Bài 4. Chất bán dẫn - Điốt bán dẫn - Transistor - Mosfet - Thyristor

I - Chất bán dẫn

    1 -  Chất bán dẫn là gì ?
   
Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay.

   Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si)

   Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor.

   Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị  như hình dưới.

Chất bán dẫn tinh khiết .

    2 -  Chất bán dẫn loại N 
   * Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ).

  3 -  Chất bán dẫn loại P 
   Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si  thì 1  nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử  => trở thành lỗ trống ( mang điện dương)  và được gọi là chất bán dẫn P.

 II - Diode (Đi ốt) Bán dẫn

     1 - 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.

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.

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

    2 -  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 )

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

Đường đặc tuyến 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 .

    3 - 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.

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

    4 - Phương pháp đo kiểm tra Diode

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 .

Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều .
 

 III - Các loại Diode

     3 -  Diode Zener
  * Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.

 

Hình dáng Diode Zener  ( Dz )

Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch.

  • Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng.

  • Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi.

  • Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA.

  • Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz  < 30mA.

Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi 
 Nếu  U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi.

  2 -  Diode Thu quang. ( Photo Diode )
     
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.

Ký hiệu của Photo Diode

Minh hoạ sự hoạt động của Photo Diode

    3 -  Diode 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 .

Diode phát quang  LED

     4 - Diode Varicap ( Diode biến dung ) 
     
Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode.

Ứng dụng của Diode biến dung Varicap ( VD )
 trong mạch cộng hưởng

  • Ở hình trên  khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch.

  • Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp.

     5 -  Diode xung 
     
Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần.
   Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường,  tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Ký hiệu của Diode xung

    6  - Diode tách sóng.
   Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu.

    7 - Diode nắn điện.
   Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A.

Diode nắn điện 5A

IV-  Giới thiệu về 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 .

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 .

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

  • Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức .

IC = β.IB 

  • Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

  • IB là dòng chạy qua mối BE                

  • β là hệ số khuyếch đại của Transistor  

   Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.

    * Xét 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.

V - Ký hiệu và hình dạng của Transistor

  1 -  Ký hiệu & hình dáng Transistor .

Ký hiệu của Transistor

Transistor công xuất nhỏ           Transistor công xuất lớn

      2 -  Ký  hiệu ( trên thân Transistor ) 
   
*   Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc.

  • Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A..., B..., C..., D...   Ví dụ A564, B733, C828, D1555trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là Transistor ngược NPN.   các Transistor  A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn.

  • Transistor do Mỹ sản xuất. thường ký hiệu là 2N...   ví dụ 2N3055, 2N4073  vv...

  • Transistor do Trung quốc sản xuất :   Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũ cái. Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : Chữ A và B là bóng thuận , chữ C và D là bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X và P là bòng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm.   Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv..

      3 -  Cách xác định chân E, B, C của Transistor.

  • Với các loại Transistor công xuất nhỏ thì thứ tự chân C và B tuỳ theo bóng của nước nào sả xuất , nhựng chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới

  • Nếu là Transistor do Nhật sản xuất : thí dụ Transistor  C828,  A564 thì  chân C ở giữa , chân B ở bên phải.

  • Nếu là Transistor Trung quốc sản xuất thì chân B ở giữa , chân C ở bên phải.

  • Tuy nhiên một số Transistor được sản xuất nhái thì không theo thứ tự này => để biết chính xác ta dùng phương pháp đo bằng đồng hồ vạn năng.

Transistor  công xuất nhỏ.

  • Với loại Transistor công xuất lớn (như hình dưới ) thì hầu hết đều có chung thứ tự chân là : Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E.

Transistor công xuất lớn thường 
có thứ tự chân như trên.

    * Đo xác định chân B và C

  • Với Transistor công xuất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra chân C là chân còn lại.

  • Để đồng hồ thang x1Ω , đặt cố định một que đo vào từng chân , que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên = nhau  thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là Transistor ngược, là que đỏ thì là Transistor thuận..

 

VI - Phương pháp kiểm tra Transistor

     
Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ, độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân Transistor, để kiểm tra Transistor bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng.

