Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Phạm Đức Đại

Trường Đại học Thủy lợi
Bộ môn Điện kỹ thuật
Bài giảng kỹ thuật điện tử
GV: Phạm Đức Đại
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Các dụng cụ bán dẫn
1. Cơ cấu của sự dẫn điện
2. Bán dẫn thuần
3. KN: Là chất bán dẫn có độ dẫn điện nằm 
giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
4. - Chất bán dẫn dùng nhiều nhất trong thực tế, 
được tạo bởi các nguyên tố là Ge và Si, thuộc 
nhóm IV của bảng tuần hoàn ( có bốn điện tử
ở lớp ngoài cùng).
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Ge và Si ở cột 5 của bảng tuần hoàn
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Si
• Cấu trúc nguyên tử Si
• 10 electrons ở lõi (liên kết chặt 
chẽ)
• 4 electrons hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tinh thể Si
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Liên kết hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc điểm
• Tại 0K:
• Tất cả các liên kết đều được thiêt lập! 
Tất cả các điện tử hóa trị đều tham gia 
vào liên kết.
• Không có điện tử tự do
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Năng lượng nhiệt
Một số liên kết bị bẻ gãy xuất hiện
• Các điện tử tự do ”free” electrons (Mang 
điện tích âm −1.6×10−19 C)
• Các lỗ trống ”free” holes (mang điện tích 
dương, 1.6 × 10−19 C)
• Điện tử tự do và lỗ trống được gọi là các 
hạt ”Free” electrons and holes are called 
carriers:
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Chất bán dẫn
GeGe
Ge
Ge
Ge
Các điện tử ngoài cùng của các nguyên tử ghép 
đôi, tạo nên liên kết đồng hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Lỗ trống và điện tử
• Khi nhiệt độ tăng( tùy từng loại chất bán dẫn), 
các nguyên tử dao động mạnh đến mức một số
mối liên kết có thể ngẫu nhiên bị phá vỡ, các 
điện tử được giải phóng, điện tử bứt ra khỏi 
liên kết để lại một lỗ trống.
• Dưới tác động của điện trường, các điện tử
chuyển động định hướng, lỗ trống được lấp 
đầy bởi các điện tử liên kết lân cận, điện tử lấp 
lỗ lại tạo ra một lỗ trống mới.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tính dẫn điện của chất bán dẫn
Trong chất bán dẫn, khi đặt điện áp ngoài vào có
hai dòng chuyển động là
• Dòng chuyển động của các điện tử
• Dòng chuyển động của các lỗ trống, dòng này 
ngược chiều với dòng các điện tử.
• Số lượng điện tử và lỗ trống là bằng nhau
• Dòng điện trong chất bán dẫn là tổng dòng điện 
điện tử và lỗ trống 
•
w
k Tp i n i A .e
 
 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Bán dẫn loại N,P
Bằng cách thêm các nguyên tử tạp chất vào 
một chất bán dẫn, chúng ta có thể điều 
khiển được số lượng lỗ trống và điện 
tử tham gia vào quá trình dẫn điện 
trong chất bán dẫn.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Bán dẫn loại N
• Thêm vào bán dẫn Ge( hóa trị
4) với tạp chất As( hóa trị 5), 
chúng ta sẽ có 4 liên kết hóa 
học( liên kết cộng hóa trị), để
lại điện tử thứ 5 liên kết yếu với 
nguyên tử As, dễ dàng tách ra 
khỏi nguyên tử tạo thành điện 
tử tự do.
• Ở nhiệt độ bình thường nồng 
độ điện tử lớn hơn nồng độ lỗ
trống
• số lượng tạp chất nhỏ 1 / 108
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Dòng điện trong chất bán dẫn N
• Dòng điện phụ thuộc chủ yếu vào các electrons 
( Negative charged) – Gọi là bán dẫn loại N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Bán dẫn loại P
• Nếu thêm vào Ge với 
nguyên tử tạp chất
Boron- B( hóa trị 3), có
một liên kết thiếu 1 điện 
tử để tạo thành liên kế 
đồng hóa trị, chỗ thiếu 
điện tử, được gọi là 1 lỗ
trống.
• B – gọi là tạp chất cho
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Dòng điện trong chất bán dẫn P
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tiếp giáp P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tiếp giáp P-N
• Khi hai loại chất 
bán dẫn được ghép 
với nhau, một qúa 
trình khuyếch tán lỗ
trống và điện tử 
được thực hiện. Lỗ
trống di chuyển từ
phía P sang phía 
N, điện tử di 
chuyển từ phía N 
sang P
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tiếp giáp P-N
Utiếp xúc
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Tiếp giáp P-N
• Điện trường được tạo bởi hai lớp ion trái 
dấu, có chiều từ phía N P, điện trường 
này tạo nên dòng điện trôi qua tiếp giáp( 
dòng điện gây ra bởi các hạt thiểu số)
• Dòng điện trôi của điện tử từ n sang p
• Dòng điện khuyếch tán của điện tử
kT
n p 0I C.e I

