SGK Công Nghệ 12 - Bài 4. Linh kiện bán dẫn và IC

LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ 1C
Biết cấu tạo, kí hiệu, phân loại và công dụng của một số linh kiện bán dẫn và 1C.
Biết được nguyên lí làm việc của tirixto và triac.
Tất cả các linh kiện bán dẫn và IC (vi mạch tổ hợp) đều được chế tạo từ các chất bán dẫn loại p và loại N. Tuỳ theo cách tổ hợp của các tiếp giáp p - N sẽ tạo ra các linh kiện bán dẫn khác nhau.
- ĐIÔT BÁN DẪN
Điôt bán dẫn là linh kiện bán dẫn có một tiếp giáp p - N, có vỏ bọc bằng thuỷ tinh, nhựa hoặc kim loại. Có hai dây dẫn ra là hai điện cực : anôt (A) và catôt (K).
Theo công nghệ chế tạo, điôt được phân ra :
Điôt tiếp điểm : chỗ tiếp giáp p - N là một điểm rất nhỏ, chỉ cho dòng điện nhỏ đi qua, thường được dùng để tách sóng và trộn tần.
Điôt tiếp mặt: chỗ tiếp giáp p - N có diện tích lớn, cho dòng điện lớn đi qua, được dùng để chỉnh lưu.
Theo chức năng, điôt được phân ra các loại chính sau :
Điôt ổn áp (điôt zêne) : cho phép dùng ở vùng điện áp ngược đánh thủng mà không hỏng, được dùng để ổn định điện áp một chiều.
Điôt chỉnh lưu : biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
- TRANZITO
a) Tranzito công suất nhỏ
b) Tranzito công suất lớn
Hình 4-2. Hình dạng một sô'loại tranzito
Tranzito là một linh kiện bán dẫn có hai tiếp giáp p - N, có vỏ bọc bằng nhựa hoặc kim loại. Tranzito có ba dây dẫn ra là ba điện cực, cấu tạo và kí hiệu của nó như hình 4-3.
b)
d)
Hình 4-3. Tranzito
a) Cấu tạo tranzito PNP ; h) Kí hiệu tranzito PNP ; c) Cấu tạo tranzito NPN ; d) Kí hiệu tranzito NPN.
Tuỳ theo cấu tạo, người ta phân tranzito thành hai loại: tranzito PNP và tranzito NPN. Chiều mũi tên ở trên kí hiệu của tranzito chỉ chiều dòng điện chạy qua tranzito : từ cực E sang cực c ở bán dẫn PNP và từ cực c sang cực E ở bán dẫn NPN.
Tranzito là linh kiện tích cực trong mạch điện tử, nó được dùng để khuếch đại tín hiệu, để tạo sóng, tạo xung...
Ill	- TIRIXTO (ĐIÔT CHỈNH Lưu CÓ ĐIỂU KHIỂN - SCR)
1. Cấu tạo, kí hiệu, công dụng
Tirixto là linh kiện bán dẫn có ba tiếp giáp p - N, có vỏ bọc bằng nhựa hoặc kim loại, có ba dây dẫn ra là ba điện cực : anôt (A); catôt (K); điều khiển (G) (hình 4 - 4).
Tirixto thường được dùng trong mạch chỉnh lưu có điều khiển, bằng
cách điều khiển cho U^TX xuất hiên sớm hay muộn, qua đó thay đổi giá trị của điện áp ra.
Cực anôt (A)
Pị_
Nị
p2 > N2
"W	
Cực điều khiển (G)
A
Cực catôt (K)
a)	b)
Hình 4-4. Tirixto
a) Cấu tạo tirixto ; h) Kí hiệu tirixto.
Nguyên lí làm việc và số liệu kĩ thuật
Nguyên lí làm việc
Khi chưa có điện áp dương UGK vào cực điều khiển thì dù cực anôt có được phân cực thuận UAK > 0, tirixto vẫn không dẫn điện.
Khi đồng thời có UAK dương và UGK cũng dương thì tirixto mới dẫn điện. Khi tirixto đã thông, UGK không còn tác dụng nữa. Lúc này tirixto làm việc như một điôt tiếp mặt, nó chỉ dẫn điện một chiều từ A sang K và sẽ ngưng dẫn khi UAK < 0.
Số liệu kĩ thuật
Khi dùng tirixto cần quan tâm đến các số liệu kĩ thuật chủ yếu là :
„ định mức, U.., định mức, định mức, ƯT„ định mức.
AK •	AK •	(àK •	C5K
- TRIAC VÀ ĐIAC
1. Cấu tạo, kí hiệu, công dụng
a) Cấu rạo triac ; b) Kí hiệu triac ; c) Kí hiệu điac.
Hình 4-7. Hình dạng, cách bố trí chân của triac
Triac và điac là linh kiện bán dẫn được kí hiệu như hình 4-6. Triac có 3 điện cực là : Aj, A2 và G.
Điac có cấu tạo hoàn toàn giống như triac nhưng không có cực điều khiển G.
Triac và điac được dùng để điều khiển các thiết bị điện trong các mạch điện xoay chiều.
Nguyên lí làm việc và số liệu kĩ thuật
Nguyên lí làm việc * Triac
Khi cực G và A7 có điện thế âm so với Aj thì triac mở. Cực Aj đóng vai trò anôt, còn cực A-, đóng vai trò catôt. Dòng điện chạy từ Aj sang A7.
Khi cực G và A2 có điện thế dương so với A thì triac mở. Cực Aọ đóng vai trò anôt, còn cực A đóng vai trò catôt. Dòng điện chạy từ Aọ sang A .
Từ đó thấy rằng, triac có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều và đều được cực G điều khiển lúc mở.
* Điac
Điac không có cực điều khiển nên được kích mở bằng cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực.
Số liệu kĩ thuật: Triac, điac có số liệu kĩ thuật giống như tirixto.
- QUANG ĐIỆN TỬ
Quang điện tử là linh kiện điện tử có thông số thay đổi theo độ chiếu sáng, được dùng trong các mạch điện tử điều khiển bằng ánh sáng. Ví dụ, loại quang điện tử khi cho dòng điện chạy qua, nó bức xạ ra ánh sáng, được gọi là LED (Light Emitting Diode).
- VI MẠCH TỔ HỢP (IC)
Hình 4-8. Hình dạng một số loại IC
IC là cách gọi tắt dùng hai chữ cái đứng đầu của từ Integrated Circuit. Nó là mạch vi điện tử tích hợp, được chế tạo bằng các công nghệ đặc biệt hết sức tinh vi, chính xác. Trên chất bán dẫn Si làm nền, người ta tích hợp, tạo ra trên đó các loại linh kiện cần thiết như điện trở, tụ điện, điôt, tranzito... Chúng được mắc nối với nhau theo từng nguyên lí làm việc cụ thể của từng loại mạch điện. Do đó mỗi IC có kí hiệu và các chân ra khác nhau. Người ta chia IC ra làm hai nhóm :
IC tương tự được dùng để khuếch đại, tạo dao động, làm ổn áp, thu, phát sóng vô tuyến điện, giải mã cho tivi màu...
IC số được dùng trong các thiết bị tự động, thiết bị xung số, trong xử lí thông tin, trong máy tính điện tử...
Khi sử dụng các linh kiện bán dẫn và IC, cần tra cứu sổ tay để lắp mạch cho đúng. Thông thường IC được bố trí chân theo kiểu hình răng lược có một hàng chân hoặc kiểu chân rết có hai hàng chân. Cách đếm chân IC theo quy ước như hình 4-9.
AN5743
123456789
14	13	12	11	10	9	8
Phiến
Đối với IC một hàng chân, nhìn theo mặt bên phải, tức là mặt có ghi các chữ số kí hiệu của IC, ta đếm từ số 1 đến số cuối theo chiều từ trái sang phải.
Đối với IC hai hàng chân, nhìn từ trên IC xuống, đếm từ số 1 đến số cuối theo chiều ngược kim đồng hồ, bắt đầu từ bên có đánh dấu trên thân IC.
CÂU HỎI
Trình bày cấu tạo, kí hiệu, phân loại và công dụng của điôt bán dẫn.
Trình bày cấu tạo, kí hiệu, phân loại và công dụng của tranzito.
Tirixto thường được dùng để làm gì ?
Hãy so sánh sự giống nhau và khác nhau về nguyên lí làm việc giữa triac và tirixto.
IIIÔXG FIX Bổ six;
cấu tạo, kí hiệu, nguyên lí làm việc của tranzito
Tranzito có cấu tạo gồm các miền bán dẫn p và N xen kẽ nhau, tuỳ theo trình tự sắp xếp các miền p và N mà ta có hai loại tranzito là PNP hoặc NPN như hình 4 - 3. Để chê' tạo ra các loại tranzito này người ta đã áp dụng các phương pháp công nghệ như phương pháp hợp kim, phương pháp khuếch tán, phương pháp epitaxi...
Miền bán dẫn thứ nhất của tranzito là miền emitơ, có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực emitơ (cực phát). Miền thứ hai là miền bazơ, có nồng độ tạp chất ít hơn và độ dày nhỏ cỡ micrô mét, điện cực nối với miền này gọi là cực bazơ (cực gốc). Miền thứ ba là miền colectơ, có nồng độ tạp chất trung bình, điện cực nối ra là cực colectơ (cực góp). Tiếp giáp p — N giữa miền emitơ và bazơ gọi là tiếp giáp emitơ (JE), tiếp giáp P - N giữa miền bazơ và miền colectơ là tiếp giáp colectơ (Jc). Khi vẽ kí hiệu tranzito, cần chú ý đến mũi tên đặt ở giữa cực emitơ và bazơ luôn có chiều chạy từ bán dẫn p sang bán dẫn N. Tranzito PNP có mũi tên chạy vào, tranzito NPN có mũi tên chạy ra. Chiều mũi tên chỉ chiều dòng điện chạy qua tranzito. Ở Việt Nam, do thói quen còn gọi tranzito PNP là bán dẫn thuận, tranzito NPN là bán dần ngược, về mặt cấu trúc, có thể coi tranzito như hai điôt mắc đối nhau. Song, điều này hoàn toàn không có nghĩa là đem mắc hai điòt như hình 4 - 10 là có thể thực hiện được chức năng của tranzito, bởi vì khi đó không có tác dụng tương hỗ giữa hai tiếp giáp p - N.
Hình 4-10. Coi tranzito như hai điôt mắc dối nhau để đo kiểm tra
Khi đo kiểm tra tranzito, ta dùng phương pháp đo điện trở thuận, ngược của hai điôt này để nhanh chóng tìm ra cực B và loại tranzito, đồng thời kết luận được ngay tranzito đó hỏng hay tốt.
Để tranzito làm việc, phải dùng hai điện áp ngoài đặt vào giữa ba điện cực của tranzito, tức là phải phân cực cho nó. ở chế độ khuếch đại thì tiếp giáp emitơ JE phải được phân cực thuận để mở cửa cho hạt đa số xuất phát ra đi, tiếp giáp colectơ J phải phân cực ngược để có điện trường gia tốc lôi kéo tập trung các hạt này chạy đến cực colectơ, hình thành dòng điện chạy qua tranzito.
Hình 4 - 11. Sơ đồ phân cực của tranzito PNP (a) và tranzito NPN (h) làm việc ở chế độ khuếch đại
Hình 4 - 11 là sơ đồ phân cực để tranzito làm việc ở chế độ khuếch đại.