Cấu tạo của Transistor

  • Kiểm tra Transistor ngược NPN  tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Anôt, điểm chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đen vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên.

  • Kiểm tra Transistor thuận  PNP tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Katôt, điểm chung là cực B của Transistor, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đỏ vào B ) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên.

  • Trái với các điều trên là Transistor bị hỏng.

  • Transistor có thể bị hỏng ở các trường hợp 
         *   Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C => kim không lên là transistor đứt BE hoặc đứt BC
         *  Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả hai chiều là chập hay dò BE hoặc BC.
         * Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE.

   * Các hình ảnh minh hoạ khi đo kiểm tra Transistor.

Phép đo cho biết Transistor còn tốt .

  • Minh hoạ phép  đo trên : Trước hết nhìn vào ký hiệu ta biết được  Transistor trên  là bóng ngược, và các chân của Transistor lần lượt là ECB ( dựa vào tên Transistor ). < xem lại phần xác định chân Transistor >

  • Bước 1 : Chuẩn bị đo để đồng hồ ở thang x1Ω

  • Bước 2  và bước 3 : Đo thuận chiều BE và BC => kim lên .

  • Bước 4 và bước 5 : Đo ngược chiều BE và BC => kim không lên.

  • Bước 6 : Đo giữa C và E kim không lên  

  •  => Bóng tốt.

Phép đo cho biết Transistor bị chập BE

  • Bước 1 : Chuẩn bị .

  • Bước 2 : Đo thuận giữa B và E kim lên = 0 Ω

  • Bước 3: Đo ngược giữa B và E kim lên = 0 Ω 

  • => Bóng chập BE

---------------------------

Phép đo cho thấy bóng bị chập CE

  • Bước 1 : Chuẩn bị .

  • Bước 2 và 4 : Đo cả hai chiều giữa C và E kim lên = 0 Ω 

  • => Bóng chập CE

  • Trường hợp đo giữa C và E kim lên một chút là bị dò CE. 
     

 VII - Các thông số kỹ thuật của Transistor

      1 - Các thông số kỹ thuật của Transistor

  • Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng.
  • Điện áp cực đại : Là điện áp  giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng.
  • Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm .
  • Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE 
  • Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE . ICE  nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng .

     2 -  Một số Transistor đặc biệt .

     * Transistor số ( Digital Transistor ) : Transistor số có cấu tạo như Transistor thường nhưng chân B được đấu thêm một điện trở vài chục KΩ

 Transistor số thường được sử dụng trong các mạch công tắc , mạch logic, mạch điều khiển , khi hoạt động người ta có thể đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều khiển đèn ngắt mở.

Minh hoạ ứng dụng của Transistor Digital

     * Ký hiệu :  Transistor Digital  thường có các ký hiệu là DTA...( dền thuận ),  DTC...( đèn ngược ) ,  KRC...( đèn ngược )  KRA...( đèn thuận),  RN12...( đèn ngược ), RN22...(đèn thuận ), UN...., KSR... . Thí dụ : DTA132 , DTC 124 vv...

     * Transistor công xuất dòng ( công xuất ngang )

      Transistor công xuất lớn thường được gọi là sò. Sò dòng, Sò nguồn vv..các sò này được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung hoạt động ,  Chúng thường  có điện áp  hoạt động cao và cho dòng chịu đựng lớn. Các sò công xuất dòng( Ti vi mầu)  thường có đấu thêm các diode đệm ở trong song song với cực CE.

VIII - Phân cực cho Transistor

     1 - Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp )

    Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳ theo mục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điện trở, cuộn dây v v... nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho cực CE.

Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuận

  • Ta thấy rằng : Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếu Transistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-)

     2 - Định thiên ( phân cực ) cho Transistor .

    *  Định thiên : là cấp một nguồn điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặt Transistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động,  sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ.

 * Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động ? :  Để hiếu được điều này ta hãy xét  hai sơ đồ trên :

  • Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân B không được định thiên và một mạch chân B được định thiên thông qua Rđt.

  • Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất  nhỏ ( từ 0,05V đến 0,5V ) khi đưa vào chân B( đèn chưa có định thiên) các tín hiệu này không đủ để tạo ra dòng IBE ( đặc điểm mối P-N phaỉ có 0,6V mới có dòng chạy qua ) => vì vậy cũng không có dòng ICE  =>  sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C = Vcc

  • Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt định thiên => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏ vào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE  cũng tăng hoặc giảm , sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn.

      => Kết luận : Định thiên ( hay phân cực)  nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu, một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B , dòng IBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICEcũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra .

      3 -  Một số mach định thiên khác .

   * Mạch định thiên dùng hai nguồn điện khác nhau .

Mạch định thiên dùng hai nguồn điện khác nhau

   * Mạch định thiên có điện trở phân áp 
   Để có thể khuếch đại được nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, thì mạch định thiên thường sử dụng thêm điện trở phân áp Rpa đấu từ B xuống Mass.

Mạch định thiên có điện trở phân áp  Rpa

    * Mạch định thiên có hồi tiếp .
  
 Là mạch có điện trở định thiên đấu từ đầu ra (cực C ) đến đầu vào ( cực B) mạch này có tác dụng tăng độ ổn định cho mạch khuyếch đại khi hoạt động.

 IX -  Mosfet

 1. Giới thiệu về Mosfet

     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 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 hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính .

Transistor hiệu ứng trường Mosfet

   2. Cấu tạo và ký hiệu của Mosfet.

 Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương
giữa Mosfet và Transistor

   * Cấu tạo của Mosfet.

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

  • Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2  hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G.

  • 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.

   3. Nguyên tắc hoạt động của Mosfet

    Mạch điện thí nghiệm.

Mạch thí nghiệm sự hoạt động của Mosfet

  • Thí nghiệm : Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.

  • Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.

  • Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.

  • Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 =>  UGS= 0V  => đèn tắt

  • => Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : 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 . 
     

    4. Đo kiểm tra Mosfet

  • Một Mosfet còn tốt  : Là khi đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở bằng vô cùng ( kim không lên cả hai chiều đo)  và khi G đã được thoát điện thì trở kháng giữa D và S phải là vô cùng.

    Các bước kiểm tra như sau :

Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy còn tốt.

  • Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW 

  • Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D )

  • Bước 3 :  Sau khi nạp cho G một điện tích  ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ vào S  ) => kim sẽ lên.

  • Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G.

  • Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên.

  • => Kết quả như vậy là Mosfet tốt.

Đo kiểm tra Mosfet ngược thấy bị chập

  • Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1KW 

  • Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W    là chập

  • Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W  là chập  D S    

   5. Ứng dung của Mosfet trong thực tế

      Mosfet trong nguồn xung của Monitor

Mosfet được sử dụng làm đèn công xuất nguồn Monitor

     Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, người ta thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung vuông được đưa đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp > 0V => đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V Mosfet ngắt => như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp => sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp => cho ta điện áp ra.

   * Đo kiểm tra Mosfet trong mạch .
     
 Khi kiểm tra Mosfet trong mạch , ta chỉ cần để thang x1W   và đo giữa D và S => Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường, Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W  là Mosfet bị chập DS.
 

   6. Bảng tra cứu Mosfet thông dụng

 Hướng dẫn :

