Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Lại Nguyễn Duy

Chia sẻ: Trần Văn Tân | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

234
lượt xem 78
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chương 2: Các linh kiện bán dẫn thuộc bài giảng Kỹ thuật điện tử trình bày về chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện, chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu, diode bán dẫn, transistor 2 cực tính (BJT – Bipolar Junction Transistor), transistor trường (FET: Field Effect Transistor), mạng tinh thể và liên kết hóa trị, chuyển động trôi và khuếch tán hạt dẫn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Lại Nguyễn Duy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Lại Nguyễn Duy Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Email: lainguyenduy@hcmutrans.edu.vn 30/07/14 1
1. Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện. 2. Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu. 3. Diode bán dẫn. 4. Transistor 2 cực tính (BJT – Bipolar Junction Transistor). 5. Transistor trường (FET: Field Effect Transistor). 30/07/14 2
Phần 1: Chất bán dẫn và cơ chế dẫn điện 1. Mạng tinh thể và liên kết hoá trị. 2. Điện tử tự do và lỗ trống – bán dẫn loại i. 3. Bán dẫn loại N và bán dẫn loại P. 4. Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 3
Mạng tinh thể và liên kết hoá trị Si hay Ge có 4 điện tử hoá trị. Cần liên kết ->có 8 điện tử, và trở thành bền vững ->bán dẫn thuần khiết – bán dẫn loại i Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 4
Điện tử tự do và lỗ trống Năng lượng Vùng dẫn e- Vùng hóa trị Khe năng lượng Không có e- Vùng 2 Vùng 1 Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 5
Điện tử tự do và lỗ trống Năng lượng Vùng dẫn e- Vùng hóa trị Lỗ trống Năng lượng to Vùng 2 Vùng 1 Giản đồ năng lượng Điện tử và lỗ trống được gọi là hạt dẫn Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 6
Dòng e và lỗ trống e- Lỗ trống Dòng lỗ Dòng e- trống V Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 7
Chất bán dẫn, chất dẫn và chất cách điện Năng Năng Năng lượng Vùng dẫn lượng lượng Khe năng Vùng dẫn lượng Khe năng lượng Vùng Vùng hóa trị Vùng dẫn Vùng hóa trị hóa trị Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện 8
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện * Bán dẫn loại N - Được tạo nên bằng cách pha chất bán dẫn tinh khiết với As (đối với Ge) hoặc P (đối với Si). - As/P có 5 điện tử ở lớp ngoài cùng. Điện tử thứ 5 liên kết yếu hơn với các nguyên tử xung quanh và hạt nhân nên dễ trở thành hạt dẫn tự do. Nguyên tử tạp chất lúc này thành ion dương. - Khi có điện trường, các hạt dẫn sẽ chuyển động có hướng tạo thành dòng điện. Tạp chất nhóm 5 cung cấp điện tử cho chất bán dẫn ban đầu nên được gọi là tạp chất cho. - Trong chất bán dẫn loại N, ne > pe, 9 điện tử là hạt dẫn đa số và lỗ trống là
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Chất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn điện * Bán dẫn loại P - Được tạo nên bằng cách pha chất bán dẫn tinh khiết với In (đối với Ge) hoặc B (đối với Si). - B/In có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng. Khi tham gia liên kết với các nguyên tử khác, liên kết thứ 4 bị bỏ hở. Khi có kích thích 1 trong những điện tử ở các mối liên kết hoàn chỉnh sẽ đến thế chỗ vào liên kết nói trên. Nguyên tử tạp chất lúc này thành ion âm và lỗ trống xuất hiện. - Khi có điện trường, các hạt dẫn sẽ chuyển động có hướng tạo thành dòng điện. Tạp chất nhóm 3 tiếp nhận điện tử từ chất bán dẫn ban đầu nên được gọi là tạp chất nhận. - Trong chất bán dẫn loại P, pe > ne, lỗ trống 30/07/14 10 là hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu
Chuyển động trôi và khuếch tán của hạt dẫn * Chuyển động trôi Chuyển động của hạt dẫn trong mạng tinh thể chất rắn dưới tác dụng của điện trường gọi là chuyển động trôi. Chuyển động trôi tạo thành dòng điện trôi. * Chuyển động khuếch tán - Dòng chuyển động khuếch tán xảy ra khi có sự phân bố không đều đồng nồng độ hạt dẫn trong một kh ối thể tích, khuếch tán từ nơi có nồng độ cao –thấp. Dòng điện do chuyển động có hướng này gây ra được gọi là dòng điện khuếch tán. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 1: Ch ất bán d ẫn và c ơ ch ế d ẫn 11 điện
