Tài liệu Giáo trình: "Cấu kiện điện tử" ppt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.26 MB, 230 trang )
HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG
CU KIN IN T
(Dùng cho sinh viên h đào to đi hc t xa)
Lu hành ni b
HÀ NI - 2007
HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG
CU KIN IN T
Biên son : THS. TRN TH CM
CÊu kiÖn ®iÖn tö
1
LI NÓI U
Tp giáo trình "Cu kin đin t " đc biên son đ làm tài liu ging dy và hc tp cho
các sinh viên chuyên ngành k thut in t - Vin thông, đng thi giáo trình cng có th đc s
dng cho các sinh viên chuyên ngành Công ngh thông tin, và làm tài liu tham kho cho các k s
chuyên ngành in t - Vin thông.
Giáo trình đc vit theo chng trình đ cng môn hc "Cu kin
đin t và quang đin
t" ca Hc vin Công ngh Bu chính Vin thông.
Ni dung ca giáo trình đc trình bày mt cách rõ ràng, có h thng các kin thc c bn
và hin đi v vt liu và các cu kin đin t - quang đin t đang s dng trong ngành k thut
đin t và k thut vin thông.
Giáo trình "Cu kin đ
in t" gm 8 chng.
+ Chng 1 Gii thiu chung
v cu kin đin t và vt liu đin t. Trong chng này đã
đa rađnh ngha và các cách phân loi ca cu kin đin t, các đc tính và các tham s k thut
ca các loi vt liu s dng trong k thut đin t - vin thông nh cht cách đin, cht dn đin,
cht bán dn và vt liu t.
+ Chng 2 trình bày v các cu kin đin t
th đng nh đin tr, t đin, cun dây và
bin áp, cùng các đc tính và tham s c bn ca các cu kin này, cách nhn bit và cách đc các
tham s ca các linh kin thc t.
+ Chng 3 trình bày v đit bán dn. Trong chng này, giáo trình đã nêu lên tính cht
vt lý đc bit ca lp tip xúc P - N, đng thi trình bày chi tit v cu to và nguyên lý hot
đng
cng nh các đc tuyn, tham s k thut ca đit bán dn. Ngoài ra, trong chng 3 còn trình bày
v các ch đ làm vic ca đi t bán dn và gii thiu mt s loi đi t thông dng và đc bit.
+ Chng 4 trình bày v cu to và nguyn lý hot đng ca tranzito lng cc (BJT).
ng thi, trong chng này cng trình bày c th v ba cách m
c c bn ca tranzito trong các
s đ mch khuch đi, các đc tính và đc đim ca tng cách mc. ng thi chng 4 cng
trình bày v các cách phân cc và các mch tng đng ca tranzito.
+ Chng 5 gii thiu chung v tranzito hiu ng trng (FET) và phân loi tranzito
trng. Trong chng trình bày c th v cu to và nguyn lý hot đng cng nh các cách phân
cc cho tranzito trng loi JFET và MOSFET.
+ Chng 6 gii thiu v cu kin thuc h thyristo nh chnh lu silic có điu khin, triac,
diac; nu cu to và nguyn lý hot đng cng nh ng dng ca chúng. ng thi, chng 6
cng trình bày v cu to và nguyên lý hot đng ca tranzito đn ni (UJT).
+ Chng 7 đ cp đn s phát tri
n tip theo ca k thut đin t là vi mch tích hp.
Trong chng này trình bày v khái nim, phân loi cng nh s lc v công ngh ch to vi
mch bán dn, là loi vi mch đc sn xut và s dng rng rãi hin nay. Ngoài ra, trong chng
4 còn trình bày đc tính và tham s ca trình bày v đc đim cng nh tham s ca hai loi vi
mch: vi mch tuyn tính và vi m
ch s. Trong đó gii thiu chi tit v vi mch khuch đi thut
toán (OA), đây là loi vi mch vn nng đc s dng rng rãi nhiu chc nng khác nhau.
+ Chng 8 trình bày v các cu kin quang đin t. Chng này trình bày khá t m và h
thng v các loi cu kin quang đin t bán dn và không bán dn đang đc s d
ng trong k
thut đin t và k thut vin thông. đây trình bày v các cu kin quang đin t s dng trong
k thut đin t và thông tin quang:
- Các linh kin phát quang: LED ch th, LED hng ngoi, LASER, và mt ch th tinh th
lng LCD.
CÊu kiÖn ®iÖn tö
2
- Các linh kin thu quang: đin tr quang, điôt quang, tranzito quang, thyristo quang, t bào
quang đin và pin mt tri.
Trong tp giáo trình này tác gi đã s dng nhiu tài liu tham kho và biên son theo mt
trt t logic nht đnh. Tuy nhiên, tp giáo trình không tránh khi nhng thiu sót và hn ch.
Chúng tôi rt mong nhn đc s góp ý ca các nhà chuyên môn, các bn đng nghip và nhng
ai quan tâm đn chuyên ngành này đ b sung và hoàn chnh tp giáo trình "Cu kin đi
n t"
đc tt hn.
Các ý kin đóng góp xin gi đn b môn K thut đin t - Khoa K thut đin t I, Hc vin
Công ngh Bu chính Vin thông, km 10 đng Nguyn Trãi Hà Ni - Hà ông.
Xin chân thành cm n!
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
3
CHNG 1
GII THIU CHUNG V CU KIN IN T
GII THIU CHNG
Chng 1 gii thiu khái nim chung v cu kin đin t, giúp cho sinh viên chuyên
ngành in t Vin thông có khái nim ban đu bao quát v nhng linh kin đin t đc s
dng trong các mch đin t. ng thi trong chng 1 cng gii thiu v các đc tính vt lý
đin ca các vt liu c bn dùng trong k thut đin t.
Hc xong chng 1, sinh viên phi nm đc khái nim chung v cu kin đin t, khái nim
s b v mch đin đin t. Sinh viên cng phi hiu đc các đc tính k thut ca các loi
vt liu dùng trong lnh vc k thut đin t, mt s loi vt liu thông dng thng dùng và
ng dng chúng.
NI DUNG
1.1. GII THIU CHUNG
Cu kin đin t là môn hc v cu to, nguyên lý hot đng và mt s ng dng ca các
linh kin đc s dng trong các mch đin t đ thc hin mt chc nng k thut nào đó ca
mt b phn trong mt thit b đin t chuyên dng cng nh thit b đin t dân dng.
Cu kin đin t có rt nhiu loi thc hin các chc nng khác nhau trong mch đin t.
Mun to ra mt thit b đin t chúng ta phi s dng rt nhiu các linh kin đin t, t nhng
linh kin đn gin nh đin tr, t đin, cun dây...đn các linh kin không th thiu đc nh
đit, tranzito...và các linh kin đin t t hp phc tp. Chúng đc đu ni vi nhau theo các
s đ mch đã đc thit k, tính toán khoa hc đ thc hin chc nng ca thit b thông
thng nh máy radiocassettes, tivi, máy tính, các thit b đin t y t... đn các thit b thông
tin liên lc nh tng đài đin thoi, các trm thu - phát thông tin hay các thit b v tinh v tr
v.v...Nói chung cu kin đin t là loi linh kin to ra các thit b đin t do vy chúng rt
quan trng trong đi sng khoa hc k thut và mun s dng chúng mt cách hiu qu thì
chúng ta phi hiu bit và nm chc các đc đim ca chúng.
