Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm CHƯƠNG VẬT LIỆU BÁN DẪN I CHẤT BÁN DẪN Chất bán dẫn Vật liệu chia làm loại: chất dẫn điện, chất cách điện chất điện môi a chất cách điện b chất bán dẫn c chất dẫn điện Hình 1.1 Cấu trúc vùng lượng chất rắn tinh thể  Vùng hóa trị (vùng đầy): tất mức lượng vùng bị chiếm chỗ, khơng mức lượng tự  Vùng dẫn (vùng trống): tất mức lượng vùng bỏ trống hay bị chiếm chỗ phần  Vùng cấm: không mức lượng để điện tử chiếm chỗ Chất bán dẫn chất mà nút mạng tinh thể có nguyên tử loại nguyên tố Có nhiều loại chất bán dẫn như: Bo (B), Indi (In), Gali (Ga), Silic (Si), Gemanium (Ge), Asen (As), Selen (Se)… có hai loại chất bán dẫn điểm hình Si Ge Cấu trúc electron hai nguyên tử Si Ge: electron 18 electron electron electron electron electron electron Si Ge Hình 1.2 Cấu trúc electron Si Ge Khi xét liên kết nguyên tử ta xét lớp electron lớp Các chất bán dẫn điển Gecmanium (Ge), Silicium (Si) thuộc nhóm bảng hệ thống tuần hoàn nguyên tố Chúng cấu tạo từ tinh thể có hình dạng xác định, nguyên tử xếp theo trật tự chặt chẽ, tuần hoàn, tạo nên mạng lưới, gọi mạng tinh thể GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Cấu trúc mạng tinh thể Si sau: Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Hình 1.3 Cấu trúc mạng tinh thể Si Trong mạng tinh thể gồm nhiều nguyên tử, chung quanh ngun tử bán dẫn ln ln có ngun tử khác kế cận liên kết chặt chẽ với nguyên tử liên kết cộng hóa trị Do lớp vỏ ngồi Si bổ sung thêm điện tử, nghĩa đủ số điện tử tối đa lớp vỏ (8 điện tử) lớp vỏ trở nên bền vững Ở trạng thái (t o thấp) chất bán dẫn khơng có điện tích tự do, khơng dẫn điện Tuy nhiên, tác dụng nhiệt (hoặc ánh sáng, điện trường…), số điện tử nhận lượng đủ lớn lượng liên kết cộng hoá trị ( lượng ion hoá 1.12 eV Si 0,6 eV Ge) nên khỏi ràng buộc nói để trở thành điện tử tự dễ dàng di chuyển mạng tinh thể Si trở nên dẫn điện Khi có điện tử rời khỏi vị trí để lại lỗ trống mang điện tích dươngà lỗ trống di chuyển ngược chiều với điện tử tự Hiện tượng gọi tượng sinh tạo nhiệt cặp điện tử tự – lỗ trống Chất bán dẫn tạp chất Nguyên tố Si Ge nguyên chất nguyên tố dẫn điện Điều phụ thuộc vào số lượng electron lớp hóa trị, liên kết hóa trị, vùng lượng gián đoạn tương đối lớn Chính điều nên ngun tố Si Ge nguyên chất sử dụng Chất bán dẫn tạp chất chất bán dẫn có pha thêm nguyên tố tạp chất, nguyên tố tạp chất pha vào nguyên tố Si Ge nguyên chất để cải thiện tính dẫn điện chất bán dẫn Hai nhóm tạp chất dùng để pha trộn có hóa trị hóa trị 5: Nguyên tố hóa trị Aluminum (Al) Gallium (Ga) Boron (B) Indium (In) GV: LÊ QUANG HIỀN Nguyên tố hóa trị Phosphorus (P) Arsenic (As) Antimony (Sb) Bismuth (Bi) Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm a Chất bán dẫn loại N: Khi pha nguyên tử hóa trị (vd: P) vào nguyên tố Si ( hay