KHOA ÂIÃÛN TỈÍ - VIÃÙN THÄNG BÄÜ MÄN ÂIÃÛN TỈÍ CU KIN IN Tặ Bión soaỷn: Dổ Quang Bỗnh Aè NÀÔNG — 1998 Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG VẬT LÝ BÁN DẪN 1.1 VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ : Các vật liệu điện tử thường phân chia thành ba loại: Các vật liệu cách điện, dẫn điện vật liệu bán dẫn Chất cách điện loại vật liệu thường có độ dẫn điện tác dụng nguồn điện áp đặt vào Chất dẫn điện loại vật liệu tạo dịng điện tích có nguồn điện áp đặt ngang qua hai đầu vật liệu Chất bán dẫn loại vật liệu có độ dẫn điện khoảng chất dẫn điện chất cách điện Thông số dùng để phân biệt loại vật liệu điện trở suất ρ , có đơn vị Ω.cm Như rỏ bảng 1.1, chất cách điện có điện trở suất lớn 10 Ω.cm ví dụ: kim cương [diamond] chất cách điện tuyệt vời, có điện trở suất lớn: 1016 Ω.cm Ngược lại, đồng đỏ nguyên chất [pure copper] chất dẫn điện tốt, có điện trở suất 3x10 −6 Ω.cm Các vật liệu bán dẫn chiếm toàn khoảng điện trở suất chất cách điện chất dẫn điện; ra, điện trở suất vật liệu bán dẫn điều chỉnh cách bổ sung thêm nguyên tử tạp chất khác vào tinh thể bán dẫn Bảng 1.1, cho biết giá trị điện trở suất điển hình loại vật liệu Mặc dù thực tế làm quen với tính dẫn điện đồng đỏ (đồng nguyên chất) tính cách điện mica, đặc tính điện vật liệu bán dẫn Gemanium (Ge) Silicon (Si) cịn lạ, dĩ nhiên, vật liệu bán dẫn khơng có hai loại vật liệu này, loại vật liệu sử dụng nhiều phát triển dụng cụ bán dẫn BẢNG 1.1 Phân loại đặc tính dẫn điện vật liệu chất rắn Chất dẫn điện Chất bán dẫn Chất cách điện ρ < 10 −3 Ω.cm 10 −3 < ρ < 10 Ω.cm Giá trị điện trở suất chất điển hình ρ = 3x10 −6 Ω.cm ρ = 50 Ω.cm (germanium) (đồng đỏ ng chất) ρ = 50 x10 Ω.cm (silicon) 10 Ω.cm < ρ ρ = 1012 Ω.cm (mica) ρ = 1016 Ω.cm (kim cương) Các chất bán dẫn tạo thành từ hai loại: Các chất bán dẫn đơn chất nguyên tố thuộc nhóm IV bảng tuần hồn ngun tố hóa học, (bảng 1.2) Mặt khác, chất bán dẫn hợp chất hình thành từ ngun tố nhóm III nhóm IV (thường gọi hợp chất 3-5), hay nhóm II nhóm VI (gọi hợp chất 2-6) Chất bán dẫn hợp chất bao gồm nguyên tố, chẳng hạn như: Thủy ngân-Cadimi-telurit [mercury- cadmium-telluride]; Ga-Al-As [galliumaluminum-arsenic]; Ga-In-Ar [gallium-indium-arsenic]; Ga-In-P [gallium-indiumphosphide] Theo lịch sử chế tạo linh kiện bán dẫn Ge chất bán dẫn sử dụng Tuy nhiên, Ge thay cách nhanh chóng bới Si dùng để chế tạo dụng cụ bán dẫn quan trọng Silicon có mức lượng độ rộng vùng cấm (Eg) lớn so với Ge (xem bảng 1.3) nên cho phép sử dụng linh kiện bán dẫn chế tạo từ Si nhiệt độ cao dễ ơxi hóa để hình thành nên lớp ơxit cách điện ổn định bán dẫn Silicon làm cho việc gia công, xử lý Si chế tạo vi mạch (ICs) dể dàng nhiều so với Ge Tuy vậy, Ge có cấu kiện bán dẫn đại hạn chế nhiều so với Si số chất bán dẫn khác Ngoài chất bán dẫn Silicon dùng nhiều, cịn có chất bán dẫn như: GaAr [galliumarsenic] InP [Indium-phosphide] chất bán dẫn thơng dụng nay, vật liệu quan trọng việc chế tạo cấu kiện quang điện tử như: diode phát quang (LED), công nghệ Laser tách sóng quang v v BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Bảng 1.3 Giới thiệu số chất bán dẫn thường sử dụng nhiều để chế tạo linh kiện bán dẫn BẢNG 1.3 Các vật liệu bán dẫn Chất bán dẫn Chất bán dẫn EG (eV) E G (e V) Kim cương (diamond) 5,47 Gallium arsenide 1,42 Silicon 1,12 Indium phosphide 1,45 Germanium 0,66 Boron nitride 7,50 Thiếc (tin) 0,082 Silicon carbide 3,00 Cadimium selenide 1,70 Kim cương Boron Nitride chất cách điện tuyệt vời nhiệt độ phòng, chúng Silicon Carbide dùng chất bán dẫn nhiệt độ cao ( 600o C ) Việc bổ sung tỷ lệ nhỏ ( < 10 % ) Ge vào Si làm cho đặc tính dụng cụ bán dẫn thông thường cải thiện 1.2 MƠ HÌNH LIÊN KẾT ĐỒNG HĨA TRỊ Trong chất, nguyên tử liên kết với dạng cấu trúc như: Vơ định hình [amorphous]; đa tinh thể [polycrystalline] đơn tinh thể [single-crystal] Các vật liệu vơ định hình có cấu trúc hồn tồn khơng có trật tự (hổn độn), ngược với vật liệu đa tinh thể bao gồm số lượng lớn tinh thể khơng hồn chỉnh nhỏ kết hợp lại Một loại vật liệu có cấu trúc tinh thể lặp lại (tuần hoàn) loại nguyên tử gọi cấu trúc đơn tinh thể Nhiều đặc tính hữu ích chất bán dẫn tìm thấy vật liệu đơn tinh thể dạng nguyên chất cao, chẳng hạn như: Silicon BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ thuộc