Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 7: Chất bán dẫn và DIODE cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm cơ bản về chất bán dẫn, bán dẫn pha tạp, chuyển tiếp P-N, DIODE,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin ĐHQG TPHCM Môn học: Nhập Môn Điện Tử Tp HCM - 2012 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Khái niệm chất bán dẫn Chất bán dẫn gì? Là chất có đặc điểm trung gian chất dẫn điện chất cách điện Về phương diện hóa học chất bán dẫn có điện tử lớp (Ge) (Si) Từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu, người Chất bán dẫn tinh khiết ta tạo hai loại bán dẫn: bán dẫn loại N bán dẫn loại P Sau ghép chúng lại với để tạo linh kiện transistor hay diode CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Khái niệm chất bán dẫn Cấu trúc nguyên tử Vùng dẫn germanium ; silicon Wg Vùng cấm Wg Vùng hóa trị Chất cách điện Chất bán dẫn CuuDuongThanCong.com Chất dẫn điện https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Bán dẫn pha tạp Chất bán dẫn loại N Khi ta pha lượng nhỏ chất có hoá trị Phospho (P) vào chất bán dẫn Si nguyên tử P liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) gọi bán dẫn N e e e e e EC EF EFi h EV Chú ý: • Trong bán dẫn loại N nồng độ electron nhiều nồng độ lỗ trống • Trong bán dẫn loại N, electron gọi hạt tải đa số, lỗ trống gọi hạt tải thiểu số Phân bố mức Fermi bán dẫn loại N CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Bán dẫn pha tạp Chất bán dẫn loại P Ngược lại ta pha thêm lượng nhỏ chất có hố trị Indium (In) Boron (B) vào chất bán dẫn Si nguyên tử Indium liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị liên kết bị thiếu điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) gọi chất bán dẫn P e EC EFi h h h h h EF EV Chú ý: • Trong bán dẫn loại P nồng độ lỗ trống nhiều nồng độ electron • Trong bán dẫn loại P, lỗ trống gọi hạt tải đa số, electron gọi hạt tải thiểu số Phân bố mức Fermi bán dẫn loại P CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Chuyển tiếp P-N Trước tiếp xúc Mỗi khối bán dẫn trạng thái cân (tổng điện tích dương cân với tổng điện tích âm) nồng độ tạp chất hai loại bán dẫn phân bố EC EF EC EFi EFi EV EF EV Loại N CuuDuongThanCong.com Loại P https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Chuyển tiếp P-N Sau tiếp xúc Do chênh lệch nồng độ (pp>>pn ; nn>>np), sinh tượng khuếch tán Lỗ trống khuếch tán từ P sang N, điện tử (electron) khuếch tán từ N sang P dòng khuếch tán từ P sang N Đồng thời, hạt tải thiểu số hai bán dẫn di chuyển qua lai lẫn dòng trơi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Chuyển tiếp P-N Trạng thái cân Chuyển tiếp P-N P N CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Chuyển tiếp P-N Trạng thái cân Etx : Điện trường tiếp xúc Miền nghèo P + N Chuyển tiếp cách điện 8/2010 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Chuyển tiếp P-N Phân cực thuận Cực dương nối với cực P cực âm nối với cực N (UAK >0) Cực dương nguồn điện áp ngồi đẩy lỗ trống phía bên P di chuyển sang bên N ngược lại, cực âm nguồn đẩy điện tử bên N di chuyển sang P làm kín mạch Kết mạch có dòng điện chạy Dòng điện gọi dòng điện thuận có giá trị tăng theo hàm mũ với điện áp đặt vào 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Cấu tạo ký hiệu Diode bán dẫn linh kiện điện tử gồm chuyển tiếp P-N A K Cực nối với bán dẫn P gọi cực Catot cực nối với bán dẫn N gọi cực anot Ký hiệu 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DIODE Chất bán dẫn Diode Nguyên tắc hoạt động Diode làm việc dựa tính chất dẫn điện chiều chuyển tiếp P-N Khi phân cực thuận (UAK > 0): diode dẫn điện, mạch có dòng điện chạy qua Khi coi diode khóa điện tử đóng (ngắn mạch) UAK > UD UAK > UD UAK < UD 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Nguyên tắc hoạt động Diode làm việc dựa tính chất dẫn điện chiều chuyển tiếp P-N Khi phân cực ngược (UAK < 0): diode khơng dẫn điện, mạch có dòng điện