1.2. PHÂN LOI CU KIN IN T.
Có nhiu cách phân loi cu kin đin t da theo nhng tiêu chí khác nhau. đây chúng
ta k đn mt s cách phân loi thông thng:
1.2.1. Phân loi da trên đc tính vt lý:
Da vào các đc tính vt lý cu kin đin t có th chia làm 2 loi:
- Các cu kin đin t thông thng: ây là các linh kin đin t có đc tính vt lý đin -
đin t thông thng. Chúng hot đng di tác dng ca các sóng đin t có tn s t cc
thp (f = 1Khz÷10Khz) đn tn s siêu cao tn(f = 10Ghz ÷ 100Ghz) hoc sóng milimet.
- Cu kin quang đin t: ây là các linh kin đin t có đc tính vt lý đin – quang
Chúng hot đng di tác dng ca các sóng đin t có tn s rt cao (f =
8
10
đn
9
10
Ghz)
thng đc gi là ánh sáng.
1.2.2. Phân loi da theo lch s phát trin ca công ngh đin t:
Ngi ta chia cu kin đin t ra làm 5 loi:
- Cu kin đin t chân không: là các cu kin đin t mà s dn đin xy ra trong môi
trng chân không.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
4
- Cu kin đin t có khí: là các cu kin đin t mà s dn đin xy ra trong môi trng khí
tr.
- Cu kin đin t bán dn: là các cu kin đin t mà s dn đin xy ra trong môi trng
cht bán dn.
- Cu kin vi mch: là các chíp bán dn đc tích hp t các cu kin bán dn theo s đ
mch đã thit k trc và có mt hoc mt s chc nng nht đnh.
- Cu kin nanô: đây là các cu kin có kích thc nanomet đc ch to theo công ngh
nanô nên nó có các tính cht cng nh kh nng tin ích vô cùng đc bit, khác hn vi các
cu kin có kích thc ln hn thông thng (t μm tr lên).
1.2.3. Phân loi da trên chc nng x lý tín hiu:
Da theo chc nng x lý tín hiu ngi ta chia cu kin đin t thành 2 loi là cu kin
đin t tng t (đin t analoge) và cu kin đin t s (đin t digital).
- Cu kin đin t tng t là các linh kin có chc nng x lý các tín hiu đin xy ra liên
tc theo thi gian.
- Cu kin đin t s là các linh kin có chc nng x lý các tín hiu đin xy ra ri rc,
không liên tc theo thi gian.
1.2.4. Phân loi da vào ng dng ca cu kin đin t:
Da vào ng dng ca cu kin đin t ngi ta chia cu kin đin t ra làm 2 loi là các
cu kin đin t th đng và các cu kin đin t tích cc:
- Cu kin đin t th đng là các linh kin đin t ch có kh nng x lý và tiêu th tín hiu
đin
- Cu kin đin t tích cc là các linh kin đin t có kh nng bin đi tín hiu đin, to ra
và khuch đi tín hiu đin.
1.3. KHÁI NIM V MCH IN VÀ H THNG IN T
1.3.1. Mch đin:
Mch đin là mt tp hp gm có ngun đin (ngun áp hoc ngun dòng) và các cu
kin đin t cùng dây dn đin đc đu ni vi nhau theo mt s đ mch đã thit k nhm
thc hin mt chc nng nào đó ca mt thit b đin t hoc mt h thng đin t. Ví d nh
mch to dao đng hình sin, mch khuch đi micro, mch gii mã nh phân, mch đm xung,
hoc đn gin ch là mt mch phân áp,...
1.3.2. H thng đin t
H thng đin t là mt tp hp các mch đin t đn gin có các chc nng k thut
riêng thành mt thit b đin t có chc nng k thut nht đnh hoc mt h thng đin t
phc tp có chc nng k thut riêng nh máy thu hình, máy hin sóng, h thng phát thanh
truyn hình, trm truyn dn vi ba, h thng thông tin quang...Mch đin t hay mt h thng
đin t bao gi cng có ngun đin cung cp mt chiu (DC) đ phân cc cho các cu kin
đin t hot đng đúng ch đ và ngun tín hiu cn x lý trong mch.
1.4. VT LIU IN T.
Các vt liu s dng trong k thut đin t rt đa dng và rt nhiu. Chúng đc gi
chung là vt liu đin t đ phân bit vi các loi vt liu s dng trong các lnh vc khác. Tu
theo mc đích s dng và yêu cu k thut mà la chn vt liu sao cho thích hp đm bo v
các ch tiêu k thut, d gia công và giá thành r
- Da vào lý thuyt vùng nng lng ngi ta chia vt cht ra làm ba loi là cht cách
đin, cht bán dn và cht dn đin. Theo lý thuyt này thì các trng thái nng lng ca
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
5
nguyên t vt cht đc phân chia thành ba vùng nng lng khác nhau là: vùng hóa tr, vùng
dn và vùng cm. Mc nng lng cao nht ca vùng hóa tr ký hiu là E
V
; mc nng lng
thp nht ca vùng dn ký hiu là E
C
và đ rng vùng cm ký hiu là E
G
.
+ Cht cách đin
:
Cu trúc vùng nng lng ca cht cách đin đc mô t trong hình 1-1a. rng vùng
cm E
G
có giá tr đn vài eV (E
G
≥ 2eV).
+ Cht bán dn
:
Cht bán dn có đ rng vùng cm rt nh (E
G
< 2eV), xem hình 1-1b.
+ Kim loi
:
Cu trúc vùng nng lng ca tinh th không có vùng cm, do đó vùng hóa tr hòa vào
vùng dn (hình 1-1c) nên đin t hóa tr chính là các đin t t do.
- Da vào ng dng, các vt liu đin t thng đc phân chia thành 4 loi là cht cách
đin (hay cht đin môi), cht dn đin, cht bán dn và vt liu t.
1.4.1. Cht cách đin (hay cht đin môi).
a. nh ngha.
Cht cách đin, hay còn gi là cht đin môi. Cht cách đin có đin tr sut cao vào
khong 10
7
÷ 10
17
Ωm nhit đ phòng.
Cht cách đin gm phn ln các vt liu vô c cng nh hu c. Chúng có th th khí,
th lng và th rn.
b. Các tính cht ca cht đin môi.
- thm thu đin tng đi (hay còn gi là hng s đin môi):
Hng s đin môi ký hiu là ε, nó biu th kh nng phân cc ca cht đin môi và đc
xác đnh bng biu thc:
0
C
C
d
=
ε
(1. 1)
Trong đó: C
d
là đin dung ca t đin s dng cht đin môi; C
0
là đin dung ca t đin
s dng cht đin môi là chân không hoc không khí.
E
G
> 2 eV
E
E
C
E
V
E
G
< 2 eV
E
E
C
E
V
E
G
= 0
E
E
C
E
V
Di
hoá tr
Di
dn
in t
L trng
Di
dn
Di
hoá
tr
a/
b/ c/
Hình 1- 1: Cu trúc di nng lng ca vt cht
a- Cht cách đin; b- Cht bán dn; c- Kim loi
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
6
- tn hao đin môi (P
a
):
tn hao đin môi là công sut đin chi phí đ làm nóng cht đin môi khi đt nó trong
đin trng và đc tính theo công thc tng quát sau:
2
a
PUCtg=ωδ (1. 2)
Trong đó:
P
a
là đ tn hao đin môi đo bng oát (w)
U là đin áp đt lên t đin đo bng vôn (V)
C là đin dung ca t đin dùng cht đin môi đo bng Farad (F)
ω là tn s góc đo bng rad/s
tgδ là góc tn hao đin môi
- bn v đin ca cht đin môi (E
đ.t.
