Giáo trình Linh kiện điện tử và vi mạch điện tử: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:127

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn giáo trình "Linh kiện điện tử và vi mạch điện tử" trình bày các nội dung: Cơ sở vật lý của vật liệu linh kiện, linh kiện điện tử thụ động, các đặc điểm linh kiện bán dẫn, Điot bán dẫn (Diode - D). Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Linh kiện điện tử và vi mạch điện tử: Phần 1

D Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA T H À N H P H Ố H Ò C H Í M IN H T R Ư Ở N G Đ Ạ I H Ọ C C Ổ N G N G H Ệ T H Ô N G T IN TS. LÊ MẠNH G IÁ O T R ÌN H LĨNH KIỆN ĐIỆN TỬ & VI MẠCH ĐIỆN TỬ
D Ạ I H Ọ C Q U Ó C G IA T H À N H P H Ố H Ò C H Í M IN H T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C C Ô N G N G H Ệ T H Ô N G T IN TS. LÊ M Ạ N H GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ & VI MẠCH ĐIỆN TỬ
G iáo trin h nh Ạ xu At b à n ........... I IN H K ĩ £ n D IF N T Ử OẠJ HỌC o u ô c QIA THÀNH PHÔ Hồ CHÍ MINH • * 7 Khu phổ 6, Phường Unh Trung, Quin Thủ ĐÚC. TP Hố Chi Minh & V I MẠCH Đ IẸN T Ư số 3. Công trường Quốc lé, Quận 3, TP HÒ Chi Minh LiMfflh DT 38230171 • 38226227-38230172 Fax: 38239172 E-mail: ymflpOvm/Kmedu.yn PHÓNG PHÁT HÀNH Số 3, Cổng trường Quốc lé, Ouộn 3, TP HÒ Chí Minh »**AbénĐHO&HCMv*tfc0*0Í< ĐT 38230170 - 0982920509 • 0913943466 licltnkii^ữbAnquyAn* Fax 38230172 - Webiite: W WnxMhqghcm edu vn W Copyrựí 0 byVNU+CM PuMrtig far/oopartwihp Chịu tríơi ntuịm xuit bén HrỢMmnnơ NGUYÉN HOÀNO DŨNG Chịu OáchnhiẠmnộl ơung NGUYỀN HOÀNG DONG Tồ chức bin thèo vi ctịu ưáctì nhiộm V tác quyén Ế Xuit bin nỉm 2014 TỊW Ơ Ị^W O flH Q W ÍiẽlH(ỉiÓTIH Bén Up PHẠM ANH Tú # số lượng 500 cuốn, Khổ 145*205 cm, ĐKKHX8 lố 1660-20130® Sứa bin In » «€H Q G T PH CM , TH ỨVDƯ ON G OuyểltSrti XBIỐ22AOĐ cùiNXBOHQG-HCM. J mt»CỏngVTNHH ÙnhbỂỵUa In ỉ bao bi Hưng Phú TRUNQHẬU Đ fc-1 « 2 Afl-KP1 A-PAiP hú - TX Thuận An - ữnh Duơng Nộp lưu cNỈv thing 11£014 Kp ANHTEY
L Ờ I N Ớ I ĐÀU G iá o t r ìn h ỈÀ n h k iệ n đ iệ n t ử và v i m ạ c h đ iệ ti t ử là m ộ t m ô n h ọc c ơ s ở c h o c á c sin h v iôn đ ạ i h ụ c và c a o đ á n g n g à n h Đ iệ n lử v iề n thông. C ác ch u y ê n n gành M ụ n g v à T ru y ền th ô n g , K ỹ thuật m á y tính c ủ a N gàn h C ô n g n g h ộ th ô n g tín c ũ n g rất c ầ n k iế n th ứ c c ơ s ở n ày. N ội d u n g g iá o trình đ ư ợ c b iôn so ạ n lh c « tính ihần n gân g ọ n , d ễ h iẻu . C á c kicn thức tron g toàn b ộ g iá o trình c ó m ố i liê n h ệ lo g ic ch ật c h ỉ . T u y vậ y , g iá o trình c ũ n g c h i là m ộ t phần tro n g n ộ i d u n g c ủ a c h u y ê n ngành đ à o lạ o , c h o nôn n g u ở i d ạ y , n g ư ò i h ọ c c ầ n Iham k h ả o th êm c á c g iá o Irình c ó liên q u a n đ ố i v ớ i n g à n h h ọ c đ ể v iệ c s ử d ụ n g g iá o trình c ó hiệu qu ả hơn. K hi b iê n s o ạ n g iá o trìn h , c h ú n g tâ i d ã c ố g ắ n g c ậ p n h ật n h ữ n g k iế n (h ứ c m ớ i c ố liê n q u a n đ ế n m ô n h ọ c v à p h ù h ợ p v ớ i đ ố i tư ợ n g s ử d ụ n g c ũ n g n h ư c ổ g ắ n g g á n n h ữ n g n ộ i d u n g lý th u v é t v ớ i nh ữ n g vấn đ ẻ (h ự c lế th ư ở n g g ặ p (r o n g sả n x u ấ t, đ ờ i