BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ế ớ ặ

ự ố t ượ c

ạ ỉ ố

Ắ   Ạ Ố BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N ế 3.1 L p ti p giáp p­n 3.2 Đ c tuy n i­v 3.3 Mô hình toán h c cho đi ố ậ t: thu n­ng 3.4 Phân c c đi ự ố ượ t phân c c ng 3.5 Đi c ế ớ ệ 3.6 Đi n dung l p ti p giáp p­n ố ả t c n schottky 3.7 Đi ố 3.8 Phân tích m ch đi t ư ạ 3.9 Các m ch ch nh l u đi 3.10 Các đi

t ặ ờ   t quang, phát quang, pin m t tr i

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

1

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Ố ầ ử ạ

ệ ử ầ

Ắ ượ

Ạ BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N  m ch đi n t Ph n t

đ u tiên đ ể c tìm hi u là đi ố ớ   t l p

ế ắ ạ ti p giáp pn tr ng thái r n.

ố ế ị ự ề ứ ọ ỳ Đi ạ t là lo i thi ụ   t b  c c k  quan tr ng có nhi u  ng d ng

ư ế ọ ồ ổ ỉ quan tr ng bao g m bi n đ i AC – DC (ch nh l u).

ố ớ ự ố Ngoài ra, đi ế t l p ti p giáp ơ ả   pn còn là kh i xây d ng c  b n

ế ị ạ ắ cho các thi t b  tr ng thái r n khác.

ượ ặ ố ề ệ ắ N m đ c đ c tính đi ế ể ể   t là đi u ki n tiên quy t đ  hi u

ượ ạ ộ ưỡ ườ đ ủ c ho t đ ng c a các tranzito l ự ng c c và tr ng mà

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

2

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ượ ử ụ ể ạ ế ạ ố chúng đ ạ   c s  d ng đ  t o m ch lôgic s  và khu ch đ i

ươ t ng t ự .

ế 3.1 L p ti p giáp p­n

ố ượ ạ ằ ớ ạ Đi c t o b ng cách b t đ u t t đ

ế ổ ộ ằ pha  ND và bi n đ i m t ph n sang ki u ấ   ắ ầ ừ ể n  v i t p ch t  ki u   ể p b ng cách thêm ầ

ạ ậ ấ các t p ch t nh n v i

ể ạ ớ NA > ND. ế ấ ậ i đó v t ch t bi n đ i t Đi m mà t ổ ừ ể n  sang  p  đ ki u cượ

ệ ế ớ ọ g i là l p ti p giáp luy n kim (junction).

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

3

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ượ ố ủ ự ọ ố ể n c g i là c c an t c a đi t, vùng ki u

Vùng ki u  ể p  đ ượ ọ ố ủ ố c g i là cat đ t c a đi t.

ố ế

Hình 3.1.1 đi

t ti p xúc pn

Hình 3.1.2 Ký hi uệ

ơ ả c  b n.

đi

tố .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

4

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ầ ớ   Hình 3.1.3 S  hình thành vùng tích đi n không gian g n l p

ti p ế giáp luy n kim.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

5

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

(SCR – Space Charge Region), ệ Vùng tích đi n không gian

ệ ự ể ạ ị ế b  h t các h t mang đi n t do, phát tri n trong vùng quanh

ệ ế ậ ượ ớ l p ti p xúc luy n kim. Do v y vùng này còn đ ọ c g i là

ạ ớ ạ vùng c n ki ệ , hay l p c n ki t ệ . t

ế

3.2 Đ c tuy n i­v

ố ộ ươ ượ ệ ử ủ ơ ọ ộ Đi t là m t đ ng l ng đi n t c a m t van c  h c – nó

ộ ướ ệ cho phép dòng đi n đi theo m t h ạ ng trong m ch và ngăn

ướ ệ dòng đi n theo h ng ng ượ ạ c l i.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

6

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ẽ ấ ượ ế ấ Chúng ta s  th y đ ề ứ   c tính phi tuy n này có r t nhi u  ng

ế ế ạ ệ ử ụ d ng trong thi t k  m ch đi n t .

ượ ệ ượ ể ẽ ể ể Đ  hi u đ c hi n t ố   ng này, chúng ta s  tìm hi u m i

ệ ữ ệ ố ệ ặ quan h  gi a dòng đi n qua đi t và đi n áp đ t trên nó.

ượ ọ ủ ố Thông tin này đ ặ c g i là đ c tuy n ế i­v c a đi t.

ặ ệ Đi n áp vD đ t trên các c c ự đi tố , iD là dòng qua đi tố .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

7

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Hình 3.2.1 Đi

t và đi n áp đ t lên nó.