Để phân tích nguyên lí làm việc của tranzito, ta lấy tranzito PNP làm ví dụ (hình 4-12). Do JE được phân cực thuận ở trạng thái mở, điện áp tiếp xúc là Etx có chiều từ N -*■ p, các hạt đa sô' (lỗ (+)) từ miền E chạy qua JE tạo nên dòng emitơ (IE). Chúng tràn qua vùng bazơ hướng tới Jc. Trên đường khuếch tán, một số lỗ (+) bị tác hợp với điện tử (-) của miền bazơ tạo nên dòng điện bazơ (Ig). Do cấu tạo miền bazơ rất mỏng nên gần như toàn bộ các hạt đa số xuất phát từ miền E khuếch tán tới được bờ của Jc và được điện trường gia tốc (do Jc phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền colectơđến cực colectơ, tạo nên dòng điện colectơ (Ic). Qua phân tích trên, ta thấy :
- Để tranzito làm việc phải có nguồn Eg phân cực thuận mở tiếp giáp EB cho hạt đa số xuất phát ra đi và phải có nguồn Ec với cực tính phù hợp đổ lôi kéo tập trung các hạt đa số chạy đến cực colectơ, tạo thành dòng điện chạy qua tranzito (hình 4 — 12).
Hình 4 - 12. Nguyên lí làm việc của tranzito PNP ở chế độ khuếch đại
- Mối quan hệ giữa các dòng điện trong tranzito là :
!E = +
Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán của hạt đa số khi tràn qua miền bazơ, người ta gọi hệ số truyền đạt dòng điện của tranzito là a :
Hệ số a luôn nhỏ hơn 1 và có giá trị gần tới 1 đối với các tranzito loại tốt.
Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng IB tới dòng Ic, người ta gọi hệ số khuếch
đại dòng điện 3 của tranzito khi mắc cực emitơ chung là :
Hệ số 3 có giá trị từ vài chục đến vài trăm ; 3 càng lớn, khả năng khuếch đại của tranzito đó càng lớn.
Từ còng thức trên ta có thể suy ra các hệ thức sau đây :
IE = IB(1 + P)
Ba cách măc mạch tranzito
Khi dùng tranzito để khuếch đại, tín hiệu điện được đưa vào giữa hai điện cực và lấy ra cũng giữa hai diện cực. Trong đó, điện cực nào được nối chung cho cả đầu vào và đầu ra là điện cực chung, về nguyên tắc, cực nối chung phải được nối đất về mặt điện xoay chiều để lấy đó làm nền so sánh giữa điện áp ra với điện áp vào. Ba cách mắc đó là : mắc emitơ chung, mắc bazơ chung và mắc colectơ chung (hình 4 - 13).
Khi mắc emitơ chung, mạch điện đạt được hệ số khuếch đại về điện áp, dòng điện và công suất đều lớn. Điện áp tín hiệu ở đầu ra ngược pha 180° so với điện áp tín hiệu ở đầu vào. Đây là dạng mạch điện được dùng nhiều nhất. Khi mắc bazơ chung, hệ số khuếch đại về điện áp, dòng điện và công suất đều có nhưng nhỏ hơn so với cách mắc emitơ chung, điện áp tín hiệu ở đầu ra vẫn giữ nguyên pha như điện áp tín hiệu ở đầu vào. Cách mắc bazơ chung có ưu điểm khi làm việc ở tần số cao. Do đó, khi phải khuếch đại tín hiệu cao tần người ta thường dùng cách mắc này.
Hình 4-13. Ba cách mắc mạch tranzito a) Mắc emitơ chung ; h) Mắc bazơ chung ; c) Mắc colectơ chung.
Khi mắc colectơ chung, hệ số khuếch đại điện áp nhỏ hơn 1 và coi như xấp xỉ bằng 1. Hệ sò' khuếch đại về dòng điện và công suất lớn, điện áp tín hiệu ở đầu ra vẫn giữ nguyên pha như điện áp tín hiệu ở đầu vào. Do đó người ta còn gọi mạch khuếch đại mắc colectơ chung là mạch khuếch đại tải emitơ hay mạch khuếch đại lặp lại. Ưu điểm nổi bật của mạch khuếch đại mắc colectơ chung là trở kháng vào cao, trở kháng ra nhỏ, rất dễ phối hợp trở kháng để ghép nối với tầng kích ở phía trước và với tải ở đầu ra phía sau. Người ta thường dùng mạch colectơ chung làm tầng đệm để ghép nối các phần mạch điện lại với nhau.