Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Lời nói đầu
*********
Linh kiện điện tử là kiến thức bước đầu và căn bản của ngành điện tử.
Giáo trình được biên soạn từ các bài giảng của tác giả trong nhiều năm qua tại Khoa
Công Nghệ và Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Cần Thơ và các Trung Tâm Giáo dục
thường xuyên ở đồng bằng sông Cửu Long sau quá trình sửa chữa và cập nhật.
Giáo trình chủ yếu dùng cho sinh viên chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông và Tự Động
Hóa. Các sinh viên khối Kỹ thuật và những ai ham thích điện tử cũng tìm thấy ở đây nhiều điều
ổ ích.
Giáo trình bao gồm 9 chương:
Từ chương 1 đến chương 3: Nhắc lại một số kiến thức căn bản về vật lý vi mô, các mức
năng lượng và dải năng lượng trong cấu trúc của kim loại và chất bán dẫn điện và dùng nó như
chìa khóa để khảo sát các linh kiện điện tử.
Từ chương 4 đến chương 8: Đây là đối tượng chính của giáo trình. Trong các chương này,
ta khảo sát cấu tạo, cơ chế hoạt động và các đặc tính chủ yếu của các linh kiện điện tử thông
dụng. Các linh kiện quá đặc biệt và ít thông dụng được giới thiệu ngắn gọn mà không đi vào
phân giải.
Chương 9: Giới thiệu sự hình thành và phát triển của vi mạch.
Người viết chân thành cảm ơn anh Nguyễn Trung Lập, Giảng viên chính của Bộ môn Viễn
Thông và Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Cần Thơ đã đọc kỹ bản
thảo và cho nhiều ý kiến quý báu.
Cần Thơ, tháng 12 năm 2003
Trương Văn Tám
Trang 1
Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Mục lục
---------
Chương I..........................................................................................................................................................................................4
MỨC NĂNG LƯỢNG VÀ DẢI NĂNG LƯỢNG.........................................................................................................................4
I.
KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC NGUYÊN LƯỢNG:.................................................................................................................4
II.
PHÂN BỐ ĐIỆN TỬ TRONG NGUYÊN TỬ THEO NĂNG LƯỢNG:.............................................................................6
III. DẢI NĂNG LƯỢNG: (ENERGY BANDS)........................................................................................................................8
Chương II ......................................................................................................................................................................................12
SỰ DẪN ĐIỆN TRONG KIM LOẠI...........................................................................................................................................12
I.
ĐỘ LINH ĐỘNG VÀ DẪN XUẤT:..................................................................................................................................12
II.
PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CHUYỄN ĐỘNG CỦA HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:............................................14
III. THẾ NĂNG TRONG KIM LOẠI:.....................................................................................................................................15
IV. SỰ PHÂN BỐ CỦA ĐIỆN TỬ THEO NĂNG LƯỢNG:..................................................................................................18
V.
CÔNG RA (HÀM CÔNG):................................................................................................................................................20
VI. ĐIỆN THẾ TIẾP XÚC (TIẾP THẾ): .................................................................................................................................21
Chương III.....................................................................................................................................................................................22
CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN...............................................................................................................................................................22
I.
CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN THUẦN HAY NỘI BẨM: ........................................................................................................22
II.
CHẤT BÁN DẪN NGOẠI LAI HAY CÓ CHẤT PHA:...................................................................................................24
1. Chất bán dẫn loại N: (N - type semiconductor) ...............................................................................................................24
2. Chất bán dẫn loại P:.........................................................................................................................................................25
3. Chất bán dẫn hỗn hợp:.....................................................................................................................................................26
III. DẪN SUẤT CỦA CHẤT BÁN DẪN:...............................................................................................................................27
IV. CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN:...........................................................................................................29
V.
PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC:..........................................................................................................................................30
Chương IV.....................................................................................................................................................................................32
NỐI P-N VÀ DIODE.....................................................................................................................................................................32
I.
CẤU TẠO CỦA NỐI P-N:.................................................................................................................................................32
II.
DÒNG ĐIỆN TRONG NỐI P-N KHI ĐƯỢC PHÂN CỰC: .............................................................................................34
1. Nối P-N được phân cực thuận:.........................................................................................................................................35
2. Nối P-N khi được phân cực nghịch: ................................................................................................................................38
III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN NỐI P-N:..............................................................................................................40
IV. NỘI TRỞ CỦA NỐI P-N...................................................................................................................................................41
1. Nội trở tĩnh: (Static resistance)........................................................................................................................................41
2. Nội trở động của nối P-N: (Dynamic Resistance)............................................................................................................42
V.
ĐIỆN DUNG CỦA NỐI P-N.............................................................................................................................................44
1. Điện dung chuyển tiếp (Điện dung nối)...........................................................................................................................44
2. Điện dung khuếch tán. (Difusion capacitance)................................................................................................................45
VI. CÁC LOẠI DIODE THÔNG DỤNG.................................................................................................................................45
1. Diode chỉnh lưu:..............................................................................................................................................................45
2. Diode tách sóng...............................................................................................................................................................53
3. Diode schottky:................................................................................................................................................................53
4. Diode ổn áp (diode Zenner):............................................................................................................................................54
5. Diode biến dung: (Varicap – Varactor diode)..................................................................................................................57
6. Diode hầm (Tunnel diode)...............................................................................................................................................58
Bài tập cuối chương ......................................................................................................................................................................59
Chương V.......................................................................................................................................................................................61
TRANSISTOR LƯỠNG CỰC.....................................................................................................................................................61
I.
CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA BJT..........................................................................................................................................61
II.
TRANSISTOR Ở TRẠNG THÁI CHƯA PHÂN CỰC.....................................................................................................61
III. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC..........................................................................................63
IV. CÁC CÁCH RÁP TRANSISTOR VÀ ĐỘ LỢI DÒNG ĐIỆN..........................................................................................64
V.
DÒNG ĐIỆN RỈ TRONG TRANSISTOR.........................................................................................................................66
VI. ĐẶC TUYẾN V-I CỦA TRANSISTOR............................................................................................................................67
1. Mắc theo kiểu cực nền chung:.........................................................................................................................................68
2. Mắc theo kiểu cực phát chung.........................................................................................................................................69
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tuyến của BJT. .......................................................................................................72
VII. ĐIỂM ĐIỀU HÀNH – ĐƯỜNG THẲNG LẤY ĐIỆN MỘT CHIỀU...............................................................................73
VIII. KIỂU MẪU MỘT CHIỀU CỦA BJT. .............................................................................................................................78
Trang 2
Biên soạn: Trương Văn Tám
Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
IX. BJT VỚI TÍN HIỆU XOAY CHIỀU..................................................................................................................................80
1. Mô hình của BJT:............................................................................................................................................................80
2. Điện dẫn truyền (transconductance) ................................................................................................................................82
3. Tổng trở vào của transistor:.............................................................................................................................................83
4. Hiệu ứng Early (Early effect) ..........................................................................................................................................85
5. Mạch tương đương xoay chiều của BJT:.........................................................................................................................86
Bài tập cuối chương ......................................................................................................................................................................90
CHƯƠNG 6...................................................................................................................................................................................91
TRANSISTOR TRƯỜNG ỨNG..................................................................................................................................................91
I.
CẤU TẠO CĂN BẢN CỦA JFET:....................................................................................................................................91
II.
CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA JFET:.................................................................................................................................93
III. ĐẶC TUYẾN TRUYỀN CỦA JFET.................................................................................................................................99
IV. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRÊN JFET................................................................................................................100
V.
MOSFET LOẠI HIẾM (DEPLETION MOSFET: DE MOSFET)...................................................................................102
VI. MOSFET LOẠI TĂNG (ENHANCEMENT MOSFET: E-MOSFET)............................................................................107
VII. XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐIỀU HÀNH:...................................................................................................................................111
VIII. FET VỚI TÍN HIỆU XOAY CHIỀU VÀ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG VỚI TÍN HIỆU NHỎ........................................113
IX. ĐIỆN DẪN TRUYỀN (TRANSCONDUCTANCE) CỦA JFET VÀ DEMOSFET........................................................117
X.