ế ấ ủ ặ ọ ượ Các chi ti t quan tr ng nh t c a đ c tính i­v đ c th ể

ệ hi n trong hình 3. 2.2.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

8

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

9

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ồ ị ặ

ế

ố ớ

Hình 3.2.2 Đ  th  đ c tuy n i­v c a đi

ế t l p ti p giáp

pn.

ế Rõ ràng là nó không tuy n tính.

ỏ ơ ệ ớ ố V i đi n áp nh  h n không, đi ẫ   t hoàn toàn không d n

đi n.ệ

0

Di

@ ệ ệ ơ V i  ớ ẫ   ,  khi đi n áp tăng h n không, dòng đi n v n

ệ ế ằ ượ ỉ ầ g n b ng không cho đ n khi đi n áp vD v ấ t quá x p x  0.5

ế đ n 0.7V.

Ở ể ấ ệ  đi m này, dòng đi n tăng lên r t nhanh.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

10

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ặ ệ ể ườ Đi n áp đ t vào đi tố  đ  có dòng đi n qua th ng đ ượ   c

ệ ọ g i là tố . đi n áp m ệ ở ho c ặ đi n áp c t ắ , đóng c a ủ đi

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

11

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

12

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ạ ộ

Hình 3.2.3 Ho t đ ng c a đi

ố ầ ố ớ S = 10­15A và n =

t g n g c v i I

1.

ố ạ ủ Hình 3.2.3 là hình phóng đ i c a vùng quanh g c trong hình

3.2.2

ặ ấ ố ằ Chúng ta th y r ng  đ c tuy n ệ   ế i­v  đi qua g c, dòng đi n

ệ ằ b ng không khi đi n áp là không.

ự ế ế ệ ệ ằ N u đi n áp âm thì th c t dòng đi n không b ng không

ư ở ị ớ ạ ỏ ơ ệ nh ng giá tr  gi i h n là ­ IS khi đi n áp nh  h n – 0.1V.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

13

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ượ ệ IS  đ ọ c g i là dòng đi n bão hoà ng ượ , hay  dòng bão c

ố t. ủ hoà c a đi

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

14

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

3.3 Mô hình toán h c cho đi

ố t

ố ớ ệ

Hình 3.3.1 Đi

ặ D t v i đi n áp đ t v

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

15

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

=

ặ ế i­v c a ủ đi tố : Mô hình toán h cọ  cho đ c tuy n

I

I

i D

S

S

qv � � D � � nkT � �

� exp � �

� = 1 � �

� � v D � � nV � � T

� exp � �

� 1 � �

- - (3.3.1)

ượ ủ Trong IS = dòng bão hoà ng c c a diod (A)

ệ đó ặ vD = đi n áp đ t trên diod (V)

­19 C)

ệ q = đi n tích electron (1.60 × 10

­23  J/K, 8.622 ×

ố ằ

k  = H ng s  Boltzmann (1.38 × 10 10­5 eV/K)

ệ ộ ệ ố T = nhi t đ  tuy t đ i (K)

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

16

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ố ưở ướ n= h  s  không lý t ng (vô h ng)

ế ệ VT = kT/q = đi n th  nhi t (V)

2

ệ ườ Dòng bão hoà th ng trong kho ng ả : 10­18A ≤ IS ≤ 10­9A

in , trong

ể ấ ủ ố ỉ ệ ớ Có th  th y là dòng bão hoà c a đi t t  l v i

ậ ỗ ố ẫ     tr ng   trong   bán   d n

ạ ộ ộ ủ đó  ni  là   m t   đ   c a   electron   và   l ụ nguyên ch t. ấ IS ph  thu c m nh vào nhi ệ ộ t đ .

ệ ố ế ố Tham s  n là ớ ầ ưở . V i h u h t các h  s  không lý t ng

ừ ạ ế ế ặ ớ ố 1.0 đ n 1.1, m c dù nó đ t đ n 2 v i các đi t có đi

ừ ể ả ị t, ố n t ậ ộ m t đ  dòng cao. T  quan đi m này, chúng ta gi đ nh n = 1

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

17

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ả ế ươ ế n u không có gi thi t khác và ph ng trình đi ố ẽ ượ   c t s  đ

vi t làế

i

I

exp

1

D

S

v D V T

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.3.2) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

3.4 Phân c c đi

ậ t: thu n ­ ng

ượ c

ộ Gi ề V  = – 4VT  = –0.1V lên

ố cượ 3.4.1 Phân c c ự  ng ệ ả ử ặ  s  đ t đi n áp m t chi u   ư ậ vD = –0.1V. t, nh  v y đi

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

18

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ươ ị Thay giá tr  này vào ph ng trình 3. 3.2 s  có:ẽ

i

I

I

I

exp

1

exp(

1)4

D

S

S

S

v D V T

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.4.1) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ươ ỏ Ph ng trình trên b  qua exp( –4) do exp(–4) = 0.018.

