Bài giảng Cấu kiện điện tử: Phần 2 - Trường ĐH Công nghệ thông tin và truyền thông

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Cấu kiện điện tử: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Transistor bán dẫn; các linh kiện nhiều chuyển tiếp PN; giới thiệu chung về vi mạch. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu kiện điện tử: Phần 2 - Trường ĐH Công nghệ thông tin và truyền thông CHƢƠNG 4. TRANSISTOR BÁN DẪN4.1. Tranzitor lưỡng cực4.1.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số cơ bản của tranzito lưỡng cực a. Cấu tạo Tranzitor là linh kiện bán dẫn có 3 miền với các loại dẫn xen kẽ nhau trong cùngmột đơn tinh thể bán dẫn. Các miền được phân cách nhau bằng chuyển tiếp p-n. Hình 4.1. Mô hình của tranzitor + Miền ở giữa gọi là miền gốc (Base) hay miền bazơ. Ký hiệu B. Miền này cónồng độ tạp chất nhỏ và độ dày nhỏ cỡ um. Hai miền còn lại chế tạo bất đối xứng: Miền phát (miền Emitơ) chích các hạt tảiđiện vào miền B, miền này có nồng độ tạp chất lớn nhất. Miền thu (miền Collectơ)nhận tất cả các hạt tải điện (được chích từ E qua B), miền này có nồng độ tạp chấttrung bình. + Tương ứng với mỗi miền là các cực B,E,C của tranzitor. + Chuyển tiếp p-n giữa E và B gọi là chuyển tiếp E. Chuyển tiếp p-n giữa C vàB gọi là chuyển tiếp C. + Có hai loại tranzitor lưỡng cực: Loại pnp và npn. Tranzitor loại npn còn đượcgọi là tranzitor thuận, loại pnp được gọi là tranzitor nghịch. Ký hiệu như sau: Tranzitor loại pnp Tranzitor loại npn Hình 4.2. Ký hiệu của trazitor Chú ý: o Mũi tên trong ký hiệu dựoc đặt giữa cực E và B hàm ý chỉ sự phát xạ hạt dẫn, chiều mũi tên hướng từ bán dẫn P sang bán dẫn N. o Xét về mặt cấu tạo chuyển tiếp E bvà chuyển tiếp C như hai điôt và do đó về mặt hình thức có thể coi tranzitor như đựoc tạo thành từ hai điôt mắc nối tiếp 44 nhau. Hình 4.3. Phân tích cấu tạo của tranzitor thành 2 điốt Nhưng không có nghĩa là cứ mắc hai điôt nối tiếp nhau là có thể làm được chứcnăng của tranzitor bởi vì hai chuyển tiếp trong tranzitor không độc lập mà có tác dụngtương hỗ với nhau. o Nhìn về mặt hình thức thì cấu tạo của tranzitor là đối xứng nhưng docác miền được pha tạp với nồng độ khác nhau và có chức năng khác nhau (miền Echích hạt dẫn, miền C nhận hạt dẫn). Do đó thực tế không thể đảo cực E thành cực Cvà ngược lại. Ứng dụng: Tranzitor là linh kiện được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý tínhiệu mạch điện tử, dùng làm các khoá điện tử, khuyếch đại tín hiệu, tích hợp trong cácvi mạch.... b. Nguyên lý làm việc Để hiểu rõ bản chất của tranzitor ta đi tìm hiểu tranzitor loại pnp làm ví dụ điểnhình. Trước hết để tranzitor làm việc, người ta phải đưa điện áp một chiều tới các cựccủa nó, gọi là phân cực cho tranzitor. Với tranzitor làm việc ở chế độ khuếch đại ta phân cực thuận cho chuyển tiếp Evà phân cực ngược cho chuyển tiếp C. Ta đưa điện áp UEB>0 và UCB>0. *) Giải thích nguyên lý làm việc: - Chuyển tiếp E phân cực thuận làm gia tăng chuyển động của các hạt đa số. Vìnồng độ của các hạt đa số trong bazơ là nhỏ sự khuyếch tán của chúng sang miền E làhầu như không đáng kể so với hạt dẫn đa số từ miền E sang B . Các hạt dẫn mới đượcphun vào miền B (lúc này đóng vai trò là các hạt thiểu số) tiếp tục được khuếch tánđến đến miền điện tích không gian chuyển tiếp C .Vì chuyển tiếp C phân cực ngược sẽcuốn các hạt thiểu số sang miền C. Nếu như sự phân cực này được duy trì thì ở cáccực của tranzitor đều xuất hiện dòng điện. - Ở trạng thái tĩnh, nghĩa là các giá trị điện áp phân cực UEB và UCB không đổi,dòng điện chảy qua cực E và C không đổi. Nếu đặt vào giữa cực E và cực B một tínhiệu làm thay đổi điện áp phân cực thuận chuyển tiếp E, có nghĩa là thay đổi dòngphun vào từ E vào B. Tuy điện áp phân cực ngược trên C không đổi nhưng do số hạt 45dẫn thiểu số trong miền B thay đổi khiến dòng ngược qua chuyển tiếp C (IC) thay đổitheo đúng quy luật biến đổi của tín hiệu vào. Nếu tại đầu ra của tranzitor mắc thêmmột điện trở tải Rt, dòng IC sẽ tạo ra trên điện trở này một điện áp có quy luật biếnthiên như điện áp tín hiệu đặt tại đầu vào. *)Phân tích thành phần các dòng điện bên trong tranzito Hình 3.4. Các thành phần dòng điện trong transistor PNP - Qua chuyển tiếp emito có 2 dòng khếch tán hạt đa số đó là dòng khuếch tán lỗtrống từ E sang B, và dòng khuếch tán điện tử từ B sang E. Nếu bỏ qua sự tái hợptrong miền điện tích không gian thì coi dòng lỗ trống phun từ E sang B bằng Ip(X2),và cường độ điện tử phun từ B sang E bằng In(X1). Do E được pha tạp rất nhiều nênIp(X2) đồng thời cũng tái hợp nhanh chóng điện tử phun từ B sang E, khiến nồng độđiện tử trong E giảm nhanh từ bờ chuyển tiếp p-n vào phía trong. Như vậy dòng chảytại cực E có thể coi như tổng của 2 thành phần Ip(X2), In(X1), trong đó Ip(X2) đóngvai trò quyết định. - Trong miền B, sau khi các p đư ...