lượng điện hóa của chất được
giải phóng ở điện cực.

Định luật Faraday thứ hai :

Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ

lệ với đương lượng gam An của nguyên tố đó và hệ

số tỉ lệ <i>F</i>1 (F là số Faraday)

k =

1 A

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

Thí nghiệm cho biết , nếu I tính bằng ampère, t
tính nằng giây => F = 96494 C/mol ≈ 96500 C/mol

(1) , (2) => m =

1 A

F n .It

m là lượng chất được giải phóng ở điện cực,
tính bằng gam

Ứng dụng của hiện tượng điện phân

Luyện nhôm.

Người ta điều chế nhôm nguyên chất bằng
cách điện phân các muối nóng chảy của nó .
Chất điện phân là hổn hợp muối nóng chảy

gồm aluminAl2O3 và crlit Na2AlF6 còn điện

cực bằng than

Mạ điện.
<sub> </sub>

DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

Chất khí là mơi trường cách điện .

Chất khí khơng dẫn điện vì các phân tử khí
đều ở trạng thái trung hịa điện, do đó trong chất
khí khơng có hạt tải điện.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Chất khí chỉ trở thành dẫn điện khi trong

chất khí có những phần tử tải điện (e-<sub>, ion(-),</sub>

ion(+)) tức là khi chất khí bị ion hóa

Sự ion hóa chất khí

Đó là qúa trình
các electron tách
khỏi nguyên tử
trung hòa làm cho
nguyên tử trở thành
ion (+). Nhớ rằng
cũng có khả năng một nguyên tử trung hòa nhận

thêm e-<sub> để trở thành ion (-), nhưng q trình này</sub>

khơng gọi là ion hóa.

Năng lượng ion hóa

Để tách e-<sub> ra khỏi nguyên tử, ta cần phải cung</sub>

cấp cho e-<sub> một năng lượng nào đó, để thắng được</sub>

năng lượng liên kết của e-<sub> ở lớp võ với các hạt</sub>

nhân trong nguyên tử (proton, neutron). Năng
lượng này gọi là năng lượng ion hóa, phụ thuộc
vào :

+Bản chất hoá học của các phân tử, nguyên tử

cấu tạo nên chất khí (O2, N2....).

+Trạng thái năng lượng của e-<sub> trong nguyên tử</sub>

(nguyên tử ở các lớp s,p,d,f).

+ ++

===>

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Thí dụ : Năng lượng ion hóa của He là 24,5eV,
của Ne là 21,5eV...

Điện thế ion hóa.

Đó là hiệu điện thế cần thiết để gia tốc e-<sub> trong</sub>

điện trường để năng lượng của nó bằng năng lượng

ion hóa. i i

A
=



Tác nhân ion hóa.

Sự ion hóa chỉ xãy ra khi có các nguồn kích
thích ion hóa và gọi là tác nhân ion hóa có thể là từ

bên ngồi (đốt nóng, tia X, phóng xạ, chùm e-<sub> hay</sub>

ion khác) cũng có thể là do e-<sub> hay ion xuất hiện khi</sub>

khi bị ion hóa tác dụng vào các nguyên tử, phân tử
trung hịa khác : sự ion hóa do va chạm.

Cường độ ion hóa.

Cường độ ion hóa là số cặp điện tích trái dấu
xuất hiện trong một đơn vị thể tích, trong một đơn

vị thời gian ΔN0.

Nếu trong chất khí, nồng độ điện tích trái dấu

là n0, thì trong một đơn vị thể tích, số phân tở trung

hịa được tạo thành sẻ tỉ lệ với n02, do đó ta có :

ΔN0 = β n02 ; β : hệ số tái hợp, đo bằng m3/s

Thí dụ : với khơng khí thì β = 1,67.10-15<sub>m</sub>3<sub>/s.</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

ΔN0 = β n02 => n0 =

ΔN
β <sub> </sub>

Như vậy, ta thấy do q trình tái hợp, nếu tác
nhân ion hóa ngừng, trong chất khí sẽ khơng cịn

ion nữa

Chuyển động của ion trong chất khí dưới tác
dụng của điện trường

Nếu đặt một chất khí bị ion hóa vào trong một
điện trường ngồi, thì tùy theo dấu của ion, mà
chúng sẽ chuyển động theo hoặc ngược chiều điện

trường với vận tốc v± nào đó.v± sẽ tỉ lệ với cường

độ điện trường ngoài E.

v± = b±E ; b± : hệ số tỉ lệ gọi lả độ linh

động của ion (+), (-).