s ổ n g đ ẻ g iá o trìn h c l tính (h ự c liỗ n c a o . T r o n g g iá o trình n à y , c h ú n g tố i g iớ i th iệ u n h ic i h ìn h vS c á c lin h k iệ n đ iộ n (ử tr o n g th ự c tế , đ iể u n à y g iú p b ạn đọc làm q u en v ớ i c á c lin h k iệ n k h i g ậ p tr o n g k h i là m v iệ c . C u ố i giác trình c h ú n g (ô i c u n g c u n g c ấ p c h o b ạ n d ọ c v à c á c s in h v iê n cát lliiế l bị v i m ạ c h t h ô n g d ụ n g . N ^ i d u n g c ù a g iá o trình đ ư ợ c b iê n so ạ n g ồ m 7 ch ư ơ n g : C h ư ơ n g 1: C ơ s ở v ậ t lý c ủ a vật liệ u lin h k iệ n đ iệ n từ. T ron j c h ư ơ n g n à y SÕ c u n g c ấ p c á c k iế n th ứ c v ỉ đ ộ c U nh v ậ t lý v à h ó a họ< c á c v ậi liệu c á c h đ iê n , d ẫ n đ iộ n , bán d ần v à v ậ t liộ u từ , trên c ơ s ở s ẽ c ó c á c c á c h tính (o á n c á c th ô n g s ố , g iá trị c ủ a c á c lin h kiẬn đ iệ n ti thụ d ộ n g . C h ư t m g 2: C á c lin h k iệ n đ iệ n tử thụ d ộ n g . T ừ c á c vật liệ u c ầ d d iê n , d ẫn d iộ n , vật liộu từ , tài liộu s ỉ c u n g c ể p c á c k iế n th ú c v è c ế lin h Jciộn đ iộ n tử n h ư d iệ n trở, tụ d iệ n , c u ộ n c i m v à b iế n áp. G iá o ỉrinl
mạch điện khi lắp các linh kiện trên (rong các mạch điện thông Ihưòiìg, ncu lên một vài ứng dụng chính của các linh kiện lliụ động này. Trong chương này cũng cung cấp cho các sinh viên các hĩnh vẽ cụ thể và các ứng dụng của linh kiện thụ động trong mạch điện tử. Cuối chương sẽ các các câu hỏi và bài tập cho sinh viên ôn lộp và làm quen với các tính toán giá trị linh kiện thụ động trong các mạch điện lử thõng dụng. C hinm g 3: Các đặc điểm linh kiện bán dẫn. Với các chất bán dẫn, đặc tính vặt lý và hóa học đ ã ncu trong chương 1, Trong chương này, chúng tôi cung cấp các đặc điểm các lóp tiếp xúc P-N vả N-P. các phân cực thuận và nghịch trong chất bán dẫn, cách lạo ra dòng điện qua các lớp tiếp xúc này. Chúng tôi giới thiệu đặc tuyến Volt - Amper để khảo sác các đèn transistor trong mạch điện tử dùng các linh kiện chủ động (Diot, Transitor các loại, Thyristor, Triac, Diac,...) Đây là các linh kiện chủ động trong cdc mạch điện tử, trong các linh kiện này còn có các đèn điện tử, nhưng do trong thời đại vi mạch và trong ihực tế cũng chi các chuyên ngành hẹp mới sừ dụng, nên trong giáo trình chi cung cắp các linh kiện bán dẫn ... C hư ơng 4: Diot bán dản. Tài liệu sẽ cung cấp các đặc tính kỹ iW)ật, các cách ghép nối và các ứng dụng của D IO T thông thường và các D lO Iđ ặ c biệt (D IO T T unel, D IO T Z ener, DIOT Shotky,...) C hương 5: Transitor lưỡng cực (Bipolar Junction Transitor, BJT), tài liệu cung cấp các kiến thức căn bản của loại transitor Ihông dụng nhất trong các loại Iransitor. Các tính chất ngắt, bão hòa và khuếch đại của loại ưansitor này. Các cách ghép nôi trong thực tế và đặc tuyến Volt - A m per của ưansitorTiày. C h ư ơn g 6: Transilor trường (Field Efeict Transitor, FET) tiếp xúc và loại MOSFET, F E T hoại động dựa trên sự điều khiển độ dẫn điện cùa phiến bán dẫn bẳng điện trưởng ngoài. FE T chi sử dụng một loại hạt dẫn (hạt đa sô: điện lử hoặc lỗ) ncn ihuộc loại đơn tính (unipolar). Loại Transitor này sẽ có các ứng dụng cụ thể trong thực tế.
