MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Giới thiệu: Linh kiện điện tử là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử. Linh kiện điện tử được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nổi bật nhất là ứng dụng trong lĩnh vực điện tử -viễn thông, CNTT. Linh kiện điện tử rất phong phú, nhiều chủng loại đa dạng.Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor,…) Xu thế các linh kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày càng cao, tính năng mạnh, tốc độ lớn… Mục tiêu: - Trình bày được khái quát về sự phát triển công nghệ điện tử - Trình bầy được vật liệu điện tử,phân loại và ứng dụng của linh kiện điện tử - Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.Lịch sử phát triển công nghệ điện tử Mục tiêu: Trình bầy được lịch sử phát triển công nghệ điện tử Các cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) có thể tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống (Walkman, TV,ôtô, máy giặt, máy điều hoà, máy tính,…).
Những thiết bị này có chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn. PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này Nhân tố chính đem lại sự phát triển thành công của nền công nghiệp máy tính là việc thông qua các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo được các transistor với kích thước ngày càng nhỏ→ giảm giá thành và công suất. Lịch sử phát triển : R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch - 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) - 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) - 1906 Lee de Forest (“Triode”)Vacuum tube devices continued to evolve - 1940 Russel Ohl (PN junction) - 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) - 1952 Geoffrey W. Dummer (IC concept) - 1954 First commercial silicon transistor - 1955 First field effect transistor – FET - 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) - 1959 Planar technology invented - 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng - 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments - 1962 TTL invented - 1963 First PMOS IC produced by RCA - 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor - U.Phân loại linh kiện điện tử Mục tiêu: - Trình bầy được nội dung để làm căn cứ phân loại linh kiên điện tử 2.Phân loại dựa trên đặc tính vật lý Linh kiện hoạt động trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI.
Linh kiện hoạt động trên nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá năng lượng quang điện như pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bức xạ, sinh học và các chủng loại IC thông minh dựa trên cơ sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo sensor. Linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch tử, Transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử, … 2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu ( hình 1) Hình 1 : Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu 2.Phân loại theo ứng dụng Vi mạch và ứng dụng: (hình 2;hình 3) - Processors : CPU, DSP, Controllers - Memory chips : RAM, ROM, EEPROM - Analog : Thông tin di động ,xử lý audio/video - Programmable : PLA, FPGA - Embedded systems : Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards System-on-chip (SoC). R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch Hình 2: Ứng dụng của vi mạch Hình 3 : Ứng dụng của linh kiện điện tử Linh kiện thụ động: R,L,C… Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET… Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý… Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang 3. Giới thiệu về vật liệu điện tử Mục tiêu: - Giới thiệu được các loại vật liệu điện tử 3.Chất cách điện (chất điện môi) Định nghĩa : Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao (10 ÷1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường.Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu 7 vô cơ cũng như hữu cơ.
Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện - Các tính chất của chất điện môi. - Độ thẩm thấu điện tương đối(hằng số điện môi - ε) - Độ tổn hao điện môi (Pa) - Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t) - Nhiệt độ chịu đựng - Dòng điện trong chất điện môi (I) - Điện trở cách điện của chất điện môi 3.Chất dẫn điện Định nghĩa : Là vật liệu có độ dẫn điện cao. Trị số điện trở suất của nó (khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm) nhỏ hơn so với các loạivật liệu khác.Trong tự nhiên chất dẫn điện có thể là chất rắn–kim loại, chất lỏng–kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân hoặc chấtkhí ở điện trường cao. Các tính chất của chất dẫn điện - Điện trở suất - Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α) - Hệ số dẫn nhiệt: λ - Công thoát của điện tử trong kim loại - Điện thế tiếp xúc 3.Vật liệu từ Định nghĩa: Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ - Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ - Từ trở và từ thẩm - Độ từ thẩmtương đối(μr) R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch - Đường cong từ hóa 4.