E = 1V/m => v± = b± : độ linh động là vận tốc

chuyển động của ion khi E = 1V/m. Độ linh động tỉ
lệ nghịch với áp suất của chất khí . b =

p <sub>. Thật</sub>

vậy vì khi p nhỏ số phân tử trong một đơn vị thể
tích ít, số lần va chạm trong một đơn vị thời gian ít,
cản trở chuyển động của các ion ít, tức là dộ linh
động tăng lên.

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Giả sử có hai tấm kim loại đặt song song với
nhau trong khơng khí. Thí nghiệm chứng tỏ khi nối
chúng với hai cực của nguồn điện một chiều thì
trong mạch khơng có dịng điện. Ngun nhân vì ở
điều kiện bình thường thì khơng khí cũng như các
chất khí khác khơng có hoặc có rất ít hạt tải điện.

Nhưng dùng một ngọn lửa đốt nóng khối khí
giữa hai tấm kim loại đó thì trong mạch xuất hiện
dịng điện và có tia lửa điện phóng qua chất khí đã
trở nên dẫn điện. Thay ngọn lữa, bằng cách rọi vào
khối khí đó một chùm tia tử ngoại hay chùm tia X
cũng có kết quả tương tự. Điều đó chứng tỏ khi
được kích thích, các phân khí bị ion hóa, bị tách
thành các ion dương và các electron tự do. các
electron tự do lại có thể kết hợp với phân tử trung
hòa để trở thành ion âm. Do đó dưới tác dụng của
điện trường ngồi (do nguồn điện sinh ra), các ion
dương chuyển động theo chiều điện trường, các
electron tự do và các ion âm chuyển động ngược
chiều điện trường, tạo thành dịng điện trong chất
khí.

Bản chất dịng điện trong chất khí.

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

các ion âm, các electron ngược chiều điện trường.
Các hạt tải điện nảy do chất khí bị ion hóa sinh ra.

Q trình dẫn điện khơng tự lực của chất khí.

Là q trình tồn tại khi đưa hạt tải điện vào
trong khối khí và biến mất khi ngừng đưa hạt tải
điện vào.

Xét chi tiết quá trình này :

+ khi áp suất khí p lớn hơn hoặc xấp xỉ bằng áp

suất khí quyển p0, các electron xuất hiện do tác

nhân ion hóa sẽ nhanh chóng tương tác với nguyên
tử, phân tử trung hòa, tạo thành các ion sự dẫn điện
lúc này là sự dẫn điện bằng ion (dương và âm).

+ Khi áp suất khí p << p0, các electron xuất

hiện do tác nhân ion hóa, vì áp suất nên ít va chạm
với các nguyên tử, phân tử trung hòa, nên vẫn tồn
tại dưới dạng electron tự do. Sự dẫn điện của chất
kmí trong lúc này là sự dẫn điện tự do.

+Khi áp suất p ≈ p0 .

Bố trí thí nghiệm.

1 2 I

c

a b

U
V

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

Một ống A chứa khí cần xét trong sự phóng
điện có hai điện cực 1,2. hai điện cực này nối với
nguồn điện , hiệu điện thế của hai điện cực đo bằng
volt kế và thay đổi bắng biến trở R.

Khi có tác nhân ion hóa trong chất khí cị dịng
điện, cường độ dịng điên I của nó thay đổi theo
hiệu điện thế U được vẽ trên giản đồ IU (đường
đặc trưng volt-ampère).

Giải thích đồ thị

* Đoạn Oa : Khi hiệu điện thế nhỏ , mật độ
dịng điện trong chất khí .

+ 0 - 0

j = v n q + v n q







trong đó :

n0 : nồng độ cặp phần tử tải điện trái dấu.

q : điện tích của phần tử tải điện

v± : vận tốc của các phần tử tải điện (+) và (-)

j=qn (b +b )E

0 +

-





; với E =

d <sub>; d là</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

Như vậy, khi E tăng, tức là U tăng, dịng điện I
tăng tuyến tính theo U.

* Đoạn ab : Hiệu điện thế U đủ lớn. Khi điện
trường đủ mạnh sao cho trong một đơn vị thời gian
bao nhiêu ion tạo nên do tác nhân ion hóa đều đi
đến các điện cực hết, khi đó dù có tăng hiệu điện
thế, dịng điện vẫn khơng tăng => dịng điện bảo

hịa. Cường độ dịng điện phụ thuộc vào cường độ
ion hóa.

* Đoạn bc : Hiệu điện thế U quá lớn . Khi điện
trường tăng mạnh, ứng với hiệu điện thế vượt một

gía trị U0 nào đó, dịng điện tăng đột ngột : đó là

q trình ion hóa do va chạm. Các electron thu
được năng lượng đủ lớn khi chuyển động trong
điện trường, khi mà động năng của electron lớn
hơn năng lượng ion hóa. Cứ mỗi “va chạm” lại tạo
thêm một electron mới và electron này lại ion hóa
ngun tử trung hịa khác. Q trình này tạo thành

thác electron (Hiện tượng nhân số hạt tải điện

trong chất trong quá trình dẫn điện không tự lực)
Để đơn giản , xét trường hợp các điện cực là
phẳng và các electron do tác nhân ion hóa tạo nên

cathode anode

e-<sub> </sub><sub>e</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

từ cathode. Gọi α là số electron trung bình tạo ra
khi đi qua một quãng đường bằng một đơn vị chiều
dài do một electron tạo ra, được gọi là hệ số ion
hóa thể tích nó phụ thuộc vào E và áp suất p.

n : số electron bay vào lớp có chiều dày nằm
giữa x và x +dx . số electron mới tạo ra trong lớp
này là : dn = n.α.dx =>

n <sub> = α.dx => n = ce</sub>αx<sub> , với</sub>

c là hằng số tích phân xác định từ điều kiện ban
đầu.

Tại cathode, x = 0, n = N0 : số electron bay ra

từ cathode do tác nhân ion hóa bên ngoài ban đầu.

Vậy : c = N0 => n = N0eαx.

Nếu khoảng cách giữa cathode và anode là d,

khi đó số electron tới anode sẽ là : nA = N0ecd

Kết luận : Như vậy cả ba giai đoạn của đồ thị

IU (Oabc) khi ngừng tác nhân ion hóa (N0) => n0 ~

β <sub>= 0 => </sub> j



= 0 và nA = 0, nghĩa là dòng điện

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Q trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều
kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực.

Q trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy
trì, khơng cần đưa liên tục hạt tải điện vào, gọi là
q trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.

Muốn có q trình dẫn điện tự lực thì trong hệ
gồm chất khí và các điện cực phải tự tạo ra các hạt
tải điện mới để bù lại các hạt tải điện đã đi tới điện
cực và biến mất. Số hạt tải điện sinh ra ban đầu có
thể khơng nhiều nhưng nhờ quá trình nhân số hạt
tải điện đã nói ở trên mà mật độ tải điện tăng
mạnh, khiến cho mơi trường dẫn điện tốt.

Có bốn cách chính để dịng điện có thể tạo ra
hạt tải điện mới trong chất khí :

1. Dịng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ
chất khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị phân
hóa.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến
phân tử khí bị phân hóa ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Cathode bị dịng điện nung nóng đỏ, làm cho
nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này
gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

Tùy cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí
mà trong thực tế có các dạng phóng điện tự lực
khác nhau.

Hai dạng phóng điện tự lực thường gặp nhất là
tia lửa điện và hồ quang điện.

Tia lửa điện và điều kiện để tạo ra tia lửa điện.

1. Định nghĩa :

Tia lửa điện là q trình phóng điện tự lực
trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường
đủ mạnh để biến phân tử khí trung hịa thành ion
dương và các electron tự do

2. Điều kiện để tạo ra tia lửa điện :

Trong khơng khí tia lửa điện có thể hình thành khi
điện trường đặt vào đạt gía trị ngưỡng vào khoảng

3.106<sub>V/m </sub>

Hiện tượng phóng tia lửa điện xãy ra ở áp suất
thường, khi có cường độ điện trường lớn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

Thí dụ : Sét là sự phóng tia lửa điện, đường
kính các kênh dẫn điện 10cm đến 25cm, chiều dài
hàng km, cường độ dòng điện đạt tới hàng trăm
ngàn ampère

3. Ứng dụng :

Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ
nổ để đốt hổn hợp nổ (là hơi xăng lẫn khơng khí)
trong xylanh. bộ phận để tạo ra tia lửa điện là bugi
(đó là hai điện cực đặt cách nhau vào cở milimét
trên một khối sứ cách điện)

Sự phóng điện phát sáng.

Trong điều kiện phóng điện tự lực xãy ra, nếu
ống thủy tinh có chiều dài khoảng 0,5m chứa khí ở
áp suất rất thấp (từ 0,1mmHg đến 0,01mmHg), thì
trong ống xuất hiện những miền sáng và miền tối
xen kẽ. đó là hiện tượng phóng điện phát sáng. ánh
sáng phát ra bởi quá trình tái hợp : electron tái hợp
với ion dương, để trở thành phân tử trung hòa,

năng luợng được giải phóng dưới dạng photon ánh
sáng. Đây chính là ngun tắc hoạt động của đèn
ống.

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

tối thay đổi liên tục vì vậy ta khơng phân biệt được
các vùng đó do hiện tượng lưu ảnh của mắt.

Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang
điện

Định nghĩa : Hồ quang điện là quá trình phóng
điện tự lực xãy ra trong chất khí ở áp suất thường
hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu
điện thế khơng lớn

Hồ quang điện có thể kèm theo tỏa nhiệt và tỏa
sáng rất mạnh.

Điều kiện tạo ra hồ quang điện ;

Trong ống phóng điện phát sáng, nếu ta giảm
điện trở mạch ngoài để mật độ dịng điện qua chất
khí tăng lên và cơng suất tiêu thụ trong ống cũng
tăng theo thì sự phóng điện phát sáng sẽ trở thành
một dạng phóng điện tự lực khác gọi là phóng điện
hồ quang.

Đặc điểm của phóng điện hồ quang là cường
độ dòng điện rất lớn (có thể tới vài trăm ngàn

ampère trên một mm2<sub>) nhưng hiệu điện thế giữa</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

và sự phát electron tự động do tác dụng của điện
trường mạnh lên cực âm.

Phóng điện hồ quang có thể sinh ra ở áp suất
thấp, áp suất thơng thường và áp suất cao. Để có
được sự phóng điện hồ quang ở áp suất thường, ta
có thể dùng hai thỏi than, đặt hai đầu giáp nhau và
nối hai đầu còn lại với nguồn điện một chiều
khoảng vài chục volt. Khi tách hai đầu than ra một
chút, ta được hồ quang điện. Mật độ dòng hồ

quang điện khoảng 470A/cm2<sub> = 4,7.10</sub>+6<sub>A/m</sub>2<sub> .</sub>

Càng hoạt động lâu, thỏi than cực âm càng bị mòn
và nhọn ra, cịn thỏi than cực dương thì lõm vào do
bị electron bắn phá.

Ứng dụng :

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

DỊNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHƠNG

Cách tạo ra dịng điện trong chân khơng

Bản chất của dịng điện trong chân khơng :

Dịng điện trong chân khơng là dịng chuyển
dời có hướng của các electron được đưa vào
khoảng chân khơng đó.

Thí nghiệm :
R F

+ IA

ξF - IA(mA)

F’

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

+Một đèn chân không Đ , cấu tạo bởi bóng
thủy tinh đã hút chân khơng trong có một cathode
K (dây vơnfram FF’) và một anode là một bản cực
kim loại A. Cathode K được đốt nóng bằng dịng

điện (mạch điện gồm bộ pin ξF và một biến trở R).

+Volt kế đo UAK

+Anode nối với nguồn điện thế bíên đổi và
điện kế G.

+Đốt nóng cathode, các electron phát xạ nhiệt
sẽ chuyển có hướng từ cathode sang anode, tạo ra

dòng điện IA ngược chiều chuyển động của

electron.

+Qua đồ thị biểu diễn IA theo UAK, ta thấy :

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

+Khi dây tóc FF’ khơng được đốt nóng,

IA= 0, chân khơng khơng dẫn điện (h.a)

+Khi dây tóc nóng đỏ , UAK < 0 => IA

không đáng kể ; khi UAK > 0. IA tăng nhanh theo

UAK rồi đạt đến giá trị bão hịa (h.b)

+Khi dây tóc nóng hơn, (h.c) giống dạng
như (h.b), nhưng giá trị của dịng bảo hịa lớn hơn.

Tóm lại : Dịng IA phụ thuộc hai yếu tố :

+ Ảnh hưởng của UAK :

Với một nhiệt độ nhất định của cathothe,

thay đổi gía trị của UAK, kết quả.

UAK < 0 : IA = 0

UAK > 0 dương và tăng dần, IA cũng

tăng

UAK = Um, I= Ibh : tất cả các electron

phát xạ nhiệt từ cathode bị hút hết về phía anode,
nên dịng điện khơng tăng hơn nữa, do đó có dịng
bảo hịa.

+Ảnh hưởng nhiệt độ của cathode :

Dùng biến trở R để thay đổi cường độ dòng
điện qua dây FF’ và do đó thay đổi nhiệt độ của
dây đốt này, ta thấy : Cường độ dòng điện bảo hòa

tăng theo nhiệt độ của cathode.

II. Tia cathode :

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

Rút dần khí trong ống thủy tinh để có ống chân
không, nguồn điện có hiệu điện thế khoảng vài
ngàn volt

+Khi áp suất còn lớn : Khơng thấy q trình

phóng điện

+Khi áp suất đủ nhỏ : trong ống có sự phóng
điện tự duy trì (h.a) , có một cột khí phát sáng kéo
dài từ anode đến gần cathode, ở gần cathode có
một khoảng tối (khoảng tối cathode)

+Giảm áp suất, khoảng tối cathode mở rộng =>
chiếm tồn bộ ống nên khơng cịn thấy ống phát
sáng. Q trình phóng điện vẫn duy trì và ở phía
đối diện cathode, thành ống thủy tinh phát ra ánh
sáng màu vàng lục (h.b). tia từ cathode làm huỳnh
quang thủy tinh gọi là tia cathode hay tia âm cực

+Tiếp tục rút khí => q trình phóng điện biến
mất.

<b>cột sáng anode (nitro) </b>

<b>Khoảng tối cathode</b>

- + (a) - + (b)

<b>Phóng điện duy trì qua khí :</b>

<b>(a) Ở áp suất thấp : cột sáng anode, khoảng tối cathode</b>

<b>(b) Ở áp suất rất thấp, trong ống có tia cathode làm huỳnh quang ống thủy tinh </b>

A
K

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

Tính chất của tia cathode :

+Tia cathode phát ra theo phương vng góc
với bề mặt cathode. Gặp vật cản , tia cathode bị
chận lại và làm vật cản tích điện âm.

+Tia cathode mang năng lượng lớn: có thể làm
đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể,
làm kim loại phát ra tia X, làm nóng các vật bị rọi
vào và tác dụng lực lên các vật đó.

+Từ trường làm tia cathode lệch theo hướng
vng góc với phương lan truyền và phương của từ
trường, còn điện trường làm tia cathode lệch theo
chiều ngược với chiều của điện trường.

Bản chất của tia cathode :

Tia cathode thực chất là dòng electron bay tự
do trong ống nghiệm

Ứng dụng :

Súng electron

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

Chất bán và tính chất

+ ρkl < ρbd < ρđm .Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất

của chất siêu tinh khiết rất
lớn (có tính cách điện như
điện mơi). Khi nhiệt độ
tăng, điện trở suất giảm

<b>bán dẫn tinh khiết</b>

0 T

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm (bán dẫn
trở nên dẫn điện) (sự dẫn điện của bán dẫn) ngược
với sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào
nhiệt độ.

+Khi pha thêm tạp chất vào bản dẫn thì ρbd

giảm, tỉ lệ pha tạp chất càng cao thì ρbd càng giảm

(sự dẫn điện tạp chất)

+ρbd cũng giảm đáng kể khi chất bán dẫn bị

chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion
hóa khác

Hạt tải điện trong chất bán dẫn loại n và bán
dẫn loại p.

Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

+Bán dẫn
tinh khiết : là
bán dẫn chưa
pha tạp chất.
chất bán dẫn có
thể là đơn chất
như Si, Ge,
C...hoặc hợp
chất như GaAs, InP...các nguyên tố bán dẫn nói
một cách chung hơn nằm ở nhóm III, IV, V trong
bảng phân loại tuần hoàn. Những chất bán dẫn đơn
chất thường dùng ở nhóm IVnhư C, Si, Ge, Ti.

S
i
S

<b> Tinh thể Silic ở nhiệt độ rất thấp, khơng có hạt mang điện</b>
<b>tự do</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

Trong đó hai bán dẫn được dùng nhiều nhất trong
kỷ thuật là Si và Ge. Lớp điện tử ngoài cùng của
các nguyên tử này đều có 4 điện tử.

Xét cấu trúc của nguyên tử Si. Các nguyên tử
này đều liên kết cộng hóa trị với nhau. Một nguyên
tử Si liên kết với bốn nguyên tử Si xung quanh tạo
thành mạng tinh thể như hình vẽ (Ở nhiệt độ thấp,
gần 0 K, các electron hóa trị gắn bó chặt chẻ với
các ngun tử ở nút mạng => trong tinh thể khơng
có hạt tải điện tự do, bán dẫn Silic không dẫn điện)

Ở nhiệt độ tương đối cao,
nhờ dao động nhiệt của các
nguyên tử, một số electron
hóa trị thu thêm năng lượng
và được giải phóng khỏi liên
kết, trở thành các electron tự
do, tham gia vào sự dẫn điện

giống như các electron dẫn trong kim loại nên
được gọi là electron dẫn.

Đồng thời, khi một electron bứt khỏi liên kết,
thì xuất hiện một liên kết bị trống, gọi là lỗ trống.
Lỗ trống mang điện tích ngun tố dương, vì thiếu
liên kết electron. Một electron ở gần đó có thể
chuyển đến lắp đầy liên kết bị trống và tạo thành lỗ

S
i

S
i
S

S
i

lổ trống

electron

</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

trống ở vị trí khác => lỗ trống cũng dịch chuyển
trong tinh thể

Vậy, ở nhiệt độ cao, có sự phát sinh ra các cặp
electron-lỗ trống

Xãy ra q trình tái hợp electron-lỗ trống đồng
thời, trong đó một electron tự do chiếm một mối
liên kết bị trống và trở thành electron liên kết. Quá
trình này làm mất đi đồng thời một electron tự do
và một lỗ trống (một cặp electron-lỗ trống). Ở
nhiệt độ xác định, có sự cân bằng giữa quá trình
phát sinh và q trình tái hợp.

Khi có điện trường đặt vào, electron chuyển
động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển
động cùng chiều điện trường, gây nên dòng điện
trong bán dẫn.

Vậy : dòng điện trong bán dẫn là dịng chuyển

dời có hướng của các electron và lỗ trống

Ở bán dẫn tinh khiết, số electron và số lỗ trống
bằng nhau (mật độ electron = mật độ lỗ trống). Sự
dẫn điện của bán dẫn trong trường hợp này là sự
dẫn điện riêng của bán dẫn (Bán dẫn loại i).

</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

Hiện tượng quang dẫn => quang điện trở bán
dẫn.

Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất

Khi pha một lượng rất ít với tỉ lệ vài phần triệu
vào bán dẫn tinh khiết thì độ dẫn điện của bán dẫn

tăng lên rất nhiều . khi đó ngoải sự dẫn điện
riêng,cịn có sự dẫn điện của tạp chất.

Bán dẫn loại n

Pha nguyên tố P vào bán
dẫn Si. Nguyên tự P có năm
electron ở lớp ngồi, trong
đó bốn electron tham gia
liên kết cộng hóa trị với
bốn nguyên tử Si xung
quanh, electron còn lại liên
kết yếu với nguyên tử P =>
ở nhiệt độ thấp vẫn mất liên
kết với nguyên tử P nà trở
thành electron tự do. Nguyên tử P trở thành ion
dương và nằm tại nút mạng => khi pha nguyên tử
P vào bán dẫn Si thì số electron dẫn nhiều hơn số
lỗ trống. Electron được coi là hạt mang điện cơ bản
(đa số), còn lỗ trống được coi là hạt mang điện
không cơ bản (thiểu số). ban dẫn này được gọi là
bán dẫn electron (bán dẫn loại n)

P
S
i
S
i
S
i

<b>Nguyên tử P</b>

<b> electron Bán dẫn</b>
<b> loại n</b>

<b>Nguyên tử P</b>

<b> electron Bán dẫn</b>
<b> loại n</b>

P+

<b>Nguyên tử P</b>

<b> electron Bán dẫn</b>
<b> loại n</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

Bán dẫn loại p

Nếu tạp chất là ngun tố B thì cịn thiếu một
electron để tạo thành liên
kết giữa nguyên tử B với
bốn nguyên tữ Si lân cận.
Một electron ở liên kết gần
đó có thể chuyển đến lắp
đầy liên kết này và tạo
thành lỗ trống. Còn
nguyên tử B trở thành ion

âm và nằm ở nút mạng.

Tạp chất B pha vào bán dẫn Si đã tạo thêm lỗ
trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số electron
dẫn, tức là mật độ lỗ trống nhiều hơn mật độ
electron. Lỗ trống là hạt mang điện cơ bản (đa số),
electron là hạt mang điện không cơ bản (thiểu số).
Đây là bán dẫn lỗ trống (bán dẫn loại p)

Nếu pha cả hai tạp chất P và B vào bán dẫn Si
thì bán dẫn này có thể là loại n hay là loại p tùy
theo tỉ lệ giữa hai lượng tạp chất pha vào.

Lớp chuyển tiếp p-n

Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n

Lớp chuyển tiếp p-n là chổ tiếp xúc của miền
mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo
ra trên một tinh thể bán dẫn

<b></b>

-S
i

S
i

<b>Nguyên tử B</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

Khi có sự tiếp xúc, lỗ trống và electron khuếch
tán từ miền p sang miền n và ngược lại . Tuy
nhiên, do ở bán dẫn p , lỗ trống là hạt tải điện đa
số => dòng khuếch tán từ bán dẫn p sang bán dẫn
n là dòng lỗ trống. Lỗ trống từ p sang n tái hợp với
electron tự do. Do đó ở phía bán dẫn n gần mặt
phân cách hai mẫu bán dẫn, khơng cịn hạt tải điện
tự do nữa . Ở đó chỉ có các ion tạp chất mang điện
dương. Tương tự từ phía n sang phía p, dịng
khuếch tán chủ yếu là electron. Phía p, gần mặt
phân cách hai miền, có các ion tạp chất mang điện
âm (sự khuếch tán các hạt dẫn đa số làm xuất hiện

dòng điện khuếch tán Ikt từ p đến n). Kết quả của

sự khuếch tán , tại chỗ tiếp xúc của hai miền bán
dẫn xuất hiện vùng điện tích khơng gian do các ion
tạp chất tạo ra, bên n mang điện tích dương , cịn
bên p mang điện tích âm. Như vậy , ở chổ tiếp xúc

xuất hiện một điện trường E <i>t</i>x



hướng từ n sang p,
gọi là điện trường tiếp xúc.

Điện trường tiếp xúc đẩy
lổ trống từ n trở lại p và
đẩy điện tử từ n trở lại p
cản trở sự khuếch tán và

tạo dịng điện trơi Itr đi từ

n sang p (dòng các hạt

Etx

<b>Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

-thiểu số). Sự khuếch tán chấm dứt khi hệ đạt trạng

thái cân bằng động (Ikt = Itr). Lúc này, vùng điện

tích khơng ở chỗ tiếp xúc ổn định và mật độ hạt
dẫn đa số ở đây thấp hơn các vùng khác nên được
gọi là lớp nghèo hay lớp ngăn p-n có điện trở lớn
hơn nhiều lần so với các vùng cịn lại.

Lớp chuyển tiếp p-n khi có điện trường ngoài

Trạng thái cân bằng động ở lớp tiếp xúc sẽ bị phá
vỡ khi đặt vào lớp này một điện trường ngoài
tương ứng một hiệu điện thế ngoài) nếu nối p và n
với các cực trái dấu của nguồn điện

Phân cực thuận : Khi nối p với cực dương, n
với cực âm của nguồn điện

Hiệu điện thế phân cực thuận tạo ra một điện

trường ngòai Eng



ngược chiều với điện trường Etx



vàkhử Etx



làm tăng dòng khuếch tán của các hạt
dẫn đa số Hiện tượng này gọi là sự phun hạt đa số

qua lớp tiếp xúc p-n (lỗ trống đi từ p đến n, e-<sub> đi từ</sub>

n đến p) . Khi đó Ikt tăng lên , cịn Itr thay đổi

không đáng kể do mật độ hạt thiểu số nhỏ , ta có

dịng điện tổng Ith = Ikt – Itr, chạy theo chiều từ p-n

gọi là dòng điện thuận. Do mật độ các hạt dẫn đa
số lớn nên khi hiệu điện thế phân cực thuận càng

tăng => Ikt càng lớn => Ith càng lớn. Điện trở lớp

+

-+

-+

-+
+

-pn

Etx

</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

-chuyển tiếp lúc

này nhỏ gọi là điện trở thuận Rth. Bề rộng lớp

nghèo giảm.