ế ượ ớ ớ ệ V i đi n th  ng c l n h n ơ  4VT, có nghĩa là vD ≤ –4VT =

ỹ ừ ầ ỏ ơ ề ấ vD/VT) nh  h n 1 r t nhi u, nên

ẽ ấ ỉ ằ ộ ỏ –0.1V thì ph n lu  th a exp( tố  s  x p x  b ng – dòng đi ấ IS, m t dòng r t nh . Dòng IS đã

ượ ị đ c xác đ nh trong hình 3. 2.3.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

19

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ 3.4.2 Đi n th  phân c c b ng không

ế ườ ự ằ ư ặ ư ể M c dù d ớ   ng nh  nó không đáng k , nh ng nên nh  là

ủ ố ố ặ đ c tuy n ế i­v c a đi t đi qua g c.

ư ộ ệ ệ Khi đi n th ở ẽ

ặ ả ộ ộ ế vD  = 0, thì  iD  = 0. Nh  m t đi n tr , s ố ể ồ ạ ệ ph i có m t đi n áp đ t trên đi t đ  t n t i m t dòng khác

không.

ự ậ 3.4.3 Phân c c thu n

Gi s

ả ử vD ≥ + 4VT = + 0.1V, khi đó hàm mũ exp(vD/VT)  ơ ươ ề ẽ ở 3.2 s  tr  thành ấ ớ l n h n 1 r t nhi u, ph ng trình 3.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

20

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

=

I

I

exp

(3.4.2)

Di

S

S

� � v D � � V � � T

� � v D � � V � � T

� exp � �

� 1 � �

- @

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

21

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ớ ớ ệ t tăng theo s  mũ v i đi n áp vào v i đi n th ế

ả ớ ậ ượ ẽ ạ ướ ạ   i d ng i d c v  l

ố ố Dòng đi ơ ậ ớ VT. thu n l n h n kho ng 4 ệ ế i­v v i đi n áp thu n đ ặ Đ c tuy n  ư logarithm nh  trong hình 3. 4.1.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

22

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Hình 3.4.1 Đ c tuy n i­v c a

ủ đi

tố  theo thang chia

ế logarithm.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

23

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ng trình 3. ở ườ ầ ố ươ ễ ể ẳ Đ ng th ng bi u di n ph ơ ộ ườ ng h i cong,  G n g c có m t đ 4.2 v i ớ vD ≥ 4VT. ể ỏ   đó –1 không th  b

qua.

ỹ ừ ấ ọ

ậ Đ  d c c a đ  th  trong vùng lu  th a là r t quan tr ng. ệ   Ch  c n tăng đi n áp thu n thêm 60 mV là dòng đi n

ộ ố ủ ồ ị ệ ỉ ầ tăng 10 l n.ầ

ứ Đây là lý do mà dòng tăng g n nh  th ng  đ ng nh ư

ầ ệ ớ ư ẳ ở ệ trong hình 3.2.2 v i đi n áp trên đi n áp m .

ượ

t phân c c ng

c 3.5 Đi tố  th cự 3.5.1 Dòng bão hoà trong đi

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

24

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ự ế ượ ặ ỗ ố Th c t dòng bão hoà ng c là do các c p l tr ng –

ệ ạ ạ ệ electron do nhi t t o thành trong vùng c n ki t xung quanh

ậ ỉ ệ ớ ố ượ ặ ế ớ l p ti p xúc pn và do v y t  l v i s  l ng c p trong vùng

ệ ạ c n ki t.

ộ ộ ạ ệ ế ượ ệ Do đ  r ng vùng c n ki t tăng theo đi n th  ng

ượ ự ự ượ dòng ng c không th c s  bão hoà, dòng ng c, nên   ầ   c tăng d n

R

ế ượ ệ ầ d n khi đi n th  ng c tăng.

I

I

1

S

SO

v (cid:0)

j

(cid:0) (cid:0) (3.5.1)

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

25

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

=

f

ln

j

V T

ượ ệ vR: Đi n áp ng c.

N N A D 2 n i

� � �

� � �

ủ ớ ế ế ệ фj: Đi n th  trong c a l p ti p giáp,

ệ ố ằ Boltzmann VT  =   kT/q:  đi n   áp   nhi t

ệ ,  k:   H ng   s ệ ệ ố ệ ộ t đ  tuy t đ i, q: đi n tích electron

(8.62×10­5 eV/K), T: nhi (1.602×10­19 C)

ớ ượ ạ ớ ệ c, đ  r ng l p c n ki ổ ấ   t thay đ i r t ít

ệ V i đi n áp ng ớ ệ ộ ộ ậ và IS = ISO v i đi n áp thu n.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

26

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ượ ệ ườ ẽ 3.5.2 Đánh thủng ệ Khi đi n áp ng c tăng, đi n tr ng s  tăng lên, đi ố ẽ  t s

đi vào vùng đánh th ngủ .