C hiron g 7: Transistor trường đcm tiếp giáp (Uni Junction Transitor UJT) và loại transistor đặc biệt khác. C hương này sẽ mô tả các loại UJT, các sơ đồ sẽ cung cấp các chiêu dòng điện của các loại UJT trong thực tế, trong chương này sẽ cung câp các loại t r a n s i s t o r đặc biệt (T H Y R IS T O R , T R IA C và D lAC ). Cuối chương sẽ các các câu hỏi và bài tập cho sinh viên ôn tập, vẽ các đ ặc tuyến điên áp và tính toán giá trị dòng điện, điện áp trong các m ạch điện tử thông dụng khi có các loại Transitor. Tài liệu cũng cung cấp các hình vẽ các linh kiện chủ động hay gặp ư ong thực tế. P h ầ n p h ụ lục chúng tôi cung cấp các m ạch IC số đơ n giản như TTL, M O SFE, C M O S và các m ạch tổ hợp thông dụng, đơn giản. Trong q u á trình sừ dụng, tùy theo yêu cầu cụ thể có thể điều chinh số tiết trong mồi chương. T rong quá trình biên soạn giáo trình này, chúng tôi không đề ra nội dung thực tập củ a từng chư ơng, vì trong thiết bị phục vụ cho thực tập cùa các trường không đồng nhất. G iáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên các trường đại học, nó cũng là tài liệu tham k hảo bô ích cho sinh viên k ỹ thuật cũng như kỹ thuật viên đang làm việc ở các c ơ sờ kinh tế nhiều lĩnh vực khác nhau. G iáo trình đ ã được giảng c ho sinh viên K hoa Kỹ thuật máy tính và K hoa M ạng và Truyền thônạ của Trường Đại học C ông nghệ thông tin thuộc Đại học Q uôc g ia H ô C h í M inh. C húng tôi xin cảm ơn tập thể g iản ẹ viên hai K hoa trên v à K ỹ su Nguyễn Q uang M inh đã đóng góp nhiều ý kiến trong q u á trình biên soạn. C húng tôi cũng tham khảo nhiều giáo trình điện tử c ủ a trang W eb Bộ G iáo d ục và Đào tạo để cập nhật các kiên thức m ới nhất ve môn học c ơ s ờ nàỵ. M ặc dù đ ã cố găng, nhưng chắc chắn không tránh khỏi khiếm khuyết, nên chúng tôi rất m ong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bàn đ ư ợc hoàn chinh hcm. T Ắ C G IÃ (M ail: ntanhle@ uù,edu.vn)
MỤC LỤC CHƯ Ơ N G I . C ơ SỞ VẶT LÝ CỦA V Ậ T L IỆU LINH K I$ N ----------- 1 1.1. Chai cách điện (chất điện môi).................................................................... * / . / . / . Dinh nghĩa..................... ......................................................................... 1 1.1.2. Các từĩh chắl cùa chai điện .................................................................. * 1.1.3. Phản loạt và ừng dtmg.......................................................................... 3 1.2. C hii bán dàn............. ......... ......................................................................... * l.íl.D ự th n glùaváđậc lính.................................................................... 4 ì . 2.2. Chat bán dẫn thuán tíú ềt Si và C e (Bán dẫn I ■Integrity) ............ 5 1.2.3. Chat bán dẫn thuần có plta tạp chất (Bán dẫn I - Integrity)..........7 1.2.4. Chat bán dẫn loại p (Positive)..........................................................."ỉ 1.3. Chất dẫn điện...............................................................................................9 1.3.1. Định nghĩa............................................................................................. 9 1.3.2. Dặc tính của chất dẫn điện................................................................10 1.3.3. Phân loai và ứng dung........................................................................10 I 4 V ặ tlic u tù ... ...............—....... — ......... .......................................... l í , '1.4 I. Đựìh nghía...............................—......................................................11 1.42. Ọác tinh chất cùa vật liệu từ ................. ..............................................11 Ị.4.3. Phán loại và úng dụng........................................................................13 1.5. Cáu hỏi ôn tập......................................................................................... 14 CHƯƠNG II. LINH KIỆN^ĐIỆN T Ử T H Ụ ĐỘNG—______________15 2.1. Điện trỡ ..................................................................................................... 15 2.1.1. Dịnh nghĩa, ký hiệu............................................................................ 15 2.1.2. Các tham so kỹ thuật chủ yếu._____ .............................................. 17 2.1.3. Cách ghép điện Irở..............................................................................19 2.1.4. Nhận biết điện trở iheo mã ghi Irén ihán....................................... 20 2.1.5. Phân loại và úng dụng......................................................................22