):
Nu ta đt mt cht đin môi vào trong mt đin trng mà nó b mt kh nng cách đin
- ta gi đó là hin tng đánh thng cht đin môi. Tr s đin áp khi xy ra hin tng đánh
thng cht đin môi gi là đin áp đánh thng U
đ.t.
thng đo bng KV, và cng đ đin
trng tng ng vi đim đánh thng gi là đ bn v đin.
bn v đin ký hiu là E
đ.t.
và đc tính theo công thc:
U
E [KV / mm;KV / cm]=
®.t
®.t
d
(1. 3)
Trong đó: U
đ.t.
- là đin áp đánh thng cht đin môi
d - là b dày ca cht đin môi b đánh thng
- Nhit đ chu đng:
Là nhit đ cao nht mà đó cht đin môi gi đc các tính cht lý hóa ca nó.
- Dòng đin trong cht đin môi (I):
Dòng đin trong cht đin môi gm có 2 thành phn là dòng đin chuyn dch và dòng
đin rò.
• Dòng đin chuyn dch I
C.M
(hay gi là dòng đin phân cc):
Quá trình chuyn dch phân cc ca các đin tích liên kt trong cht đin môi s to nên
dòng đin phân cc I
C.M
. Khi đin áp xoay chiu dòng đin chuyn dch tn ti trong sut
thi gian cht đin môi nm trong đin trng. Khi đin áp mt chiu dòng đin chuyn dch
ch tn ti các thi đim đóng hoc ngt đin áp.
• Dòng đin rò I
rò
:
Dòng đin rò là dòng đin đc to ra do các đin tích t do và đin t phát x ra chuyn
đng di tác đng ca đin trng.
Dòng đin tng qua cht đin môi s là:
I = I
C.M.
+ I
rò
- in tr cách đin ca cht đin môi:
in tr cách đin đc xác đnh theo tr s ca dòng đin rò:
CM
U
R
II
c.®
=
−
∑
(1. 4)
Trong đó: I - Dòng đin nghiên cu
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
7
ΣI
C.M.
- Tng các thành phn dòng đin phân cc
c.Phân loi và ng dng ca cht đin môi.
Cht đin môi đc chia làm 2 loi là cht đin môi th đng và cht đin môi tích cc.
- Cht đin môi th đng còn gi là vt liu cách đin và vt liu t đin. Bng 1.1 gii
thiu mt s cht đin môi thông dng và đc tính ca chúng.
- Cht đin môi tích cc là các vt liu có th điu khin đc nh:
+ V đin trng có gm, thu tinh,..
+ V c hc có cht áp đin nh thch anh áp đin
+ V ánh sáng có cht hunh quang
+ Electric hay cái châm đin là vt cht có kh nng gi đc s phân cc ln và lâu dài.
Bng 1.1. Gii thiu đc tính ca mt s cht đin môi th đng thông dng
Vt liu E
đ.t.
KV/mm
tg
(
Ω
.m)
T
trng
KG/m
3
ng dng
Mi ca
50 ÷ 200 6 ÷ 8
0,0004 10
15
2,8.10
3
T đin,
cách đin
S
15 ÷ 30 6,3÷7,5
3.10
14
Giá đ, t
đin..
Gm làm t 12÷900
1700÷4500
0,002÷0,025
0,0006
4.10
3
T cao tn,
t tn thp..
Nha tng
hp
10 ÷ 40 4 ÷ 4,6 0,05 ÷ 0,12
1,2.10
3
Cách đin
Bìa cáchđin
9 ÷ 12 3 ÷ 4
0,15 1,6.10
3
Cách đin
Giy 30
3 ÷ 4
T đin,
cách đin
La
8 ÷ 60 3,8 ÷ 4,5 0,04 ÷ 0,08
1,5.10
3
Cách đin
Sáp
20 ÷ 35 2,8 ÷ 2,9
Tm chng
m
Paraphin
20 ÷ 30 2,2 ÷ 2,3 0,0003÷
0,0007.
10
16
Tm chng
m
Nha thông
10 ÷15
3,5 0,01 Làm sch
mi hàn
Polime
15 ÷20 2,3 ÷ 2,4 1.10
-4
÷5
.
10
-4
10
15
÷10
17
0,9.10
3
Cách đin
cao tn
Cao su
20÷30 3÷7 0,02÷0.1
10
15
1,6.10
3
V dây dn
Du t đin 20 2,2
0,002÷0.005
T đin,
cáp đin
1.4.2. Cht dn đin
a.nh ngha.
Cht dn đin là vt liu có đ dn đin cao. in tr sut ca cht dn đin nm trong
khong 10
-8
÷ 10
-5
Ωm. Trong t nhiên cht dn đin có th là cht rn, cht lng hoc cht
khí.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
8
b. Các tính cht ca cht dn đin.
- in tr sut:
S
R [ .m], [ .mm], [ .m]
l
ρ= Ω Ω μΩ
(1. 5)
trong đó: S - tit din ngang ca dây dn [mm
2
; m
2
]
l - chiu dài dây dn [mm; m]
R - tr s đin tr ca dây dn [Ω]
in tr sut ca cht dn đin nm trong khong t:
ρ = 0,016 μΩ.m (ca bc Ag) đn
ρ= 10 μΩ.m (ca hp kim st - crôm - nhôm)
- H s nhit ca đin tr sut (
α
):
H s nhit ca đin tr sut biu th s thay đi ca đin tr sut khi nhit đ thay đi
1
0
C. Khi nhit đ tng thì đin tr sut cng tng lên theo quy lut:
t0
(1 t)ρ=ρ +α (1. 6)
trong đó: ρ
t
- đin tr sut nhit đ t (
0
C)
ρ
0
- đin tr sut nhit đ 0
0
C
α - h s nhit ca đin tr sut [K
-1
]
cho kim loi nguyên cht thì h s nhit ca chúng hu nh đu bng nhau và bng:
α= 1/ 273,15 K
-1
= 0,004 K
-1
.
- H s dn nhit : λ
Lng nhit truyn qua din tích b mt S trong thi gian t là:
T
QSt
l
Δ
=λ
Δ
(1. 7)
Trong đó:
λ - là h s dn nhit [w/ (m.K)].
ΔT/Δl - là gradien nhit đ (ΔT là lng chênh lch nhit đ hai đim cách nhau mt
khong là Δl)
S - là din tích b mt
t - là thi gian
- Công thoát ca đin t trong kim loi:
Nng lng cn thit cp thêm cho đin t đ nó thoát ra khi b mt kim loi đc gi
là công thoát ca kim loi. E
W
- in th tip xúc:
Nghiên cu hai cht kim loi tip xúc vi nhau nh tip xúc C trong hình 1- 2.
A B
1
2
C
Hình 1- 3 : Hai kim loi có tip xúc C.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
9
Hiu đin th tip xúc gia hai kim loi này đc xác đnh là s chênh lch th nng E
AB
gia đim A và B và đc tính theo công thc:
E
AB
= E
W2
- E
W1
(1. 8)
Tng ng vi th nng E
AB
(đo bng eV) ta có đin th tip xúc (đo bng Vôn), ký hiu
là V
AB
và có tr s bng E
AB
.
Nu kim loi 1 và 2 ging nhau, đin th tip xúc gia chúng bng 0. Nu hai kim loi
khác nhau thì kim loi nào có công thoát thp hn tr thành đin tích dng và kim loi có
công thoát cao hn s tr thành đin tích âm.
b. Mt s loi vt liu dn đin thng dùng.
Cht dn đin đc chia làm 2 loi là cht dn đin có đin tr sut thp và cht dn đin
có đin tr sut cao.
- Cht dn đin có đin tr sut thp:
Cht dn đin có đin tr sut thp (hay đ dn đin cao) thng dùng làm vt liu dn
đin. Bng 1.2 gii thiu mt s cht dn đin có đin tr sut thp và tham s ca chúng.
Bng 1.2. Cht dn đin có đin tr sut thp và các tính cht đin.
Vt liu
ρ
( .m)
α
(K
-1
)
t
n.c.
(
0
C)
T trng
(10
3
Kg/ m
3
)
ng dng
Bc (Ag) 0,0165 0,0038 960 10,8 M công tc, bn cc,
ng dn sóng…
ng đ (Cu) 0,0175 0,0043 1080 8,96 Dây dn, chân cc
linh kin, ng dn
sóng…
Hp kim đng
0,030÷0,06
0,002 900 lá tip xúc,dây đin
thoi, dây đin tr…
Nhôm (Al) 0,0267 0,0045 660 2,7 Dây dn, đin cc, v
t…
Thic (Sn) 0,115 0,0042 230 7,3 hàn
Chì (Pb) 0,21 0,004 330 11,4 Cu chì, v cáp, acqui
axit.
Vonfram (W) 0,055 2500 19,31 Si nung, công tc,
đin cc…
Moliden (Mo) 0,057 1500 10.2 Si nung, công tc,
đin cc…
Niken (Ni) 0,078 1450 8,9 Si nung, công tc,
đin cc…
Vàng (Au) 0,024 19,31 Dây dn cao tn, chân
vi mch, ng dn
sóng…chng n mòn
Bch kim (Pt) 0,105 Tip đim, cht dn
đin, đng h đo
đin...
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
10
- Cht dn đin có đin tr sut cao:
Các hp kim có đin tr sut cao dùng đ ch to các dng c đo đin, các đin tr, bin
tr, các dây may so, các thit b nung nóng bng đin.
Bng 1.3. Mt s hp kim thông thng và tính cht đin ca chúng.
Vt liu
ρ
( .m)
α
(K
-1
)
t
nc
(
0
C) t
trng
(10
3
Kg/ m
3
)
ng dng
Manganhin
0,42 ÷ 0,48
0,00005 1200 8,4 in tr mu, dng
c đo đin
Constantan
0,48 ÷ 0,52
0,00005 1270 8,9 Bin tr, si đt
Nicrôm
1 ÷ 1,2
0,00015 1400 8,2 Si nung, m hàn,
bp đin, bàn là…
Cacbon (C)
0,28 ÷ 3,5
0,00004 1400 in tr, cht bôi
trn, micrôphôn…
1.4.3. Cht bán dn
a. nh ngha và đc đim ca cht bán dn.
Cht bán dn là vt cht có đin tr sut nm gia tr s đin tr sut ca cht dn đin
và cht đin môi khi nhit đ phòng: ρ = 10
-4
÷ 10
7
Ω.m
Trong k thut đin t ch s dng mt s cht bán dn có cu trúc đn tinh th, quan
trng nht là hai nguyên t Gecmani và Silic. Thông thng Gecmani và Silic đc dùng làm
cht chính, còn các cht nh Bo, Indi (nhóm 3), phôtpho, Asen (nhóm 5) làm tp cht cho các
vt liu bán dn chính. c đim ca cu trúc mng tinh th này là đ dn đin ca nó rt nh
khi nhit đ thp và nó s tng theo ly tha vi s tng ca nhit đ và tng gp bi khi có
trn thêm tp cht.
b. Cht bán dn nguyên tính.
Cht bán dn mà mi nút ca mng tinh th ca nó ch có nguyên t ca mt loi
nguyên t thì cht đó gi là cht bán dn nguyên tính (hay cht bán dn thun) và đc ký hiu
bng ch s i (Intrinsic).
- Ht ti đin trong cht bán dn thun:
Ht ti đin trong cht bán dn là các đin t t do trong vùng dn và các l trng trong
vùng hóa tr
Xét cu trúc ca tinh th Gecmani hoc Silic biu din trong không gian hai chiu nh
trong hình (1- 3): Gecmani (Ge) và Silic (Si) đu có 4 đin t hóa tr lp ngoài cùng. Trong
mng tinh th mi nguyên t Ge (hoc Si) s góp 4 đin t hóa tr ca mình vào liên kt cng
hóa tr vi 4 đin t hóa tr ca 4 nguyên t k cn đ sao cho mi nguyên t đu có hóa tr 4.
Ht nhân bên trong ca nguyên t Ge (hoc Si) mang đin tích +4. Nh vy các đin t hóa tr
trong liên kt cng hóa tr s có liên kt rt cht ch vi ht nhân. Do vy, mc dù có sn 4
đin t hóa tr nhng tinh th bán dn có đ dn đin thp. nhit đ 0
0
K, cu trúc lý tng
nh hình (1- 3) là gn đúng và tinh th bán dn nh là mt cht cách đin.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
11
Tuy nhiên, nhit đ trong phòng mt s liên kt cng hóa tr b phá v do nhit làm cho
cht bán dn có th dn đin. Hin tng này mô t trong hình 1- 4. đây, mt s đin t bt
ra khi liên kt cng hóa tr ca mình và tr thành đin t t do. Nng lng E
G
cn thit đ
phá v liên kt cng hóa tr khong 0,72eV cho Ge và 1,1eV cho Si nhit đ trong phòng.
Ch thiu 1 đin t trong liên kt cng hóa tr đc gi là l trng. L trng mang đin tích
dng và có cùng đ ln vi đin tích ca đin t. iu quan trng là l trng có th dn đin
nh đin t t do.
Trong cht bán dn nguyên tính, s lng các l trng đúng bng s lng các đin t t
do.
p
i
= n
i
p
i
- nng đ ht dn l trng trong bán dn nguyên tính
n
i
- nng đ ht dn đin t trong bán dn nguyên tính
Tip tc tng nhit đ thì tng đôi đin t - l trng mi s xut hin, ngc li khi có
hin tng tái hp s mt đi tng đôi đin t- l trng.
