Điốt bán dẫn.

3.1. Cấu tạo, kí hiệu

Điốt thực chất là một tiếp giáp P-N. Điện cực nối với khối P được gọi là Anốt (ký

hiệu là A), điện cực nối với khối N gọi là Katốt (ký hiệu là K), toàn bộ cấu trúc trên

được bọc trong một lớp vỏ bằng kim loại hay bằng nhựa.

* Nguyên lý làm việc: Chính là các hiện tượng vật lý xảy ra ở tiếp giáp P-N trong

các trường hợp: chưa phân cực, phân cực thuận và phân cực ngược đã xét ở trên

3.2. Đặc tuyến V-A.

Đặc tuyến V-A được chia làm 3 vùng:

+ Vùng1 : Ứng với trường hợp phân cực

thuận. Khi tăng UAK , lúc đầu dòng tăng từ từ,

sau khi UAK > U0 (thường U0 = (0,6÷0,7)V nếu

điốt được chế tạo từ vật liệu Silic,

U0 = (0,2÷0,3)V nếu điốt được chế tạo từ vật liệu Gecmani) thì dòng điện tăng theo

điện áp với quy luật của hàm số mũ.

+ Vùng2: Tương ứng với trường hợp phân cực ngược với giá trị dòng điện

ngược ing có giá trị nhỏ (ing ≈ Ibhòa).

+ Vùng3 : Gọi là vùng đánh thủng, tương ứng Ung > Ung.max (Uđánh thủng).

Dòng điện ngược tăng lên đột ngột, dòng điện này sẽ phá hỏng điốt (vì vậy để

bảo vệ điốt thì chỉ cho chúng làm việc dưới điện áp: U = (0,7 ÷ 0,8).Uz , Uz là điện áp

đánh thủng) trong khi đó điện áp giữa Anốt và Katốt không đổi → tính chất van của

điốt bị phá hỏng. Tồn tại hai dạng đánh thủng: do nhiệt độ cao và điện trường mạnh

làm cho các hạt dẫn chuyển động nhanh, gây va đập và gây nên hiện tượng ion hoá do

va chạm làm cho quá trình tạo thành hạt dẫn ồ ạt, dẫn đến dòng điện tăng nhanh

4.3. Ổn định điện áp bằng điốt Zener (Điốt ổn áp)

- Điốt ổn áp làm việc dựa trên hiệu ứng đánh thủng Zener và đánh thủng thác lũ

của tiếp giáp P-N khi phân cực ngược, bị đánh thủng nhưng không hỏng.

- Điốt ổn áp dùng để ổn định điện áp đặt vào phụ tải

- Nhánh thuận đặc tuyến V-A của điốt này giống như điốt chỉnh lưu thông thường

nhưng nhánh ngược có phần khác: Lúc đầu khi điện áp ngược còn nhỏ thì Ingược có trị

số nhỏ giống như các điốt thông thường.

+ Khi điện áp ngược đạt tới giá trị điện áp ngược đánh thủng thì dòng điện ngược

qua điốt tăng lên đột ngột còn điện áp ngược trên điốt được giữ hầu như không đổi.

Đoạn đặc tuyến gần như song song với trục dòng điện (đoạn A-B). Đoạn (A-B) được

giới hạn bởi (Iôđmin , Iôđmax) là đoạn làm việc của điốt ổn áp.

+ Để đảm bảo cho hiện tượng đánh thủng về điện không kéo theo đánh thủng về

nhiệt làm cho điốt bị hỏng, khi chế tạo người ta đã tính toán để tiếp giáp P-N chịu

được dòng điện ngược. Mặt khác, trong mạch điện còn đặt điện trở hạn chế để hạn chế

không cho dòng điện ngược qua điốt vượt quá dòng điện ngược cho phép.

+ Khi dòng điện qua điốt nhỏ hơn giá trị Iôđmin thì điốt làm việc ở đoạn OA nên

không có tác dụng ổn định điện áp.

+ Khi dòng điện qua điốt lớn hơn giá trị Iôđmax thì công suất toả ra trên điốt vượt

quá công suất cho phép có thể làm cho điốt bị phá hỏng vì nhiệt.