Dòng điện trong các môi trường.1 Dòng điện trong kim loại – Các tính chất điện của kim loại có thể giải thích được dựa trên sự có mặt của các electron tự do trong kim loại. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do. – Trong chuyển động, các electron tự do luôn luôn va chạm với các ion dao động quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt.
Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. – Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không, là hiện tượng siêu dẫn. Dòng điện trong chất điện phân – Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các ion dương về catôt và ion âm về anot. Các ion trong chất điện phân xuất hiện là do sự phân li của các phân tử chất tan trong môi trường dung môi.
R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch – Khi đến các điện cực thì các ion sẽ trao đổi electron với các điện cực rồi được giải phóng ra ở đó, hoặc tham gia các phản ứng phụ. Một trong các phản ứng phụ là phản ứng cực dương tan, phản ứng này xảy ra trong các bình điện phân có anot là kim loại mà muối cẩu nó có mặt trong dung dịch điện phân. – Định luật Fa-ra-đây về điện phân. – Khối lượng M của chất được giải phóng ra ở các điện cực tỉ lệ với đương lượng với chất của nó và với điện lượng q đi qua dung dịch điện phân.
– Biểu thức của định luật Fa-ra-đây: 4. Dòng điện trong chất khí – Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dịch có hướng của các ion dương về catôt, các ion âm và electron về anot. – Khi cường độ điện trường trong chất khí còn yếu, muốn có các ion và electron dẫn điện trong chất khí cần phải có tác nhân ion hoá (ngọn lửa, tia lửa điện. Còn khi cường độ điện trường trong chất khí đủ mạnh thì có xảy ra sự ion hoá do va chạm làm cho số điện tích tự do (ion và electron) trong chất khí tăng vọt lên (sự phóng điện tự lực).
Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chất khí vào hiệu điện thế giữa anôt và catôt có dạng phức tạp, không tuân theo định luật Ôm (trừ hiệu điện thế rất thấp). R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch – Tia lửa điện và hồ quang điện là hai dạng phóng điện trong không khí ở điều kiện thường. Cơ chế của tia lửa điện là sự ion hoá do va chạm khi cường độ điện trường trong không khí lớn hơn 3.105 (V/m) – Khi áp suất trong chất khí chỉ còn vào khoảng từ 1 đến 0,01mmHg, trong ống phóng điện có sự phóng điện thành miền: ngay ở phần mặt catot có miền tối catôt, phần còn lại của ống cho đến anot là cột sáng anốt. – Khi áp suất trong ống giảm dưới 10 -3mmHg thì miền tối catôt sẽ chiếm toàn bộ ống, lúc đó ta có tia catôt.
Tia catôt là dòng electron phát ra từ catot bay trong chân không tự do. Dòng điện trong chân không Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dịch có hướng của các electron bứt ra từ catot bị nung nóng do tác dụng của điện trường. Đặc điểm của dòng điện trong chân không là nó chỉ chạy theo một chiều nhất định từ anot sang catot. Dòng điện trong bán dẫn – Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do và lỗ trống.
– Tuỳ theo loại tạp chất pha vào bán dẫn tinh khiết, mà bán dẫn thuộc một trong hai loại là bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. Dòng điện trong bán dẫn loại n chủ yếu là dòng electron, còn trong bán dẫn loại p chủ yếu là dòng các lỗ trống. – Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n (lớp tiếp xúc p – n) có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều nhất định từ p sang. R1 R2 Rn H×nh 2-3:M¹ch BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: 13-01 Giới thiệu: Nền tảng cơ sở của hệ thống điện nói chung và điện kỹ thuật nói riêng xoay quanh vấn đề dẫn điện, cách điện của vật chất gọi là vật liệu điện.
Do đó hiểu được bản chất của vật liệu điện, vấn đề dẫn điện và cách điện của vật liệu, linh kiện là một nội dung không thể thiếu được trong kiến thức của người thợ điện, điện tử. Đó chính là nội dung của bài học này. Mục tiêu : - Phát biểu được tính chất, điều kiện làm việc của dòng điện trên các linh kiện điện tử theo nội dung bài đã học.