ĐIỆN DẪN TRUYỀN CỦA E-MOSFET........................................................................................................................118
XI. TỔNG TRỞ VÀO VÀ TỔNG TRỞ RA CỦA FET.........................................................................................................119
XII. CMOS TUYẾN TÍNH (LINEAR CMOS).......................................................................................................................120
XIII. MOSFET CÔNG SUẤT: V-MOS VÀ D-MOS..............................................................................................................122
1. V-MOS:.........................................................................................................................................................................122
2. D-MOS:.........................................................................................................................................................................123
Bài tập cuối chương ....................................................................................................................................................................125
CHƯƠNG VII.............................................................................................................................................................................126
LINH KIỆN CÓ BỐN LỚP BÁN DẪN PNPN VÀ NHỮNG LINH KIỆN KHÁC ...............................................................126
I.
SCR (THYRISTOR – SILICON CONTROLLED RECTIFIER).....................................................................................126
1. Cấu tạo và đặc tính:.......................................................................................................................................................126
2. Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR:.................................................................................................................................128
3. Các thông số của SCR:..................................................................................................................................................129
4. SCR hoạt động ở điện thế xoay chiều............................................................................................................................130
5. Vài ứng dụng đơn giản:.................................................................................................................................................131
II.
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR SWITCH).....................................................................................................133
III. SCS (SILICON – CONTROLLED SWITCH).................................................................................................................135
IV. DIAC................................................................................................................................................................................136
V.
DIOD SHOCKLEY..........................................................................................................................................................137
VI. GTO (GATE TURN – OFF SWITCH). ...........................................................................................................................138
VII. UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR – TRANSISTOR ĐỘC NỐI). ............................................................................140
1. Cấu tạo và đặc tính của UJT:.........................................................................................................................................140
2. Các thông số kỹ thuật của UJT và vấn đề ổn định nhiệt cho đỉnh: ................................................................................143
3. Ứng dụng đơn giản của UJT:.........................................................................................................................................144
VIII. PUT (Programmable Unijunction Transistor).................................................................................................................145
CHƯƠNG VIII............................................................................................................................................................................148
LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ................................................................................................................................................148
I.
ÁNH SÁNG. ....................................................................................................................................................................148
II.
QUANG ĐIỆN TRỞ (PHOTORESISTANCE)................................................................................................................149
III. QUANG DIOD (PHOTODIODE)....................................................................................................................................151
IV. QUANG TRANSISTOR (PHOTO TRANSISTOR)........................................................................................................152
V.
DIOD PHÁT QUANG (LED-LIGHT EMITTING DIODE)............................................................................................154
VI. NỐI QUANG....................................................................................................................................................................155
CHƯƠNG IX...............................................................................................................................................................................157
SƠ LƯỢC VỀ IC ........................................................................................................................................................................157
I.
KHÁI NIỆM VỀ IC - SỰ KẾT TỤ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ..............................................................................157
II.
CÁC LOẠI IC..................................................................................................................................................................159
1. IC màng (film IC):.........................................................................................................................................................159
2. IC đơn tính thể (Monolithic IC):....................................................................................................................................159
3. IC lai (hi
id IC)............................................................................................................................................................160
III. SƠ LƯỢC VỀ QUI TRÌNH CHẾ TẠO MỘT IC ĐƠN TINH THỂ................................................................................160
IV. IC SỐ (IC DIGITAL) VÀ IC TƯƠNG TỰ (IC ANALOG).............................................................................................162
1. IC Digital:......................................................................................................................................................................162
2. IC analog:......................................................................................................................................................................163
Tài liệu tham khảo......................................................................................................................................................................163
Trang 3
Biên soạn: Trương Văn Tám