nhóm IV bảng tuần hồn ngun tố hóa học, có bốn điện tử (electron) lớp ngồi cùng, gọi điện tử hóa trị Vật liệu đơn tinh thể hình thành liên kết đồng hóa trị nguyên tử Silicon với nguyên tử Si lân cận gần dạng khối không gian ba chiều đặn hình 1.1 Để đơn giản, ta xét mơ hình liên kết đồng hóa trị dạng hai chiều hình 1.2 Sự liên kết bền vững nguyên tử điện tử hóa trị góp chung gọi liên kết đồng hóa trị Mặc dù liên kết đồng hóa trị lọai liên kết mạnh điện tử hóa trị nguyên tử gốc chúng điện tử hóa trị hấp thụ lượng đáng kể từ tự nhiên để bẽ gảy liên kết đồng hóa trị tạo điện tử trạng thái tự Thuật ngữ “tự do” nói lên di chuyển điện tử nhạy cảm tác dụng điện trường nguồn điện áp hay chênh lệch hiệu; ảnh hưởng lượng ánh sáng dạng photon; lượng nhiệt từ mơi trường xung quanh Ở nhiệt độ phịng, cm3 vật liệu bán dẫn Si nguyên chất có khoảng 1010 hạt tải điện tự [free carrier] Các điện tử tự vật liệu bán dẫn chất tương tự hạt tải điện Cững nhiệt độ phòng, cm3 vật liệu Ge nguyên chất có khoảng 2,5 x1013 hạt tải điện tự Tỷ lệ số lượng hạt tải điện tự Ge Si lớn 103 lần, điều nói lên Ge có độ dẫn điện tốt nhiệt độ phịng, hai loại Ge Si có độ dẫn điện trạng thái Lưu ý bảng 1.1, điện trở suất Si Ge chênh lệch tỷ lệ 1000:1, Si có điện trở suất lớn hơn, điều tất nhiên, điện trở suất tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện Khi tăng nhiệt độ chất bán dẫn lên độ không tuyệt đối (0K) số lượng điện tử hóa trị hấp thụ lượng nhiệt đáng kể để bẻ gãy liên kết đồng hóa trị tăng lên, làm tăng độ dẫn điện chất bán dẫn có điện trở thấp Do vậy, vật liệu bán dẫn Ge Si có điện trở giảm nhiệt độ tăng tức có hệ số nhiệt độ âm Điều náy khác với chất dẫn điện điện trở nhiều chất dẫn điện tăng theo nhiệt độ số lượng hạt tải điện chất dẫn điện không tăng đáng kể theo nhiệt độ, chúng dao động xung quanh vị trí cố định làm cản trở di chuyển điện tử khác, tức làm cho điện trở tăng lên nên chất dẫn điện có hệ số nhiệt độ dương Như vậy, Ở nhiệt độ gần độ tuyệt đối, toàn điện tử định vị mối liên kết đồng hóa trị góp chung ngun tử theo dạng mãng khơng có điện tử tự để tham gia vào trình dẫn điện Lớp nguyên BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ tử đầy đủ vật liệu giống chất cách điện Khi tăng nhiệt độ, lượng nhiệt bổ sung vào tinh thể, lúc vài liên kết bị bẻ gãy, giải phóng lượng nhỏ điện tử cung cấp cho việc dẫn điện, hình 1.3 Mật độ điện tử tự gọi là: mật độ hạt tải điện ni [intrinsic carrier density] ( cm −3 ) xác định tùy theo đặc tính vật liệu nhiệt độ sau: ⎛ E ⎞ cm-6 (1.1) ni2 = BT exp⎜ − G ⎟ ⎝ kT ⎠ đó: EG mức lượng độ rộng vùng cấm chất bán dẫn, đơn vị đo eV; k số Boltzmann, 8,62x10−5 (eV/ K); T nhiệt độ tuyệt đối (oK); B thông số tùy thuộc vật liệu, BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ chẳng hạn, Si B = 1,08x1031 (K-3 cm- 6) Mức lượng vùng cấm E G [bandgap energy] mức lượng tối thiểu cần thiết để bẻ gãy mối liên kết tinh thể bán dẫn để giải phóng điện tử cho trình dẫn điện Bảng 1.3 liệt kê giá trị mức lượng vùng cấm số chất bán dẫn khác Mật độ điện tử tự biểu diển ký hiệu n ( số electron / cm3), vật liệu nguyên chất n = ni Mặc dù ni đặc tính chất bán dẫn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ tất vật liệu Hình 1.4 rõ thay đổi mạnh mật độ hạt tải điện theo nhiệt độ Gemanium, Silicon, Gallium Arsenide, tính từ biểu thức (1.2) với B = 2,31x10 30 K −3 cm −6 cho Ge B = 1,27 x10 29 K −3 cm −6 cho GaAr Ví dụ 1.1: Hãy xác đinh giá trị ni Si nhiệt độ phòng (300K) ? ( ) ⎞ ⎛ − 1,12 ⎟ = 4,52 x1019 / cm ni2 = 1,08 x10 31 K − cm − (300K )3 exp⎜ ⎜ 8,62 x10 eV / K (300K ) ⎟ ⎠ ⎝ hay ( ) ni = 6,73x10 / cm Để đơn giản tính tốn, ta lấy giá trị ni ≈ 1010 / cm nhiệt độ phòng Si Mật độ nguyên tử silicon mạng tinh thể vào khoảng x10 22 / cm , so sánh với kết ví dụ 1.1, trên, suy rằng: nhiệt độ phòng, số xấp xỉ 1013 nguyên tử Si, có mối liên kết bị bẻ gãy Một loại hạt tải điện khác thực tế tạo liên kết đồng hóa trị bị bẻ gãy hình 1.3 Khi điện tử mang điện tích âm q = −1,602 x10 −19 C , di chuyển khỏi liên kết đồng hóa trị, để lại khoảng trống [vacancy] cấu trúc liên kết bên cạnh nguyên tử silicon gốc Khoảng trống phải có điện tích hiệu dụng dương: +q Một điện tử từ liên kết lân cận điền vào khoảng trống tạo khoảng trống vị trị khác Quá trình làm cho khoảng