ngược nhỏ chạy qua Khi coi diode khóa điện tử mở (hở mạch) 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Phần thuận đặc tuyến (UAK > 0) UD : điện áp ngưỡng diode UD 0,3V (Ge) UD 0,7V (Si) Ithmax dòng điện thuận cực đại cho phép diode Điện áp ứng với giá trị Ithmax gọi Ubh, có giá trị 0,8V ( Ge), 1,2V (Si) Vùng phân cực thuận có đặc trưng dòng lớn (mA), điện áp nhỏ điện trở nhỏ Đặc tuyến V-A: ID(mA) UBR UAK(V) UD 1V Vïng phân cực ngựơc Vùng phân cực thuận CuuDuongThanCong.com Phn ngc đặc tuyến (UAK < 0) Dòng ngược bão hòa có giá trị nhỏ IS cỡ nA Khi UAK = Udt (điện áp đánh thủng) dòng điện ngược tăng vọt, gọi tượng đánh thủng chuyển tiếp P - N Udt 12V diode tách sóng khoảng vài chục V tới 1kV với diode nắn điện 18 https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Phân loại Diode chỉnh lưu Diode ổn áp (Zener) Diode biến dung (Varicap) Diode phát quang (LED), thu quang (Photo diode) Diode xuyên hầm (tunnel), cao tần, xung… 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Diode chỉnh lưu (nắn điện) Ký hiệu hình dáng thực tế Cách xác định cực diode: theo ký hiệu dùng Vôn kế Ứng dụng Mạch chỉnh lưu Mạch hạn biên Mạch dịch mức 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Mạch chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Mạch chỉnh lưu chu kỳ 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Mạch hạn biên Mạch hạn biên Mạch hạn biên 22 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Diode Zener Diode Zener có cấu tạo tương đối đặc biệt chỗ có nồng độ pha tạp chất cao, có vỏ thủy tinh suốt kích thước nhỏ Diode Zener làm việc đoạn đặc tuyến ngược, lợi dụng chế độ đánh thủng điện chuyển tiếp P-N để ổn định điện áp Nghĩa bị phân cực ngược làm việc vùng đánh thủng khơng bị hỏng diode khác Điện áp đảnh thủng diode Zener thường nhỏ (vài chục Vôn trở xuống) 23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đoạn đặc tuyến ngược diode Zene 20 40 60 V I 80 100 120 140 V CuuDuongThanCong.com Điện áp sụt diode gần không đổi https://fb.com/tailieudientucntt Dòng điện ngược(mA) Chất bán dẫn Diode DIODE Một số tham số diode zener Điện áp ổn định UZ Điện trở Ri Công suất định mức PZ, cơng suất tiêu tán diode có dòng IZ chảy qua PZ = UZ IZ Imin trị số dòng điện nhỏ nhấ điểm mà tượng đánh thủng ổn định Imax trị số dòng điện cực đại qua diode xác định công suất tiêu tán cực đại diode (nếu I > Imax diode bị cháy) 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Diode biến dung (Varicap) Giá trị điện dung diode tính cơng thức: Trong đó: : số điện môi chất bán dẫn S: diện tích mặt cắt ngang chuyển tiếp P – N dtx: bề dày chuyển tiếp P-N Cv S d tx Giá trị Cv thường nhỏ, khoảng từ 2pF đến 100pF Để điều chỉnh giá trị người ta thay đổi giá trị dtx cách điều khiển điện áp ngược đặt vào diode 26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Diode phát quang (LED) LED Khi phân cực thuận phát ánh sáng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode DIODE Diode thu quang (photodiode) RS Power supply VS Photodiode Photodiode phân cực ngược dẫn điện có ánh sáng chiếu vào 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chất bán dẫn Diode Phương pháp đo kiểm tra Diode • Đặt đồng hồ thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, : • Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên => Diode tốt • Nếu đo hai chiều kim lên = 0Ω => Diode bị chập • Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => Diode bị đứt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) gọi bán dẫn N e e e e e EC EF EFi... dựa tính chất dẫn điện chiều chuyển tiếp P-N Khi phân cực ngược (UAK < 0): diode khơng dẫn điện, mạch có dòng điện ngược nhỏ chạy qua Khi coi diode khóa điện tử mở (hở mạch) 17 CuuDuongThanCong.com... ngược lại, cực âm nguồn đẩy điện tử bên N di chuyển sang P làm kín mạch Kết mạch có dòng điện chạy Dòng điện gọi dòng điện thuận có giá trị tăng theo hàm mũ với điện áp đặt vào 10 CuuDuongThanCong.com