§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 97 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
b) Duy tr× hiÓn thÞ ch©n INTR . NÕu INTR xuèng thÊp th× viÖc chuyÓn ®æi ®−îc
hoµn tÊt vµ ta cã thÓ sang b−íc kÕ tiÕp. NÕu INTR cao tiÕp tôc th¨m dß cho ®Õn
khi nã xuèng thÊp.
c) Sau khi ch©n INTR xuèng thÊp, ta bËt CS = 0 vµ göi mét xung cao - xuèng - thÊp
®Õn ch©n RD ®Ó lÊy d÷ liÖu ra khái chÝp ADC 804. Ph©n chia thêi gian cho qu¸
tr×nh nµy ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.14.
H×nh 3.14: Ph©n chia thêi gian ®äc vµ ghi cña ADC 804.
MÆt kh¸c, chóng ta cã thÓ kiÓm tra ADC 804 b»ng c¸ch sö dông s¬ ®å m¹ch
trªn h×nh 3.15. thiÕt lËp nµy ®−îc gäi lµ chÕ ®é kiÓm tra ch¹y tù do vµ ®−îc nhµ s¶n
xuÊt khuyÕn cao nªn sö dông. H×nh 3.15 tr×nh bµy mét biÕn trë ®−îc dïng ®Ó c¾p
mét ®iÖn ¸p t−¬ng tù tõ 0 ®Õn 5V tíi ch©n ®Çu vµo.
V
in(+) cña ADC 804 c¸c ®Çu ra nhÞ ph©n ®−îc hiÓn thÞ trªn c¸c ®Ìn LED cña
b¶ng huÊn luyÖn sè. CÇn ph¶i l−u ý r»ng trong chÕ ®é kiÓm tra ch¹y tù do th× ®Çu
vµo CS ®−îc nèi tíi ®Êt vµ ®Çu vµo WR ®−îc nèi tíi ®Çu ra INTR . Tuy nhiªn, theo
tµi liÖu cña h·ng National Semiconductor “nót WR vµ INTR ph¶i ®−îc t¹m thêi
®−a xuèng thÊp kÕ sau chu tr×nh cÊp nguån ®Ó b¶o ®¶m ho¹t ®éng”.
CS
D0
–
Data out
Read it
End
Start
WR
INT
R
RD
8051
A
DC804
P2.5
P2.6
P1.0 D0
CLK IN
CLK R
VCC
Vin
(
+
)
Vin
(
-
150
p
F
5V
10k
10k
POT
RD
WR
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 98 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
H×nh 3.15: Nèi ghÐp ADC 804 víi nguån ®ång hå riªng.
3.2.2. C¶m biÕn quang
§Þnh nghÜa.
C¸c c¶m biÕn quang ®−îc sö dông ®Ó chuyÓn th«ng tin tõ ¸nh s¸ng nh×n thÊy
hoÆc tia hång ngo¹i (IR) vµ tia tö ngo¹i (UV) thµnh tÝn hiÖu ®iÖn.
3.2.2.1. TÕ bµo quang dÉn
§Æc tr−ng cña c¸c c¶m biÕn ®iÖn trë lµ sù phô thuéc cña ®iÖn trë vµo th«ng
l−îng bøc x¹ vµ phæ cña bøc x¹ ®ã. C¸c tÕ bµo quang dÉn lµ mét trong nh÷ng c¶m
biÕn quang cã ®é nh¹y cao. C¬ së vËt lý cña tÕ bµo quang dÉn lµ hiÖn t−îng quang
dÉn do kÕt qu¶ cña hiÖu øng ®iÖn n«i: hiÖn t−îng gi¶i phãng h¹t t¶i ®iÖn trong vËt
liÖu d−íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng lµm t¨ng ®é dÉn cña vËt liÖu.
3.2.2.1.1. VËt lý quang dÉn
D−íi ®©y xÐt m« h×nh ®¬n gi¶n ®Ó rót ra c¸c mèi quan hÖ ®Þnh l−îng gi÷a
c¸c ®¹i l−îng.
Gi¶ sö cã mét tÊm b¸n dÉn ph¼ng thÓ tÝch V pha t¹p lo¹i n víi nång ®é c¸c
donor Nd cã møc n¨ng l−îng n» d−íi vïng dÉn mét kho¶ng b»ng Wd
( h×nh 2.2.1 ). Gi¶ sö n¨ng l−¬ng ion hãa nguyªn tö donor Wd ®ñ lín ®Ó ë nhiÖt ®é
phßng vµ khi ë trong bãng tèi nång ®é n0 cña c¸c donor bÞ ion hãa do nhiÖt lµ nhá.
ë trong tèi, nång ®é ®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng trong mét ®¬n vÞ thêi gian nµo do kÝch
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 99 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
thÝch nhiÖt tõ c¸c nguyªn tö donor tû lÖ thuËn víi nång ®é cña c¸c t¹p chÊt ch−a bÞ
ion hãa(Nd-n0) trong ®ã:
a ≈ exp(-q Wd/k.T) (3.17)
BiÓu thøc cña a cho ta thÊy nhiÖt ®é cã vai trß ¶nh h−ëng quan träng. Sè ®iÖ
tö t¸i hîp víi c¸c nguyªn tö ®· bÞ ion hãa trong mét ®¬n vÞ thêi gian tû lÖ thuËn víi
nång ®é c¸c nguyªn tö ®· bÞ ion hãa n0 vµ víi nång ®é ®iÖn tö còng chÝnh b»ng n0,
nghÜa lµ tû lÖ víi r.n0.