trống di chuyển qua khắp mối liên kết mạng tinh thể bán dẫn Khoảng trống di chuyển giống hạt tích điện có điện tích +q nên gọi lổ trống [hole] Mật độ lỗ trống ký hiệu p (lỗ trống / cm3) Như vậy, có hai loại hạt tích điện tạo đồng thời liên kết bị bẽ gảy: điện tử lỗ trống, bán dẫn silicon nguyên chất ta có: n = ni = p (1.2) (1.3) ⇒ np = ni2 Tích pn cho (1.3) với điều kiện chất bán dẫn điều kiện cân nhiệt, mà đó, đặc tính vật liệu bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ T, mà khơng có dạng kích thích khác Phương trình (1.3) khơng chất bán dẫn có kích thích ngồi như: điện áp, dịng điện hay kích thích ánh sáng 1.3 ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA BÁN DẪN SILICON NGUN CHẤT a) Dịng trơi chất bán dẫn Điện trở suất: ρ đại lượng nghích đảo điện trở suất điện dẫn suất [conductivity]: σ đặc trưng dòng điện chảy vật liệu có điện trường đặt vào Dưới tác dụng điện trường, hạt tích điện di chuyển trơi [drift] tạo thành dịng điện gọi dịng trơi [drift current] Mật độ dịng trơi j định nghĩa sau: j = Qv (C/cm3)(cm/s) = A/cm2 (1.4) đó: Q mật độ điện tích; v vận tốc điện tích điện trường Để tính mật độ điện tích, ta phải khảo sát cấu trúc tinh thể silicon cách sử dụng hai mơ hình liên kết đồng hóa trị mơ hình vùng lượng chất bán dẫn Đối với vận tốc hạt tải điện tác dụng điện trường ta phải xét độ linh động hạt tải điện b) Độ linh động [mobility] Như xét, hạt tải điện chất bán dẫn di chuyển tác dụng điện trường BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ đặt vào chất bán dẫn Sự chuyển động gọi trơi tạo thành dịng điện chảy chất bán dẫn hiểu dịng trơi Các điện tích dương trơi chiều với chiều điện trường, ngược lại hạt mang điện tích âm trơi theo hướng ngược với chiều điện trường r r Vận tốc trôi hạt tải điện v (cm/s) tỷ lệ với điện trường E (V/cm); số tỷ lệ gọi độ linh động µ , ta có: r r r r vp = µp E (1.5) = −µ n E r r đó: v n vận tốc điện tử (cm/ s); v p vận tốc lỗ trống (cm/s); µ n độ linh động điện tử, có giá trị 1350 cm2/V.s bán dẫn Si nguyên chất µ p độ linh động lỗ trống, có giá trị 500 cm2/V.s bán dẫn Si nguyên chất Do quan niệm, lỗ trống xuất vị trí di chuyển qua mối liên kết đồng hóa trị, điện tử tự di chuyển khắp mạng tinh thể, vậy, hiểu độ linh động lỗ trống thấp so với độ linh động điện tử, biểu thị định nghĩa biểu thức (1.5) Chú ý rằng: quan hệ (1.5) không mức điện trường cao tất các chất bán dẫn vận tốc hạt tải điện đạt tới giới hạn gọi là: vận tốc trơi bão hịa vsat Đối với bán dẫn Si, vsat vào khoảng 107cm/s, điện trường vượt 3x104V/cm c) Điện trở suất bán dẫn Si Để đơn giản cho việc xác định mật độ dịng trơi điện tử lổ trống, ta giả sử dòng chảy theo chiều để tránh ký hiệu véc tơ phương trình (1.4), ta có: drift j n = Q n v n = (−qn )(− µ n E ) = qnµ n E drift j p = Q p v p = (+ qp )(+ µ p E ) = qpµ p E A/cm2 (1.6) đó: Qn = (−qn) Q p = (+ qp ) mật độ điện tích điện tử lổ trống (C/cm3) tương ứng Tổng mật độ dịng trơi là: drift jT = j n + j p = q(nµ n + pµ p ) E = σ E Từ phương trình xác định độ dẫn điện σ : σ = q.(nµ n + pµ p ) A/cm2 (Ω.cm)-1 (1.7) (1.8) Đối với bán dẫn Si nguyên chất, mật độ điện tích điện tử cho Q n = − qni mặt khác mật độ điện tích lổ trống Q p = + qni Thay giá trị độ linh động bán dẫn Si nguyên chất cho phương trình (1.5), ta có: σ = (1,60 x10 −19 )[(1010 )(1350) + (1010 )(500) = 2,96 x10 −6 (Ω.cm)-1 Từ định nghĩa điện trở suất ρ nghịch đảo điện dẫn suất σ , bán dẫn Si nguyên chất ta có: BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ ρ= σ = 3,38 × 105 (Ω.cm) (1.9) Tra theo bảng 1.1, ta thấy bán dẫn Si có đặc tính chất cách điện, gần với mức khoảng điện trở suất chất cách điện 1.4 BÁN DẪN TẠP CHẤT a) Các tạp chất chất bán dẫn Trong thực tế, ưu điểm chất bán dẫn thể rỏ tạp chất bổ sung vào vật liệu bán dẫn nguyên chất, với tỷ lệ thấp tạp chất chất bán dẫn tạo thành có ý nghĩa điều chỉnh đặc tính dẫn điện vật liệu tốt Quá trình BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ gọi pha tạp, vật liệu tạo thành gọi bán dẫn tạp Sự pha tạp tạp chất cho phép làm thay đổi điện trở suất vật liệu khoảng rộng định rỏ nồng độ điện tử nồng độ lổ trống điều chỉnh điện trở suất vật liệu Ở ta xét pha tạp vào bán dẫn Si nguyên chất pha tạp sử dụng giống vật liệu khác Các tạp chất thường sử dụng nhiều nguyên tố thuộc nhóm III nhóm V bảng tuần hồn ngun tố hóa học * Các tạp chất Donor bán dẫn Si Các tạp chất Donor dùng để pha tạp vào bán dẫn Si lấy từ nguyên tố thuộc nhóm nguyên tố thuộc nhóm V, có điện tử hóa trị lớp Các nguyên tố thường sử dụng Phosphorus, Arsenic Antimony Khi nguyên tử donor thay thể nguyên tử Silicon mạng tinh thể mơ tả hình 1.5, số điện tử lớp điền đầy vào cấu trúc liên kết đồng hóa trị với mạng tinh thể Silicon, điện tử thứ liên kết yếu với nguyên tử donor nên cần lượng nhiệt bé dể trở thành điện tử tự Như vậy, nhiệt độ phòng, chủ yếu nguyên tử donor đóng góp điện tử tự cho q trình dẫn điện, ngun tử donor trở nên bị ion hóa điện tử mang điện tích +q, tương đương điện tích cố định, khơng dịch chuyển mạng tinh thể * Các tạp chất Acceptor bán dẫn Si Các tạp chất Acceptor dùng để pha tạp vào bán dẫn Si lấy từ nguyên tố thuộc nhóm III, so sánh số điện tử lớp ngồi cùng, ngun tử nhóm III điện tử Nguyên tố Boron tạp chất thay nguyên tử Si ttong mạng tinh thể hình 1.6(a) Do nguyên tử Boron có điện tử lớp ngồi nên tồn khoảng trống cấu trúc liên kết Khoảng trống dễ cho điện tử bên cạnh di chuyển vào, tạo khoảng trống khác cấu trúc liên kết Khoảng trống gọi lổ trống di chuyển qua khắp mạng tinh thể mơ tả hình 1.6(b) (c) lổ trống đơn giản xem hạt tích điện có điện tích +q Mỗi ngun tử tạp chất trở thành ion nhận điện tử có điện tích - q , khơng di chuyển mạng hình 1.6(b) b) Nồng độ điện tử lỗ trống bán dẫn tạp Đối với bán dẫn tạp bao gồm tạp chất donor acceptor việc tính nồng độ điện tử lỗ trống xét sau: Trong vật liệu bán dẫn pha tạp, nồng độ điện tử lỗ trống chênh lệch Nếu n > p , vật liệu bán dẫn gọi bán dẫn tạp dạng n, ngược lại p > n, vật liệu gọi bán dẫn tạp dạng p Hạt tải điện có nồng độ lớn gọi hạt tải điện đa số, hạt tải có nồng độ thấp gọi hạt tải điện thiểu số Để tính tốn chi tiết mật độ điện tử lỗ trống, ta cần phải biết nồng độ tạp chất acceptor donor : N D nồng độ tạp chất donor nguyên tử /cm3 N A nồng độ tạp chất acceptor nguyên tử /cm3 bổ sung điều kiện cần thiết sau: 1-Vật liệu bán dẫn phải trung hịa điện tích, tức điều kiện là: tổng điện tích dương điện tích âm khơng Các ion donor lỗ trống mang điện tích dương, ngược lại, ion acceptor điện tử mang điện tích âm Vi vậy, điều kiện trung hịa điện tích là: q( N D + p − N A − n ) = (1.10) 2-Tích nồng độ điện tử lỗ trống vật liệu bán dẫn nguyên chất cho biểu thức (1.3) là: pn = ni2 hiểu cách lý thuyết bán dẫn tạp điều kiện cân nhiệt biểu thức (1.3) có giá trị cho khoảng rộng nồng độ pha tạp * Đối với vật liệu bán dẫn tạp dạng-n ( N D > N A ) Từ điều kiện pn = ni2 suy p thay vào (1.10), ta có phương trình bậc hai n: n − ( N D − N A )n − ni2 = giải phương trình ta có: BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ ( N D − N A ) ± ( N D − N A ) + 4ni2 n2 (1.11) p= i n Trong thực tế ( N D − N A ) >> 2ni , nên tính gần đúng: n ≈ ( N D − N A ) Công thức (1.11) dùng N D > N A * Đối với vật liệu bán dẫn tạp dạng-p ( N A > N D ) Đối với trường hợp N A > N D , thay n vào (1.10) giải phương trình bậc hai cho p ta có: n= n2 ( N A − N D ) ± ( N A − N D ) + 4ni2 (1.12) n= i p Trở lại với trường hợp thường dùng: ( N A − N D ) >> 2ni nên: p ≈ ( N A − N D ) Biểu thức (1.12) sử dụng N A > N D Do hạn chế việc điều chỉnh trình pha tạp thực tế, nên mật độ tạp chất đưa vào mạng tinh thể Silicon khoảng xấp xỉ từ 1014 đến 10 21 nguyên tử /cm3 Vì vậy, N A N D thường lớn nhiều so với nồng độ hạt tải điện bán dẫn Silicon nhiệt độ phòng Từ biểu thức gần trên, ta thấy mật độ hạt tải điện đa số định trực tiếp nồng độ tạp chất thực tế : p ≈ ( N A − N D ) N A > N D hoặc: n ≈ ( N D − N A ) đối với: N D > N A Như vậy: bán dẫn tạp dạng-n bán dẫn tạp dạng-p, nồng độ hạt tải điện đa số thiết lập nhà chế tạo giá trị nồng độ tạp chất N A N D khơng phụ thuộc vào p= nhiệt độ Ngược lại, nồng độ hạt tải điện thiểu số, nhỏ tỷ lệ với ni2 phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ 1.5 MÔ HÌNH VÙNG NĂNG LƯỢNG Mơ hình vùng lượng chất bán dẫn đưa quan điểm rõ ràng trình phát sinh cặp điện tử-lỗ trống điều chỉnh nồng độ hạt tải điện tạp chất Theo học lượng tử với cấu trúc tinh thể có tính trật tự cao nguyên tố bán dẫn hình thành khoảng lượng tử có tính chu kỳ trạng thái lượng cho phép cấm điện tử quay xung quanh nguyên tử tinh thể Hình 1.7 mơ tả cấu trúc vùng lượng bán dẫn, vùng dẫn vùng hóa trị tượng trưng cho trạng thái cho phép tồn điện tử Mức lượng E V tương ứng với đỉnh vùng hóa trị tượng trưng cho mức lượng cho phép cao điện tử hóa trị Mức lượng EC tương ứng với đáy vùng dẫn tượng trưng cho mức lượng điện tử có thấp vùng dẫn Mặc dù, dải lượng mơ tả hình 1.7, liên tục thực tế, vùng lượng bao gồm số lượng lớn mức lượng rời rạc có khoảng cách sít BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 1: VẬT LÝ BÁN DẪN Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 35 thuận, điện áp điện trở tải xác định từ quan hệ mạch phân áp Mặt khác, trạng thái phân cực ngược, dòng điện nên điện áp Hình 2.24, thể ví dụ dạng sóng cho dạng sóng vào sin có biên độ khoảng 100V, Rs = 10Ω, RL = 90Ω Mức điện áp trung bình hàm tuần hồn tính theo tích phân hàm số chu kỳ hàm tuần hoàn, tức số hạng thứ khai triển chuổi Fourier hàm số Lưu ý rằng, tín hiệu vào sin có trị trung bình 0, dạng sóng có trị trung bình là, T/2 πt 90 Voavg = ∫ 90sin dt = T T π Mạch chỉnh lưu bán kỳ dùng để tạo tín hiệu dc gần khơng đổi dạng sóng hình 2.24, lọc (xem mục 2.5c) Lưu ý mạch chỉnh lưu bán kỳ có hiệu suất thấp Trong suốt bán kỳ chu kỳ tín hiệu vào bị cắt bỏ hồn tồn khỏi tín hiệu Nếu truyền lượng vào đến đầu suốt bán kỳ cần phải tăng mức cơng suất b) Chỉnh lưu toàn kỳ Mạch chỉnh lưu toàn kỳ chuyển đổi lượng vào đến đầu hai bán kỳ tín hiệu vào làm cho mức dịng trung bình tăng lên chu kỳ Có thể sử dụng biến áp mạch chỉnh lưu bán kỳ để có hai cực tính âm dương Mạch tương đương dạng sóng hình 2.25 Mạch chỉnh lưu bán kỳ tạo mức dịng trung bình gấp đơi mức dịng trung bình mạch chỉnh lưu bán kỳ (tự kiểm chứng phát biểu này) Chỉnh lưu toàn kỳ khơng sử dụng biến áp, chẳng hạn mạch chỉnh lưu cầu hình 2.26, thực việc chỉnh lưu toàn kỳ Khi điện áp nguồn có bán kỳ dương, diode dẫn diode hở mạch Khi điện áp nguồn chuyển sang bán kỳ âm, xảy trạng thái ngược lại nên diode dẫn, rõ hình 2.26b Xét mạch hình 2.26a, cho thấy ngắn mạch thực tế mạch BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 36 chỉnh lưu cầu, đầu nguồn nối đất, hai đầu cực điện trở tải nối đất, tạo vòng đất, làm ngắn mạch hiệu dụng diode Do đó, cần phải bổ sung biến áp cho mạch để cách ly hai mức đất tách biệt Trong trường hợp biến áp không cần phải có điểm biến áp mạch chỉnh lưu tồn kỳ hình 2.25 Cũng lưu ý rằng, có hai diode dẫn nối tiếp, sụt áp diode 2Vγ c) Mạch lọc Các mạch chỉnh lưu cho điện áp dc dạng xung (đập mạch) đầu Các xung gọi gợn sóng ra, độ gợn giảm đáng kể cách lọc tín hiệu mạch chỉnh lưu Kiểu lọc thông dụng sử dụng tụ điện chiều Hình 2.27a, mạch chỉnh lưu tồn kỳ có thêm tụ mắc song song với điện trở tải Dạng sóng điện áp bị thay đổi hình 2.28 Trong ứng dụng thực tế, diode cần phải mắc ngược lại đặt gần với mức đất mạch hình 2.27b, tức tạo cho anode đất, nên diode gắn với nối đất, cách cho phép tiêu tán nhiệt mạch chỉnh lưu công suất lớn Tụ điện nạp đến mức điện áp cao (Vmax) mức đỉnh tín hiệu vào giá trị âm dương Khi điện áp vào giảm thấp giá trị đỉnh, tụ điện xã qua hai diode Do vậy, tụ xã qua RL, tức xuất suy giảm theo hàm mũ cho phương trình: (2.57) v (t ) = Vmax e − t/τ = Vmax e − t/RL C BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 37 Việc thiết kế mạch lọc bao gồm chọn trị số cho tụ C Chẳng hạn, cho tín hiệu vào sóng sin có biên độ 311V mức điện áp thấp nhận mạch ứng dụng cho trước 300V, suy ra: 300 = 311e −T ' /RLC đó, T’ khoảng thời gian xã hình 2.28 Ta tính C theo T’ RL sau: T' T' , suy ra: C = 28,28 300 = 311e −T ' /RLC hay: ln1,037 = RLC RL Công thức khó dùng để thiết kế mạch lọc, T’ phụ thuộc vào số thời gian RLC, C chưa biết Lấy gần để ý là: T’ < T Đối với tín hiệu vào có tần số 50Hz, tần số tín hiệu 100Hz Do vậy, 1 = 10 ms T= = f 100 Ta tính trị số tụ lọc cần cho tải cụ thể cách sử dụng đường thẳng gần thể hình 2.29 Tính C theo đường thẳng gần Độ dốc thứ hàm mũ phương trình (2.57) là: -V m1 = max RLC độ dốc đường thẳng A hình vẽ Độ dốc đường thẳng B hình 2.29, là: V m2 = max T /2 - ∆V RLC∆V t1 = = Suy ra: m1 Vmax Sử dụng tam giác đồng dạng, ta có: T T TV t1 = + t2 = + 2 2Vmax R C∆V T (2 − ∆V/Vmax ) = và: t1 = L Vmax thay T = 1/fP, fP số lượng xung giây (gấp hai lần tần số ban đầu), ta có: ∆V ⎛ ∆V ⎞ ⎛ ∆V ⎞ ⎜2 − (2.58) RLC = ⎜ V ⎟ = f ⎜1 − 2V ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ Vmax f P ⎝ max ⎠ P ⎝ max ⎠ Trong phần lớn thiết kế mạch lọc, đòi hỏi độ gợn cần phải nhỏ nhiều so với biên độ dc, nên: ∆V VB + Vγ , ta có: vo = vi Suy rộng cho diode thực tế mắc song song dẫn đến kết hình 2.37 Một kiểu xén khác mạch xén phân cực nối tiếp, mạch hình 2.39 Nguồn pin khoảng 1V mắc nối tiếp với nguồn tín hiệu vào làm cho tín hiệu vào chồng chập lên nguồn điện áp 1V dc, đối xứng qua trục Giả sử mạch sử dụng diode lý tưởng, diode mạch hình 1.43, dẫn khoảng thời gian tín hiệu vào chuyển sang bán kỳ âm Khi diode dẫn, tín hiệu Điện áp khác diode ngưng dẫn Ở mạch hình 2.39b, diode mắc ngược lại tương tự Khi tín hiệu trạng thái dương, diode dẫn có tín hiệu ra, diode ngưng, khơng xuất tín hiệu Mặc dù nguyên lý hoạt động hai mạch khác nhau, hai tín hiệu Ở mạch hình 2.39c, d, nguồn pin đảo ngược cực tính dạng sóng nhận hình vẽ BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 44 Ví dụ 2.4: Tính mức điện áp mạch xén hình 2.40a, giả thiết rằng: a) Vγ = 0; b) Vγ = 0,7V Rf = hai trường hợp Giải: a) Khi Vγ = 0, với vi dương vi < 3V, suy ra: vi = vo Khi vi dương vi > 3V, suy ra: v − 3V i1 = i 1,5 × 104 Ω vo = 104 Ω × i1 + 3V = × vi + Đối với vi = 8V, vo = 6,33V Khi vi âm vi > - 4V, suy ra: vi = vo Khi vi âm vi < - 4V, suy ra: vo = - 4V Dạng sóng kết hình 2.40b Khi Vγ = 0,7V, vi dương, vi < 3,7V, suy ra: vi = vo BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 45 Khi vi > 3,7V, suy ra: i1 = (vi – 3,7V)/1,5 x 104, vo = 104 Ω × i1 + 3,7V = × vi + 1,23 Đối với vi = 8V, vo = 6,56V Khi Vγ = 0,7V, vi âm vi > - 4,7V, suy ra: vi = vo Khi vi âm vi < - 4,7V, suy ra: vo = - 4,7V Dạng sóng kết hình 2.40c b) Mạch ghim Dạng sóng điện áp dịch chuyển cách bổ sung nguồn điện áp độc lập, nguồn nguồn phụ thuộc thời gian mắc nối tiếp với nguồn tín hiệu Ghim hoạt động dịch mức mà nguồn bổ sung không cịn độc lập với nguồn tín hiệu Mức dịch tùy thuộc vào dạng sóng thực tế Hình 2.41, thể ví dụ việc ghim áp Dạng sóng vào hình 2.41, bị dịch lượng làm cho mức đỉnh dạng sóng bị dịch mức trị số VB Vậy mức dịch mức xác cần để thay đổi mức lớn ban đầu Vm đến mức lớn VB Dạng sóng “được ghim” đến giá trị VB Nếu ta biết trị số xác mức đỉnh ban đầu Vm, ta thực dịch mức đỉnh nguồn dc độc lập mắc nối tiếp với nguồn tín hiệu Đặc trưng riêng mạch ghim mạch điều chỉnh dạng sóng mà khơng cần biết dạng xác ban đầu Mức dịch xác định dạng sóng thực tế Nếu dạng sóng vào thay đổi, mức dịch thay đổi theo để dạng sóng luôn ghim mức VB Do vậy, mạch ghim cung cấp thành phần dc theo mức cần thiết để nhận mức ghim yêu cầu Đối với ví dụ, tụ mạch hình 2.41, nạp đến giá trị với mức chênh lệch mức đỉnh dạng sóng ban đầu VB Tụ đóng vai trị nguồn pin có biên độ điện áp VB mắc nối tiếp, làm dịch dạng sóng đến giá trị thể hình 2.41c Mạch ghim mạch kết hợp nguồn pin (hay nguồn dc), diode, tụ điện điện trở Điện trở tụ điện phải chọn để có số thời gian lớn Để tụ nạp đến giá trị không đổi trì giá trị suốt chu kỳ dạng sóng vào Nếu điện áp tụ khơng trì gần khơng đổi, dẫn đến méo dạng sóng nhiều so với dịch đơn Nếu đảm bảo điều kiện số thời gian lớn điện trở thuận diode giả thiết 0, dạng sóng dạng sóng vào với mức dịch thích hợp Mỗi mức vượt VB, diode phân cực thuận sóng giới hạn mức VB Trong suốt khoảng thời gian đó, tụ nạp đến giá trị là: BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 46 VC = Vm − VB Hình 2.42, mạch ghim cho tín hiệu ghim mức (tức khơng có nguồn pin nên VB = 0) Bởi diode mắc ngược lại so với mạch trước, nên mức thấp tín hiệu ghim, tức tụ điện nạp theo chiều cộng thêm với mức điện áp vào Mạch thể với sóng vng làm tín hiệu vào Điều quan trọng mức điện áp ngang qua tụ trì gần khơng đổi suốt bán kỳ dạng sóng vào Theo kinh nghiệm thiết kế mạch, số thời gian RC thấp lần khoảng thời gian bán kỳ (tức lần t1 – t0 t2 – t1) Nếu tuân theo nguyên tắc thiết kế, mạch RC phải có 20% số thời gian để nạp xả suốt bán kỳ, nghĩa thay cho trị số cuối khoảng 18% giá trị ban đầu (tức là, exp(-0,2) = 0,82) Nếu số thời gian nhỏ, dạng sóng bị méo dạng hình 2.42c Để làm giảm sai lệch đến mức thấp so với 18%, tăng số thời gian (nghĩa là, tăng lên gấp 10 lần khoảng thời gian bán kỳ) 2.8 BỘ CHUYỂN ĐỔI MỨC ĐIỆN ÁP DC - DC Trong hầu hết hệ thống điện