63 BÀI 3 LINH KIỆN BÁN DẪN Mã bài: MĐ12-03 Giới thiệu: Trong khoảng đầu thế kỷ trước, người ta đã chú ý đến chất bán dẫn điện. Vì những ưu việt của linh kiện bán dẫn, như ít tiêu hao năng lượng, tuổi thọ cao, kích thước nhỏ.cho nên thế hệ đèn điện tử chân không đã được thay thế hầu hết bằng linh kiện bán dẫn. Vì vậy linh kiện bán dẫn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật cũng như đời sống hiện nay. Mục tiêu thực hiện: Học xong bài học này học viên có khả năng: - Phân biệt được các linh kiện bán dẫn có công suất nhỏ theo các đặc tính của linh kiện.
- Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung bài đã học. - Phân biệt được được các loại linh kiện bằng máy đo VOM/ DVOM theo các đặc tính của linh kiện. - Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM/ DVOM trên cơ sở đặc tính của linh kiện. - Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập Nội dung chính 1.
Khái niệm chất bán dẫn Mục tiêu + Hiểu được cấu tạo chất bám dẫn P-N +Biết được một số dạng của diode khác nhau + Phân biệt được một số loại diode thông dụng + Đo và kiểm tra được diode Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay. Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si) 64 Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor. Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới.1: Chất bán dẫn tinh khiết 1.1 Chất bán dẫn loại P Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P.2 ;Chất bán dẫn loại P 1.2 Chất bán dẫn loại N.
Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, 65 nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ).3: Chất bán dẫn loại N 2 Tiếp giáp P-N Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.4: Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode. 66 Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn Hình 3.5: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.1 Một số hình dạng của didoe khác Hình 3.6: Các dạng diode khác thường gặp 2.1 Diode Zener Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P- N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, 67 khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.7: Diode zener Diode zener có tính ổn áp. Trong mạch diode zener luôn ở trạng thái phân cực nghịch và làm việc ở trạng thái bị đánh thủng. Khi diode zener bị đánh thủng, nó sẽ có tính ghim áp, lúc này mức áp đưa vào có thay đổi nhưng mức áp lấy ra trên diode zener là không đổi.
Trong mạch diode zener luôn dùng với một điện trở hạn dòng để tránh bị quá công suất. Trong nhiều mạch điện người ta dùng diode zener không có điện trở hạn dòng để làm mạch bảo vệ tránh trường hợp thiết bị bị quá áp. Trong mạch này, người ta dùng diode cho mắc ngang cuộn dây của relay để bảo vệ transistor. Bảo vệ ra sao? Chúng ta biết, khi transistor dẫn điện, nó cấp dòng cho cuộn dây để tạo ra sức hút nam châm, hút lá kim để thay đổi vị trí của tiếp điểm.
Nhưng khi transistor ngưng dẫn, nó cắt dòng cấp cho cuộn dây của relay, chính ngay lúc này, từ cuộn dây của relay sẽ "bung ra điện áp ứng", mức áp này thường có biên độ rất cao và dễ đánh thủng làm hư các mối nối bán dẫn. Để tránh điều tai hại này, người ta mắc ngang cuộc dây một diode dùng chống 68 mức áp nghịch, diode sẽ vào trạng thái dẫn điện do có tính ghim áp, diode đã giữ cho mức áp ngang cuộn dây không thể tăng cao.2 Diode Thu quang. ( Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếngthuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode Hình 3.8: Hình ảnh minh họa của diode thu quang 69 2.3 Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED ) Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện. : Hình ảnh diode phát quang 70 Cách mắc đèn led Bảng tham khảo thường dùng cho các loại led Led 7 đoạn và led ma trận 71 Cách hiển thị led 7 đoạn Diode Varicap ( Diode biến dung ) Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode.10: Ứng dụng của diode biến dung trong mạch cộng hưởng Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch.
Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp.5 Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần. Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng Hình 3.11: Ký hiệu của diode xung 2.4 Đo và kiểm tra diode Hình 3.12: Hướng dẫn cách đo diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu : Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập. Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.
73 Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò.5 Các mạch ứng dụng dùng diode 2.1 Nối tiếp: Trong phần này mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu các cấu hình mạch mắc nối tiếp các diode với tín hiệu vào dc.13: Cấu hình diode mắc nối tiếp Mạch điện nối tiếp trong hình 3.13 , ta thay diode bằng một điện trở R như hình 2.26, khi đó chiều dòng điện chạy trong điện trở R cùng chiều với chiều dòng điện thuận của diode và E V nên diode ở trạng thái dẫn.2 Cấu hình song song Hình 3.14: Cấu hình song song 2.6 Lặp mạch nguồn một chiều đơn giản. Lựa chọn sơ đồ thiết kế 74 Hình 3.15: Sơ đồmạch nguồn một chiều Khi thiết kế mạch nguồn điện một chiều, việc lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu là quan trọng nhất. Trong thực tế nguời ta thường chọn mạch chỉnh lưu cầu để chỉnh lưu trong mạch nguồn điện một chiều Bài tập thực hành của học viên Bài 2.1: Phát biểu định nghĩa về chất bán dẫn, trình bày các tính chất của chất bán dẫn.2: Trình bày sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết, chất bán dẫn tạp N, chất bán dẫn tạp P .3: Trình bày cấu tạo,kí hiệu quy ước của điốt tiếp điểm, điốt tiếp mặt .4: Trình bày nguyên lý hoạt động của điốt ; các nhận xét quan trọng rút ra từ phân tích nguyên lý hoạt động của điốt là gì ? Bài 2.16, sơ đồ nào điốt được phân cực thuận: a.6: Cho mạch điện như hình 3. Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch 2 4 1 D1 D2 + - 220V 5 2 1 4 50HZ 6 3 + C1 R1 D4 D3 + 3 C2 R2 Hình 3.7: Trình bày phương pháp xác định các cực Anốt , ca tốt của điốt bằng VOM .8: Một điốt có nội trở: a.
Rth = Rngh = 0 Cho biết chất lượng của điốt ứng với các trường hợp trên.9: Khi sử dụng điốt mà dòng qua điốt quá lớn sẽ xẩy ra hiện tượng gì ? giải thích vì sao ? Bài 2.10: Nếu phải đấu nối tiếp một số điốt thì phải đấu song song với các điốt một điện trở vì sao ? trị số điện trở đó có giá trị lớn hay nhỏ? Câu hỏi trắc nghiệm:Tìm câu trả lời đúng Bài 2.11: Sự dẫn điện của chất bán dẫn sẽ tăng khi: a.