- Trong mạch ổn áp điốt ổn áp mắc song song với phụ tải.

- Nếu uv thay đổi, Rt không đổi, trên đặc tuyến V-A khi uv thay đổi một lượng

ruv khá lớn nhưng ura thay đổi một lượng rura rất nhỏ, dường như mọi sự thay đổi

của uv đều hạ trên Rhc, đảm bảo điện áp ra tải không thay đổi.

- Nếu uv không đổi, Rt thay đổi. Lúc đó nội trở của điốt thay đổi dẫn tới sự phân

bố lại dòng điện qua điốt và qua tải đảm bảo cho điện áp ra tải là không đổi.

§3. TRANZITO LƯỠNG CỰC ( Transistor Bipolar)

                                    1. Cấu tạo

Gồm 3 lớp bán dẫn ghép liên tiếp nhau, hai lớp ngoài cùng có tính dẫn điện cùng loại, lớp ở giữa có tính dẫn điện khác với hai lớp ngoài. Tuỳ theo cách sắp xếp các khối bán dẫn mà ta có Tranzito thuận p-n-p (hình a) và Tranzito ngược n-p-n (hình b) được chỉ ra trên hình vẽ.

Lớp (miền) bán dẫn thứ nhất gọi là lớp phát (Emitơ), có đặc điểm là nồng độ

tạp chất lớn nhất, điện cực nối với nó gọi là cực phát E.

Lớp thứ hai gọi là lớp gốc (Bazơ), có kích thước rất mỏng cỡ µm và nồng độ tạp chất ít nhất, điện cực nối với nó gọi là cực gốc B.Lớp thứ ba có nồng độ tạp chất trung bình gọi là lớp góp (Côlectơ), điện cực nối với nó gọi là cực góp C.

- Tiếp giáp giữa lớp phát với lớp gốc gọi là tiếp giáp phát JE

- Tiếp giáp giữa lớp gốc với lớp góp gọi là tiếp giáp góp JC

- Chiều mũi tên trong ký hiệu của Tranzito bao giờ cũng là chiều của điện áp phân cực thuận cho tiếp giáp phát JE (có chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N).

2. Nguyên lý làm việc

Để cho Tranzito có thể làm việc ở chế độ khuyếch đại tín hiệu điện, người ta phải

đưa điện áp một chiều tới các điện cực của nó gọi là phân cực cho tranzito, sao cho

tiếp giáp JE phân cực thuận và tiếp giáp JC phân cực ngược như hình vẽ.

Giả sử ta xét tranzito pnp như hình vẽ

                              Do tiếp giáp JE được phân cực thuận bằng nguồn UEB, điện trường EEB này có tác dụng gia tốc các hạt dẫn điện đa số (lỗ trống) từ vùng phát qua JE đến vùng gốc tạo thành dòng điện cực phát IE. Do nồng độ các lỗ trống ở vùng phát lớn nên dòng điện cực phát IE có giá trị lớn.

Khi đến vùng gốc, một phần nhỏ lỗ trống sẽ tái hợp với các điện tử đến từ cực âm

của nguồn UEB tạo thành dòng điện cực gốc IB. Do vùng gốc có bề dày mỏng và nồng

độ các hạt dẫn điện tử rất ít nên dòng điện cực gốc IB rất nhỏ. Phần lớn các lỗ trống

còn lại khuyếch tán qua vùng gốc và di chuyển đến tiếp giáp góp JC. Tại tiếp giáp góp,

điện trường UCB thuận chiều với các hạt này nên sẽ cuốn chúng qua tiếp giáp JC sang

lớp góp để tạo thành dòng điện cực góp IC.

Thực tế, vì tiếp giáp JC phân cực ngược nên trên nó vẫn tồn tại một dòng điện

ngược có trị số nhỏ (giống như dòng điện ngược của điốt) ICB0 , do mật độ các hạt dẫn

thiểu số nhỏ nên dòng ICB0 có trị số nhỏ, ta có thể bỏ qua.

Khi đó, ta có biểu thức dòng điện trong tranzito là:

IE = IB + IC . Do IB << IE , IB << IC nên IE ≈ IC