2.2.1. Cấu lạo và ký liiệu..................................................................................31 2.2.2. D ậc tính cùa lụ điện..............................................................................32 2.2.3. Các tliain số cliínli của tụ điện............................................................ 36 2.2.4. Các gliép tụ đ iệ n ....................................................................................41 2.2.5. Nhận b iết tụ điện tlieo m ã trén tlứui...................................................42 2.2.6. Phán lọai và ứng dụng.........................................................................46 2.3. Cuộn c âm .................................................................................................... “53 2.3.1. Cấu tạo và ký hiệu.................................................................................53 • .............58 2.3.2. Đ ậc tính của cuộn c á m ..................................................•• 2.3.3. Các lluun số cliủ yếu của cuộn cảm...................................................62 2.3.4. Cách ghép cuộn d ây.............................................................................63 2.3.5. Phán loại và ứng d ụ n g ........................................................................ 64 2.4. B icnáp......................................................................................................... t à 2.4.1. Cấu lạo và ký hiệu................................................................................ 65 2.4.2. Nguyên lý làm việc và đặc lính kỹ tliuật..........................................66 2.4.3. Pltân b ạ i và úng dụng............................................................ ............76 2.5. Cảu hỏi ôn tập ........................................................................... ......... — .77 CHƯƠNG HL C Á C Đ Ặ C ĐIẾM LINH KIỆN BÁN D Ả N ________ » 3 .1. Lớp tiếp xúc P-N ( P-N JINCTION)......................................................80 3.2,. Lớp tiếp xúc P-N với phân cực ngược................................................ .85 3.3. Lớp liếp xúc P-N với phán cực thuận--------------- ---------------------- 86 3.4. Đặc tính cùa liếp xúc P-N........................... .......................................... 86 3.5. Đặc tuyến Von-Ampe của tiếp xúc P-N ................................................ 88 CHƯƠNG IV. ĐIÓ T BÁN DẢN(DIODE - D ) _____________________ 99 4 .1. Cấu tạo và ký hiệu............................................................ ...... ..................90 4.2. Nguyên lý làm viộc và đặc luyến Vôn-Am pe của díổL __________ 90 4.3. Các (ham số và sơ đổ tưcmg đương của điốt bán d ẫ n .___________ 9 5 4.4. Phán loại và ứng d ụ n g .............................................. ............................... 97 v8
CHƯ Ơ N G V. T R A N SISTO R LƯ Ỡ N G c ự c (BIPO LAR J U N C T IO N TRAN SISTOR ■ B JT)........ 116 5.1. C ấu tạo và ký hiệu......................................................................................116 5.2. Nguyên lý làm việc v à tính chất khuếch đại của B JT........................117 5.3. Chế đ ộ làm việc của B JT..........................................................................*20 5.4. Cách m ic BJT.............................................................................................135 5.5. Đặc tuyến V ôn-A m pe cù a B J T ..............................................................137 5.6. Đặc ưnh tẩn số của B JT ............................................................................138 5.7. C ác tham sổ giới hạn của B JT ................................................................ 