  
kT
p n 0I C.e I

    
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Mô phỏng hoạt động của tiếp giáp 
P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Phân cực thuận tiếp giáp P-N
• Cự dương của nguồn đặt vào bán dẫn P, 
cực âm của nguồn đặt vao bán dẫn N
Utiếp xúc
Unguồn
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Phân cực thuận
'
T X T X n gU U U 
- UTX’ : giảm, làm tăng chuyển động khuyếch tán 
 IKT tăng lên, đồng thời dòng điện trôi giảm 
đến giá trị nhỏ không đáng kể( so với dòng điện 
khuyếch tán)
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Phân cực ngược tiếp giáp P-N
- Cực dương của nguồn nối vào phía N, cực 
âm nối vào phía P
Utiếp xúc
Unguồn
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Phân cực ngược tiếp giáp P-N
'
T X T X n gU U U 
UTX’ tăng 
• Cản trở dòng điện khuyếch tán Ikt =0
• Khuyến khích chuyển động của dòng điện trôi( 
dòng điện gây ra bởi các hạt thiểu số), dòng 
điện nay ban đầu tăng sau đó tăng đến giá trị 
bão hòa không đổi I0 nhỏ
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A tiếp giáp P-N
• Dòng điện trong hai trường hợp trên được 
mô tả qua công thức sau.
Trong đó:
• V : điện áp ngoài đặt vào
• I0 : Dòng điện ngược bão hòa
•  : Hệ số
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của tiếp giáp P-N
Vùng thuận: 
- U > 0 dòng điện qua tiếp giáp tăng khi U 
tăng, điện trở lớp tiếp giáp giảm
Vùng ngược:
- Ban đầu dòng điện trôi tăng khi U tăng( về
phía âm), sau đó đạt đến giá trị bão hòa I0 
không đổi
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của tiếp giáp P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Câu hỏi
• Chất bán dẫn P, N
• Nguyên lý hoạt động của tiếp giáp P-N
• Đặc điểm tiếp giáp P-N
• Có mấy loại dòng điện qua tiếp giáp P-N, 
chiều của chúng?
• Điện trường qua tiếp giáp P-N có chiều 
như thế nào, ảnh hưởng của nó đến dòng 
điện khuyếch tán và trôi như thế nào?
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Diode bán dẫn
1. Cấu tạo và ký hiệu: Phần căn bản là tiếp 
giáp P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Pictures of Diode in practice
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của Điode
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của Điode
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của Điode
1. Vùng phân cực thuận
 Khi đặt điện áp Uak >0, với giá trị Uak < Umở thì 
dòng điện tăng chậm, khi Uak >Umở thì dòng 
điện tăng nhanh do điện trở lớp tiếp giáp lúc 
này giảm nhỏ và dòng điện trong mạch phụ
thuộc vào điện trở của bán dẫn, đặc tuyến có
dạng đường thẳng.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Forward Voltage Drop
• Forward Voltage Drop:Electricity uses up a 
little energy pushing its way through the diode, 
rather like a person pushing through a door with 
a spring. This means that there is a small 
voltage across a conducting diode, it is called 
the forward voltage drop and is about 0.7V for 
all normal diodes which are made from silicon. 
The forward voltage drop of a diode is almost 
constant whatever the current passing through 
the diode so they have a very steep 
characteristic (current-voltage graph). 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Đặc tuyến V-A của điode