Ge): Si Si Si Si Si P Si Si Si điện tử thứ Si Si Hình 1.4 Mạng tinh thể bán dẫn N  Khi tham gia vào liên kết cộng hóa trị, nguyên tử nguyên tử P liên kết với điện tử nguyên tử Si ( hay Ge) lân cận tạo thành liên kết cộng hóa trị, điện tử thứ không liên kết với điện tử nguyên tử Si (hay Ge)  Do điện tử lớp nên liên kết với hạt yếu, cần cung cấp lượng nhỏ điện tử tách khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự Nếu ta đặt vào từ trường điện tử tự chuyển động có hướng tạo dòng điện  Nếu ta pha nhiều nguyên tử P vào ta có nhiều điện tử tự dòng điện tạo mạnh Đó chất bán dẫn loại N Trong chất bán dẫn loại N có:  Các điện tử gọi hạt tải đa số (nn )  Các lỗ trống gọi hạt tải tiểu số (pn ) nn >> pn b Chất bán dẫn loại P: Khi pha nguyên tử hóa trị ( ví dụ Boron) vào nguyên tử Si (hay Ge): Si Si Si Si B Si Si Si Si lỗ trống Si Si Hình 1.4 Mạng tinh thể bán dẫn P GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm  Nguyên tử B đưa điện tử để liên kết cộng hóa trị với điện tử nguyên tử Si (hay Ge) lân cận  Do thiếu điện tử để liên kết nên tạo thành lỗ trống tích điện tích dương Các điện tử lân cận dễ liên kết với lỗ trống B đồng thời tạo lỗ trống mới, tượng liên tục diễn dẫn đến tạo dòng điện lỗ trống  Nếu ta pha nhiều nguyên tử B vào nguyên tử Si (hay Ge) ta tạo nhiều lỗ trống tạo dòng điện mạnh Đó chất bán dẫn loại P Trong chất bán dẫn loại P ta có:  Các điện tử hạt tải tiểu số np  Các lỗ trống hạt tải đa số pp pp >> np Dòng điện chất bán dẫn Trong chất bán dẫn có thành phần dòng điện: dòng điện khuếch tán dòng điện trơi a Dòng điện khuêch tán: Khi nồng độ điện tử lỗ trống phân bố không đồng đều, chúng khuếch tán từ nơi có nồng độ cao nơi nồng độ thấp Dòng điện chuyển động có hướng gây gọi dòng điện khuếch tán b Dòng điện trơi: dòng điện chuyển động hạt dẫn tác dụng điện trường Khi chịu tác điện trường, hạt dẫn đường chuyển động có gia tốc va cham với nguyên tử mạng tinh thể làm thay đổi trị số chiều vận tốc nghĩa làm tán xạ chúng GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm II CHUYỂN TIẾP P-N Chuyển tiếp P-N gồm khối chất bán dẫn loại P khối chất bán dẫn loại N ghép lại với hình sau: p n + + Hình 1.5 Chuyển tiếp P - N Tiếp giáp pn chưa có điện trường ngồi đặt vào: Trước tiếp xúc, khối bán dẫn nằm trạng thái cân ( tổng điện tích âm với tổng điện tích dương thể tích) n GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Hình 1.6 Chuyển tiếp P – N chưa có điện trường ngồi Khi tiếp xúc với nhau, chênh lệch nồng độ hạt dẫn hai miếng bán dẫn P N (pp >> np, nn>>pn), nên xảy tượng khuếch tán hạt dẫn đa số: lỗ trống khuếch tán từ p sang n ngược lại điện tử khuếch tán từ n sang p Chúng tạo thành dòng khuếch tán Ikt có chiều từ p sang n Trên đường khuếch tán, điện tích trái dấu tái hợp với nhau, hình thành vùng hẹp bên mặt ranh