HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG MÔN
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ &
QUANG ĐIỆN TỬ
Giảng viên:
ThS. Trần Thục Linh
Điện thoại/E-mail:
0914932955/thuclinh_dt@yahoo.com
Bộ môn:
Kỹ thuật điện tử - Khoa Kỹ thuật điện tử 1
Học kỳ/Năm biên soạn: 2/2009
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Nội dung môn học
(cid:153) Chương 1- Giới thiệu chung (cid:153) Chương 2- Cấu kiện thụ động (cid:153) Chương 3- Vật lý bán dẫn (cid:153) Chương 4- Diode (Điốt) (cid:153) Chương 5- BJT (Transistor lưỡng cực) (cid:153) Chương 6- FET (Transistor hiệu ứng trường) (cid:153) Chương 7- Thyristors: SCR – Triac – Diac - UJT (cid:153) Chương 8- Cấu kiện quang điện tử
www.ptit.edu.vn Trang 2 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Tài liệu học tập
(cid:153) Tài liệu chính:
(cid:131) Slide bài giảng (cid:131) Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử, Đỗ Mạnh Hà,
Học viện CNBCVT, 2009-2010
(cid:153) Tài liệu tham khảo:
(cid:131) Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition,
Robert Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall International, Inc, 2006.
(cid:131) Linh kiện bán dẫn và vi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005 (cid:131) Giáo trình Cấu kiện điện tử và quang điện tử, Trần Thị Cầm,
Học viện CNBCVT, 2002
www.ptit.edu.vn Trang 3 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Yêu cầu môn học
(cid:153) Sinh viên phải đọc trước các slide bài giảng trước khi lên lớp (cid:153) Tích cực trả lời và đặt câu hỏi trên lớp hoặc qua email của GV (cid:153) Làm bài tập thường xuyên, nộp vở bài tập bất cứ khi nào Giảng
viên yêu cầu
(cid:153) Tự thực hành theo yêu cầu với các phần mềm EDA (cid:153) Điểm môn học:
Kiểm tra :
- Câu hỏi ngắn - Bài tập
Thi kết thúc:
- Lý thuyết: + Trắc nghiệm + Câu hỏi ngắn
(cid:131) Chuyên cần : 10 % (cid:131) Kiểm tra giữa kỳ: 10 % (cid:131) Thí nghiệm : 10 % (cid:131) Thi kết thúc : 70 %
- Bài tập
www.ptit.edu.vn Trang 4 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Chương 1- Giới thiệu chung
1. Giới thiệu chung về cấu kiện điện tử
2. Phân loại cấu kiện điện tử
3. Giới thiệu về vật liệu điện tử
4. Giới thiệu các phần mềm EDA hỗ trợ môn học
www.ptit.edu.vn Trang 5 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
1. Giới thiệu chung về Cấu kiện điện tử
(cid:153) Cấu kiện điện tử là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử (cid:153) Cấu kiện ĐT ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nổi bật nhất là ứng dụng trong lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT (cid:153) Cấu kiện ĐT rất phong phú, nhiều chủng loại đa dạng (cid:153) Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor,…)
(cid:153) Xu thế các cấu kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày
càng cao, tính năng mạnh, tốc độ lớn…
www.ptit.edu.vn Trang 6 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Vi mạch và ứng dụng (cid:153) Processors
(cid:131) CPU, DSP, Controllers
(cid:153) Memory chips
(cid:131) RAM, ROM, EEPROM
(cid:153) Analog
(cid:131) Thông tin di động, xử lý audio/video
(cid:153) Programmable (cid:131) PLA, FPGA
(cid:153) Embedded systems
(cid:131) Thiết bị ô tô, nhà máy (cid:131) Network cards
(cid:153) System-on-chip (SoC)
Ảnh: amazon.com
www.ptit.edu.vn Trang 7 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Ứng dụng của linh kiện điện tử
Chips…
Sand…
Chips on Silicon wafers
www.ptit.edu.vn Trang 8 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (1)
(cid:153) Các cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) có thể tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống (Walkman, TV, ôtô, máy giặt, máy điều hoà, máy tính,…). Những thiết bị này có chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn
(cid:153) PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này (cid:153) Nhân tố chính đem lại sự phát triển thành công của nền công nghiệp máy tính là việc thông qua các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo được các transistor với kích thước ngày càng nhỏ → giảm giá thành và công suất
(cid:153) Bài học khám phá các đặc tính bên trong của thiết bị bán dẫn → SV hiểu được mối quan hệ giữa cấu tạo hình học và các tham số của vật liệu; hiểu được các đặc tính về điện của chúng
www.ptit.edu.vn Trang 9 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (2)
Audion (Triode) 1906, Lee De Forest
(cid:153) 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) (cid:153) 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming
Diode”)
(cid:153) 1906 Lee de Forest (“Triode”)
Vacuum tube devices continued to evolve
(cid:153) 1940 Russel Ohl (PN junction) (cid:153) 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) (cid:153) 1952 Geoffrey W. A. Dummer (IC concept) (cid:153) 1954 First commercial silicon transistor (cid:153) 1955 First field effect transistor - FET
First point contact transistor (germanium) 1947, John Bardeen and Walter Brattain Bell Laboratories
www.ptit.edu.vn Trang 10 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lịch sử phát triển công nghệ (3)
(cid:153) 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) (cid:153) 1959 Planar technology invented (cid:153) 1960 First MOSFET fabricated (cid:131) At Bell Labs by Kahng (cid:153) 1961 First commercial ICs
(cid:131) Fairchild and Texas Instruments
1958
First integrated circuit (germanium), 1958 Jack S. Kilby, Texas Instruments
(cid:153) 1962 TTL invented (cid:153) 1963 First PMOS IC produced by RCA (cid:153) 1963 CMOS invented
(cid:131) Frank Wanlass at Fairchild
Semiconductor
Contained five components, three types: Transistors, resistors and capacitors
(cid:131) U. S. patent # 3,356,858
www.ptit.edu.vn Trang 11 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Đặc điểm phát triển của mạch tích hợp (IC)
(cid:153) Tỷ lệ giá thành/tính năng của IC giảm 25% –30% mỗi
năm.
(cid:153) Số chức năng, tốc độ, hiệu suất cho mỗi IC tăng:
(cid:131) Kích thước wafer hợp tăng (cid:131) Mật độ tích hợp tăng nhanh
www.ptit.edu.vn Trang 12 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Định luật MOORE
www.ptit.edu.vn Trang 13 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2. Phân loại cấu kiện điện tử
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu
2.3 Phân loại theo ứng dụng
www.ptit.edu.vn Trang 14 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
(cid:153) Linh kiện hoạt động trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI
(cid:153) Linh kiện hoạt động trên nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá năng lượng quang điện như pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử
(cid:153) Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bức xạ, sinh học và các chủng loại IC thông minh dựa trên cơ sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo sensor
(cid:153) Linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện tử, Transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử, …
www.ptit.edu.vn Trang 15 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu
www.ptit.edu.vn Trang 16 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
2.3 Phân loại theo ứng dụng
(cid:153) Linh kiện thụ động: R,L,C…
(cid:153) Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET…
(cid:153) Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý…
(cid:153) Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
(cid:153) Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
www.ptit.edu.vn Trang 17 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
3. Giới thiệu về vật liệu điện tử
3.1. Chất cách điện
3.2. Chất dẫn điện
3.3. Vật liệu từ
3.4. Chất bán dẫn (Chương 3)
www.ptit.edu.vn Trang 18 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Cơ sở vật lý của vật liệu điện tử
(cid:153) Lý thuyết vật lý chất rắn
(cid:153) Lý thuyết vật lý cơ học lượng tử
(cid:153) Lý thuyết dải năng lượng của chất rắn
(cid:153) Lý thuyết vật lý bán dẫn
www.ptit.edu.vn Trang 19 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lý thuyết vật lý chất rắn
(cid:153) Vật liệu để chế tạo phần lớn các linh kiện điện từ là loại vật liệu
tinh thể rắn
(cid:153) Cấu trúc đơn tinh thể: trong tinh thể rắn nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự nhất định, chỉ cần biết vị trí và một vài đặc tính của một số ít nguyên tử ta có thể đoán vị trí và bản chất hóa học của tất cả các nguyên tử trong mẫu
(cid:153) Ở một số vật liệu người ta nhận thấy rằng các sắp xếp chính xác của các nguyên tử chỉ tồn tại chính xác tại cỡ vài nghìn nguyên tử. Những miền có trật tự như vậy được ngăn cách bởi bờ biên và dọc theo bờ biên này không có trật tự - cấu trúc đa tinh thể
(cid:153) Tính chất tuần hoàn của tinh thể có ảnh hưởng quyết định đến
các tính chất điện của vật liệu
www.ptit.edu.vn Trang 20 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Lý thuyết vật lý cơ học lượng tử
(cid:153) Trong cấu trúc nguyên tử, điện tử chỉ có thể nằm trên các mức năng lượng gián đoạn nhất định nào đó - các mức năng lượng nguyên tử
(cid:153) Nguyên lý Pauli: mỗi điện tử phải nằm trên một mức năng
lượng khác nhau
(cid:153) Một mức năng lượng được đặc trưng bởi một bộ 4 số lượng tử:
(cid:131) n – số lượng tử chính: 1, 2, 3, 4…. (cid:131) l – số lượng tử quỹ đạo: 0, 1, 2, (n-1) {s, p, d, f, g, h…} (cid:131) ml– số lượng tử từ: 0, ±1, ±2, ±3…, ±l (cid:131) ms– số lượng tử spin: ±1/2
(cid:153) n, l tăng thì mức năng lượng của nguyên tử tăng, e- được sắp
xếp ở lớp, phân lớp có năng lượng nhỏ trước
www.ptit.edu.vn Trang 21 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Sự hình thành vùng năng lượng (1)
(cid:153) Để tạo thành vật liệu giả sử có N nguyên tử giống nhau ở xa vô tận
tiến lại gần liên kết với nhau: (cid:131) Nếu các NT cách xa nhau đến mức có thể coi chúng là hoàn toàn độc lập với nhau thì vị trí của các mức năng lượng của chúng là hoàn toàn trùng nhau (một mức trùng chập)
(cid:131) Khi các NT tiến lại gần nhau đến khoảng cách cỡ Ao thì chúng bắt đầu tương tác với nhau → không thể coi chúng là độc lập nữa. Kết quả là các mức năng lượng nguyên tử không còn trùng chập nữa mà tách ra thành các mức năng lượng rời rạc khác nhau. VD: mức 1s sẽ tạo thành 2N mức năng lượng khác nhau
(cid:153) Nếu số lượng các NT rất lớn và gần nhau thì các mức năng lượng rời rạc đó rất gần nhau và tạo thành một vùng năng lượng gần như liên tục
(cid:153) Sự tách một mức năng lượng NT ra thành vùng năng lượng rộng hay hẹp phụ thuộc vào sự tương tác giữa các điện tử thuộc các NT khác nhau với nhau
www.ptit.edu.vn Trang 22 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Sự hình thành vùng năng lượng (2)
C
6
1s22s22p2
Si
14
1s22s22p63s23p2
Ge
32
1s22s22p63s23p63d104s24p2
Sn
50
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2
(Si)
www.ptit.edu.vn Trang 23 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Sự hình thành vùng năng lượng (3)
(cid:153) Các vùng năng lượng cho phép xen kẽ nhau, giữa chúng là
vùng cấm
(cid:153) Các điện tử trong chất rắn sẽ điền đầy vào các mức năng
lượng trong các vùng cho phép từ thấp đến cao
(cid:153) Xét trên lớp ngoài cùng:
(cid:131) Vùng năng lượng đã được điền đầy các điện tử hóa trị -
“Vùng hóa trị”
(cid:131) Vùng năng lượng trống hoặc chưa điền đầy trên vùng hóa
trị - “Vùng dẫn”
(cid:131) Vùng không cho phép giữa Vùng hóa trị và Vùng dẫn -
“Vùng cấm”
(cid:153)Tùy theo sự phân bố của các vùng mà tinh thể rắn có tính chất điện khác nhau: Chất cách điện, Chất dẫn điện, Chất bán dẫn
www.ptit.edu.vn Trang 24 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Cấu trúc vùng năng lượng của vật chất
E
E
E
Vùng dẫn Điện tử
EC
EC
EV
Vùng dẫn
EG > 2 eV
EG < 2 eV
EV
Lỗ trống
EC
EG = 0
EV
Vùng hoá trị
Vùng hoá trị
a- Chất cách điện; b - Chất bán dẫn; c- Chất dẫn điện
(cid:131) Độ dẫn điện của của vật chất cũng tăng theo nhiệt độ (cid:131) Chất bán dẫn: sự mất 1 điện tử trong vùng hóa trị sẽ hình thành một lỗ trống (cid:131) Cấu trúc vùng năng lượng của kim loại không có vùng cấm, dưới tác dụng
của điện trường ngoài các e- tự do có thể nhận năng lượng và di chuyển lên các trạng thái cao hơn, sự di chuyển này tạo nên dòng điện
www.ptit.edu.vn Trang 25 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Các loại vật liệu điện tử
(cid:131) Chất cách điện (chất điện môi)
(cid:131) Chất dẫn điện
(cid:131) Vật liệu từ
(cid:131) Chất bán dẫn (Chương 3)
www.ptit.edu.vn Trang 26 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
3.1 CHẤT CÁCH ĐIỆN (CHẤT ĐIỆN MÔI)
a. Định nghĩa (cid:153) Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao (107 ÷ 1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường. Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ
(cid:153) Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện
b. Các tính chất của chất điện môi
b.1 Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi - ε) b.2 Độ tổn hao điện môi (Pa) b.3 Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t) b.4 Nhiệt độ chịu đựng b.5 Dòng điện trong chất điện môi (I) b.6 Điện trở cách điện của chất điện môi
www.ptit.edu.vn Trang 27 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b.1 Hằng số điện môi
d
ε=
(kh«ng thø nguyªn)
C C
0
(cid:153) Cd : điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi (cid:153) C0 : điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi là chân không hoặc không khí (cid:153) ε biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi. Chất điện môi dùng làm tụ điện cần có hằng số điện môi (ε) lớn, còn chất điện môi dùng làm chất dẫn điện có ε nhỏ
www.ptit.edu.vn Trang 28 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b.2 Độ tổn hao điện môi (Pa) (cid:153) là công suất điện tổn hao để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong
điện trường, được xác định thông qua dòng điện rò.
ω
=
δ
2 aP U Ctg
(cid:153) Trong đó:
U là điện áp đặt lên tụ điện (V) C là điện dung của tụ điện dùng chất điện môi (F) ω là tần số góc (rad/s) tgδ là góc tổn hao điện môi
(cid:153) Nếu tổn hao điện môi trong tụ điện cơ bản là do điện trở của các bản
cực, dây dẫn và tiếp giáp (vd: lớp bạc mỏng trong tụ mi ca và tụ gốm) thì tổn hao điện môi sẽ tăng tỉ lệ với bình phương của tần số:
Pa = U2ω2C2R (cid:153) Thực tế, các tụ điện làm việc ở tần số cao cần phải có các bản cực, dây dẫn và tiếp giáp được tráng bạc để giảm điện trở của chúng
www.ptit.edu.vn Trang 29 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b3. Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
(cid:153) Đặt một chất điện môi vào trong một điện trường, khi tăng cường độ điện trường lên quá một giá trị giới hạn thì chất điện môi đó mất khả năng cách điện → hiện tượng đánh thủng chất điện môi
(cid:153) Cường độ điện trường tương ứng với điểm đánh thủng gọi là
E
[KV / mm; KV / cm]
®.t
độ bền về điện của chất điện môi đó (Eđ.t) U = ®.t d Uđ.t - điện áp đánh thủng chất điện môi d - độ dày của chất điện môi
(cid:153) Hiện tượng đánh thủng chất điện môi có thể do nhiệt, do điện
và do quá trình điện hóa
www.ptit.edu.vn Trang 30 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b5. Dòng điện trong chất điện môi (I)
(cid:153) Dòng điện chuyển dịch IC.M (dòng điện cảm ứng):
được tạo ra do quá trình chuyển dịch phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng
(cid:153) Dòng điện rò Irò : được tạo ra do các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển động dưới tác động của điện trường
(cid:153) Nếu dòng rò lớn sẽ làm mất tính chất cách điện của chất điện
môi
(cid:153) Dòng điện tổng qua chất điện môi sẽ là: I = IC.M + Irò (cid:153) Sau khi quá trình phân cực kết thúc thì qua chất điện môi chỉ
còn dòng điện rò
www.ptit.edu.vn Trang 31 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Phân loại và ứng dụng của chất điện môi
(cid:153) Chất điện môi thụ động (vật liệu cách điện và vật liệu tụ điện): là các vật chất được dùng làm chất cách điện và làm chất điện môi trong các tụ điện như mi ca, gốm, thuỷ tinh, pôlyme tuyến tính, cao su, sơn, giấy, bột tổng hợp, keo dính,...
(cid:153) Chất điện môi tích cực là các vật liệu có ε có thể điều khiển
được bằng:
(cid:131) Điện trường (VD: gốm, thuỷ tinh,..)
(cid:131) Cơ học (chất áp điện như thạch anh)
(cid:131) Ánh sáng (chất huỳnh quang)
(cid:131) …
www.ptit.edu.vn Trang 32 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
3.2 CHẤT DẪN ĐIỆN
a. Định nghĩa (cid:153) là vật liệu có độ dẫn điện cao. Trị số điện trở suất của nó (khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm) nhỏ hơn so với các loại vật liệu khác (cid:153) Trong tự nhiên chất dẫn điện có thể là chất rắn – kim loại, chất lỏng – kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân hoặc chất khí ở điện trường cao
b. Các tính chất của chất dẫn điện
b.1 Điện trở suất b.2 Hệ số nhiệt của điện trở suất (α) b.3 Hệ số dẫn nhiệt : λ b.4 Công thoát của điện tử trong kim loại b.5 Điện thế tiếp xúc
www.ptit.edu.vn Trang 33 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b.1 Điện trở suất
(cid:153) Điện trở của vật liệu trong một đơn vị thiết diện và chiều dài:
R
[
.m] , [
.mm] , [
.m]
ρ =
Ω
Ω
μΩ
S l
b.2 Hệ số nhiệt của điện trở suất (α)
(cid:153) biểu thị sự thay đổi của điện trở suất khi nhiệt độ thay đổi 100C. Khi
nhiệt độ tăng thì điện trở suất cũng tăng lên theo quy luật:
t)
ρ = ρ
+ α
t
0(1 b.3 Hệ số dẫn nhiệt : λ [w/ (m.K)]
(cid:153) là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời
gian khi gradien nhiệt độ bằng đơn vị
Q
St
= λ
T Δ l Δ
www.ptit.edu.vn Trang 34 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
b.4 Công thoát của điện tử trong kim loại: (cid:153) Công thoát của kim loại biểu thị năng lượng tối thiểu cần
cung cấp cho điện tử đang chuyển động nhanh nhất ở 00K để điện tử này có thể thoát ra khỏi bề mặt kim loại. EW = EB - EF
b.5 Điện thế tiếp xúc (cid:153) Sự chênh lệch thế năng EAB giữa điểm A và B được tính
A B
theo công thức:
VAB= EAB = EW2 - EW1
2
1
C
www.ptit.edu.vn Trang 35 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Phân loại và ứng dụng của chất dẫn điện
(cid:153) Chất dẫn điện có điện trở suất thấp – Ag, Cu, Al, Sn, Pb… và một số hợp kim: thường dùng làm vật liệu dẫn điện
(cid:153) Chất dẫn điện có điện trở suất cao - Hợp kim Manganin, Constantan, Niken-Crôm, Cacbon: thường dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện, các điện trở, biến trở, các dây may so, các thiết bị nung nóng bằng điện
www.ptit.edu.vn Trang 36 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
3.3 VẬT LIỆU TỪ
a. Định nghĩa
(cid:153) Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì
nó bị nhiễm từ
b. Các tính chất đặc trưng cho vật liệu từ
b.1 Từ trở và từ thẩm
b.2 Độ từ thẩm tương đối (μr) b.3 Đường cong từ hóa
www.ptit.edu.vn Trang 37 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
Phân loại và ứng dụng của vật liệu từ (cid:153) Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao và lực kháng từ nhỏ (μ lớn và Hc
nhỏ) để làm lõi biến áp, nam châm điện, lõi cuộn cảm… (cid:153) Vật liệu từ cứng có độ từ thẩm nhỏ và lực kháng từ cao (cid:153)Theo ứng dụng thì vật liệu từ cứng có 2 loại: - Vật liệu để chế tạo nam châm vĩnh cửu. - Vật liệu từ để ghi âm, ghi hình, giữ âm thanh, v.v..
(cid:153) Theo công nghệ chế tạo thì chia vật liệu từ cứng thành:
- Hợp kim thép được tôi thành Martenxit (là vật liệu đơn giản và rẻ nhất để chế tạo nam châm vĩnh cửu) - Hợp kim lá từ cứng - Nam châm từ bột - Ferit từ cứng: Ferit Bari (BaO.6Fe2O3) để chế tạo nam châm dùng ở tần số cao - Băng, sợi kim loại và không kim loại dùng để ghi âm thanh
www.ptit.edu.vn Trang 38 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ
4. Các phần mềm EDA hỗ trợ môn học (cid:153) OrCAD: Phân tích, mô phỏng cấu kiện và mạch điện tử dùng Pspice.
Cài đặt các tool sau:
+ OrCAD Capture CIS + OrCAD Capture CIS Option + PSpice A/D + PSpice Optimizer + PSpice Advanced Analysis + SPECCTRA 6U for OrCAD
(Hướng dẫn sử dụng Pspice: Tutorial on Pspice (McGill), Pspice Tutorial
(UIUC), CircuitMaker User Manual …)
(cid:153) Multisim (R 7)-Electronic Workbench, Circuit Maker, Proteus … (cid:153) TINA 7 (cid:153) (Sinh viên nên sử dụng Tina/ Circuit Maker/ OrCAD (R 9.2) để thực
hành phân tích, mô phỏng cấu kiện và mạch điện tử ở nhà)
www.ptit.edu.vn Trang 39 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1