2. Vùng phân cực ngược
- Với Ungược <0 nhỏ dòng điện ngược( dòng 
trôi) tăng, tăng Ungược dòng điện sẽ tăng 
đến giá trị bão hóa I0=const.
- Giá trị Ungược chỉ được phép tăng đến giá
trị cho phép = 80% Uđánh thủng
- Uđánh thủng : là điện áp tại đó dòng điện 
ngược tăng đột ngột dẫn đến phá hỏng 
tính chất cách điện của tiếp giáp điốt. 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Nguyên nhân đánh thủng
- Etiếo giáp lớn, các hạt mang điện thiểu số
có năng lượng lớn va chạm với các điện 
tử hóa trị, tạo ra cặp lỗ trống, điện tử mới, 
những hạt này lại va chạm với các điện tử
hóa trị mới. Quá trình tiếp diễn dẫn đến số 
lượng hạt tăng ồ ạt, dòng điện trôi tăng 
mạnh.
- Điện áp ngược với điode bán dẫn điển 
hình làm việc bình thường khoảng 30V
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Reverse Voltage
• Reverse Voltage: When a reverse voltage is 
applied a perfect diode does not conduct, but all 
real diodes leak a very tiny current of a few µA 
or less. This can be ignored in most circuits 
because it will be very much smaller than the 
current flowing in the forward direction. 
However, all diodes have a maximum reverse 
voltage (usually 50V or more) and if this is 
exceeded the diode will fail and pass a large 
current in the reverse direction, this is called 
breakdown. 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Thông số
• Điện trở một chiều
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Transistor
1. Khái niệm
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Key questions
• How do semiconductors conduct 
electricity?
• What is a ”hole”?
• How many electrons and holes are there 
in a semiconductor in thermal equilibrium 
at a certain temperature?
• How can one engineer the conductivity of 
semiconductors?
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Mức năng lượng trong vật rắn
• Vùng ngoài cùng ở đó các điện tử( 
electrons) có đủ năng lượng để thắng 
được lực hút từ nhân( gồm protons và
neutrons) chứa các điện tử tham gia vào 
quá trình dẫn điện. Những điện tử tự do 
đó có trong một chất dẫn điện, và vùng đó
gọi là vùng dẫn. Vùng bên trong chứa các 
electrons liên kết chặt chẽ với nguyên tử, 
gọi là vùng hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Điện tử
tự do 
Vùng dẫn trống
Năng lượng
Vùng hóa trị
Chất bán dẫn thuần ở 0K
Vùng dẫn
Năng lượng
Chất dẫn điện
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Công thức 
e e e e e e
AVI N Av e N A Ee N e
L
   
• Ne: số lượng electrons trên một đơn vị
• A diện tích bề mặt của chất dẫn 
• e: điện tích của một electron
• ve: tốc độ chuyển động (m/s)
• E từ trường đặt vào
• µe : ( m2/V) : 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Ví dụ
• Dòng điện do lỗ trống và điện tử trong 
chất bán dẫn thuần.
• Ví dụ Ge: nI=2 x 1019 , ue =0.36; uh=0.17 
( ) ( )I e h I e hI n e v v A n e AE    
9 192 10 1.6 10 0.53 3.2 0.53
1 0.6
3.2 0.53
AV AVI x x x x x
L L
VR m
I x
 
    
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Vùng dẫn 
Năng lượng
Vùng hóa trị
Biểu đồ năng lượng Bán dẫn loại N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (
Biểu đồ năng lượng bán dẫn loại P
Vùng dẫn 
Năng lượng
Vùng hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (