- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô
Xem mẫu
- BÀI 5: TRANSISTOR TRƢỜNG
Mã bài: MĐ14.05
Giới thiệu:
Bài học giới thiệu về transistor trường JFET, MOSFET về cấu tạo, ký
hiệu, đặc tuyến và các mạch cơ bản.
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của transistor
trường.
- Trình bày đúng các đặc tuyến, thông số cơ bản của transistor trường.
- Trình bày đúng các kiểu mắc mạch, các đặc tính cơ bản của các kiểu
mạch transistor trường.
- Lắp ráp, hiệu chỉnh được các kiểu mạch của transistor trường.
- Nghiêm túc, cẩn thận, an toàn.
Nội dung chính:
1. Cấu tạo
Transistor trình bày trước được gọi là transistor mối nối lưỡng cực (BJT =
Bipolar Junction Transistor). BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông
thường CE, dòng IC = IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối
vào). Đối với transistor hiệu ứng trường có tổng trở vào rất lớn. Dòng điện ở lối
ra được tăng b ng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện. Vậy
ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trường và trường này tạo ra một dòng điện ở lối
ra.
Field Effect Transistor (FET)
FET có hai loại: JFET và MOSFET.
JFET được gọi là FET nối hay thường gọi là FET
1.1. JFET
- 1.1.1. Cấu tạo
Hình 5.1. Cấu tạo của JFET kênh N và P
Nếu so sánh với BJT, ta thấy: cực thoát D tương đương với cực thu C, cực
nguồn S tương đương với cực phát E và cực cổng G tương đương với cực nền B.
JFET kênh N tương đương với transistor NPN.
JFET kênh P tương đương với transistor PNP.
- Hình 5.2. Sơ đồ chân tương đương JFET với transistor BJT
Cũng giống như transistor NPN được sử dụng thông dụng hơn transistor
PNP do dùng tốt hơn ở tần số cao. JFET kênh N cũng thông dụng hơn JFET
kênh P với cùng một lý do.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Về cơ bản nguyên lý hoạt động của 2 loại JFET tương đối giống nhau, chỉ
khác nhau về chiều dòng điện. Ở chế độ khuếch đại, ta phải cấp nguồn U GS để 2
tiếp xúc P-N phân cực ngược. Nguồn UDS làm cho các hạt dẫn đa số chuyển
động từ cực nguồn S về cực máng D => tạo dòng ID trong mạch cực máng
Hình 5.3. Mạch FET kênh N và kênh P
- Ta xét JFET kênh N:
- Hình 5.4. Mạch FET kênh N
Điện áp VGG đặt tới cực G và S để phân cực ngược cho tiếp giáp P-N.
Điện áp VDD đặt tới D và S để tạo ra dòng điện chảy trong kênh dẫn.
Điện áp phân cực ngược đặt tới G và S làm cho vùng nghèo dọc theo tiếp
giáp P-N được mở rộng ra chủ yếu về phía kênh dẫn, điều này làm kênh
hẹp lại hơn do đó điện trở kênh dẫn tăng lên và dòng qua kênh dẫn giảm
đi. Với cách phân cực trên thì điện áp phân cực giữa G và D lớn hơn điện
áp phân cực ngược giữa G và S làm cho vùng nghèo mở rộng không đều.
Hình 5.5. Nguyên lý hoạt động của FET kênh N
1.2. MOSFET
1.2.1. Cấu tạo
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với
Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất
nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng
mở. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng
- điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn
tín hiệu yếu.
Hình 5.6. Cấu tạo của MOSFET kênh N
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G: Gate gọi là cực cổng
S: Source gọi là cực nguồn
D: Drain gọi là cực máng
Trong đó: G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn
lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2).
Hai cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt
mang điện.
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô
cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch
giữa cực G và cực S (UGS)
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng
từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng
nhỏ.