tử, nguồn cung cấp cần phải có nhiều mức điện áp Một phương pháp tạo mức điện áp sử dụng hàng loạt mạch chỉnh lưu bán kỳ toàn kỳ Tuy nhiên, điện áp mạch chỉnh lưu định điện áp biến áp, nên biến áp cần phải có nhiều đầu Ngồi ra, hầu hết mạch chỉnh lưu thường hoạt động tần số thấp 50Hz, 60Hz nên biến áp có kích thước trọng lượng lớn Một phương pháp linh hoạt sử dụng mạch biến đổi dc sang dc hiệu suất cao hoạt động tần số cao nhiều, cách làm giảm kích thước trọng lượng cuộn điện cảm mạch Mạch biến đổi dc sang dc sử dụng điện áp vào dc cung cấp điện áp điều khiển điện tử với dãi biến đổi liên tục Mục đề cập hai kiểu biến đổi dc sang dc: biến đổi tăng tạo điện áp đầu lớn điện áp đầu vào, biến đổi giảm mà điện áp thấp so với điện áp vào a) Bộ biến đổi kiểu tăng áp Mạch biến đổi tăng [boost converter] hình 2.43a Phần biến đổi cuộn cảm L chuyển mạch S chuyển mạch đóng mở cách định kỳ, rõ hình 2.43b Chuyển mạch kín mạch khoảng thời gian Ton hở mạch khoảng thời gian Toff Chuyển mạch tuần hoàn theo chu kỳ T = Ton + Toff Diode D hoạt động chuyển mạch nên diode ngưng S kín mạch ngược lại Điện áp vào dc cung cấp nguồn VS, R C tương ứng với điện trở tải tụ lọc Trong phân tích sau ta giả thiết mạch hoạt động trạng thái ổn định trình độ khởi đầu loại bỏ, tức mạch hoạt động trạng thái tuần hồn Chuyển mạch S đóng Trong khoảng thời gian Ton chuyển mạch S kín mạch, mà điện áp đầu xác định lớn 0, diode D1 phân cực ngược, suy mạch tương đương hình 2.44a Để đơn giản sử BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 47 dụng mô hình diode lý tưởng Điện áp vào dc VS lúc xuất trực tiếp cuộn cảm, dòng điện cuộn cảm thời điểm kết thúc khoảng thời gian Ton là: Ton V V T V (2.69) iL (Ton ) = iL (0+ ) + ∫ S dt = iL (0+ ) + S t 0on = iL (0+ ) + S Ton L L L Trong khoảng thời gian (0, Ton), dòng chảy qua cuộn điện cảm tăng dần theo tốc độ thể hình 2.45 Vì dịng cuộn điện cảm thay đổi tức thời, iL(0+) với mức dòng trước chuyển mạch thay đổi trạng thái Chuyển mạch S hở mạch Khi chuyển mạch hở mạch, diode dẫn, tạo đường dẫn cho dòng điện cảm chảy qua diode, điện trở tải R tụ lọc C thể hình 2.44b Để đơn giản việc phân tích, giả sử điện áp gợn tín hiệu đủ nhỏ để điện áp phải gần mức điện áp dc, tức vo ≈ VO Với giả thiết trên, điện áp cuộn điện cảm không đổi trước với VS – VO Dòng chảy qua cuộn cảm thời điểm kết thúc khoảng thời gian Toff (tức là: t = Ton + Toff = T) là: Ton + Toff V − V V − VO Ton + Toff S O iL (T ) = iL (Ton ) + ∫ dt = iL (Ton ) + S tT (2.70) on Ton L L V V −V (2.71) iL (T ) = iL (0 + ) + S Ton + S O Toff L L Khi VO vượt VS, dòng cuộn cảm giảm theo thời gian suốt khoảng thời gian Toff – lặp lại thể hình 2.45 Ngồi ra, mạch hoạt động tuần hoàn với chu kỳ T, nên dòng điện cảm thời điểm t = 0+ t = T cần phải đồng Vì vậy, VS V − VS iL (T ) = iL (0 + ) nên: Ton = O Toff (2.72) L L Quan hệ điện áp vào mạch biến đổi tăng là: T VS V = = S VS (Ton + Toff ) = VOToff hay: VO = VS (2.73) Toff − Ton − δ T đó: δ = Ton / T gọi hệ số đầy xung [duty cycle] dạng sóng chuyển mạch Điện áp thay đổi cách biến đổi hệ số đầy xung chuyển mạch Do ≤ δ ≤ 1, nên điện áp VO ≥ VS; biến đổi “sẽ làm tăng” mức điện áp cao mức điện áp vào Tính mạch lọc Lưu ý rằng, biểu thức điện áp phương trình (2.73) độc lập với L Thông số thiết kế cần bổ sung để chọn giá trị điện cảm L dòng gợn cuộn điện cảm Bởi điện áp cuộn điện cảm không đổi suốt hai khoảng thời gian Ton Toff, dịng điện cảm có dạng sóng cưa mơ tả hình 2.45 [xem phương trình (2.69) (2.70)] Biên độ dịng gợn Ir tính theo hai cách: V V −V (2.74) I r = S Ton I r = O S Toff L L Mức dịng gợn hai cách tính cần phải Từ phương trình (2.74), rút biểu thức cho trị số cuộn cảm: V V T ⎛T ⎞ V (2.75) L = S Ton = S ⎜ on ⎟ = S δ Ir Ir ⎝ T ⎠ Ir f đó, f = 1/T tần số chuyển mạch Từ phương trình (2.75), ta thấy việc chọn tần BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 48 số làm việc cao có trị số điện cảm cần thiết nhỏ Các biến đổi điện áp dc sang dc hoạt động tần số 60Hz để giảm kích thước L f thường chọn cao dãi tần số tín hiệu tai người nghe (tần số âm tần) Thông thường dãi tần số từ 25kHz đến 100kHz Dòng vào dc Trong mạch tăng điện áp, dịng điện cảm trung bình IL lớn so với dòng tải dc Đối với biến đổi lý tưởng, khơng có chế suy hao mạch Do vậy, công suất phân bố đến đầu vào biến đổi cần phải công suất phân chia điện trở tải R: V T I VS I S = VO I O hoặc: I S = O I O = I O = O (2.76) VS Toff - δ Từ phương trình (2.76), ta thấy dòng dc cuộn điện cảm lớn so với dòng tải chiều hệ số tăng điện áp Lưu ý cuộn điện cảm cần phải thiết kế xác để có khả hoạt động với giá trị lớn dịng trung bình Điện áp gợn điện dung mạch lọc Ở biến đổi tăng áp, tụ lọc C thiết kế để điều chỉnh mức điện áp gợn Vr theo cách tương tự tụ lọc mạch nắn Trong suốt khoảng thời gian Ton, diode D ngưng dẫn, mạch hình 2.44a, nên tụ cần phải cung cấp tồn dịng tải Nếu điện áp gợn thiết kế có biên độ nhỏ, dịng xã gần khơng đổi (hằng số) tính theo IO ≈ VO/R Dựa vào mức gần này, điện áp gợn tính theo: I VT V T ⎛T ⎞ V T (2.77) Vr ≈ O Ton = O on = O ⎜ on ⎟ = O δ C RC RC ⎝ T ⎠ RC Bảng 2.1, tóm tắt cơng thức thiết kế cho biến đổi tăng điện áp dc – dc BẢNG 2.1: Thiết kế biến đổi tăng điện áp T VS V = = S VO = VS Điện áp Toff − Ton − δ T I T IO = = O IS = I O Dòng điện nguồn cung cấp Toff - Ton - δ T VS VST ⎛ Ton ⎞ VS L = Ton = δ ⎜ ⎟= Cuộn điện cảm Ir Ir ⎝ T ⎠ Ir f V T ⎛T ⎞ V T C = O ⎜ on ⎟ = O δ Tụ lọc Vr R ⎝ T ⎠ RC b) Bộ biến đổi giảm áp Mạch biến đổi giảm áp [buck converter] hình 2.46, thiết kế để tạo điện áp đầu thấp so với điện áp đầu vào Nguyên lý hoạt động biến đổi giảm áp hình 2.46, tương tự hoạt động biến đổi tăng áp, chuyển mạch S hoạt động cách tuần hoàn với kiểu định thời hình 2.43a Chuyển mạch S kín mạch Trong khoảng thời gian Ton, chuyển mạch S kín mạch, nên diode D phân cực ngược theo điện áp vào dương dẫn đến mạch tương đương hình 2.46b Giả sử điện áp gợn đầu nhỏ để điện áp đầu xem gần mức điện áp vO ≈ VO, suy mức điện áp cuộn điện cảm VS – VO, mức dòng điện cảm thời điểm kết thúc khoảng thời gian Ton là: Ton V − V V − VO S O (2.78) iL (Ton ) = iL (0+ ) + ∫ dt = iL (0+ ) + S Ton L L Vì dịng chảy cuộn điện cảm khơng thay đổi tức thời, nên iL(0+) với mức dòng trước chuyển mạch thay đổi trạng thái Chuyển mạch S hở mạch Khi chuyển mạch S chuyển sang hở mạch, diode chuyển sang dẫn, tạo đường dẫn liên tục cho dòng điện cảm từ điểm đất qua diode đến điện trở tải R tụ lọc C mơ tả hình 3.72c Điện áp điện cảm lúc với – VO Dòng điện cảm thời điểm kết thúc Toff là: BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 49 V −V V − VO dt = iL (0 + ) + S O Ton − O Toff (2.79) Ton L L L Tuy nhiên, mạch hoạt động tuần hoàn với chu kỳ T Do đó, dịng điện cảm thời điểm t = 0+ t = T cần phải đồng nhất, nên ta có: V V − VS iL (T ) = iL (0+ ) và: O (2.80) Ton = O Toff L L Rút gọn phương trình có quan hệ điện áp đầu điện áp đầu vào biến đổi giảm áp: T (2.81) VO = VS on = VSδ T iL (T ) = iL (Ton ) + ∫ Ton +Toff Trong đó, δ hệ số đầy xung chuyển mạch Do Ton ≤ T, điện áp VO ≤ VS Ở biến đổi giảm áp điện áp cuộn điện cảm “làm giảm” điện áp vào, nên điện áp đầu thấp so với điện áp đầu vào Điện áp biến đổi giảm áp tỷ lệ thuận với hệ số đầy xung δ Tính điện cảm Quan hệ điện áp vào biểu diễn theo phương trình (2.81) lại độc lập với L, nên việc tính trị số điện cảm định thơng số dịng gợn Dạng sóng dòng điện cảm mạch biến đổi giảm áp giống với dạng sóng dịng điện mạch biến đổi tăng áp hình 3.73 Biên độ dịng gợn Ir tính bởi: V −V V I r = S O Ton = O Toff (2.82) L L Từ phương trình (3.93) suy biểu thức cho giá trị cuộn điện cảm: V V T ⎛T ⎞ V T ⎛ T ⎞ V L = O Toff = O ⎜ off ⎟ = O ⎜1 − on ⎟ = O (1 − δ ) (2.83) Ir Ir ⎝ T ⎠ Ir ⎝ T ⎠ Ir f Trong mạch biến đổi giảm áp, dòng dc IL với dòng tải IO Dòng cần phải cung cấp từ nguồn VS tính theo: BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN ... x1,6 x10 ? ?19 ) ? ?1 = 1, 2 x10 20 ( V.s.cm ) ? ?1 ND (cm-3) 1x1 016 1x1 018 1x1 017 5x1 017 4x1 017 2x1 017 µn (cm2/ V.s) 11 00 350 710 440 470 580 µn ND (V.s.cm) -1 1,1x1 019 3,5x1020 7,1x1 019 2,2x1020 1, 9x1020.. .1 CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG VẬT LÝ BÁN DẪN 1. 1 VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ : Các vật liệu điện tử thường phân chia thành ba loại: Các vật liệu cách điện, dẫn điện vật liệu bán dẫn Chất cách điện loại... purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to remove this watermark GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 20 1/ 2 ⎡ 2 (1, 04 × 10 ? ?12 )(0,748V) ⎤ xp = ⎢ = ,0297 × 10 − cm (1, 6 × 10 ? ?19 ) (10 16 + 10 15