giới có nồng độ hạt tải giảm xuống thấp Tại vùng hẹp, bên bán dẫn p lại ion âm, bên bán dẫn n lại ion dương Tức hình thành hai lớp điện tích khơng gian khác dấu đối diện Giữa hai lớp điện tích có chênh lệch điện ( bên n dương bên p) gọi điện tiếp xúc U tx Nói cách khác: vùng ranh giới xuất điện trường (hướng từ n sang p) gọi điện trường tiếp xúc Etx Vùng hẹp nói gọi vùng nghèo vùng chuyển tiếp pn Nồng độ hạt dẫn vùng thấp nên điện trở xuất lớn so với vùng lại Do tồn điện trường tiếp xúc, hạt tải tiểu số hai miền bị phía đối diện: lỗ trống cúa bán dẫn loại n chạy cực âm điện trường, điện tử bán dẫn p chạy cực dương điện trường Sự di chuyển tạo thành dòng điện trơi Itr ngược chiều với dòng khuếch tán hạt tải đa số Nồng độ hạt tải đa số hai khối bán dẫn chênh lệch tượng khuếch tán mãnh liệt trình tái hợp nhiều, dẫn đến điện trường tiếp xúc tăng dòng điện trơi hạt tải tiểu số tăng Vì thời gian ngắn, dòng trơi dòng khuếch tán cân nhau, triệt tiêu dòng tổng hợp qua tiếp giáp I = Ikt - Itr Ta nói chuyển tiếp pn đạt tới cân động Ứng với trạng thái đó, hiệu điện tiếp xúc bán dẫn n bán dẫn p có giá trị khơng đổi Thông thường, hiệu điện tiếp xúc vào khoảng 0,2 – 0,3V (đối với Ge) 0,6 – 0,7V (đối với Si) Hiệu điện ngăn không cho hạt tải đa số chuyển động qua mặt ranh giới, trì trạng thái cân bằng, nên gọi : hiệu điện rào cản Tiếp giáp pn có điện trường ngồi đặt vào: a Phân cực nghịch (VD 0): Khi đặt vào hai đầu tiếp giáp P-N điện áp VD cho dương P, âm N Điện hàng rào giảm V tx - VD Số lượng ion dương vùng nghèo chất bán dẫn loại n giảm xuống phụ thuộc lớn vào số lượng điện tích âm tự lấy từ điện âm nguồn điện áp cung cấp Tương tự số lượng ion âm giảm bán dẫn loại p Kết vùng nghèo thu hẹp lại Sự thu hẹp vùng nghèo làm cho hạt dẫn đa số hai bán dẫn tràn qua hàng rào sang miền đối diện Dòng hạt dẫn đa số tăng lên theo điện tích VD, dòng trơi hạt dẫn tiểu số giảm theo điện tích VD Hình 1.8 Tiếp giáp P – N phân cực thuận Khi có dòng điện chạy qua chuyển tiếp pn Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp pn : Khi chuyển tiếp pn bị phân cực ngược, điện áp ngược tăng lên đến giá trị lớn dòng điện ngược tăng vọt, nghĩa chuyển tiếp pn dẫn điện mạnh theo chiều nghịch, phá hỏng đặt tính van Hiện tượng gọi tượng đánh thủng Dựa vào nguyên nhân gây ra, ta có hai dạng đánh thủng điện đánh thủng nhiệt a Đánh thủng điện : chia làm hai loại  Đánh thủng thác lũ : GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm Khi điện áp phân cực ngược chuyển tiếp pn tăng lên, vận tốc hạt tải tiều số tương ứng với dòng điện bảo hào ngược tăng Khi vận tốc động đủ lớn để giải phóng hạt tải khác làm tăng thêm số lượng hạt tải (gọi hạt tải mở rộng) thông qua va chạm với cấu trúc ổn định ngun tử khác Đó q trình ion hóa daanc đến điện tử trạng thái cân hấp thụ đủ lượng