Bài giảng Electronic devices and circuit - Chapter 1: Diode

dce

2016

ELECTRONIC DEVICES AND

CIRCUIT

Faculty of Computer Science and Engineering

Department of Computer Engineering

BK

TP.HCM

Vo Tan Phuong

http://www.cse.hcmut.edu.vn/vtphuong

dce

2016

Chapter 1

Diode

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

2

dce

2016

Nội dung trình bày

• Giới thiệu mô n học “Linh kiện và Mạch điện tử”

• Chất bá n dẫn

• Mối nối PN

• Mạch tương đương của Diode

• Cá c loại Diode thô ng dụng

• Cá c mạch ứng dụng của Diode

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

3

dce

2016

Welcome to EDAC

• Instructor: Võ Tấn Phương

 Email: [email protected]

• Course Web Page:

– http://www.cse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

4

dce

2016

Tài liệu tham khảo?

• Electronic devices and circuit theory

– 11th Edition,

– Robert L. Boylestad

– Louis Nashelsky

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

5

dce

2016

Nội dung học dự kiến

• Giới thiệu, Diode

(2 tuần)

• BJT Transistor

(2 tuần)

• FET Transistor

(1 tuần)

• Mạch ứng dụng

transistor

(1 tuần)

• Mạch khếch đại thuật

toá n OPAMP

(3 tuần)

• Điều khiển cô ng suất

(1 tuần)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

6

dce

2016

Mục tiêu sinh viên đạt được

• Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, mô hình của các linh

kiện điện tử chủ yếu như Diode, BJT và FET transistor

• Xá c định được cá c thô ng số thực và liên kết đến hoạt

động vật lý của thiết bị

• Phâ n tí ch hoạt động ở trạng thá i ổn định của cá c mạch

điện tử ứng dụng cơ bản như mạch khuyếch đại, mạch

khuyếch đại thuật toá n

• Phâ n tí ch đáp ứng tần số của một số mạch đơn giản

• Biết cơ bản về một số mạch cô ng suất

• Sử dụng cô ng cụ mô phỏng SPICE để mô hì nh cá c linh

kiện mới, để vẽ mạch, để mô phỏng và để phâ n tí ch hoạt

động của cá c mạch điện tử

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

7

dce

2016

Phân chia điểm

• Bài tập, thực hành

– Mô phỏng mạch bằng SPICE

– Thiết kế sản phẩm

30%

• Kiểm tra giữa kỳ

20%

50%

– Trắc nghiệm

• Thi

– Trắc nghiệm

• Điểm cộng khá c (tối đa cộng 2 điểm vào mỗi thành

phần tương ứng)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

8

dce

2016

Nội dung trình bày

• Giới thiệu mô n học “Linh kiện

và Mạch điện tử”

• Chất bá n dẫn

• Mối nối PN

• Mạch tương đương của

Diode

• Cá c loại Diode thô ng dụng

• Cá c mạch ứng dụng của

Diode

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

9

dce

2016

Tổng quan về cấu trúc “nguyên tử”

• Gồm có : hạt nhâ n (proton, neutron) và

electron

• Bì nh thường nguyên tử trung hò a về

điện, số lượng proton (+) = số lượng

electron (-)

• Cá c electron chuyển động trên những

tầng quỹ đạo (shell) khá c nhau

• Tầng càng xa hạt nhâ n có mức năng

lượng càng cao

• Tầng ngoài cùng gọi là tầng hó a trị

(valence), cá c electron trên tầng này

là cá c electron hó a trị

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

10

dce

2016

Chất bán dẫn, dẫn điện và cách điện

• Dò ng điện là dò ng chuyển động của cá c hạt mang điện

• Để chuyển động theo dò ng, cá c hạt mang điện phải ở

trạng thá i tự do trong vùng dẫn (conduction band)

• Khoảng cá ch mức năng lượng giữa vùng hó a trị và vùng

dẫn Eg quyết định tí nh chấn dẫn điện của vật liệu

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

11

dce

2016

Chất bán dẫn nền

• Có 3 loại chất bá n dẫn nền (tinh

khiết) phổ biến hiện nay: Si, Ge (đơn

tinh thể) và GaAs (đa tinh thể)