139 5.8. Phân cvc cho BJT ........................................................................ ........ Ì55 5.9. Đ iểm làm việc tĩnh và đường tải tĩnh.................................................... 168 5.10. Phân loại và ứng d ụ n g ............................................................................169 CH Ư Ơ NG VL T R A N SISTO R TR Ư Ờ N G (FIELD EFECT TR A N SITO R F E T )------- --- -----------------------------------171 6 .1. T ransistor trường tiếp xúc P-N (JFET)..................................................171 6.2. T ransistor trường loại M O SFET (Metal O xide Sem iconductor FET)................................................................................ 187 6.3. Đặc điểm chung của F ET so với B J T ...................................................197 GỊHƯƠNG VII. T RANSISTO R TIẾ P G IÁ P (UNI JUNCTIO N TRANSISTO R UJT) VÀ C Á C LOẠI TRANSISTO R ĐẶC BIỆ T _______________________ 198 7.1. UJT............................................... ......... ...................... ...............................198 7.1.1. c á u lạo và k ý h iệ u ...............................................................................198 7.1.2. Nguyên lý làm việc và đặc tuyển VÔIĨ - Am pe................................199 7.1.3. Thông số k ỹ thuật cùa UJT. .*...........................................................202 7.1.4. ử n g dụng của UJT............................. v ............................................204 , ' 1 2 . THYRISTOR-SCR (Silicon C ontroled R ectifier).............................205 7.2.1. Cấu tạ o................................................................................................ 205 7.2.2. Nguyên lý làm việc............................................................................. 206 7.2.3. Đ ặc tuyền Vun-Ampc của Tliyristo............................................. 213 viii
7.2.4. Tliam s ố cùa T h y risto ......................................................................215 7.2.5. M ộ t inig dụng cùa T ìiyristo : M ạch báo đ ộ n g........ ................... 216 7.3. T R IA C ..................................................................................................... 216 7.3.1. Cấu t ạ o ................................................................................................ 216 7.3.2. Nguyên lý làm việc.............................................................................219 7.3.3. Đ ặ c luyến Vôn-Am pe cùa T rìa c .....................................................220 7.3.4. C á c cách kíclt T ria c ..................V...................................................... 220 7.3.5. ứ n g dụng của T riac............................................................................. 220 7.4 D I A c l ................................................................................................. 221 7.4.1.c ấ u tạ o .......................................................................................................... :---------- 7.4.2. Nguyên lý làm việc.................................................................223 7.4.3. Đ ặc tuyến Vôn-Ampe của D ia c ..................................................... 223 a u hỏi ôn tập chương III, IV , V , V I, v n ________________________ 224 Phụ lục: S ơ đồ c á c m ạ c h IC đ ơ n g iả n . ................................................... 233 TÀI L IỆ U T H A M K H Ả O _______________________________________242 ix
Chuxyng I c ơ S Ở V Ạ T L Ý C Ủ A V Ạ T LIỆU LINH KIỆN 1.1. C H Ấ T C Á C H Đ IỆ N (C H Ấ T Đ IỆ N M Ô I) 1.1.1. Đ ịn h n g h ĩa C hất c á ch đ iệ n là các ch ấ t c ó c ấu lạ o ngu y ê n tử vòng ngoài cùng đ ã đii số đ iệ n tử tổi đ a hay g ầ n đ ủ số tối đ a nên rất ít k h ả năn g tạo ra điện tử tự do. 1.1.2. C á c tín h c h ấ t c ủ a c h ấ t đ iệ n m ôi / . ỉ ỉ ẳ n g s ố đ iệ n m ô i (É): Đ ặc trư n g c h o k h ả năn g c ác h đ iệ n c ủ a vật liệu c á ch đ iện ; e c ủ a vật liệu c à n g lớ n thì đ ộ c á c h d iệ n c ủ a v ật liệu càng lớn. e c à n g lớ n thì đ iện d u n g c ủ a tụ đ iệ n c à n g lớ n. Đ iện d u n g của tụ đ iện đ ư ợ c xác đ ịn h theo c ông thức: C = £ Ỉ (1 -1 -1 ) T rong đ ó: £ - h ằn g sổ đ iệ n môi s - d iệ n tích bản cự c (m 2) d - b ề d à y lớ p đ iện m ôi (m ) H ang số đ iệ n m ô i c ủ a m ột số c h ấ t c á ch đ iệ n : K hông k hí k h ô : 1 G ốm 5,5 P araíĩn 2 M ica 6 -7 Polistiron 2,5 A I2O 3 9 -1 0 G iấ y tụ đ iện 4-5 Sứ 12-150 ơ tần số g iớ i hạn, e b ắ t đầ u g iả m ; V à ở tầ n số rất c a o thì e g iả m tới tri số đ iệ n m ôi tru n g tính. e c ũ n g p h ụ th u ộ c vào nhiệt đ ộ , đ ạ i lư ợ n g c h i s ự b iến đ ổ i tư ơ n g đôi c ủ a e khi n h iệt đ ộ th a y đ ổ i l°c g ọ i là “H ệ s ố n h iệ t đ iệ n m ô i”. 1
2. T o n h a o đ iệ n m ô i (íg S): L à s ự tổn h ao năng lượng điện trong chất điện m ôi khi chịu tác d ụ n g c ủ a đ iện áp xoay chiều. T hự c tế các chất cách điện đ ều c ó tôn h ao đ iện m ôi, vì vậy g óc lệch pha g iữ a điện áp và d ò n g điện xoay chiều đặt vào ch ấ t đ iện m ôi luôn nhỏ hơn 90°. Hiệu số g iữ a g óc 9 0° và góc lệch pha g ọi là “G óc ton h ao ổ N guờ i ta dùng " tg S ' đ ể đặc tn m g cho sự tốn hao điện m ôi.C ông suất dòng đ iện xoay c hiều tổn h ao ư o n g chất đ iện m ôi được u'nh theo công thức: P.1AC = ITxoC tgS Vì vậy, tgỗ c àng nhỏ chù chất đ iện m ôi càng tốt.(vào khoáng phần ngàn đ ế n p hần m ười n gàn đ ơ n vị). 3. Đ iện á p đ á n h th ũ n g ( ư đ ) - Đ ộ b ề n điện m ô i h a y cirờng đ ộ điện trư ờ n g đ á n h th ủ n g (E s ) Tăng điện áp đ ặt vào c h ấ t đ iện m ôi khi đ ạ t đ ến m ột trị số nào đó, ch ấ t đ iện m ôi sẽ bị đánh thủng. L úc này điện trở cách đ iện của chất điện m ôi giảm nhanh đ en kh ô n g và gây ngắn m ạch. N eu công suất củ a nguồn điện đặt vào k há lớn thì tại ch ỗ bị đánh thủng p hát sinh hồ quang và bị cháy. . y Đ iện áp đánh thùng c h ấ t đ iện m ôi nói trên gọi là " Đ iện á p đánh 'íhủịig V À '- Điện áp đánh, thùng p h ụ thuộc vào loại vật liệu và bẻ dày của vật-ỉiệu điện môi. Khi sử d ụ n g vật liệu đ iện môi phải c h o làm việc ờ đ iệ n áp thấp hơn điện áp đ án h thùng UđL T i số giữa điện áp đ ánh th ủ n g U a và chiều dày vật liệu điện môi gọi là “ Đ ộ bển điện m ô i ị hay “ C ường đ ộ điện tnrờ ng đánh thủng Eđ," (đơn vị là kV/m m). 4. Đ iện tr ở cách điện : Đ ặc tnrftg c h o k hả n ăng ngăn không cho dòng điện m ội chiều rò q u a chât đ iện m ôi. C h ấ t đ iện m ôi c ó đ iện trở cách đ iện c àng lớn c àng tót. N gư ời ta p hân b i ệ t : • S u ấ t điện tr ở k h ố i p ,(đ ơ n v ị Q cm ): Đ ặc trung ch o khả nàng ngăn d ò n g điện m ột chiêu xuyên q u a bê dày h oặc xuyên qu a toàn bộ thể uc h c ủ a chất điện môi. 2
• S u ấ ĩ điện tr ở m ặ t Pi (đcni vị í ỉ CI1I ): Đ ặc trưng c h o khả năng noãn dòng đ iện m ột c hiểu chạy trẽn bề m ặt c ủ a c hấl đ iện mỏi. 1.1-3. P h â n loại v à ứ n g d ụ n g 1. T heo trạ n g th á i vật lý: V ặt liệu cách đ iện (V L C Đ , ch ấ t cách điện) c ó thể ở th ế k lú , th ế lỏ n g và tlìể rắn. V L C Đ th ể rắn c ó c ác nhóm: cứng, đàn hồi, c ó sợi, băng, m àng m ỏ n g .G iữa the ran v à lòng còn có thế trung gian, gọi ià tlie Iiiềm n h ã o ohư: vật liệu c ó tính bôi trơn, các loại sơn tâm. 2. T h e o th à n h p h ầ n lio á h ọ c : G ồ m V L C Đ h ữ u c ơ v à v ô cơ. a) V L C Đ liữ u cơ : C h ia làm hai n h ó m , nlìó n i c ó ng u ồ n g ố c thiên n h iê n như: v ả i, sợ i, g iấ y , sơ n v e cn i, b itu m , c a o su , x en lu lo it, phip, lụ a ,... N hóm nliân tạ o , th ư ờn g gọi là nlụra lĩliân tạo, gồ m : nhự a phênol, nhựa am ino, n h ự a p olieste, nhự a ê p oxy, x ilicon, poly etylen, vinyl. b) VLC D vô cơ: G ồ m c ác chất khí, các ch ấ t lỏ n g không cháy, các loại vật liệu rắn như: sứ , g ốm , th u ỷ tinh, m ica, a m iăng. 3. T heo tín h c h ịu n h iệ t: Đ ây là s ự p h ân loại rấ t c ơ bản. K hi c họn V LCĐ, đ ẩ u tiên phải b iết vật liệu có tín h chịu n h iệt ở c ấp nào (nhiệt độ làm việc lớn nhất m à vật liệu c ó th ể chịu đ ự n g đ ư ợ c). C ác cấ p chịu nhiệt c ù a V L C Đ x e m b ảng 1.1 B à n g 1.1. C ấ p chịu nhiệt c ù a vật liệu c á c h đ iện. C ấp N hiệt độ C ác v ậ t liệu cách điện chủ yếu Cách điện cho p hép (° Q Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, §ỗ và các vật liệu tương tự không tam Y 90 nhựa. Các loại nhựa polyetylen, polisũron, PVC, anilin, cacbamit. Giấy, vải sợi, lụa trong dầu. N hựa A 105 polieste, cao su nhân tạo, các loại sơn cách diện có dầu làm khô. 3
Nhựa trăng polivinylphocman, poliamit, epoxi.Bakelit giây. Nhựa E 120 poliamit, nhựa phenolphurphurol, nhựa melaminphocmandehit có độn xenlulo. Vải tầm poliamit. Nhựa policste, amiãng, mica, thủy tinh có chất độn. Sơn cíich điện có dầu làm khô, dùng ở các bộ phận không tiếp xúc với không khí. Sơn B 130 alkit. Sơn từ nhựa phenol. Các loại sản phẩm mica. Nhựa phenolphurphurol, nhựa epoxi, sợi thủy tinh, nhựa melaminphocmandehit có chât độn. Sợi amiãng, sợi thúy tinh có chât F 155 kết dính. Silicon, sợi thủy linh, mica có chắt H 180 kết dính. Mica không có chất kết dính, thủy c >180 tinh, sứ Politetraflotilen. rà. C H Á T BÁN DẢN 1.2.1. Định n ghĩa v à đ ặ c tín h 1. D inh nghĩa: Chất bán dẫn là các chất raà cấu tạo nguyên tử ờ vòng ngoài cùng có 4 electron. 2. Đ ặc tín h của chất bán dẫn a) Điện trở suất (p) Hai chất bán dẫn thông dụng là Silicium (Si) và Germanium (Ge), có điện trở suất ỉà: p s i= 10l4 í2mm 2/m pGc= 8.9.1012 Q m m 2/m
p cùa chất bán dần rất lớn hơn p cùa chất dẫn điện (Pcu= 1,7.10“* QnunVm), nhưng rất nliỏ hơn p cùa chất cách điện, (Pihuỷ linh = 10l8Qmm2/m). b) Ánh hưởng cùa nhiệt độ Điện ư ở của chất bán dẫn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ. Nhiệt độ càn" tăng (hì điện trở của chất bán dẫn càng giảm lớn. D ựa vào tính chất này, người ta chế tạo ra điện tr ở nhiệt (Therm istor) là điện trở có trị số thay đồi theo nhiệt độ. c) Ảnh hưởng của cưàng độ chiêu sáng Điện trờ cùa chất bán dẩn thay đổi khi cường độ chiếu sáng vào nó thay đổi. Cường d ộ chiếu sáng càng tăng, điện trở củ a chất bán dẫn càng giảm lớn; C ường dộ chiếu sáng càng giảm (đặt trong vỏ kín), điện trở của chất bán dẫn c ó trị số rất lớn. Dựa vào tính chất này, người ta chế tạo ra quang trở (Pholoresistor) là điện trờ có trị số thay đổi theo cường đ ộ chiếu sáng. (ì) Anh hướng cùa đ ộ thuần khiết Khối bán d ẫn thuần khiết có điện trở rất lớn, nếu p ha thêm vào một ít tạp chất thích hợp với tỳ lệ rất nhỏ (tạp chất A sen ic hay Indium vào chắt bán dẫn Ge, hoặc tạp chất Phosphore hay Bore vào chất bán dẫn S i ) thì điện trở cùa chất bán dần sẽ giảm. T ỳ lệ pha tạp chất càng cao ựiì điện trờ càng giảm nhỏ. Dựa vào tính chất này, người ta chế tạo ra các linh kiện bán dẫn như: diod, transistor, thyristor,... 1.2.2. C h ấ t b á n d ẫ n t h u ầ n k h iế t Si và G e (B án d ẫ n i - In teg rity ) Chất bán dẫn thuần khiết là chất bán d ẫn có cấu tạo đồng nhất một loai nguyên tử bán d ẫn (hoặc S i, hoặc Ge), không bị pha hoặc lẫn một tỷ lệ nhỏ tạp chât thích hợp nào có khả năng tạo ra các h ạ t dẫn ( điện lử hoặc lỗ) trong khối bán dần. < 5
H ìn h 1.1. Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn Si và Ge. Xét cấu tạo nguyên tử của Si và Ge: Nguyên tử Si có 14 điện tử (electron) xoay quanh hạt nhân và xếp thành 3 lớp. N guyên tử G e có 32 điện tử xoay quanh hạt nhân và xếp thành 4 lớp (hình 1.1). Chúng có đặc điểm chung là: So đ iện tứ trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 điện tử (hoá trị 4). Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử, người ta chi xét đến lớp điện từ ngoài cùng. Trong khối bán dẫn thuần khiết, các nguyên tử gần nhau (ở lớp ngoài cùng) sẽ liên kết vói nhau theo kiểu cộng hoá trị. Bốn điện tư cùa mỏi nguyên từ sẽ liên kết với 4 điện tử của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 m ối liên kết hoá trị làm cho các điện từ liên kết chặt chẽ với nhau. S ự liên kết này làm cho lớp vỏ nẹpài cùng đủ số điện tử tối đa (8 điện tử). D o đó, lóp ngoài trở thành bén vững, ít có khả nảng nhận thêm hoặc m ất điện từ (hình 1.2).Trong trạng thái này, chất bán dẫn thuần khiết không có điện tích tự d o và không dẫn điện (có điện tr ở rấ t lớn).
