GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Trạng thái điện linh kiện điện tử đặc trưng thông số: điện áp u cường độ dòng điện i Mối quan hệ tương hỗ i=f(u) biểu diễn đặc tuyến Volt-Ampere Người ta phân chia linh kiện điện tử theo hàm quan hệ tuyến tính hay phi tuyến Nếu hàm i=f(u) tuyến tính (hàm đại số bậc hay phương trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử gọi phần tử tuyến tính (R, L, C) áp dụng nguyên lý xếp chồng R Điện trở: i  u Tụ điện: i  C du dt Cuộn dây: i  u.dt L Nếu hàm i=f(u) quan hệ phi tuyến (phương trình đại số bậc cao, phương trình vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử gọi phần tử phi tuyến (diode, Transistor) 2.1 Điện trở (Resistor) Như đề cập chương trước, dòng điện dòng chuyển dời có hướng hạt mang điện vật dẫn hạt mang điện electron tự Các electron tự có khả dịch chuyển tác động điện áp nguồn trình dịch chuyển electron tự va chạm với nguyên tử nút mạng electron khác nên bị phần lượng dạng nhiệt Sự va chạm cản trở chuyển động electron tự đặc trưng giá trị điện trở 2.1.1 Định nghĩa: Điện trở linh kiện cản trở dòng điện, giá trị điện trở lớn dòng điện mạch nhỏ Định luật Ohm: Cường độ dòng điện mạch trở tỷ lệ thuận với điện áp cấp tỷ lệ nghịch với điện trở mạch Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ I E R [E]: Volt (V) [I]: Ampere (A) [R]: Ohm (Ω) 2.1.2 Các thông số điện trở a Giá trị điện trở Giá trị điện trở đặc trưng cho khả cản trở dòng điện điện trở Yêu cầu giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm thời gian,…Điện trở dẫn điện tốt giá trị nhỏ ngược lại Giá trị điện trở tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, GΩ Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, kích thước điện trở nhiệt độ môi trường R   l S Trong đó: ρ: điện trở suất [Ωm] l: chiều dài dây dẫn [m] S: tiết diện dây dẫn [m2] Trong thực tế điện trở sản xuất với số thang giá trị xác định Khi tính tốn lý thuyết thiết kế mạch, cần chọn thang điện trở gần với giá trị tính b Sai số Sai số độ chênh lệch tương đối giá trị thực tế điện trở giá trị danh định, tính theo %  Rtt  Rdd  100% Rdd Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Trong đó: Rtt: Giá trị thực tế điện trở Rdd: Giá trị danh định điện trở c Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor): TCR thay đổi tương đối giá trị điện trở nhiệt độ thay đổi oC, tính theo phần triệu  R / T 106 ( ppm/ oC ) (parts per million) R Khi nhiệt độ tăng, số lượng electron bứt khỏi quỹ đạo chuyển động tăng va chạm với electron tự làm tăng khả cản trở dòng điện vật dẫn Trong hầu hết chất dẫn điện nhiệt độ tăng giá trị điện trở tăng, hệ số   (PTC: Positive Temperature Co-efficient) Đối với chất bán dẫn, nhiệt độ tăng số lượng electron bứt khỏi nguyên tử để trở thành electron tự gia tăng đột ngột, va chạm mạng tinh thể tăng không đáng kể so với gia tăng số lượng hạt dẫn, làm cho khả dẫn điện vật liệu tăng, hay giá trị điện trở giảm, có hệ số   (NTC: Negative Temperature Coefficient) Hệ số nhiệt   nhỏ, độ ổn định giá trị điện trở cao Hệ số góc= R T 0oK Hình 2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới giá trị điện trở vật dẫn Tại nhiệt độ xác định có hệ số nhiệt  xác định, giả sử nhiệt độ T1 điện trở có giá trị R1 hệ số nhiệt 1 , giá trị điện trở nhiệt độ T2: R2  R11  1  T2  T1  Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ d.Cơng suất tối đa cho phép Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, lượng nhiệt tỏa P  U I  I R R với cơng suất: Nếu dòng điện có cường độ lớn nhiệt lượng