ủ ẽ ệ ộ ộ Quá trình đánh th ng là đ t ng t và dòng đi n s  tăng

ớ ấ ỳ ệ ư ượ ấ r t nhanh v i b t k  đi n áp nào, nh  đ ể ệ c th  hi n trên

ặ đ c tuy n ế i­v trong hình 3.5.1.

ệ ượ ệ ủ ượ ọ ả Đi n áp x y ra hi n t ng đánh th ng đ c g i là đi nệ

ủ ố ườ ả t và th ng trong kho ng 2V ≤ VZ ≤ áp đánh th ngủ  c a đi

2000V.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

27

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ủ ế ế ị ấ Giá tr  c a ế   ị ủ VZ ch  y u do m c t p ch t quy t đ nh, n u ứ ạ

ủ ề ấ ỏ ệ ạ t p ch t càng nhi u thì đi n áp đánh th ng càng nh .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

28

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

29

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ế

Hình 3.5.1 Đ c tuy n i­v c a đi

t có vùng đánh th ng.

ệ ố

ệ ộ

Hình nh  là h  s  nhi

t đ  (TC) c a V

Z.

ơ ế ủ ủ ệ Đánh th ng thác lũ Có hai c  ch  đánh th ng riêng bi t:

ủ và đánh th ng Zener .

ủ Đánh th ng thác lũ ố ủ ệ ơ ớ Các đi ả   t silic có các đi n áp đánh th ng l n h n kho ng

ớ ơ ế ượ ị ủ ọ ủ 5.6V b  đánh th ng v i c  ch  đ c g i là đánh th ng thác

lũ.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

30

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ủ ớ ạ ộ ộ ệ ệ ế Khi đ  r ng c a l p c n ki t tăng theo đi n th  ng ượ   c,

ườ ệ ệ thì đi n tr ng tĩnh đi n tăng.

ạ ệ ự ạ Các h t mang đi n t do trong vùng c n ki ệ ượ t đ

ể ạ ố ườ ệ   c đi n ạ   ng này tăng t c, khi các h t này di chuy n qua vùng c n tr

ệ ẽ ớ ử ố ị ki ạ t, chúng s  va ch m v i các nguyên t c  đ nh.

Ở ộ ệ ườ ộ ộ ủ ể  m t vài đi m, đi n tr

ể ộ ố ạ ủ ớ ệ ệ đi n không gian đ  l n đ  m t s  h t mang đi n tích đ ng và đ  r ng c a vùng tích   ủ

ượ ị ằ ế ể ạ ỡ năng l ng đ  phá v  các liên k t hoá tr  b ng va ch m, do

ặ ỗ ố ậ ẽ ạ v y s  t o ra các c p electron ­ l tr ng.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

31

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ớ ượ ạ ệ ể ạ Các h t mang đi n m i đ c t o ra cũng có th  tăng

ặ ạ ỗ ố ố t c và t o thêm các c p electron ­ l tr ng qua quá trình va

ạ ư ạ , nh  minh ho  trong hình 3. 5.2. ch m iôn hoá

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

32

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Hình 3.5.2 Quá trình đánh th ng thác lũ. (Chú ý các h t mang

ệ ươ

ự ế

ể ộ

ướ

đi n d

ng và âm th c t

chuy n đ ng theo các h

ng ng

ượ   c

ườ

nhau trong đi n tr

ng trong vùng c n ki

t).

ủ Đánh th ng Zener

ỉ ả ự ố th c ch  x y ra trong đi ề ạ   t nhi u t p ủ Đánh th ng Zener

ch t.ấ

ộ ộ ề ấ ạ ạ ệ T p   ch t   nhi u   làm   đ   r ng   vùng   c n   ki ẹ t   h p   l

ế ượ ệ ộ ườ ệ ạ đi n th  ng c làm các h t mang đi n qua m t đ ạ   i, ầ   ng h m

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

33

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ự ữ ệ ế ẫ ị ạ ạ tr c ti p gi a các vùng hoá tr  và vùng d n đi n, l i t o ra

ượ ấ ố dòng ng c tăng r t nhanh trong đi t.

ệ ộ ủ ủ ệ ố H  s  nhi t đ  c a đi n áp đánh th ng

ạ ủ ệ Chúng ta phân bi ệ ệ ượ t đ

ơ ế ủ ủ ệ ộ ố ệ ố đánh th ng c a hai c  ch  có các h  s  nhi c hai lo i đánh th ng do đi n áp   ượ   c t đ  đ i ng

nhau (TC – Temperature Coefficient).

ủ ệ Trong   đánh  th ng   thác   lũ, VZ  tăng  theo   nhi ộ t   đ ,  còn

ủ ả ớ trong đánh th ng Zener, VZ gi m so v i nhi ệ ộ t đ .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

34

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ố ệ ố ệ ộ ằ ở ấ ớ V i đi t silic, h  s  nhi t đ  b ng không có x p x ỉ

5.6V.

ủ ề ế ả ơ C  ch  đánh th ng thác lũ x y ra nhi u trong các đi ố   t

ệ ủ ớ ơ ố có đi n áp đánh th ng l n h n 5.6V, trong khi các đi

ỏ ơ ủ ế ệ ơ t có   ủ   đi n áp đánh th ng nh  h n 5.6V là c  ch  đánh th ng

Zener.

3.5.3 Mô hình điốt với vùng đánh thủng ủ

ể ượ ố ị Khi b  đánh th ng, đi t có th  đ

ồ ộ ố ế ệ ớ ạ m t ngu n áp VZ n i ti p v i đi n tr ằ   c mô hình hoá b ng ộ ở RZ, chúng t o nên đ

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

35

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ủ ư ố ủ ặ d c c a đ c tính i­v trong vùng đánh th ng, nh  trong hình

3.5.3.

ườ ượ Giá tr  ị RZ th ng nh  ( Ω ỏ RZ ≤ 100 ), và dòng ng c qua

ố ị ớ ạ ặ ạ ở ố ị ỏ đi t b  gi i h n b i m ch ngoài ho c đi t b  h ng.

ự ế ượ ế ế ể ạ ộ ộ ố ố t th c t đ c thi t k  đ  ho t đ ng trong

M t s  đi vùng đánh th ng.ủ

ố ượ ọ ố ệ Các đi t này đ c g i là đi ạ   t Zener và có ký hi u m ch

ệ ư ặ đ c bi t nh  trong hình 3. 5.3.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

36

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

t. b) Ký

Hình 3.5.3 a) Mô hình cho vùng đánh th ng c a đi ệ hi u đi

t Zener

ớ 3.6 Đi n dung l p ti p giáp pn

ế ệ

ủ ớ ế ề Các đi tố  đ u có đi n dung c a l p ti p xúc pn.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

37

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ề ệ ấ ọ ớ ệ   Đi n dung này r t quan tr ng v i các đi u ki n tín hi u

ở ệ ả ổ ố ờ thay đ i do nó c n tr  đi n áp trên đi ổ ứ t thay đ i t c th i.

Ở ệ ế ị ế ằ 3.6.1 Điện thế ngược c,   đi n th  ng ượ wd tăng theo giá tr  th  b ng không

ươ ủ c a nó theo ph ng trình 3.18 (xem thêm trong giáo trình),

ậ ượ ệ ạ ệ do v y l ng đi n tích trong vùng c n ki t cũng tăng theo.

ệ ố ệ ổ Do đi n tích trong đi t thay đ i theo đi n áp, nên có

ệ đi n dung.

ệ ổ ở ủ ố Đi n tích không gian t ng phía ki u ể n c a đi t là

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

38

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

NN A

Q

qN

qAx

n

nD

Aw d

C

(3.6.1)

N

D N

A

D

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ế ủ ố Trong đó A là ti t di n ngang c a đi wd đ

AC jo

n

ả  ệ ượ t và  c mô t ươ ậ ộ ạ     (trong giáo trình),  NA: M t đ  t p trong ph ng trình 3.18 ậ ộ ạ ậ ND: m t đ  t p ch t cho. ấ ch t nh n,  ế ệ ượ ủ ớ Đi n dung c a l p ti p giáp ệ pn đi n áp ng c là

C

j

s

(cid:0) (cid:0)

dQ dv

R

R

(cid:0)

C

1

v (cid:0)

trong đó F/cm2 (3.6.2) (cid:0)

(cid:0) jo w

j

do

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

39

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ị ệ ố ệ ằ ơ ế ằ   ệ ớ ế Trong đó Cjo là đi n dung l p ti p xúc đi n th  b ng ố εs: h ng s  đi n môi ủ   t,

ủ ấ ố không trên đ n v  di n tích c a đi bán d n.ẫ ươ Ph ng trình 3. ệ 6.2 cho th y đi n dung c a đi ổ   t thay đ i

ệ ặ theo đi n áp đ t vào.

ệ ệ ế ả ượ Đi n dung gi m khi đi n th  ng ớ c tăng v i quan h ệ

ế ượ ệ ậ ủ căn b c hai c a đi n th  ng c.