1.2 3 . C h ấ t b á n d ẫ n cliuần có p h a tạ p c h ấ t (B á n d ẫ n i - In te g rity ) N ếu pha m ột lượng tạp chất thuộc lìhónt 5 (hoá trị 5) với hàm lượng thích hợp vào chất bán d ẫn thuần khiết (pha A senic vào Ge, hoặc pha Pliosphore vào S i ); N guyên từ tạp chất (n h ư P hosphorè) có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng, trong đ ó 4 điện tử sẽ tham gia liên kẽt hoá ui vói các nguyên từ lân cận. Đ iện tử th ứ 5 liên két yêu hơ n với hạt nhân và các nguyên lừ xung q u anh, nên chi cần đư ợc cung cấp một năng lượng nhỏ (n h ờ nhiệt đ ộ, ánh sá n g ,...) điện tử này sẽ thodt khỏi trạng thái ràng buộc và trờ thành h ạ t dãn tự do. N guyên tử tạp chất lúc này bị ion h oá v à trờ thành m ột ion d ư ơng (hình 1.3a). T ạp chất nhóm 5 cung cấp điện tử cho chất băn dẫn thuần khiết ban đầu (Si hoặc G e) được gọi là tạp c h ấ t cho (hoặc tạp donor). C hất bán dẫn c ó p h a tạp d o n o r gọi là bán d ẫn lo ạ i N (hay bán d ẫn đ iện tứ). ( © } Đicn tứ \ Ị Lóưòtig a) C h ấ t bán dẫn loại N . b ) C hất bán d ẫn loại p. H ình 1 3 . C ấu tạo m ạng củ a ch ấ t bán d ẫn thuần c ó p h a tạp chất. 1.2.4. C hấ t b án d ẫn loại p (Positive) N ếu lạp chất p ha v ào thuộc nhóm 3 (pha B o re vào S i, h o ặc ph a Indium vào G e)\ d o nguyên tử tạp chất nói trên chi có 3 điện tử ở lóp vỏ ngoài c ù n g nên khi tham g ia vào m ạng tinh thể c ủ a ch ẩ t bán dẫn thuân khiết (v í dụ Sĩ) chì tao nên 3 m ối liên kết hoàn chình, còn mối liên kết th ứ tư bị b ỏ hở. Chi cần m ộ t kích th ích n hỏ (n h ờ nhiệt độ, ánh 7
sá n s ....) thì một trone nhím® điện lử của các mối licn kct hoàn chinh bẽn cạnh SC chuyền đcn thề vào chỗ mối licn kết bỏ hờ nói trên. Lúc này nguycn tử tạp chấi trờ thành m ột ion ỔII1. Tại moi liên kct m à điện lừ vừa rời khỏi sẽ thiếu m ột điện tử, lạo ncn một điện tích dương, nghĩa là xuấl hiện lổ trống (hình 1.3b). Tạp chất nhóm 3 tiếp nhận (tiện từ từ chất bán dẫn thuần khiết đố tạo ncn cdc lỗ trổng nên được gọi là tạp chắt nhận (hoặc tạp chất accptor) Chất bán dần có p h a lợp clìấl nhóm 3 nói trên gọi là bán dẫn loại p (hay bán dẫn lồ trống). Tạp chất nhóm hóa trị 5 và 3 N and p Type Sem iconductors 8
N -T ype S e m ico n d u cto r P-T y p e S e m iconductor N -T ype P -T y fj® N a n d p T y p e S e m ico n d u cto rs N-TYPE S E M IC O N D U CTO R P-TY PE SE M IC O N D U C TO R 1 3 . C H Ấ T D Ằ N D IỆ N 1.3.1. Đ ịn h n g h ĩa v à đ ặ c tín h Các chất c ó cấu tạo lớ p vỏ ngoài cùng c ủ a nguyên tử chỉ c ó một hay hai điện tử và c ó xu hướng trở thành đ iện tử t ự d o , được gọi là chất dẫn điện. C ũ n g c ó ihẻ nói: Cliất dẫn đ iện là c h ấ t m à ở trạng thái bình thường c ó cá c điện tích l ự do. 9