tiêu thụ R lớn làm cho điện trở nóng, cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để tản nhiệt tốt Cơng suất tối đa cho phép công suất nhiệt lớn mà điện trở chịu ngưỡng điện trở bị nóng lên bị cháy Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả chịu nhiệt Pmax U max   I max R R Trong mạch thực tế, khối nguồn cấp, cường độ dòng điện mạnh nên điện trở có kích thước lớn Tại khối xử lý tín hiệu, cường độ dòng điện yếu nên điện trở có kích thước nhỏ phải chịu công suất nhiệt thấp 2.1.3 Phân loại ký hiệu điện trở a Điện trở có giá trị xác định  Điện trở than ép (Điện trở hợp chất Cacbon): Được chế tạo cách trộn bột than với vật liệu cản điện, sau nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng hình trụ bảo vệ lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn Hợp chất Carbon Dây dẫn Dây dẫn Các điện cực Hình 2.2 Điện trở than ép Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng (từ1Ω đến 100MΩ), công suất danh định (1/8W-2W), phần lớn có cơng suất 1/4W 1/2W Một ưu điểm bật điện trở than ép có tính trở nên sử dụng nhiều phạm vi tần số thấp (trong xử lý tín hiệu âm tần)  Điện trở dây quấn chế tạo cách quấn đoạn dây chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh lõi hình trụ Trở kháng phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, đường kính độ dài dây dẫn Điện trở dây quấn có giá trị nhỏ, độ xác cao có cơng suất nhiệt lớn Tuy nhiên nhược điểm điện trở dây quấn có tính chất điện cảm nên khơng sử dụng mạch cao tần mà ứng dụng nhiều mạch âm tần Nichrome Dây dẫn Dây dẫn Lõi cách điện Hình 2.3 Điện trở dây quấn  Điện trở màng mỏng: Được sản xuất cách lắng đọng Cacbon, kim loại oxide kim loại dạng màng mỏng lõi hình trụ Điện trở màng mỏng có giá trị từ thấp đến trung bình, thấy rõ ưu điểm bật điện trở màng mỏng tính chất trở nên sử dụng phạm vi tần số cao, nhiên có cơng suất nhiệt thấp giá thành cao Màng mỏng Dây dẫn Dây dẫn Hình 2.4 Điện trở màng mỏng Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ b Điện trở có giá trị thay đổi  Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm điện trở màng than dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay nối với trượt Con trượt tiếp xúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên trượt dịch chuyển điện trở cực thứ cực lại thay đổi Có thể có loại biến trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) biến trở phi tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay) Biến trở sử dụng điều khiển điện áp (potentiometer: chiết áp) điều khiển cường độ dòng điện (Rheostat) Trục điều khiển Con trượt Vành điện trở VR potentiometer VR Rheostat  Điện trở nhiệt (Thermal Resistor -Thermistor): Hình 2.5 Biến trở (VR) Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ Có loại nhiệt trở: Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Giá trị điện trở giảm nhiệt độ tăng (NTC), thông thường chất bán dẫn có hệ số nhiệt âm nhiệt độ tăng cung cấp đủ lượng cho electron nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên số lượng hạt dẫn tăng đáng kể, tốc độ dịch chuyển hạt dẫn tăng nên giá trị điện trở giảm Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: Giá trị điện trở tăng nhiệt độ tăng, nhiệt trở làm kim loại có hệ số nhiệt dương (PTC) nhiệt độ Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ tăng, nguyên tử nút mạng dao động mạnh làm cản trở trình di chuyển electron nên giá trị điện trở tăng Nhiệt trở sử dụng để điều khiển cường độ dòng điện, đo điều khiển nhiệt độ: ổn định nhiệt cho tầng khuếch đại, đặc biệt