Ký hiệu:
Hình 5.7. Ký hiệu MOSFET kênh N, P
Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor
+ Chân G tương đương với B
- + Chân D tương đương với chân C
+ Chân S tương đương với E
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt
mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để
đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .
Mạch điện tương đương của Mosfet. Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ
thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.
Ở đây tôi không nói rõ chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở. Các
bạn hiểu như sau:
+ Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Điện áp điều khiển
đóng là Ugs 0V
đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.
Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên. Q1 khóa ==>Bóng
đèn tắt.
- => Từ thực nghiệm trên ta thấy r ng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng
GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường =>
làm cho điện trở RDS giảm xuống
2. Đặc tính làm việc
Mục tiêu:
- Trình bày được đặc tính làm việc của JFET
2.1. JFET
Đặc tuyến ra:
Xét trường hợp JFET phân cực với điện áp VDD = 0
Hình 5.9. Phân cực với điện áp VDD
Hình 5.10. Đường đặc tính của JFET
Tăng dần VDD thì VDS tăng và ID tăng tuyến tính theo. Khi tăng VDD thì vùng
nghèo có xu hướng rộng ra, tuy nhiên khi VDD chưa đủ lớn thì bề rộng của
vùng nghèo chưa đủ rộng để gây ảnh hưởng tới I D => ID và VDS có mối quan hệ
tuyến tính khi VDD đủ nhỏ. Mối quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra A → B
(Miền OHM).
- - VDD đủ lớn, khi đó VDS đủ lớn, lúc này bề rộng vùng nghèo bắt đầu gây ảnh
hưởng dòng ID. Nó kiềm hãm sự tăng của dòng ID trước sự tăng của VDS. Mối
quan hệ này thể hiện ở đặc tuyến ra B → C (Miền không đổi)
- VDD tiếp tục tăng đến giá trị đủ lớn để đánh thủng tiếp giáp P-N thì ID tăng đột
ngột theo VDS, miền này gọi là miền đánh thủng; JFET làm việc ở chế độ này sẽ
bị hỏng
• Đặc tuyến truyền đạt:
Ta thấy VGS(0 → VGS off) điều khiển dòng ID. Với JFET kênh N VGS off < 0,
JFET kênh P VGS off > 0. Đồ thị thể hiện mối quan hệ VGS và ID là đặc tuyến
truyền đạt, có dạng:
Hình 5.11. Đặc tính truyền đạt JFET kênh N
Đường cong này chính là đặc tuyến truyền đạt của JFET kênh N, cho ta biết giới
hạn hoạt động của JFET.
3. Thực hành
Mục tiêu:
- Nhận dạng và phân loại được JFET và MOSFET
- Kiểm tra được chất lượng của JFET và MOSFET
Chuẩn bị: Một đồng hồ vạn năng với 2 que đo, để đồng hồ thang x1KΩ, kiểm
tra dây đo còn tốt, dụng cụ kẹp linh kiện cố định hay miếng lót cách điện.
Trước khi đo Mosfet – FET (FET) dùng dây dẫn hay tô vít nối tắt 3 chân của
MosFet – FET lại để khử hết điện tích trên các chân (lý do FET là linh kiện rất
nhạy cảm, điện tích trên các chân có thể ảnh hưởng đến kết quả đo)
- Mosfet – Fet còn tốt thì kết quả đo sẽ như sau:
Hình 5.12. Đo giữa G và S
Bước 1: Đo giữa G và S cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp GS chưa bị thủng)
Hình 5.13. Đo giữa G và D
Bước 2. Đo giữa G và D cả hai chiều kim không lên (tiếp giáp G D chưa bị
thủng) (Hình 5.13)
Hình 5.14. Dùng tô vít nối tắt chân G và chân D
Bước 3. Dùng Tô vít nối tắt G vào D để thoát điện tích trên cực G (do quá trình
đo đã để lại điện tích trên chân G) (Hình 5.14)
- Hình 5.15. Đo giữa chân D và S
Bước 4. Đo giữa D và S (Sau khi G đã thoát điện cực G thì ) có một chiều kim
không lên (có đảo que đo) (Hình 5.15)
Các trường hợp sau là Mosfet – Fet bị hỏng
Đo giữa G và S kim lên => là chập G S
Đo giữa G và D kim lên là chập G D
- Dùng tô vít chập chân G D để thoát điện tích chân G
Đo giữa D và S kim vẫn lên sau khi đã thoát điện cực G là bị chập DS.
- BÀI 6: MỘT SỐ LINH KIỆN ĐẶC BIỆT
Mã bài: MĐ14.06
Giới thiệu:
Bài học giới thiệu về các linh kiện đặc biệt được ứng dụng rất nhiều trong
các mạch điện tử điều khiển.
Mục tiêu:
- Trình bày đúng cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động và ứng
dụng của các linh kiện quang.
- Xác định đúng cực tính, chất lượng của các linh kiện quang.
- Nghiêm túc, cẩn thận, an toàn.
Nội dung chính:
1. Các phần tử quang
1.1. Điốt quang
1.1.1. Cấu tạo
Diode quang hay Photodiode là một loại Diode bán dẫn thực hiện chuyển
đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện.
Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X,
tia gamma. Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp giáp p-
n hoặc cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điện tích làm phát sinh dòng điện. Tùy theo cách
thức chế tạo, mà dòng điện này nhỏ và photodiode dùng làm cảm biến photon,
hay dòng điện đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời.
Hình 6.1. Cảm biến photodiode
Cảm biến photodiode có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là các
thiết bị đo đạc, giám sát, truyền dẫn thông tin, điều khiển,…
- 1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Photodiode được làm b ng một số chất bán dẫn liệt kê dưới đây, và vùng
phổ ánh sáng làm việc. Phạm vi của ánh sáng nhìn thấy là từ 380 nm đến
780 nm.
Photodiode có cấu trúc lớp hoạt động là tiếp giáp p-n, loại mới hơn thì là
cấu trúc PIN. Khi photon có năng lượng đủ lớn xâm nhập lớp hoạt động này sẽ
bị hấp thụ, và theo hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử-lỗ trống. Nếu hấp thụ
xảy ra trong vùng nghèo của tiếp giáp hoặc vùng khuếch tán, điện trường của
vùng nghèo làm các hạt mang điện dịch chuyển, lỗ trống về anode còn điện tử
về cathode, làm phát sinh dòng điện.
Thông thường thì diode có dòng điện dò, ở photodiode gọi là dòng tối, là
dòng khi không có photon chiếu vào. Dòng điện qua photodiode là tổng của
dòng quang điện và dòng dò. Để tăng độ nhạy cảm biến thì công nghệ chế tạo
phải hạn chế được dòng dò.
Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế
các linh kiện không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi. Các
che chắn không phải là tuyệt hoàn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi
vào vùng nhiễu cao, chẳng hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ
trụ
Hình 6.2. Điốt quang ứng dụng trong sản xuất đèn chiếu sáng
- 1.2. Tranzitor quang
Mục tiêu:
- Cấu tạo của transistor quang.
- Nguyên lý hoạt động của transistor quang.
- Các ứng dụng.
1.2.1. Cấu tạo
Cấu tạo bán dẫn của transistor quang coi như gồm có một diode quang và
một transistor quang.
Ký hiệu:
Hình 6.3. Ký hiệu tranzitor quang
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Quang transistor là nới rộng đương nhiên của quang diode. Về mặt cấu tạo,
quang transistor cũng giống như transistor thường nhưng cực nền để hở. Quang
transistor có một thấu kính trong suốt để tập trung ánh sáng vào nối P-N giữa
thu và nền.
Khi cực nền để hở, nối nền-phát được phân cực thuậnchút ít do các dòng điện rỉ
(điện thế VBE lúc đó khoảng vài chục mV ở transistor Si) và nối thu-nền được
phân cực nghịch nên transistor ở vùng tác động.
Vì nối thu-nền được phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy giữa cực thu và cực
nền. Vì cực nền bỏ trống, nối nền-phát được phân cực thuận chút ít nên dòng
điện cực thu là Ico(1+β). Đây là dòng tối của quang transistor.
- Hình 6.4. Ký hiệu, cấu tạo và đặc tính làm việc của transistor quang
Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu nền thì sự xuất hiện của các cặp
điện tử và lỗ trống như trong quang diode làm phát sinh một dòng điện I λ do ánh
sáng nên dòng điện thu trở thành: IC=(β+1)(Ico+Iλ)
Như vậy, trong quang transistor, cả dòng tối lẫn dòng chiếu sáng đều được nhân
lên (β+1) lần so với quang diode nên dễ dàng sử dụng hơn. Hình 6.4 trình bày
đặc tính V-I của quang transistor với quang thông là một thông số. Ta thấy đặc
tuyến này giống như đặc tuyến của transistor thường mắc theo kiểu cực phát
chung.
2. Các bộ ghép quang
- 2.1. Điốt – Tranzitor quang
Bộ ghép quang transistor (Opto – transistor)
Hình 6.5. Sơ đồ chân của đi ốt – tranzitor quang
Thứ cấp của bộ ghép quang này là phototransistor loại Silic. Đối với bộ
ghép quang transistor có bốn chân thì transistor không có cực B. Trường hợp bộ
ghép quang có sáu chân thì cực B được nối ra ngoài như hình 6.5.
Bộ ghép quang không có cực B có lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên
loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém
Các bộ ghép quang thường được chế tạo dưới dạng IC cho phép cách ly phần
điện công suất mà thường là cao thế khỏi mạch điều khiển tinh vi ở phía LED.
Đây là một ưu điểm rất lớn của nối quang.
2.2. Triac quang
2.2.1. Cấu tạo
Hình 6.6. Cấu tạo triac quang
- Triac quang có 4 chân, là một linh kiện bán dẫn có 3 cực 5 lớp bán dẫn, làm việc
như hai thysistor mắc song song ngược chiều nhau, có thể dẫn điện theo hai
chiều. Cụ thể cấu tạo chúng như sau:
- Triac quang là sự kết hợp giữa photo quang và triac trong một linh kiện duy
nhất
- Chân 1 và 2 được nối đến các cực T1 và T2 của triac công suất trong triac
quang
- Chân 3 và 4 được nối đến đi ốt phát quang thông qua một điện trở khoảng
2K
- Bên thu quang là một triac thu quang, triac này có 2 cực T1 và T2, trong đó T2
của triac thu quang nối với cực G của triac công suất.
- Điện áp điều khiển đi vào đi ốt phát quang là 9V đến 12V, bên phía triac công
suất khi đó sẽ cho dòng điện xoay chiều đi qua như một công tắc điện từ (rơ le).
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 6.7. Triac không được dẫn khi công tắc mở
- Hình 6.8. Triac dẫn điện công tắc đóng
- Triac quang có thể được sử dụng để thay thế cho một rơ le hoặc một mạch điện
kết hợp giữa photo quang và triac.
- Từ nguồn điện 220VAC, người ta đem đấu nối tiếp chân 1 và chân 2 của triac
quang với tải tiêu thụ, tải là bóng đèn hoặc mô tơ quạt nóng, quạt lạnh, …
- Khi có điện áp điều khiển, dòng điện đi từ chân 3 qua điện trở 2K , rồi đi qua
đi ốt phát quang làm cho đi ốt phát sáng và chiếu sáng triac thu quang, triac thu
quang dẫn sẽ điều khiển cho triac công suất dẫn.
- Khi triac công suất dẫn sẽ cho dòng điện xoay chiều đi qua như một công tắc
điện từ.
3. Vi mạch
3.1. Khái niệm
Mạch tích hợp (Integrated circuit), viết tắt là IC, còn được gọi là vi mạch hoặc
chip là những linh kiện điện tử có lõi làm b ng vật liệu bán dẫn. Vật liệu bán
dẫn có rất nhiều loại nhưng phổ biến là Silicon (Si) và Germanium (Ge). Hiểu
đơn giản, vi mạch là mạch điện tử rất nhỏ được đóng gói thành một linh kiện
hoàn chỉnh.
- Hình 6.9. Vi mạch là mạch điện tử rất nhỏ được đóng gói thành một linh kiện
hoàn chỉnh
3.2. Cấu tạo
Cấu tạo cơ bản của một vi mạch (chip) gồm có vỏ chip (cover), lõi (core)
và chân (pin).
Hình 6.10. Cấu tạo cơ bản của vi mạch
Lõi (CORE hoặc DIE) vi mạch là mạch điện gồm các thành phần thụ
động hoặc tích cực hoặc cả hai. Các thành phần thụ động gồm có điện trở, tụ
điện, cuộn cảm. Các thành phần tích cực gồm có diodes, transistor, NMOS,
PMOS,... Cụm từ "thiết kế vi mạch" được ngầm hiểu là thiết kế phần lõi vi mạch
thông qua các công cụ phần mềm chuyên dụng. Việc chế tạo phần lõi và sản
xuất ra chip thuộc về nhà máy chế tạo chip.
Chân chip (PIN hoặc LEAD) là vật liệu dẫn điện được kết nối đến lõi thông qua
các dây dẫn điện, gọi là BOND WIRE. Các dây này thường làm b ng vàng.
Vỏ là thành phần bao bọc và cố định lõi, dây dẫn và các chân, được làm b ng
vật liệu cách điện như nhựa, gốm, thủy tinh,...
3.3. Công dụng của IC
- IC giúp mạch tích hợp giảm đi các kích thước của mạch điện. Đồng thời
nhờ vào IC mà độ chính xác của thiết bị tăng lên. Đặc biệt công dụng của IC còn
tăng lên rất nhiều trong các mạch logic.
Có hai loại IC chính gồm lập trình được và cố định chức năng, không lập
trình được. Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ, điện thế giới hạn, công suất
làm việc, được ghi trong bảng thông tin.
Hiện nay, công nghệ silicon đang tiến tới những giới hạn của vi mạch tích
hợp và các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay
thế công nghệ silicon này.
3.4. Phân loại IC
Ta có thể phân loại IC dựa vào một vài tiêu chí như: tín hiệu xử lí, công
nghệ, mức độ tích hợp, công dụng. Các IC được thiết kế đa dạng với những đặc
điểm khác biệt nhau có thể kể đến.
Theo tín hiệu xử lí:
IC digital: Xử lý các tín hiệu Digital
IC analog xử lý tín hiệu Analog
IC hỗn hợp: Xử lý 2 loại tín hiệu trên cùng nhau.
Theo công nghệ:
Monolithic: tất cả các phần tử đặt trên một miếng nền vật liệu bán
dẫn đơn tinh thể
Mạch màng mỏng hay mạch phim là những phần tử được tạo b ng lắng
đọng hơi trên nền thủy tinh. Nó thường là các mạng điện trở
Lai mạch màng dày kết hợp một số chip, vết mạch in đường dây dẫn, linh
kiện điện tử thụ động. Nền thường là gốm và thường được nhúng tráng.
Theo công dụng
CPU được xem là bộ vi xử lý của máy tính ngày nay.
Memory, bộ nhớ lưu trữ dữ liệu digital
Công nghệ RFID để giám sát sử dụng cho khóa cửa điện tử chống trộm
cao cấp hiện nay
nguon tai.lieu . vn