ệ ề ể ệ ằ ộ   Đi n dung đi u khi n b ng đi n áp này có ích cho m t

ệ ử ố ạ s  m ch đi n t .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

40

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ố ể ượ ế ế ớ ặ ạ ấ Các đi t có th  đ c thi

ố ư ượ ọ ặ ắ ộ m t ng t đ t ng t t k  v i các m t t p ch t (còn   ạ   i  u cho các ho t đ c g i là các

ư ụ ề ể ằ ộ ) t ệ ộ đ ng nh  các t đi u khi n b ng đi n áp.

ư ườ ủ ợ ố ộ Nh  trong tr ng h p c a đi ệ   t Zener, có m t ký hi u

ệ ố ư ệ ổ ặ đ c   bi t   cho   đi t   có   đi n   dung   thay   đ i   nh   trong   hình

ớ ố ạ ộ ế ượ ệ ớ 3.5.4. Nh  là đi t này ho t đ ng v i đi n th  ng c.

Hình 3.5.4 Ký hi u cho  có đi n dung thay đ i

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

41

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

3.6.2 Điện thế thuận ố ạ ộ ế ệ ậ ượ Khi đi t ho t đ ng theo đi n th  thu n, l ệ ng đi n tích

ủ thêm đ ượ ư ở c l u ầ  vùng trung gian g n các biên c a vùng

ệ đi n tích không gian.

ượ ư ố ỉ ệ ớ ố L ệ ng đi n tích QD l u trong đi t t  l v i dòng đi t:

Q

i

D

(cid:0) TD

(cid:0) C (3.23)

ằ ượ ờ H ng s  t  l ố ỉ ệ τT đ ố   t th i gian quá đ

ả ằ ế ơ và n m trong kho ng 10 ọ c g i là  ­15s đ n h n 10 ộ c a đi ủ ­6s (1 fs đ n 1μs) ph ế ụ

ạ ộ ỡ ố thu c vào kích c  và lo i đi t.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

42

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ụ ệ ố ươ ộ Do iD ph  thu c vào đi n áp đi t qua ph ng trình đi ố   t,

ệ ộ ổ ượ ệ nên   có   m t   đi n   dung   b   sung,   đ ọ c   g i   là đi n   dung

ạ ộ ở ệ ậ CD, khi ho t đ ng ế  đi n th  thu n: ế khu ch tán

(cid:0)

i

i

D

S

T

D

C

D

dQ dv

D

I V T

(cid:0) TD V T

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (F) (3.6.4)

ế

ệ ế ể ở

ệ ấ ớ ệ trong đó VT là đi n th  nhi t. ệ ỷ ệ ớ  v i dòng đi n và có th  tr  l Đi n dung khu ch tán t nên r t l n khi dòng tăng cao.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

43

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

3.7 Đi

ố ả ả

t c n schottky Diod c n Schottky

ớ ế ằ ẫ   ữ   có  m t trong nh ng vùng bán d n ượ ế ế ủ ớ c a l p ti p xúc pn đ

ạ ớ ễ ấ ạ ả ư lo i, nh  mô t trong hình 3.

ườ ầ xúc Schottky cho ph n silic ki u

c thay th  b ng l p ti p xúc kim   ế   7.1. D  nh t là t o l p ti p ể n, trong tr ượ ộ ạ ố ợ ng h p này,   ể ả   c thêm vào đ  đ m n+ đ ự c c an t là kim lo i. M t vùng

ố ủ ệ ệ ở ớ ả b o   l p   cat t   là   có   đi n   tr .   Kí   hi u   c a   diod   Schottky

ượ ạ đ c minh ho  trong hình 3. 7.1b.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

44

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ả   ấ Hình 3.7.1 a) C u trúc diod c n

Hình 3.7.2 So sánh các đ cặ

ế

Schottky. b) Ký hi u diod

ế   tuy n i­v c a diod l p ti p

Schottky.

xúc pn và diod Schottky (SB).

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

45

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ơ ệ ở ở ộ

ư

ụ ệ

ươ

ng 10 ọ ư ạ ỉ

ể ệ ở ớ   ấ  m t đi n áp th p h n đi n áp m  l p Diod Schottky m   ệ   ể ượ ả pn, nh  trong hình 3. ng đi n 7.2. Nó làm gi m đáng k  l ủ   ọ ậ Ứng d ng quan tr ng c a tích trong theo  đi n áp thu n.   ự (trong  ưỡ ạ ng   c c   diod   Schottky  là  trong   các   m ch   lôgíc   l ụ   ứ ch  giáo trình). Diod Schottky cũng có các  ng d ng ấ ớ   quan   tr ng   trong   các   m ch   ch nh   l u   công   su t   l n   và ạ chuy n m ch nhanh.