Trong ®ã r lµ hÖ sè t¸i hîp.
H×nh 2.16.: TÕ bµo quang dÉn vµ sù chuyÓn møc
n¨ng l−îng cña ®iÖn tö
Ph−¬ng tr×nh ®énh häc cña qu¸ trinh t¸i hîp biÓu diÔn sù thay ®æi cña mËt ®é
®iªn tö tù do cã d¹ng:
d
t
dn0 = a(Nd - n0) – r.n0. (3.18)
ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ta cã:
d
t
dn0 = 0 (3.19)
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 100 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
KÕt hîp víi (2.2) ta ®−îc:
n0 = -
r
a
2 + 2
1
2
2
4⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛+r
aN
r
ad (3.20)
§é dÉn trong tèi ®−îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc:
σ0= qμn0 (3.21)
Trong ®ã μ lµ ®é linh ®éng cña ®iÖn tö vµ q lµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña ®iÖn tÝch
cña ®iÖn tö. Khi nhiÖt ®é t¨ng ®é linh ®éng gi¶m nh−ng mËt ®é n0 t¨ng bëi v× sù
kÝch thÝch nhiÖt rÊt lín vµ ¶nh h−ëng cña nã lµ quyÕt ®Þnh ®èi víi ®é dÉn.
Khi chÊt b¸n dÉn bÞ chiÕu s¸ng, c¸c photon (n¨ng l−îng hν  Wd) sÏ ion hãa
c¸c nguyªn tö donor gi¶i phãng ra g ®iÖn tö trong mét gi©y trong mét ®¬n vÞ thÓ
tÝch. C¸c ®iÖn tö nµy sÏ bæ sung thªm vµo sè c¸c ®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng do kÝch
thÝch nhiÖt. Sè ®iÖn tö g ®−îc tÝnh theo biÓu thøc:
g = V
G =
L
A
.
1.
ν
η
h
)1( R
−
.φ (3.22)
Trong ®ã V = A.L, ý nghÜa cña A vµ L thÓ hiÖn trªn h×nh 2.16, G lµ sè ®iÖn
tö ®−îc gi¶i phãng trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc cña t¸i hîp
trong tr−êng hîp nµy cã d¹ng:
d
t
dn = a(Nd – n) + g - r.n2 (3.23)
Th«ng th−êng bøc x¹ chiÕu tíi ®ñ lín ®Ó sè ®iÖn tö do c¸c photon gi¶i phãng
sÏ lín h¬n rÊt nhiÒu so víi sè ®iÖn tö ®−îc gi¶i phong do nhiÖt:
g >> a(Nd – n) vµ n >> n0 (3.24)
Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nh− vËy cã thÓ rót ra ph−¬ng tr×nh ®éng häc cho mËt
®é cña ®iÖn tö ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng d−íi t¸c dông cña chiÕu s¸ng:
n = 2
1
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
r
g (3.25)
§é dÉn t−¬ng øng víi nång ®é ®iÖn tö ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng σ0= qμn0.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 101 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
NÕu tÝnh ®Õn biÓu thøc cña g cã thÓ nhËn thÊy r»ng ®é dÉn lµ hµm kh«ng tuyÕn tÝnh
cña th«ng l−îng ¸nh s¸ng: nã thay ®æi theo φ1/2. KÕt qu¶ nµy rÊt quan träng, thùc
nghiÖm ®· chøng minh sè mò cña φ n»m gi÷a 0,5 vµ 1. NÕu tÝnh to¸n kü l−ìng
h¬n th× cÇn ph¶i xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña c¸c t©m b¾t h¹t dÉn trªn thùc tÕ c¸c t©m
nµy lu«n tån t¹i trong vËt liÖu.
3.2.2.1.2. VËt liÖu ®Ó chÕ t¹o c¶m biÕn
C¶m biÕn quang th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸c b¸n dÉn ®a tinh thÓ ®ång nhÊt
hoÆc ®¬n tinh thÓ, b¸n dÉn riªng hoÆc b¸n dÉn pha t¹p, thÝ dô:
- §a tinh thÓ: CdS, CdSe, CdTe
PbS, PbSe, PbTe.
- §¬n tinh thÓ: Ge, Si tinh khiÕt hoÆc pha t¹p Au, Cu, Sb, In,
SbIn, AsIn, Pin, CdHgTe.
3.2.2.1.3. C¸c ®Æc tr−ng
3.2.2.1.3.1.§iÖn trë
Gi¸ trÞ ®iÖn trë tèi RC 0 phô thuéc vµo d¹ng h×nh häc, kÝch th−íc, nhiÖt
®é vµ b¶n chÊt hãa lý cña vËt liÖu quang dÉn. C¸c chÊt PbS, CdS, CdSe cã ®iÖn trë
tèi rÊt lín (tõ 104 Ω ÷ 109 Ω ë 250 C ), trong khi ®ã SbIn, SbAs, CdHgTe l¹i cã
®iÖn trë tèi t−¬ng ®èi nhá (tõ 10 Ω ÷ 103 Ω ë 250 C ). §iÖn trë RC cña c¶m biÕn
khi bÞ chiÕu s¸ng gi¶m rÊt nhanh khi ®é räi t¨ng lªn. Trªn h×nh 2.2.1.3.1 lµ mét thÝ
dô cu thÓ vÒ sù thay ®æi cña ®iÖn trë cña mét tÕ bµo quang dÉn nh− lµ hµm cña ®é
räi s¸ng.