tầng khuếch đại công suất linh kiện cảm biến hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ  Điện trở quang (Photo Resistor) λ λ Quang trở linh kiện nhạy cảm với xạ điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy Quang trở có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào Cường độ ánh sáng mạnh giá trị điện trở giảm ngược lại Khi bị che tối: R  n.100k  n.M Khi chiếu sáng: R  n.100  n.k Quang trở thường sử dụng mạch tự động điều khiển ánh sáng:(Phát người vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét Camera; Tự động bật đèn trời tối; Điều chỉnh độ nét LCD;…) 2.1.4 Cách ghi đọc tham số điện trở a Biểu diễn trực tiếp  Chữ chữ số biểu diễn giá trị điện trở: R(E) – Ω; K - K Ω; M - M Ω;…  Chữ thứ hai biểu diễn dung sai: F=1% J=5% G=2% K=10% H=2,5% M=20% Ví dụ: 8K2J: R=8,2KΩ; δ=5% R=8,2KΩ  0,41 KΩ=7,79KΩ  8,61KΩ Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Hoặc chữ số để biểu diễn giá trị điện trở chữ để biểu diễn dung sai Khi chữ số cuối biểu diễn số chữ số (bậc lũy thừa 10) Ví dụ: 4703G: R=470K Ω; δ=2% b Biểu diễn vạch màu Đối với điện trở có kích thước nhỏ ghi trực tiếp thông số người ta thường vẽ vòng màu lên thân điện trở  vòng màu:  vòng đầu biểu diễn chữ số có nghĩa thực  Vòng thứ biểu diễn số chữ số (bậc lũy thừa 10)  Sai số δ=20%  vòng màu  vòng đầu biểu diễn chữ số có nghĩa thực  Vòng thứ biểu diễn số chữ số (bậc lũy thừa 10)  Vòng thứ biểu diễn dung sai (tráng nhũ)  vòng màu:  vòng đầu biểu diễn chữ số có nghĩa thực  Vòng thứ biểu diễn số chữ số (bậc lũy thừa 10)  Vòng thứ biểu diễn dung sai (tráng nhũ) Bảng quy ước mã vạch màu Màu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Trị số Sai số 1% 2% Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vạch Vạch Vạch Vạch Tím Xám Trắng Vàng kim -1 5% Bạc kim -2 10% Vạch 2.1.5 Ứng dụng  Điện trở sử dụng mạch phân áp để phân cực cho Transistor đảm bảo cho mạch khuếch đại dao động hoạt động với hiệu suất cao  Điện trở đóng vai trò phần tử hạn dòng tránh cho linh kiện bị phá hỏng cường độ dòng lớn Một ví dụ điển hình mạch khuếch đại, khơng có điện trở Transistor chịu dòng chiều có cường độ tương đối lớn  Được sử dụng để chế tạo dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng đèn,…) thiết bị cơng nghiệp (thiết bị sấy, sưởi,…) điện trở có đặc điểm tiêu hao lượng dạng nhiệt  Xác định số thời gian: Trong số mạch tạo xung, điện trở sử dụng để xác định số thời gian  Phối hợp trở kháng: Để tổn hao đường truyền nhỏ cần thực phối hợp trở kháng nguồn tín hiệu đầu vào khuếch đại, đầu khuếch đại tải, hay đầu tầng khuếch đại trước đầu vào tầng khuếch đại sau 2.2 Tụ điện 2.2.1 Định nghĩa Tụ điện gồm cực làm chất dẫn điện đặt song song với nhau, lớp cách điện gọi chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, Page Bản cực kim loại Lớp điện mơi (khơng khí) GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ khơng khí) Chất cách điện lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ dầu, tụ gốm hay tụ khơng khí) C Ký hiệu Nếu điện trở tiêu thụ điện chuyển thành nhiệt tụ điện tích lượng dạng lượng điện trường, sau lượng giải phóng Điều thể đặc tính tích phóng điện tụ điện 2.2.2 Các tham số tụ điện a Điện dung tụ điện Giá trị điện dung đặc trưng cho khả tích lũy lượng tụ điện C  o S d Trong đó: ε: Hệ số điện môi chất cách điện εo=8,85.10-12(F/m): Hằng số điện mơi chân khơng S: Diện tích hiệu dụng cực d: Khoảng cách cực Điện dung có đơn vị F, nhiên thực tế 1F giá trị lớn nên thường sử dụng đơn vị khác: 1μF=10-6F; 1nF=10-9F; 1pF=10-12F Một số hệ số điện môi thông dụng: Chân không ε=1 Khơng khí ε=1,0006 Gốm ε =30-7500 Mica ε =5,5 Dầu ε =4 Giấy khô ε =2,2 Polystyrene ε =2,6 Page 10 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ  U AK  : Khi U AK nhỏ , tiếp giáp J1 J3 phân cực ngược, dòng qua diode Shockley dòng rò ngược I D  , miền đặc tuyến ứng với điều kiện gọi “miền chắn ngược” Nếu UAK tăng đến giá trị điện áp “đánh thủng ngược” tiếp giáp J1 J3 bị đánh thủng, dòng qua diode tăng mạnh  U AK  : Tiếp giáp J2 phân cực ngược nên dòng qua diode Shockley dòng ngược bão hòa I D  , cặp Transistor chế độ ngắt, miền đặc tuyến tương ứng gọi “miền chắn thuận” Tăng điện áp UAK đến giá trị đủ lớn để đánh thủng tiếp giáp J2, diode bắt đầu “thơng” (on), giá trị UAK điểm gọi điện áp “đánh thủng thuận” (Breakover Voltage) Tuy nhiên cấu trúc diode Shockley có hồi tiếp dương nên cường độ dòng qua diode Shockley tăng mạnh đưa cặp Transistor vào trạng thái bão hòa Khi diode Shockley tương đương với điện trở có giá trị nhỏ điện áp UAK giảm đột ngột Nếu tiếp tục tăng điện áp UAK diode Shockley hoạt động điện trở Miền đặc tuyến gọi “miền dẫn thuận” Để đưa diode Shockley trở trạng thái ngắt phải giảm điện áp UAK cho dòng qua diode ID nhỏ dòng trì IH Ngồi ra, kích mở diode Shockley xung có độ biến thiên du đủ lớn Do điện dung tiếp giáp ký sinh Transistor chống lại dt thay đổi điện áp gây nên dòng điện đủ lớn để kích mở cho diode Shockley Do diode Shockley tồn tại trạng thái sau lần kích mở ngắt nên coi diode Shockley “cái chốt” (latch) 4.5.2 Diac Diac linh kiện bán dẫn gồm diode Shockley ghép song song ngược chiều nên dẫn dòng theo chiều Diac có điện áp “ngưỡng đánh thủng”, kích mở lần nửa chu kỳ Mỗi lần nguồn xoay chiều đảo cực tính, Diac ngắt dòng (off) tới thời điểm Diac kích mở nửa chu kỳ tiếp theo, Diac chuyển sang trạng thái “thơng” (on) Page 72 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Điện áp nguồn Dòng qua Diac 4.5.3 SCR a Cấu tạo:SCR (Silicon Controlled Rectifier - Chỉnh lưu có điều khiển) có cấu trúc giống diode Shockley có thêm cực cửa G (Gate) đóng vai trò cực điều khiển A A p++ n p+ n++ K IB1 p G G A A J1 n J p J3 n K G p n p n p n T1 IC2=β2.IB2 IC1 G IB2 K T2 K b Nguyên lý hoạt động  U AK  : Đặc tuyến Volt_Ampere SCR miền tương tự với đặc tuyến diode Shockley Page 73 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ  U AK   Nếu VG  : SCR hoạt động diode Shockley  Nếu VG  , xuất dòng cực cửa IG chiều với dòng ngược bão hòa SCR tiếp giáp J2 bị đánh thủng với điện áp UAK nhỏ nhiều so với trường hợp VG  ; nói điện áp VG điều khiển điện áp “ngưỡng đánh thủng” UBO Điện áp VG lớn điện áp UBO nhỏ Sau kích mở, cực cửa G vai trò điều khiển SCR dẫn dòng qua SCR nhỏ dòng trì IH Vậy kích mở Thyristor theo cách: tăng điện áp UAK cấp điện áp tới cực cửa G xung có lượng nhỏ Điều thể đặc tính khuếch đại cơng suất mạch chỉnh lưu sử dụng SCR c Ứng dụng Do dẫn dòng theo chiều nên SCR ứng dụng mạch chỉnh lưu Điểm khác biệt SCR souvới Diode chỉnh lưu thông thường L RL điều khiển góc pha tín hiệu tải (điều uS khiển công suất tải) Ngày nay,us SCR linh kiện chỉnh lưu có độ nhạy tốt Xét mạch chỉnh lưu có điều khiển đơn giản Diode D có tác dụng bảo vệ SCR nửa chu kỳ âm Ban đầu, SCR ngắt, điện áp tải u L  Sau đó, điện áp dương đưa tới cực cửa G ( U GK  ), SCR kích mở giá trị điện áp u s  U BO tương ứng với giá trị UGK xác định Khi SCR tương đương với điện trở có giá trị nhỏ, nên điện áp tải u L  u s Có thể mắc thêm biến trở VR điều chỉnh điện áp UGK, tức điều chỉnh điện áp ngưỡng đánh