- dn đin ca cht bán dn:
Mt đ dòng đin qua cht bán dn J s là:
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Hình 1- 3 : Cu trúc tinh th Ge biu din trong không gian hai chiu
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
in t
t do
L
trng
Hình 1- 4 : Tinh th Gecmani vi liên kt cng hóa tr b phá v
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
12
( )
EqEpnJ
pn
σμμ
=+= .. (1. 9)
Trong đó: n- là nng đ đin t t do (đin tích âm)
p- là nng đ l trng (đin tích dng)
σ- là đ dn đin
μ
n -
đ linh đng ca đin t
μ
p
.- đ linh đng ca l trng
Do đó đ dn đin:
( )
qpn
pn
μμσ
+= (1. 10)
Bng 1. 4 : Các đc tính ca Ge và Si
Các đc tính Ge Si
S nguyên t-------------------------------------------
Nguyên t lng---------------------------------------
T trng (g/cm
3
)---------------------------------------
Hng s đin môi--------------------------------------
S nguyên t/cm
3
-------------------------------------
E
G0
,eV, 0
0
K (nng lng vùng cm)--------------
E
G
, eV, 300
0
K --------------------------------------
n
i
300
0
K , cm
-3
(nng đ ht dn đin t) -------
in tr sut nguyên tính 300
0
K [Ω.cm] -------
μ
n
, cm
2
/ V-sec ---------------------------------------
μ
p
,cm
2
/ V-sec ---------------------------------------
D
n
, cm
2
/ sec = μ
n
.V
T
--------------------------------
D
p
, cm
2
/ sec = μ
p
.V
T
-------------------------------
32
72,6
5,32
16
4,4.10
22
0,785
0,72
2,5.10
13
45
3800
1800
99
47
14
28,1
2,33
12
5,0.10
22
1,21
1,1
1,5.10
10
230
1300
500
34
13
Khi tng nhit đ, mt đ các đôi đin t - l trng tng và do đó đ dn đin tng. Cho
nên, nng đ đin t ni ca bán dn nguyên tính s thay đi theo nhit đ trong quan h:
G0
E/KT
23
i0
nATe
−
= (1. 11)
Trong đó: A
0
- là hng s đo bng A/(m
2
.
0
K
2
)
E
G0
- là đ rng vùng cm 0
0
K
μ
n
, μ
p
và nhiu đi lng vt lý quan trng ca Gecmani và Silic cho bng
(1.4). dn đin ca Gecmani hoc Silic đc tính theo công thc (1-11) s tng xp x 6%
hoc 8% khi nhit đ tng 1
0
C (tng ng).
b. Cht bán dn tp loi N (cht bán dn tp loi cho).
Ta thêm mt ít tp cht là nguyên t thuc nhóm 5 ca bng tun hoàn Menđêlêép (thí d
Antimon - Sb) vào cht bán dn Gecmani (Ge) hoc Silic (Si) nguyên cht. Các nguyên t tp
cht (Sb) s thay th mt s các nguyên t ca Ge (hoc Si) trong mng tinh th và nó s đa 4
đin t trong 5 đin t hóa tr ca mình tham gia vào liên kt cng hóa tr vi 4 nguyên t Ge
(hoc Si) bên cnh, còn đin t th 5 s
tha ra nên liên kt ca nó trong mng tinh th là rt
yu, xem hình (1-5) . Mun gii phóng đin t th 5 này thành đin t t do ta ch cn cp mt
nng lng rt nh khong 0,01eV cho gecmani hoc 0,05eV cho silic. Các tp cht hóa tr 5
đc gi là tp cht cho đin t (Donor) hay tp cht N.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
13
Hình 1- 5 : Mng tinh th Ge có thêm tp cht
Sb hóa tr 5 (mng tinh th ca gecmani loi N)
Hình 1- 6 : th vùng nng
lng ca bán dn Ge loi N
Mc nng lng mà đin t th 5 chim đóng là mc nng lng cho phép đc hình
thành khong cách rt nh di di dn và gi là
mc cho, xem hình (1-6). Và do đó, nhit
đ trong phòng, hu ht các đin t th 5 ca tp cht cho s nhy lên di dn, nhng trong di
hóa tr không xut hin thêm l trng. Các nguyên t tp cht cho đin t tr thành các ion
dng c đnh.
cht bán dn tp loi N: nng đ ht dn đin t (n
n
) nhiu hn nhiu nng đ l trng
p
n
và đin t đc gi là ht dn đa s, l trng đc gi là ht dn thiu s.
n
n
>> p
n
trong đó: n
n
- là nng đ ht dn đin t trong bán dn tp loi N
p
n
- là nng đ ht dn l trng trong bán dn tp loi N
c. Cht bán dn tp loi P (cht bán dn tp loi nhn).
Khi ta đa mt ít tp cht là nguyên t thuc nhóm 3 ca bng tun hoàn Menđêlêép (thí
d Indi - In) vào cht bán dn nguyên tính Gecmani (hoc Silic). Nguyên t tp cht s đa 3
đin t hóa tr ca mình to liên kt cng hóa tr vi 3 nguyên t Gecmani (hoc Silic) bên
cnh còn mi liên kt th 4 đ trng. Trng thái này đc mô t hình (1- 7). in t ca mi
liên kt gn đ
ó có th nhy sang đ hoàn chnh mi liên kt th 4 còn đ d. Nguyên t tp
cht va nhn thêm đin t s tr thành ion âm và ngc li nguyên t cht chính va có 1
đin t chuyn đi s to ra mt l trng trong di hóa tr ca nó.
Các tp cht có hóa tr 3 đc gi là tp cht nhn đin t (Acceptor) hay t
p cht loi P.
Mc nng lng đ trng ca tp cht trong cht bán dn chính s to ra mt mc nng
lng cho phép riêng nm bên trên di hóa tr gi là
mc nhn, (xem hình 1- 8)
+4
+4
+4
+4
+5
+4
+4
+4
+4
Ge
Ge
Ge
Ge
Sb
Ge
Ge
Ge
Ge
e
5
E
E
C
E
D
E
V
Vùng dn
Vùng hoá tr
Mc cho
0,01
eV
E
G
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
14
Hình 1- 7 : Mng tinh th gecmani vi mt
nguyên t In hóa tr 3
Hình 1- 8 : Biu đ vùng nng
lng ca bán dn loi P
Nu tng nng đ tp cht nhn thì nng đ ca các l trng tng lên trong di hóa tr,
nhng nng đ đin t t do trong di dn không tng. Vy cht bán dn loi này có l trng là
ht dn đa s và đin t là ht dn thi
u s và nó đc gi là cht bán dn tp loi P.
P
P
>> N
P
trong đó: P
P
- nng đ ht dn l trng trong bán dn P
N
P
- nng đ ht dn đin t trong bán dn P
Kt lun: Qua đây ta thy, s pha thêm tp cht vào bán dn nguyên tính không nhng
ch tng đ dn đin, mà còn to ra mt cht dn đin có bn cht dn đin khác hn nhau:
trong bán dn tp loi N đin t là ht dn đin chính, còn trong bán dn tp loi P, l
trng li
là ht dn đin chính.
d. Mt đ đin tích trong cht bán dn.
Quan h gia nng đ ht dn đin t n và nng đ ht dn l trng p trong cht bán dn
theo công thc gi là lut khi lng tích cc nh sau:
n.p = n
i
2
(1. 12)
Gi N
D
là nng đ các nguyên t cht cho và chúng đu b ion hóa. Do đó mt đ tng
các đin tích dng s là N
D
+ p.
Tng t, N
A
là nng đ các ion nhn và tng mt đ đin tích âm s là N
A
+ n.
Do tính trung hòa v đin trong cht bán dn thì mt đ các đin tích dng bng mt đ
các đin tích âm, nên ta có:
DA
NpNn+= + (1. 13)
Xét mt vt liu bán dn loi N thì s có N
A
= 0. S lng đin t trong bán dn N ln
hn nhiu so vi s l trng, khi đó công thc (1.13) đn gin còn:
D
nN
≈ (1. 14)
Nh vy, trong bán dn N nng đ đin t t do xp x bng mt đ các nguyên t tp
cht cho. Do đó công thc (1.14) đc vit:
nD
nN= (1. 15)
Nng đ l trng trong bán dn N đc vit theo công thc (1.12) ta có:
E
E
C
E
D
E
V
Vùn
g dn
Vùng hoá tr
Mc nhn
0,01
eV
E
G
+4
+4
+4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
Ge
Ge
Ge
Ge
In
Ge
Ge
Ge
Ge
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
15
22
ii
n
nD
nn
p
nN
==
(1. 16)
và n
n
>> p
n
Tng t, đi vi bán dn tp loi P ta có:
2
i
pA p
A
n
pNvn
N
µ==
(1. 17)
và p
p
>> n
p
e. Dòng đin trong cht bán dn.
Trong cht bán dn có 2 thành phn dòng đin là dòng đin khuch tán và dòng đin trôi.
- Dòng đin khuch tán:
S tn ti gradient nng đ ht dn (dP/dx, dn/dx) s dn đn hin tng khuch tán ca
các ht dn t ni có nng đ cao v ni có nng đ thp và to ra dòng đin khuch tán trong
cht bán dn.
Hin tng khuch tán các l
trng to nên mt đ dòng đin l trng J
P
[ampe/m
2
] đc
tính theo công thc sau:
PP
dP
Jq.D
dx
=−
(1. 18)
trong đó: D
P
[m
2
/sec] - là h s khuch tán ca l trng.
Tng t, công thc tính mt đ dòng đin đin t khuch tán là:
dx
dn
D.qJ
nn
=
(1. 19)
trong đó: D
n
- là h s khuch tán ca đin t.
C hai hin tng khuch tán và dch chuyn (hin tng trôi) đu là các hin tng
nhit đng hc thng kê, D và μ không đc lp, chúng quan h vi nhau theo công thc:
Pn
T
Pn
DD
V==
μμ
(1. 20)
Trong đó
T
KT T
V
q 11600
==
gi là đin th nhit.
Ti nhit đ phòng (300
0
K) thì μ = 39D. Trong đó, giá tr D cho silic và gecmani cho
bng 1-4.
Mt đ dòng đin khuch tán là: J
k.t.
= J
p
+ J
n
- Dòng đin trôi:
Dòng đin trôi là dòng chuyn đng ca các ht dn di tác dng ca đin trng :
J = σ.E = q(nμ
n
+ pμ
p
).E (1. 21)
f. c đim ca vt liu bán dn quang.
Cht bán dn đc dùng đ to ngun ánh sáng hu ht đu có vùng cm tái hp trc
tip. Trong cht bán dn các đin t và l trng có th tái hp trc tip vi nhau qua vùng cm
mà không cn mt ht th 3 nào đ bo toàn xung lng. Ch trong các vt liu có vùng cm
trc tip hin tng tái hp bc x mi có hiu sut cao đ t
o ra mt mc đ phát x quang
thích hp. Mc dù không có mt đn tinh th bán dn nào có vùng cm tái hp trc tip, nhng
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
16
các hp cht ca các cht thuc nhóm III và nhóm V có th cho ta vt liu có vùng cm tái hp
trc tip. ây là các vt liu đc to nên t s liên kt ca các nguyên t nhóm III (nh Al,
Ga, hoc In) và các nguyên t nhóm V (nh P, As, hoc Sb). S liên kt ba và bn thành phn
khác nhau ca các hp cht đôi ca các nguyên t này cng là các vt liu rt thích hp cho các
ngun ánh sáng.
làm vic ph t 800
÷ 900nm, vt liu đc s dng thng là hp kim 3 thành
phn Al
X
GaAs. T l x ca nhôm (Al) và galium asenic (GaAs) xác đnh đ rng vùng cm ca
cht bán dn và, tng ng, xác đnh bc sóng đnh ca phát x bc x đnh. iu này mô t
trong hình (1- 9).
Giá tr x đ cho vùng hot đng ca vt liu đc la chn thng xuyên đt đc bc
sóng là 800nm đn 850nm. các bc sóng dài hn thì cht 4 thành phn In
1-X
Ga
X
As
Y
P
1-Y
là
mt trong các vt liu c bn đc s dng. Bng s thay đi t lng phân t gam x và y
trong vùng hot đng, các đit phát quang (LED) có th to ra công sut đnh bc sóng bt
k gia 1,0 và 1,7μm. đn gin ký hiu GaAlAs và InGaAsP mt cách tng quát khi không
cn nói rõ giá tr x và y cng nh các ký hiu khác nh AlGaAs; (AlGa)As; (GaAl)As;
GaInPAs; và In
X
Ga
1-X
As
Y
P
1-Y
.
Các cht GaAlAs và InGaAsP thng đc chn đ to cht bán dn s dng trong các
linh kin ngun sáng vì nó có th phù hp vi các tham s mng tinh th ca giao din cu trúc
d th bng vic s dng mt liên kt chính xác các vt liu 2, 3, và 4 thành phn. Các yu t
này nh hng trc tip đ
n hiu sut bc x và tui th ca ngun sáng. Quan h c hc
lng t gia nng lng E và tn s ν(f):
hc
Eh=ν=
λ
Bc sóng phát x đnh λ đo bng μm có th biu din nh mt hàm ca nng lng
vùng cm E
G
đo bng eV theo công thc:
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
λ (μm)
0,6
0,7
0,8
0,9
E
G
(eV
“Trc tip”
“Gián tip”
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
T lng Al : x
Al
X
Ga
1-X
As
Hình 1- 9 : B rng vùng cm và bc sóng bc x ra là hàm ca t lng
phân t gam ca Al cho cht Al
X
Ga
1-X
As nhit đ phòng.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
17
G
1, 24
(m)
E
λμ =
(1.22)
1.5 VT LIU T
1.5.1 nh ngha.
Vt liu t là vt liu khi đt vào trong mt t trng thì nó b nhim t.
Quá trình nhim t ca các vt liu st t di tác dng ca t trng ngoài dn đn s
tng ngun nhim t và quay các vect mômen t theo hng ca t trng ngoài
1.5.2 Các tính cht đc trng cho vt liu t.
a. T tr và t thm:
Ging nh đin tr ca mt dây dn, mch t cng có t tr Rm. T tr là mt đi lng
đánh giá s ngn cn vic lp nên t thông ca mt mch t. T tr đc tính theo công thc
sau:
m
1l
R.
S
=
μ
(1. 23)
trong đó: l - là đ dài ca mch t
S - là tit din ca mch t
μ - là đ t thm ca vt liu trong mch t
S nghch đo ca μ tng ng vi đin tr sut ρ trong mch đin. Vy 1/μ là t tr
sut ca 1m
3
vt liu t.
t thm là s nghch đo ca t tr
mm
1l
RSF
Φ
μ= = (1. 24)
trong đó : μ là đ t thm ca vt liu t
F
m
là lc t đng và Φ là t thông.
Thay các giá tr ca R
m
và F
m
và thay công thc tính mt đ t thông (đ cm ng t)
SB /Φ= (1. 25)
ta có công thc tính đ t thm:
B
[H/ m]
H
μ=
(1. 26)
Vy đ t thm là t s gia cm ng t B và cng đ t trng H và có đn v đo bng
Henry/met [H/m], trong đó H đo bng Ampe/met.
t thm ca không gian t do μ
0
:
7
0
4.10 [H/m]
−
μ=π
b. t thm tng đi (μ
r
):
S gia tng t thông tng hp là đ cm ng t B khi cho st hoc thép vào mt mch
đin đc tính là đ t thm tng đi μ
r
và công thc (1-61) đc vit li thành:
r0
B
.
H
μμ =
(1. 27)
Trong trng hp ca không khí và các vt liu không t tính khác thì μ
r
= 1.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
18
Tu theo tng loi st hoc thép mà μ
r
= 400 ÷ 2500
Hình (1- 10) mô t s thay đi ca đ cm ng t B khi cng đ t trng H thay đi
trên các mu là mch st t khép kín và đng cong t thm ca thép lá. ng t hóa có th
đc dùng đ xác đnh đ cm ng t B đi vi mt giá tr cng đ t tr
ng đã cho. T đó,
đ t thm tng đi ca mi mu có th đc tính và v trên đ th đng t hóa này.
ng đt nét trong hình (1-10) mô t đ t thm tng đi μ
r
ca thép lá. t thm
tng đi không phi là đi lng không đi, nó ph thuc vào cng đ t trng H. i vi
thép lá đ t thm cc đi đt đc cng đ t trng xp x 250A/m.
c. ng cong t hóa:
c trng cho tính cht ca vt liu t ta có đng cong t hóa B = f (H) biu th mi
quan h gia đ cm ng t B và cng đ t trng H (xem hình 1- 11).
Khi đ cm ng t B và cng đ t trng H trong cun dây thay đi vi s gia là ΔB
và ΔH thì s gia ca đ t thm ΔB / ΔH s tr nên quan trng.
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (10
3
H/A/m)
Thép lá
Thép tm
Gang
μ
r
(Thép lá)
B (T)
μ
r
2500
2000
1500
1000
500
Hình 1- 10 : ng cong t hóa ca gang, thép lá, thép
đúc tm và đng cong t thm ca thép lá.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
19
iu cn bit đây là ta mun đt đc mt giá tr đ t thm ln nht khi đ cm ng
t B cc đi vi cng đ t trng H có th nh nht. Mt quan h quan trng khác là các giá
tr thay đi ca B và H trong hình (1- 11). nghiêng ca đng cong t hóa ti m
t đim bt
k đc gi là gia lng t thm Δμ.
Δμ =ΔB/ΔH
gia t thm quan trng trong ng dng mà đó yêu cu s thay đi rt nh ca
cng đ t trng H và s thay đi ln ca cm ng t B.
•
Hin tng tr: Hình (1- 12)
ng cong t hóa biu th quan h gia đ cm ng t B và cng đ t trng H ca
vt liu t khi ta đt nó trong t trng.
Nh biu th trong hình ta có:
B
s
- cm ng t bão hòa
B
d
- cm ng t d
H
c
- lc kháng t
ng cong 0-a-b-c xy ra khi vt liu t ban đu là không b nhim t và cng đ t
trng tng t 0 lên. Khi ta gim cng đ t trng t H
max
xung đn 0 thì vt liu t vn
còn gi li mt s t thông. cm ng t còn li trong vt liu t đã nhim t khi cng đ
t trng gim xung đn 0 gi là đ cm ng t d (đon o-d): (B
d
).
gim đ cm ng t d đn 0, ta cn cung cp mt cng đ t trng âm. Cng đ
t trng cn thit (o-e) đ gim đ cm ng t d đn 0 đc gi là lc kháng t (H
C
). Khi
tip tc tng giá tr ngc ca cng đ t trng H, thì đ cm ng t B cng tng theo chiu
âm đn giá tr bão hòa, ta có đng cong t hóa mi (đon e-f). Mt ln na, cng đ t
trng ngc li gim đn 0 thì đ cm ng t cng gim đn giá tr cm ng t d (đo
n o-g).
Và đ gim đ cm ng t đn 0, ta li phi tng cng đ t trng theo chiu dng đn tr
s H
C
(đon o-h) và đây cng chính là lc kháng t. Tip tc tng cng đ t trng theo
chiu dng ta đc đon "h-c" ca đ th. Nh vy, đ th B/H có dng mt vòng khép kín.
Vòng này đi xng vi đ ln +B
max
= -B
max
, và +H
max
= -H
max
.
Vòng t tr chng minh rng, mt ít nng lng đc hp th vào trong vt liu t đ
ΔH
ΔB
ΔB
a
ΔH
b
ΔB
c
ΔH
H
B
0
Hình 1- 11 : t thm là t s ca B/H.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
20
thng lc ma sát và làm thay đi s sp xp thng hàng ca các đomen t. Nng lng này là
nguyên nhân làm nóng lõi cun dây, và nó chính là nng lng lãng phí. Din tích ph kín
vòng t tr t l thun vi nng lng hao phí này. Hình (1- 13) biu din 3 vòng t tr tiêu
biu cho 3 loi vt liu st t.
Vòng t tr hình (1- 13a) là ca st m
m. Vòng t tr hình (1- 13b) mô t vòng t tr tiêu
biu ca cht thép cng, và din tích ca nó ln là nguyên nhân dn đn tn tht ca lõi ln.
Tuy nhiên, vì đ cm ng t d ca cht thép cng ln nên nó rt thun li cho nam châm vnh
cu.
Vòng t tr hình (1- 13c) là ca Ferit. ây là mt lõi ceramic đc làm t oxit st. Vòng
t tr có hình dng nh vy s có tn th
t tr ln. c tính đ cm ng B đt ti tr s cm ng
t d không đi trong mt hng này cho phép s dng Ferit làm các b nh t.
•
Dòng đin xoáy trong lõi st t:
Nh ta đã bit, mt t trng thay đi s cm ng mt sc đin đng trong mt dây dn
đt trong t trng đó. Do vy, mt lõi st t đt trong mt cun dây s cm ng mt sc đin
đng và to ra mt dòng đin lu thông trong lõi st t đc gi là dòng
đin xoáy. Dòng đin
xoáy làm nóng lõi st t và nó gi vai trò quan trng trong tng tn tht ca cun dây. hn
ch dòng đin xoáy, lõi st t làm vic vi dòng đin xoay chiu luôn đc ch to t các lá
mng. B mt ca các lá mng này đc quét vecni hoc mt lp sn cách đin mng lên c
hai mt đ tng đin tr
ca chúng đi vi dòng đin xoáy. Bng cách này các tn tht do dòng
đin xoáy không còn đáng k.
+B
+B
b.
B
d
+H
max
-H
max
-
H
(A/m)
H
C
e
f
g
0
a
b
h
c
Hình 1- 12 : Vòng t tr (Khi cng đ t trng gim t H
max
đn 0, đ cm ng
t còn d li. Nu H đi hng thì cm ng t d cng đi hng)
.
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
21
1.5.3 Phân loi và ng dng ca vt liu t.
Da vào vòng t tr ngi ta chia vt liu t làm 2 loi:
-
Vt liu t mm có đ t thm cao và lc kháng t nh (H
c
nh và μ ln).
-
Vt liu t cng có đ t thm nh và lc kháng t cao (H
c
ln và μ nh).
a. Vt liu t mm:
• Vt liu t mm dùng tn s thp:
Vt liu t mm làm vic tn s thp thng đc dùng rng rãi là st, hp kim st -
silic, st - niken, lá thép k thut đin... đ làm lõi bin áp, nam châm đin.
Hin nay hp kim st t dùng rng rãi nht là st- silic. St- niken có đ t thm cao hn.
Vt liu st dùng trong các cun dây và bi
n áp thng dng tm mng.
Mt cách khác, hp kim st t đc to thành bng cách nung dính mt hn hp bt km
nguyên cht, sau đó đc cán ngui và . Khi cán ngui, nh tác đng sp xp li trc tinh th
nên tính cht t theo hng cán là tt nht và đc gi là vt liu t có đnh hng. gim
đ tiêu hao do các dòng đin xoáy trong lõi bin áp ng
i ta dùng vt liu t có đin tr sut
cao. thay đi tính cht t và đin tr sut ca vt liu st t ta phi thay đi t l thành phn
hp kim. Các tính cht ca vt liu t thng cho di dng các đng cong t hóa và các
đng cong đ t thm. d t hóa ca mt vt liu t đ
c đo bng đ t thm. Vi st-
silic có đ t thm cc đi khong 7500H/m, còn st -niken khong 60000H/m. Các khong
tn s làm vic ca các vt liu t thông dng nh biu din trong hình (1- 14).
Hình 1- 13: Hình dng ca mt s vòng t tr ca các vt liu
+B
+H
H
C
0
B
d
+B
H
max
H
C
0
B
d
+B
+H
0
a/
b/
c/
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
22
•
Vt liu t mm dùng tn s cao:
(thng tn s vài trm đn vài ngàn KHz).
+ Ferit là vt liu t đc dùng rng rãi nht tn s cao.
Ferit là vt liu t có đ t thm cao, tn tht nh. Ferit là hp cht ôxit st 3 (Fe
2
O
3
) kt
hp vi các ôxit km loi hóa tr mt hoc hai (ZnO; Zn
2
O). Nguyên vt liu sau x lý đc
nghin thành bt mn, trn li và ép đnh hình theo khuôn thành dng thanh hay ng, sau đó
đc thiêu nhit đ cao trong môi trng thích hp, ây là quá trình gia công nhit đc bit
đ hp cht cho đin tr sut cao.
Ferit có nhiu loi nhng thông dng nht là Ferit-Mangan- Km và Ferit -Niken- Km.
Ferit có đc đim là đin dn sut thp, đ t thm ban đ
u cao và giá tr cm ng t bão
hòa thích hp. Ferit đc dùng trong các cun dây, có h s phm cht cao, các bin áp có di
thông tn rng, các cun dây trung tn, thanh anten, các cun làm lch tia đin t, các bin áp
xung, v.v..
Ferit mangan km (MnZn ferit) đc ch to thành nhiu loi khác nhau tu theo ng
dng vi nhng cun dây có h s phm cht cao (Q cao) trong khong tn s t 1 đn
500KHz, có loi tn tht nh
, có h s nhit ca đ t thm thp và đ n đnh cao. Dùng trong
truyn hình có loi thích hp làm vic vi đin cm ng t cao; cng có loi có đ t thm
thích hp vi các bin áp thông tin di rng và các bin áp xung.
Ferit niken km (NiZn ferit) cng có nhiu loi có thành phn oxit niken và oxit km
khác nhau, đng thi chúng đu có đin tr sut cao.
+ Pecmaloi có đ t th
m cao (có th ti hàng trm ngàn H/m).
Pecmaloi là hp kim gm có 50% ÷ 80% là Niken, 18% ÷ 18,5% là Fe còn li là
Mangan, Crôm, ng, Silic và còn li là Moliden.
Pecmaloi thng đc dát mng. Chúng thng đc dùng làm bin áp Micrô, đu t,
bin áp kích thc nh, cht lng cao. Nhc đim ca Pecmaloi rt d v, d bin dng nên
Hình 1- 14 : Khong tn s làm vic ca ca các vt liu t thông dng
f(Hz)
1 10 10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
đc
đc
16 mile
5 mile
2 mile
1 mile
TSHD, Ni (công sut, xung)
TSHD
, Ni (công sut, xung)
TSHD
(âm tn, tn tht nh)
TSHD
, Ni (công sut)
TS.Ni
(âm tn)
TS
(công sut)
Lõi st b
i (Q cao)
Ferit man
gan (Q cao, xung)
B dày
CÊu kiÖn ®iÖn Gii thiu chung và vt liu đin t
23
cn thn khi s dng và gia công ch to.
b. Vt liu t cng:
Theo ng dng chia vt liu t cng thành 2 loi:
-
Vt liu đ ch to nam châm vnh cu.
-
Vt liu t đ ghi âm, ghi hình, gi âm thanh, v.v..
Theo công ngh ch to, chia vt liu t cng thành:
-
Hp kim thép đc tôi thành Martenxit là vt liu đn gin và r nht đ ch to nam
châm vnh cu.
-
Hp kim lá t cng.
-
Nam châm t bt.
-
Ferit t cng: Ferit Bari (BaO.6Fe
2
O
3
) đ ch to nam châm dùng tn s cao.
-
Bng, si kim loi và không kim loi dùng đ ghi âm thanh.
•
c đim ca nam châm vnh cu là:
Nng lng t cc đi bao quanh không gian xung quanh cht st t đc tính bng Oat
(W):
dd
d
B.H
W
2
=
(1. 28)
nh vy, nng lng bao quanh không gian cht st t đc tính theo công thc:
B.H
W
2
=
Nam châm trong trng thái khép kín s không truyn nng lng ra không gian xung
quanh. Khi tn ti 1 khe không khí gia các cc thì s xut hin s truyn nng lng vào
không gian xung quanh, tr s ca nó ph thuc nhiu vào chiu dài khe không khí.
Các đc tính ca nam châm vnh cu là các đi lng:
-
Lc kháng t H
C
.
-
cm ng t d B
d
.
-
Nng lng cc đi bao quanh không gian quanh cht st t W
d
.
-
t thm ca vt liu t cng nh hn ca vt liu t mm và vi s tng ca H
C
thì đ t thm gim.
i lng H.B/ 2 t l vi nng lng cc đi ca t trng bao quanh cht st t.
1.4.5. Thch anh áp đin (SiO
2
)
Thch anh là tinh th Si0
2
t nhiên không màu, trong sut, thng gi là pha lê t nhiên;
hoc thch anh màu (thch anh khói, thch anh tím). Tinh th thch anh áp đin có th đc gia
công bng phng pháp nhân to, khi đó các tính cht ca nó gn ging nh các tính cht ca
các tinh th t nhiên.
Thch anh áp đin thng đc dùng làm các b dao đng thch anh có tn s dao đng
rt n đnh.
B cng hng thch anh: B m
t ca các tm thch anh đc mài bng bt mn và trên
chúng đc đt các đin cc bng kim loi to ra b cng hng thch anh.
Ký hiu và mch tng đng:
