Bài 6. Dòng điện trong chất bán dẫn

1. Chất bán dẫn: Semiconductor

a. Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ thường

Thí dụ: Bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng như Germani ( Ge), silic (Si)

b. Tính chất:

  • Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
  • Chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn khi ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm và hệ số nhiệt điện trở âm.
  • Điện trở chất bán dẫn phụ thuộc vào tạp chất.
  • Điện trở giảm khi được chiếu sáng...

2. Phân loại: 

a. Chất bán dẫn loại p (positive, bán dẫn dương)

  • Có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
  • Cách tạo: Pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indi (In) vào Si  thì 1  nguyên tử Indi sẽ liên kết cộng hóa trị với 4 e của Si và liên kết bị thiếu 1e  => trở thành lỗ trống ( mang điện dương).

Highslide JS

Highslide JS
b. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm, negative) 
  • Có tạp chất là các nguyên tố thuôc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính.
  • Cách tạo: pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như phospho (P) vào Si thì một nguyên tử P liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si, nguyên tử Phospho chỉ có 4 e tham gia liên kết và còn thừa 1e và trở thành e tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa e ( mang điện âm).

Highslide JS

Highslide JS


3. Linh kiện bán dẫn: ( copy từ www.kythuatvien.com các bạn có thể click để vào trang)

1) Diod:

 a. Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. 
     
 Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N  có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện =>  lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Highslide JS

Mối tiếp xúc P - N  => Cấu tạo của Diode .

      Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn.


Highslide JS

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

  b. Phân cực thuận cho Diode.
       
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )


Highslide JS
Diode (Si)  phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V 

Highslide JS
Đường đặc trưng của điện áp thuận qua Diode

Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V .

  c. Phân cực ngược cho Diode.
   Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+)  vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược,  miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp,  Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.

Highslide JS

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

  4. Phương pháp đo kiểm tra Diode


Highslide JS

Đo kiểm tra Diode

  • Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

  • Đo chiều thuận que đen  vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

  • Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω  => là Diode bị chập.

  • Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.

  • Ở phép đo trên thì Diode  D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

  • Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò.

  5. Ứng dụng của Diode bán dẫn .

  * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động . trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng .

Highslide JS
Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

a) Diod chỉnh lưu:

  • Nửa chu kì đầu, điện thế ở bán dẫn loại p cao hơn điện thế bán dẫn loại n, dòng điện chạy qua theo  chiều mũi tên.
  • Nửa chu kì sau, diode mắc theo chiều ngược dòng điện, dòng điện chạy trong mạch là rất nhỏ, có thể bỏ qua.

b)Photodiode:

  • Nhờ ánh sáng thích hợp, lớp chuyển tiếp p-n tạo thêm nhiều cặp e-lổ trống khiến dòng điện ngược tăng lên rất nhiều.
  • Photodiod biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện, được dùng trong thông tin quang học, tự động hoá.

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode.


Highslide JS

Ký hiệu của Photo Diode


Highslide JS

Minh hoạ sự hoạt động của Photo Diode

  Diode phát quang  LED

c) Pin mặt trời:

d) diod phát quang: ( Light Emiting Diode : LED )

     Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

    Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện . vv...

Highslide JSHighslide JS

e) Pile nhiệt điện bán dẫn:

2) Transistor:

 1. Cấu tạo của Transistor. ( Bóng bán dẫn ) 
    Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối  tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau 

Highslide JS

Cấu tạo Transistor

  • Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.

  • Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E,  và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

  2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor.

    * Xét hoạt động của Transistor NPN .


Highslide JS

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

  • Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.

  • Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.

  • Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng  IC = 0 )

  • Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB

  • Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB


    * Hoạt động của Transistor PNP .

    Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B.






Bài giảng về LED


Đèn LED



Cách tạo rubic bằng đèn LED


Cách làm rubic bằng LED


Comments