để rời khỏi nguyên tử Sau hạt tải mở rộng trợ giúp cho q trình ion hóa lên đên đỉnh mà dòng điện thác lũ cao thiết lập vùng đánh thủng thác lũ thiết lập  Đánh thủng xuyên hầm : Xảy cấu trúc chuyển tiếp bán dẫn có nồng độ tạp chất lớn, điện trường vùng tiếp xúc lớn, có khả gây hiệu ứng xuyên hầm, tức điện tử vùng hóa trị ban dẫn loại p có khả cui qua hàng rào điện để chạy sang vùng bán dẫn loại n, lam cho dòng điện tăng vọt b Đánh thủng nhiệt : Xảy tích lũy nhiệt vùng tiếp xúc Khi có điện áp ngược lớn, dòng điện ngược làm nóng chất bán dẫn, khiến cho nồng độ hạt dẫn tiểu số tăng lại làm cho dòng điện ngược tăng nhanh Q trình tiếp diễn khiến cho nhiệt độ vùng tiếp xúc dòng điện ngược liên tục tăng nhanh, dẫn đến đánh thủng GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm CHƯƠNG DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ DIODE: Cấu tạo Diode có cấu tạo gồm miếng bán dẫn P N ghép với nhau, có điện cực nối ngoài, điện cực nối với miếng bán dẫn P gọi Anode, điện cực nối với miếng bán dẫn N gọi Kathode có vỏ bảo vệ Ký hiệu: Hình 2.1 Cấu tạo ký hiệu diode Nguyên lý hoạt động + Khi diode chưa phân cực khơng có dòng điện chạy qua Khi diode phân cực thuận có dòng điện I A chạy qua diode theo chiều từ A sang K D VAK D + Khi diode phân cực nghịch điện qua diode IA = VAK Đặc tuyến Von – Ampe GV: LÊ QUANG HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Hình 2.2 Đăc tính Vom – Ampe diode Ge Si  Phân cực thuận Khi điện áp thuận nhỏ, điện trường chưa đủ lớn để làm suy yếu điện trường trong, nên điện trường đủ lớn để ngăn cản dòng điện khuếch tán nên dòng điện thuận có giá trị nhỏ Lúc coi điện trở Diode có giá trị lớn Khi điện áp thuận vượt giá trị U AK (UAK điện áp mở Diode) điện trường đủ lớn để làm suy yếu điện trường nên điện tử lỗ trống dễ dàng khuếch tán qua tiếp giáp pn Điện áp thuận lớn điện trường ngồi mạnh, điện trường bị suy yếu, điện tử lỗ trống khuếch tán qua tiếp giáp pn nhiều làm cho dòng điện thuận tăng nhanh theo điện áp thuận Vì dòng điện thuận lớn coi giá trị điện trở Diode lúc nhỏ Điện áp mở diode phụ thuộc vào nhiệt độ, vật liệu chế tạo Diode Điện áp mở Diode sử dụng vật liệu Si thường 0,7V, sử dụng vật liệu Ge thường 0,3V)  Phân cực ngược Khi điện áp ngược nhỏ, dòng điện ngược nhỏ khơng đáng kể (cỡ µA diode Ge nA diode Si) Dòng điện ngược tăng nhanh nhiệt độ tăng giá trị gần không thay đổi giới hạn điện áp định Khi điện áp ngược tăng đến giá trị UB dòng điện ngược tăng lớn (Điện áp UB gọi điện áp đánh thủng) Thì xảy tượng đánh thủng Mạch điện tương ứng diode Do diode dẫn điện áp phân cực thuận lớn 0,7V Si (hay 0,3V Ge), nên mạch điện tương ứng điên là; Hình 2.3: Mạch tương đương diode GV: LÊ QUANG HIỀN 10 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Mạch CC Xét mạch điện hình sau: Hình 3.36: Mạch khuếch