  •  Loại kênh dẫn :  P-Channel : là Mosfet thuận ,   N-Channel là Mosfet ngược.
  • Đặc điểm ký thuật :  Thí dụ:   3A, 25W : là dòng D-S cực đại và công xuất cực đại.
STT Ký hiệu Loại kênh dẫn Đặc điểm kỹ thuật
1 2SJ306 P-Channel 3A , 25W
2 2SJ307 P-Channel 6A, 30W
3 2SJ308 P-Channel 9A, 40W
4 2SK1038 N-Channel 5A, 50W
5 2SK1117 N-Channel 6A, 100W
6 2SK1118 N-Channel 6A, 45W
7 2SK1507 N-Channel 9A, 50W
8 2SK1531 N-Channel 15A, 150W
9 2SK1794 N-Channel 6A,100W
10 2SK2038 N-Channel 5A,125W
11 2SK2039 N-Channel 5A,150W
12 2SK2134 N-Channel 13A,70W
13 2SK2136 N-Channel 20A,75W
14 2SK2141 N-Channel 6A,35W
15 2SK2161 N-Channel 9A,25W
16 2SK2333 N-FET 6A,50W
17 2SK400 N-Channel 8A,100W
18 2SK525 N-Channel 10A,40W
19 2SK526 N-Channel 10A,40W
20 2SK527 N-Channel 10A,40W
21 2SK555 N-Channel 7A,60W
22 2SK556 N-Channel 12A,100W
23 2SK557 N-Channel 12A,100W
24 2SK727 N-Channel 5A,125W
25 2SK791 N-Channel 3A,100W
26 2SK792 N-Channel 3A,100W
27 2SK793 N-Channel 5A,150W
28 2SK794 N-Channel 5A,150W
29 BUZ90 N-Channel 5A,70W
30 BUZ90A N-Channel 4A,70W
31 BUZ91 N-Channel 8A,150W
32 BUZ 91A N-Channel 8A,150W
33 BUZ 92 N-Channel 3A,80W
34 BUZ 93 N-Channel 3A,80W
35 BUZ 94 N-Channel 8A,125W
36 IRF 510 N-Channel 5A,43W
37 IRF 520 N-Channel 9A,60W
38 IRF 530 N-Channel 14A,88W
39 IRF 540 N-Channel 28A,150W
40 IRF 610 N-Channel 3A,26W
41 IRF 620 N-Channel 5A,50W
42 IRF 630 N-Channel 9A,74W
43 IRF 634 N-Channel 8A,74W
44 IRF 640 N-Channel 18A,125W
45 IRF 710 N-Channel 2A,36W
46 IRF 720 N-Channel 3A,50W
47 IRF 730 N-Channel 5A,74W
48 IRF 740 N-Channel 10A,125W
49 IRF 820 N-Channel 2A,50W
50 IRF 830 N-Channel 4A,74W
51 IRF 840 N-Channel 8A,125W
52 IRF 841 N-Channel 8A,125W
53 IRF 842 N-Channel 7A,125W
54 IRF 843 N-Channel 7A,125W
55 IRF 9610 P-Channel 2A,20W
56 IRF 9620 P-Channel 3A,40W
57 IRF 9630 P-Channel 6A,74W
58 IRF 9640 P-Channel 11A,125W
59 IRFI 510G N-Channel 4A,27W
60 IRFI 520G N-Channel 7A,37W
61 IRFI 530G N-Channel 10A,42W
62 IRFI 540G N-Channel 17A,48W
63 IRFI 620G N-Channel 4A,30W
64 IRFI 630G N-Channel 6A,35W
65 IRFI 634G N-Channel 6A,35W
66 IRFI 640G N-Channel 10A,40W
67 IRFI 720G N-Channel 3A,30W
68 IRFI 730G N-Channel 4A,35W
69 IRFI 740G N-Channel 5A,40W
70 IRFI 820G N-Channel 2A,30W
71 IRFI 830G N-Channel 3A,35W
72 IRFI 840G N-Channel 4A,40W
73 IRFI 9620G P-Channel 2A,30W
74 IRFI 9630G P-Channel 4A,30W
75 IRFI 9640G P-Channel 6A,40W
76 IRFS 520 N-Channel 7A,30W
77 IRFS 530 N-Channel 9A,35W
78 IRFS 540 N-Channel 15A,40W
79 IRFS 620 N-Channel 4A,30W
80 IRFS 630 N-Channel 6A,35W
81 IRFS 634 N-Channel 5A,35W
82 IRFS 640 N-Channel 10A,40W
83 IRFS 720 N-Channel 2A,30W
84 IRFS 730 N-Channel 3A,35W
85 IRFS 740 N-Channel 3A,40W
86 IRFS 820 N-Channel 2A-30W
87 IRFS 830 N-Channel 3A-35W
88 IRFS 840 N-Channel 4A-40W
89 IRFS 9620 P-Channel 3A-30W
90 IRFS 9630 P-Channel 4A-35W
91 IRFS 9640 P-Channel 6A-40W
92 J177(2SJ177) P-Channel 0.5A-30W
93 J109(2SJ109) P-Channel 20mA,0.2W
94 J113(2SK113) P-Channel 10A-100W
95 J114(2SJ114) P-Channel 8A-100W
96 J118(2SJ118) P-Channel 8A
97 J162(2SJ162) P-Channel 7A-100W
98 J339(2SJ339) P-Channel 25A-40W
99 K30A/2SK304/ 2SK30R N-Channel 10mA,1W
100 K214/2SK214 N-Channel 0.5A,1W
101 K389/2SK389 N-Channel 20mA,1W
102 K399/2SK399 N-Channel 10-100
103 K413/2SK413 N-Channel 8A
104 K1058/2SK1058 N-Channel  
105 K2221/2SK2221 N-Channel 8A-100W
106 MTP6N10 N-Channel 6A-50W
107 MTP6N55 N-Channel 6A-125W
108 MTP6N60 N-Channel 6A-125W
109 MTP7N20 N-Channel 7A-75W
110 MTP8N10 N-Channel 8A-75W
111 MTP8N12 N-Channel 8A-75W
112 MTP8N13 N-Channel 8A-75W
113 MTP8N14 N-Channel 8A-75W
114 MTP8N15 N-Channel 8A-75W
115 MTP8N18 N-Channel 8A-75W
116 MTP8N19 N-Channel 8A-75W
117 MTP8N20 N-Channel 8A-75W
118 MTP8N45 N-Channel 8A-125W
119 MTP8N46 N-Channel 8A-125W
120 MTP8N47 N-Channel 8A-125W
121 MTP8N48 N-Channel 8A-125W
122 MTP8N49 N-Channel 8A-125W
123 MTP8N50 N-Channel 8A-125W
124 MTP8N80 N-Channel 8A-75W