Phân cực ngược : Khi nối p với cực âm, nối n
với cực dương . Điện trường ngòai cùng chiều với
điện trường tiếp xúc . Nên tạo thêm phần cản trở
các hạt dẫn đa số vượt qua lớp chuyển tiếp . Khi đó

Ikt giảm dần đến 0, Itr tăng chút ít và nhanh chóng

đạt giá trị bảo hịa rất nhỏ (vì mật độ hạt bảo hịa

rất nhỏ). Dịng điện tổng Ing = Ikt – Itr < 0 và Ing rất

nhỏ, gọi là dòng điện ngược. Điện trở lớp chuyển

tiếp Rng khi này rất lớn, gọi là điện trở ngược (Rng

>> Rth). Bề rộng lớp nghèo tăng lên, Ing nhỏ hơn Ith

hàng vạn lần

Như vậy lớp
chuyển tiếp p-n
giống như cái
van đóng mở,
chỉ cho dòng
điện chạy theo
chiều từ p sang
n và hầu như
khơng cho
dịng điện chạy
ngược lại. Khi

Eng

A+

Ith

Itr

Ikt

<b>Phân cự thuận</b>

p n

A+

Ký hiệu Diode bán dẫn

I(mA)

Udt U1

UAK(V)

</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

đó có thể cho rằng lớp chuyển tiếp có tính chỉnh

lưu (hiệu ứng Diode). Dựa vào tính chất chỉnh lưu
của lớp chuyển tiếp p-n người ta chế tạo ra một
dụng cụ bán dẫn gọi là diode bán dẫn

Khi phân cực ngược lớp, lớp chuyển tiếp p-n

giống như chất điện. Nếu UAK > U

đt (hiệu điện thế

đánh thủng) thì lớp chuyển tiếp bị phá hủy (giống

như hiện tượng đánh thủng điện môi), Ing tăng đột

ngột , tính chất van của lớp chuyển tiếp p-n khơng
cịn nữa. Dựa vào hiện tượng đánh thủng người ta
chế tạo ra diode ổn định (Diode Zerner)

Hiệu ứng Transistor (Transer- Resistor :Điện
trở truyền đạt)

Cấu tạo :

Miền Base Miền Base

Cực Cực Cực Cực

phát góp phát góp

Miền Emitter Miền Collector Miền Emitter Miền Collector

Cực gốc Cực gốc

C C

P n

B B

p n

E E

</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

Transistor là linh kiện bán dẫn gồm ba
miền bán dẫn khác lọai ghép xen kẽ với nhau tạo
thành hai lớp chuyển tiếp n. Có hai cấu trúc là
p-n-p và p-n-p-n. Transistor đang xét là transistor
lưỡng cực BJT (Bipolar Junction Transistor), thành
phần dòng điện trong transistor này gồm cả lổ

trống và e-<sub>.</sub>

Miền Emitter (miền phát) có mật độ tạp chất
lớn nhất (mật độ hạt dẫn lớn nhất). Điện cực nối
đến gọi là cực phát E

Miền Base (miền gốc, miền đáy) có mật độ tạp
chất thấp nhất và có độ dày rất nhỏ cỡ vài µm và
được nối với điện cực gọi là cực gốc B.

Miền Colletor (miền góp) có mật độ tạp chất
trung bình và điện cực tương ứng gọi là cực góp C

Nguyên tắc họat động :

Để cụ thể ta xét transistor p-n-p làm việc ở
chế độ khuếch đại (với n-p-n hoàn toàn tương tự)

E C E C

IE B IE B

UBE UCE UBE UCE

EB RB IB EB RB IB

+ IC + IC

EC RC EC RC

+ +

n n

</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

+Khi UBE = 0 , UCE = 0 , khơng có dịng điện qua

các cực của transistor

+Khi đặt hiệu điện thế phân cực vào UBE lỗ trống ở

E dễ dàng khuếch tán sang Base .Miền Base mõng,
mật độ các phần tử tải điện ở E lớn hơn nhiều mật
độ các phần tử tải điện ở B nên hầu hết các lỗ trống
từ p vượt qua lớp chuyển tiếp EB sang Base sẽ đi
tiếp sang miền p thứ hai tạo nên dòng Collector.

Một lỗ trống tái hợp với e-<sub> ở Base tạo nên dòng</sub>

điện base. Như vậy :

IE = IC + IB ; trong đó IB << IC,IE.

Dịng IC phụ thuộc vào hiệu điện thế UBE và UCE

IC = f(UBE,UCE).

Người ta đưa các thông số :

C C

E B

I I

α và β 1

I I

  