đại mắc CC Phân tích tương tự mạch khuếch đại mắc CE ta có sơ đồ mạch tương đương mạch khuếch đại mắc CC: Hình 3.37: Mạch tương đương tín hiệu nhỏ  Tổng trở vào: Ta có: Zb = Suy ra: Vi Ib = hie Ib + RE I e Ib ( ) = hie + ( β + 1) RE = hie + h fe + RE R Z 1 = + ⇒ Zi = B b Zi RB Zb RB + Zb  Tổng trở ra: Tổng trở xác định đầu ngõ nhìn vào hệ thống khơng có tín hiệu ngõ vào Tổng trở xác định theo phương trình: Ta có: Vi = Ib hie + I e Re GV: LÊ QUANG HIỀN V Zo = o |V =0 Io i 44 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm I I e e Hay: Vi = + β hie + I e RE = + h hie + I e RE = I e re + I e RE fe Từ công thức Vi ta vẽ lại mạch điện hình sau: Hình 3.38 Khi điện áp vào Vi = thì: h V Zo = o = RE \ \ re = RE \ \ ie Io + h fe h ie Nếu RE ? re Z o = re = + h fe  Độ lợi điên áp: Một đặc tính quan trọng mạch khuếch đại độ lợi điện áp ac tín hiệu nhỏ xác định phương trình: AV = ( ) ( ) RE + h fe Ib RE + h fe Vo = = Vi hie I + RE + h I hie + RE + h fe b fe b Do hie = β re = β ( ) ( 26mV = RE + h fe IC ) ( ) Suy ra: AV ≅ Vậy mạch CC khơng khuếch đại điện áp có độ lệch pha tín hiệu vào  Độ lợi dòng điện: I o Ta có: Ai = I i Với: I i = Vi = Zi ( ) Ib hie + + h fe RE I b ( Zi ) mà Zi = RE Zb , RE + Zb Zb = hie + + h fe RE Suy ra: Ii = RE + Zb Ib RE ( ) Và I o = I e = + h fe Ib GV: LÊ QUANG HIỀN 45 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm ( Suy ra: Ai = + h fe ) R R+ Z E E b Mạch CB Xét mạch khuếch đại mắc CB hình sau: Hình 3.39: Mạch khuếch đại mắc CB Ta có sơ đồ mạch tương đương hình sau: Hình 3.40: Cấu hình tương đương mạch khuếch đại CB  Tổng trở vào: Zi = R h Vi = RE \ \ hib = E ib Ii RE + hib  Tổng trở ra: V Zo = o |Vi =0 = RC Io  Độ lợi điện áp: AV = Với GV: LÊ QUANG HIỀN re = hib Vo Vi = I e RC RC = hib Ie hib 46 Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm R Suy ra: AV = C re  Độ lợi dòng điện: I0 Ii Ih R +h V Ii = i = e ib = E ie I e RE hib Zi RE Với: RE + hib Io = Ic = Ie Ai = Suy ra: Ai = RE RE = ≅ re = RE RE + hib RE + re Mạch CB có độ lợi điện áp lớn độ lợi dòng bé, tín hiệu vào pha với Ứng dụng mạch khuếch đại cao tần GV: LÊ QUANG HIỀN 47 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN Khái niệm Khuếch đại thuật tốn gọi Op-Amp (viết tắt Operational Amplifier) dùng để nói đến khuếch đại có hệ số khuếch đại cao Ký hiệu Hình 4.1: Ký hiệu Op-Amp Trong đó:  V −in : điện áp đầu vào đảo  V +in : điện áp đầu vào không đảo  Vout : điện áp ngõ  Vs+ ,Vs − : nguồn cấp điện cho Op-Amp Trạng thái ngõ khơng có mạch hồi tiếp ngõ vào hình vẽ gọi trạng thái vòng hở Các tính chất mạch Op-Amp Hệ số khuếch đại điện áp Op-Amp ký hiệu AV gọi hệ số khuếch đại vòng hở Mối liên hệ tín hiệu VO với tín hiệu vào thể biểu thức sau: −  Nếu đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo: Vo = − AV 0Vi +  Nếu đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo: Vo = AV 0Vi ( )  Nếu đưa tín hiệu vào đồng thời hai ngõ: Vo = AV Vi+ − Vi− Trong thực tế, người ta sử dụng OP – AMP trạng thái vòng hở có hệ số khuếch đại AV lớn điện áp vào bị giới hạn bé Mạch khuếch đại vòng hở thường sử dụng chế độ xung Trong chế độ khuếch đại tuyến tính, người ta phải dùng hồi tiếp âm để tạo làm việc ổn định cho khuếch đại, đồng thời vùng làm việc tín hiệu vào tương ứng mở rộng Trạng thái OP–AMP có thêm mạch hồi tiếp âm gọi trạng thái vòng kín Trong chương này, ta khảo sát Op – Amp lý tưởng Sau đặc tính Op – Amp lý tưởng:  Hệ số khuếch đại vòng hở GV: LÊ QUANG HIỀN AV = V0 + − + − → ∞ ⇒ Vi = Vi Vi − Vi 48 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm  Tổng trở vào Ri → ∞ ⇒ Ii ≈  Tổng trở Ro ≈  Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực Mạch khuếch đại Op – Amp a Mạch khuếch đại đảo Hình 4.2: Mạch khuếch đại đảo Theo tính chất lý tưởng Op – Amp ta có: Ri → ∞ ⇒ Ii ≈ Vi+ = Vi− = nên coi điểm N điểm nối đất giả suy Vi ≈ VR1 Vo ≈ VR Áp dụng định luật Kirchhoff điểm N ta có: V V I1 + I = ⇒ i + o = R1 R2 ⇒ Vo = −Vi R2 R1 R Vo =− Hệ số khuếch đại mạch: AV = Vi R1 Như ta thấy: Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào phần tử bên ngồi mà khơng phụ thuộc vào tham số khuếch đại thuật tốn b Mạch khuếch đại khơng đảo Hình 4.3: Mạch khuếch đại không đảo GV: LÊ QUANG HIỀN 49 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Theo tính chất lý tưởng Op – Amp ta có: Ri → ∞ ⇒ Ii ≈ Vi+ = V − = V i i VN Vo −VN = R1 R2  R  ⇒ Vo = Vi 1 + ÷  R1 ÷  Suy ra: I1 = I ⇒ V ⇒ i V −V = o i R1 R2 R Vo = 1+ Hệ số khuếch đại mạch: AV = Vi R1 c Mạch cộng đảo dấu Hình 4.4: Mạch cộng đảo dấu Theo tính chất lý tưởng Op – Amp ta có: Ri → ∞ ⇒ Ii ≈ Vi+ = Vi− = nên coi điểm N điểm nối đất giả suy Vo ≈ VR Áp dụng định luật Kirchhoff điểm N ta có: I1T + I = ⇒ I11 + I12 + + I1n + I = ⇒ Vi1 Vi V V + + + in = − o R11 R12 R1n R2 R ⇒ Vo = −  R  11 Vi1 +  R2 R Vi + + V1n ÷ ÷ R12 R1n  d Mạch khuếch đại trừ Hình 4.5: Mạch khuếch đại trừ GV: LÊ QUANG HIỀN 50 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Theo tính chất lý tưởng Op – Amp ta có: AV = V0 + − + − → ∞ ⇒ Vi = Vi Vi − Vi Ri → ∞ ⇒ Ii ( 2) ⇒ ( 1) ⇒  I + I = ( 1)   ≈ ⇒    I3 = I ( )  V2 − VP VP V R = ⇒ VP = R3 R4 R3 + R4  −V R V1 − VN Vo − VN R  −V R V R  R  + = ⇒ Vo = + VN 1 + ÷ = + 1 + ÷  R1 R2 R1 R1 ÷ R1 R3 + R4  R1 ÷  Nếu R1 = R2vàR = R4 ⇒ Vo = V2 −V1 e Mạch so sánh So sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp vào UV với điện áp chuẩn U Ch Trong mạch so sánh, tín hiệu vào tương tự biến thành tín hiệu dạng mã nhị phân (đầu mức cao mức thấp) Bộ so sánh thực khuếch đại thuật toán làm việc chế độ bão hòa nên mức thấp cao mức âm dương nguồn Điện ngõ bão hòa Ta xét mạch điện hình sau: Hình 4.6: Mạch ngõ bão hòa Ed