thủng UBO nên điều khiển góc pha SCR kích mở Page 74 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Ngưỡng đánh thủng RL VR uL us us đồ mạch SCR kích mở Tuy nhiên, sơ góc pha lớn π/2, thời điểm us đạt giá trị cực đại SCR chưa kích mở khơng thể kích mở góc pha lớn Mạch gọi mạch khống chế pha 900 Ngưỡng đánh thủng Vậy muốn kích mở SCR góc pha lớn π/2 mắc thêm tụ điện C RL us uL VR SCR Ngưỡng kích D C uC uC  u D  uGK Điện áp uC dịch pha so với điện áp nguồn góc khoảng (   ), đóng vai trò giống điện áp nguồn đưa điện áp dương tới cực cửa G, nên kích mở SCR góc pha khoảng (   ) gọi mạch khống chế pha 1800 4.5.4 Triac a Cấu tạo Triac linh kiện bán dẫn gồm SCR ghép song song ngược chiều, cực cửa nối với Đối với Triac, khơng cực Anode Page 75 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Cathode mà thay vào cực MT1 MT2 (Main Terminal) Cực G đóng vai trò cực điều khiển b Nguyên lý hoạt động Triac tương đương với cặp SCR nên có khả dẫn dòng theo chiều Tương ứng với giá trị điện áp cực cửa VG, Triac có ngưỡng đánh thủng khơng đối xứng Khi đó, Triac kích mở lần Đèn us nửa chu kỳ Tuy nhiên, vai trò cực MT1 MT2 khơng giống Dòng kích cực cửa G phải đưa từ cực MT2 c.Ứng dụng Khác với SCR ứng dụng mạch công suất lớn, Triac sử dụng số mạch cơng suất nhỏ, ví dụ chuyển mạch đèn báo hiệu gia đình Khâu di pha RC có tác dụng kích mở Triac giá trị góc pha khoảng (   ) Đèn us Page 76 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Tuy nhiên, Triac kích mở điện áp ngưỡng không đối xứng gây nên thành phần hài dạng sóng đầu ra, thường Diac mắc thêm vào mạch sau: Đèn us 4.5.5 UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR – TRANSISTOR ĐƠN NỐI) Transistor thường (BJT) gọi Transistor lưỡng cực có hai nối PN lúc UJT có độc nối P-N Tuy khơng thơng dụng BJT, UJT có số đặc tính đặc biệt nên thời giữ vai trò quan trọng mạch tạo dạng sóng định Cấu tạo đặc tính UJT: Hình sau mơ tả cấu tạo đơn giản hố ký hiệu UJT Một thỏi bán dẫn pha nhẹ loại n- với hai lớp tiếp xúc kim loại hai đầu tạo thành hai cực B1 B2 Nối PN hình thành thường hợp chất dây nhơm nhỏ đóng vai trò chất bán dẫn loại P Vùng P nằm cách vùng B1 khoảng 70% so với chiều dài hai cực B1, B2 Dây nhơm đóng vai trò cực phát E Ký hiệu Transistor tiếp giáp UJT hình B09.2 a b Page 77 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Hình B09.1 Hình B09.2 Trở kháng base base đo dòng emitter =0 gọi “trở kháng base” (interbase) RBB có giá trị điển hình khoảng 5K – 10 K Ohm Hình B09.3 mạch tương đương đơn giản UJT với cực Base loại N Trở kháng RBB phân đôi chuyển tiếp P-N (biểu thị diode) thành điện trở RB1 RB2 , mà tổng RBB Trong chế độ hoạt động thông thường, điện áp VBB cung cấp cho base base 2, với base dương so với Khi khơng có dòng IE , bán dẫn hoạt động giống phân áp đơn giản có phần điện áp xác định VBB xuất RB1 Tỷ số n gọi “tỷ số cân (stand-off) nội” giá trị khong khoảng 0,5 đến 0,9 Tỷ số cho bởi: Điện áp VBB khiến cathode diode dương so với B1 có giá trị điện n.VBB Nếu điện áp emitter VE nhỏ giá trị này, chuyển tiếp phân cực ngược có dòng emitter ngược nhỏ chảy qua Nếu VE lớn (nVBB + VD) , với VD điện áp ngưỡng chuyển tiếp, diode phân cực ngược có dòng emitter thuận IE chảy qua Dòng lỗ trống “khuếch tán” vào phần thấp bán dẫn làm tăng độ dẫn (do số lượng hạt dẫn tự tăng) Điều khiến cho điện trở RB1 giảm Khi RB1 giảm, điện áp n.VBB giảm, có gia tăng điện áp thuận qua diode tất nhiên dòng qua diode tăng Q trình Page 78 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ tích luỹ tiếp tục đạt đến giá trị dòng IE tức đạt đến trạng thái b•o hồ bán dẫn miền RB1 Bắt đầu từ điều kiện này, điện áp VE , mà có giá trị nhỏ Vv (điện áp điểm trũng - valley voltage), bắt đầu tăng dòng tăng, giống đặc tuyến thơng thường diode Đặc trưng đặc tuyến dòng/áp UJT hình B09.4 Trong đường cong này, có miền làm việc: < VE < VP : dòng IE nhỏ trở kháng vào cao VP < VE < Vv : trở kháng vào âm, có nghĩa gia tăng dòng khiến cho điện áp giảm VE > Vv : trở kháng vào lại trở nên dương có giá trị tương tự với trở kháng diode dẫn Các điểm đặc trưng: VP gọi điện áp đỉnh bằng: VP = n.VB2B1 + VD = n.VBB + VD Vv : điện áp điểm trũng Iv : dòng điện điểm trũng Transistor UJT dùng chủ yếu mạch chuyển mạch, định thời, mạch trigger mạch tạo xung Page 79 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 5: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ Trong chương này, đề cập đến số linh kiện quang điện tử thông dụng quang điện trở, quang diod, quang transistor, led… linh kiện quang điện tử đặc biệt không đề cập đến I.QUANG ĐIỆN TRỞ (PHOTORESISTANCE) Là điện trở có trị số giảm chiếu sáng mạnh Điện trở tối (khi không chiếu sáng - bóng tối) thường 1MΩ, trị số giảm nhỏ 100Ω chiếu sáng mạnh Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử tự do, tức dẫn điện tăng lên làm giảm điện trở chất bán dẫn Các đặc tính điện độ nhạy quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo Page 80 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Về phương diện lượng, ta nói ánh sáng cung cấp lượng E=h.f để điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện Như lượng cần thiết h.f phải lớn lượng dãi cấm Vài ứng dụng quang điện trở: Quang điện trở dùng phổ biến mạch điều khiển Mạch báo động: Khi quang điện trở chiếu sáng (trạng thái thường trực) có điện trở nhỏ, điện cổng SCR giảm nhỏ khơng đủ dòng kích nên SCR ngưng Khi Page 81 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ nguồn sáng bị chắn, R tăng nhanh, điện cổng SCR tăng làm SCR dẫn điện, dòng điện qua tải làm cho mạch báo động hoạt động Người ta dùng mạch trên, với tải bóng đèn để cháy sáng đêm tắt vào ban ngày Hoặc tải relais để điều khiển mạch báo động có công suất lớn Mạch mở điện tự động đêm dùng điện AC: Ban ngày, trị số quang điện trở nhỏ Điện điểm A không đủ để mở Diac nên Triac không hoạt động, đèn tắt đêm, quang trở tăng trị số, làm tăng điện điểm A, thơng Diac kích Triac dẫn điện, bóng đèn sáng lên II QUANG DIOD (PHOTODIODE) Ta biết nối P-N phân cực thuận vùng hẹp dòng thuận lớn hạt tải điện đa số (điện tử chất bán dẫn loại N lỗ trống chất bán dẫn loại P) di chuyển tạo nên Khi phân cực nghịch, vùng rộng có dòng điện rỉ nhỏ (dòng bảo hòa nghịch I0) chạy qua Page 82 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Bây ta xem nối P-N phân cực nghịch Thí nghiệm cho thấy chiếu sáng ánh sáng vào mối nối (giả sử diod chế tạo suốt), ta thấy dòng điện nghịch tăng lên gần tỉ lệ với quang thơng lúc dòng điện thuận khơng tăng Hiện tượng dùng để chế tạo quang diod Khi ánh sáng chiếu vào nối P-N có đủ lượng làm phát sinh cặp điện tử - lỗ trống sát hai bên mối nối làm mật độ hạt tải điện thiểu số tăng lên Các hạt tải điện thiểu số khuếch tán qua mối nối tạo nên dòng điện đáng kể cộng thêm vào dòng điện bảo hòa nghịch I0 tự nhiên diod, thường vài trăm nA với quang diod Si vài chục µA với quang diod Ge Độ nhạy quang diod tùy thuộc vào chất bán dẫn Si, Ge hay Selenium… Hình vẽ sau cho thấy độ nhạy theo tần số ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn này: III QUANG TRANSISTOR (PHOTO TRANSISTOR) Quang transistor nới rộng đương nhiên quang diod Về mặt cấu tạo, quang transistor giống transistor thường cực để hở Quang transistor có thấu kính suốt để tập trung ánh sáng vào nối P-N thu Khi cực để hở, nối nền-phát phân cực thuậnchút dòng điện rỉ (điện VBE lúc khoảng vài chục mV transistor Si) nối thu-nền phân cực nghịch nên transistor vùng tác động Page 83 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vì nối thu-nền phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy cực thu cực Vì cực bỏ trống, nối nền-phát phân cực thuận chút nên dòng điện cực thu Ico(1+β) Đây dòng tối quang transistor Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu xuất cặp điện tử lỗ trống quang diod làm phát sinh dòng điện Iλ ánh sáng nên dòng điện thu trở thành: IC=(β+1)(Ico+Iλ) Như vậy, quang transistor, dòng tối lẫn dòng chiếu sáng nhân lên (β+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng Hình trình bày đặc tính V-I quang transistor với quang thông thông số Ta thấy đặc tuyến giống đặc tuyến transistor thường mắc theo kiểu cực phát chung Có nhiều loại quang transistor loại transistor dùng để chuyển mạch dùng mạch điều khiển, mạch đếm… loại quang transistor Darlington có độ nhạy cao Ngồi người ta chế tạo quang SCR, quang triac… Page 84 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vài ứng dụng quang transistor: Đóng hay tắt Relais: Trong mạch đóng relais, quang transistor chiếu sáng dẫn điện làm T1 thông, Relais hoạt động Ngược lại mạch tắt relais, trạng thái thường trực quang transistor không chiếu sáng nên quang transistor ngưng T1 thông, Relais trạng thái đóng Khi chiếu sáng, quang transistor dẫn mạnh làm T1 ngưng, Relais không hoạt động (ở trạng thái tắt) IV DIOD PHÁT QUANG (LED-LIGHT EMITTING DIODE) Ở quang trở, quang diod quang transistor, lượng củaq ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn cấp lượng cho điện tử vượt dãi cấm Ngược lại điện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hố trị thí phát lượng E=h.f Khi phân cực thuận nối P-N, điện tử tự từ vùng N xuyên qua vùng P tái hợp với lỗ trống (về phương diện lượng ta nói điện tử dãi dẫn điện – có lượng cao – rơi xuống dãi hố trị - có lượng thấp – kết hợp với lỗ trống), tái hợp sinh lượng Page 85 GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Đối với diod Ge, Si lượng phát dạng nhệit Nhưng diod cấu tạo GaAs (Gallium Arsenide) lượng phát ánh sáng hồng ngoại (không thấy được) dùng mạch báo động, điều khiển từ xa…) Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) lượng phát ánh sáng vàng hay đỏ Với GaP (Gallium phosphor), lượng ánh sáng phát màu vàng xanh Các Led phát ánh sáng thấy dùng để làm đèn báo, trang trí… Phần ngồi LED có thấu kính để tập trung ánh sáng phát ngồi Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thềm LED thay đổi từ đến 2.5V dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA Page 86 ... điện trở cực thứ cực lại thay đổi Có thể có loại biến trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) biến trở phi tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc...  Rdd  100% Rdd Page GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Trong đó: Rtt: Giá trị thực tế điện trở Rdd: Giá trị danh định điện trở c Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor): TCR... khuếch đại, đặc biệt tầng khuếch đại công suất linh kiện cảm biến hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ  Điện trở quang (Photo Resistor) λ λ Quang trở linh kiện nhạy cảm với xạ điện từ quanh phổ