 

 X - Thyristor (Đi ốt có điều khiển)

1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Thyristor

Cấu tạo Thyristor     Ký hiệu của Thyristor     Sơ đồ tương tương

    Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp, một Transistor thuận và một Transistor ngược ( như sơ đồ tương đương ở trên ) .  Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là A-K-G,  Thyristor là Diode có điều khiển , bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn..

 Thí nghiệm sau đây minh hoạ sự hoạt động của Thyristor

Thí nghiêm minh hoạ sự hoạt động của Thyristor.

  • Ban đầu công tắc K2 đóng, Thyristor mặc dù được phân cực thuận nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua, đèn không sáng.

  • Khi công tắc K1 đóng,  điện áp U1 cấp vào chân G làm đèn Q2 dẫn => kéo theo đèn Q1 dẫn => dòng điện từ nguồn U2 đi qua Thyristor làm đèn sáng.

  • Tiếp theo ta thấy công tắc K1 ngắt nhưng đèn vẫn sáng, vì khi Q1 dẫn, điện áp chân B đèn Q2 tăng làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm áp chân B đèn Q1 giảm làm đèn Q1 dẫn , như vậy hai đèn định thiên cho nhau và duy trì trang thái dẫn điện.

  • Đèn sáng duy trì cho đến khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp điện và ngưng trang thái hoạt động.

  • Khi Thyristor đã ngưng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn không sáng như trường hợp ban đầu.

Hình dáng Thyristor

   Đo kiểm tra Thyristor

Đo kiểm tra Thyristor

    Đặt động hồ thang x1W , đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên , dùng Tovit chập chân A vào chân G => thấy  đồng hồ lên kim , sau đó bỏ Tovit ra => đồng hồ vẫn lên kim => như vậy là Thyristor tốt .

   Ứng dụng của Thyristor

  Thyristor thường  được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung Ti vi mầu .

    Thí dụ mạch chỉnh lưu nhân 2 trong nguồn Ti vi mầu JVC 1490 có sơ đồ như sau :

Ứng dụng của Thyristor trong mạch chỉnh lưu 
nhân 2 tự động của nguồn xung Tivi mầu JVC