3.8 Phân tích m ch đi

ố t

ờ ẽ ắ ầ ứ ạ Bây gi s  b t đ u phân tích các m ch có ch a diod là

ớ ệ ạ ả gi ơ i thi u các mô hình m ch đ n gi n hoá cho diod. Hình

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

46

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ạ ố ế ệ ồ ồ ộ ở

ễ ạ ộ ộ 3.8.1 là m ch n i ti p g m m t ngu n áp, m t đi n tr  và   ươ   ng ể ể V  và  R  có th  bi u di n m ch t m t diod. Chú ý là

ươ ứ ạ ử ủ ạ ộ ơ đ ng Thévenin c a m t m ch hai c a ph c t p h n. Cũng

ổ ướ ầ c n   chú   ý   thay   đ i   quy c   trong   hình   3. 8.1.   Trong   các

ạ ượ ế ệ ầ m ch   đ

ệ ồ ngu n, đi n áp trên diod và dòng qua diod là các đ i l

ắ ạ ề ầ ộ ộ c   phân   tích   trong   các   ph n   ti p   theo,   đi n   áp   ạ ượ   ng ề ủ ổ   i là các thành ph n m t chi u c a t ng m t chi u. (Nh c l

ươ ứ các iD và vD t ng  ng là ID và VD).

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

47

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ở ứ Hình 3.8.1 M ch diod ch a ngu n áp và đi n tr .

ụ ộ ườ ủ ệ M t m c đích thông th ạ   ng c a vi c phân tích m ch

ể ạ ộ ể diod là đ  tìm c aủ đi m ho t đ ng th  đ ng

ể ồ ộ ụ ộ , hay đi m Qể ệ ệ ề   diod. Đi m Q này bao g m dòng đi n và đi n áp m t chi u

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

48

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ủ ặ ạ ộ ị ế i­v ể (ID và VD) mà nó xác đ nh đi m ho t đ ng c a đ c tuy n

ắ ầ ệ ằ ế ủ c a diod. Chúng ta b t đ u phân tích b ng vi c vi t vòng

ủ ạ ặ l p cho m ch c a hình 3. 8.1:

V = IDR + VD (3.8.1)

ươ ệ ở ể ễ ể ố Ph ng trình 3. 8.1 bi u di n m i quan h

ầ ử ủ ủ ặ ạ ớ ộ đ ng c a diod v i các ph n t

ủ ễ ị ạ    đi m ho t ế   ệ  c a m ch đi n. Đ c tuy n ủ   ể i­v c a diod trong hình 3.8 bi u di n các giá tr  cho phép c a

ư ượ ả ằ ạ ị ID  và  VD  nh  đ c xác đ nh b ng b n thân diod tr ng thái

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

49

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ả ờ ủ ẽ ệ ậ ồ ắ r n. Gi i pháp đ ng th i c a hai t p quan h  này s  xác

ể ị đ nh đi m Q.

Phân tích tải

ộ ố ườ ợ ủ Trong m t s  tr ặ ng h p,  đ c tuy n ế ị  t b

ể ạ ắ ỉ ở ạ ồ ị ế i­v  c a thi ư tr ng thái r n ch  có th  có d ng đ  th , nh  trong hình

ế ậ ậ ầ 3.8.2. Do v y c n dùng cách ti p c n đ  th  ( ồ ị phân tích t

ả ồ ờ ươ ể đ  tìm gi i pháp đ ng th i cho ph ng trình 3. iả )  ớ ặ   8.2 v i đ c

ồ ị ế ươ ị ườ tuy n đ  th . Ph ng trình 3. 8.1  xác đ nh đ ng iả   c aủ   t

diod.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

50

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ế

ườ

ả ủ

Hình 3.8.2 Đ c tuy n i­v và đ

ng t

i c a diod.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

51

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Mô hình diod lý tưởng

ả ấ ặ ơ Là mô hình diod đ n gi n nh t. Đ c tuy n ế i­v c a ủ diod

ồ ườ ầ ẳ ng th ng. lý t

ế ngưở  trong hình 3.8.3 bao g m hai ph n đ ệ ệ ệ ậ ẫ

ượ ế ệ ế ằ là b ng không. N u diod là đi n th  ng c, v i

ệ ề ằ ế N u diod là d n đi n (đi n th  thu n), thì đi n áp trên diod   ớ vD < 0, thì  ể dòng  qua   diod  là   b ng  không.  Các   đi u   ki n  này  có  th

ượ ả ọ đ c mô t toán h c là

vD = 0 v i ớ iD > 0 và iD = 0 v i ớ vD ≤ 0

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

52

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ệ ặ ệ ượ Ký hi u đ c bi t trong hình 3. 8.3  đ ể ể   c dùng đ  bi u

ễ ưở ơ ồ ạ di n diod lý t ng trong s  đ  m ch.