Phần 2: Chuyển tiếp P – N và đặc tính chỉnh lưu 1. Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng. 2. Chuyển tiếp P – N khi có điện áp ngoài & Đặc tính chỉnh lưu. 3. Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp P – N (đọc giáo trình). Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu 12
Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng - Trước tiếp xúc, mỗi khối bán dẫn cân bằng về điện tích. - Khi tiếp xúc, do chênh lệch nồng đồ nên lỗ trống khuếch tán từ P sang N, điện tử khuếch tán N -> P. - Trên đường khuếch tán, các hạt dẫn trái dấu tái hợp làm tại bề mặt ranh giới, nồng độ hạt giảm rất thấp: bên P chỉ còn lại các ion âm, N còn lại các ion dương. Xuât hiện hiệu điện thế và điện trường tiếp xúc. Vùng hẹp gọi là vùng nghèo. - Do tác dụng của điện trường tiếp xúc nên lỗ trống từ N chạy sang P và điện tử từ P chạy sang N tạo thành dòng điện trôi, ngược chiều với dòng khuếch tán. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu 13
Chuyển tiếp P – N ở trạng thái cân bằng (tt) - Nồng độ hạt dẫn đa số trong 2 khối càng chênh lệch thì hiện tượng khuếch tán và tái hợp càng nhiều => điện trường tiếp xúc càng tăng nên dòng điện trôi cũng tăng. Sau 1 thời gian dòng khuếch tán và dòng trôi cân bằng nhau, triệt tiêu nhau và dòng qua mặt ranh giới bằng 0. Chuyển tiếp P – N đạt trạng thái cân bằng. - Ứng với trạng thái cân bằng thì hiệu điện thế tiếp xúc giữa P và N có giá trị nhất định. Thông t hường là 0.3 V đối với Ge và 0.7V đối với Si. Hiệu điện thế này ngăn không cho hạt dẫn tiếp tục chuyển động qua mặt ranh giới, duy trì trạng thái cân bằng gọi là “hàng rào điện thế”. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu 14
Chuyển tiếp P – N khi phân cực nghịch - Giả thiết điện trở chất bán dẫn ở vùng trung hoà là không đáng kể. Khi đó điện áp V gần như đặt toàn bộ lên vùng nghèo, chồng lên hiệu điện thế tiếp xúc. Tình trạng cân bằng không còn. Điện trường E do V gây ra cùng chiều Etx làm hạt dẫn đa số của 2 bán dẫn xa khỏi mặt ranh giới đi về 2 phía. => Vùng nghèo bị mở rộng và điện trở vùng nghèo tăng. - Hàng rào điện thế trở thành V + Vtx khiến dòng khuếch tán của hạt dẫn đa số giảm rất nhỏ còn dòng trôi của hạt dẫn tăng theo V. Nhưng nồng độ hạt dẫn thiểu số rất nhỏ nên trị số dòng này rất thấp. Nó nhanh chóng đạt trạng thái bão hoà khi V còn rất thấp. Dòng điện qua chuyển tiếp P – N rất bé và mang dấu âm I = -Is. Is là dòng ngược bão hoà. Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu 15
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu Chuyển tiếp P – N khi phân cực thuận - Trong trường hợp này hàng rào điện thế chỉ còn Vtx – V nên hạt dẫn đa số của 2 bán dẫn sẽ tràn qua hàng rào sang miền đối diện . Tình trạng thiếu hạt dẫn bị giảm bớt nên bề dày vùng nghèo bị thu hẹp và điện trở vùng nghèo giảm. Dòng khuếch tán tăng nhanh theo V còn dòng điện trôi giảm theo V. Dòng điện trôi rất bé và coi nh ư không đổi. Dòng qua chuyển tiếp P – N lúc này là dòng điên thuận và lớn h ơn rất nhiều so với dòng điện ngược. - Khi V càng tăng, bề dày vùng nghèo càng giảm và hàng rào thế càng giảm. Khi V = Vtx thì dòng thuận vô cùng lớn, phá hỏng miền 16 tiếp xúc. Đây là hiện tượng cần tránh.
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 2: Chuy ển ti ếp P – N và đ ặc tính ch ỉnh l ưu Đặc tính chỉnh lưu - Chuyển tiếp P – N là bộ phận quan trọng nhất của 2 bán dẫn khác loại. Khi phân cực thuận, vùng nghèo nhỏ, điện trở thấp và dòng điện lớn và tăng nhanh theo điện áp. Khi phân cực ngược, điện trở rất lớn, dòng rất nhỏ và hâu như không thay đổi theo V. - Khi có điện áp xoay chiều đặt vào thì nó chủ yếu dẫn điện theo 1 chiều. Đó là đặc tính chỉnh lưu. 17
Phần 3: Diode bán dẫn 1. Diode chỉnh lưu. 2. Diode zener. 3. Diode biến dung (đọc giáo trình). 4. Diode tunnel (đọc giáo trình). 18
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán d ẫn DIODE CHỈNH LƯU •Cấu tạo: A+ K- P N 19 Lôùp Tieáp Giaùp P-N
Chương 2: Các linh kiện bán dẫn – Phần 3: Diode bán d ẫn DIODE CHỈNH LƯU Vaïch maøu traéng Kyù hieäu vaø hình daùng (Cöïc aâm) D + A K 20