điện khác hai ngõ vào định nghĩa: Ed = ( Điện ngõ vào dương (+) – Điện ngõ vào âm (– )) Hay Ed = V1 − V2 Do mạch hồi âm nên ta có: VOut = AV ( V1 − V2 ) = AV Ed Ed vượt qua trị số điện áp VOut đạt đến trị số bão hòa ký hiệu VSat  Khi Ed < hay V1 < V2 mạch đảo pha nên VOut = −VSat  Khi Ed > hay V1 > V2 mạch không đảo pha nên VOut = +VSat Khi Điện bão hòa thường nhỏ điện nguồn từ đến 2v Mạch so sánh mức 0: GV: LÊ QUANG HIỀN 51 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm  So sánh mức khơng đảo: Hình 4.7: Mạch so sánh mức không đảo Điện ngõ vào (–) dùng làm điện chuẩn, Vi điện so sánh với điện chuẩn, Vi đưa vào ngõ vào (+) o Khi Vi > Vref VOut = +Vsat o Khi Vi < Vref VOut = −Vsat Hình 4.8: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh mức không đảo  So sánh mức đảo Điện ngõ vào (+) dùng làm điện chuẩn, Vi điện so sánh với điện chuẩn, Vi đưa vào ngõ vào (–) o Khi Vi > Vref VOut = −Vsat o Khi Vi < Vref VOut = +Vsat GV: LÊ QUANG HIỀN 52 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Hình 4.9: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh mức đảo Mạch so sánh với ngõ vào có điện áp  So sánh với mức dương khơng đảo: Hình 4.10: Mạch so sánh với mức dương không đảo Điện chuẩn Vref > đặt vào ngõ vào (–), điện so sánh Vi đưa vào ngõ vào (+) o Khi Vi > Vref VOut = +Vsat o Khi Vi < Vref VOut = −Vsat Hình 4.11: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh với mức dương không đảo  So sánh với mức dương đảo: GV: LÊ QUANG HIỀN 53 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Hình 4.12: Mạch so sánh với mức dương đảo Điện chuẩn Vref > đặt vào ngõ vào (+), điện so sánh Vi đưa vào ngõ vào (–) o Khi Vi > Vref VOut = −Vsat o Khi Vi < Vref VOut = +Vsat Hình 4.13: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh với mức dương đảo  So sánh với mức âm khơng đảo: Hình 4.14: Mạch so sánh với mức âm không đảo Điện chuẩn Vref < đặt vào ngõ vào (–), điện so sánh Vi đưa vào ngõ vào (+) o Khi Vi > Vref VOut = +Vsat o Khi Vi < Vref VOut = −Vsat GV: LÊ QUANG HIỀN 54 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm Hình 4.15: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh với mức âm không đảo  So sánh với mức âm đảo: Hình 4.16: Mạch so sánh với mức âm đảo Điện chuẩn Vref < đặt vào ngõ vào (+), điện so sánh Vi đưa vào ngõ vào (–) o Khi Vi > Vref VOut = −Vsat o Khi Vi < Vref VOut = +Vsat Hình 4.13: Dạng sóng tín hiệu đầu vào mạch so sánh với mức âm đảo GV: LÊ QUANG HIỀN 55 Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm MỤC LỤC Chương VẬT LIỆU BÁN DẪN I CHẤT BÁN DẪN Chất bán dẫn Chất bán dẫn tạp chất a Chất bán dẫn loại N b Chất bán dẫn loại P Dòng điện chất bán dẫn a Dòng điện khuếch tán b Dòng điện trơi II CHUYỂN TIẾP P - N Tiếp giáp pn chưa có điện trường ngồi đặt vào Tiếp giáp pn có điện trường ngồi đặt vào a Phân cực nghịch (VD 0) Hiện tượng đánh thủng chuyển tiếp pn a Đánh thủng điện b Đánh thủng nhiệt Chương DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ DIODE Cấu tạo Nguyên lý hoạt động Đặc tuyến Von – Ampe Mạch điện tương ứn diode II CÁC LOẠI DIODE Diode chỉnh lưu Diode cao tần Diode Zener Diode biến dung (varicap) Diode phát quang (led) III GIẢI THÍCH MẠCH DIODE IV CÁC MẠCH ỨNG DỤNG CỦA DIODE Diode mắc nối tiếp song song a Nối tiếp b Song song Cổng Or/And Mạch chỉnh lưu a Mạch chỉnh lưu bán lỳ b Mạch chỉnh lưu toàn kỳ Mạch xén a Mạch xén nối tiếp b Mạch xén song song Mạch ghim áp Mạch ổn áp Mạch chỉnh lưu bội áp CHƯƠNG TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT I CẤU TẠO GV: LÊ QUANG HIỀN 1 3 4 5 6 7 7 9 9 10 10 10 11 11 12 12 12 13 13 13 14 14 15 15 16 19 19 20 22 23 24 25 56 Giáo trình: Điển tử II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BJT III ĐĂC TUYẾN VON – AMPE Mạch cực B chung – CB Mạch cực E chung – CE Mạch cực C chung – CC IV MẠCH PHÂN CỰC CHO BJT Mạch phân cực cố định Mạch phân cực cố định ổn định cực emitter Mạch phân cực cầu phân áp Mạch phân cực hồi tiếp từ Collector V THIẾT KẾ MẠCH PHÂN CỰC Ví dụ 36 Ví dụ 37 Ví dụ 38 VI MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG BJT Khái niệm Các tiêu khuếch đại Dạng mạch tương đương Các mối liên hệ Các ví dụ CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN I KHÁI NIỆM II KÝ HIỆU III CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA OP – AMP IV MẠCH KHUẾCH ĐẠI OP – AMP CĂN BẢN Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch cổng đảo dấu Mạch khuếch đại trừ Mạch so sánh 50 a Điện ngõ bão hòa b Mạch so sánh mức c Mạch so sánh với ngõ vào có điện áp GV: LÊ QUANG HIỀN Đại học Nông Lâm 26 27 27 28 30 30 30 32 33 35 36 39 39 39 39 40 40 47 47 47 48 48 48 49 49 50 51 52 57 Giáo trình: Điển tử Đại học Nơng Lâm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 1999 [2] Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [3] Lê Sắc, Ngô Đức Thiện, Cơ sở kỹ thuật điện – điện tử, Học viện Công nghệ BCVT,2002 [4] Hồ Anh Túy, lý thuyết mạch (tập 1,2) NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996 GV: LÊ QUANG HIỀN 58 ... trị, ngun tử nguyên tử P liên kết với điện tử nguyên tử Si ( hay Ge) lân cận tạo thành liên kết cộng hóa trị, điện tử thứ không liên kết với điện tử nguyên tử Si (hay Ge)  Do điện tử lớp nên... nhỏ điện tử tách khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự Nếu ta đặt vào từ trường điện tử tự chuyển động có hướng tạo dòng điện  Nếu ta pha nhiều nguyên tử P vào ta có nhiều điện tử tự dòng điện. .. HIỀN Giáo trình: Điển tử Đại học Nông Lâm  Nguyên tử B đưa điện tử để liên kết cộng hóa trị với điện tử nguyên tử Si (hay Ge) lân cận  Do thiếu điện tử để liên kết nên tạo thành lỗ trống tích điện