ờ ạ

ể ấ ở ạ ặ ở

ạ ạ

ắ ở

ạ Bây gi    chúng ta có th  th y diod có hai tr ng thái. Diod ệ ặ ẫ   ẫ ho c là d n đi n hay là   tr ng thái m , ho c là không d n ở ạ ệ    tr ng thái đóng. Đ  phân tích m ch, chúng ta đi n hay là  ế   ớ dùng các mô hình trong hình 3.8.4 v i hai tr ng thái. N u ớ ạ   ạ diod là m , thì nó là mô hình ng n m ch, có dây. V i tr ng ế ố ở thái đóng, diod có mô hình là m ch h , hay không k t n i.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

53

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ế

ưở

Hình 3.8.3 Đ c tuy n i­v và ký hi u m ch c a diod lý t

ng.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

54

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ở ủ

ạ Hình 3.8.4  Các mô hình cho tr ng thái đóng và m  c a diod lý ưở t

ng.

ư

t

ố ỳ ớ ệ

ạ ư ử

ỉ ở

3.9 Các m ch ch nh l u đi Ch nh l u n a chu k  v i đi n tr

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

55

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Hình 3.9.1 M ch ch nh

Hình 3.9.2 Các mô hình diod cho hai

ư ử

ư ử l u n a chu k

ỳ tr ng thái ch nh l u n a chu k .

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

56

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Ư Ả Ỉ Ỳ Ầ CH NH L U C U C  CHU K

ỳ ớ ệ

ươ

ư ầ ả Hình 3.9.3 M ch ch nh l u c u c  chu k  v i đi n áp ra d

ng

3.10 Các đi

ặ ờ t quang, phát quang, pin m t tr i

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

57

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

Diod quang, pin mặt trời ệ ủ ế ạ ộ ượ N u vùng c n ki t c a m t diod l p ế   c chi u

ớ pn  đ ạ ầ ố ủ ớ ớ sáng v i ánh sáng có t n s  đ  l n, thì các h t ánh sáng có

ủ ể ượ ể ả ấ th  cung c p đ  năng l ng đ  làm electron nh y qua cách

ặ ạ ẫ ỗ ố ả d i bán d n, t o thành các c p electron ­ l tr ng. Khi quá

ụ ạ ấ ớ ả trình h p th  ánh sáng x y ra, các h t ánh sáng t ả i ph i có

(cid:0)

ộ ượ ả ủ ẫ ớ ơ m t năng l ng Ep l n h n cách d i c a bán d n:

E

h

E

p

G

hc (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.10.1)

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

58

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

­34 Js)

Trong đó

c sóng ánh sáng

8 m/s)

ố ằ h = h ng s  Plăng (6.626 × 10 υ = t n s  á ầ ố nh sáng λ = b ướ ậ ố c = v n t c ánh sáng (3 × 10

ỗ ố

ự ự ế ợ ạ  tr ng qua s  k t h p l ườ ư

Các diod phát quang (LED – Light Emitting diode) ấ ệ   Các   diod   phát   quang,   hay   LED   d a   trên   vi c   m t   các ứ ả ạ   i ch  không ph i t o electron và l ủ ợ ệ ạ   ng   h p   c a   các   diod các   h t   mang   đi n,   nh   trong   tr ộ ế ợ ạ ộ ỗ ố   i, m t năng quang. Khi m t l tr ng và electron k t h p l

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

59

BÀI 3 ĐI T TR NG THÁI R N VÀ CÁC M CH ĐIÔT

ả ằ ả ủ ể ượ c gi

ế ợ

ướ ọ ậ ế ự ươ i tinh th  đ

ư

ể ượ ệ ợ ả ấ ấ ố

ẫ ạ

ể ề

ổ ỉ ệ

ượ ẫ l   i phóng ng b ng cách d i c a bán d n có th  đ ạ ướ ạ i d ng h t ánh sáng. Quá trình k t h p này có trong diod d   ế   ế ớ ự ế pn m c thu n. Trong silic, th c t  quá trình k t l p ti p xúc  ạ ợ   ng tác gi a các h t ánh sáng và các h p liên quan đ n s  t ộ dao đ ng l   c g i là phonon. Quá trình phát ợ   ẫ quang trong silic không hi u qu  nh  trong bán d n h p 1­xAsx   GaIn ch t III­V GaAs hay các h p ch t ba nguyên t ấ và GaIn1­xPx. Các LED trong các bán d n t p ch t này cho   ằ   ượ ể ánh sáng nhìn th yấ   và màu có th  đi u khi n đ c b ng ủ ấ ằ ợ ấ ạ   c u t o h p ch t b ng cách thay đ i t  l  x c a asen hay ấ ạ ố ph tpho trong t p ch t.

Ệ Ử

BÀI GI NG K  THU T ĐI N T

60