• Mạng tinh thể liên kết cộng hó a trị

bền vững (1 liên kết đủ 2 electron

hó a trị)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

12

dce

2016

Tính dẫn điện của “chất bán dẫn nền”

• Tại nhiệt độ phò ng (27^oC), vài electron hó a trị nhận đủ

năng lượng để nhảy lên vùng dẫn trở thành electron tự

do

• Đồng thời liên kết cộng hó a trị thiếu electron được tạo ra

gọi là lỗ trống

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

13

Tính dẫn điện của “chất bán dẫn nền”

dce

2016

(tt)

• Khi khô ng phâ n cực,

sự hì nh thành cặp

electron-hole và sự

kết hợp trở lại xảy ra

một cá ch tự nhiên

• Khi phâ n cực (đặt

điện thế hai đầu tạo

ra điện trường), cá c

electron tự do di

chuyển đến cực + và

lỗ trống di chuyển

đến cực – (=> có

dò ng điện I chạy qua)

I nhỏ hay lớn?

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

14

dce

2016

Dòng dịch chuyển “lỗ trống”

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

15

dce

2016

Chất bán dẫn loại N

• Đưa cá c nguyên tử có 5 electron

hó a trị vào mạng tinh thể chất bá n

dẫn nền

• Electron thứ 5 thừa tại vị trí nguyên

tử mới (Donor) và trở thành electron

tự do

• Số lượng electron tự do tăng lên

đáng kể, electron là hạt mang

điện chí nh

• Vẫn tồn tại cặp electron tự do – lỗ

trống (sinh ra bởi nhiệt, á nh sá ng

...), lỗ trống là hạt mang điện phụ

• Về tổng thể, chất bá n dẫn N trung

hò a về điện

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

16

dce

2016

Chất bán dẫn loại P

• Đưa cá c nguyên tử có 3 electron

hó a trị vào mạng tinh thể chất bá n

dẫn nền

• Liên kết cộng hó a trị thiếu electron

(lỗ trống) được sinh ra tại vị trí

nguyên tử mới thêm vào (acceptor)

• Số lượng lỗ trống tăng lên đáng

kể, lỗ trống là hạt mang điện chí nh

• Vẫn tồn tại cặp electron tự do – lỗ

trống (sinh ra bởi nhiệt, á nh sá ng

...), electron tự do là hạt mang điện

phụ

• Về tổng thể, chất bá n dẫn P trung

hò a về điện

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

17

dce

2016

Nội dung trình bày

• Giới thiệu mô n học “Linh kiện

và Mạch điện tử”

• Chất bá n dẫn

• Mối nối PN

• Mạch tương đương của

Diode

• Cá c loại Diode thô ng dụng

• Cá c mạch ứng dụng của

Diode

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

18

dce

2016

Mối nối PN = Diode

• Diode có cấu tạo từ hai khối bá n dẫn P và N tiếp xúc

với nhau (mối nối PN)

• Khi hai khối bá n dẫn P-N tiếp xúc:

– Electron tự do bên N khuếch tá n sang P lấp đầy lỗ trống  tạo

nên vùng nghè o (khô ng có nhiều hạt mang điện tự do)

– Nguyên tử “donor” bên N mất electron  thành ion dương

– Nguyên tử “acceptor” bên P nhận electron  thành ion â m

• Điện thế rào cản sinh ra  cản trở sự khuếch tá n

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

19

dce

2016

Diode - Phân cực ngược

• P nối vào cực â m, N nối vào cực dương:

– Electron tự do bên N sẽ di chuyển về cực dương, lỗ trống bên P

sẽ di chuyển về cực â m  vùng nghè o được nới rộng; dò ng

điện tạo bơi cá c hạt mang điện chí nh ≈ 0

– Cá c hạt mang điện phụ (electron tự do bên P, lỗ trống bên N) sẽ

di chuyển qua vùng nghè o tạo thành dò ng điện bã o hò a ngược

(I_S)  I rất bé (tầm vài microampere đến vài chục picoampere)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 1

20

Bài giảng Electronic devices and circuit - Chapter 1: Diode - Võ Tấn Phương