Cau kien dien tu

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
(Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)
Lưu hành nội bộ
HÀ NỘI - 2007

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn : THS. TRẦN THỊ CẦM

CÊu kiÖn ®iÖn tö
LỜI NÓI ĐẦU
Tập giáo trình "Cấu kiện điện tử " được biên soạn để làm tài liệu giảng dạy và học tập cho
các sinh viên chuyên ngành kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, đồng thời giáo trình cũng có thể được sử
dụng cho các sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin, và làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư
chuyên ngành Điện tử - Viễn thông.
Giáo trình được viết theo chương trình đề cương môn học "Cấu kiện điện tử và quang điện
tử" của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Nội dung của giáo trình được trình bày một cách rõ ràng, có hệ thống các kiến thức cơ bản
và hiện đại về vật liệu và các cấu kiện điện tử - quang điện tử đang sử dụng trong ngành kỹ thuật
điện tử và kỹ thuật viễn thông.
Giáo trình "Cấu kiện điện tử" gồm 8 chương.
+ Chương 1 Giới thiệu chung về cấu kiện điện tử và vật liệu điện tử. Trong chương này đã
đưa rađịnh nghĩa và các cách phân loại của cấu kiện điện tử, các đặc tính và các tham số kỹ thuật
của các loại vật liệu sử dụng trong kỹ thuật điện tử - viễn thông như chất cách điện, chất dẫn điện,
chất bán dẫn và vật liệu từ.
+ Chương 2 trình bày về các cấu kiện điện tử thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn dây và
biến áp, cùng các đặc tính và tham số cơ bản của các cấu kiện này, cách nhận biết và cách đọc các
tham số của các linh kiện thực tế.
+ Chương 3 trình bày về điốt bán dẫn. Trong chương này, giáo trình đã nêu lên tính chất
vật lý đặc biệt của lớp tiếp xúc P - N, đồng thời trình bày chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động
cũng như các đặc tuyến, tham số kỹ thuật của điốt bán dẫn. Ngoài ra, trong chương 3 còn trình bày
về các chế độ làm việc của đi ốt bán dẫn và giới thiệu một số loại đi ốt thông dụng và đặc biệt.
+ Chương 4 trình bày về cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của tranzito lưỡng cực (BJT).
Đồng thời, trong chương này cũng trình bày cụ thể về ba cách mắc cơ bản của tranzito trong các
sơ đồ mạch khuếch đại, các đặc tính và đặc điểm của từng cách mắc. Đồng thời ở chương 4 cũng
trình bày về các cách phân cực và các mạch tương đương của tranzito.
+ Chương 5 giới thiệu chung về tranzito hiệu ứng trường (FET) và phân loại tranzito
trường. Trong chương trình bày cụ thể về cấu tạo và nguyện lý hoạt động cũng như các cách phân
cực cho tranzito trường loại JFET và MOSFET.
+ Chương 6 giới thiệu về cấu kiện thuộc họ thyristo như chỉnh lưu silic có điều khiển, triac,
diac; nờu cấu tạo và nguyờn lý hoạt động cũng như ứng dụng của chúng. Đồng thời, chương 6
cũng trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tranzito đơn nối (UJT).
+ Chương 7 đề cập đến sự phát triển tiếp theo của kỹ thuật điện tử là vi mạch tích hợp.
Trong chương này trình bày về khái niệm, phân loại cũng như sơ lược về công nghệ chế tạo vi
mạch bán dẫn, là loại vi mạch được sản xuất và sử dụng rộng rãi hiện nay. Ngoài ra, trong chương
4 còn trình bày đặc tính và tham số của trình bày về đặc điểm cũng như tham số của hai loại vi
mạch: vi mạch tuyến tính và vi mạch số. Trong đó giới thiệu chi tiết về vi mạch khuếch đại thuật
toán (OA), đây là loại vi mạch vạn năng được sử dụng rộng rãi ở nhiều chức năng khác nhau.
+ Chương 8 trình bày về các cấu kiện quang điện tử. Chương này trình bày khá tỉ mỉ và hệ
thống về các loại cấu kiện quang điện tử bán dẫn và không bán dẫn đang được sử dụng trong kỹ
thuật điện tử và kỹ thuật viễn thông. Ở đây trình bày về các cấu kiện quang điện tử sử dụng trong
kỹ thuật điện tử và thông tin quang:
- Các linh kiện phát quang: LED chỉ thị, LED hồng ngoại, LASER, và mặt chỉ thị tinh thể
1
lỏng LCD.

CÊu kiÖn ®iÖn tö
- Các linh kiện thu quang: điện trở quang, điôt quang, tranzito quang, thyristo quang, tế bào
2
quang điện và pin mặt trời.
Trong tập giáo trình này tác giả đã sử dụng nhiều tài liệu tham khảo và biên soạn theo một
trật tự logic nhất định. Tuy nhiên, tập giáo trình không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế.
Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của các nhà chuyên môn, các bạn đồng nghiệp và những
ai quan tâm đến chuyên ngành này để bổ sung và hoàn chỉnh tập giáo trình "Cấu kiện điện tử"
được tốt hơn.
Các ý kiến đóng góp xin gửi đến bộ môn Kỹ thuật điện tử - Khoa Kỹ thuật điện tử I, Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông, km 10 đường Nguyễn Trãi Hà Nội - Hà Đông.
Xin chân thành cảm ơn!

CÊu kiÖn ®iÖn Giới thiệu chung và vật liệu điện tử
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
3
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương 1 giới thiệu khái niệm chung về cấu kiện điện tử, giúp cho sinh viên chuyên
ngành Điện tử Viễn thông có khái niệm ban đầu bao quát về những linh kiện điện tử được sử
dụng trong các mạch điện tử. Đồng thời trong chương 1 cũng giới thiệu về các đặc tính vật lý
điện của các vật liệu cơ bản dùng trong kỹ thuật điện tử.
Học xong chương 1, sinh viên phải nắm được khái niệm chung về cấu kiện điện tử, khái niệm
sơ bộ về mạch điện điện tử. Sinh viên cũng phải hiểu được các đặc tính kỹ thuật của các loại
vật liệu dùng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, một số loại vật liệu thông dụng thường dùng và
ứng dụng chúng.
NỘI DUNG
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cấu kiện điện tử là môn học về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và một số ứng dụng của các
linh kiện được sử dụng trong các mạch điện tử để thực hiện một chức năng kỹ thuật nào đó của
một bộ phận trong một thiết bị điện tử chuyên dụng cũng như thiết bị điện tử dân dụng.
Cấu kiện điện tử có rất nhiều loại thực hiện các chức năng khác nhau trong mạch điện tử.
Muốn tạo ra một thiết bị điện tử chúng ta phải sử dụng rất nhiều các linh kiện điện tử, từ những
linh kiện đơn giản như điện trở, tụ điện, cuộn dây...đến các linh kiện không thể thiếu được như
điốt, tranzito...và các linh kiện điện tử tổ hợp phức tạp. Chúng được đấu nối với nhau theo các
sơ đồ mạch đã được thiết kế, tính toán khoa học để thực hiện chức năng của thiết bị thông
thường như máy radiocassettes, tivi, máy tính, các thiết bị điện tử y tế... đến các thiết bị thông
tin liên lạc như tổng đài điện thoại, các trạm thu - phát thông tin hay các thiết bị vệ tinh vũ trụ
v.v...Nói chung cấu kiện điện tử là loại linh kiện tạo ra các thiết bị điện tử do vậy chúng rất
quan trọng trong đời sống khoa học kỹ thuật và muốn sử dụng chúng một cách hiệu quả thì
chúng ta phải hiểu biết và nắm chắc các đặc điểm của chúng.
1.2. PHÂN LOẠI CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ.
Có nhiều cách phân loại cấu kiện điện tử dựa theo những tiêu chí khác nhau. Ở đây chúng
ta kể đến một số cách phân loại thông thường:
1.2.1. Phân loại dựa trên đặc tính vật lý:
Dựa vào các đặc tính vật lý cấu kiện điện tử có thể chia làm 2 loại:
- Các cấu kiện điện tử thông thường: Đây là các linh kiện điện tử có đặc tính vật lý điện -
điện tử thông thường. Chúng hoạt động dưới tác dụng của các sóng điện từ có tần số từ cực
thấp (f = 1Khz÷10Khz) đến tần số siêu cao tần(f = 10Ghz ÷ 100Ghz) hoặc sóng milimet.
- Cấu kiện quang điện tử: Đây là các linh kiện điện tử có đặc tính vật lý điện – quang
Chúng hoạt động dưới tác dụng của các sóng điện từ có tần số rất cao (f = 108 đến 109 Ghz)
thường được gọi là ánh sáng.
1.2.2. Phân loại dựa theo lịch sử phát triển của công nghệ điện tử:
Người ta chia cấu kiện điện tử ra làm 5 loại:
- Cấu kiện điện tử chân không: là các cấu kiện điện tử mà sự dẫn điện xảy ra trong môi
trường chân không.

- Cấu kiện điện tử có khí: là các cấu kiện điện tử mà sự dẫn điện xảy ra trong môi trường khí
4
trơ.
- Cấu kiện điện tử bán dẫn: là các cấu kiện điện tử mà sự dẫn điện xảy ra trong môi trường
chất bán dẫn.
- Cấu kiện vi mạch: là các chíp bán dẫn được tích hợp từ các cấu kiện bán dẫn theo sơ đồ
mạch đã thiết kế trước và có một hoặc một số chức năng nhất định.
- Cấu kiện nanô: đây là các cấu kiện có kích thước nanomet được chế tạo theo công nghệ
nanô nên nó có các tính chất cũng như khả năng tiện ích vô cùng đặc biệt, khác hẳn với các
cấu kiện có kích thước lớn hơn thông thường (từ μm trở lên).
1.2.3. Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu:
Dựa theo chức năng xử lý tín hiệu người ta chia cấu kiện điện tử thành 2 loại là cấu kiện
điện tử tương tự (điện tử analoge) và cấu kiện điện tử số (điện tử digital).
- Cấu kiện điện tử tương tự là các linh kiện có chức năng xử lý các tín hiệu điện xảy ra liên
tục theo thời gian.
- Cấu kiện điện tử số là các linh kiện có chức năng xử lý các tín hiệu điện xảy ra rời rạc,
không liên tục theo thời gian.
1.2.4. Phân loại dựa vào ứng dụng của cấu kiện điện tử:
Dựa vào ứng dụng của cấu kiện điện tử người ta chia cấu kiện điện tử ra làm 2 loại là các
cấu kiện điện tử thụ động và các cấu kiện điện tử tích cực:
- Cấu kiện điện tử thụ động là các linh kiện điện tử chỉ có khả năng xử lý và tiêu thụ tín hiệu
điện
- Cấu kiện điện tử tích cực là các linh kiện điện tử có khả năng biến đổi tín hiệu điện, tạo ra
và khuếch đại tín hiệu điện.
1.3. KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ
1.3.1. Mạch điện:
Mạch điện là một tập hợp gồm có nguồn điện (nguồn áp hoặc nguồn dòng) và các cấu
kiện điện tử cùng dây dẫn điện được đấu nối với nhau theo một sơ đồ mạch đã thiết kế nhằm
thực hiện một chức năng nào đó của một thiết bị điện tử hoặc một hệ thống điện tử. Ví dụ như
mạch tạo dao động hình sin, mạch khuếch đại micro, mạch giải mã nhị phân, mạch đếm xung,
hoặc đơn giản chỉ là một mạch phân áp,...
1.3.2. Hệ thống điện tử
Hệ thống điện tử là một tập hợp các mạch điện tử đơn giản có các chức năng kỹ thuật
riêng thành một thiết bị điện tử có chức năng kỹ thuật nhất định hoặc một hệ thống điện tử
phức tạp có chức năng kỹ thuật riêng như máy thu hình, máy hiện sóng, hệ thống phát thanh
truyền hình, trạm truyền dẫn vi ba, hệ thống thông tin quang...Mạch điện tử hay một hệ thống
điện tử bao giờ cũng có nguồn điện cung cấp một chiều (DC) để phân cực cho các cấu kiện
điện tử hoạt động đúng chế độ và nguồn tín hiệu cần xử lý trong mạch.
1.4. VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ.
Các vật liệu sử dụng trong kỹ thuật điện tử rất đa dạng và rất nhiều. Chúng được gọi
chung là vật liệu điện tử để phân biệt với các loại vật liệu sử dụng trong các lĩnh vực khác. Tuỳ
theo mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật mà lựa chọn vật liệu sao cho thích hợp đảm bảo về
các chỉ tiêu kỹ thuật, dễ gia công và giá thành rẻ
- Dựa vào lý thuyết vùng năng lượng người ta chia vật chất ra làm ba loại là chất cách
điện, chất bán dẫn và chất dẫn điện. Theo lý thuyết này thì các trạng thái năng lượng của

nguyên tử vật chất được phân chia thành ba vùng năng lượng khác nhau là: vùng hóa trị, vùng
dẫn và vùng cấm. Mức năng lượng cao nhất của vùng hóa trị ký hiệu là EV; mức năng lượng
thấp nhất của vùng dẫn ký hiệu là EC và độ rộng vùng cấm ký hiệu là EG.
+ Chất cách điện:
Cấu trúc vùng năng lượng của chất cách điện được mô tả trong hình 1-1a. Độ rộng vùng
EG < 2 eV
E
Dải
dẫn
Điện tử
Lỗ trống
ε = Cd (1. 1)
5
cấm EG có giá trị đến vài eV (EG ≥ 2eV).
+ Chất bán dẫn:
Chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm rất nhỏ (EG < 2eV), xem hình 1-1b.
EG > 2 eV
E
EC
EV
+ Kim loại:
Cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể không có vùng cấm, do đó vùng hóa trị hòa vào
vùng dẫn (hình 1-1c) nên điện tử hóa trị chính là các điện tử tự do.
- Dựa vào ứng dụng, các vật liệu điện tử thường được phân chia thành 4 loại là chất cách
điện (hay chất điện môi), chất dẫn điện, chất bán dẫn và vật liệu từ.
1.4.1. Chất cách điện (hay chất điện môi).
a. Định nghĩa.
Chất cách điện, hay còn gọi là chất điện môi. Chất cách điện có điện trở suất cao vào
khoảng 107 ÷ 1017Ωm ở nhiệt độ phòng.
Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ. Chúng có thể ở thể khí,
thể lỏng và thể rắn.
b. Các tính chất của chất điện môi.
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hay còn gọi là hằng số điện môi):
Hằng số điện môi ký hiệu là ε, nó biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi và được
xác định bằng biểu thức:
0 C
Trong đó: Cd là điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi; C0 là điện dung của tụ điện
sử dụng chất điện môi là chân không hoặc không khí.
EC
EV
EG = 0
E
EC
EV
Dải
hoá trị
Dải
dẫn
Dải
hoá
trị
a/ b/ c/
Hình 1- 1: Cấu trúc dải năng lượng của vật chất
a- Chất cách điện; b- Chất bán dẫn; c- Kim loại

6
- Độ tổn hao điện môi (Pa):
Độ tổn hao điện môi là công suất điện chi phí để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong
điện trường và được tính theo công thức tổng quát sau:
2
Pa = U ωCtgδ (1. 2)
Trong đó:
Pa là độ tổn hao điện môi đo bằng oát (w)
U là điện áp đặt lên tụ điện đo bằng vôn (V)
C là điện dung của tụ điện dùng chất điện môi đo bằng Farad (F)
ω là tần số góc đo bằng rad/s
tgδ là góc tổn hao điện môi
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t.):
Nếu ta đặt một chất điện môi vào trong một điện trường mà nó bị mất khả năng cách điện
- ta gọi đó là hiện tượng đánh thủng chất điện môi. Trị số điện áp khi xẩy ra hiện tượng đánh
thủng chất điện môi gọi là điện áp đánh thủng Uđ.t. thường đo bằng KV, và cường độ điện
trường tương ứng với điểm đánh thủng gọi là độ bền về điện.
Độ bền về điện ký hiệu là Eđ.t. và được tính theo công thức:
E = U®.t [KV/mm;KV/ cm]
®.t d
(1. 3)
Trong đó: Uđ.t. - là điện áp đánh thủng chất điện môi
d - là bề dày của chất điện môi bị đánh thủng
- Nhiệt độ chịu đựng:
Là nhiệt độ cao nhất mà ở đó chất điện môi giữ được các tính chất lý hóa của nó.
- Dòng điện trong chất điện môi (I):
Dòng điện trong chất điện môi gồm có 2 thành phần là dòng điện chuyển dịch và dòng
điện rò.
• Dòng điện chuyển dịch IC.M (hay gọi là dòng điện phân cực):
Quá trình chuyển dịch phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi sẽ tạo nên
dòng điện phân cực IC.M. Khi ở điện áp xoay chiều dòng điện chuyển dịch tồn tại trong suốt
thời gian chất điện môi nằm trong điện trường. Khi ở điện áp một chiều dòng điện chuyển dịch
chỉ tồn tại ở các thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp.
• Dòng điện rò Irò:
Dòng điện rò là dòng điện được tạo ra do các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển
động dưới tác động của điện trường.
Dòng điện tổng qua chất điện môi sẽ là:
I = IC.M. + Irò
- Điện trở cách điện của chất điện môi:
Điện trở cách điện được xác định theo trị số của dòng điện rò:
CM
R U
I I c.® =
− Σ (1. 4)
Trong đó: I - Dòng điện nghiên cứu

ΣIC.M. - Tổng các thành phần dòng điện phân cực
7
c.Phân loại và ứng dụng của chất điện môi.
Chất điện môi được chia làm 2 loại là chất điện môi thụ động và chất điện môi tích cực.
- Chất điện môi thụ động còn gọi là vật liệu cách điện và vật liệu tụ điện. Bảng 1.1 giới
thiệu một số chất điện môi thông dụng và đặc tính của chúng.
- Chất điện môi tích cực là các vật liệu có thể điều khiển được như:
+ Về điện trường có gốm, thuỷ tinh,..
+ Về cơ học có chất áp điện như thạch anh áp điện
+ Về ánh sáng có chất huỳnh quang
+ Electric hay cái châm điện là vật chất có khả năng giữ được sự phân cực lớn và lâu dài.
Bảng 1.1. Giới thiệu đặc tính của một số chất điện môi thụ động thông dụng
Vật liệu Eđ.t.
KV/mm
ε tgδ ρ
(Ω.m)
Tỷ
trọng
KG/m3
Ứng dụng
Mi ca 50 ÷ 200 6 ÷ 8 0,0004 1015 2,8.103 Tụ điện,
cách điện
Sứ 15 ÷ 30 6,3÷7,5 3.1014 Giá đỡ, tụ
điện..
Gốm làm tụ 12÷900
1700÷4500
0,002÷0,025
0,0006
4.103 Tụ cao tần,
tụ tần thấp..
Nhựa tổng
hợp
10 ÷ 40 4 ÷ 4,6 0,05 ÷ 0,12 1,2.103 Cách điện
Bìa cáchđiện 9 ÷ 12 3 ÷ 4 0,15 1,6.103 Cách điện
Giấy 30 3 ÷ 4 Tụ điện,
cách điện
Lụa 8 ÷ 60 3,8 ÷ 4,5 0,04 ÷ 0,08 1,5.103 Cách điện
Sáp 20 ÷ 35 2,8 ÷ 2,9 Tẩm chống
ẩm
Paraphin 20 ÷ 30 2,2 ÷ 2,3 0,0003÷
0,0007.
1016 Tẩm chống
ẩm
Nhựa thông 10 ÷15 3,5 0,01 Làm sạch
mối hàn
Polime 15 ÷20 2,3 ÷ 2,4 1.10-4÷5. 10-4
1015
÷1017
0,9.103 Cách điện ở
cao tần
Cao su 20÷30 3÷7 0,02÷0.1 1015 1,6.103 Vỏ dây dẫn
Dầu tụ điện 20 2,2 0,002÷0.005 Tụ điện,
cáp điện
1.4.2. Chất dẫn điện
a.Định nghĩa.
Chất dẫn điện là vật liệu có độ dẫn điện cao. Điện trở suất của chất dẫn điện nằm trong
khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm. Trong tự nhiên chất dẫn điện có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất
khí.

8
b. Các tính chất của chất dẫn điện.
- Điện trở suất:
R S [ .m] , [ .mm] , [ .m]
l
ρ = Ω Ω μΩ (1. 5)
trong đó: S - tiết diện ngang của dây dẫn [mm2; m2]
l - chiều dài dây dẫn [mm; m]
R - trị số điện trở của dây dẫn [Ω]
Điện trở suất của chất dẫn điện nằm trong khoảng từ:
ρ = 0,016 μΩ.m (của bạc Ag) đến
ρ= 10 μΩ.m (của hợp kim sắt - crôm - nhôm)
- Hệ số nhiệt của điện trở suất (α):
Hệ số nhiệt của điện trở suất biểu thị sự thay đổi của điện trở suất khi nhiệt độ thay đổi
10C. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất cũng tăng lên theo quy luật:
ρt = ρ0 (1+ αt) (1. 6)
trong đó: ρt - điện trở suất ở nhiệt độ t (0C)
ρ0 - điện trở suất ở nhiệt độ 00C
α - hệ số nhiệt của điện trở suất [K-1]
Để cho kim loại nguyên chất thì hệ số nhiệt của chúng hầu như đều bằng nhau và bằng:
α= 1/ 273,15 K-1 = 0,004 K-1.
- Hệ số dẫn nhiệt : λ
Lượng nhiệt truyền qua diện tích bề mặt S trong thời gian t là:
Q T St
l
Δ
= λ
Δ
(1. 7)
Trong đó:
λ - là hệ số dẫn nhiệt [w/ (m.K)].
ΔT/Δl - là gradien nhiệt độ (ΔT là lượng chênh lệch nhiệt độ ở hai điểm cách nhau một
khoảng là Δl)
S - là diện tích bề mặt
t - là thời gian
- Công thoát của điện tử trong kim loại:
Năng lượng cần thiết cấp thêm cho điện tử để nó thoát ra khỏi bề mặt kim loại được gọi
là công thoát của kim loại. EW
- Điện thế tiếp xúc:
Nghiên cứu hai chất kim loại tiếp xúc với nhau như tiếp xúc C trong hình 1- 2.
A B
1 2
C
Hình 1- 3 : Hai kim loại có tiếp xúc C.

Hiệu điện thế tiếp xúc giữa hai kim loại này được xác định là sự chênh lệch thế năng EAB
9
giữa điểm A và B và được tính theo công thức:
EAB = EW2 - EW1 (1. 8)
Tương ứng với thế năng EAB (đo bằng eV) ta có điện thế tiếp xúc (đo bằng Vôn), ký hiệu
là VAB và có trị số bằng EAB.
Nếu kim loại 1 và 2 giống nhau, điện thế tiếp xúc giữa chúng bằng 0. Nếu hai kim loại
khác nhau thì kim loại nào có công thoát thấp hơn trở thành điện tích dương và kim loại có
công thoát cao hơn sẽ trở thành điện tích âm.
b. Một số loại vật liệu dẫn điện thường dùng.
Chất dẫn điện được chia làm 2 loại là chất dẫn điện có điện trở suất thấp và chất dẫn điện
có điện trở suất cao.
- Chất dẫn điện có điện trở suất thấp:
Chất dẫn điện có điện trở suất thấp (hay độ dẫn điện cao) thường dùng làm vật liệu dẫn
điện. Bảng 1.2 giới thiệu một số chất dẫn điện có điện trở suất thấp và tham số của chúng.
Bảng 1.2. Chất dẫn điện có điện trở suất thấp và các tính chất điện.
Vật liệu ρ (μΩ.m) α (K-1) tn.c. (0C) Tỷ trọng
(103Kg/ m3)
Ứng dụng
Bạc (Ag) 0,0165 0,0038 960 10,8 Mạ công tắc, bản cực,
ống dẫn sóng…
Đồng đỏ (Cu) 0,0175 0,0043 1080 8,96 Dây dẫn, chân cực
linh kiện, ống dẫn
sóng…
Hợp kim đồng 0,030÷0,06 0,002 900 lá tiếp xúc,dây điện
thoại, dây điện trở…
Nhôm (Al) 0,0267 0,0045 660 2,7 Dây dẫn, điện cực, vỏ
tụ…
Thiếc (Sn) 0,115 0,0042 230 7,3 hàn
Chì (Pb) 0,21 0,004 330 11,4 Cầu chì, vỏ cáp, acqui
axit.
Vonfram (W) 0,055 2500 19,31 Sợi nung, công tắc,
điện cực…
Moliden (Mo) 0,057 1500 10.2 Sợi nung, công tắc,
điện cực…
Niken (Ni) 0,078 1450 8,9 Sợi nung, công tắc,
điện cực…
Vàng (Au) 0,024 19,31 Dây dẫn cao tần, chân
vi mạch, ống dẫn
sóng…chống ăn mòn
Bạch kim (Pt) 0,105 Tiếp điểm, chất dẫn
điện, đồng hồ đo
điện...

10
- Chất dẫn điện có điện trở suất cao:
Các hợp kim có điện trở suất cao dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện, các điện trở, biến
trở, các dây may so, các thiết bị nung nóng bằng điện.
Bảng 1.3. Một số hợp kim thông thường và tính chất điện của chúng.
Vật liệu ρ (μΩ.m) α (K-1) tnc ( 0C) tỷ trọng
(103Kg/ m3)
Ứng dụng
Manganhin 0,42 ÷ 0,48 0,00005 1200 8,4 Điện trở mẫu, dụng
cụ đo điện
Constantan 0,48 ÷ 0,52 0,00005 1270 8,9 Biến trở, sợi đốt
Nicrôm 1 ÷ 1,2 0,00015 1400 8,2 Sợi nung, mỏ hàn,
bếp điện, bàn là…
Cacbon (C) 0,28 ÷ 3,5 0,00004 1400 Điện trở, chất bôi
trơn, micrôphôn…
1.4.3. Chất bán dẫn
a. Định nghĩa và đặc điểm của chất bán dẫn.
Chất bán dẫn là vật chất có điện trở suất nằm ở giữa trị số điện trở suất của chất dẫn điện
và chất điện môi khi ở nhiệt độ phòng: ρ = 10-4 ÷ 107 Ω.m
Trong kỹ thuật điện tử chỉ sử dụng một số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể, quan
trọng nhất là hai nguyên tố Gecmani và Silic. Thông thường Gecmani và Silic được dùng làm
chất chính, còn các chất như Bo, Indi (nhóm 3), phôtpho, Asen (nhóm 5) làm tạp chất cho các
vật liệu bán dẫn chính. Đặc điểm của cấu trúc mạng tinh thể này là độ dẫn điện của nó rất nhỏ
khi ở nhiệt độ thấp và nó sẽ tăng theo lũy thừa với sự tăng của nhiệt độ và tăng gấp bội khi có
trộn thêm tạp chất.
b. Chất bán dẫn nguyên tính.
Chất bán dẫn mà ở mỗi nút của mạng tinh thể của nó chỉ có nguyên tử của một loại
nguyên tố thì chất đó gọi là chất bán dẫn nguyên tính (hay chất bán dẫn thuần) và được ký hiệu
bằng chỉ số i (Intrinsic).
- Hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần:
Hạt tải điện trong chất bán dẫn là các điện tử tự do trong vùng dẫn và các lỗ trống trong
vùng hóa trị
Xét cấu trúc của tinh thể Gecmani hoặc Silic biểu diễn trong không gian hai chiều như
trong hình (1- 3): Gecmani (Ge) và Silic (Si) đều có 4 điện tử hóa trị ở lớp ngoài cùng. Trong
mạng tinh thể mỗi nguyên tử Ge (hoặc Si) sẽ góp 4 điện tử hóa trị của mình vào liên kết cộng
hóa trị với 4 điện tử hóa trị của 4 nguyên tử kế cận để sao cho mỗi nguyên tử đều có hóa trị 4.
Hạt nhân bên trong của nguyên tử Ge (hoặc Si) mang điện tích +4. Như vậy các điện tử hóa trị
ở trong liên kết cộng hóa trị sẽ có liên kết rất chặt chẽ với hạt nhân. Do vậy, mặc dù có sẵn 4
điện tử hóa trị nhưng tinh thể bán dẫn có độ dẫn điện thấp. Ở nhiệt độ 00K, cấu trúc lý tưởng
như ở hình (1- 3) là gần đúng và tinh thể bán dẫn như là một chất cách điện.

Ge
+4 +4 +4
Ge
+4 +4 +4
Ge
+4 +4 +4
Ge
Ge
Ge
Tuy nhiên, ở nhiệt độ trong phòng một số liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ do nhiệt làm cho
chất bán dẫn có thể dẫn điện. Hiện tượng này mô tả trong hình 1- 4. Ở đây, một số điện tử bứt
ra khỏi liên kết cộng hóa trị của mình và trở thành điện tử tự do. Năng lượng EG cần thiết để
phá vỡ liên kết cộng hóa trị khoảng 0,72eV cho Ge và 1,1eV cho Si ở nhiệt độ trong phòng.
Chỗ thiếu 1 điện tử trong liên kết cộng hóa trị được gọi là lỗ trống. Lỗ trống mang điện tích
dương và có cùng độ lớn với điện tích của điện tử. Điều quan trọng là lỗ trống có thể dẫn điện
như điện tử tự do.
Trong chất bán dẫn nguyên tính, số lượng các lỗ trống đúng bằng số lượng các điện tử tự
11
do.
pi = ni
pi - nồng độ hạt dẫn lỗ trống trong bán dẫn nguyên tính
ni - nồng độ hạt dẫn điện tử trong bán dẫn nguyên tính
Tiếp tục tăng nhiệt độ thì từng đôi điện tử - lỗ trống mới sẽ xuất hiện, ngược lại khi có
hiện tượng tái hợp sẽ mất đi từng đôi điện tử- lỗ trống.
- Độ dẫn điện của chất bán dẫn:
Mật độ dòng điện qua chất bán dẫn J sẽ là:
Ge
Ge
Ge
Hình 1- 3 : Cấu trúc tinh thể Ge biểu diễn trong không gian hai chiều
+4 +4 +4
+4 +4 +4
+4 +4 +4
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Điện tử
tự do
Lỗ
trống
Hình 1- 4 : Tinh thể Gecmani với liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ

J (n p )qE E n p = .μ + .μ =σ (1. 9)
Trong đó: n- là nồng độ điện tử tự do (điện tích âm)
p- là nồng độ lỗ trống (điện tích dương)
σ- là độ dẫn điện
μn - độ linh động của điện tử
μp.- độ linh động của lỗ trống
12
Do đó độ dẫn điện:
(n p )q n p σ = μ + μ (1. 10)
Bảng 1. 4 : Các đặc tính của Ge và Si
Các đặc tính Ge Si
Số nguyên tử-------------------------------------------
Nguyên tử lượng---------------------------------------
Tỷ trọng (g/cm3)---------------------------------------
Hằng số điện môi--------------------------------------
Số nguyên tử/cm3 -------------------------------------
EG0,eV, ở 00K (năng lượng vùng cấm)--------------
EG, eV, ở 3000K --------------------------------------
ni ở 3000K , cm-3 (nồng độ hạt dẫn điện tử) -------
Điện trở suất nguyên tính ở 3000K [Ω.cm] -------
μn , cm2/ V-sec ---------------------------------------
μp ,cm2/ V-sec ---------------------------------------
Dn , cm2/ sec = μn.VT --------------------------------
Dp , cm2/ sec = μp.VT -------------------------------
32
72,6
5,32
16
4,4.1022
0,785
0,72
2,5.1013
45
3800
1800
99
47
14
28,1
2,33
12
5,0.1022
1,21
1,1
1,5.1010
230
1300
500
34
13
Khi tăng nhiệt độ, mật độ các đôi điện tử - lỗ trống tăng và do đó độ dẫn điện tăng. Cho
nên, nồng độ điện tử ni của bán dẫn nguyên tính sẽ thay đổi theo nhiệt độ trong quan hệ:
2 3 EG0 /KT
i 0 n A T e−
= (1. 11)
Trong đó: A0 - là hằng số đo bằng A/(m2.0K2)
EG0 - là độ rộng vùng cấm ở 00K
μn, μp và nhiều đại lượng vật lý quan trọng của Gecmani và Silic cho ở bảng
(1.4). Độ dẫn điện của Gecmani hoặc Silic được tính theo công thức (1-11) sẽ tăng xấp xỉ 6%
hoặc 8% khi nhiệt độ tăng 10C (tương ứng).
b. Chất bán dẫn tạp loại N (chất bán dẫn tạp loại cho).
Ta thêm một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 5 của bảng tuần hoàn Menđêlêép (thí dụ
Antimon - Sb) vào chất bán dẫn Gecmani (Ge) hoặc Silic (Si) nguyên chất. Các nguyên tử tạp
chất (Sb) sẽ thay thế một số các nguyên tử của Ge (hoặc Si) trong mạng tinh thể và nó sẽ đưa 4
điện tử trong 5 điện tử hóa trị của mình tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge
(hoặc Si) ở bên cạnh, còn điện tử thứ 5 sẽ thừa ra nên liên kết của nó trong mạng tinh thể là rất
yếu, xem hình (1-5) . Muốn giải phóng điện tử thứ 5 này thành điện tử tự do ta chỉ cần cấp một
năng lượng rất nhỏ khoảng 0,01eV cho gecmani hoặc 0,05eV cho silic. Các tạp chất hóa trị 5
được gọi là tạp chất cho điện tử (Donor) hay tạp chất N.

Ge
Ge
+4 +4 +4
Sb
Ge
e5
+4 +5 +4
Ge
Ge
+4 +4 +4
Ge
Ge
Ge
Hình 1- 5 : Mạng tinh thể Ge có thêm tạp chất
Sb hóa trị 5 (mạng tinh thể của gecmani loại N)
13
E
EC
ED
EV
Vùng dẫn
Mức cho
Vùng hoá trị
Hình 1- 6 : Đồ thị vùng năng
lượng của bán dẫn Ge loại N
Mức năng lượng mà điện tử thứ 5 chiếm đóng là mức năng lượng cho phép được hình
thành ở khoảng cách rất nhỏ dưới dải dẫn và gọi là mức cho, xem hình (1-6). Và do đó, ở nhiệt
độ trong phòng, hầu hết các điện tử thứ 5 của tạp chất cho sẽ nhảy lên dải dẫn, nhưng trong dải
hóa trị không xuất hiện thêm lỗ trống. Các nguyên tử tạp chất cho điện tử trở thành các ion
dương cố định.
Ở chất bán dẫn tạp loại N: nồng độ hạt dẫn điện tử (nn) nhiều hơn nhiều nồng độ lỗ trống
pn và điện tử được gọi là hạt dẫn đa số, lỗ trống được gọi là hạt dẫn thiểu số.
nn >> pn
trong đó: nn - là nồng độ hạt dẫn điện tử trong bán dẫn tạp loại N
pn - là nồng độ hạt dẫn lỗ trống trong bán dẫn tạp loại N
c. Chất bán dẫn tạp loại P (chất bán dẫn tạp loại nhận).
Khi ta đưa một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn Menđêlêép (thí
dụ Indi - In) vào chất bán dẫn nguyên tính Gecmani (hoặc Silic). Nguyên tử tạp chất sẽ đưa 3
điện tử hóa trị của mình tạo liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử Gecmani (hoặc Silic) bên
cạnh còn mối liên kết thứ 4 để trống. Trạng thái này được mô tả ở hình (1- 7). Điện tử của mối
liên kết gần đó có thể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kết thứ 4 còn để dở. Nguyên tử tạp
chất vừa nhận thêm điện tử sẽ trở thành ion âm và ngược lại ở nguyên tử chất chính vừa có 1
điện tử chuyển đi sẽ tạo ra một lỗ trống trong dải hóa trị của nó.
Các tạp chất có hóa trị 3 được gọi là tạp chất nhận điện tử (Acceptor) hay tạp chất loại P.
Mức năng lượng để trống của tạp chất trong chất bán dẫn chính sẽ tạo ra một mức năng
lượng cho phép riêng nằm ở bên trên dải hóa trị gọi là mức nhận, (xem hình 1- 8)
0,01
eV
EG

Hình 1- 7 : Mạng tinh thể gecmani với một
14
nguyên tử In hóa trị 3
E
EC
ED
EV
Vùng dẫn
Mức nhận 0,01
Vùng hoá trị
Hình 1- 8 : Biểu đồ vùng năng
lượng của bán dẫn loại P
Nếu tăng nồng độ tạp chất nhận thì nồng độ của các lỗ trống tăng lên trong dải hóa trị,
nhưng nồng độ điện tử tự do trong dải dẫn không tăng. Vậy chất bán dẫn loại này có lỗ trống là
hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số và nó được gọi là chất bán dẫn tạp loại P.
PP >> NP
trong đó: PP - nồng độ hạt dẫn lỗ trống trong bán dẫn P
NP - nồng độ hạt dẫn điện tử trong bán dẫn P
Kết luận: Qua đây ta thấy, sự pha thêm tạp chất vào bán dẫn nguyên tính không những
chỉ tăng độ dẫn điện, mà còn tạo ra một chất dẫn điện có bản chất dẫn điện khác hẳn nhau:
trong bán dẫn tạp loại N điện tử là hạt dẫn điện chính, còn trong bán dẫn tạp loại P, lỗ trống lại
là hạt dẫn điện chính.
d. Mật độ điện tích trong chất bán dẫn.
Quan hệ giữa nồng độ hạt dẫn điện tử n và nồng độ hạt dẫn lỗ trống p trong chất bán dẫn
theo công thức gọi là luật khối lượng tích cực như sau:
2
n.p = ni
(1. 12)
Gọi ND là nồng độ các nguyên tử chất cho và chúng đều bị ion hóa. Do đó mật độ tổng
các điện tích dương sẽ là ND + p.
Tương tự, NA là nồng độ các ion nhận và tổng mật độ điện tích âm sẽ là NA + n.
Do tính trung hòa về điện trong chất bán dẫn thì mật độ các điện tích dương bằng mật độ
các điện tích âm, nên ta có:
ND + p = NA + n (1. 13)
Xét một vật liệu bán dẫn loại N thì sẽ có NA = 0. Số lượng điện tử trong bán dẫn N lớn
hơn nhiều so với số lỗ trống, khi đó công thức (1.13) đơn giản còn:
n ≈ ND (1. 14)
Như vậy, trong bán dẫn N nồng độ điện tử tự do xấp xỉ bằng mật độ các nguyên tử tạp
chất cho. Do đó công thức (1.14) được viết:
nn = ND (1. 15)
Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn N được viết theo công thức (1.12) ta có:
eV
EG
+4 +4 +4
+4 +3 +4
+4 +4 +4
Ge
Ge
Ge
Ge
In
Ge
Ge
Ge
Ge

= = (1. 16)
= μ = (1. 17)
= − (1. 18)
J q.D dn n n = (1. 19)
= = gọi là điện thế nhiệt.
15
2 2
i i
p n n
n
n N
n D
và nn >> pn
Tương tự, đối với bán dẫn tạp loại P ta có:
2
i
p A p
A
p N v n n
N
và pp >> np
e. Dòng điện trong chất bán dẫn.
Trong chất bán dẫn có 2 thành phần dòng điện là dòng điện khuếch tán và dòng điện trôi.
- Dòng điện khuếch tán:
Sự tồn tại gradient nồng độ hạt dẫn (dP/dx, dn/dx) sẽ dẫn đến hiện tượng khuếch tán của
các hạt dẫn từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp và tạo ra dòng điện khuếch tán trong
chất bán dẫn.
Hiện tượng khuếch tán các lỗ trống tạo nên mật độ dòng điện lỗ trống JP [ampe/m2] được
tính theo công thức sau:
J q.D dP
P P
dx
trong đó: DP [m2/sec] - là hệ số khuếch tán của lỗ trống.
Tương tự, công thức tính mật độ dòng điện điện tử khuếch tán là:
dx
trong đó: Dn - là hệ số khuếch tán của điện tử.
Cả hai hiện tượng khuếch tán và dịch chuyển (hiện tượng trôi) đều là các hiện tượng
nhiệt động học thống kê, D và μ không độc lập, chúng quan hệ với nhau theo công thức:
D P = D n
= V
μ μ
T
P n
(1. 20)
Trong đó
V KT T
T
q 11600
Tại nhiệt độ phòng (3000K) thì μ = 39D. Trong đó, giá trị D cho silic và gecmani cho ở
bảng 1-4.
Mật độ dòng điện khuếch tán là: Jk.t. = Jp + Jn
- Dòng điện trôi:
Dòng điện trôi là dòng chuyển động của các hạt dẫn dưới tác dụng của điện trường :
J = σ.E = q(nμn + pμp).E (1. 21)
f. Đặc điểm của vật liệu bán dẫn quang.
Chất bán dẫn được dùng để tạo nguồn ánh sáng hầu hết đều có vùng cấm tái hợp trực
tiếp. Trong chất bán dẫn các điện tử và lỗ trống có thể tái hợp trực tiếp với nhau qua vùng cấm
mà không cần một hạt thứ 3 nào để bảo toàn xung lượng. Chỉ trong các vật liệu có vùng cấm
trực tiếp hiện tượng tái hợp bức xạ mới có hiệu suất cao để tạo ra một mức độ phát xạ quang
thích hợp. Mặc dù không có một đơn tinh thể bán dẫn nào có vùng cấm tái hợp trực tiếp, nhưng

các hợp chất của các chất thuộc nhóm III và nhóm V có thể cho ta vật liệu có vùng cấm tái hợp
trực tiếp. Đây là các vật liệu được tạo nên từ sự liên kết của các nguyên tố nhóm III (như Al,
Ga, hoặc In) và các nguyên tố nhóm V (như P, As, hoặc Sb). Sự liên kết ba và bốn thành phần
khác nhau của các hợp chất đôi của các nguyên tố này cũng là các vật liệu rất thích hợp cho các
nguồn ánh sáng.
Để làm việc ở phổ từ 800 ÷ 900nm, vật liệu được sử dụng thường là hợp kim 3 thành
phần AlXGaAs. Tỉ lệ x của nhôm (Al) và galium asenic (GaAs) xác định độ rộng vùng cấm của
chất bán dẫn và, tương ứng, xác định bước sóng đỉnh của phát xạ bức xạ đỉnh. Điều này mô tả
trong hình (1- 9).
Giá trị x để cho vùng hoạt động của vật liệu được lựa chọn thường xuyên đạt được bước
sóng là 800nm đến 850nm. Ở các bước sóng dài hơn thì chất 4 thành phần In1-XGaXAsYP1-Y là
một trong các vật liệu cơ bản được sử dụng. Bằng sự thay đổi tỷ lượng phân tử gam x và y
trong vùng hoạt động, các điốt phát quang (LED) có thể tạo ra công suất đỉnh ở bước sóng bất
kỳ giữa 1,0 và 1,7μm. Để đơn giản ký hiệu GaAlAs và InGaAsP một cách tổng quát khi không
cần nói rõ giá trị x và y cũng như các ký hiệu khác như AlGaAs; (AlGa)As; (GaAl)As;
GaInPAs; và InXGa1-XAsYP1-Y.
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
AlXGa1-XAs
Các chất GaAlAs và InGaAsP thường được chọn để tạo chất bán dẫn sử dụng trong các
linh kiện nguồn sáng vì nó có thể phù hợp với các tham số mạng tinh thể của giao diện cấu trúc
dị thể bằng việc sử dụng một liên kết chính xác các vật liệu 2, 3, và 4 thành phần. Các yếu tố
này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất bức xạ và tuổi thọ của nguồn sáng. Quan hệ cơ học
lượng tử giữa năng lượng E và tần số ν(f):
E = hν = hc
16
λ
Bước sóng phát xạ đỉnh λ đo bằng μm có thể biểu diễn như một hàm của năng lượng
vùng cấm EG đo bằng eV theo công thức:
λ (μm)
0,6
0,7
0,8
0,9
EG(eV
“Trực tiếp”
“Gián tiếp”
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tỉ lượng Al : x
Hình 1- 9 : Bề rộng vùng cấm và bước sóng bức xạ ra là hàm của tỉ lượng
phân tử gam của Al cho chất AlXGa1-XAs ở nhiệt độ phòng.

λ μ = (1.22)
μ = = (1. 24)
μ μ = (1. 27)
17
( m) 1,24
G
E
1.5 VẬT LIỆU TỪ
1.5.1 Định nghĩa.
Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ.
Quá trình nhiễm từ của các vật liệu sắt từ dưới tác dụng của từ trường ngoài dẫn đến sự
tăng nguồn nhiễm từ và quay các vectơ mômen từ theo hướng của từ trường ngoài
1.5.2 Các tính chất đặc trưng cho vật liệu từ.
a. Từ trở và từ thẩm:
Giống như điện trở của một dây dẫn, mạch từ cũng có từ trở Rm. Từ trở là một đại lượng
đánh giá sự ngăn cản việc lập nên từ thông của một mạch từ. Từ trở được tính theo công thức
sau:
R 1 . l
m
S
=
μ
(1. 23)
trong đó: l - là độ dài của mạch từ
S - là tiết diện của mạch từ
μ - là độ từ thẩm của vật liệu trong mạch từ
Số nghịch đảo của μ tương ứng với điện trở suất ρ trong mạch điện. Vậy 1/μ là từ trở
suất của 1m3 vật liệu từ.
Độ từ thẩm là số nghịch đảo của từ trở
1 l
R S F
Φ
m m
trong đó : μ là độ từ thẩm của vật liệu từ
Fm là lực từ động và Φ là từ thông.
Thay các giá trị của Rm và Fm và thay công thức tính mật độ từ thông (độ cảm ứng từ)
B = Φ/ S (1. 25)
ta có công thức tính độ từ thẩm:
B [H /m]
H
μ = (1. 26)
Vậy độ từ thẩm là tỉ số giữa cảm ứng từ B và cường độ từ trường H và có đơn vị đo bằng
Henry/met [H/m], trong đó H đo bằng Ampe/met.
Độ từ thẩm của không gian tự do μ0:
7
0 4 .10 [H/m] μ = π −
b. Độ từ thẩm tương đối (μr):
Sự gia tăng từ thông tổng hợp là độ cảm ứng từ B khi cho sắt hoặc thép vào một mạch
điện được tính là độ từ thẩm tương đối μr và công thức (1-61) được viết lại thành:
. B
r 0
H
Trong trường hợp của không khí và các vật liệu không từ tính khác thì μr = 1.

Tuỳ theo từng loại sắt hoặc thép mà μr = 400 ÷ 2500
Thép lá
Thép tấm
Gang
μr (Thép lá)
B (T)
Hình (1- 10) mô tả sự thay đổi của độ cảm ứng từ B khi cường độ từ trường H thay đổi
trên các mẫu là mạch sắt từ khép kín và đường cong từ thẩm của thép lá. Đường từ hóa có thể
được dùng để xác định độ cảm ứng từ B đối với một giá trị cường độ từ trường đã cho. Từ đó,
độ từ thẩm tương đối của mỗi mẫu có thể được tính và vẽ trên đồ thị đường từ hóa này.
Đường đứt nét trong hình (1-10) mô tả độ từ thẩm tương đối μr của thép lá. Độ từ thẩm
tương đối không phải là đại lượng không đổi, nó phụ thuộc vào cường độ từ trường H. Đối với
thép lá độ từ thẩm cực đại đạt được ở cường độ từ trường xấp xỉ 250A/m.
c. Đường cong từ hóa:
Đặc trưng cho tính chất của vật liệu từ ta có đường cong từ hóa B = f (H) biểu thị mối
quan hệ giữa độ cảm ứng từ B và cường độ từ trường H (xem hình 1- 11).
Khi độ cảm ứng từ B và cường độ từ trường H trong cuộn dây thay đổi với số gia là ΔB
và ΔH thì số gia của độ từ thẩm ΔB / ΔH sẽ trở nên quan trọng.
18
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (103 H/A/m)
μr
2500
2000
1500
1000
500
Hình 1- 10 : Đường cong từ hóa của gang, thép lá, thép
đúc tấm và đường cong từ thẩm của thép lá.

B
ΔB
a
ΔH
ΔH
b
ΔB
ΔB
ΔH
c
H
0
Hình 1- 11 : Độ từ thẩm là tỉ số của B/H.
Điều cần biết ở đây là ta muốn đạt được một giá trị độ từ thẩm lớn nhất khi độ cảm ứng
từ B cực đại với cường độ từ trường H có thể nhỏ nhất. Một quan hệ quan trọng khác là các giá
trị thay đổi của B và H trong hình (1- 11). Độ nghiêng của đường cong từ hóa tại một điểm bất
kỳ được gọi là gia lượng từ thẩm Δμ.
Δμ =ΔB/ΔH
Độ gia từ thẩm quan trọng trong ứng dụng mà ở đó yêu cầu sự thay đổi rất nhỏ của
cường độ từ trường H và sự thay đổi lớn của cảm ứng từ B.
19
• Hiện tượng trễ: Hình (1- 12)
Đường cong từ hóa biểu thị quan hệ giữa độ cảm ứng từ B và cường độ từ trường H của
vật liệu từ khi ta đặt nó trong từ trường.
Như biểu thị trong hình ta có:
Bs - cảm ứng từ bão hòa
Bd - cảm ứng từ dư
Hc - lực kháng từ
Đường cong 0-a-b-c xảy ra khi vật liệu từ ban đầu là không bị nhiễm từ và cường độ từ
trường tăng từ 0 lên. Khi ta giảm cường độ từ trường từ Hmax xuống đến 0 thì vật liệu từ vẫn
còn giữ lại một số từ thông. Độ cảm ứng từ còn lại trong vật liệu từ đã nhiễm từ khi cường độ
từ trường giảm xuống đến 0 gọi là độ cảm ứng từ dư (đoạn o-d): (Bd).
Để giảm độ cảm ứng từ dư đến 0, ta cần cung cấp một cường độ từ trường âm. Cường độ
từ trường cần thiết (o-e) để giảm độ cảm ứng từ dư đến 0 được gọi là lực kháng từ (HC). Khi
tiếp tục tăng giá trị ngược của cường độ từ trường H, thì độ cảm ứng từ B cũng tăng theo chiều
âm đến giá trị bão hòa, ta có đường cong từ hóa mới (đoạn e-f). Một lần nữa, cường độ từ
trường ngược lại giảm đến 0 thì độ cảm ứng từ cũng giảm đến giá trị cảm ứng từ dư (đoạn o-g).
Và để giảm độ cảm ứng từ đến 0, ta lại phải tăng cường độ từ trường theo chiều dương đến trị
số HC (đoạn o-h) và đây cũng chính là lực kháng từ. Tiếp tục tăng cường độ từ trường theo
chiều dương ta được đoạn "h-c" của đồ thị. Như vậy, đồ thị B/H có dạng một vòng khép kín.
Vòng này đối xứng với độ lớn +Bmax = -Bmax, và +Hmax = -Hmax.
Vòng từ trễ chứng minh rằng, một ít năng lượng được hấp thụ vào trong vật liệu từ để

thắng lực ma sát và làm thay đổi sự sắp xếp thẳng hàng của các đomen từ. Năng lượng này là
nguyên nhân làm nóng lõi cuộn dây, và nó chính là năng lượng lãng phí. Diện tích phủ kín
vòng từ trễ tỉ lệ thuận với năng lượng hao phí này. Hình (1- 13) biểu diễn 3 vòng từ trễ tiêu
biểu cho 3 loại vật liệu sắt từ.
+B
0
Vòng từ trễ hình (1- 13a) là của sắt mềm. Vòng từ trễ hình (1- 13b) mô tả vòng từ trễ tiêu
biểu của chất thép cứng, và diện tích của nó lớn là nguyên nhân dẫn đến tổn thất của lõi lớn.
Tuy nhiên, vì độ cảm ứng từ dư của chất thép cứng lớn nên nó rất thuận lợi cho nam châm vĩnh
cửu.
Vòng từ trễ hình (1- 13c) là của Ferit. Đây là một lõi ceramic được làm từ oxit sắt. Vòng
từ trễ có hình dạng như vậy sẽ có tổn thất trễ lớn. Đặc tính độ cảm ứng B đạt tới trị số cảm ứng
từ dư không đổi trong một hướng này cho phép sử dụng Ferit làm các bộ nhớ từ.
• Dòng điện xoáy trong lõi sắt từ:
Như ta đã biết, một từ trường thay đổi sẽ cảm ứng một sức điện động trong một dây dẫn
đặt trong từ trường đó. Do vậy, một lõi sắt từ đặt trong một cuộn dây sẽ cảm ứng một sức điện
động và tạo ra một dòng điện lưu thông trong lõi sắt từ được gọi là dòng điện xoáy. Dòng điện
xoáy làm nóng lõi sắt từ và nó giữ vai trò quan trọng trong tổng tổn thất của cuộn dây. Để hạn
chế dòng điện xoáy, lõi sắt từ làm việc với dòng điện xoay chiều luôn được chế tạo từ các lá
mỏng. Bề mặt của các lá mỏng này được quét vecni hoặc một lớp sơn cách điện mỏng lên cả
hai mặt để tăng điện trở của chúng đối với dòng điện xoáy. Bằng cách này các tổn thất do dòng
điện xoáy không còn đáng kể.
20
+Bb.
Bd
+Hmax
-Hmax
-
H (A/m)
HC
e
f
g
a
b
h
c
Hình 1- 12 : Vòng từ trễ (Khi cường độ từ trường giảm từ Hmax đến 0, độ cảm ứng
từ còn dư lại. Nếu H đổi hướng thì cảm ứng từ dư cũng đổi hướng).

+B
HC 0 +H
Hình 1- 13: Hình dạng của một số vòng từ trễ của các vật liệu
Bd
1.5.3 Phân loại và ứng dụng của vật liệu từ.
Dựa vào vòng từ trễ người ta chia vật liệu từ làm 2 loại:
- Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao và lực kháng từ nhỏ (Hc nhỏ và μ lớn).
- Vật liệu từ cứng có độ từ thẩm nhỏ và lực kháng từ cao (Hc lớn và μ nhỏ).
a. Vật liệu từ mềm:
• Vật liệu từ mềm dùng ở tần số thấp:
Vật liệu từ mềm làm việc ở tần số thấp thường được dùng rộng rãi là sắt, hợp kim sắt -
silic, sắt - niken, lá thép kỹ thuật điện... để làm lõi biến áp, nam châm điện.
Hiện nay hợp kim sắt từ dùng rộng rãi nhất là sắt- silic. Sắt- niken có độ từ thẩm cao hơn.
Vật liệu sắt dùng trong các cuộn dây và biến áp thường ở dạng tấm mỏng.
Một cách khác, hợp kim sắt từ được tạo thành bằng cách nung dính một hỗn hợp bột kẽm
nguyên chất, sau đó được cán nguội và ủ. Khi cán nguội, nhờ tác động sắp xếp lại trục tinh thể
nên tính chất từ theo hướng cán là tốt nhất và được gọi là vật liệu từ có định hướng. Để giảm
độ tiêu hao do các dòng điện xoáy trong lõi biến áp người ta dùng vật liệu từ có điện trở suất
cao. Để thay đổi tính chất từ và điện trở suất của vật liệu sắt từ ta phải thay đổi tỉ lệ thành phần
hợp kim. Các tính chất của vật liệu từ thường cho dưới dạng các đường cong từ hóa và các
đường cong độ từ thẩm. Độ dễ từ hóa của một vật liệu từ được đo bằng độ từ thẩm. Với sắt-silic
có độ từ thẩm cực đại khoảng 7500H/m, còn sắt -niken khoảng 60000H/m. Các khoảng
tần số làm việc của các vật liệu từ thông dụng như biểu diễn trong hình (1- 14).
21
Bd
+B
Hmax
HC 0
+B
0 +H
a/ b/ c/

Bề dày
TS (công suất)
Ferit mangan (Q cao, xung)
TS.Ni (âm tần)
Lõi sắt bụi (Q cao)
TSHD, Ni (công suất)
TSHD (âm tần, tổn thất nhỏ)
TSHD, Ni (công suất, xung)
TSHD, Ni (công suất, xung)
1 10 102 103 104 105 106 107 f(Hz)
đặc
đặc
16 mile
5 mile
2 mile
1 mile
Hình 1- 14 : Khoảng tần số làm việc của của các vật liệu từ thông dụng
22
• Vật liệu từ mềm dùng ở tần số cao:
(thường ở tần số vài trăm đến vài ngàn KHz).
+ Ferit là vật liệu từ được dùng rộng rãi nhất ở tần số cao.
Ferit là vật liệu từ có độ từ thẩm cao, tổn thất nhỏ. Ferit là hợp chất ôxit sắt 3 (Fe2O3) kết
hợp với các ôxit kẽm loại hóa trị một hoặc hai (ZnO; Zn2O). Nguyên vật liệu sau xử lý được
nghiền thành bột mịn, trộn lại và ép định hình theo khuôn thành dạng thanh hay ống, sau đó
được thiêu ở nhiệt độ cao trong môi trường thích hợp, Đây là quá trình gia công nhiệt đặc biệt
để hợp chất cho điện trở suất cao.
Ferit có nhiều loại nhưng thông dụng nhất là Ferit-Mangan- Kẽm và Ferit -Niken- Kẽm.
Ferit có đặc điểm là điện dẫn suất thấp, độ từ thẩm ban đầu cao và giá trị cảm ứng từ bão
hòa thích hợp. Ferit được dùng trong các cuộn dây, có hệ số phẩm chất cao, các biến áp có dải
thông tần rộng, các cuộn dây trung tần, thanh anten, các cuộn làm lệch tia điện tử, các biến áp
xung, v.v..
Ferit mangan kẽm (MnZn ferit) được chế tạo thành nhiều loại khác nhau tuỳ theo ứng
dụng với những cuộn dây có hệ số phẩm chất cao (Q cao) trong khoảng tần số từ 1 đến
500KHz, có loại tổn thất nhỏ, có hệ số nhiệt của độ từ thẩm thấp và độ ổn định cao. Dùng trong
truyền hình có loại thích hợp làm việc với điện cảm ứng từ cao; cũng có loại có độ từ thẩm
thích hợp với các biến áp thông tin dải rộng và các biến áp xung.
Ferit niken kẽm (NiZn ferit) cũng có nhiều loại có thành phần oxit niken và oxit kẽm
khác nhau, đồng thời chúng đều có điện trở suất cao.
+ Pecmaloi có độ từ thẩm cao (có thể tới hàng trăm ngàn H/m).
Pecmaloi là hợp kim gồm có 50% ÷ 80% là Niken, 18% ÷ 18,5% là Fe còn lại là
Mangan, Crôm, Đồng, Silic và còn lại là Moliden.
Pecmaloi thường được dát mỏng. Chúng thường được dùng làm biến áp Micrô, đầu từ,
biến áp kích thước nhỏ, chất lượng cao. Nhược điểm của Pecmaloi rất dễ vỡ, dễ biến dạng nên

= (1. 28)
23
cẩn thận khi sử dụng và gia công chế tạo.
b. Vật liệu từ cứng:
Theo ứng dụng chia vật liệu từ cứng thành 2 loại:
- Vật liệu để chế tạo nam châm vĩnh cửu.
- Vật liệu từ để ghi âm, ghi hình, giữ âm thanh, v.v..
Theo công nghệ chế tạo, chia vật liệu từ cứng thành:
- Hợp kim thép được tôi thành Martenxit là vật liệu đơn giản và rẻ nhất để chế tạo nam
châm vĩnh cửu.
- Hợp kim lá từ cứng.
- Nam châm từ bột.
- Ferit từ cứng: Ferit Bari (BaO.6Fe2O3) để chế tạo nam châm dùng ở tần số cao.
- Băng, sợi kim loại và không kim loại dùng để ghi âm thanh.
• Đặc điểm của nam châm vĩnh cửu là:
Năng lượng từ cực đại bao quanh không gian xung quanh chất sắt từ được tính bằng Oat
(W):
W B .H
d d
d
2
như vậy, năng lượng bao quanh không gian chất sắt từ được tính theo công thức:
W B.H
2
=
Nam châm trong trạng thái khép kín sẽ không truyền năng lượng ra không gian xung
quanh. Khi tồn tại 1 khe không khí giữa các cực thì sẽ xuất hiện sự truyền năng lượng vào
không gian xung quanh, trị số của nó phụ thuộc nhiều vào chiều dài khe không khí.
Các đặc tính của nam châm vĩnh cửu là các đại lượng:
- Lực kháng từ HC.
- Độ cảm ứng từ dư Bdư.
- Năng lượng cực đại bao quanh không gian quanh chất sắt từ Wd.
- Độ từ thẩm của vật liệu từ cứng nhỏ hơn của vật liệu từ mềm và với sự tăng của HC
thì độ từ thẩm giảm.
Đại lượng H.B/ 2 tỉ lệ với năng lượng cực đại của từ trường bao quanh chất sắt từ.
1.4.5. Thạch anh áp điện (SiO2)
Thạch anh là tinh thể Si02 tự nhiên không màu, trong suốt, thường gọi là pha lê tự nhiên;
hoặc thạch anh màu (thạch anh khói, thạch anh tím). Tinh thể thạch anh áp điện có thể được gia
công bằng phương pháp nhân tạo, khi đó các tính chất của nó gần giống như các tính chất của
các tinh thể tự nhiên.
Thạch anh áp điện thường được dùng làm các bộ dao động thạch anh có tần số dao động
rất ổn định.
Bộ cộng hưởng thạch anh: Bề mặt của các tấm thạch anh được mài bằng bột mịn và trên
chúng được đặt các điện cực bằng kim loại tạo ra bộ cộng hưởng thạch anh.
Ký hiệu và mạch tương đương:

CM
A B
A B
R L C
Hình 1-5. Ký hiệu và sơ đồ mạch tương đương của thạch anh trong mạch
Bộ cộng hưởng thạch anh cần có hệ số nhiệt tần số thấp và không được tạo ra các cộng
hưởng ký sinh theo cả hai hướng kể từ tần số cộng hưởng chính trong dải tần đã cho của nó.
Điện tích xuất hiện ở hiệu ứng áp điện được xác định bằng công thức:
Q = dij .F (1. 29)
24
trong đó: F - là lực gây ra biến dạng
dij - môdun điện tương ứng với loại tinh thể.
TÓM TẮT NỘI DUNG
Trong chương này chúng ta đã trình bày định nghĩa về cấu kiện điện tử một cách khái
quát, đưa ra một số cách phân loại cấu kiện điện tử thông dụng. Thông thường nhất ta chia cấu
kiện điện tử dựa theo ứng dụng của nó là cấu kiện điện tử thụ động và cấu kiện điện tử tích
cực. Ngoài ra còn phân loại theo lịch sử phát triển công nghệ chế tạo của các cấu kiện mà
chúng ta rất quen gọi là cấu kiện điện tử chân không, cấu kiện điện tử có khí, cấu kiện điện tử
bán dẫn, vi mạch và cấu kiện điện tử nanô.
Trong chương 1 cũng cho chúng ta một khái quát chung cấu trúc của một mạch điện tử
và một hệ thống điện tử. Từ đây chúng ta có thể hình dung được tầm quan trọng của các cấu
kiện điện tử và vị trí có thể sử dụng chúng trong các thiết bị điện tử.
Vật liệu điện tử là phần quan trọng của chương 1. Chúng ta đã nghiên cứu về đặc tính
vật lý điện của các loại vật liệu sử dụng trong lĩnh vực điện tử và đã được phân ra làm 4 loại
theo ứng dụng của nó.
Chất cách điện hay còn gọi là chất điện môi là loại dẫn điện kém, điện trở suất của nó
rất cao (107 ÷ 1017 ) Ωm. Khi sử dụng chất cách điện ta phải chú ý đến các tính chất kỹ thuật
sau: Hằng số điện môi ε, biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi; Độ bền về điện Eđ.t.
biểu thị khả năng chịu được điện áp cao của chất điện mội; Độ tổn hao điện môi P (hay góc tổn
hao điện môi tgδ) biểu thị chi phí năng lượng điện vô ích của chất điện môi khi có dòng điện
chạy qua. Tuỳ theo mục đích sử dụng mà chúng ta chú ý đến các tính chất đặc trưng này một
cách tối ưu để lựa chọn vật liệu thích hợp.
Trong sử dụng, chất cách điện được chia làm 2 loại chính là vật liệu cách điện thụ động và chất
cách điện tích cực. Chất cách điện thụ động thường dùng làm vật liệu cách điện và làm tụ điện.
Còn chất cách điện tích cực có một số đặc tính cơ-điện đặc biệt như biến cơ năng thành điện
năng (gốm xét nhét, muối xét nhét), tính áp điện ( muối xét nhét, gốm xét nhét, thạch anh áp
điện) hoặc Êlectret (cái châm điện)...
Chất dẫn điện là vật liệu dẫn điện tốt, thông thường ở thể rắn chúng là kim loại và hợp
kim, còn ở thể lỏng chúng là các kim loại nóng cháy và dung dịch điện phân. Khi sử dụng chất

dẫn điện chúng ta phải chú ý đến các tính chất sau của nó: Điện dẫn suất hay điện trở suất (σ =
1/ρ); Hệ số nhiệt của điện trở suất (α); Nhiệt dẫn suất (λ); Hiệu điện thế tiếp xúc và Giới hạn
bền khi kéo.
Trong sử dụng, chất dẫn điện được chia làm 2 loại: chất dẫn điện có điện trở suất thấp,
thường dùng làm dây dẫn điện như đồng nguyên chất, nhôm nguyên chất và chất dẫn điện có
điện trở suất cao thường được dùng làm các điện trở, các sợi nung nóng...Tuỳ theo mục đích sử
dụng mà chúng ta lựa chọn các vật liệu có tính chất thích hợp.
Chất bán dẫn là vật liệu mà điện trở suất của nó có giá trị ở giữa giá trị của chất cách
điện và chất dẫn điện. Trong kỹ thuật điện tử người ta chỉ sử dụng các chất bán dẫn có cấu trúc
mạng tinh thể, quan trọng là 2 chất silic và gecmani. Đặc tính dẫn điện quan trọng của chất bán
dẫn là độ dẫn điện của nó phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và nồng độ tạp chất có trong nó.
Chất bán dẫn được chia làm 3 loại chính: chất bán dẫn thuần (nguyên tính), chất bán dân tạp
loại N và chất bán dẫn tạp loại P. Chất bán dẫn nguyên tính có nồng độ hạt tải điện điện tử và
hạt tải điện lỗ trống bằng nhau (pi = ni); chất bán dẫn tạp loại P có hạt tải điện đa số là lỗ trống,
hạt tải điện điện tử là thiểu số (pp >> np); chất bán dẫn tạp loại N có hạt tải điện đa số là điện
tử, hạt tải điện thiểu số là lỗ trống (nn >> pn).
Chất bán dẫn quang là vật liệu bán dẫn có cấu trúc điện tử đặc biệt để có thể bức xạ
quang từ quá trình tái hợp của các hạt dẫn (biến đổi điện sang quang) hoặc hấp thụ quang để
tạo ra các hạt dẫn điện (biến đổi quang sang điện).
Vật liệu từ là vật liệu có khả năng nhiễm từ khi đặt trong từ trường. Khi sử dụng vật
liệu từ chúng ta phải chú ý các tính chất từ tính sau: Độ từ thẩm tương đối (μr), Từ trở (RM) và
Tổn hao từ trễ. Ngoài ra chúng ta còn quan tâm đến tính chất của đường cong từ hoá và vòng
từ trễ của vật liệu từ. Người ta thường chia vật liệu từ ra làm 3 loại: Vật liệu từ mềm, vật liệu từ
cứng và vật liệu từ có công dụng đặc biệt.
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ và tổn hao từ trễ nhỏ.
Vật liệu từ cứng là loại có độ từ thẩm thấp, lực kháng từ cao.
Vật liệu từ có công dụng đặc biệt.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Hãy cho biết một số cách phân loại cấu kiện điện tử thông thường?
2. Hãy cho biết các tính chất vật lý-điện cơ bản của chất cách điện?
3. Em hãy cho biết thông thường chất cách điện được chia làm mấy loại? Là những loại nào
25
và phạm vi sử dụng chính của từng loại?
4. Hãy cho biết các tính chất vật lý-điện cơ bản của chất dẫn điện?
5. Dựa vào tính dẫn điện, chất dẫn điện được phân chia thành mấy loại? Là những loại nào?
Cho ví dụ và nêu ứng dụng của chúng?
6. Hãy cho biết những yếu tố nào ảnh hưởng chính đến độ dẫn điện của chất bán dẫn?
7. Tại sao trong chất bán dẫn thuần, nồng độ hạt tải điện điện tử và hạt tải điện lỗ trống lại
bằng nhau?
8. Thế nào là chất bán dẫn tạp loại N? Đặc điểm dẫn điện của nó là gì?
9. Thế nào là chất bán dẫn tạp loại P? Đặc điểm dẫn điện của nó là gì?
10. Chất bán dẫn quang điện tử có đặc điểm gì khác với chất bán dẫn thông thường?
11. Nêu những tính chất cơ bản của vật liệu từ?
12. Hãy cho biết vật liệu từ được phân chia thành mấy loại? Cho ví dụ ứng dụng của từng loại?
13. Cho một miếng bán dẫn Silic được pha thêm photpho nồng độ 1015 / cm−3 . Hãy tính nồng

độ hạt dẫn trong miếng bán dẫn tại nhiệt độ3000 K .
14. Hãy cho biết những tính chất đặc biệt của thạch anh áp điện và ứng dụng của nó?
15. Dựa vào cấu trúc vùng năng lượng của vật chất, chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm là:
a. EG > 2eV b. 0eV < EG < 2eV c. EG = 0eV d. 3eV < EG < 6eV
16. Hãy điền vào chỗ trống của mệnh đề một trong những nhóm từ dưới đây:
“Độ bền về điện của chất điện môi là giá trị ……..ngoài đặt lên chất điện môi mà làm
26
cho nó mất khả năng cách điện”.
a. dòng điện; b. điện áp; c. công suất điện; d. cường độ điện trường
17. Độ từ thẩm tương đối của vật liệu từ μr là một đại lượng….
a. không thay đổi.
b. thay đổi theo cường độ từ trường H.
c. thay đổi theo tần số làm việc.
d. thay đổi theo điều kiện môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử” của Trần Thị Cầm, Học viện Công nghệ
BCVT, năm 2002.
2. Vật liệu kỹ thuật điện, của Nguyễn Đình Thắng, nhà xuất bản KHKT Hà Nội, năm 2005.

CÊu kiÖn ®iÖn tö Cấu kiện điện tử thụ động
CHƯƠNG 2
CÁC CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG
R12 R159
27
Chương 2 giới thiệu về các cấu kiện điện tử thụ động. Đó là cấu kiện điện trở, tụ điện,
cuộn cảm và biến áp. Đây là các cấu kiện không thể thiếu được trong các mạch điện. Chúng
luôn giữ một vai trò rất quan trọng trong hầu hết các mạch điện. Các cấu kiện này được trình
bày một cách cụ thể từ định nghĩa, cấu tạo, ký hiệu trong các sơ đồ mạch, các cách phân loại
thông dụng, các tham số cơ bản và các cách nhận biết chúng trên thực tế. Ngoài ra, chương 2
còn cho biết đặc tính của một số cấu kiện điện tử thụ động đặc biệt, sử dụng trong các lĩnh vực
khác nhau.
NỘI DUNG
2.1 ĐIỆN TRỞ
2.1.1. Định nghĩa và ký hiệu của điện trở
a. Định nghĩa:
Điện trở là cấu kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện trong mạch. Trị số điện trở
được xác định theo định luật Ôm:
R = U
I
[Ω] ( 2. 1)
Trong đó: U – hiệu điện thế trên điện trở [V]
I - dòng điện chạy qua điện trở [A]
R - điện trở [Ω]
Trên điện trở, dòng điện và điện áp luôn cùng pha và điện trở dẫn dòng điện một chiều
và xoay chiều như nhau.
b. Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ mạch điện
Trong các sơ đồ mạch điện, điện trở thường được mô tả theo các qui ước tiêu chuẩn
như trong hình 2-1.
c. Cấu trúc của điện trở:
Điện trở thường
0,25W 1W
0,5W 10W
Điện trở công suất
Biến trở
Hình 2-1: Ký hiệu của điện trở trên sơ đồ mạch điện

Cấu trúc của điện trở có nhiều dạng khác nhau. Một cách tổng quát ta có cấu trúc tiêu
biểu của một điện trở như mô tả trong hình 2-2.
max [W] (2.3)
28
Mũ chụp và chân điện trở
Vỏ bọc Lõi Vật liệu cản điện
Hình 2.2: Kết cấu đơn giản của một điện trở
2.1.2. Các tham số kỹ thuật đặc trưng của điện trở
a. Trị số điện trở và dung sai
+ Trị số của điện trở là tham số cơ bản và được tính theo công thức:
R = ρ l
S
( 2. 2)
Trong đó: ρ - là điện trở suất của vật liệu dây dẫn cản điện
l- là chiều dài dây dẫn
S - là tiết diện của dây dẫn
+ Dung sai hay sai số của điện trở biểu thị mức độ chênh lệch giữa trị số thực tế của
điện trở so với trị số danh định và được tính theo %.
Dung sai được tính theo công thức:
100%
R R
t.t d.d −
R
d.d
t.t
R
Dựa vào % dung sai, ta chia điện trở ở 5 cấp chính xác:
Cấp 005: có sai số ± 0,5 %
Cấp 01: có sai số ± 1 %
Cấp I: có sai số ± 5 %
Cấp II: có sai số ± 10 %
Cấp III: có sai số ± 20 %
b. Công suất tiêu tán danh định: (Pt.tmax)
Công suất tiêu tán danh định cho phép của điện trở Pt.t.max là công suất điện cao nhất mà
điện trở có thể chịu đựng được trong điều kiện bình thường, làm việc trong một thời gian dài
không bị hỏng. Nếu quá mức đó điện trở sẽ nóng cháy và không dùng được.
Pt.t.max = RI2
max =
U2
R
Với yêu cầu đảm bảo cho điện trở làm việc bình thường thì Ptt < Pttmax.
c. Hệ số nhiệt của điện trở : TCR
⎩ ⎨ ⎧
d.d
R
Trị số thực tế của điện trở
Trị số danh định của điện trở

Hệ số nhiệt của điện trở biểu thị sự thay đổi trị số của điện trở theo nhiệt độ môi trường
29
và được tính theo công thức sau:
TCR = 1
R
R
T
.
Δ
Δ
.106 [ppm/ 0C] (2.4)
Trong đó: R- là trị số của điện trở
ΔR- là lượng thay đổi của trị số điện trở khi
nhiệt độ thay đổi một lượng là ΔT.
TCR là trị số biến đổi tương đối tính theo phần triệu của điện trở trên 1°C (viết tắt là
ppm/°C).
Lưu ý: Điện trở than làm việc ổn định nhất ở nhiệt độ 200C. Khi nhiệt độ tăng lớn hơn
200C hoặc giảm nhỏ hơn 200C thì điện trở than đều tăng trị số của nó.
2.1.3. Cách ghi và đọc các tham số trên thân điện trở
Trên thân điện trở thường ghi các tham số đặc trưng cho điện trở như: trị số của điện
trở và % dung sai, công suất tiêu tán (thường từ vài phần mười Watt trở lên). Người ta có thể
ghi trực tiếp hoặc ghi theo nhiều qui ước khác nhau.
a. Cách ghi trực tiếp:
Cách ghi trực tiếp là cách ghi đầy đủ các tham số chính và đơn vị đo của chúng. Cách
ghi này thường dùng đối với các điện trở có kích thước tương đối lớn như điện trở dây quấn.
b. Ghi theo qui ước
Cách ghi theo quy ước có rất nhiều các quy ước khác nhau. ở đây ta xem xét một số
cách quy ước thông dụng:
+ Không ghi đơn vị Ôm: Đây là cách ghi đơn giản nhất và nó được qui ước như sau:
R (hoặc E) = Ω M = MΩ K = KΩ
+ Quy ước theo mã: Mã này gồm các chữ số và một chữ cái để chỉ % dung sai. Trong các chữ
số thì chữ số cuối cùng chỉ số số 0 cần thêm vào. Các chữ cái chỉ % dung sai qui ước gồm: F =
1 %, G = 2 %, J = 5 %, K = 10 %, M = 20 %.
+ Quy ước màu:
Thông thường người ta sử dụng 4 vòng màu, đôi khi dùng 5 vòng màu (đối với loại có dung sai
nhỏ khoảng 1%).
Loại 4 vòng màu được qui ước:
- Hai vòng màu đầu tiên là chỉ số có nghĩa thực của nó
- Vòng màu thứ 3 là chỉ số số 0 cần thêm vào (hay gọi là số nhân).
- Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm dung sai (%).
Loại 5 vạch màu được qui ước:
- Ba vòng màu đầu chỉ các số có nghĩa thực
- Vòng màu thứ tư là số nhân để chỉ số số 0 cần thêm vào
- Vòng màu thứ 5 chỉ % dung sai.

Bảng 2.1 : Bảng qui ước màu
Vạch màu thứ 1 Vạch màu thứ 2 Vạch màu thứ 3 Vạch màu thứ 4
Màu Hàng chục Đơn vị Số nhân Dung sai
Đen 0 0 1 20%
Nâu 1 1 10 1%
Đỏ 2 2 100 2%
Cam 3 3 1000 -
Vàng 4 4 10000 -
Lục 5 5 100000 -
Lam 6 6 1000000 -
Tím 7 7 10000000
Xám 8 8 100000000
Trắng 9 9 1000000000
Vàng kim - - 0,1 5%
Bạch kim - - 0,01 10%
Không màu - - - 20%
Hình 2-3: Thứ tự vòng màu
30
Thứ tự vòng màu được qui ước như sau:
1 2 3 4
2.1.4. Phân loại và ứng dụng của điện trở
a. Phân loại:
Phân loại điện trở có rất nhiều cách. Thông dụng nhất là phân chia điện trở thành hai
loại: điện trở có trị số cố định và điện trở có trị số thay đổi được (hay biến trở). Trong mỗi loại
này lại được phân chia theo các chỉ tiêu khác nhau thành các loại nhỏ hơn như sau:
Điện trở có trị số cố định.
Điện trở có trị số cố định thường được phân loại theo vật liệu cản điện như:
+ Điện trở than tổng hợp (than nén)
+ Điện trở than nhiệt giải hoặc than màng (màng than tinh thể).
+ Điện trở dây quấn gồm sợi dây điện trở dài (dây NiCr hoặc manganin, constantan) quấn trên
1 ống gốm ceramic và phủ bên ngoài là một lớp sứ bảo vệ.
+ Điện trở màng kim, điện trở màng oxit kim loại hoặc điện trở miếng: Điện trở miếng thuộc
thành phần vi điện tử. Dạng điện trở miếng thông dụng là được in luôn trên tấm ráp mạch.
+ Điện trở cermet (gốm kim loại).
Dựa vào ứng dụng điện trở được phân loại như liệt kê trong bảng 2.2.

Bảng 2.2: Các đặc tính chính của điện trở cố định tiêu biểu
Loại điện trở Trị số R Pt.t.max
Điện trở dây quấn chính xác Điện trở màng
Điện trở oxit im loại Loại than tổng hợp Loại dây quấn công suất
Hình 2-4: Một số hình dạng bên ngoài của một số điện trở cố định
31
[w]
t0làmviệc
0C
TCR
ppm/0C
Chính xác
Dây quấn
Màng kim
Bán chính xác
Oxyt kim loại
Cermet
Than màng
Đa dụng
Than tổng hợp
Công suất
Dây quấn
Hình ống
Bắt sườn máy
Chính xác
Màng kim loại
Điện trở miếng
(màng vi điện tử)
0,1Ω ÷ 1,2M
10Ω ÷ 5M
10Ω ÷ 1,5M
10Ω ÷ 1,5M
10Ω ÷ 5M
2,7Ω ÷ 100M
0,1Ω ÷ 180K
1,0Ω ÷ 3,8K
0,1Ω ÷ 40K
20Ω ÷ 2M
1Ω ÷ 22M
1/8 ÷3/4 ở1250C
1/20÷ 1/2 ở1250C
1/4 ÷ 2 ở 700C
1/20÷1/2 ở1250C
1/8 ÷ 1 ở 700C
1/8 ÷ 2 ở 700C
1 ÷ 21 ở 250C
5 ÷ 30 ở 250C
1 ÷ 10 ở 250C
7 ÷1000 ở 250C
-55÷+145
-55÷+125
-55÷+150
-55÷+175
-55÷+165
-55÷+130
-55÷+275
-55÷+275
-55÷+275
-55÷+225
-55÷+125
± 10
± 25
± 200
± 200
± 200;
± 510
±1500
± 200
± 50
± 20
±500
±25đến ± 200
Điện trở có trị số thay đổi (hay còn gọi là biến trở)
Biến trở có hai dạng. Dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn. Loại này ít gặp
trong các mạch điện trở. Dạng thường dùng hơn là chiết áp. Cấu tạo của biến trở so với điện
trở cố định chủ yếu là có thêm một kết cấu con chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số

điện trở. Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt).
Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt còn hai đầu ứng với hai đầu của điện trở.
Hình 2-5: Ký hiệu của biến trở trên các mạch
Chân điện trở
Dây điện trở
α
Trục xoay Con trượt
1 3 2
Chân điện trở
Hình 2-6: Cấu trúc của một chiết áp dây quấn
Theo ứng dụng có thể chia chiết áp thành 3 loại chính: loại đa dụng, loại chính xác và
Đường 1: tuyến tính
Đường 2: logarit - điều chỉnh âm sắc
Đường 3: hàm mũ - điều chỉnh âm lượng
α
1
3
Hình 2.7: Ba luật điện trở thông dụng của chiết áp
32
loại điều chuẩn.
Ngoài các đặc tính tương tự như của điện trở cố định, chiết áp còn có các tham số riêng,
trong đó cơ bản là luật điện trở. Luật điện trở cho biết trị số của điện trở thay đổi thế nào khi ta
thay đổi góc xoay α của con chạy (hình 2-7).
100%
b. Ứng dụng:
R
100%
2
Ứng dụng của điện trở rất đa dạng: để giới hạn dòng điện, tạo sụt áp, dùng để phân cực,
làm gánh mạch, chia áp, định hằng số thời gian, v.v..
c. Một số điện trở đặc biệt
Điện trở nhiệt: Tecmixto
Đây là một linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Khi ở nhiệt độ bình
thường thì tecmixto là một điện trở, nếu nhiệt độ càng tăng cao thì điện trở của nó càng giảm.

Hệ số nhiệt TCR của điện trở nhiệt tecmixto có giá trị âm lớn. Điện trở nhiệt thường
được dùng để ổn định nhiệt cho các mạch của thiết bị điện tử, để đo và điều chỉnh nhiệt độ
trong các cảm biến.
t0 Tecmixto
Hình 2-8: Ký hiệu của tecmixto trên sơ đồ mạch
VDR
Hình 2-9: Ký hiệu của varixto trong sơ đồ mạch
R (KΩ)
3000
200
100
20
10
3
2
1
0 2 4 6 ………… ... 40 60 U(v)
Hình 2-10: Sự thay đổi trị số điện trở của Varixto theo điện áp
33
Điện trở Varixto:
Đây là linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi được khi ta thay đổi điện áp đặt lên
nó.
Điện áp danh định là đặc tính cơ bản của varixto trong đó dòng điện qua varixto có trị số
danh định.
Ứng dụng: Varixto dùng để chia áp trên các lưới điều khiển để ổn định điện áp. Đồng
thời, nó còn được mắc song song với các cuộn ra của biến áp quét dòng, quét mành để ổn định
điện áp trên các cuộn lái tia điện tử.
Điện trở Mêgôm: có trị số điện trở từ 108 ÷ 1015 Ω (khoảng từ 100 MΩ đến 1000000 GΩ).
Điện trở Mêgôm được dùng trong các thiết bị đo thử, trong mạch tế bào quang điện.
Điện trở cao áp: Là điện trở chịu được điện áp cao từ 5 KV đến 20 KV. Điện trở cao áp có
trị số từ 2000 ÷ 1000 MΩ, công suất tiêu tán cho phép từ 5 W đến 20 W. Điện trở cao áp
thường dùng làm gánh các mạch cao áp, các bộ chia áp.
Điện trở chuẩn: Là các điện trở dùng vật liệu dây quấn đặc biệt có độ ổn định cao. Thí dụ,
các vật liệu có sự thay đổi giá trị điện trở khoảng 10 ppm/năm, TCR = 4 ppm/0C.

Mạng điện trở: Mạng điện trở là một loại vi mạch tích hợp có 2 hàng chân.
a. Mạng điện trở: 8 chân 2 hàng b. Sắp xếp các điện trở
εε
C = Q =
0 34
2.2 TỤ ĐIỆN
2.2.1. Định nghĩa và ký hiệu của tụ điện
a. Định nghĩa:
Tụ điện là dụng cụ dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có điện tích ở bản cực tỉ
lệ thuận với hiệu điện thế đặt ngang qua nó theo công thức:
Q = C . U [culông] (2. 5)
trong đó: Q - điện tích ở trên bản cực của tụ điện [C]
U – hiệu điện thế đặt trên tụ điện[v]
C - điện dung của tụ điện[F]
d
S .
U
b. Ký hiệu của tụ điện trên các sơ đồ mạch:
c. Cấu tạo của tụ điện:
Cấu tạo của tụ điện bao gồm một lớp vật liệu cách điện nằm giữa hai bản cực là 2 tấm
kim loại có diện tích S.
2.2.2. Các tham số cơ bản của tụ điện
ở bên trong RN
Hình 2-11: Cấu trúc của mạng điện trở
+ +
Tụ thường Tụ điện giải Tụ có điện dung thay đổi
Hình 2-12: Các ký hiệu của tụ điện
Bản cực
Chân tụ
Chất điện môi Vỏ bọc
Hình 2-13: Cấu tạo của tụ điện

= [F] (2.6)
= [ppm/0C] (2. 8)
35
a. Trị số dung lượng và dung sai:
+ Trị số dung lượng (C):
Trị số dung lượng tỉ lệ với tỉ số giữa diện tích hữu dụng của bản cực S với khoảng cách
giữa 2 bản cực. Dung lượng được tính theo công thức:
C r 0S ε ε
d
Trong đó: εr - hằng số điện môi của chất điện môi
ε0 - hằng số điện môi của không khí hay chân không
S - diện tích hữu dụng của bản cực [m2]
d - khoảng cách giữa 2 bản cực [m]
C - dung lượng của tụ điện [F]
Đơn vị đo dung lượng theo hệ SI là Farad [F], thông thường ta chỉ dùng các ước số của
Farad.
+ Dung sai của tụ điện: Đây là tham số chỉ độ chính xác của trị số dung lượng thực tế so với
trị số danh định của nó. Dung sai của tụ điện được tính theo công thức :
.100%
C C
t.t d.d −
C
d.d
(2. 7)
Dung sai của điện dung được tính theo %. Dung sai từ ± 5% đến ± 20% là bình thường
cho hầu hết các tụ điện có trị số nhỏ, nhưng các tụ điện chính xác thì dung sai phải nhỏ (Cấp
01: 1%, Cấp 02: 2%).
b. Điện áp làm việc:
Điện áp cực đại có thể cung cấp cho tụ điện thường thể hiện trong thuật ngữ điện áp làm
việc một chiều.
Mỗi một tụ điện chỉ có một điện áp làm việc nhất định, nếu quá điện áp này lớp cách
điện sẽ bị đánh thủng và làm hỏng tụ.
c. Hệ số nhiệt:
Để đánh giá sự thay đổi của trị số điện dung khi nhiệt độ thay đổi người ta dùng hệ số
nhiệt TCC và tính theo công thức sau:
C
.106
T
TCC 1
C
Δ
Δ
Trong đó: ΔC - là lượng tăng giảm của điện dung khi nhiệt độ thay đổi
một lượng là ΔT.
C - là trị số điện dung của tụ điện.
TCC thường tính bằng đơn vị phần triệu trên 1°C (viết tắt ppm/°C) và nó đánh giá sự
thay đổi cực đại của trị số điện dung theo nhiệt độ.
2.2.3. Tụ điện cao tần và mạch tương đương:
Sơ đồ mạch tương đương của tụ điện được mô tả ở hình 2-14.
Trong sơ đồ: L - là điện cảm của đầu nối, dây dẫn (ở tần số thấp L ≈ 0)
RS - là điện trở của đầu nối, dây dẫn và bản cực (RS thường rất nhỏ)
RP - là điện trở rò của chất cách điện và vỏ bọc.
RL, RS - là điện trở rò của chất cách điện
C - là tụ điện lý tưởng
RP RL
L RS RS C
C C
a Sơ đồ tương đương b Sơ đồ tương đương c sơ đồ tương đương

Trong đó hình a cho tụ bình thường; hình b cho tụ có điện trở rò lớn và hình c
= S (2. 9)
Q = 1 (2. 10)
36
cho tụ có điện trở rò thấp.
Hình 2-14 “c” là sơ đồ tương đương của tụ điện ở tần số cao. Khi tụ làm việc ở tần số
cao ta phải chú ý đến tổn hao công suất trong tụ được thể hiện qua hệ số tổn hao DF:
.100%
DF R
X
C
Trong đó: RS - là trị số hiệu dụng nối tiếp của tụ điện (điện trở bản cực, dây dẫn...)
XC - là dung kháng của tụ điện
DF càng nhỏ thì tụ điện càng ít mất mát, tức là phẩm chất càng cao. Khi làm việc ở tần số
cao cần tụ có phẩm chất cao. Hệ số phẩm chất của tụ điện được tính:
DF
Đối với các tụ điện làm việc ở tần số cao thì tổn hao điện môi sẽ tăng tỉ lệ với bình
phương của tần số:
Pa = U2ω2C2R (2. 11)
Do đó, trên thực tế các tụ điện làm việc ở tần số cao cần phải có điện trở của các bản cực,
dây dẫn và tiếp giáp nhỏ nên các chi tiết này thường được tráng bạc.
2.2.3 Các cách ghi và đọc tham số trên thân tụ điện
Hai tham số quan trọng nhất thường được ghi trên thân tụ điện là trị số điện dung (kèm
theo dung sai sản xuất) và điện áp làm việc.
a. Cách ghi trực tiếp:
Ghi trực tiếp là cách ghi đầy đủ các tham số và đơn vị đo của chúng. Cách này chỉ dùng
cho các loại tụ điện có kích thước lớn.
b. Cách ghi gián tiếp theo qui ước:
Cách ghi gián tiếp là cách ghi theo quy ước. Tụ điện có tham số ghi theo qui ước thường
có kích thước nhỏ và điện dung ghi theo đơn vị pF.
Có rất nhiều các qui ước khác nhau như quy ước mã, quy ước màu, v.v.. Sau đây ta chỉ
nêu một số quy ước thông dụng:
+ Ghi theo qui ước số: Cách ghi này thường gặp ở các tụ Pôlystylen.
Ví dụ 1: Trên thân tụ có ghi 47/ 630: có nghĩa tử số là giá trị điện dung tính bằng pF, tức là 47
pF, mẫu số là điện áp làm việc một chiều, tức là 630 Vdc.
+ Quy ước theo mã: Giống như điện trở, mã gồm các chữ số chỉ trị số điện dung và chữ cái chỉ
% dung sai.
Tụ gốm có kích thước nhỏ thường được ghi theo qui ước sau: ví dụ trên tụ ghi là 204 có
nghĩa là trị số của điện dung 20.0000 pF Vdc.

Tụ Tantan là tụ điện giải cũng thường được ghi theo đơn vị μF cùng điện áp làm việc
và cực tính rõ ràng.
+ Ghi theo quy ước màu: Tụ điện cũng giống như điện trở được ghi theo qui ước màu. Qui ước
màu cũng có nhiều loại: có loại 4 vạch màu, loại 5 vạch màu. Nhìn chung các vạch màu qui
ước gần giống như ở điện trở.
TCC 1 1
1 2 3
2 3 2
3 4 4
4 5
Bảng 2.3: Bảng qui ước mã màu trên tụ điện
Vạch 1 Vạch 2 Vạch 3 Vạch 4 Vạch 4 Vạch 5
37
Màu Số có
nghĩa
Số có
nghĩa
Số nhân (PF)
Tantan(μF)
UDC (V)
Tụ Tantan
Dung sai
≤10PF 10PF
Polyster
Đen 0 0 1
1
-
10
2PF ±20% -
Nâu 1 1 10
10
100
-
0,1PF ±1% -
Đỏ 2 2 100
100
250 - ±2% 250w
Cam 3 3 1K - - - ±2,5% -
Vàng 4 4 10K - 400
6,3
- - -
Lục 5 5 100K - -
16
0,5PF ±5% -
Lam 6 6 - - 630
20
- - -
Tím 7 7 - - -
-
- - -
Xám 8 8 0,01
0,01
-
25
0.25PF - -
Trắng 9 9 0,1
0,1
-
3
1PF ±10% -
Hồng - - - - -
35
-
2.2.4. Phân loại và ứng dụng.
+
Tụ hình ống Tụ hình kẹo Tụ Tantan
Hình 2-15: Mã màu của tụ điện

Có nhiều cách phân loại tụ điện, thông thường người ta phân tụ điện làm 2 loại là:
- Tụ điện có trị số điện dung cố định
- Tụ điện có trị số điện dung thay đổi được.
a. Tụ điện có trị số điện dung cố định:
Tụ điện có trị số điện dung cố định thường được gọi tên theo vật liệu chất điện môi và
38
công dụng của chúng như trong bảng 2.4.
Bảng 2.4: Bảng phân loại tụ điện dựa theo vật liệu và công dụng.
Loại tụ Điện dung U làm việc
(Vdc)
t0 làm việc
+ Chính xác:
. Mi ca
. Thuỷ tinh
. Gốm
. Màng Polystylen
+ Bán chính xác:
. Màng chất dẻo
. Màng chất dẻo- giấy
(tráng kim loại)
+ Đa dụng:
. Gốm Li- K
. Ta2O3 (nung dính, chất điện
giải rắn có cực tính)
. Màng dính ướt có cực
. Al2O3 khô, có cực tính
+ Triệt - nuôi
.Giấy
. Mi ca (hình khuy)
. Gốm
+ Thoát
.Giấy
1 ÷ 91000 PF
1 ÷ 10000 PF
1 ÷ 1100 PF
1000 ÷ 220000 PF
1000PF ÷ 10 μF
4700PF ÷ 10 μF
10 ÷ 100000 PF
1 ÷ 580 PF
5,6PF ÷ 560 μF
150PF ÷120000 μF
10000 PF ÷ 3 μF
5 ÷ 2400 PF
100 ÷ 1500 PF
10000 ÷ 35000 PF
100 ÷ 2500
300 ÷ 500
150 ÷ 500
200 ÷ 600
30 ÷ 1000
50 ÷ 400
50 ÷ 200
10 ÷ 300
4 ÷ 85
5 ÷ 450
100 ÷ 600
≈ 500
500 ÷ 1500
100 ÷ 500
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 85
-55 ÷ 85
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-40 ÷ 85
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 125
-55 ÷ 85
+ Tụ điện giải nhôm: (Thường gọi là tụ hóa) Tính chất quan trọng nhất của tụ điện giải
nhôm là chúng có trị số điện dung rất lớn trong một hộp nhỏ. Giá trị tiêu chuẩn của các tụ
hóa nằm trong khoảng từ 1 μF đến 100000 μF.
Các tụ điện giải nhôm thông dụng thường làm việc với điện áp một chiều lớn hơn 400
Vdc, trong trường hợp này, điện dung không quá 100 μF. Ngoài điện áp làm việc thấp và phân
cực thì tụ điện giải nhôm còn một nhược điểm nữa là dòng rò tương đối lớn.
+ Tụ tantan: (chất điện giải Tantan)
Đây là một loại tụ điện giải. Tụ tantan, cũng giống như tụ điện giải nhôm, thường có một
giá trị điện dung lớn trong một khối lượng nhỏ.
. Giống như các tụ điện giải khác, tụ tantan cũng phải được đấu đúng cực tính. Tụ tantan
cũng được ghi theo qui ước 4 vòng màu.

b. Tụ điện có trị số điện dung thay đổi
Tụ điện có trị số điện dung thay đổi được là loại tụ trong quá trình làm việc ta có thể điều
chỉnh thay đổi trị số điện dung của chúng. Tụ có trị số điện dung thay đổi được có nhiều loại,
thông dụng nhất là loại đa dụng và loại điều chuẩn.
- Loại đa dụng còn gọi là tụ xoay: Tụ xoay được dùng làm tụ điều chỉnh thu sóng trong các
máy thu thanh, v.v.. Tụ xoay có thể có 1 ngăn hoặc nhiều ngăn. Mỗi ngăn có các lá động
xen kẽ, đối nhau với các lá tĩnh, chế tạo từ nhôm. Chất điện môi có thể là không khí, mi
ca, màng chất dẻo, gốm, v.v..
- Tụ vi điều chỉnh (thường gọi tắt là Trimcap)
Loại tụ này có nhiều kiểu. Chất điện môi cũng dùng nhiều loại như không khí, màng chất
dẻo, thuỷ tinh hình ống... Để thay đổi trị số điện dung ta dùng tuốc-nơ-vit để thay đổi vị trí
giữa hai lá động và lá tĩnh
= [Ω] (2. 12)
39
c. Ứng dụng:
+ Tụ điện được dùng để tạo phần tử dung kháng ở trong mạch. Dung kháng Xc được tính
theo công thức:
X 1 c ω
1
C
2 fC
=
π
Trong đó : f - là tần số của dòng điện (Hz)
+
Tụ giấy
+
Tụ gốm Tụ hóa
+
Tụ mica 22UF
+
Tụ tantan
Tụ xoay
Tụ dầu
Trimcap
103
Hình 2 -16: Một số tụ điện thường gặp

C - là trị số điện dung của tụ điện (F)
+ Do tụ không cho dòng điện một chiều qua nhưng lại dẫn dòng điện xoay chiều nên tụ
thường dùng để cho qua tín hiệu xoay chiều đồng thời vẫn ngăn cách được dòng một chiều
giữa mạch này với mạch khác, gọi là tụ liên lạc.
+ Tụ dùng để triệt bỏ tín hiệu không cần thiết từ một điểm trên mạch xuống đất gọi là tụ
L L L
a- Cuộn dây lõi Ferit b- Cuộn dây lõi sắt từ c- Cuộn dây không lõi
Hình 2- 17: Ký hiệu cuộn dây trong sơ đồ mạch
r 0 = μ μ (2. 14)
40
thoát.
+ Tụ dùng làm phần tử dung kháng trong các mạch cộng hưởng LC gọi là tụ cộng hưởng.
+ Tụ dùng trong mạch lọc gọi là tụ lọc.
+ Do có tính nạp điện và phóng điện, tụ dùng để tạo mạch định giờ, mạch phát sóng răng
cưa, mạch vi phân và tích phân…
2.3. CUỘN CẢM (hay CUỘN DÂY)
2.3.1. Định nghĩa và ký hiệu của cuộn cảm.
a. Định nghĩa:
Cuộn dây, còn gọi là cuộn tự cảm, là cấu kiện điện tử dùng để tạo thành phần cảm kháng
trong mạch. Cảm kháng của cuộn dây được xác định theo công thức:
XL = 2 π f L = ω L (Ω) (2. 13)
Trong đó: L – điện cảm của cuộn dây (đo bằng Henry), phụ thuộc vào hình dạng,
số vòng dây, cách sắp xếp, và cách quấn dây.
f - tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây (Hz)
Các cuộn dây được cấu trúc để có giá trị độ cảm ứng xác định. Ngay cả một đoạn dây
dẫn ngắn nhất cũng có sự cảm ứng. Như vậy, cuộn dây cho qua dòng điện một chiều và ngăn
cản dòng điện xoay chiều. Đồng thời, trên cuộn dây dòng điện và điện áp lệch pha nhau 900.
Cuộn dây gồm những vòng dây dẫn điện quấn trên một cốt bằng chất cách điện, có lõi
hoặc không có lõi tùy theo tần số làm việc.
b. Ký hiệu các cuộn cảm trong sơ đồ mạch điện:
Trong các mạch điện, cuộn cảm được ký hiệu bằng chữ cái L.
2.3.2. Các tham số của cuộn cảm.
a. Điện cảm của cuộn dây (L):
Điện cảm của cuộn dây được tính theo công thức (2.14):
L . .N2 .S
l
Trong đó : S - là tiết diện của cuộn dây (m2)
N - là số vòng dây
l - là chiều dài của cuộn dây (m)
μr , μ0 - là độ từ thẩm của vật liệu lõi sắt từ và của không khí (H/ m)

Qua biểu thức (2.14) ta thấy độ cảm ứng lớn nhất khi có cuộn dây ngắn với tiết diện lớn
Q = X (2.15)
L
XL RS
Hình 2 -18: Sơ đồ mạch tương đương của cuộn dây khi xét đến tổn thất
Hình 2 -19: Sơ đồ tương đương của cuộn dây khi làm việc ở tần số cao
= [Hz] (2.16)
41
và có số vòng dây lớn.
b. Hệ số phẩm chất của cuộn cảm (Q):
Một cuộn cảm thực khi có dòng điện chạy qua luôn có tổn thất, đó là công suất điện tổn
hao để làm nóng cuộn dây. Các tổn thất này được biểu thị bởi một điện trở RS nối tiếp với cảm
kháng XL của cuộn dây. Hệ số phẩm chất Q của cuộn dây là tỷ số của cảm kháng XL trên điện
trở RS này. Trị số Q càng cao thì tổn thất càng nhỏ và ngược lại.
L
R
S
2.3.3. Cuộn cảm cao tần số và sơ đồ mạch tương đương.
Cuộn dây thực còn có tần số làm việc bị giới hạn bởi điện dung riêng của nó. Ở tần số
thấp, điện dung này được bỏ qua vì dung kháng của nó rất lớn. Nhưng ở tần số đủ cao thì cuộn
dây trở thành một mạch cộng hưởng song song. Tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng song
song này gọi là tần số cộng hưởng riêng của cuộn dây f0 . Nếu cuộn dây làm việc ở tần số cao
hơn tần số cộng hưởng riêng này thì cuộn dây mang dung tính nhiều hơn. Do đó tần số làm
việc cao nhất của cuộn dây phải thấp hơn tần số cộng hưởng riêng của nó.
Tần số cộng hưởng riêng của cuộn dây:
f 1 0 Π
2 LC
Trong đó: L - là điện cảm của cuộn dây [H]
C - là điện dung riêng của cuộn dây [F]
Tần số làm việc cao nhất của cuộn dây phải nhỏ hơn tần số f0 này.
fmax f0
2.3.4. Phân loại và ứng dụng của cuộn cảm.
Dựa theo ứng dụng mà cuộn cảm có một số loại sau:
- Cuộn cộng hưởng là các cuộn dây dùng trong các mạch cộng hưởng LC.

- Cuộn lọc là các cuộn dây dùng trong các bộ lọc một chiều.
- Cuộn chặn dùng để ngăn cản dòng cao tần, v.v..
Dựa vào loại lõi của cuộn dây, có thể chia các cuộn dây ra một số loại sau. Chúng ta sẽ xem
xét cụ thể từng loại một:
a. Cuộn dây lõi không khí hay cuộn dây không có lõi:
Cuộn dây lõi không khí có nhiều ứng dụng, thường gặp nhất là các cuộn cộng hưởng làm
42
việc ở tần số cao và siêu cao.
Các yêu cầu chính của cuộn dây không lõi là:
- Điện cảm phải ổn định ở tần số làm việc.
- Hệ số phẩm chất cao ở tần số làm việc.
- Điện dung riêng nhỏ.
- Hệ số nhiệt của điện cảm thấp.
- Kích thước và giá thành phải hợp lý.
Để có độ ổn định cao, cuộn dây thường được quấn trên một ống cốt bền chắc bằng bìa
hoặc sứ. Để giảm điện dung riêng có thể chia cuộn dây thành nhiều cuộn nhỏ nối tiếp.
Dây đồng nói chung được dùng đến tần số khoảng 50 MHz. Ở tần số cao hơn, cuộn dây
thường được thay bằng ống đồng hoặc dải đồng tự đỡ (thường được mạ bạc để có điện dẫn
xuất bề mặt cao) để tránh tổn thất trong ống quấn.
Các cuộn dây thường được tẩm dung dịch paraphin để chống ẩm, tăng độ bền cơ học,
nhất là đối với các cuộn dây dùng sợi nhỏ chập lại hoặc cuộn dây quấn theo kiểu tổ ong. Ở
tần số Radio, các cuộn đây thường được bọc kim (đặt trong vỏ nhôm...) để tránh các nhiễu điện
từ không mong muốn.
Muốn tăng điện cảm của cuộn dây mà không cần tăng số vòng dây, người ta dùng các lõi
sắt từ
b. Cuộn dây lõi sắt bụi:
Cuộn dây lõi sắt bụi thường được dùng ở tần số cao và trung tần. Cuộn dây lõi sắt bụi có
tổn thất thấp, đặc biệt là tổn thất do dòng điện xoáy ngược, và độ từ thẩm thấp hơn nhiều so
với loại lõi sắt.
c. Cuộn dây lõi Ferit:
Cuộn dây lõi Ferit là các cuộn dây làm việc ở tần số cao và trung tần.
Lõi Ferit có nhiều hình dạng khác nhau như: thanh, ống, hình chữ E, chữ C, hình xuyến,
hình nồi, hạt đậu,v.v.. Trong hình (2-20) mô tả một số loại cuộn dây cao tần và trung tần.
Lõi trong cuộn dây có thể được chế tạo để điều chỉnh đi vào hoặc đi ra khỏi cuộn dây.
Như vậy điện cảm của cuộn dây sẽ thay đổi.
Tuỳ thuộc vào độ dày của sợi dây sử dụng và vào kích thước vật lý của cuộn dây, dòng
điện cực đại có thể khoảng từ 50 mA đến 1 A.

43
d. Cuộn dây lõi sắt từ:
Lõi của cuộn dây thường là sắt - silic và sắt silic hạt định hướng, hoặc sắt- niken tuỳ theo
mục đích ứng dụng. Đây là các cuộn dây làm việc ở tần số thấp. Dây quấn là dây đồng đã được
tráng men cách điện, quấn thành nhiều lớp có cách điện giữa các lớp và được tẩm chống ẩm
sau khi quấn.
Các cuộn chặn tần số thấp được dùng chủ yếu để lọc bỏ điện áp gợn cho nguồn cung cấp
một chiều qua chỉnh lưu, làm tải anôt trong các tầng khuếch đại dùng đèn điện tử ghép LC, và
trong các ứng dụng một chiều khác.
Giá trị cảm ứng của các cuộn dây này nằm trong khoảng từ 50 mH đến 20 H với dòng
điện một chiều đến 10 A và điện áp cách điện đến 1000 V.
Ký hiệu của lõi Ferit và các cuộn dây: Ký hiệu của lõi và của các cuộn dây được qui định
theo từng nước sản xuất.
Qui ước vòng màu cho các cuộn dây kích thước nhỏ. Nhìn chung qui ước màu giống như
ở điện trở
b. Cuộn dâylõi không khí c. Cuộn dây hình khuôn
hoặc Ferit
ống dây
Cuộn
dây
Lõi nồi
Ferit
a. Cuộn dây cao tần d. Cuộn RF lõi e. Cuộn dây màng
lõi nồi Ferit không khí mỏng
Hình 2 -20: Một số loại cuộn dây cao tần
Kẹp bằng nhôm
Lõi sắt từ
Cuộn dây
Hình 2 -21: Cuộn dây lọc nguồn tiêu chuẩn
1,2,3,4

Qui ước:
- Vòng màu thứ 1: chỉ số có nghĩa thứ nhất hoặc chấm thập phân
- Vòng màu thứ 2: chỉ số có nghĩa thứ hai hoặc chấm thập phân
- Vòng màu thứ 3: chỉ số 0 cần thêm vào
- Vòng màu thứ 4: chỉ dung sai %.
Trong trường hợp này, đơn vị đo của điện cảm là μH. Thứ tự các vòng màu ngược với điện trở.
Bảng 2.5: Mô tả ký hiệu màu cho các cuộn dây
Màu Giá trị của các số Dung sai
44
Đen
Nâu
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh lá cây
Xanh lam
Tím
Xám
Trắng
Bạch kim
Vàng kim
Không vạch màu
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
Chấm thập phân
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10%
5%
20%
2.4. BIẾN ÁP
2.4.1. Định nghĩa và ký hiệu trong sơ đồ mạch.
a. Định nghĩa:
Biến áp là thiết bị gồm hai hay nhiều cuộn dây ghép hỗ cảm với nhau để biến đổi điện áp.
Cuộn dây đấu vào nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, các cuộn dây khác đấu vào tải tiêu thụ năng
lượng điện gọi là cuộn thứ cấp.

b. Ký hiệu của biến áp trong các sơ đồ mạch điện:
45
2.4.2. Các tham số kỹ thuật của biến áp.
a. Hệ số ghép biến áp K:
Số lượng từ thông liên kết từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp được định nghĩa bằng hệ
số ghép biến áp K:
Thông thường hệ số ghép biến áp được tính theo công thức:
K = M
L L 1 2
(2. 17)
Lõi sắt
U2 Rt
Cuộn sơ cấp
Cuộn thứ cấp
~ U1 Từ thông
Hình 2 -23: Cấu tạo cơ bản của biến áp
a. Biến áp âm tần b. Biến áp nguồn lõi sắt và biến áp tự ngẫu
c. Biến áp cao tần không lõi d. Biến áp lõi Ferit
e. Biến áp trung tần
Hình 2 -24: Các ký hiệu của biến áp trong sơ đồ mạch điện
K=
Từ thông liên kết giữa hai cuộn sơ cấp và cuộn thứ
Tổng số từ thông sinh ra do cuộn sơ cấp

46
Trong đó: M - hệ số hỗ cảm của biến áp
L1 và L2 - hệ số tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp tương ứng.
Khi K = 1 là trường hợp ghép lý tưởng, khi đó toàn bộ số từ thông sinh ra do cuộn sơ cấp
được đi qua cuộn thứ cấp và ngược lại.
Trên thực tế sử dụng, khi K ≈ 1 gọi là hai cuộn ghép chặt
khi K1 gọi là hai cuộn ghép lỏng
b. Điện áp cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp:
Điện áp cảm ứng ở cuộn sơ cấp và thứ cấp quan hệ với nhau theo tỉ số:
U
U
N
N
1
2
1
2
=
Do đó U2 = U1.
N
N
2
1
(2. 18)
Trong đó U1 - điện áp cảm ứng của cuộn dây sơ cấp.
N
N
2
1
- Hệ số biến áp là tỉ số giữa số vòng dây cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp.
Do đó nếu: N1 = N2 thì U1 = U2 ta có biến áp 1 : 1
N2 N1 thì U2 U1 ta có biến áp tăng áp
N2 N1 thì U2 U1 ta có biến áp hạ áp
c. Dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp:
Quan hệ giữa dòng điện ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp theo tỉ số:
I
I
U
U
N
N
1
2
2
1
2
1
= =
Và dòng điện ở cuộn thứ cấp bằng:
I2 = I1
N
N
1
2
(2. 19)
Ta thấy tỉ số dòng điện cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là tỉ số nghịch đảo của điện áp
cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, nên một biến áp tăng áp cũng chính là một biến áp hạ dòng và
ngược lại.
d. Hiệu suất của biến áp:
Các biến áp thực đều có tổn thất nên người ta ra đưa thông số hiệu suất của biến áp. Hiệu
suất của biến áp là tỉ số giữa công suất ra và công suất vào tính theo %:
η =
P
P
2
1
. 100% =
P
2
P P
2 ton that +
100% (2. 20)
trong đó P1 - công suất đưa vào cuộn sơ cấp
P2 - công suất thu được ở cuộn thứ cấp
Ptổn thất - Công suất điện mất mát do tổn thất của lõi
và tổn thất của dây đồng.
Muốn giảm tổn hao năng lượng trong trong lõi sắt từ, dây đồng và từ thông rò người ta
dùng loại lõi làm từ các lá sắt từ mỏng, có quét sơn cách điện, dùng dây đồng có tiết diện lớn
và ghép chặt.

47
2.4.3. Phân loại và ứng dụng của biến áp.
Biến áp là thiết bị làm việc với dòng điện xoay chiều, còn khi làm việc với tín hiệu xung
gọi là biến áp xung.
Ngoài công dụng biến đổi điện áp, biến áp còn được dùng để cách điện giữa mạch này
với mạch kia trong trường hợp hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cách điện với nhau và được
dùng để biến đổi tổng trở trong trường hợp biến áp ghép chặt.
Biến áp cao tần dùng để truyền tín hiệu có chọn lọc thì dùng loại ghép lỏng, nhưng biến
áp cao tần dùng để biến đổi tổng trở thì dùng loại ghép chặt.
Biến áp ghép chặt lý tưởng có η ≈ 100%, không có tổn thất của lõi và dây (K ≈ 1).
Sau đây là một số loại biến áp thông dụng.
a. Biến áp cộng hưởng:
Đây là biến áp cao tần (dùng ở trung tần hoặc cao tần) có lõi không khí hoặc sắt bụi hoặc
ferit. Các biến áp này ghép lỏng và có một tụ điện mắc ở cuộn sơ cấp hoặc cuộn thứ cấp để tạo
cộng hưởng đơn. Thông thường tần số cộng hưởng được thay đổi bằng cách điều chỉnh vị trí
của lõi hoặc bao lõi.
Nếu dùng hai tụ điện mắc ở hai cuộn hai bên thì ta có thể có cộng hưởng kép hoặc cộng
hưởng lệch.
Để mở rộng dải thông tần, ta dùng một điện trở đệm mắc song song với mạch cộng
hưởng. Lúc đó thì độ chọn lọc tần số của mạch sẽ kém đi.
Thiết kế các biến áp cộng hưởng phải xét đến mạch cụ thể, nhất là đặc tính của các linh
kiện tích cực và phải liên hệ đến điện cảm rò và điện dung phân tán của các cuộn dây.
b. Biến áp cấp điện (biến áp nguồn):
Là biến áp làm việc với tần số 50 Hz, 60 Hz. Biến áp nguồn có nhiệm vụ là biến đổi điện
áp vào thành điện áp và dòng điện ra theo yêu cầu và ngăn cách thiết bị khỏi khỏi nguồn điện.
Các biến áp thường được ghi giới hạn bằng Vôn- Ampe. Các yêu cầu thiết kế chính của
một biến áp cấp điện tốt là:
- Điện cảm cuộn sơ cấp cao để giảm dòng điện không tải xuống giá trị nhỏ nhất.
- Hệ số ghép K cao để điện áp thứ cấp ít sụt khi có tải.
- Tổn thất trong lõi càng thấp càng tốt .
- Kích thước biến áp càng nhỏ càng tốt.
c. Biến áp âm tần:
Biến áp âm tần là biến áp được thiết kế để làm việc ở dải tần số âm thanh khoảng từ 20
Hz đến 20000 Hz. Do đó biến áp này được dùng để biến đổi điện áp mà không được gây méo
dạng sóng trong suốt dải tần số âm thanh, dùng để ngăn cách điện một chiều trong mạch này
với mạch khác, để biến đổi tổng trở, để đảo pha, v.v..
Các yếu tố ảnh hưởng đến biến áp âm tần cần chú ý:
- Đáp ứng tần số:
Ở tần số thấp, công suất ra bị giới hạn chủ yếu bởi điện cảm cuộn sơ cấp.
Đáp ứng tần số bằng phẳng ở khoảng tần số từ 100 Hz đến 10 KHz. Ở khoảng này, sự
thay đổi tần số không gây ảnh hưởng đến điện áp ra U2.

Ở tần số đủ cao, sự mất mát năng lượng do lõi sắt tăng đến mức điện áp ra bị giảm
xuống. Như vậy ở tần số làm việc cao, ảnh hưởng của điện cảm rò và điện dung phân tán giữa
các vòng dây cao hơn.
- Khả năng truyền tải công suất:
Để có thể truyền tải công suất cực đại phải chấp nhận một lượng méo dạng sóng nhất
định. Lượng méo này tuỳ thuộc vào người thiết kế.
Biến áp âm tần có thể dùng lõi sắt từ hoặc lõi ferit, và trên biến áp có ghi công suất (tuỳ
thuộc vào kích thước...), tổng trở cuộn sơ cấp và tổng trở thứ cấp, loại có điểm giữa... Lõi biến
áp âm tần cũng thường có khe không khí để chống bão hòa từ do dòng điện một chiều gây ra.
d. Biến áp xung:
Biến áp xung có hai loại: loại tín hiệu và loại công suất.
Biến áp xung có yêu cầu về dải thông tần khắt khe hơn so với biến áp âm tần. Để hoạt
động tốt ở cả tần số thấp (đỉnh và đáy xung) và ở tần số cao (sườn xung), biến áp xung cần
phải có điện cảm sơ cấp lớn, đồng thời điện cảm rò nhỏ và điện dung giữa các cuộn dây nhỏ.
Để khắc phục các yêu cầu đối kháng này vật liệu lõi cần có độ từ thẩm cao và kết cấu
hình học của cuộn dây thích hợp. Vật liệu lõi của biến áp xung được chọn tùy thuộc vào dải tần
hoạt động có thể là sắt từ hoặc ferit.
e. Biến áp nhiều đầu ra:
Biến áp nhiều đầu ra gồm có 1 cuộn sơ cấp và nhiều cuộn thứ cấp. Điện áp ra ở mỗi cuộn
phụ thuộc vào số vòng dây của cuộn đó cũng như phụ thuộc vào điện áp cuộn sơ cấp và số
vòng dây của cuộn sơ cấp.
48
U2
100Hz 1kHz 10kHz 20kHz f
Hình 2 -25: Đặc tính tần số của biến áp âm tần
Rt1
~
Rt2
Hình 2 -26: Ký hiệu biến áp nhiều đầu ra

Một điều quan trọng cần chú ý là tổng điện áp ra được tính là tổng của các điện áp thứ
cấp nếu các cuộn thứ cấp nối ghép theo kiểu trợ giúp và tất cả các điện áp của các cuộn dây
đều cùng pha.
Nếu 1 trong các cuộn dây ghép nối theo kiểu ngược lại, sao cho điện áp của nó ngược
pha với các điện áp khác thì phải lấy các điện áp khác trừ đi điện áp của nó.
49
Cấu kiện điện tử thụ động thông dụng gồm có điện trở, tụ điện, cuộn cảm và biến áp.
Điện trở (R) được coi là phần tử thông dụng nhất của các mạch điện tử. Đây là cấu kiện
được chế tạo từ chất dẫn điện có điện trở suất cao. Trị số của điện trở được tính theo định luật
Ôm. Điện trở dẫn dòng một chiều và xoay chiều như nhau. Các tham số kỹ thuật chính của
điện trở là:
- Trị số điện trở và dung sai: Trị số điện trở đo bằng đơn vị Ôm (Ω), nó cho biết khả năng
cản điện nhiều hay ít của điện trở; Dung sai của điện trở chỉ phần trăm (%) sai số cho phép
của điện trở so với giá trị danh định của nó.
- Công suất tiêu tán cho phép là công suất điện cao nhất mà điện trở có thể chịu đựng được,
quá trị số này thì điện trở sẽ bị nóng, cháy và hỏng. Tham số này thường được chú ý khi
điện trở làm việc ở mạch điện có dòng điện lớn.
- Hệ số nhiệt của điện trở (TCR) biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ lên trị số của điện trở
thường tính theo đơn vị phần nghìn trên độ bách phân (ppm/oC).
Điện trở được chế tạo và ghi các tham số cần thiết trên thân của nó để người sử dụng có thể
đọc dễ dàng. Có một số cách ghi thông dụng được các nhà sản xuất qui định như ghi trực tiếp,
ghi gián tiếp theo qui ước mã, qui ước màu...
Tụ điện (C) là cấu kiện điện tử được dùng làm phần tử tích điện tích trong mạch. Tụ điện
ngăn cản dòng điện một chiều và dẫn dòng điện xoay chiều. Dòng điện và điện áp trên tụ điện
lệch pha nhau 90 độ. Các tham số kỹ thuật chính của tụ điện là:
- Trị số điện dung và dung sai: Trị số điện dung biểu thị khả năng tích điện của tụ điện và nó
được đo bằng đơn vị Farad (F). Tuy nhiên đơn vị này rất lớn nên trong kỹ thuật thường
dùng các ước số của nó là Micrô Farad (μF), nanô Farad (nF), picô Farad (pF). Dung sai
của điện dung là sai số cho phép tính theo phần trăm (%) so với giá trị điện dung danh định
của tụ điện.
- Điện áp làm việc cho phép (Vdc) là trị số điện áp cao nhất đo bằng vôn mà tụ điện chịu
đựng được, quá giá trị này tụ điện sẽ bị “đánh thủng”.
- Hệ số nhiệt của tụ điện (TCC) biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ lên trị số điện dung được
tính bằng phần triệu trên độ bách phân (ppm/oC).
Cuộn cảm (L) là cấu kiện điện tử dùng để tạo thành phần cảm kháng ở trong mạch. Cuộn
cảm dẫn dòng điện một chiều và tần số thấp dễ dàng, dòng xoay chiều có tần số càng cao qua
càng khó. Cảm kháng của cuộn cảm được tính theo công thức: XL = 2ΠfL. Dòng điện và điện
áp trên cuộn cảm lệch pha 90 độ. Khi sử dụng cuộn cảm chúng ta phải chú ý đến các tham số
kỹ thuật cơ bản sau:
- Điện cảm của cuộn dây ( L) đo bằng henry (H). Điện cảm phụ thuộc vào kích thước của
cuộn dây, số vòng dây và cách quấn dây, vào lõi của cuộn dây.
- Hệ số phẩm chất của cuộn cảm (Q). Xét hệ số phẩm chất của cuộn cảm chúng ta phải xét
về độ tổn hao của cuộn dây. Độ tổn hao được đặc trưng bằng một điện trở nối tiếp với cuộn
dây. Hệ số phẩm chất Q = XL/r (r- điện trở của các thành phần tạo ra cuộn dây).

- Tần số làm việc giới hạn (fg.h.) là tần số cao nhất mà cuộn dây vẫn làm việc bình thường,
vẫn đảm bảo các tham số kỹ thuật của cuộn dây.
Chúng ta đã xem xét một số loại cuộn cảm thông dụng:
+ Cuộn cảm không có lõi, đó là các cuộn cảm làm việc ở tần số cao và siêu cao nên yêu cầu về
điện dung riêng của cuộn cảm phải rất nhỏ, hệ số phẩm chất cao và chúng thường là các cuộn
cộng hưởng.
+ Cuộn cảm lõi fe-rit: là các cuộn cảm làm việc ở tần số cao và trung tần và chúng cũng
thường là cuộn cộng hưởng. Cuộn cảm lõi fe rit có thể điều chỉnh điện cảm được và nó có
nhiều hình dạng khác nhau.
+ Cuộn cảm lõi sắt từ: là các cuộn cảm làm việc ở tần số thấp, thường là cuộn chặn cao tần,
hoặc cuộn lọc nguồn.
Biến áp là cấu kiện dùng để biến đổi điện áp nhờ vào hiện tượng hỗ cảm của các cuộn dây
đặt gần nhau. Cấu tạo cơ bản của biến áp gồm có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Cuộn sơ cấp có
đầu vào thường được đấu với nguồn điện áp cần biến đổi, cuộn thứ cấp thường có đầu ra đấu
với tải tiêu thụ. Khi sử dụng biến áp chúng ta cần chú ý các tham số kỹ thuật cơ bản của chúng.
- Tỉ số điện áp giữa cuôn thứ cấp và cuộn sơ cấp: U2/U1 = N2/N1, trong đó N1 và N2 là số
vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, tương ứng.
- Tỉ số giữa dòng điện thứ cấp và dòng điện sơ cấp: I2/I1 = N1/N2
- Tỉ số giữa trở kháng vào và trở kháng ra: Z2/Z1 = N1/N2
- Hệ số ghép biến áp K
Biến áp có nhiều loại, thông thường được phân chia theo mục đích sử dụng là biến áp cộng
hưởng, biến áp nguồn, biến áp âm tần và biến áp xung. Biến áp cộng hưởng làm việc ở tần số
cao và trung tần, thường là loại không có lõi hoặc lõi fe-rit. Biến áp cộng hưởng dùng để biến
đổi tổng trở thì thuộc loại ghép chặt, còn dùng để truyền tín hiệu có chọn lọc thì thuộc loại
ghép lỏng. Biến áp nguồn dùng để biến đổi điện áp ở tần số công nghiệp (50Hz, 60Hz). Biến
áp nguồn thường dùng lõi sắt từ và là loại ghép chặt. Biến áp âm tần làm việc ở dải tần số âm
thanh nên yêu cầu về đáp ứng tần số phải tốt trong suốt dải tần công tác. Biến áp xung là loại
biến áp làm việc ở chế độ tín hiệu xung nên yêu cầu về đáp ứng tần số còn cao hơn biến áp âm
tần vì nó phải làm việc tốt ở tần số cao cũng như ở tần số thấp. Biến áp âm tần có lõi là sắt từ
hoặc fe-rit tuỳ theo yêu cầu mạch điện.
1. Hãy cho biết các tham số cơ bản của điện trở?
2. Trình bày về các cách phân loại điện trở và nêu ứng dụng của chúng?
3. Cho biết các tham số cơ bản của tụ điện?
4. Nêu các cách phân loại tụ điện, cho một vài ví dụ.
5. Định nghĩa về cuộn cảm và nêu các tham số chính của nó.
6. Trình bày về đặc điểm của cuộn cảm lõi không khí và phạm vi sử dụng của chúng?
7. Trình bày các đặc điểm của cuộn cảm lõi fe-rit và ứng dụng của chúng?
8. Hãy cho biết các đặc tính của cuộn cảm lõi sắt từ và ứng dụng?
9. Nêu định nghĩa, cấu trúc và tham số chính của biến áp?
10. Trình bày về biến áp cộng hưởng?
11. Nêu các yêu cầu và đặc điểm chính của biến áp âm tần?
12. Đặc điểm của biến áp nguồn?
50

13. Dựa vào % dung sai, điện trở được phân chia làm….
a. 3 loại; b. 4 loại; c. 5 loại; d. 6 loại
14. Cấu trúc của biến trở khác với điện trở cố định chủ yếu là do …..
a. vỏ bọc và lõi b. vật liệu cản điện
c. số chân của cấu kiện. d. có thêm con chạy để điều chỉnh trị số điện trở.
15. Biến áp âm tần được thiết kế để làm việc ở dải tần số….
a. từ 0Hz đến 20.000Hz; b. từ 20KHz đến 1MHz
c. từ 20Hz đến 20.000Hz; d. từ 6MHz đến 1GHz
1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”, Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT, năm
2002.
2. Fundamentals of electric circuits, David A. Bell, Prentice-Hall International Editions, 1988
51

cÊu kiÖn ®iÖn tö Điốt bán dẫn
CHƯƠNG 3
ĐIỐT BÁN DẪN
Chương 3 trình bày về các tính chất vật lý điện của lớp tiếp xúc P-N. Lớp tiếp xúc P-N là bộ
phận chính của các cấu kiện bán dẫn. Lớp tiếp xúc P-N bao gồm các ion âm và dương cố định,
chúng không dẫn điện nên lớp tiếp xúc P-N còn được gọi là lớp điện tích không gian hay lớp
nghèo hạt dẫn. Trong chương 3 sẽ trình bày về các tính chất dẫn điện của lớp tiếp xúc P-N khi
được phân cực thuận và phân cực ngược. Cũng trong chương này chúng ta sẽ được giới thiệu
về một cấu kiện bán dẫn chỉ có một lớp tiếp xúc P-N đó là điốt bán dẫn. Điốt bán dẫn có
nguyên lý dẫn điện một chiều và ta cũng nghiên cứu về đặc tuyến vôn-ampe của nó, các tham
số tĩnh của điốt và chế độ động của nó. Ngoài ra chương 3 còn giới thiệu một số loại điôt thông
dụng.
52
NỘI DUNG
3.1. LỚP TIẾP XÚC P-N
3.1.1 Sự tạo thành lớp tiếp xúc P-N và các tính chất điện.
Nếu trên một miếng bán dẫn đơn tinh thể (bán dẫn nguyên tính), bằng các phương pháp
công nghệ, ta tạo ra hai vùng có bản chất dẫn điện khác nhau: một vùng là bán dẫn tạp loại P
và một vùng kia là bán dẫn tạp loại N. Như vậy, tại ranh giới tiếp xúc giữa hai vùng bán dẫn P
và N này sẽ xuất hiện một lớp có đặc tính vật lý khác hẳn với hai vùng bán dẫn P và N, được
gọi là lớp tiếp xúc P-N. Trong lớp tiếp xúc P-N chỉ bao gồm hai khối điện tích trái dấu là các
ion âm bên phía bán dẫn P và ion dương bên phía bán dẫn N. Đây là các ion cố định,không dẫn
điện, do vậy, lớp tiếp xúc P-N còn gọi là vùng điện tích không gian hay vùng nghèo hạt dẫn.
Độ dày của lớp này khoảng 10-4 cm = 10-6 m = micron.
Hình 3.1 mô tả các tính chất điện của tiếp xúc P-N. Trong lớp tiếp xúc tồn tại một điện
trường tiếp xúc hay điện trường khuếch tán (Hình 3-1c) có cường độ là E được tính là tích
phân của mật độ điện tích ρ (trong hình 3-1b). Điện trường tiếp xúc này có chiều tác dụng từ
bán dẫn N sang bán dẫn P.
Sự thay đổi của điện thế tĩnh ở vùng điện tích không gian được chỉ ra ở hình (3-1d). Đó
chính là hàng rào thế năng ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các lỗ trống qua lớp tiếp xúc.
Hình dạng hàng rào thế năng, hình (3-1e), ngăn cản sự khuếch tán của các điện tử từ bán
dẫn N qua lớp tiếp xúc.

- - - -
- - - -
- - - -
- - - -
0,5 cm 0,5 cm
Phía N
2 ρ
Hình 3 - 1 : Đồ thị của tiếp xúc P-N gồm:
a- cấu trúc tiếp P-N ; b- mật độ điện tích
c- cường độ điện trường
d, e- hàng rào thế năng ở tiếp xúc P-N
d V
E dV
3.1.2. Điều kiện cân bằng động của lớp tiếp xúc P-N
Khi dòng điện do các hạt dẫn chuyển động khuếch tán và các hạt dẫn chuyển động trôi
qua tiếp xúc P-N có giá trị bằng nhau thì ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng động,. Do
các dòng điện này ngược chiều nhau nên chúng triệt tiêu lẫn nhau và dòng điện tổng qua lớp
tiếp xúc P-N bằng không. Lúc này lớp tiếp xúc có bề dày ký hiệu là d, điện trở lớp tiếp xúc ký
hiệu là RP/N, cường độ điện trường tiếp xúc ký hiệu là E0 (hay còn gọi là hàng rào thế năng) và
tương ứng với nó có hiệu điện thế tiếp xúc ký hiệu là V0. Các đại lượng này ta sẽ tính được qua
53
Vùng điện tích không gian
V = 0
V0
khoảng cách từ tiếp xúc P-N
khoảng cách từ tiếp xúc P-N
E = 0
E0
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
-
-
-
-
-
-
-
-
+ +
+ +
+ +
+ +
Ion nhận
Lỗ trống
Ion cho
Điện tử tự
do
BD loại P BD loại N
a/
b/ Mật độ điện tích ρ
dX 2
e
= −
(e=2,73)
10-4cm
+
-
c/ Cường độ điện
trường tiếp xúc E
∫ ρ
= − = dX
dX e
d/ Điện thế tĩnh V hoặc
hàng rào thế năng đối
với lỗ trống
e/ Hàng rào thế
năng đối với điện
tử
Mặt tiếp xúc

các công thức dưới đây. Do lớp tiếp xúc P-N là vùng nghèo hạt dẫn nên điện trở của nó lớn
hơn nhiều điện trở của hai vùng bán dẫn P và N (RP/N RN và RP).
Điều kiện cân bằng này giúp ta tính được độ cao của hàng rào thế năng V0 phụ thuộc
vào nồng độ tạp chất cho và tạp chất nhận. Giá trị của V0 khoảng từ vài phần mười vôn.
Theo hình (3- 2) ta thấy mức năng lượng Fecmi của cả hai phần bán dẫn P và N nằm trên
một đường thẳng. Mức năng lượng E0 - thế năng của điện tử hay hàng rào thế năng của điện tử
ở tiếp xúc P-N khi nó ở trạng thái cân bằng là:
E0 = ECp - ECn = EVp - EVn (3 . 1)
ECP Vùng dẫn Vùng dẫn
Ei
Bán dẫn loại P Bán dẫn loại N
Tiếp xúc P-N
EVP
E0
Hình 3 - 2: Đồ thị vùng năng lượng của tiếp xúc P-N khi hở mạch
(trạng thái cân bằng).
Phác họa này minh họa cho hình 3-1e và biểu thị thế năng của điện tử.
Bề rộng vùng cấm EG [eV].
Hiệu điện thế tiếp xúc V0 ở tiếp xúc P-N trong trạng thái cân bằng nhiệt động được tính
= − = (3. 2)
2 (3. 3)
54
theo công thức sau:
V V V V ln N N
D A
0 n p T 2
i
n
Tương ứng với V0 ta có cường độ điện trường tiếp xúc ở trạng thái cân bằng nhiệt động
E0 là:
E0 = KT ln
N N
n
D A
i
Trong đó E0 đo bằng [eV], và V0 đo bằng [V] .
Ngoài ra, hiệu điện thế tiếp xúc E0 còn được tính theo công thức sau:
E0 = KT ln
P
P
P0
n0
= KT ln
n
n
n0
P0
(3. 4)
Chỉ số 0 trong công thức trên để biểu thị rằng các nồng độ hạt dẫn này được tính ở điều
kiện cân bằng nhiệt động.
3.1.3. Lớp tiếp xúc P-N khi phân cực thuận.
EVn
Vùng hóa trị Vùng hóa trị
Ei
EF
ECn
E0

Tiếp xúc P-N được phân cực thuận khi ta đặt một nguồn điện áp bên ngoài lên lớp tiếp
xúc P-N có chiều cực dương được nối vào bán dẫn loại P và cực âm nối vào bán dẫn N.
Điện trở
tiếp xúc
kim loại
Hình 3 - 3: Tiếp xúc P – N phân cực thuận và đồ thị dải năng lượng của nó
Chiều tác dụng của điện trường ngoài ngược lại với chiều tác dụng của điện trường tiếp xúc
trong lớp tiếp xúc P-N nên lúc này lớp tiếp xúc P-N không còn ở trạng thái cân bằng động nữa.
Điện trường trong lớp tiếp xúc giảm xuống, hàng rào thế năng giảm xuống một lượng bằng
điện trường ngoài:
ET.X. = E0 - Engoài (3. 5)
Do đó phần lớn các hạt dẫn đa số dễ dàng khuếch tán qua tiếp xúc P-N, kết quả là dòng
điện qua tiếp xúc P-N tăng lên. Dòng điện chạy qua chạy qua tiếp xúc P-N khi nó phân cực
thuận gọi là dòng điện thuận Ith.
Khi tăng điện áp thuận lên, tiếp xúc P-N được phân cực thuận càng mạnh, hiệu điện thế
tiếp xúc càng giảm, hàng rào thế năng càng thấp xuống, đồng thời điện trở lớp tiếp xúc giảm,
bề dày của lớp tiếp xúc cũng giảm, các hạt dẫn đa số khuếch tán qua tiếp xúc P-N càng nhiều
nên dòng điện thuận càng tăng và nó tăng theo qui luật hàm số mũ với điện áp ngoài.
Khi điện áp thuận có giá trị xấp xỉ với V0, dòng điện chạy qua tiếp xúc P-N thực sẽ được
khống chế bởi điện trở thuận của tiếp xúc kim loại và điện trở khối tinh thể. Do vậy đặc tuyến
Vôn-Ampe gần giống một đường thẳng.
3.1.4. Lớp tiếp xúc P-N khi phân cực ngược.
Lớp tiếp xúc P-N được phân cực ngược khi ta đặt một nguồn điện áp ngoài sao cho cực
dương của nó nối với phần bán dẫn N, còn cực âm nối với phần bán dẫn P. Khi đó điện áp
ngoài sẽ tạo ra một điện trường cùng chiều với điện trường tiếp xúc E0, làm cho điện trường
trong lớp tiếp xúc tăng lên:
ET.X. = E0 + Engoài (3. 6)
Tức là hàng rào thế năng càng cao hơn. Các hạt dẫn đa số khó khuếch tán qua vùng điện tích
không gian, làm cho dòng điện khuếch tán qua tiếp xúc P-N giảm xuống so với trạng thái cân
bằng.
55
Vngoài -
+
-
-
-
-
+
+
+
+
P N
E0 Engoài
ECp
Ei
EF
EVp
E0-Engoài
ECn
EF
Ei
EVn

Hình 3 - 4: Tiếp xúc P – N phân cực ngược và đồ thị dải năng lượng của nó
Đồng thời, do điện trường của lớp tiếp xúc tăng lên sẽ thúc đẩy quá trình chuyển động
trôi của các hạt dẫn thiểu số và tạo nên dòng điện trôi có chiều từ bán dẫn N sang bán dẫn P và
được gọi là dòng điện ngược Ingược.
Nếu ta tăng điện áp ngược lên, hiệu điện thế tiếp xúc càng tăng lên làm cho dòng điện
ngược tăng lên. Nhưng do nồng độ các hạt dẫn thiểu số có rất ít nên dòng điện ngược nhanh
chóng đạt giá trị bão hòa và được gọi là dòng điện ngược bão hòa I0 có giá trị rất nhỏ khoảng
từ vài nA đến vài chục μA.
Dòng điện qua tiếp xúc P-N:
a. Dòng điện thuận:
Khi tiếp xúc P-N phân cực thuận, qua nó có dòng điện thuận. Đó là dòng điện do các hạt
56
dẫn đa số khuếch tán qua tiếp xúc P-N. Ta có:
Nồng độ Pn
Phần bán dẫn N
Pn(0)
Các điện tích được phun vào
Pn(0)
Pn(x)
Pno
x=0 x khoảng cách x
Tiếp xúc P-N
Hình 3 - 5: Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn N
khi tiếp xúc P-N phân cực thuận (Pn(0) Pno
Vngoài
+
- - - +
- -
- -
- -
+
+ +
+ +
+ +
P N
Engoài E0
ECp
Ei
EF
EVp
E0+Engoài
ECn
EF
Ei
EVn

+ Dòng điện lỗ trống IPn(0) đi qua tiếp xúc P-N về phía bán dẫn N là (khi x = 0)
V
VT ⎛ −
+ (3. 10)
i +
2 = A0 T3 e ATe -
V
−) (3. 13)
57
IPn(0) =
S.q .D P
L
e P no
P
⎝ ⎜
⎞
1 (3. 7)
⎠ ⎟
Trong đó: IPn(0) - là dòng điện do các lỗ trống khuếch tán qua tiếp xúc P-N.
S - là diện tích mặt tiếp xúc.
q - điện tích của điện tử.
DP - Hệ số khuếch tán của lỗ trống.
LP - Độ dài khuếch tán của lỗ trống.
Pno - Nồng độ hạt dẫn lỗ trống bên bán dẫn N.
V - Điện áp phân cực thuận.
VT - Điện thế nhiệt (VT = KT
q
T
11600
= ).
e - số tự nhiên (= 2,73)
Ở đó Pno( e
V
VT - 1) = Pn(0) gọi là mật độ lỗ trống phun vào phía bán dẫn N.
+ Dòng điện điện tử Inp(0) khuếch tán qua tiếp xúc P-N vào phía bán dẫn P là:
Inp(0) =
S.q.D n
L
e n po
n
V
VT −
⎛
⎝ ⎜⎜
⎞
⎠ ⎟⎟
1 (3. 8)
Dòng điện qua tiếp xúc P-N là tổng của 2 thành phần dòng điện IPn(0) và Inp(0), vậy ta
có:
I = IPn(0) + Inp(0) = I0( e
V
VT − 1) (3. 9)
Trong đó I0 gọi là dòng điện ngược bão hòa và có biểu thức:
I0 =
S.q.D P
L
S.q.D n
L
P no
P
n po
n
b. Dòng điện ngược bão hòa:
Thay các giá trị Pno = Pn và npo = np ta có công thức tính dòng điện I0 :
I0 = S.q.
D
L N
D
L N
P n
n
P D
n A
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
. 2 (3. 11)
Trong đó:
ni
E
KT
0
3
-
V
V
Go G0
= T
Ở đây có VGo là điện áp có cùng đại lượng với EGo (năng lượng vùng cấm ở 00K)
Do đó sự phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng I0 là:
I0 = K1 T2 e
V
V
G0
T
− (3. 12)
trong đó K1 là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ, và dòng điện tổng được tính gần đúng là:
I = I0 ( e VT 1
3.1.5. Đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N.

Đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua
Ithuận (mA)
0 +Vngoài
Ingược (μA)
Hình 3 - 6: Đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N lý tưởng
58
tiếp xúc và điện áp ngoài đặt lên tiếp xúc:
I = f(Vngoài)
Dòng điện liên quan với điện áp theo công thức (3.13):
V
− )
I = I0 ( e VT 1
VT -điện thế nhiệt của bán dẫn. Ở nhiệt độ trong phòng VT=0,026V= 26mV.
Dạng đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N mô tả ở hình (3-6):
Kết luận:
I0
Qua đặc tuyến Vôn-Ampe dòng điện thuận đo bằng mA, còn dòng điện ngược chỉ đo
bằng μA. Điều này cho thấy tiếp xúc P-N chỉ dẫn điện một chiều khi tiếp xúc P-N được phân
cực thuận:
Ithuận Ingược = - I0 ( vì I0 ≈0)
và được gọi là hiệu ứng chỉnh lưu.
3.2. ĐIỐT BÁN DẪN
3.2.1. Cấu tạo của điôt và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện.
Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu là
A) và catốt (ký hiệu là K). Anốt được nối tới bán dẫn P, catốt được nối với bán dẫn N được bọc
trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp.
A P N K A K
Lớp tiếp xúc P-N
a/ Cấu tạo b/ Ký hiệu
Hình 3-7: Cấu tạo và ký hiệu của điốt bán dẫn trên sơ đồ mạch.

UAK R
-
Hình 3 - 8: Sơ đồ nguyên lý của điôt
Ithuận (mA)
Ith.max
Uđ.t. 0,1Ith.max
- 0
2
UD
1 μA
+UAK
Hình 3 - 9: Đặc tuyến V-A của điốt bán dẫn
59
3.2.2. Nguyên lý hoạt động của điôt.
Hoạt động của điốt dựa trên tính dẫn điện một chiều của tiếp xúc P-N.
Hình 3-8 mô tả sơ đồ nguyên lý đấu điốt.
+
I
Khi đưa điện áp ngoài có cực dương vào anốt, âm vào catốt (UAK 0) thì điốt sẽ dẫn điện
và trong mạch có dòng điện chạy qua vì lúc này tiếp xúc P-N được phân cực thuận.
Khi điện áp ngoài có cực âm đưa vào anốt, cực dương đưa vào catốt (UAK 0) điốt sẽ
khóa vì tiếp xúc P-N phân cực ngược, dòng điện ngược rất nhỏ (I0 ≈ 0) chạy qua .
3.2.3 Đặc tuyến vôn-ampe của điốt bán dẫn.
Đặc tuyến vôn- ampe của điốt biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện qua điốt với điện áp
đặt giữa hai chân cực anốt và catốt (UAK). Đây chính là đặc tuyến vôn-ampe của lớp tiếp xúc
P-N, do vậy dòng điện chạy qua điôt được tính theo công thức sau:
U
AK
e V
- 1)
I = ( T
0
IHình 3- 9 mô tả đặc tuyến Vôn-Ampe của một điốt thực. Ta thấy:
Phần thuận của đặc tuyến (khi UAK 0):

Khi điốt được phân cức thuận thì dòng điện thuận tăng rất nhanh. Ta phải chú ý đến giá
trị dòng điện thuận cực đại Ithuận max, điôt không được làm việc với dòng điện cao hơn trị số
này.
Khi UAK 0 nhưng trị số nhỏ thì dòng điện thuận quá nhỏ nên đi ốt chưa được coi là phân
cực thuận. Chỉ khi điện áp thuận UAK ≥ UD thì đi ốt mới được tính là phân cực thuận và điốt
mới dẫn điện. Điện áp UD được gọi là điện áp thuận ngưỡng của điôt. Khi UAK = UD thì dòng
điện thuận có trị số bằng khoảng 0,1Ith.max. và khi UAK UD thì dòng điện thuận tăng nhanh và
tăng gần như tuyến tính với điện áp. UD có giá trị bằng (0,1 ÷ 0,3)V đối với điốt gecmani và
bằng (0,4 ÷ 0,8)V đối với điốt silic.
60
Phần ngược của đặc tuyến Vôn-Ampe:
Khi ⎜UAK⎜lớn hơn vài lần VT thì dòng điện ngược có giá trị bằng I0 và giữ nguyên giá trị
này. Khi UAK 0 tăng lên đến trị số Uđ.t. thì dòng điện tăng vọt, ta gọi đây là hiện tượng đánh
thủng tiếp xúc P-N. Hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N làm mất khả năng chỉnh lưu của điôt
và thông thường nó làm hỏng điốt, trừ điôt Zener là điôt sử dụng hiện tượng đánh thủng để ổn
định điện áp. Điện áp tại điểm đánh thủng ta gọi là điện áp đánh thủng và ký hiệu là Uđ.t..
Có hai hiện tượng đánh thủng:
- Đánh thủng về điện (đường 1)
- Đánh thủng về nhiệt (đường 2)
+ Đánh thủng về nhiệt xảy ra do tác động nhiệt. Hiện tượng đánh thủng về nhiệt thường
xảy ra đối với điôt gecmani. Lúc này từng đôi điện tử và lỗ trống được sinh ra do tác dụng của
nhiệt năng làm cho dòng điện tăng lên còn sụt áp trên điôt giảm.
+ Đánh thủng về điện hay xảy ra đối với điôt silic và nó có ý nghĩa thực tế hơn. Hiện
tượng đánh thủng về điện thường xảy ra theo 2 cơ chế sau:
- Đánh thủng đường hầm: là sự đánh thủng xảy ra ở một giá trị điện trường nào
đó gọi là giá trị tới hạn Et.h. đặt lên tiếp xúc P-N. Điều kiện để xảy ra hiện tượng đánh thủng
đường hầm là:
⎜E⎜max = Et.h.
Thông thường Et.h. = 3.107 V/m đối với điôt gecmani và Et.h. = 8.107 V/m đối với điôt silic.
- Đánh thủng thác lũ: là sự ion hóa các nguyên tử của mạng tinh thể bởi sự va
chạm với các hạt tải điện mang năng lượng lớn.
Điện áp đánh thủng: Tuỳ theo vật liệu mà điện áp đánh thủng có thể từ vài vôn đến hàng
chục ngàn vôn.
3.2.4 Các tham số tĩnh của điôt.
Để đánh giá, lựa chọn và sử dụng điôt chúng ta phải biết các tham số kỹ thuật của nó.
Các tham số cơ bản của điôt:
a. Điện trở một chiều hay còn gọi là điện trở tĩnh: R0
Là điện trở của điôt khi làm việc ở chế độ nguồn một chiều hoặc tại chế độ tĩnh
R0 = U
I
[ Ω] (3.14)
Điện trở một chiều R0 chính là nghịch đảo góc nghiêng của đặc tuyến Vôn-Ampe tại
điểm làm việc tĩnh M (góc θ1).

I (mA)
I M
θ1 θ2
0 U UAK (V)
Hình 3 - 10: Xác định điện trở một chiều và điện trở động của điôt.
Thông thường, do tính dẫn điện một chiều của điôt nên R0thuận R0ngược.
VT (3. 16)
61
b. Điện trở động Ri :
Là một tham số quan trọng và Ri tỉ lệ với cotang góc nghiêng của đường tiếp tuyến với
đặc tuyến Vôn-Ampe tại điểm làm việc tĩnh M của điôt (cotg θ2).
dU
Ri
=
dI
[Ω] (3. 15)
Do tính dẫn điện một chiều nên I I0 và ⎜
U ⎜ 1, do đó:
T V
Ri =
I
Ta thấy rằng tại một điểm làm việc thì R0 Ri (vì có góc θ2 θ1).
c. Điện dung của điôt: Cd (hay điện dung của tiếp xúc P- N)
Điện dung của tiếp xúc P- N gồm có 2 thành phần là điện dung rào thế (ký hiệu C0) và
điện dung khuếch tán (ký hiệu Ck.t.). Ta có:
Cd = C0 + Ck.t. (3. 17)
+ Điện dung rào thế C0 :
Sự tăng các điện tích khi đặt điện áp ngược lên tiếp xúc P-N gọi là hiệu ứng điện dung.
Độ gia tăng của điện dung này sẽ là:
C0 = ⎜
dQ
dU
⎜ (3. 18)
Trong đó dQ là sự gia tăng của điện tích do sư thay đổi dU của điện áp.
Tham số C0 không phải là một trị số cố định, nó phụ thuộc vào trị số điện áp ngược đặt
vào tiếp xúc P-N và được xác định theo công thức (3.18).
Ngoài ra, mật độ điện tích là một hàm của bề dày lớp tiếp xúc, do đó điện dung C0 có thể
tính theo công thức:
C0 =
ε εr 0S
d
(3. 19)
Trong đó S : diện tích mặt tiếp xúc

d : bề dày lớp tiếp xúc
εr : hằng số điện môi tương đối của chất bán dẫn
ε0 : độ thẩm thấu điện của không khí
Khi tăng điện áp ngược, bề dày lớp tiếp xúc tăng nên trị số C0 giảm xuống.
62
+ Điện dung khuếch tán: Ck.t.
Điện dung khuếch tán chỉ xuất hiện khi có hiện tượng khuếch tán xảy ra. Do đó khi điốt
phân cực thuận thì Ck.t. C0 , còn khi điốt phân cực ngược thì Ck.t. = 0 và Cd = C0.
Đối với đi ốt bán dẫn, điện dung tiếp xúc P-N gây nhiều ảnh hưởng xấu cho điốt khi làm
việc ở tần số cao. Do đó, để đảm bảo cho điốt làm việc ở cao tần và siêu cao tần thì trị số điện
dung phải nhỏ và các điốt này phải là các điốt tiếp điểm để diện tích mặt tiếp xúc nhỏ và tần số
làm việc giới hạn khoảng 300 ÷ 600 MHz, có loại tới hàng chục GHz.
d. Điện áp ngược cực đại cho phép: Ungược max
Là giá trị điện áp ngược lớn nhất có thể đặt lên điôt mà nó vẫn làm việc bình thường.
Thông thường trị số này được chọn khoảng 0,8Uđ.t. [V]; Điện áp ngược cực đại Ung. ma x được
xác định bởi kết cấu của điốt và nó nằm trong khoảng vài vôn đến 10 ngànVôn.
e. Khoảng nhiệt độ làm việc:
Là khoảng nhiệt độ đảm bảo điôt làm việc bình thường. Tham số này quan hệ với công
suất tiêu tán cho phép của điôt.
Pttmax = ImaxUAKmax (3. 20)
Khoảng nhiệt độ làm việc của điôt gecmani khoảng từ - 600C đến +850C , cho điôt silic
khoảng từ - 600C đến +1500C.
3.2.5 Sự phụ thuộc của đặc tuyến Vôn-Ampe vào nhiệt độ.
Như công thức tính dòng điện qua tiếp xúc P-N:
U
− )
I = I0 ( e VT 1
Ta thấy sự phụ thuộc của dòng điện vào nhiệt độ thông qua tham số điện thế nhiệt VT và dòng
điện ngược bão hòa I0. Dòng điện ngược bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức được
viết gần đúng là:
V
G0
V
-e
I0 = K Tm T
(3. 21)
Trong đó K - là một hằng số
VGo - là năng lượng vùng cấm đo bằng Jun
Qua thực nghiệm người ta thấy rằng, đối với cả hai loại điôt Ge và Si, dòng điện ngược
bão hòa tăng xấp xỉ gấp 2 lần đối với mỗi một sự tăng nhiệt độ lên 100C.
Để cho dòng điện không đổi khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp đặt lên điốt phải giảm với
tốc độ là:
dU
dT
= - 2,1 mV/ 0C cho Ge và bằng - 2,3 mV/ 0C cho Si.

Trong điều kiện điôt làm việc ở nhiệt độ phòng và điện áp ngưỡng UD=0,2V cho điôt Ge
I0

A RS RP/N LS K
C0.
CP Ck.t.
Hình 3 - 11: Sơ đồ tương đương vật lý tổng quát của điôt bán dẫn.
63
và UD = 0,6 V cho điôt Si.
3.2.6 Chế độ động của điôt.
Khi điôt làm việc trong các chế độ tín hiệu biến đổi ta gọi đó là chế độ động của điôt.
Đối với điôt có các sơ đồ tương đương khi nó phân cực thuận và phân cực ngược.
Sơ đồ tương đương vật lý của một điôt bán dẫn:
Điôt được coi như một mạng hai cực và sơ đồ tương đương của nó như mô tả ở hình 3-
11. Trong hình có:
RS - điện trở nối tiếp,là điện trở tiếp xúc kim loại, chân cực và của hai phần bán dẫn N và
P.
CP - điện dung song song, là điện dung của chân cực và hai phần bán dẫn N và P.
LS - điện cảm nối tiếp, là điện cảm của chân cực điôt
RP/N - điện trở của tiếp xúc P – N.
C0 - điện dung rào thế của tiếp xúc P – N.
Ck.t - điện dung khuếch tán của tiếp xúc P – N.
I0 – nguồn dòng
3.2.6.1 Các sơ đồ tương đương khi điôt phân cực thuận.
a. Sơ đồ một khóa điện tử ở trạng thái đóng:
Khi phân cực thuận, điện áp phân cực UD = 0,6V cho điôt Si, và UD = 0,2V cho điôt Ge
là quá nhỏ so với các điện áp khác nên có thể bỏ qua. Điốt lúc này coi như ngắn mạch.
I
I I
A K A K
U = UD VD ≈ 0
0 UAK
a/ Mô hình điôt phân cực thuận với VD = 0,6V ≈ 0V

dV = = (3. 22)
R = V
64
b. Sơ đồ một nguồn áp lý tưởng:
Sơ đồ này đúng với nguồn điện áp VD = 0,6V đối với điôt Si và VD = 0,2V đối với điôt
Ge.
c. Sơ đồ một nguồn điện áp thực:
Trong trường hợp này điôt được coi như một nguồn điện áp thực gồm có nguồn điện áp
và nội trở của nó chính là Ri .
Ri =
V
T
M
KT
M I
qI
dI
d. Sơ đồ một điện trở Ri ở chế độ tín hiệu nhỏ tần số thấp:
Ở chế độ này điôt được coi như một phần tử tuyến tính.
I
I + -
A K A K
UD = 0,6V
U = UD UD = 0,6V UAK
Hình 3 -13: Điôt là một nguồn điện áp lý tưởng
I
I A Ri K IM M
A K
U = UD UD
UD UM UAK
Hình 3 -14: Điôt là một nguồn điện áp thực
T
E/R
K
A K A
IM+i R
e ~
+
UM+
M
i I
I
M
M2
M
u
i
Ri IM

Chế độ động là chế độ điôt làm việc với nguồn xoay chiều e.
Ở chế độ động thì điểm làm việc M nằm trên đoạn thẳng M1M2, và điôt được coi như
một phần tử tuyến tính (điện trở Ri) và xung quanh điểm M ta có thể sử dụng định luật Ôm như
sau:
E/R
A K M2 (t=0)
IM M t
Ck,t, UM
65
u = Ri i = Ri e
R +Ri
(3. 23)
e. Sơ đồ tương đương ở chế độ tín hiệu nhỏ tần số cao:
Ở chế độ này điôt được coi như một điện trở thuận Ri mắc song song với một điện dung
khuếch tán Ck.t..
Điện dung Ck.t. xuất hiện trong khoảng thời gian τ là khoảng thời gian lệch pha giữa i và
u. Điện dung Ck.t. được xác định:
Ck.t. =
τ
Ri
trong đó τ có giá trị khoảng vài ns đến μs.
I i
M1
A Ri K
0 UAK
u
3.2.6.2 Sơ đồ tương đương của điôt khi phân cực ngược.
a. Sơ đồ một khóa ở trạng thái hở:
i = 0 S
A K A K
i = 0
Hình 3 -17: Điôt là một khóa hở
t
Hình 3 -16: Điôt ở chế độ tín hiệu nhỏ tần số cao

i = -I0 i = -I0
A K A
K
Hình 3 -18: Điôt là một nguồn dòng lý tưởng
Ct.x
A K A K
Ungược Ungược
Hình 3 -19: Điôt như một tụ điện
1 Với n = 2 ÷ 3
66
b. Sơ đồ một nguồn dòng lý tưởng:
c. Sơ đồ một điện dung chuyển tiếp ở chế độ tín hiệu nhỏ:
Ct.x. - Đây là điện dung có trị số biến thiên cùng với sự biến thiên của điện áp ngược đặt
lên nó theo qui luật:
Ct.x. =
C
V
0
nguoc
n
So với điện dung thuận Ck.t. thì điện dung Ct.x. nhỏ hơn từ 100 đến 1000 lần.
3.2.7 Ứng dụng và phân loại điôt.
Có nhiều cách phân loại điốt: có thể dựa vào vật liệu chế tạo, vào ứng dụng, vào công
nghệ chế tạo, v.v.. có các loại điốt tiếp mặt, điốt tiếp điểm, điốt chỉnh lưu, điốt ổn áp, điốt tách
sóng, điốt âm tần, điốt cao tần, v.v.. Sau đây ta nói đến một số loại điốt thường sử dụng.
a. Điốt chỉnh lưu:
Điốt chỉnh lưu sử dụng tính dẫn điện một chiều để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành
một chiều.
Đặc tính của điốt chỉnh lưu là các đại lượng dòng điện thuận cực đại Imax cho phép xác
định dòng chỉnh lưu cực đại và điện áp ngược tối đa cho phép Ung.Max. sẽ xác định điện áp
chỉnh lưu lớn nhất. Thông thường ta chọn trị số điện áp ngược cho phép Ung.Max. = 0,8 Uđ.t..

a/ D U~
U~ Rt t
b/ UR
Hình 3 -20 : a. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ và dạng điện áp trên tải
b. Mạch chỉnh lưu toàn sóng (cả chu kỳ) và dạng điện trên tải
Hiện nay điốt chỉnh lưu phổ biến nhất là điốt Silic vì có nhiệt độ làm việc cao. Điốt chỉnh
lưu Gemani dùng cho các chỉnh lưu công suất nhỏ. Dòng điện chỉnh lưu và điện áp ngược cho
phép phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nên các điốt công suất thường được gắn trên các
bộ tỏa nhiệt.
Hình 3-20: Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu.
Điốt chỉnh lưu Gecmani: Là điốt chế tạo từ chất bán dẫn Ge.
Điốt chỉnh lưu gecmani có dòng điện ngược bão hòa khá nhỏ khoảng vài trăm
micrôampe. Điện áp ngược tối đa cho phép không vượt quá 400 V. Đặc tuyến phần ngược có
đoạn bão hòa và hiện tượng đánh thủng xẩy ra thường là đánh thủng về nhiệt nên đặc tuyến có
đoạn điện trở âm.
Nhiệt độ làm việc giới hạn của điốt chỉnh lưu Ge là 75°C. Các điốt chỉnh lưu Ge công
suất lớn thường phải dùng các phương pháp tỏa nhiệt tốt.
Điện dung của điốt khá lớn (hàng chục pF) nên điốt Ge thường dùng ở tần số thấp.
Điốt chỉnh lưu Silic: Là các điốt được chế tạo từ chất bán dẫn Si
Phần ngược của đặc tuyến V-A của điốt Si không có đoạn bão hòa rõ rệt. Điện áp ngược
tối đa cho phép cao hơn nhiều so với điốt Ge và khi chưa bị đánh thủng thì làm việc khá ổn
định. Nhiệt độ làm việc giới hạn của điốt Silic là 125°C.
Điốt Silic có điện áp đánh thủng có thể lên tới 2500 V và hiện tượng đánh thủng về điện
67
là chủ yếu.
Điốt chỉnh lưu đa tinh thể
Là loại điốt được dùng khá rộng rãi. Thông thường các điốt này được lắp ghép sẵn theo
một sơ đồ nhất định tạo thành các cột chỉnh lưu.
Điốt chỉnh lưu đa tinh thể thường gặp là điốt Sêlen, điốt ôxit đồng.
b. Điốt ổn áp (Zêne):
D3 D1
U~
t
D2 D4 Rt UR
t

Người ta sử dụng chế độ đánh thủng về điện của chuyển tiếp P-N để ổn định điện áp.
Điện áp đánh thủng của điốt phụ thuộc vào bề dày của lớp tiếp xúc P-N, nghĩa là phụ thuộc vào
nồng độ tạp chất đưa vào bán dẫn.
Trong hình 3 -21a là mạch ổn áp dùng điốt Zêne:
E0 - là điện áp một chiều cần ổn định
r - là điện trở hạn chế để hạn chế dòng điện trong mạch
D - điốt ổn áp
Rt - tải tiêu thụ điện áp đã được ổn áp
Hình 3 -21: Mạch điện ổn áp và đặc tuyến V-A
Độ ổn áp của mạch được tính theo công thức:
68
ΔUôđ =
ΔE
1+ r
R
r
R
0
+
t i
Các tham số chủ yếu của điốt ổn áp
- Điện áp ổn định Uô.đ = Uđánh thủng
- Điện trở trong Ri =
U
I
Δ
Δ
(Ri càng nhỏ chất lượng ổn định càng cao)
- Imin - trị số dòng điện tại điểm mà hiện tượng đánh thủng ổn định
- Imax - trị số dòng điện cực đại qua điốt được xác định bởi công suất tiêu tán cực đại trên
điốt (nếu I Imax điốt bị cháy)
b. Điốt xung:
Ở chế độ xung, điốt được sử dụng như khóa điện tử gồm có hai trạng thái: dẫn khi điện
trở của điốt rất nhỏ và khóa khi điện trở của nó rất lớn.
Điốt xung có các thông số sau:
- Giá trị dòng điện thuận và dòng điện ngược: giá trị dòng điện thuận cực đại của điôt làm
việc ở chế độ xung lớn hơn ở chế độ liên tục rất nhiều.
- Thời gian ổn định điện áp thuận t0: là khoảng thời gian kể từ thời điểm cấp xung dương vào
điốt cho tới khi đạt giá trị 1,1 lần giá trị điện áp thuận ổn định.
- Thời gian phục hồi khả năng ngắt tp : là khoảng thời gian kể từ thời điểm khi điốt dẫn dòng
điện ngược cho tới khi dòng ngược đạt giá trị 0,1 lần giá trị dòng ngược cực đại.
Theo trị số tp người ta chia điốt xung làm 3 loại chính:
+ Loại tốc độ cao có : tp 10 nsec
I
I0
Uô.đ.± ΔUô.đ Uô.đ.
0 UAK
Id IR Imin
E0 ± ΔE0 D R
Pttmax Imax
a/
b/
r
+

+ Loại tốc độ trung bình có : 10 nsec tp 100 nsec
+ Loại tốc độ thấp có : tp 100 nsec
A K
69
d. Đi ốt Sốtky (Schottky)
Các điốt xung có các loại điốt hợp kim, điốt mêza, điốt Sôtky. Trong đó điốt Sốtky được
dùng rộng rãi nhất. Điốt Sốtky sử dụng tiếp xúc bán dẫn - kim loại. Thời gian phục hồi chức
năng ngắt của điốt Sốtky có thể đạt tới 100psec. Điện áp phân cực thuận cho điôt Sôtky khoảng
UD = 0,4V, tần số làm việc cao đến 100 GHz.
Ký hiệu của điôt Sotky trong các sơ đồ mạch điện:
e. Điốt biến dung (varicap):
Là loại điốt bán dẫn được sử dụng như một tụ điện có trị số điện dung điều khiển được
bằng điện áp.
Nguyên lý làm việc của điốt biến dung là dựa vào sự phụ thuộc của điện dung rào thế của
tiếp xúc P-N với điện áp ngược đặt vào nó.
Trị số điện dung cực đại của điốt biến dung phụ thuộc vào loại điốt và có trị số vào
khoảng từ (5 ÷ 300) pF.
Varicap thường được dùng trong các mạch dao động cần điều khiển tần số cộng hưởng
bằng điện áp ở lĩnh vực siêu cao tần.
f. Điốt tunen (hay điốt xuyên hầm):
Điốt được chế tạo từ chất bán dẫn có nồng độ tạp chất rất cao, thông thường n = (1019 ÷
1023)/cm3.
Loại điốt này có khả năng dẫn điện cả chiều thuận và chiều ngược.
Hiệu ứng tunen là hiện tượng các hạt dẫn chuyển động qua tiếp xúc P-N mà không bị tổn hao
năng lượng.
Ký hiệu của điôt tunen và đặc tuyến Vôn-Ampe
C (PF)
A K
a/
- 0 +UAK
b/
Hình 3 -22: a- Ký hiệu của điôt biến dung trong sơ đồ mạch
b- Sự phụ thuộc của điện dung chuyển tiếp P-N
theo điện áp ngược đặt lên nó
I (mA)
IMax A
A K

Đặc tuyến V-A của điốt tunen ở phần thuận có đoạn điện trở âm AB. Người ta sử dụng
đoạn đặc tuyến AB này để tạo các mạch dao động phóng nạp. Điốt tunen có kích thước nhỏ, độ
ổn định cao và tần số làm việc lên tới hàng nghìn MHz.
g. Điốt cao tần:
Các điốt cao tần thường là loại điốt tiếp điểm và thường dùng để xử lý các tín hiệu cao
tần như:
Điốt tách sóng dùng để tách tín hiệu tần thấp từ dao động điều biên.
Điốt trộn sóng dùng để thay đổi tần số sóng mang của dao động điều biên.
Điốt điều biến dùng để điều biến các dao động cao tần (sóng mang) theo các tín hiệu âm
tần..
A K
IC i R
C L1 L2 C Tín hiệu
a/ t
b/
Hình 3 -24: a- Mạch tách sóng AM;
b- tín hiệu âm tần
và sóng mang trong quá trình tách sóng
70
Sóng mang
t
âm tần
UT.B
t
Trong chương 3 đã trình bày về sự hình thành của lớp tiếp xúc P-N, các tính chất đặc
biệt về điện của lớp tiếp xúc P-N và quan trọng là tính dẫn điện một chiều của nó: chỉ khi tiếp

xúc P-N phân cực thuận thì nó mới dẫn điện. Dòng điện chạy qua tiếp xúc P-N được tạo nên do
hai loại hạt dẫn là hạt dẫn điện tử và hạt dẫn lỗ trống.
71
I = IPn(0) + Inp(0) = I0( e
V
VT − 1)
Trong đó Ipn(0) và Inp(0) là dòng điện lỗ trống và dòng điện điện tử, tương ứng, đi qua
tiếp xúc P-N; I0 là dòng điện ngược bão hòa; V – là trị số điện áp ngoài đặt lên tiếp xúc P-N và
VT là điện thế nhiệt của bán dẫn (ở nhiệt độ phòng VT ≈ 0,026V).
Đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện chay qua tiếp
xúc và điện áp ngoài đặt lên nó. Qua đây chúng ta thấy rằng: dòng điện khi tiếp xúc P-N được
phân cực thuận lớn hơn rất nhiều lần dòng điện khi tiếp xúc được phân cực ngược. Thực tế,
dòng điện ngược I0 rất nhỏ chỉ khoảng từ vài nA đối với bán dẫn silic đến vài chục μA đối với
bán dẫn gecmany, nên có thể coi I0 ≈ 0.
Trong chương này chúng ta cũng nghiên cứu về điốt bán dẫn. Đây là cấu kiện bán dẫn
chỉ có một lớp tiếp xúc P-N. Nguyên lý hoạt động của điốt là dựa vào tính dẫn điện một chiều
của tiếp xúc P-N: điốt chỉ dẫn điện khi được phân cực thuận (UAK0).
Đặc tuyến Vôn-Ampe của đi-ốt cũng giống như đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N, nhưng
đây là đặc tuyến Vôn-Ampe của một cấu kiện thực tế nên có một số điểm cần lưu ý. Về phần
thuận của đặc tuyến, ta thấy chỉ khi nào UAK≥UD thì đi-ốt mới được tính là phân cực thuận.
Trong đó UD gọi là điện áp thuận ngưỡng: đối với đi-ốt gecmany UD = 0,1V ÷ 0,3V; đối với đi-
ốt silic UD = 0,4V ÷0,8V. Ngoài ra, dòng điện thuận tăng nhanh, gần như tuyến tính, với điện
áp đặt lên đi ốt nên ta phải chú ý giá trị dòng điện thuận cực đại. Đây là giá trị lớn nhất cho
phép đi ốt làm việc, quá giá trị này đioots sẽ bị nóng và hỏng. Về phần ngược, dòng điện
ngược gần như không thay đổi khi tăng điện áp ngược đặt lên đi ốt. Nhưng khi điện áp ngược
đạt giá trị Uđ.t. (gọi là điện áp đánh thủng) thì đi ốt mất tính chỉnh lưu – khả năng dẫn điện một
chiều, thì dòng điện ngược tăng vọt đó là hiện tượng đánh thủng đi ốt. Hiện tượng đánh thủng
dẫn đến làm hỏng đi ốt trừ đi ốt zener sử dụng chế độ đánh thủng để ổn định điện áp.
Khi sử dụng đi ốt ta phải dựa vào các tham số tĩnh của nó để lựa chọn. Các tham số tĩnh
cơ bản của đi ốt gồm có:
+ Điện trở động Ri là điện trở của đi ốt đối với thành phần xoay chiều của tín hiệu.
+ Điện dung của đi ốt Cd là điện dung của tiếp xúc P-N.
+ Điện áp ngược cho phép
+ Dòng điện thuận cực đại
+ Khoảng nhiệt độ làm việc.
Một điều rất quan trọng khi sử dụng các cấu kiện bán dẫn là ta phải chú ý đến sự ảnh
hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của đi ốt. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của đi ốt
thông qua sự phụ thuộc của dòng điện ngược bão hòa vào nhiệt độ theo hàm mũ và do diện thế
nhiệt của chất bán dãn cũng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Theo tính toán gần đúng thì giá trị
dòng điện ngược tăng gấp 2 lần đối với mỗi một sự tăng nhiệt độ lên 100 C.
Chương 3 còn giới thiệu về chế độ động của đi ốt, các khả năng sử dụng đi ốt trong
mạch điện tử và một số loại đi ốt bán dẫn thông dụng. Chúng ta nghiên cứu về sơ đồ mạch
tương dương của đi ốt và các chế độ làm việc động của nó. Ngoài ra phần cuối chương cũng
giới thiệu một số mạch ứng dụng đi ốt trên thực tế.
CÂU HỎI ÔN TẬP.

1. Hãy nêu các tham số của tiếp xúc P-N khi ở trạng thái cân bằng?
2. Trình bày về các hiện tượng vật lý xảy ra khi tiếp xúc P-N phân cực thuận và phân cực
ngược?
3. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn?
4. Hãy giải thích về đặc tuyến Vôn-Ampe của điốt bán dẫn?
5. Nêu các tham số tĩnh của điốt bán dẫn?
6. Trình bày về các chế độ động của đi ốt bán dẫn?
7. Trình bày các đặc tính chính của điốt xung và cho biết ý nghĩa vật lý của tham số thời gian
phục hồi chức năng ngắt của điốt (tp)?
8. Hãy tính độ cao hàng rào thế năng của một điốt silic phân cực thuận khi ở nhiệt độ 100 0C ?
(biết rằng ở 25 0C điốt được phân cực 0,7V).
9. Trong một tiếp xúc P-N, nồng độ tạp chất trong hai phần bán dẫn P và N là:
N =1018 cm−3 A và N =1015 cm−3 A .
a.Hãy tính nồng độ hạt dẫn thiểu số tại biên của lớp nghèo hạt dẫn khi phân cực U=0,52V.
b. Tính tỉ số dòng điện trôi của điện tử và lỗ trống bên trong vùng N. Giả thiết rằng tiếp xúc
P-N làm việc tại nhiệt độ phòng và ni = 1,5.1010 cm−3
10. Điền vào chỗ trống của mệnh đề dưới một trong các nhóm từ sau:
“Lớp tiếp xúc P-N chỉ …..khi được phân cực thuận”.
a. dẫn điện; b. không dẫn điện; c. là một tụ điện; d. là một điện trở
11. Dòng điện qua lớp tiếp xúc P-N liên quan với điện áp ngoài đặt lên nó theo công thức sau:
a. I = I0 ( 1) Ung /VT − e ; b. . I = I0 ( 1) Ung /VT + e ; c. I = I0 ( / )2 Ung VT −1 e ; d. I = I0 ( / )2 Ung VT +1 e
72
1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”- Trần Thị Cầm Học viện công
nghệ BCVT, năm 2002.
2. “Electronic Devices and Circuits” – Jacob Millman, Christos C. Halkias, Mc
Graw Hill Book 1987.

CÊu kiÖn ®iÖn tö Tranzito lưỡng cực (BJT)
CHƯƠNG 4
TRANZITO LƯỠNG CỰC (BJT)
TE TC TE TC
E C E C
P N P N P N
B B
C C
B B
E E
a- Tranzito loại P-N-P b- Tranzito loại N-P-N
Hình 4 - 1 : a. Tranzito lưỡng cực loại P-N-P (hay tranzito thuận)
cấu tạo và ký hiệu trên sơ đồ mạch
b. Tranzito N-P-N (hay tranzito ngược) cấu tạo và ký hiệu
73
GIỚI THIỆU CHƯƠNG.
Chương 4 sẽ giới thiệu về tranzito lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor – BJT). Đây
là cấu kiện bán dẫn quan trọng có 2 lớp tiếp xúc P-N và 3 chân điện cực. Trong chương sẽ
trình bày về nguyên lý hoạt động của tranzito lưỡng cực ở 3 chế độ cấp điện phân cực cho nó
là chế độ tích cực, chế độ ngắt và chế độ bão hòa. Chương 4 trình bày về các cách mắc cơ bản
của tranzito lưỡng cực trong các sơ đồ mạch khuếch đại là cách mắc cực gốc chung, cực phát
chung và cực góp chung, đặc điểm của từng cách mắc. Trong chương 4 này còn đề cập đến các
phương pháp phân cực cho tranzito như phân cực bằng dòng cực gốc, phân cực bằng phân áp
và phân cực bằng hối tiếp. Đồng thời trong chương này cũng trình bày về các sơ đồ tương
đương của tranzito trong chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ và trình bày về chế độ chuyển mạch
của tranzito.
NỘI DUNG
4.1. CẤU TẠO VÀ KÝ HIỆU CỦA BJT TRONG SƠ ĐỒ MẠCH.
4.1.1. Cấu tạo của BJT loại P-N-P và N-P-N
Tranzito lưỡng cực gồm có hai tiếp xúc P-N được tạo nên bởi 3 miền bán dẫn loại P và N
xếp xen kẽ nhau. Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại N thì ta có tranzito lưỡng cực loại P-N-
P. Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại P thì ta có tranzito lưỡng cực loại N-P-N.
Tranzito có 3 chân cực là:
- Cực Phát ký hiệu là chữ E (Emitter) là nguồn phát ra các hạt tải điện trong tranzito.
- Cực Gốc ký hiệu là chữ B (Base) là cực điều khiển dòng điện..

- Cực Góp ký hiệu là chữ C (Collector) có nhiệm vụ thu nhận tất cả các hạt dẫn từ phần phát
E qua phần gốc B tới.
- Hai tiếp xúc P-N là tiếp xúc phát-gốc ký hiệu là TE (gọi tắt là tiếp xúc phát), và tiếp xúc
góp-gốc ký hiệu là TC (gọi tắt là tiếp xúc góp).
4.1.2. Nguyên lý làm việc của tranzito
Khi chưa cung cấp điện áp ngoài lên các chân cực của tranzito thì hai tiếp xúc phát TE và
góp TC đều ở trạng thái cân bằng và dòng điện tổng chạy qua các chân cực của tranzito bằng 0.
Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một
chiều thích hợp. Có ba chế độ làm việc của tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch
đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa. Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý
làm việc giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau.
+ Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược. Tranzito
có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn
điện.
+ Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận.
Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn.
Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc như một phần tử tuyến tính
trong mạch điện. Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các
mạch xung, các mạch số.
+ Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, và tiếp xúc góp
TC phân cực ngược. Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với quá trình biến đổi tín hiệu dòng
điện, điện áp, hay công suất và nó có khả năng tạo dao động, khuếch đại tín hiệu,... Đây là chế
độ thông dụng của tranzito trong các mạch điện tử tương tự.
4.2. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRANZITO BJT.
4.2.1. Chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại):
+ Nguyên lý hoạt động:
Ở chế độ tích cực ta phải cung cấp nguồn điện một chiều lên các chân cực sao cho tiếp
xúc phát TE phân cực thuận và tiếp xúc góp TC phân cực ngược (xem hình 4-2 a,b,c,d).
Ví dụ: Ta xét nguyên lý làm việc của tranzito loại P-N-P còn đối với tranzito loại N-P-N
có thể suy ra dựa vào nguyên lý hoạt động của tranzito loại P-N-P.
74

TE TC TE TC
E P N P C N P N
E C
B B
EE EC EE EC
a/ b/
ECp
V0+UCB
V0-UEB
N
P P
N
P P
ECp
EVp
EVp
V0
UEB
V=0
Phát Gốc Góp UCB
c/ d/
Hình 4 - 2:a và b: Chiều các nguồn điện cung cấp cho các chân cực
của tranzito loại P-N-P nvaf N-P-N để nó làm việc ở chế độ tích
cực
c và d: Đồ thị dải năng lượng của tranzito loại P-N-P
Khi tiếp xúc phát phân cực thuận, các hạt dẫn đa số là lỗ trống sẽ khuếch tán từ phần
ECp
EVp
phát sang phần gốc, còn các điện tử từ phần gốc khuếch tán sang phần phát tạo nên dòng điện
cực phát IE, ta có:
IE = IEn + IEp (4. 1)
Trong đó: IEn - là thành phần dòng điện điện tử cực phát.
IEp - là thành phần dòng điện lỗ trống cực phát.
Các hạt dẫn này gặp nhau sẽ tái hợp. Để đảm bảo nồng độ các lỗ trống phát ra lớn, người
ta chế tạo phần phát có nồng độ tạp chất lớn hơn rất nhiều so với phần gốc. Như vậy ta có:
Ep ≈ ÷
γ = = (4. 2)
75
IEp IEn
Ở đây người ta đưa ra tham số gọi là hiệu suất của cực phát, ký hiệu là γ và được tính
0,98 0,995
I
Ep
I I
I
I
Ep En
E
+
Tham số
Ep
I
E
I
γ = chỉ ra rằng đã có bao nhiêu lỗ trống (hay điện tử) chuyển dời từ cực
phát E sang cực gốc B.
Các lỗ trống khuếch tán sang phần gốc, một phần nhỏ tái hợp với các điện tử, còn phần
lớn chúng tiếp tục khuếch tán qua phần gốc về phía tiếp xúc góp. Đến tiếp xúc góp, các lỗ

trống sẽ chuyển động trôi qua lớp tiếp xúc và tạo nên dòng điện cực góp ICp. Đồng thời, qua
tiếp xúc góp còn có dòng điện ngược ICBo (còn gọi là dòng điện rò). Nên ta có công thức tính
dòng điện cực góp tổng là:
IC = ICp + ICBo (4. 3)
.
Để số lỗ trống bị tái hợp ít trong phần gốc, ta chế tạo phần gốc thật mỏng sao cho bề dày
của nó WB LPn - độ dài khuếch tán. Ở đây người ta đưa ra tham số gọi là hệ số chuyển dời
dòng điện IE ký hiệu là β*. Tham số này chỉ ra số lỗ trống đến được cực góp mà không bị tái
hợp trong phần gốc.
Dòng điện do các hạt dẫn trích vào đến được tiếp xúc TC
Dòng điện của các hạt dẫn được trích vào tại tiếp xúc TE
Cp = ÷ (4. 4)
I
= = = (4. 5)
IE IE IC IC E + - C
E C IE IC
ICBo IB
IB B - +
Hình 4 - 3: Các dòng điện và điện áp trên các chân cực
của tranzito loại P-N-P.
76
+ Hệ số chuyển dời β* được xác định:
β* =
Do đó, trong trường hợp tranzito loại P-N-P ta có:
I
β* = 0,98 0,995
I
Ep
+ Hệ số khuếch đại dòng điện cực phát α hay còn gọi là hệ số truyền đạt dòng điện cực
phát và nó được tính theo công thức sau:
Ep
Cp
Cp
I
I
α β *γ
E
Ep
E
I
I
I
α có giá trị bằng khoảng 0,90 ÷ 0,995.
Dòng điện do hiện tượng tái hợp trong lớp tiếp xúc phát và trong phần gốc trừ đi dòng
điện ngược của tiếp xúc góp được gọi là dòng điện cực gốc (IB):
IB = IEp - ICp - ICBo
Quan hệ giữa 3 thành phần dòng điện trong tranzito là:
IC = αIE + ICBo
IB = (1 - α)IE - ICBo (4. 6)
IE = IC + IB
4.2.2. Chế độ ngắt:
UCE
UEB UCB
B
Ở chế độ này, ta cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều được phân cực
ngược nên điện trở của tranzito rất lớn và qua nó chỉ có dòng điện ngược rất nhỏ của tiếp xúc
góp CBo I . Do dòng điện ngược của tiếp xúc phát EBo I nhỏ hơn nhiều so với CBo I nên mạch cực

E coi như hở. Dòng điện trong mạch cực gốc B có giá trị bằng dòng CBo I nhưng ngược dấu
( B CBo I = −I ). Ta có sơ đồ mạch tương đương dưới đây:
+
-
EC RC
ICBo C
UCE
EB
B
-
+ E
a/ Sơ đồ mạch điện tranzito
trong chế độ ngắt
ICBo
C
B
E
b/ Sơ đồ tương đương
của tranzito
Hình 4 - 4: Sơ đồ mạch điện tranzito trong chế độ ngắt
ICEo ICEo
+
-
UCE
RC
EC
UCE
RC
a/ b/
Hình 4 - 5: Các sơ đồ tranzito làm việc ở chế độ ngắt
EC
+
-
Trong nhiều trường hợp, chế độ ngắt của trazito được sử dụng mà không cần nguồn điện
77
áp giữa cực B và E ( B E ) như mô tả ở hình 4-5
Như vậy, trong cả hai trường hợp trong hình 4-5, điện áp giữa cực góp và cực phát UCE
sẽ được xác định:
UCE = EC - RC.ICEo ≈ EC
và UCE = EC - RC.ICEs ≈ EC (4 . 7)
4.2.3. Chế độ dẫn bão hòa:
Ở chế độ này ta cung cấp nguồn điện một chiều sao cho hai tiếp xúc P- N đều phân cực
thuận (hình 4-6). Điện trở của hai tiếp xúc TE và TC rất nhỏ nên có thể coi như hai cực phát E
và cực góp C được nối tắt. Dòng điện qua tranzito IC khá lớn và không phụ thuộc vào hoạt
động của tranzito. Như vậy, điện áp giữa cực góp và cực phát luôn xấp xỉ bằng 0 (UCE ≈ 0),
còn dòng điện chạy qua tranzito được tính bằng:
C
C
I = E
CS R
Sơ đồ mạch tương đương của chế độ bão hòa mô tả trong hình (4-6b). Thực tế thì điện áp
UCE bằng khoảng 0,2V÷0,4V.
Như vậy, ở hai chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc như một chuyển
mạch điện tử. Khóa đóng khi tranzito dẫn bão hòa, khóa hở khi tranzito ở chế độ ngắt.

Đặc tuyến truyền đạt của tranzito trong các chế độ làm việc mô tả trong hình 4-7.
URa Vùng Vùng Vùng
Ngắt Tích Bão hòa
cực
EC
0 1 2 3 4 UVào
Hình 4 - 7: Đặc tuyến truyền đạt của tranzito
4.3. ĐẶC TÍNH QUÁ ĐỘ CỦA BJT (chế độ chuyển mạch của tranzito).
4.3.1 Nguyên lý làm việc.
Ở chế độ chuyển mạch tranzito làm việc như một khóa điện tử, nghĩa là nó làm việc ở
chế độ ngắt và chế độ bão hòa. Sơ đồ nguyên lý của chuyển mạch dùng tranzito mô tả trong
hình 4-8.
Dòng điện ICS (bão hoà) được tính theo công thức:
( )
bão hòa C CEs
78
C R
CS
E U
I
−
= (4 . 8)
0,2 ÷ 0,4 V
EC
IC RC EC IC RC
C
B C
UCE B
EB UBE
E
E
a/ b/
Hình 4 - 6 : Chế độ dẫn bão hòa của tranzito
a. Sơ đồ mạch b. Sơ đồ mạch tương đương
IC Dẫn
1
C R
IB
IB
RC
IC
EC
+
-
IB
IB1
0
IB2
t
b/

Đối với tranzito, U ( ) V V CEs bão hòa = 0,2 ÷ 0,4 nên trong biểu thức (4. 8) có thể bỏ qua.
Do đó, dòng điện cực gốc nhỏ nhất IB1 cần thiết để điều khiển cho tranzito dẫn bão hoà là:
≥ (4 . 9)
= (4 . 10)
79
C
I i E
B1 R
dc C
CS
dc
β
≈
β
4.3.2. Các tham số của BJT chuyển mạch.
Tham số quan trọng của BJT chuyển mạch là thời gian chuyển từ trạng thái “Dẫn” sang
trạng thái “Khóa” và gọi là thời gian chuyển mạch. Thời gian chuyển mạch xác định bởi các
yếu tố sau:
- Thời gian trễ (td): là khoảng thời gian từ khi tác động lên đầu vào một xung cho đến khi
dòng điện đầu ra đạt 10% giá trị dòng điện bão hoà của nó. Nghĩa là (IC=0,1 ICS).
- Thời gian lên (tr) và thời gian xuống (tf):
+ Thời gian lên (tr): là khoảng thời gian để dòng điện ra IC tăng từ 10% đến 90% dòng
điện bão hoà (ICS).
+ Dòng điện xuống (tf): là khoảng thời gian để dòng điện ra IC giảm từ 90% đến còn 10%
dòng điện bão hoà (ICS).
- Thời gian tồn đọng: (hay thời gian phục hồi chức năng ngắt) tp: là khoảng thời gian kể từ
khi cấp một dòng điện âm IB cho đến khi dòng điện ra IC giảm xuống còn 90% dòng điện
bão hoà ICS. Thời gian tp là tham số cực kỳ quan trọng trong việc giới hạn tốc độ chuyển
mạch của tranzito. Nó là thời gian cần thiết để giải toả các hạt dẫn thiểu số trong phần gốc
và phần góp.
Gọi dòng IBA là dòng điện cực gốc đã đưa tranzito sang trạng thái bão hoà, ta có:
C
E
BA R .
dc C
I
β
và thời gian tồn đọng được tính:
t ln I −
I
B1 B2
S S I −
I
BA B2
= τ

trong đó: S τ - thời gian sống của hạt thiểu số trong phần gốc và nó thường được cho đối với
từng loại tranzito chuyển mạch.
4.4. CÁC CÁCH MẮC CỦA TRANZITO BJT TRONG SƠ ĐỒ KHUẾCH ĐẠI.
ivào ira
E C
Trong các mạch điện, tranzito được xem như một mạng 4 cực: tín hiệu được đưa vào
giữa hai chân cực và tín hiệu lấy ra cũng giữa hai chân cực (xem hình 4-9).
Tranzito là linh kiện bán dẫn có 3 chân cực nên khi sử dụng ta phải đặt một chân cực lên
dây chung của mạch vào và mạch ra. Ta có thể chọn một trong 3 chân cực để làm cực chung
cho mạch vào và mạch ra. Do đó, tranzito có 3 cách mắc cơ bản là mạch cực phát chung (CE),
mạch cực gốc chung (CB), và mạch cực góp chung (CC).
80
4.4.1. Sơ đồ mắc gốc chung:
Sơ đồ mạch mắc cực gốc chung mô tả trong hình 4-10. Trong sơ đồ mạch có:
+ EE , EC là nguồn cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P trong mạch.
+ RE - điện trở định thiên cho tranzito. RE có nhiệm vụ làm sụt bớt một phần điện áp
nguồn EE để đảm bảo cho tiếp xúc phát được phân cực thuận với điện áp phân cực UEB ≈ 0,6
V cho tranzito Silic, và UEB ≈ 0,2V cho tranzito Gecmani. Đồng thời tín hiệu vào sẽ hạ trên RE
để đưa vào tranzito.
+ RC - điện trở gánh có nhiệm vụ tạo sụt áp thành phần dòng xoay chiều của tín hiệu để
đưa ra mạch sau và đưa điện áp từ âm nguồn EC lên cực góp đảm bảo cho tiếp xúc góp được
phân cực ngược.
+ Tụ điện C1 , C2 gọi là tụ liên lạc có nhiệm vụ dẫn tín hiệu vào mạch và dẫn tín hiệu ra
mạch sau.
Mạng 4 cực
uvào ura
B
Hình 4 - 9: Tranzito như một mạng 4 cực
Dây chung

RC
C1 E IE IC C2
Mạch C Mạch
vào UCB ra
UVào UEB URa
RE
B IB
EE EC
Hình 4 - 10: Sơ đồ mắc gốc chung cho tranzito loại P-N-P
Cực gốc B của tranzito trong sơ đồ được nối đất. Như vậy, tín hiệu đưa vào giữa cực phát
và cực gốc. Tín hiệu lấy ra giữa cực góp và cực gốc nên cực gốc B là chân cực chung của mạch
vào và mạch ra. - Ta gọi là sơ đồ mắc cực gốc chung. Trong mạch có các thành phần dòng điện
và điện áp sau:
IE gọi là dòng điện trên mạch vào.
IC gọi là dòng điện trên mạch ra.
UEB gọi là điện áp trên mạch vào
UCB gọi là điện áp trên mạch ra
Mối quan hệ giữa các dòng điện và điện áp trên các chân cực được mô tả thông qua các
họ đặc tuyến tĩnh. Có hai họ đặc tuyến chính là :
Họ đặc tuyến vào: UEB = f1(UCB, IE)
Họ đặc tuyến ra: IC = f2 (UCB, IE)
81
Họ đặc tuyến vào:
Đặc tuyến vào mô tả mối quan hệ giữa điện áp vào và dòng điện vào như sau:
UEB = f1(IE) khi UCB = const.
Xét trường hợp đối với tranzito lưỡng cực Gecmani loại P-N-P. Khi cực góp hở thì đặc
tuyến vào chính là đặc tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N phân cực thuận nên ta có:
U
EB
V
IE = I0( e T −
1)
Ta có đường đặc tuyến vào mô tả trong hình 4-11.

UEB (V)
0,6 UCB hở
0,4
E2 αI ICB0
82
Khi UCB
≤ 0, đặc tuyến xê dịch rất ít chứng tỏ điện áp trên cực góp ít ảnh hưởng đến
dòng điện qua tiếp xúc phát.
Họ đặc tuyến ra:
Đặc tuyến ra biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện trên mạch cực góp với điện áp trên
mạch cực góp. Ta có mối quan hệ sau:
IC = f2(UCB) khi IE = const.
Biểu thức tính dòng điện trên cực góp IC như sau:
IC = αIE + ICBo
+ Khi IE1 = 0 (khi cực phát hở mạch): đặc tuyến ra chính là đặc tuyến Vôn-Ampe của
tiếp xúc góp phân cực ngược. Do vậy, dòng điện cực góp IC = ICBo.
+ Khi IE2 0 : là khi tiếp xúc phát được phân cực thuận thì dòng điện cực góp sẽ là:
IC = α IE2 + ICBo
UCB = 0V
UCB= -10V
0,2 UCB= - 20V
0 10 20 30 40 IE (mA)
Hình 4 - 11: Họ đặc tuyến vào của tranzito gecmani loại P-N-P.
Hình 4 - 12: Họ đặc tuyến ra của tranzito gecmani loại P-N-P
trong sơ đồ mắc cực gốc chung
IC (mA)
Vùng tích cực
40 IE5 = 40mA
30 IE4 = 30mA
Vùng
dẫn
bão 20 IE3 = 20mA
hòa α(IE3 - IE2)
10
IE2 = 10mA
IE1= 0
0 -2 -4 -6 -8 UCB (V)
Vùng ngắt

Khi UCB 0 trong khi UEB 0 tranzito làm việc ở chế độ bão hòa nên sẽ có dòng điện
thuận của tiếp xúc góp chạy ngược chiều với thành phần dòng điện thuận từ cực phát sang
(αIE2), do vậy, dòng điện tổng qua tiếp xúc góp giảm nhanh đến 0 và sau đó tăng nhanh nếu
UCB 0 tăng tiếp tục.
Các đặc điểm của sơ đồ mắc cực gốc chung:
- Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau
- Trở kháng vào ZV nhỏ khoảng vài chục đến vài trăm Ôm
I Z
Δ
C ganh
I Z
83
ZVào = 1
S
≈ 30 ÷ 300 Ω
- Trở kháng ra lớn
Zra = RC = 100 KΩ ÷ 1 MΩ
- Hệ số khuếch đại dòng điện cực phát
α =
I
I
C
E
1 (α ≈ 0,95 ÷ 0,999)
Như vậy, tranzito trong sơ đồ mắc cực gốc chung không có khuếch đại dòng điện.
- Hệ số khuếch đại điện áp:
Ku =
U
Δ
ra
U
vao
Δ
=
E vao
Δ
≈
ganh
Z
vao
Z
(4 . 11)
Hệ số khuếch đại điện áp phụ thuộc vào điện trở gánh.
Khi Zgánh ≈ Zra thì Ku có trị số khoảng từ vài trăm ÷ vài nghìn lần.
- Hệ số khuếch đại công suất có thể đạt tới trị số hàng trăm lần.
- Dòng điện rò ICBo nhỏ (khoảng từ vài chục nA đến vài μA đối với tranzito Silic, và đến vài
chục μA đối với tranzito Gecmani).
- Tần số làm việc giới hạn cao vì có điện dung thông đường nhỏ.
Sơ đồ mạch mắc cực gốc chung có độ ổn định về nhiệt độ cao và tần số làm việc giới hạn
cao. Mạch thường được dùng ở dải tần số làm việc cao như các tầng dao động nội của máy thu
thanh, các tầng tiền khuếch đại âm tần của máy tăng âm, hoặc ở tầng khuếch đại công suất đẩy
kéo.
4.4.2. Sơ đồ mắc cực phát chung:
Sơ đồ mạch: (Xem hình 4-13)

IC RC
C2
C Ura
C1 B
UCE
IB Mạch
Mạch UBE ra
vào RB
E IE
+ +
EB EC
Hình 4 - 13: Sơ đồ mắc cực phát chung của tranzito loại P-N-P.
Trong sơ đồ mạch gồm có các phần tử sau:
+/ EE , EC - Nguồn điện cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P.
+/ RB - Điện trở định thiên
+/ RC - điện trở tải
+/ Tụ điện C1 và C2 là tụ liên lạc.
Các cấu kiện này có nhiệm vụ trong mạch điện tương tự như ở sơ đồ mắc cực gốc
α
E (4 . 12)
84
chung.
Như vậy, tín hiệu đưa vào giữa cực gốc và cực phát, tín hiệu được lấy ra từ giữa cực góp
và cực phát. Do đó, cực phát là chân cực chung của mạch vào và mạch ra và ta có sơ đồ mắc
cực phát chung. Chiều của các thành phần dòng điện và điện áp trên các chân cực cuả tranzito
được mô tả ở hình 4-13.
Trong sơ đồ mắc phát chung có dòng vào là IB, dòng ra là IC, điện áp vào là UBE, điện áp
ra là UCE.
Đặc điểm của sơ đồ mắc cực phát chung:
- Tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha nhau
- Trở kháng vào nhỏ nhưng lớn hơn so với trở kháng vào trong sơ đồ mắc cực gốc chung:
Zvào = rBE = 200 ÷ 2000Ω
- Trở kháng ra lớn nhưng nhỏ hơn so với trở kháng ra trong sơ đồ mắc cực gốc chung:
Zra = RC // rCE = 20KΩ ÷ 100KΩ
- Hệ số khuếch đại dòng điện cực gốc là tỉ số giữa dòng điện ra với dòng điện vào, ta có:
β =
I =
C
I
B
α
I
α
α
−
=
(1- )I 1
E
β có trị số từ vài chục ÷ vài trăm lần (còn ký hiệu là hFE).
Ku =
U
Δ
ra
U
vao
Δ
= - S (RC// rCE) (4 . 13)
Ku có thể đạt tới trị số từ hàng ngàn ÷ chục ngàn lần.

85
- Hệ số khuếch đại công suất:
Kp =
P
ra
P
vao
Ku có thể có trị số từ vài ngàn lần đến chục ngàn lần.
- Dòng điện rò cực góp ICEo nhỏ nhưng lớn hơn trong sơ đồ mắc cực gốc chung
- Tần số làm việc giới hạn tương đối cao nhưng thấp hơn so với sơ đồ mắc cực gốc chung vì
điện dung thông đường lớn hơn.
- Sơ đồ mạch mắc cực phát chung được sử dụng rộng rãi do có hệ số khuếch đại β, Ku, Kp rất
lớn. Đồng thời mạch khá ổn định về nhiệt độ và có tần số làm việc giới hạn khá cao. Ngoài
ra, mạch có trở kháng vào và trở kháng ra không chênh lệch nhiều nên trong việc ghép các
mạch với nhau, ta có thể dùng kiểu ghép bằng điện trở và tụ điện (ghép RC) rất đơn giản
trong tính toán lại đơn giản trong lắp ráp và giá thành rẻ.
Các đặc trưng tĩnh và các tham số trong chế độ tín hiệu nhỏ:
Để nghiên cứu mối quan hệ giữa các dòng điện và điện áp trên các điện cực của tranzito
trong sơ đồ mắc cực phát chung, ta có các họ đặc tuyến như sau:
Họ đặc tuyến vào: UBE = f1(UCE, IB)
Họ đặc tuyến ra: IC = f2 (UCE, IB)
Họ đặc tuyến vào tĩnh:
Đặc tuyến vào tĩnh mô tả mối quan hệ giữa điện áp vào UBE với dòng điện vào IB.
UBE = f1(IB) khi UCE = const.
Ta có công thức tính dòng điện vào IB bằng:
IB = (1- α)IE - ICBo
và họ đặc tuyến vào được mô tả trong hình (4 - 14)
Do dòng điện IE tăng theo qui luật hàm số mũ với điện áp UBE nên dòng điện cực gốc IB
cũng sẽ tăng theo qui luật hàm số mũ với điện áp UBE. Trên họ đặc tuyến vào ta thấy điện áp
UCE ít ảnh hưởng lên dòng điện IB.
UBE (V)
Họ đặc tuyến ra tĩnh:
Đặc tuyến ra biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện trên mạch ra IC và điện áp trên mạch ra
UCE. Ta có hàm biểu thị quan hệ này:
IC = f (UCE) khi dòng điện vào IB =const.
Và công thức tính dòng điện cực góp là:
UCE = -10V
UCE = -5V
UCE = -2V
-0,3 UCE = - 0,1V
-0,2
-0,1 UCE = 0V
0 0,1 0,2 0,3 0,4 IB (mA)
-0,6
-0,5
-0,4
Hình 4 - 14: Đặc tuyến vào tĩnh của tranzito Ge loại P-N-P
trong sơ đồ cực phát chung

I 1
⎛
−
⎛
−α α
1 = β + 1 ta có công thức tính dòng điện cực góp là:
IC (mA) IB8 =0,35mA
Vùng tích cực IB7 =0,3mA
⎮UCE⎮⎮UBE⎮ IB6=0,25mA
Vùng
dẫn 20 IB4=0,1mA
bão βIB4
hòa 10 IB3=0,05mA
0 -2 -4 -6 -8 -10 UCE (V)
ICBo Vùng ngắt
Hình 4 - 15: Họ đặc tuyến ra của tranzito gecmani loại P-N-P
với nguồn EC = 10 V và điện trở RC = 500 Ω
86
IC = αIE + ICBo
Thay giá trị IE = IC + IB , và biến đổi biểu thức trên, ta có:
⎞
⎞
IC = B CBo I
1
1
⎟⎠
⎜⎝
+ ⎟⎠
⎜⎝
α
(4 . 14)
Thay β =
α
1
− α
, và
1− α
IC = βIB + (β + 1)ICBo (4 . 15)
Trong đó β gọi là hệ số khuếch đại dòng điện cực gốc (thường có ký hiệu là hFE).
Đây là biểu thức biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện điều khiển và dòng điện bị điều
khiển trong sơ đồ mắc cực phát chung.
t0 = 250C
40
30
Pttmax IB5=0,2mA
IB2=0
(1+β)ICBo IB1= - ICBo
Ta thấy dòng điện IC có giá trị cực tiểu khi cả hai tiếp xúc phát TE và tiếp xúc góp TC đều
phân cực ngược, dòng điện IB = - ICBo nên IC = ICbo và tranzito hoạt động trong vùng ngắt.
Khi IB 0, dòng điện ra được tính theo công thức:
IC = βIB + (β + 1)ICBo (4 . 16)
Nếu tăng điện áp trên mạch ra ⎪UCE⎪ lên thì đặc tuyến ra không nằm ngang mà hơi dốc
nghiêng. Khi giảm giá trị điện áp trên mạch ra ⎪UCE⎪ ⎪UBE⎪ thì tiếp xúc góp TC cũng được
phân cực thuận. Lúc này tranzito làm việc ở chế độ bão hòa.
4.4.3. Sơ đồ mắc cực góp chung (hay còn gọi là bộ lặp cực phát):
Sơ đồ mạch mô tả trong hình 4- 16:
Trong sơ đồ gồm có: EB , EC - Nguồn cung cấp một chiều; RB - điện trở định thiên; RE - điện
trở gánh và được mắc ở mạch cực phát; tụ điện C1 , C2 là tụ liên lạc. Nhiệm vụ của các linh
kiện trong mạch cũng giống như ở sơ đồ mắc gốc chung.

Trong mạch, tín hiệu đưa vào giữa cực gốc và cực góp, tín hiệu lấy ra trên RE đặt giữa
cực phát và cực góp, nên cực góp là chân cực chung của mạch vào và mạch ra. Vì vậy, ta có sơ
đồ mắc cực góp chung.
+ +
Khi cấp nguồn, dòng điện IE xuất phát từ dương nguồn EB qua điện trở tải RE về cực phát
và đến lớp tiếp xúc phát TE. Tại đây, nó chia thành hai thành phần là dòng điện cực gốc IB chạy
qua RB về đất và thành phần dòng điện cực góp IC chạy qua cực góp xuống đất.
Đặc điểm của sơ đồ mắc cực góp chung:
- Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha
- Trở kháng vào lớn Zvào = β RE = 20 KΩ ÷ 500 KΩ (4 . 17)
(có thể tới hàng MΩ )
− = 50Ω ÷ 5KΩ (4 . 18)
U U
Δ
Δ −
BC BE
U
Z = hàng ngàn lần) nên nó được dùng như một bộ biến đổi trở kháng.
87
- Trở kháng ra nhỏ
R
(1 nguån
Zra = RE // )
S
β
Ku =
U
Δ
ra
U
vao
Δ
=
U
Δ
ra
U
BC
Δ
=
BC
1 (4 . 19)
Thông thường ta lấy giá trị Ku ≈ 1. Mạch mắc cực góp chung không có khuếch đại điện
áp.
- Hệ số khuếch đại dòng điện cực gốc:
Ki =
I
I
E
B
= 1
1-α
= β +1 ≈ β (4 . 20)
Vì β 1 nên hệ số khuếch đại dòng điện trong sơ đồ mắc cực góp chung tương đương
với hệ số khuếch đại dòng điện của sơ đồ mắc cực phát chung.
- Hệ số khuếch đại công suất Kp có trị số từ vài chục lần đến vài trăm lần.
- Dòng điện rò có trị số tương đương như ở sơ đồ mắc cực phát chung.
- Tần số làm việc giới hạn cũng có giá trị giống như ở sơ đồ mắc cực phát chung.
Đặc điểm cơ bản của sơ đồ mắc cực góp chung là có trở kháng vào rất lớn và trở kháng
ra rất nhỏ (
vao
Z
ra
IC
C1 IB
uvào
B C2
Mạch UBE E ura
vào RB UB Mạch
RE IE ra
C
EB EC C
Hình 4 - 16: Sơ đồ mắc cực góp chung của tranzito loại P-N-P

Trên thực tế, sơ đồ mắc góp chung ít được dùng, người ta chỉ sử dụng mạch này để phối
hợp trở kháng giữa một mạch có trở kháng ra cao với mạch có trở kháng vào thấp. Các đặc
tuyến và tham số của sơ đồ mắc cực góp chung cũng tương tự như ở sơ đồ mắc cực phát chung,
do vậy ta sẽ không xem xét thêm nữa.
T1 B'
T2 T1
E' RE T2
C' →∞ RE
B' C C' C
T1 T2
a/ E' b/
Hình 4 - 17: Sơ đồ Daclinh- tơn: (a). Sơ đồ mạch; (b). Sơ đồ thay thế
V
C'
I ' (4 . 23)
2 rCE2 (4 . 24)
88
4.4.4. Sơ đồ Dacling- tơn :
Sơ đồ Dacling- tơn gồm có 2 tranzito đấu theo kiểu cực góp chung (CC) và nó được coi
như một tranzito mới với các chân cực: E' , B' , C' (xem hình 4-17).
B'
Các tham số của sơ đồ:
- Hệ số khuếch đại dòng điện:
β' = βT1* βT2 (4 . 21)
- Trở kháng vào:
Zvào = rB'E' = 2rBE1 = 2β'
T (4 . 22)
I '
C
- Độ hỗ dẫn:
S' =
C
2V
T
- Trở kháng ra:
Zra = rC'E' =
3
4.5. PHÂN CỰC CHO TRANZITO LƯƠNG CỰC.
4.5.1. Khái niệm phân cực cho các chế độ làm việc của tranzito:
E'
Phân cực cho tranzito là việc cung cấp nguồn điện một chiều vào các chân cực sao cho
tranzito làm việc đúng chế độ (ngắt, bão hòa hay tích cực) và các tham số của tranzito không
vượt quá các giá trị giới hạn (ICmax, UCemax, UCbmax, UEbmax, Pttmax,tần số giới hạn) như chỉ ra ở
hình 4-18. Ở chế độ ngắt, ta chỉ cần cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N của tranzito đều
phân cực ngược. Ở chế độ bão hòa, cấp điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận hoặc

sao cho điện áp UCE = (0,2÷0,4)V. Chỉ ở chế độ tích cực là việc phân cực cho tranzito phức tạp
và cần chú ý hơn. Chúng ta sẽ làm quen với một số khái niệm trong việc phân cực cho tranzito
như điểm làm việc tĩnh, đường tải một chiều (dc), đường tải xoay chiều (ac)…
Điểm làm việc tĩnh trên các họ đặc tuyến của tranzito là điểm mà tại đó các hàm của
tranzito hầu như tuyến tính khi nó làm việc trong vùng chế độ tích cực. Để xác lập điểm làm
việc nhất thiết phải cung cấp cho tranzito một nguồn điện áp một chiều và dòng điện một chiều
từ bên ngoài. Ta chọn điểm làm việc tĩnh Q sao cho khi tín hiệu xoay chiều thay đổi theo thời
gian (ut) được đặt lên lối vào (cực B) thì trên lối ra (cực C) ta nhận được một tín hiệu (điện áp
hoặc dòng điện) có cùng dạng sóng với tín hiệu trên lối vào đó.
IC (mA)
IC max IB = 160μA
Nếu tín hiệu ra không tái tạo lại một cách trung thực tín hiệu vào thì điểm làm việc đã
chọn không thích hợp và cần phải di chuyển đến một vị trí mới trên họ đặc tuyến ra.
Các đường tải một chiều (dc) và xoay chiều (ac):
Giả sử rằng chúng ta chọn điện trở RC sao cho đường tải một chiều (dc) như chỉ ra trong
hình vẽ 4-18 và nếu Rtải = ∞ ta có thể chọn điểm làm việc tĩnh Q1 ở trung tâm của đường tải dc
với các giá trị điện áp và dòng tĩnh là UCQ, ICQ và IBQ. Nếu Rtải ≠ ∞ thì ta có một đường tải
xoay chiều (ac) đáp ứng cho một tải là R'tải = Rtải // RC được vẽ đi qua điểm làm việc Q1.
Khi có tín hiệu xoay chiều đưa đến lối vào và trên mạch ra có đấu tải, thì điểm làm việc
động sẽ xoay xung quanh điểm làm việc tĩnh Q và các giá trị dòng điện xoay chiều và điện áp
xoay chiều sẽ dao động xung quanh giá trị dòng điện và điện áp một chiều đó.
Để phân cực cho các tranzito làm việc ta có thể dùng hai nguồn điện một chiều hoặc
dùng một nguồn để mạch đơn giản và kinh tế hơn. Thực tế người ta thường dùng một nguồn
điện cung cấp và sử dụng các điện trở dẫn điện áp về các chân cực của tranzito để phân cực mà
ta hay gọi là mạch định thiên.
4.5.2. Phân cực kiểu cố định (hay mạch định thiên bằng dòng cực gốc) :
Sơ đồ mạch điện như hình 4-19. Trong sơ đồ dùng tranzito loại N-P-N nên có:
- Điện trở RB, gọi là điện trở định thiên, được đấu từ dương nguồn EC về cực gốc để phân
89
cực thuận cho tiếp xúc phát - gốc.
IB =140μA
IB = 120μA
Đường tải AC PC max IB = 100μA
E
R
CC
C
IB = 80μA
ICQ Q2 Q1 IB = 60μA
IB = 40μA
IB = 20μA
IB = 0
0 UCQ ECC UC max UCE (V)
Đường tải dc
Hình 4 - 18: Họ đặc tuyến ra của sơ đồ cực phát chung
và các đường tải một chiều (dc) và xoay chiều (ac).

- Điện trở RC, gọi là tải, có nhiệm vụ dẫn điện áp từ dương nguồn EC về cực góp sao cho
tiếp xúc góp - gốc phân cực ngược.
Dòng điện IC chạy từ dương nguồn EC qua RC về âm nguồn EC. Dòng điện IB chạy từ
RC C2
RB IB u0
C1 C
ui Tín
Tín B Rtải hiệu
hiệu UBE IE ra
vào
Hình 4 - 19: Mạch định thiên cố định
90
dương nguồn EC qua RB về âm nguồn EC.
+EC
IC
E
Trên đường tải dc ta chọn điểm làm việc thích hợp với điều kiện tín hiệu đầu vào có giá
trị dòng điện cực gốc không vượt quá giá trị dòng điện IB được tính theo công thức sau:
IB =
E − U
C BE
R
B
(4 . 25)
Theo công thức trên, có nguồn điện ECC là cố định, điện áp UBE chọn bằng 0,2V cho
tranzito gecmani và 0,6V cho tranzito silic nên dòng IB là cố định. Trong trường hợp muốn
thay đổi dòng điện IB, tức là thay đổi điểm làm việc tĩnh Q thì ta thay đổi trị số điện trở RB.
Vì dòng IB đã chọn là một hằng số nên sơ đồ mạch ở trên (hình 4-19) được gọi là mạch
phân cực kiểu cố định hay mạch phân cực nhờ dòng cực gốc. Dòng IB được gọi là dòng điện
định thiên.
Độ ổn định của mạch định thiên.
Khi tranzito hoạt động, các tham số của mạch sẽ thay đổi do nhiều nguyên nhân, đặc biệt là
do nhiệt độ môi trường thay đổi. Vì vậy, việc ổn định điểm làm việc Q đã chọn là rất cần thiết.
Ta giả thiết rằng tranzito trong hình (4-19) được thay bằng một tranzito khác cùng loại
nhưng có hệ số khuếch đại β lớn hơn như chỉ ra trong hình (4- 20), và vì IB giữ không đổi tại
IB2 bằng mạch phân cực bên ngoài, sẽ dẫn đến việc điểm làm việc Q1 phải di chuyển đến Q2.
Điểm làm việc mới này có thể không thỏa mãn hoàn toàn. Đặc biệt nó có thể làm cho tranzito
chuyển sang chế độ bão hòa. Lúc này chúng ta phải thay đổi dòng điện IB để đảm bảo chế độ
làm việc cần thiết cho tranzito.
IC
E
R
CC
C
IB3
IB2
IB1
IB0
Q2
Q1

IC (mA) IC (mA)
t0 = 250C t0 = 1000C
50 50
40
40
30
20
10 10
30
20
91
Ổn định nhiệt cho tranzito:
Vấn đề quan trọng thứ hai gây ảnh hưởng đến sự phân cực của tranzito là sự thay đổi
nhiệt độ. Như ta đã biết dòng điện ngược bão hòa ICBo phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, điều này
có thể gây khó khăn cho việc sử dụng tranzito. Ngay cả khi điểm làm việc tĩnh đã được xác
định ở vùng chế độ tích cực thì do ảnh hưởng của nhiệt độ nó vẫn có thể chuyển sang chế độ
bão hòa. Trong hình (4- 21) chỉ ra họ đặc tuyến ra của tranzito 2N708 tại nhiệt độ +250C và
+1000C. Ta thấy rõ rằng hầu như nó làm việc ở chế độ bão hòa tại nhiệt độ +1000C mặc dù nó
đã được phân cực ở giữa vùng chế độ tích cực tại +250C.
• Hệ số ổn định S:
Hệ số ổn định S là tốc độ thay đổi của dòng điện cực góp so với sự thay đổi của dòng
điện ngược bão hòa để giữ cho hệ số khuếch đại β và điện áp UBE không đổi, ta có:
S =
I
I
∂
∂
I
I
C
CBo
C
CBo
≈
Δ
Δ
(4 . 26)
Trong chế độ tích cực, mối quan hệ cơ bản giữa IC và IB được cho bởi công thức:
IC = βIB + (β +1)ICBo
Nếu lấy đạo hàm công thức trên theo IC và xem xét β là hằng số theo IC, thì ta có:
B
dI
C
dI
β
1 = 1+ +
β
S
IB=1,0 IB=0,6mA
IB=0,8 IB=0,5
Q IB=0,4
IB=0,6
Q IB=0,3
IB=0,4 IB=0,2
IB=0,2
IB=0,1
IB=0mA IB=0mA
0 2 4 6 8 10 UCE(v) 0 2 4 6 8 10 UCE(v)
a/ b/
Hình 4- 21: Họ đặc tuyến ra ở t0 = +250C (a) và +1000C (b)
của tranzito loại N-P-N 2N708

92
S =
⎞
⎟ ⎟⎠
1+
β
⎛
⎜ ⎜⎝
β
B
dI
C
1- dI
(4 . 27)
Đối với sơ đồ mạch định thiên kiểu cố định, IB không phụ thuộc vào IC, nên hệ số ổn
định được tính:
S = β + 1 (4 . 28)
Giá trị S càng lớn có nghĩa là mạch càng không ổn định về nhiệt. Theo định nghĩa ở
đây thì hệ số ổn định S không thể nhỏ hơn 1.
Muốn duy trì sự ổn định điểm làm việc tĩnh Q ta phải giữ cho dòng điện ICQ và điện áp
UCEQ không đổi. Kỹ thuật thường được sử dụng để ổn định điểm làm việc tĩnh có thể phân chia
thành 2 loại:
- Kỹ thuật ổn định
- Kỹ thuật bù
Kỹ thuật ổn định là ta sử dụng các mạch phân cực điện trở mà ở đó cho phép IB thay đổi
sao cho giữ được IC là không đổi một cách tương đối với sự thay đổi của ICBo, β và UBE.
Kỹ thuật bù là sử dụng các linh kiện nhạy nhiệt như điôt, tranzito, tecmixto, v.v.. Các
linh kiện này cung cấp một điện áp bù và dòng điện bù để giữ cho điểm làm việc ổn định.
Trong các phần tiếp theo, kỹ thuật ổn định cho mạch định thiên được thể hiện để sao cho
giá trị hệ số S giảm xuống và do đó tạo ra dòng điện cực góp IC ít phụ thuộc vào dòng điện
ICBo.
4.5.3. Mạch định thiên phân áp :
Sơ đồ mạch cho trên hình 4-22.
Trong mạch, hai điện trở R1 và R2 nối tiếp nhau và đấu trực tiếp giữa hai cực của nguồn
cung cấp EC sẽ tạo nên mạch phân áp, dòng điện phân áp IP. áp chạy qua R1 và R2 không phụ
thuộc vào sự biến đổi theo nhiệt độ của các dòng điện và điện áp trên các chân cực của
tranzito. Do đó, sụt áp do dòng phân áp tạo ra trên R2 cũng không phụ thuộc vào hoạt động của
tranzito.
Điện áp trên cực gốc chính là sụt áp trên điện trở R2 do dòng điện phân áp tạo nên, vậy ta
có:
UB = IP.áp R2
+EC
IP.áp
RC IC
R1
IB C
B Mạch ra
UCE
UBE E
R2 UB IE
RE CE
N
Mạch
vào
Hình 4 - 22: Sơ đồ mạch định thiên phân áp

B
1 R
1+ + R
93
UB =
E R
R R
C . 2
1 2 +
(4 . 29)
Nếu ta thay sơ đồ mạch phân cực ở hình (4- 22) bằng sơ đồ mạch phân cực dùng hai
nguồn cung cấp một chiều là UB cho mạch cực gốc và EC cho mạch cực góp như ở hình (4- 23)
thì điện trở RB là điện trở tương đương của hai điện trở R1 và R2 mắc song song, ta có:
RB =
R R
R R
2 1
2 1 +
(4 . 30)
• Hệ số ổn định S :
Trên sơ đồ mạch hình 4- 23, theo định luật điện áp vòng của Kiêc xốp ở mạch cực gốc, ta
có:
UB = IB RB + UBE + ( IB + IC)RE (4 . 31)
Nếu xét UB và UBE không phụ thuộc vào dòng điện IC, ta có thể tính đạo hàm công thức
(4.31) theo IC để có:
E
= - R
E B
B
C
R R
dI
dI
+
(4 . 32)
Thay (4.32) vào công thức (4.27) kết quả ta có:
S =
E
1+ R
R R
E B
1
+
+
β
β
S = ( )
E
B
E
R
R
1
β
β
+
+ (4 . 33)
Qua công thức (4.33) ta thấy giá trị RB càng nhỏ thì độ ổn định càng cao.
• Phân tích mạch định thiên phân áp:
IC RC
RB B C
UCE EC
IB
E
UB IB+IC RE UE
N
Hình 4 - 23: Mạch thay thế tương đương với mạch định thiên phân áp
ở hình 4- 22

+ Nếu giá trị của các linh kiện trong sơ đồ mạch đã cho trước, thì điểm làm việc tĩnh
được xác định như sau: Theo định luật Kiếc Xốp cho mạch cực góp ta có:
- EC + IC (RC + RE) + IB RE + UCE = 0 (4 . 34)
Từ công thức (4.34) ta có thể xác định được điểm làm việc tĩnh Q với các giá trị dòng điện IC
và UCE tương ứng.
+ Nếu các linh kiện trong sơ đồ mạch không cho trước thì việc xác định điểm làm việc
tĩnh của tranzito được thực hiện như trường hợp mạch phân cực dùng hai nguồn cung cấp độc
lập với các trị số:
RB IB C2 RB
ura RB1 RB2
C1 IB IC B C
UCE Mạch
Mạch UBE ra C'
vào IE E
a/ b/
Hình 4 - 24: a- Sơ đồ mạch định thiên hồi tiếp âm điện áp
b- Phương pháp hạn chế hồi tiếp thành phần tín hiệu xoay chiều
94
UB =
E R
+
C 2
R R
1 2
và RB =
R R
+
1 2
R R
1 2
Giả sử dòng điện IB IP.áp và coi như IB ≈ 0 thì:
IP.áp =
E
+
C
R R
1 2
UE = IE RE = UB - UBE - IB RB
và dòng điện cực góp là:
IC ≈ IE =
U U BE −
E
B
R
Điện áp giữa cực góp và cực phát là:
UCE = EC - IC RC - IE RE
4.5.4. Mạch phân cực bằng hồi tiếp:
• Sơ đồ mạch: Hình 4-24.
Trong sơ đồ, điện trở RB được gọi là điện trở định thiên hoặc điện trở hồi tiếp. Nó dẫn
một phần điện áp từ mạch ra về mạch vào để phân cực cho tiếp xúc phát TE, và điện áp phân
cực là: UBE = UCE - IB RB .
+EC
RC IC+IB
Hệ số ổn định S của sơ đồ hình (4- 24) được tính từ phương trình sau:
- EC
+ ( IB + IC) RC + IB RB + UBE = 0 (4 . 35)
Từ đó có:
IB =
E − I R −
U
C C C BE
R +
R
C B
(4 . 36)
Vì điện áp UBE không phụ thuộc vào dòng điện IC, do đó ta có:

E - U + R +
R I
C BE C B CBo
R +
R
95
C
= - R
C B
B
C
R R
dI
dI
+
(4 . 37)
Thay (4.37) vào công thức (4.27), ta được công thức tính hệ số ổn định S:
S =
C
+1
β
1+ R
R +
R
B C
β
(4 . 38)
Giá trị này của hệ số S sẽ nhỏ hơn (β + 1) trong sơ đồ mạch định thiên kiểu cố định, vì
vậy đã cải thiện được hệ số ổn định của mạch.
• Phân tích sơ đồ mạch:
Nếu giá trị của các linh kiện trong sơ đồ mạch đã được biết, thì điểm làm việc tĩnh Q
được xác định như sau:
Ứng với mỗi một giá trị của dòng điện IB đã cho, ta có thể tính được điện áp trên cực góp
UCE = IB RB + UBE (4 . 36)
Dòng điện cực góp IC có thể xác định bằng công thức:
IC =
[ ( ) ]
C B
β
β
(4 . 37)
• Phương pháp loại bỏ hiện tượng hồi tiếp thành phần tín hiệu:
Theo sơ đồ mạch định thiên bằng hồi tiếp âm điện áp này, thì trên điện trở RB không chỉ
có thành phần một chiều được hồi tiếp mà có cả thành phần xoay chiều của tín hiệu. Để khắc
phục hiện tượng này ta thay điện trở RB bằng 2 điện trở RB1 và RB2 đấu nối tiếp với nhau, và
điểm nối giữa chúng được đấu qua một tụ điện C' xuống đất (hình 4- 24b). Như vậy, tại tần số
làm việc thành phần tín hiệu hồi tiếp về sẽ qua tụ C' xuống đất nên không gây ảnh hưởng cho
mạch.
Trong bảng 4.1 và 4.2 cho ta biết một số các tham số của tranzito silic và gecmani ở các
nhiệt độ khác nhau.

Bảng 4.1: Các tham số của tranzito silic tiêu biểu.
T (0C) - 65 +25 +175
ICBo (nA) 1,95. 10-3 1,0 33.000
β 25 55 100
UBE (V) 0,78 0,60 0,225
Bảng 4.2: Các tham số của tranzito gecmani tiêu biểu.
T (0C) - 65 +25 +75
ICBo (μA) 1,95 . 10-3 1,0 32
β 20 55 90
UBE (V) 0,38 0,20 0,10
+ +
96
4.5.5. So sánh 3 phương pháp phân cực
Trong 3 phương pháp phân cực vừa nghiên cứu ta thấy phương pháp phân cực cố định có
sơ đồ mạch và tính toán các tham số của mạch đơn giản nhưng độ ổn định điểm làm việc tĩnh
của mạch kém nhất. Phương pháp phân cực dùng hồi tiếp đã cải thiện được độ ổn định chế độ
làm việc của mạch nhưng do mạch hồi tiếp có thể hồi tiếp cả thành phần tín hiệu, làm hệ số
khuếch đại của mạch giảm. Đồng thời, nếu điện trở RC có trị số nhỏ thì hầu như mạch không
cải thiện được độ ổn định so với phương pháp cố định. Phương pháp phân cực phân áp là
phương pháp có độ ổn định tốt nhất, ngay cả khi điện trở RC = 0. Do vậy đây là phương pháp
được sử dụng nhiều nhất.
4.6. SƠ ĐỒ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA BJT Ở CHẾ ĐỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ
TẦN SỐ THẤP.
Để giải các bài toán có liên quan đến các linh kiện tích cực, ta phải đưa chúng về các
dạng mạch điện tương đương. Có nhiều khả năng xây dựng sơ đồ mạch tương đương, ở đây
chúng ta sẽ xem xét một sơ đồ thông dụng nhất đó là sơ đồ tương đương kiểu hỗn hợp.
4.6.1. Sơ đồ mạng 4 cực dùng cho BJT.
Hình 4-25 biểu diễn một mạng 4 cực dùng cho tranzito lưỡng cực: trên mạch vào có
dòng điện vào i1 và điện áp vào u1; trên mạch ra có dòng điện ra i2 và điện áp ra u2. Chúng ta
có thể chọn 2 trong 4 đại lượng này là các biến độc lập và biểu diễn 2 biến còn lại theo các
biến độc lập đã chọn.
i1 i2
Cửa Mạng 4 cực Cửa ra
vào u1 (BJT) u2
Hình 4 - 25: Mạng 4 cực

Nếu chọn dòng điện i1 và điện áp u2 là các biến độc lập và nếu 2 mạch vào và ra là tuyến
+ +
97
tính thì ta có thể viết:
u1 = h11 i1 + h12 u2 (4 . 38)
i2 = h21 i1 + h22 u2 (4 . 39)
Các đại lượng h11, h12, h21, h22 được gọi là các tham số h hoặc các tham số hỗn hợp vì tất
cả chúng không có cùng thứ nguyên.
Từ các công thức (4. 38) và (4. 39) ta xác định các tham số h như sau:
h11 =
u
1
i 1
u
2 = 0
: Trở kháng vào khi ngắn mạch ra (Ω).
h12 =
u
1
u 2
i
1=0
: Độ khuếch đại điện áp nghịch đảo
(không thứ nguyên).
h21 =
i
2
i 1
u
2 =0
: Hệ số khuếch đại dòng điện.
(không thứ nguyên).
h22 =
i
2
u 2
i
1=0
: Độ hỗ dẫn lối ra khi hở mạch vào (mA/V).
Ký hiệu: Các ký hiệu thêm vào dưới đây được qui ước theo tiêu chuẩn của IEEE:
i = 11 = đầu vào o = 22= đầu ra
f = 21 = truyền dẫn thuận r = 12 = truyền dẫn ngược
Trong trường hợp của tranzito, có thêm các ký hiệu (b, e, hoặc c) vào để chỉ các kiểu sơ
đồ mắc tranzito. Ví dụ:
hib = h11b = Trở kháng vào ở sơ đồ mắc gốc chung.
hfe = h21e = Hệ số khuếch đại thuận dòng điện ngắn mạch
trong sơ đồ mắc cực phát chung.
Vì linh kiện mô tả bằng công thức (4. 38) và (4. 39) được giả thiết là không chứa các
phần tử kháng, nên 4 tham số h11, h12, h21, h22 là các số thực và các điện áp cũng như dòng điện
u1, u2, i1, i2 là các hàm của thời gian.
Mạch hỗn hợp cho một linh kiện bất kỳ đặc trưng bằng công thức (4.38) và (4.39) được
biểu diễn ở hình 4- 26.
i1 h11 i2
+
u1 h12u2 h21i1 h22 u2
Hình 4 - 26: Sơ đồ tương đương hỗn hợp cho mạng 2 cửa của hình (4- 25).
Các tham số h21 và h12 không có thứ nguyên.

f ∂
f
Δ Δ
1 u
f ∂
f
Δ Δ
2 u
98
4.6.2. Sơ đồ vật lý tương đương của BJT.
Mô hình tương đương của tranzito ở đây được cho trong mối quan hệ của các tham số h.
Các tham số h đã được các nhà sản xuất xác định cho các tranzito.
Để nhận được mô hình tương đương hỗn hợp cho tranzito, ta nghiên cứu sơ đồ mắc cực
E chung như hình 4- 27.
Các biến ib, ic, ub, và uc biểu thị tổng các dòng điện và điện áp tức thời. Ở đây ta chọn
dòng điện ib và điện áp uc là các biến độc lập và ub, ic là các hàm như sau:
ub = f1(ib, uc) (4 . 40)
ic = f2(ib, uc) (4 . 41)
Mở rộng công thức (4. 40) và (4. 41) bao quanh điểm làm việc tĩnh IB, UC, tương tự ta
có:
∂
ΔuB = C
B
1
C
B
C
B
u I
i +
i U
∂
∂
(4 . 42)
∂
ΔiC = C
B
2
C
B
C
B
u I
i +
i U
∂
∂
(4 . 43)
Như sự biểu thị ở các chỉ số của hai công thức trên, điện áp cực góp UC hoặc dòng điện
cực gốc IB phải giữ là hằng số.
Các đại lượng ΔuB, ΔuC, ΔiB và ΔiC biểu thị các tín hiệu nhỏ của điện áp và dòng điện
trên cực gốc và cực góp. Dựa vào các ký hiệu ta có thể viết:
ub = hieib + hreuc (4 . 44)
ic = hfeib + hoeuc (4 . 45)
Trong đó: ib, ub, uc và ic : là dòng điện và điện áp tức thời trên các chân cực B và C của
tranzito. Ta có:
hie =
∂
∂
∂
∂
f
i
=
u
i U
1
B
B
B
C
hre =
∂
∂
∂
∂
f
u
=
u
u I
1
C
B
C
B
(4 . 46)
hfe =
C
C
B
2
B
i
i U
f
=
i
∂
∂
∂
∂
hoe =
B
C
C
2
C
i
u I
=
f
u
∂
∂
∂
∂
(4 . 47)
Xuất phát từ công thức (4. 46) và (4. 47) ta xác định các tham số h của tranzito trong sơ
đồ mắc E chung.
• Ba sơ đồ mắc tranzito:
ic
C
ib RC
uc
B
ub EC
E
+
+
+
Hình 4 - 27: Mạch mắc cực E chung đơn giản.

Trong bảng 4.3 trình bày tóm tắt ba cách mắc tranzito cùng các sơ đồ tương đương hỗn
hợp và các công thức tính dòng điện i và điện áp u thích hợp với từng sơ đồ.
Mạch điện và công thức trong bảng (4.3) có giá trị cho cả tranzito loại N-P-N và cả P-N-P
và không phụ thuộc vào loại của tải hoặc cách phân cực.
Bảng 4.3: Các cách mắc tranzito và mô hình tương đương hỗn hợp của chúng
Sơ đồ mạch Mô hình tương đương hỗn hợp Công thức u, i
B ib hie CE ic C
hreuc hfeib
ub hoe uc
E E
ib hic CC ie E
B
hrcue hfcib
ub hoc ue
C C
ie hib ic C
E
hrbuc hfbie
ue hob uc
B B
99
CE
ub = hie ib + hre uc
ic = hfe ib + hoe uc
CC
ub = hic ib + hrc ue
ie = hfcib + hocue
CB
ue = hibie + hrbuc
ic = hfbie + hobuc
CE C
ib ic
B uc
ub ie
E
CC
ib ic
B
ub E
ie ue
C C
CB
E ie ic C
ue uc
ib
B B
a. Các công thức biến đổi các tham số h giữa ba cách mắc của tranzito:

Bảng 4.4: Các công thức chuyển đổi gần đúng cho các tham số h của tranzito
(Các số liệu cho trong bảng là đối với một tranzito tiêu chuẩn).
CE CC CB
hie 1100 Ω hic
h -
h h h h h
− 1
rc − −
h -
1+ h
h -
100
fb
h
ib
1- h
hre 2,5.10-4 1- hrc
rb
h h −
ib ob h
1+ h
fb
hfe 50 - (1- hfc) -
fb
h
fb
1+ h
hoe 25 μA/ V hoc
fb
h
ob
1+ h
hib
fe
ie
1+ h
h 21,6 Ω
ic
h
fc
hrb
re
ie oe h
1- h
fe
ic oc
h
fc
2,9.10-4
hfb -
fe
fe
1+ h
fc
h
fc
- 0,98
hob
fe
oe
1+ h
h 0,49 μA/ V
oc
h
fc
hic hie 1100Ω h
ib
fb
1+ h
hrc 1- hre ≈ 1 1 1
hfc - (1 + hfe) - 51 -
1
+
fb 1 h
hoc hoe 25 μA/ V
fb
h
ob
1+ h
4.7. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA BJT
Tranzito lưỡng cực là phần tử tích cực được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử.
Chúng được dùng trong hầu hết các mạch điện tử và giữ nhiều chức năng chủ yếu của mạch.
Những ứng dụng thông thường của tranzito lưỡng cực là khuếch đại, tạo dao động hình sin,
xung, ổn áp, chuyển mạch điện tử… Ở đây ta sẽ xem xét một số ví dụ về ứng dụng của chúng.
- Khuếch đại: Tranzito được dùng trong các mạch khuếch đại một chiều (dc), khuếch đại
tín hiệu (ac), mạch khuếch đại vi sai, các mạch khuếch đại đặc biệt, mạch ổn áp…
Ví dụ: mạch khuếch đại micro dùng cho máy tăng âm như ở hình 4-28

Micro
tổng
trở
thấp
10μF 68K
Trong mạch các điện trở hồi tiếp R=22K, R=68K (hồi tiếp từ cực góp T2 về) và
R=220Ω xác định hệ số khuếch đại của mạch:
K K K
68 // 22 = 16,7
=
Ω K
101
KU
= 75
0,22
220
Các điện trở hồi tiếp một chiều R = 3,9K và R = 68K từ T2 về để ổn định chế độ làm việc
của mạch.
- Mạch tạo dao động sóng hình sin dùng trong radio (Hình 4-29)
Ura
Do tần số hoạt động của mạch trên 100MHz nên tranzito được mắc theo sơ đồ cực gốc
chung. Khung cộng hưởng gồm có một cuộn cảm và hai tụ điện. tụ điện 5pF là tụ hồi tiếp để
duy trì dao động.
- Mạch đa hài:
10μF
15K
47K
3,9K
220Ω
22K
56K
68K
390
Ω
1,5K
UCC=24V
Ura
10μF
100μF
Hình 4 - 28: Mạch khuếch đại dùng BJT - C631A
UCC
5pF 2pF
1000pF
120Ω
8,2K 3,3K
1K
120Ω
30pF
Hình 4 – 29: Mạch tạo dao động hình sin dùng BJT-SE3001

RB2 RB1 C2
Ura1 Ura2
UB1 UB2
Mạch đa hài tự dao động tạo xung vuông. Trạng thái cân bằng của mạch (một tranzito
mở và một tranzito khóa) chỉ ổn định trong một thời gian hạn chế nào đó, rồi tự động lật sang
trạng thái kia và ngược lại (hai tranzito thay nhau thông, tắt). Trên lối ra ta lấy được chuỗi
xung vuông có tần số dao động được tính gần đúng theo công thức:
1 1
T R C R C
= = (4. 48)
2 1 1 2 0,69 0,69
102
f
B B +
TÓM TẮT
Chương 4 đã trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tranzito lưỡng cực (BJT).
Tranzito lưỡng cực có 2 tiếp xúc P-N và 3 chân cực là cực phát (E), cực gốc (B) và cực góp
(C). Có 2 loại tranzito là P-N-P và N-P-N. Nguyên lý hoạt động của chúng giống nhau chỉ có
chiều của nguồn điện cung cấp vào các chân cực của tranzito là ngược dấu nhau.
Tranzito có 3 chế độ làm việc tùy theo sự phân cực cho 2 tiếp xúc P-N: chế độ tích cực,
chế độ ngắt, chế độ bão hòa. Chế độ tích cực là khi ta cấp điện một chiều sao cho tiếp xúc
phát-gốc phân cực thuận và tiếp xúc góp-phát phân cực ngược. Ở chế độ tích cực, tín hiệu ra
biến thiên theo sự biến thiên của tín hiệu vào nên ta còn gọi là chế độ khuếch đại. Tranzito làm
việc ở chế độ ngắt là khi ta cấp điện cho các chân cực sao cho 2 tiếp xúc P-N đều phân cực
ngược. Ở chế độ ngắt tranzito không dẫn điện, cực góp coi như được nối tắt với nguồn cung
cấp và tranzito như một chuyển mạch ở trạng thái hở. Tranzito hoạt động ở chế độ bão hòa khi
ta cung cấp điện áp vào các chân cực sao cho cả 2 tiếp xúc P-N đều phân cực thuận. Ở trạng
thái này, cực phát và cực góp của tranzito coi như được nối tắt, dòng điện qua tranzito khá lớn,
sụt áp giữa cực góp-phát gần bằng không vôn và tranzito như một chuyển mạch ở trạng thái
đóng.
Trong chương 4 trình bày về các thành phần dòng điện trong tranzito gồm có: dòng điện
cực phát IE, dòng điện cực góp IC, dòng điện cực gốc IB, về các hệ số khuếch đại dòng điện cực
phát α và hệ số khuếch đại dòng điện cực gốc β. Đồng thời, trong phần này cũng nêu mối quan
hệ giữa các dòng điện thông qua các hệ số khuếch đại:
+ Đối với hệ số α:
IC = αIE + ICB0
IB = (1 – α)IE – ICB0
IE = IC + IB
UCC
RC1 C1
RC2
T1 T2
UCC
Ubh
Hình 4 – 30: Mạch đa hài tự dao động dùng tranzito lưỡng cực

103
+ Đối với hệ số β:
IC = βIB + (β + 1)ICB0
IB ≈ IC/ β
Chương 4 còn trình bày về 3 cách mắc tranzito trong các sơ đồ mạch khuếch đại là: mạch
cực gốc chung, mạch cực phát chung, mạch cực góp chung; về mối quan hệ giữa các dòng điện
trên tranzito với điện áp trên các chân cực của nó thông qua các họ đặc tuyến vào và ra. Trong
phần này, chúng ta đã xem xét đến các đặc điểm của từng cách mắc và pham vi ứng dụng của
chúng trong các mạch điện tử.
Muốn tranzito làm việc đúng chế độ, các tham số của mạch không vượt quá các giá trị
giới hạn thì chúng ta phải xác định điểm làm việc tĩnh cho tranzito và các phương pháp ổn định
điểm làm việc đã chọn. Thông thường người ta sử dụng một số phương pháp phân cực cho
tranzito như:
- Mạch phân cực cố định: Mạch này đơn giản, dễ tính toán nhưng độ ổn định thấp.
- Mạch phân cực phân áp: Đây là mạch có nhiều ưu điểm nhất so với các phương pháp phân
cực khác. Mạch có độ ổn định cao ngay cả khi điện trở tải RC = 0, nên mạch được sử dụng
rộng rãi.
- Mạch phân cực dùng hồi tiếp: Mạch đã cải thiện được độ ổn định điểm làm việc tĩnh,
nhưng còn hạn chế do điện trở hồi tiếp đưa cả thành phần tín hiệu về mạch vào làm giảm
khả năng khuếch đại của mạch.
Trong chương 4 còn đưa ra sơ đồ tương đương hỗn hợp của tranzito trong các mạch khuếch
đại và các tham số của nó.
Nhìn chung, chương 4 có nội dung rất quan trọng của chương trình môn học về cấu kiện
điện tử vì tranzito lưỡng cực là một cấu kiện chủ đạo của các mạch điện tử khác nhau.
1. Nêu cấu tạo và các ký hiệu của 2 loại tranzito lưỡng cực.
2. Trình bày nguyên lý làm việc của BJT ở chế độ tích cực.
3. Trình bày nguyên lý làm việc của BJT ở chế độ ngắt và chế độ bão hòa.
4. Trình bày về sơ đồ mắc cực gốc chung và các đặc điểm của cách mắc này?
5. Trình bày về cách mắc cực phát chung và đặc điểm của cách mắc này?
6. Trình bày về cách mắc cực góp chung và đặc điểm của sơ đồ này?
7. Trình bày về sơ đồ Darlington.
8. Nêu khái niệm và sự cần thiết của việc phân cực cho tranzito.
9. Trình bày về mạch phân cực cố định.
10. Hãy cho biết về độ ổn định và hệ số ổn định của mạch định thiên cho BJT?
11. Trình bày về mạch phân cực phân áp.
12. Trình bày về mạch phân cực hồi tiếp.
13. Sơ đồ tương đương của BJT ở chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ và các tham số hỗn hợp
của mạch.
14. Trình bày nguyên lý làm việc của BJT ở chế độ chuyển mạch và tham số cơ bản của nó.
15. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ :
Cho biết α1=0,98, α2=0,96, Vcc=24V, RC=120Ω, IE=100mA Bỏ qua dòng điện ngược bão
hoà (ICBo=0).
Xác định :

1 R
104
a. Các dòng điện IC1, IB1, IE1, IC2, IB2.
b. UCE.
RC
Q2
Q1
IC
IC1
IC2
IB=IB1
IE1=IB2
IE=IE2
UCE
VCC
16. Cho sơ đồ mạch và dùng Tranzito Gecmani và các giá trị trong mạch :
VCC = -20V, RC = 2kΩ, RE = 0,1kΩ, R1 = 100kΩ, R2 = 5kΩ, β = 50.
Hãy xác định:
Các dòng điện tĩnh IB, IC, IE và điện áp UCE.
Hệ số ổn định S.
R
R
V
C
E
CC
R2
B
17. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ và các giá trị :
VCC = 24V, RC = 10kΩ, RE = 270Ω. Tranzito silic có hệ số β = 45 và làm việc tại điểm làm việc
tĩnh là UCE=5V hãy xác định:
a. Trị số R
b. Hệ số ổn định S

L
V
c
L 2
B t¶i
1
105
CC
R
R
R
V
C
E
18. Cho mạch khuyếch đại công suất dùng tranzito loại P-N-P
a. Hãy cho biết tranzito được mắc theo cách nào ? Kiểu mạch định thiên ?
b. Nêu nhiệm vụ của các linh kiện mắc trong mạch
c. Cho biết VC=-40V, RE=5Ω, ICBO=-5mA, cho dòng điện tĩnh IC=-1A, hệ số khuyếch đại
dòng β=100, điện trở cuộn sơ cấp L1 là 10Ω. Hãy xác định giá trị RB và hệ số ổn định
S.
R R
R C
E E
19. Tranzito lưỡng cực làm việc ở chế độ tích cực thuận khi được phân cực với…
a. hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược
b, hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận
c. tiếp xúc phát phân cực thuận, tiếp xúc góp phân cực ngược
d. tiếp xúc phát phân cực ngược, tiếp xúc góp phân cực thuận
20. Tranzito lưỡng cực làm việc ở chế độ ngắt khi nó được phân cực với…
a. hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược
b, hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận
c. tiếp xúc phát phân cực thuận, tiếp xúc góp phân cực ngược
d. tiếp xúc phát phân cực ngược, tiếp xúc góp phân cực thuận
21. Ở chế độ khóa điện tử Tranzito lưỡng cực làm việc ở ….…
a. chế độ tích cực và chế độ ngắt; b. chế độ bão hòa và chế độ tích cực
c. chế độ bão hòa và chế độ ngắt; d. chế độ tích cực
22. Trong sơ đồ mạch khuếch đại, tranzito lưỡng cực làm việc ở …..
a. chế độ tích cực và chế độ ngắt; b. chế độ bão hòa và chế độ tích cực
c. chế độ bão hòa và chế độ ngắt; d. chế độ tích cực

1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”, Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT,
106
năm 2002.
2. Giáo trình “Kỹ thuật điện tử”, Đỗ Xuân Thụ, NXB GD 1997

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Tranzito hiệu ứng trường (FET)
CHƯƠNG 5
TRANZITO TRƯỜNG (FET)
106
Chương 5 giới thiệu về một loại tranzito có nguyên lý làm việc hoàn toàn khác với nguyên
lý làm việc của BJT, đó là tranzito hiệu ứng trường viết tắt là FET. Trong FET việc điều khiển
dòng điện trên mạch ra do điện áp trên mạch vào quyết định. Trong chương 5 trình bày về cấu
tạo và nguyên lý làm việc của các loại tranzito trường: JFET, MOSFET. Trong chương này
còn trình bày về các cách mắc và phân cực cho tranzito trường, các sơ đồ tương đương của
FET trong mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ và chế độ chuyển mạch của nó.
NỘI DUNG.
5.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ FET.
5.1.1. Nguyên lý hoạt động cơ bản
Khác với tranzito lưỡng cực, hoạt động của tranzito trường dựa trên nguyên lý hiệu ứng
trường nghĩa là độ dẫn điện của đơn tinh thể bán dẫn do điện trường bên ngoài điều khiển.
Dòng điện trong tranzito trường do một loại hạt dẫn tạo nên: lỗ trống hoặc điện tử nên nó còn
được gọi là cấu kiện đơn cực.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của tranzito trường là dòng điện đi qua một môi trường bán
dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông góc với lớp bán dẫn đó.
Khi thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trở của lớp bán dẫn và do đó làm thay
đổi dòng điện đi qua nó. Lớp bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện.
5.1.2. Phân loại:
Tranzito trường có hai loại chính là:
- Tranzito trường điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay gọi là tranzito trường mối nối): Junction
field- effect transistor - viết tắt là JFET.
- Tranzito có cực cửa cách điện: Insulated- gate field effect transistor - viết tắt là IGFET.
Thông thường lớp cách điện được dùng là lớp oxit nên còn gọi là metal- oxide-semiconductor
transistor (viết tắt là MOSFET).
Trong loại tranzito trường có cực cửa cách điện được chia làm 2 loại là MOSFET kênh
sẵn và MOSFET kênh cảm ứng.
Mỗi loại FET lại được phân chia thành loại kênh N và loại kênh P.
Tranzito trường có ba chân cực là cực Nguồn ký hiệu là chữ S (source); cực Cửa ký hiệu
là chữ G (gate); cực Máng ký hiệu là chữ D (drain).
Cực nguồn (S): cực nguồn mà qua đó các hạt dẫn đa số đi vào kênh và tạo ra dòng điện
nguồn IS.
Cực máng (D): là cực mà ở đó các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh.
Cực cửa (G): là cực điều khiển dòng điện chạy qua kênh.
5.1.3. Một số ưu nhược điểm của tranzito trường so với tranzito lưỡng cực:
Một số ưu điểm:

+ Dòng điện qua tranzito chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên. Do vậy FET là loại cấu
D D D D D D
G G G G G G
S S S S S S
Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P
a- JFET b- MOS kênh sẵn c- MOS kênh cảm ứng
Hình 5-1 : Ký hiệu của các FET trong sơ đồ mạch.
107
kiện đơn cực (unipolar device).
+ FET có trở kháng vào rất cao.
+ Tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực.
+ Nó không bù điện áp tại dòng ID = 0 và do đó nó là cái ngắt điện tốt.
+ Có độ ổn định về nhiệt cao.
+ Tần số làm việc cao.
Một số nhược điểm:
Nhược điểm chính của FET là hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực.
5.1.4. Ký hiệu của FET trong các sơ đồ mạch:
5.2. TRANZITO TRƯỜNG LOẠI ĐIỀU KHIỂN BẰNG TIẾP XÚC P-N.
(viết tắt là JFET - Junction Field Effect Transistor)
5.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của JFET
a. Cấu tạo của JFET:
Tranzito JFET cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (gọi là kênh loại N) hoặc
loại P (gọi là kênh loại P) ở giữa hai tiếp xúc P-N và được gọi là kênh dẫn điện. Hai đầu của
miếng bán dẫn đó được đưa ra hai chân cực gọi là cực máng (ký hiệu là D) và cực nguồn (ký
hiệu là S). Hai miếng bán dẫn ở hai bên của kênh được nối với nhau và đưa ra một chân cực
gọi là cực cửa (ký hiệu là G). Cho nên, cực cửa được tách khỏi kênh bằng các tiếp xúc P-N.
Các tranzito trường JFET hầu hết đều là loại đối xứng, có nghĩa là khi đấu trong mạch có
thể đổi chỗ hai chân cực máng và nguồn cho nhau thì các tính chất và tham số của tranzito
không hề thay đổi.

G Bán dẫn P
S Kênh dẫn
Hình 5-2 : Cấu tạo của tranzito trường loại JFET kênh dẫn loại N.
D D
ID ID
G RD G RD
UDS UDS
+
VGG UGS VGG
+
S VDD UGS S VDD
a/ JFET kênh N b/ JFET kênh P
Hình 5-3 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của JFET.
108
b. Nguyên lý hoạt động của JFET:
Bán dẫn N
D
Hai tiếp xúc P-N
Nguyên lý hoạt động của tranzito trường JFET kênh loại N và kênh loại P giống nhau.
Chúng chỉ khác nhau về chiều của nguồn điện cung cấp vào các chân cực.
Để cho tranzito trường làm việc ở chế độ khuếch đại phải cung cấp nguồn điện UGS có
chiều sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều được phân cực ngược. Còn nguồn điện UDS có chiều sao
cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S, qua kênh, về cực máng D để tạo nên dòng
điện trong mạch cực máng ID. Ta có các sơ đồ nguyên lý như hình 5-3.
Trong phần này trình bày về nguyên lý hoạt động của tranzito JFET kênh N.
+
+
Xét sơ đồ hình 5-3(a): Để cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược ta phải cung cấp
nguồn VGG có cực dương vào chân cực nguồn S, cực âm vào chân cực cửa G. Để cho các hạt
dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng thì nguồn điện VD có chiều dương vào cực
máng, chiều âm vào cực nguồn.
Khi UDS 0, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ tăng dần từ cực nguồn S đến cực
máng D. Do vậy, tiếp xúc P-N sẽ bị phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng. Bề dày lớp
tiếp xúc tăng dần về phía cực máng và tiết diện của kênh sẽ hẹp dần về phía cực máng (xem
hình 5-4).

UGS G
+
• Xét khả năng điều khiển của điện áp trên cực cửa UGS đối với dòng điện ID và đặc tuyến
truyền đạt của FET:
Muốn xét khả năng điều khiển dòng điện ID của điện áp trên cực cửa phải đặt lên cực
⎛
⎞
− (5. 1)
1 U ⎟ ⎟
109
máng một điện áp UDS1 0 và giữ cố định.
Khi điện áp trên cực cửa UGS = 0V, hai tiếp xúc P-N sẽ được phân cực ngược mạnh dần
từ cực nguồn về phía cực máng, và do đó kênh cũng sẽ hẹp dần về phía cực máng. Tuy nhiên,
ở trường hợp này, tiết diện của kênh là lớn nhất nên dòng điện chạy qua kênh là lớn nhất, ký
hiệu là IDo.
Khi đặt điện áp trên cực cửa có trị số âm (UGS 0), thì tiếp xúc P-N được phân cực
ngược càng mạnh hơn, và tiết diện của kênh càng hẹp lại, điện trở của kênh càng tăng, kéo theo
dòng điện ID giảm xuống. Khi điện áp trên cực cửa giảm xuống đến một trị số gọi là điện áp
ngắt: UGS = UGSngắt thì hai lớp tiếp xúc P-N phủ trùm lên nhau và kênh hoàn toàn biến mất,
dòng điện chạy qua kênh bằng 0 (ID = 0).
Quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UGS thể hiện bằng đường đặc tuyến điều khiển
hay còn gọi là đặc tuyến truyền đạt và có hàm là ID = f(UGS) khi UDS không đổi.
Dòng điện ID được tính bằng công thức Shockley:
ID = IDo
2
GS
GS ng¾t
U
⎠
⎜ ⎜ ⎝
Đây là một phương trình bậc 2 và biểu diễn bằng đường cong có dạng parabol, ta có đặc
tuyến truyền đạt như mô tả trong hình (5-5).
D
w 2b(x)
S 2a (tiết diện kênh)
w(x)
(tiếp xúc P-N)
UDS
Hình 5-4 : Mô hình đấu nối nguồn cung cấp cho JFET kênh N.

ID (mA)
IDo
UDS2
UDS1
UGSngắt 0 +UGS
Hình 5-5 : Đặc tuyến truyền đạt của JFET kênh loại N.
⎛
− ta có thể viết lại công thức (5.1)như sau:
ID = KIDo (5 . 2)
110
-
Đặt hệ số K =
2
⎞
1 U ⎟ ⎟
GS
GS ng¾t
U
⎠
⎜ ⎜
⎝
Đặc tuyến ra của JFET.
Đặc tuyến ra chỉ mối quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp máng UDS.
Đối với JFET kênh loại N, đặt một trị số UGS ≤ 0 (giả sử đặt UGS = UGS1 0) và giữ cố
định, sau đó thay đổi trị số điện áp UDS. Khi điện áp UDS = 0V thì hai tiếp xúc P-N được phân
cực ngược đồng đều từ cực nguồn đến cực máng, tiết diện của kênh là lớn nhất nhưng dòng
điện bằng 0 (ID = 0). Đặt UDS 0 và có giá trị nhỏ, điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ tăng
dần từ cực nguồn đến cực máng, làm cho tiếp xúc P-N được phân cực ngược mạnh dần về phía
cực máng, đồng thời, các hạt dẫn điện tử sẽ chuyển động về cực máng tạo nên dòng điện cực
máng ID. Tăng dần điện áp UDS cho càng dương hơn, hai tiếp xúc P-N càng được phân cực
ngược mạnh hơn về phía cực máng, tiết diện của kênh càng bị hẹp dần về phía cực máng,
nhưng dòng điện ID lại càng tăng và tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp UDS. Ta có đoạn
đặc tuyến dốc đứng gọi là vùng thuần trở.
Khi điện áp UDS tăng đến trị số mà tại đó hai tiếp xúc P-N chạm nhau, tạo ra điểm thắt
của kênh, thì trị số điện áp đó ta gọi là điện áp UDS bão hòa (UDSbh) hay còn gọi là điện áp
“thắt”. Lúc này dòng điện ID đạt tới trị số dòng điện bão hòa IDb.h.. Nếu tiếp tục tăng điện áp
cực máng càng dương hơn thì cường độ dòng điện ID không tăng nữa mà chỉ có tiếp xúc P-N
được phân cực ngược mạnh hơn và chúng trùm phủ lên nhau làm cho một đoạn kênh bị lấp và
chiều dài của kênh bị ngắn lại. Lúc này, quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UDS không theo
định luật Ôm nữa, ID gần như không đổi khi điện áp UDS tiếp tục tăng, ta có vùng dòng điện ID
không đổi.

Vùng
thuần
trở
ID (mA)
12
10
8
6
4
2
Vùng dòng điện ID không đổi UGS = 0v
UGS = - 0,5v
-1v
- 2v
Đánh thủng
- 4v
0 5 10 15 20 25 30 UDS (v)
UDSbh
Hình 5-6 : Họ đặc tuyến ra của JFET kênh loại N.
Nếu tăng trị số điện áp UDS lên quá cao có thể xảy ra hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N
và dòng điện ID sẽ tăng vọt lên gọi là vùng đánh thủng.
Thay đổi trị số điện áp trên cực cửa và thực hiện lại các bước như trên sẽ thu được họ đặc
111
tuyến ra như mô tả trong hình 5- 6.
5.2.2. Các cách mắc của JFET trong sơ đồ mạch
Như các tranzito lưỡng cực, tranzito trường cũng có 3 cách mắc trong các sơ đồ mạch
khuếch đại là: sơ đồ mắc cực nguồn chung, sơ đồ mắc cực máng chung, sơ đồ mắc cực cửa
chung.
a. Sơ đồ cực nguồn chung:
Trong sơ đồ hình (5-7), nguồn cung cấp một chiều VDD, điện trở định thiên RG, tải RD.
Sơ đồ mắc cực nguồn chung giống như sơ đồ mắc cực phát chung đối với các tranzito lưỡng
cực, có điểm khác là dòng vào IG thực tế bằng 0 và trở kháng vào rất lớn.
Đặc điểm của sơ đồ cực nguồn chung:
- Tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha nhau.
- Trở kháng vào rất lớn Zvào = RGS ≈ ∞
- Trở kháng ra Zra = RD // rd
- Hệ số khuếch đại điện áp μ ≈ S rd 1
Đối với tranzito JFET kênh N thì hệ số khuếch đại điện áp khoảng từ 150 lần đến 300
lần, còn đối với tranzito JFET kênh loại P thì hệ số khuếch đại chỉ bằng một nửa là khoảng từ
75 lần đến 150 lần.

112
b. Sơ đồ mắc cực máng chung:
Sơ đồ mạch mô tả trong hình 5-8. Sơ đồ mắc cực máng chung giống như sơ đồ mắc cực
góp chung của tranzito lưỡng cực. Tải RS được đấu ở mạch cực nguồn và sơ đồ còn được gọi là
mạch lặp cực nguồn.
Đặc điểm của sơ đồ này có:
- Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha nhau.
- Trở kháng vào rất lớn
Zvào = RGD = ∞
- Trở kháng ra rất nhỏ Zra = RS //
1
m g
- Hệ số khuếch đại điện áp μ 1
Sơ đồ cực máng chung được dùng rộng rãi hơn, cơ bản là do nó giảm được điện dung
vào của mạch, đồng thời có trở kháng vào rất lớn. Sơ đồ này thường được dùng để phối hợp trở
kháng giữa các mạch.
c. Sơ đồ mắc cực cửa chung:
+VDD
RD ID
D ura
C2
C1 G
uvào S
RG RS CS
Hình 5- 7: Sơ đồ mắc cực nguồn chung của JFET kênh loại N
+VDD
C1
uvào G
S ura
C2
RG RS IS
D
Hình 5-8 : Sơ đồ mắc cực máng chung của JFET kênh loại N

Sơ đồ này theo nguyên tắc không được sử dụng do có trở kháng vào nhỏ, trở kháng ra
S D
Mạch Mạch
vào ra
G G
Hình 5-9 : Sơ đồ mắc cực cửa chung của JFET kênh N.
RD ID
D ura
Hình 5-10: Mạch phân cực cố định của JFET kênh loại N
113
lớn.
Sơ đồ mạch nguyên lý trong hình 5-9:
5.2.3. Phân cực cho JFET
Giống như tranzito lưỡng cực, tranzito trường cũng có các cách phân cực như: phân cực
cố đinh, phân cực phân áp và phân cực hồi tiếp.
a. Phân cực cố định.
Sơ đồ phân cực cố định mô tả trong hình (5-10):
Trong cách phân cực này nguồn điện VGG được đặt vào cực cửa và mạch được gọi là phân cực
cố định vì có UGS = -UGG có giá trị cố định.Như vậy, muốn xác định điểm làm việc Q thích hợp
ta phải dùng 2 nguồn cung cấp. Đây là điều bất lợi của phương pháp phân cực này.
uvào S
b. Phân cực phân áp
+VDD
C2
C1 G
RG
-VGG
Sơ đồ mạch phân cực phân áp mô tả ở hình 5-11. Phương pháp này rất hữu hiệu cho
tranzito lưỡng cực nhưng đối với JFET thì không tiện lợi khi sử dụng.

114
c. Phân áp tự cấp(còn gọi là tự phân cực)
Sơ đồ tự phân cực của JFET mô tả trong hình 5-12. Đây là cách phân cực không giống
như đối với BJT và nó là cách phân cực hữu hiệu nhất đối với JFET, trong cách phân cực này
thì điện áp UGS = -IDRS.
5.2.4. Các tham số của tranzito trường ở chế độ tín hiệu nhỏ.
Các tham số cơ bản của FET trong chế độ tín hiệu nhỏ thường có: độ hỗ dẫn, trở kháng
ra, trở kháng vào và hệ số khuếch đại điện áp.
Sơ đồ mạch tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ cũng giống như của tranzito
lưỡng cực. Ở chế độ này, dòng điện cực máng iD là một hàm của điện áp trên cực cửa uGS và
điện áp trên cực máng uDS, ta có:
iD = f(uGS , uDS)
+VDD
Ip.áp
RD ID
R1
D ura
C2
C1 G
uvào Ip.áp S
R2 RS
Hình 5-11: Mạch phân cực phân áp của JFET kênh loại N
+VDD
RD ID
D ura
C2
C1 G
uvào S
RG RS CS
Hình 5- 12: Phân cực tự cấp cho JFET kênh loại N

Khi cả hai điện áp trên cực cửa và cực máng đều biến đổi thì dòng điện cực máng sẽ thay
i
i
∂
∂
i = Δ
D
u
D i = g u + 1 (5. 4)
= u
115
đổi theo:
DS
GS
DS
GS
DS
D
GS
u U const.
u +
u U const.
=
Δ
=
Δ
∂
∂
(5. 3)
Trong chế độ tín hiệu nhỏ các đại lượng ΔiD = id ; ΔuGS = ugs ; ΔuDS = uds , như vậy
công thức (5. 3) được viết:
ds
d m gs u
r
d
Trong đó:
• Độ hỗ dẫn (ký hiệu là gm):
i
d
u U const
=
i
D
Δ
u U const
g = i
D
u U const.
DS
gs
DS
GS
DS
GS
m
Δ = =
≈
∂
∂ =
(5. 5)
Độ hỗ dẫn của FET biểu thị khả năng điều khiển của điện áp cực cửa uGS lên dòng điện
xoay chiều cực máng iD.
Giá trị độ hỗ dẫn của FET nằm trong khoảng: S = 3 ÷ 20 mA/V.
• Trở kháng ra hay còn gọi là điện trở máng (ký hiệu là rd):
Điện trở máng rd biểu thị sự ảnh hưởng của điện áp cực máng uDS tới dòng điện cực
máng iD ta có công thức:
u
=
ds
i U const
u
DS
i U const
u
DS
i U const
r =
GS
d
GS
D
GS
D
d
Δ
≈
Δ = =
∂
∂ =
(5. 6)
• Hệ số khuếch đại điện áp μ:
Hệ số khuếch đại điện áp chỉ số lần điện áp trên cực cửa tác động lên dòng điện cực
máng mạnh hơn so với điện áp trên cực máng. Ta có công thức:
μ =
ds
u I =const
u
DS
u I const
u
DS
u I const
D
gs
D
GS
D
GS
Δ
≈
Δ =
∂
∂ =
(5. 7)
So sánh các công thức tính độ hỗ dẫn gm, điện trở máng rd và hệ số khuếch đại điện áp μ,
ta có công thức sau:
μ = gm rd (5. 8)
Hệ số khuếch đại có trị số khoảng vài trăm lần.
5.2.5. Sơ đồ tương đương của JFET trong chế độ tín hiệu nhỏ.
Sơ đồ tương đương của FET ở chế độ tín hiệu nhỏ được mô tả trong hình 5- 13. Trong sơ
đồ này tồn tại các điện dung giữa ba chân cực. Tụ điện Cgs biểu thị điện dung rào thế của tiếp
xúc P-N giữa cực cửa và cực nguồn, và tụ điện Cgd là điện dung rào thế của tiếp xúc P-N giữa
cực cửa và cực máng. Tụ điện Cds là điện dung máng-nguồn của kênh dẫn. Đây là các điện
dung ký sinh của FET. Khi tranzito làm việc ở tần số thấp thì chúng không gây anh hưởng gì
cho mạch, nhưng khi ở tần số cao chúng có thể gây ngắn mạch giữa các chân cực của tranzito.

Vì tiếp xúc P-N của cực cửa phân cực ngược nên các điện trở giữa cực cửa - cực nguồn rgs và
giữa cực cửa - máng rgd rất lớn, do đó trong sơ đồ ở hình 5- 13 hai điện trở này được bỏ qua.
Cực cửa Cgd Cực máng
G D
Cgs gm ugs rd Cds
S S
Cực nguồn
Hình 5- 13: Sơ đồ mạch tương đương của FET trong chế độ tín hiệu nhỏ
Từ công thức (5. 4) và (5. 1) ta tính được:
g g U (5. 9)
−
= (5.10)
116
⎞
⎟ ⎟
⎠
⎛
⎜ ⎜
= −
⎝
GS
ng¾t
1
GS
m mo U
trong đó mo g là giá trị độ hỗ dẫn khi U 0 GS = và được xác định:
g I
ng¾t
2
GS
Do
mo U
Vì Do I và UGSngắt ngược pha nhau nên mo g luôn dương.
5.3. TRANZITO TRƯỜNG LOẠI CỰC CỬA CÁCH LY (IGFET)
Đây là loại tranzito trường có cực cửa cách điện với kênh dẫn điện bằng một lớp cách
điện mỏng. Lớp cách điện thường dùng là chất oxit nên ta thường gọi tắt là tranzito trường loại
MOS. Tên gọi MOS được viết tắt từ ba từ tiếng Anh là: Metal - Oxide - Semiconductor.
Tranzito trường MOS có hai loại: tranzito MOSFET có kênh sẵn và tranzito MOSFET
kênh cảm ứng. Trong mỗi loại MOSFET này lại có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N.
5.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET kênh sẵn:
a. Cấu tạo:
Tranzito trường MOSFET kênh sẵn còn gọi là MOSFET-chế độ nghèo (Depletion-Mode
MOSFET viết tắt là DMOSFET). Ta có mô hình mô phỏng cấu tạo của MOSFET trong hình 5
– 14. Tranzito trường loại MOS có kênh sẵn là loại tranzito mà khi chế tạo người ta đã chế tạo
sẵn kênh dẫn.

S G D Kim loại
P P SiO2
Si(N) Tiếp xúc
Đế Kênh P
Hình 5- 14 : Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn loại P
UGS UGS
+ +
S G D S G D
P P N N
Đế Si(N) Đế Si(P)
+ +
UDS UDS
a/ b/
Hình 5 - 15 : Sơ đồ nguyên lý của MOSFET:
a- MOSFET kênh sẵn loại P.
b- MOSFET kênh sẵn loại N
117
b. Nguyên lý hoạt động:
P-N
Tranzito loại MOSFET kênh sẵn có hai loại là kênh loại P và kênh loại N. (ví dụ trong
hình 5-14 là MOSFET có kênh sẵn loại P).
Khi tranzito làm việc, thông thường cực nguồn S được nối với đế và nối đất nên US = 0.
Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S. Nguyên tắc cung
cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực
máng D để tạo nên dòng điện ID trong mạch cực máng. Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều
sao cho MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc ở chế độ nghèo hạt dẫn.
Nguyên lý làm việc của hai loại tranzito kênh P và kênh N giống nhau chỉ có cực tính
của nguồn điện cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau. Sơ đồ nguyên lý đấu nối MOSFET
kênh sẵn như trong hình 5- 15.
Ví dụ: Xét nguyên lý hoạt động của tranzito MOSFET kênh sẵn loại P.
- Xét khả năng điều khiển của MOSFET kênh sẵn loại P (Hình 5-15a):

Khả năng điều khiển dòng điện ID của điện áp trên cực cửa UGS chính là đặc tuyến truyền
đạt của MOSFET, nói cách khác, đó là mối quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UGS, ta có
hàm sau:
ID = f(UGS) khi UDS = const.
Để các hạt dẫn lỗ trống chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D, ta đặt một điện áp
trên cực máng UDS = UDS1 0 và giữ không đổi. Sau đó thay đổi điện áp trên cực cửa UGS theo
chiều dương hoặc theo chiều âm. Khi UGS = 0 thì dưới tác dụng của điện áp UDS các lỗ trống
chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo nên dòng điện ID
Nếu UGS 0, nhiều lỗ trống được hút về kênh làm nồng độ hạt dẫn trong kênh tăng lên,
độ dẫn điện của kênh tăng và dòng điện chạy trong kênh ID tăng lên. Chế độ làm việc này gọi
là chế độ giàu hạt dẫn.
Nếu UGS 0, các lỗ trống bị đẩy ra xa kênh làm mật độ hạt dẫn trong kênh giảm xuống,
độ dẫn điện của kênh giảm và dòng điện chạy qua kênh ID giảm xuống. Chế độ làm việc này
gọi là chế độ nghèo hạt dẫn. Mối quan hệ này được thể hiện trên hình 5-16a.
- Xét họ đặc tuyến ra (hay quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp UDS):
ID = f(UDS) khi UGS = const.
Hình 5- 16b thể hiện họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh sẵn loại P. Đây là các đường
biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UDS ứng với từng giá trị của điện áp UGS
khác nhau.
ID (mA) ID (mA)
Vùng dòng ID không đổi
Vùng giàu Vùng nghèo
hạt dẫn hạt dẫn UGS =-3v
6
4
2
UGS=-1V
UGS=0V
6
4
2
Vùng
thuần
trở
Trên họ đặc tuyến ra, khi điện áp UDS = 0V thì dòng điện qua kênh ID = 0, do đó đặc
tuyến xuất phát từ gốc tọa độ. Điều chỉnh cho UDS âm dần, với trị số còn nhỏ thì dòng điện ID
tăng tuyến tính với sự tăng trị số của điện áp UDS và mối quan hệ này được tính theo định luật
Ôm. Ta có vùng thuần trở của đặc tuyến.
118
UGS=-2v Vùng
giàu
hạt
dẫn
Vùng
nghèo
-3 -2 -1 0 1 2 3 UGS(v) 0 -5 -10 -15 -20 -UDS (v)
UGSngắt UDSbh
a/ b/
Hình 5 - 16 : Các họ đặc tuyến của MOSFET kênh sẵn loại P:
a. Họ đặc tuyến điều khiển ID = f(UGS) khi UDS không đổi
b. Họ đặc tuyến ra ID = f(UDS) khi UGS không đổi

Khi điện áp UDS đạt tới trị số bão hòa (UDSb.h.) thì dòng điện cực máng cũng đạt tới một
trị số gọi là dòng điện bão hòa IDb.h.. Trong trường hợp này, lớp tiếp xúc P-N chạm vào đáy của
lớp oxit và kênh có điểm thắt tại cực máng, nên UDSbh còn được gọi là điện áp “thắt”.
Nếu cho ⏐UDS⏐⏐UDSb.h.⏐ thì dòng điện không thay đổi và giữ nguyên trị số bão hòa
IDb.h.. Đồng thời, tiếp xúc P-N bị phân cực ngược càng mạnh về phía cực máng, làm cho chiều
dài của phần kênh bị thắt tăng lên. Độ chênh lệch của điện áp ΔUDS = ⎪UDS⎪-⎪UDSbh⎪ được
đặt lên đoạn kênh bị thắt và làm cho cường độ điện trường ở đây tăng, giúp cho số các lỗ
trống vượt qua đoạn kênh bị thắt không thay đổi, do vậy dòng IDbh giữ không đổi. Ta có vùng
dòng điện ID bão hòa.
Trường hợp, nếu đặt UDS quá lớn sẽ dẫn đến hiện tượng đánh thủng tiếp xúc P-N ở phía
cực máng, dòng điện ID tăng vọt. Lúc này tranzito chuyển sang vùng đánh thủng.
Qua các họ đặc tuyến của MOSFET kênh sẵn ta thấy nó làm việc ở cả 2 chế độ nghèo và
giàu hạt dẫn. MOSFET kênh sẵn có mức ồn nhỏ nên nó thường được dùng trong các tầng
khuếch đại đầu tiên của thiết bị cao tần. Độ hỗ dẫn gm của nó phụ thuộc vào điện áp UGS nên hệ
số khuếch đại điện áp thường được tự động điều khiển.
5.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET kênh cảm ứng.
a. Cấu tạo:
Tranzito trường loại MOS kênh cảm ứng còn gọi là MOSFET chế độ giàu
(Enhancement-Mode MOSFET viết tắt là E-MOSFET). Khi chế tạo MOSFET kênh cảm ứng
người ta không chế tạo kênh dẫn. Do công nghệ chế tạo đơn giản nên MOSFET kênh cảm ứng
được sản xuất và sử dụng nhiều hơn. Hình 5-17 mô phỏng cấu tạo của MOSFET kênh cảm ứng
loại P
S G
P P
Si(N)
Hình 5 – 17: Cấu tạo của MOSFET kênh cảm ứng loại P
119
Kim loại
SiO2
Tiếp xúc
P-N
b. Nguyên lý hoạt động
Đế
Nguyên lý làm việc của loại kênh P và kênh N giống hệt nhau chỉ khác nhau về cực tính
của nguồn cung cấp đặt lên các chân cực. Trước tiên, nối cực nguồn S với đế và nối đất, sau
đó cấp điện áp giữa cực cửa và cực nguồn để tạo kênh dẫn.
- Tạo kênh dẫn và khả năng điều khiển của tranzito:
Ví dụ: Ta trình bày nguyên lý hoạt động của MOSFET kênh cảm ứng loại P.

Theo nguyên tắc cấp nguồn điện cho các chân cực, ta cấp nguồn điện UGS 0 để tạo
kênh, còn UDS 0 để tác động cho các lỗ trống chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo nên
dòng điện ID.(Xem hình 5 -18)
Khi ta đặt một điện áp lên cực cửa âm hơn so với cực nguồn (UGS 0) đến một giá trị gọi
là điện áp ngưỡng (ký hiệu là UGSth) thì một số các lỗ trống được hút về tạo thành một lớp
mỏng các lỗ trống trên bề mặt của lớp bán dẫn đế Si(N), nối liền cực nguồn S với cực máng D
và kênh dẫn điện được hình thành.
UGS UGS
S G D S G D
P P P P
Si(N) Si(N)
Lớp ion Kênh dẫn P
Hình 5 - 18 : Sự hình thành kênh dẫn của MOSFET loại P
Khi kênh đã xuất hiện, dưới tác dụng của điện trường cực máng các lỗ trống sẽ di chuyển
từ cực nguồn, qua kênh, về cực máng và tạo nên dòng điện trong tranzito ID.
Tiếp tục cho UGS càng âm hơn, nghĩa là ⎪UGS⎪⎪UGSth⎪, thì số lỗ trống được hút về kênh
càng nhiều, mật độ hạt dẫn trong kênh càng tăng lên, độ dẫn điện của kênh càng tăng dẫn đến
cường độ dòng điện chạy qua kênh cũng tăng lên. Qui luật tăng của dòng điện ID theo điện áp
UGS biểu diễn theo công thức sau:
D on U U
120
ID = k ( )2
GS GSth U - U (5.11)
Đây là phương trình của đặc tuyến truyền đạt biểu diễn trong hình 5-19. Hệ số k là
hằng số và được tính theo công thức:
I
−
D on
k = ( U U
)2
( )
( )
GS on GSth
(5.12)
Trong đó ID(on) và UGS(on) là trị số dòng điện và điện áp tương ứng được xác định trên họ
đặc tuyến ra của MOSFET.
Thay công thức (5.12) vào công thức (5.11) ta có:
I
ID = ( ) ( )2
U U
2
( )
( )
GS GSth
GS on GSth
−
−
(5.13)
Đặt K =
2
U −
U
GS GSth
U U
( )
⎞
⎟ ⎟
⎠
⎛
⎜ ⎜
⎝
−
GS on GSth
ta có:
ID = KID(on) (5.14)

ID (mA)
0 +UGS (v)
UGSth
Hình 5 - 19 : Đặc tuyến điều khiển của MOSFET kênh cảm ứng loại P
ID (mA)
UGS Vùng dòng ID không đổi
S G D UGS4 0
xúc đánh
Si(N) P-N UGSth thủng
0 -UDS
a/ UDS UDSbh b/
Hình 5- 20 : a - Sơ đồ nguyên lý của MOSFET kênh cảm ứng loại P.
b- Họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng loại P.
121
- Họ đặc tuyến ra:
Họ đặc tuyến ra biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp UDS. Trong sơ đồ mắc
cực nguồn chung thì ID là dòng điện ra và điện áp UDS là điện áp ra, ta có hàm biểu thị mối
quan hệ này:
ID
= f(UDS) khi UGS giữ không đổi
Điện áp đặt lên cực cửa yêu cầu phải đủ lớn để kênh dẫn đã được hình thành. Sau đó, ta
thay đổi điện áp UDS và theo dõi sự thay đổi của dòng ID theo điện áp UDS. Ta có sơ đồ mạch
nguyên lý đấu nối MOSFET kênh P mô tả trong hình 5- 20a.
Xét đường cong đặc tuyến ra ứng với trị số UGS 0, ví dụ UGS4 như trong hình 5- 20b, ta
thấy:
Nếu UDS = 0, thì các lỗ trống không chuyển động về cực máng nên dòng ID = 0.
Điểm thắt
⎪UGS⎪
P P Tiếp
Khi đặt UDS0 có trị số nhỏ, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ giảm dần cực
nguồn S đến cực máng. Dưới tác dụng của điện áp UDS các lỗ trống sẽ di chuyển từ cực nguồn
đến cực máng tạo nên dòng điện ID. Tiếp tục cho điện áp UDS càng âm thì dòng ID tăng nhanh
và tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp âm UDS. Đồng thời, tiếp xúc P-N cũng được phân cực
ngược tăng dần từ cực nguồn đến cực máng, bề dày lớp tiếp xúc tăng dần về phía cực máng và

kênh hẹp dần về phía cực máng, điện trở kênh tăng lên. Ta có đoạn dốc của đặc tuyến gọi là
vùng thuần trở.
Khi trị số điện áp trên cực máng đạt trị số, mà tại đó bề dày của tiếp xúc P-N tăng lên
chạm vào đáy của lớp oxit ở phía cực máng, thì ta gọi là điện áp cực máng bão hòa (UDSbh).
Lúc này dòng điện ID đạt trị số bão hòa IDb.h.. Tiếp tục cho điện áp UDS càng âm hơn, thì bề dày
của tiếp xúc P-N càng tăng về phía cực máng, phần kênh bị thắt lại càng tăng lên và chiều
dài của kênh bị ngắn lại, nhưng dòng điện không đổi và ID = IDbh. Trong trường hợp này, độ gia
tăng của điện áp cực máng ΔUDS =⎪UDS⎪-⎪UDSbh⎪ sẽ được đặt lên đoạn kênh bị thắt. Và nó
tác dụng trực tiếp lên phần kênh còn lại, kích thích sự chuyển dịch của các hạt lỗ trống từ cực
nguồn vượt qua đoạn kênh bị thắt để về cực máng làm cho dòng điện ID không đổi. ta có
vùng dòng ID không đổi.
Nếu trị số âm của UDS quá lớn thì có thể xảy ra hiện tượng đánh thủng lớp tiếp xúc P-N ở
phía cực máng, làm cho dòng điện ID tăng vọt lên.
5.3.3. Các cách mắc MOSFET trong các sơ đồ mạch khuếch đại
Giống như JFET, tranzito loại MOSFET cũng có 3 cách mắc cơ bản là cực nguồn chung,
cực máng chung và cực cửa chung. Trong 3 cách mắc này thì cách mắc cực cửa chung không
được sử dụng trên thực tế. Do vậy, thông thường ta sử dụng hai cách mắc nguồn chung và
máng chung.
+VDD +VDD +VDD
RD RD
RD C2 R1 C2
C1 Ur C1 Ur
Uv Uv
RG Uv R2 RS CS
a/ b/ c/
Hình 5 – 21: Các cách phân cực thông thường cho MOSFET
122
5.3.4. Phân cực cho MOSFET
Cũng như BJT và JFET, thông thường có 3 cách phân cực cho MOSFET như chỉ ra ở
hình 5-21 là: a/ phân cực cố định, b/ phân cực hồi tiếp và c/ phân cực phân áp.
C2
Ur C1 RG
Cách phân cực cố định như hình 5-21a cho MOSFET kênh sẵn với điện áp UGS=0 gọi là
phân cực zero và ID = IDo. Đây là cách phân cực đơn giản nhất. Sơ đồ hình 5-21b là cách phân
cực hồi tiếp cực máng cho MOSFET kênh cảm ứng. Do dòng IG = 0 nên URG = 0V và Ur = Uv .
Sơ đồ hình 5-21c là mạch phân cực phân áp. Ở cách phân áp này có trở kháng vào Zv = R1//R2;
UGS = UG – IDRS.
5.3.4. Sơ đồ mạch tương đương của MOSFET

Sơ đồ tương đương của MOSFET mô tả trong hình 5-22
UGS Zv gmUGS rd UDS
Hình 5 – 22: Sơ đồ tương đương của MOSFET kênh cảm ứng
Trong sơ đồ, điện trở Zv rất lớn (Zv = RGS ≈ ∞) nên trong các sơ đồ mạch tương đương
mạch vào gần như hở mạch. Điện trở rd là trở kháng ra và nó là điện trở của kênh đối với thành
phần xoay chiều.
Ưu điểm của tranzito trường so với tranzito lưỡng cực:
- Trở kháng vào của FET rất lớn: loại điều khiển bằng tiếp xúc P-N khoảng 1010 ÷ 1013Ω; loại
MOS khoảng 1013 ÷ 1015Ω.
- Dòng điện qua cực cửa rất nhỏ:
Loại JFET: IG(JFET) = 1 PA ÷ 1 nA
1 Loại MOS : IG(MOS) = (
÷
1 )IGJFET
123
10
20
- Tính ổn định về nhiệt cao
- Tần số làm việc cao như ở đèn điện tử chân không có thể đến vài trăm MHz.
- Tạp âm nhỏ
Tranzito trường được sử dụng giống như tranzito lưỡng cực nhưng do hệ số khuếch đại
điện áp của nó nhỏ hơn nhiều nên chúng thường được dùng ở những mạch có yêu cầu về ổn
định nhiệt độ cao, độ nhạy cao và tần số làm việc cao.
5.3.6. Một số ứng dụng của FET
Trong kỹ thuật điện tử, tranzito trường được sử dụng gần giống như tranzito lưỡng cực.
Tuy nhiên, do một số các ưu nhược điểm của FET so với BJT đã nói ở trên, đặc biệt là hệ số
khuếch đại thấp, mà tranzito trường thường được sử dụng ở những mạch thể hiện được ưu thế
của chúng. Đặc biệt trong việc tích hợp IC thì tranzito trường được ứng dụng rất hiệu quả vì
cho phép tạo ra các IC có độ tích hợp rất cao (LSI và VLSI). Sau đây ta sẽ xem xét một vài
mạch ứng dụng của FET.
1. Tầng khuếch đại vi sai dùng FET.
Để tăng trở kháng vào (tới hàng chục MΩ) người ta sử dụng tranzito trường như hình
5-23. Về nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai không có gì khác với mạch dùng
tranzito lưỡng cực, chỉ có trở kháng vào của mạch dùng FET thì lớn hơn nhiều (có thể tới hàng
trăn lần cao hơn so với dùng BJT).

RD1 RD2
D1 D2
T1 T2
S1 S2
-VDD
IS
G1
Ur1
Hình 5 – 23: Mạch khuếch vi sai dùng FET
UV1
2. Mạch phát sóng RC dùng FET.(Hình 5-24)
+VDD
Ur2
UV2
G2
Ở tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại K = gm.RL, trong đó gm là độ hỗ dẫn của FET và
RS CS
+ + +
C
Hình 5 – 24: Mạch tạo dao động RC dùng FET
124
RL là điện trở tải của mạch. RL =
R r
+
D d
R r
D d
Tần số dao động của mạch: f =
1
Π
2 6RC
VDD
RD
R
C
R
R
C
Mạch tạo dao động RC cho dao động có tần số đủ thấp. Trong khối khuếch, tín hiệu ra
ngược pha với tín hiệu vào (FET mắc Nguồn chung) nên mạch hồi tiếp RC phụ thuộc tần
số phải dịch pha tín hiệu 180 0 ở tần số phát sóng.

I
−
U U
125
Tranzito trường (FET) là loại tranzito đơn cực, dòng điện chạy trong cấu kiện do một
loại hạt dẫn tạo nên. Việc điều khiển dòng điện ra do điện trường trên cực cửa quyết định. Khi
thay đổi điện áp trên cực cửa sẽ làm thay đổi tiết diện kênh dẫn điện, và làm thay đổi mật độ
hạt dẫn trong kênh dẫn đến sự thay đổi cường độ dòng điện chạy qua kênh.
Tranzito trường chia làm 2 loại chính: tranzito trường mối nối JFET và tranzito trường
có cực cửa cách điện IGFET- thông thường gọi là MOSFET.
JFET có kênh dẫn nằm giữa 2 tiếp xúc P-N và 3 chân cực là cực Nguồn (S), cực Cửa
(G), cực Máng (D). Có hai loại JFET là loại kênh N và loại kênh P. Hai loại này nguyên lý
hoạt động giống nhau chỉ có chiều nguồn điện cung cấp cho các chân cực là ngược dấu nhau.
Nguyên tắc cấp điện phân cực cho JFET sao cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược và hạt dẫn
phải chuyển động từ cực nguồn về cực máng để tạo ra dòng điện cực máng. Khi thay đổi điện
áp trên cực cửa thì dòng điện qua tranzito thay đổi theo qui luật hàm mũ như sau:
ID = ID0
2
⎞
⎛
−
U
1 ⎟ ⎟
⎠
⎜ ⎜
⎝
GS
GSngat
U
Trong đó: ID là dòng điện cực máng
ID0 là dòng điện máng khi UGS = 0V
UGS là điện áp đặt lên cực cửa
UGS ngắt là điện áp ngắt.
Và ta có đường đặc tuyến điều khiển biểu diễn mối quan hệ này.
Khi điện áp đặt lên cực máng thay đổi sẽ làm cho dòng điện máng thay đổi theo một
cách tuyến tính khi UDS còn nhỏ (UDS UDS bão hòa). Tranzito làm việc trong vùng thuần trở.
Khi UDSUDS bão hòa thì tranzito chuyển sang hoạt động ở vùng bão hòa hay vùng có dòng điện
không đổi (ID bão hòa). Lúc này, khi điện áp trên cực máng thay đổi thì dòng điện qua tranzito
không thay đổi.
MOSFET là tranzito trường có cực cửa cách điện với lớp cách điện là oxit silic. Có hai
loại tranzito trường có cực cửa cách điện là loại có kênh sẵn và loại kênh cảm ứng. Mỗi loại lại
có 2 loại là kênh loại N và kênh loại P. Nguyên lý hoạt động của loại kênh N và kênh P giống
nhau chỉ có chiều của nguồn cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau.
MOSFET kênh sẵn hoạt động ở hai chế độ: nghèo hạt dẫn và chế độ giàu hạt dẫn. Do
khi chế tạo người ta đã chế tạo sẵn kênh, nên khi đặt điện áp lên cực cửa và cực máng thì
tranzito có thể dẫn điện (UGS UGSth).
MOSFET kênh cảm ứng là tranzito trường không chế tạo kênh dẫn điện, mà kênh sẽ
được hình thành trong quá trình tranzito làm việc. Muốn tranzito dẫn điện, ta phải cấp điện lên
cực cửa để tạo kênh. Khi UGS = UGSth thì kênh mới hình thành. Sau khi có kênh thì dòng điện
trong tranzito do các hạt dẫn điện chạy từ cực nguồn về cực máng sẽ chịu sự điều khiển của
điện áp đặt lên cực cửa và cực máng. Mối quan hệ này được thể hiện qua công thức tính dòng
điện cực máng sau:
ID = k ( )2
GS GSth U −U
Trong đó k là hằng số và được tính bằng công thức:
D on
K = ( )2
( )
( )
GS on GSth

Đặc tuyến truyền đạt của MOSFET kênh cảm ứng không xuất phát từ gốc tọa độ mà
xuất phát từ giá trị UGSth và cũng có đường cong hàm mũ bậc 2.
Đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng cũng có 2 vùng hoạt động cơ bản là vùng
1 G D
126
thuần trở và vùng dòng điện không đổi.
Trong các sơ đồ mạch, tranzito trường cũng được phân cực như các tranzito lưỡng cực,
và các phương pháp phân cực cũng tương tự. Trong phần này, chúng ta cần chú ý sử dụng các
phương pháp tối ưu cho từng loại tranzito trường như đã trình bày trong mục 5.2.3 và 5.3.4.
So với tranzito lưỡng cực, tranzito trường có một số đặc điểm: Trở kháng vào rất lớn,
dòng vào rất nhỏ (IG =0); điều khiển dòng điện bằng điện áp; tần số làm việc cao; tạp âm thấp;
nhưng hệ số khuếch đại điện áp nhỏ hơn.
1. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của JFET?
2. Nêu các tham số cơ bản của tranzito trường JFET?
3. Trình bày về các cách mắc cơ bản của JFET trong các sơ đồ mạch khuếch đại?
4. Trình bày cách phân cực cố định của JFET?
5. Trình bày phương pháp tự phân cực của JFET?
6. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET kênh sẵn?
7. Giải thích các họ đặc tuyến điều khiển và họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh sẵn?
8. Trình bày về cách phân cực cố định cho MOSFET kênh sẵn?
9. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET kênh cảm ứng?
10. Nhận xét và giải thích các họ đặc tuyến điều khiển và họ đặc tuyến ra của MOSFET
kênh cảm ứng?
11. Trình bày về phương pháp phân cực phân áp cho MOSFET?
12. Trình bày về cách phân cực hồi tiếp cho MOSFET?
13. So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp phân cực cho FET.
14. Cho biết các ưu nhược điểm của FET so với BJT?
15. Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:
R
C
VD
D C2
R C3 S
R G
S
Hình bài 15
a. Hãy cho biết tranzito được mắc theo cách nào ? Mạch định thiên kiểu gì ?
b. Nêu nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch ?

c. Cho biết VD=30V, điện áp ngắt UGSngắt= -2V, dòng điện ID0=2mA (tại UGS=0V), điểm
làm việc tĩnh được chọn có dòng ID=1mA.
Hãy tính:
- Điện áp UGS tại điểm làm việc tĩnh ?
- Trị số điện trở RS (cho CS rất lớn).
16. Cho bộ khuyếch đại (như ở hình bài 15) sử dụng FET kênh N với
-Điện áp ngắt UGSngắt= -2V
-Độ hỗ dẫn gmo=1,6mA/V (khi UGS=0V)
-Dòng điện bão hòa ID0=1,65mA (ứng với khi UGS=0V). Nguồn cung cấp VD=24V.
-Tranzito làm việc với dòng điện tĩnh ID=0,8mA.
-Giả sử rd ≥ RD
Hãy tính giá trị điện áp tĩnh UGS, độ hỗ dẫn gm, điện trở RS, RD nếu hệ số khuyếch đại
điện áp thấp nhất là 20dB (cho CS rất lớn)
17. Tầng khuếch đại dùng tranzito FET kênh N có ID0 = 1mA, UGSngắt = -1V. Nếu điện
áp tĩnh UDS = 10V, tính R1
S
R 1 1M
H×nh bμi 17
127
+24V
56k
4k
D
18. Cho sơ đồ mạch dùng tranzito trường MOS kênh cảm ứng loại N.

R 1
I I b.
I I
⎞
⎛
U
I I 1 d. I I 1 0 0
⎟ ⎟
128
2
R
C
3
R 2
C1
VD
Hình bài 18
a. Hãy cho biết tranzito được mắc theo cách nào ?
b. Mạch định thiên kiểu gì ?
c. Nêu nhiệm vụ của các linh kiện trong sơ đồ mạch.
19. Sơ đồ mạch cho như bài 18.
- Nếu cấp nguồn VD = 30V; Điện áp ngưỡng UGS = 1,0V; Dòng điện máng tại UGS =
2UGSngưỡng là ID0 = 1,5mA; R1 = 23kΩ; R2 = 7kΩ; Điểm làm việc tĩnh được chọn có
UGS=5V.
Hãy tính: Trị số dòng điện tĩnh ID
Trị số điện trở R3
20. Trong FET việc điều khiển dòng điện máng là do…….quyết định.
a. dòng điện trên cực cửa; b. Điện áp trên cực cửa
c. điện áp trên cực máng; d. dòng điện cực cửa và điện áp cực cửa
21. Trong FET dòng điện trên cực cửa có giá trị bằng:
a. IG ≈ 0mA; b. IG = (50 ÷ 100)mA; c. IG = ∞; d. 0mA IG 10mA
22. Quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp UGS trong JFET được thể hiện qua công thức sau:
a.
2
⎞
⎛
U
0 1 ⎟ ⎟
⎠
⎜ ⎜
= −
⎝
GS
GSngat
D D U
2
⎞
⎛
U
0 1 ⎟ ⎟
⎠
⎜ ⎜
= +
⎝
GS
GSngat
D D U
⎞
⎛
U
c. ⎟ ⎟
⎠
⎜ ⎜
= −
⎝
GS
GSngat
D D U
⎠
⎜ ⎜
= +
⎝
GS
GSngat
D D U
năm 2002.
2. “Electronic Principles”- Firth Edition, Albert Paul Malvino, Ph.D., E.E. McGraw-Hill.
3. Giáo trình “Kỹ thuật mạch điện tử”, Đỗ Xuân Thụ, NXB KHKT, năm 1999

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Cấu kiện Thyristo
CHƯƠNG 6:
CẤU KIỆN THYRISTO
129
Chương 6 giới thiệu về các cấu kiện có 4 lớp bán dẫn. Đây là các cấu kiện thuộc họ
thyristo. Thyristo là cấu kiện bán dẫn khóa mở mạch mà tác động ở 2 trạng thái bền (khóa và
mở) của nó tùy thuộc vào tính hồi tiếp dương của 4 lớp bán dẫn P-N-P-N.
Thyristo có thể là cấu kiện 2 chân cực, 3 chân cực hoặc 4 chân cực, có thể dẫn điện một
chiều hoặc cả hai chiều. Trong họ thyristo quan trọng nhất là đèn chỉnh lưu Silic có điều khiển
(SCR), Triac, Diac, v.v...Phần đầu tiên của chương sẽ giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của cấu kiện chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR), về các đặc tính và tham số của nó. Cấu
kiện thứ hai là triac, đây là cấu kiện dẫn điện hai chiều, các đặc tính và tham số của triac, đây
là linh kiện quan trọng được dùng nhiều trong các mạch điều khiển nguồn điện. Cấu kiện Diac:
cấu tạo và nguyên lý hoạt động, cũng như ứng dụng của nó.
Ngoài ra, trong chương 6 còn giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tranzito
đơn nối (UJT). Đây là cấu kiện có 3 chân cực nhưng chỉ có 1 lớp tiếp xúc P-N và do vậy nó
cũng có các đặc tính và tham số rất khác với các tranzito thông thường.
NỘI DUNG
6.1. CHỈNH LƯU SILIC CÓ ĐIỀU KHIỂN (SCR).
6.1.1. Cấu tạo:
Chỉnh lưu silic có điều khiển, gọi tắt là SCR, gồm có 4 lớp bán dẫn P và N sắp xếp theo
kiểu P-N-P-N. Ba chân cực được ký hiệu bằng các chữ A - anốt, K - catôt, và G - cực điều
khiển. Cực anốt nối với phần bán dẫn P1 trước, còn catốt nối với phần bán dẫn N2 sau; cực điều
khiển G thường được nối với phần bán dẫn P2.
Đèn chỉnh lưu silic có điều khiển chỉ dẫn điện một chiều.
Mô hình cấu tạo và ký hiệu của SCR trong sơ đồ mạch mô tả trong hình 6- 1a,b,c.
Có hai loại SCR là:
+ SCR điều khiển theo catốt hay còn gọi là SCR theo qui ước (đơn giản gọi là SCR). Loại này
cực điều khiển G được nối với phần bán dẫn P2 sau.
+ SCR điều khiển theo anốt hay còn gọi là SCR kiểu bù. Loại này cực điều khiển G được nối
với phần bán dẫn N1 trước.
Thông thường người ta sử dụng loại SCR qui ước. Các SCR kiểu bù công suất thấp ít
được dùng vì công suất tiêu thụ của nó cao hơn loại SCR qui ước. Sau đây, chúng ta nghiên
cứu về nguyên lý làm việc của SCR qui ước, gọi tắt là SCR.

T1 T2 T3 T1 T2 T3
A K A K
P1 N1 P2 N2 P1 N1 P2 N2
G A G
A K G A K
G G
K
a/ SCR qui ước b- SCR kiểu bù
K Cực G
Si(N)
Lớp P
Lớp N
Lớp P
Anốt Đĩa Moliden
Hình 6- 1: Ký hiệu và cấu tạo của SCR.
P1 R
R Q1
N1
P2
N1 IC2
G P2 IC1
E G Q2
N1
K K
Hình 6- 2: Sơ đồ mạch tương đương của SCR
130
c/ Cấu tạo
6.1.2. Nguyên lý làm việc:
Sơ đồ mạch tương đương của SCR:
Lớp nhôm
A
I A
Theo cấu tạo, SCR có 3 tiếp xúc P- N được ký hiệu T1, T2, và T3
Khi cực điều khiển G để hở (IG = 0):
E
I
Đặt điện áp nguồn cung cấp UAK vào giữa anốt và catốt để phân cực cho SCR và lúc này
nó được coi như 1 điốt:
+ Khi phân cực ngược (UAK 0) thì tiếp xúc T1 và T3 phân cực ngược, T2 phân cực
thuận nên qua SCR chỉ có dòng điện ngược rất nhỏ. Nếu tăng ⎪UAK⎪ lên cao đến điện áp đánh

thủng tiếp xúc T1 và T3 thì đây là hiện tượng đánh thủng kiểu thác lũ hay đánh thủng zener với
điện áp đánh thủng Uđ.t. = Uđ.t.T1 + UĐ.t.T3. Nếu xảy ra hiện tượng này thì coi như SCR hỏng.
+ Khi phân cực thuận (UAK 0) thì các tiếp xúc T1 và T3 phân cực thuận, tiếp xúc T2
phân cực ngược và qua SCR cũng chỉ có dòng điện ngược rất nhỏ (hay SCR ở chế độ trở kháng
cao).
Nếu tăng dần điện áp phân cực thuận UAK 0 lên đến điện áp đánh thủng tiếp xúc T2 thì
dòng điện qua SCR tăng vọt. Lúc này cả 3 tiếp xúc P-N đều coi như được phân cực thuận, điện
trở của chúng rất nhỏ làm cho sụt áp trên SCR giảm hẳn xuống còn khoảng từ 1 ÷ 2 V. Trị số
điện áp mà tại đó xảy ra đánh thủng tiếp xúc T2 được gọi là điện áp đỉnh khuỷu UBO. Trị số
UBO này thường vào khoảng từ 200 ÷ 400V. Vùng điện áp này ta gọi là vùng chặn thuận.
Như vậy, khi SCR đã dẫn điện thì dòng điện qua nó không thể khống chế được trong
SCR mà nó được hạn chế nhờ điện trở mắc ở mạch ngoài.
Theo sơ đồ mạch tương đương ở hình 6- 2 của SCR ta thấy, khi SCR dẫn điện thì qua nó
có dòng điện I chạy từ A đến K và giữa các tiếp xúc P-N của 2 tranzito Q1 và Q2 có các dòng
điện vào và ra là:
IC1 = IB2 và IC2 = IB1 (6. 1)
131
Trong đó:
IC1 = α1I + ICBo1
IC2 = α2I + ICBo2
Và α1, α2 là hệ số khuếch đại thác lũ alpha (hay số nhân thác lũ).
Dòng điện tổng qua SCR là:
I = IC1 + IC2 = I(α1 + α2) + ICBo1 + ICBo2 (6. 2)
Thay:
ICBo1 + ICBo2 = ICBo
ICBo là dòng điện ngược bão hòa của tiếp xúc P-N.
Vậy ta có:
I =
I
CBo
α +α
1- ( )
1 2
(6. 3)
Như vậy, khi (α1 + α2) = 1 thì dòng điện tăng vọt và không giới hạn được, nó tương ứng
với tiếp xúc T2 được phân cực thuận. Lúc này, SCR dẫn điện và có nghĩa là cả hai tranzito Q1
và Q2 đều dẫn bão hòa. Lúc này, SCR ở chế độ ON: đóng mạch, hệ số khuếch đại α của hai
tranzito hở nên nhỏ và đạt được điều kiện (α1 + α2) = 1.
Khi ta đưa dòng điện điều khiển vào cực điều khiển G (IG ≠ 0):
Khi cho một dòng điện vào cực điều khiển G, nó có thể làm tăng hệ số α mà không phụ
thuộc vào điện áp và dòng điện. Như vậy, dòng IG có tác dụng gia tăng hạt dẫn thiểu số cho lớp
bán dẫn P2 để cho tiếp xúc T2 thông sớm hơn. Tuỳ theo trị số của dòng IG mà điện áp đánh
thủng tiếp xúc T2 và trị số dòng điện duy trì IH thay đổi. Khi IG có giá trị càng lớn thì UBo càng
nhỏ và IH càng nhỏ. Quan hệ này được thể hiện qua đặc tuyến Vôn-Ampe của SCR biểu diễn
trong hình 6-3.

I
Trong trường hợp này dòng điện qua SCR có biểu thức tính là:
132
I =
I +
I
2 G CBo
α α
1- ( )
1 2
α
+
(6. 4)
Điện áp, mà tại đó SCR chuyển từ chế độ ngắt sang chế độ dẫn được điều khiển bằng tín
hiệu rất nhỏ trên cực điều khiển. Ở các SCR công suất lớn, để kích thích cho SCR hoạt động ta
dùng dòng điện IG có hiệu ứng nhỏ. Còn ở các SCR công suất thấp, dòng IG được sử dụng để
bật và tắt SCR.
Khi SCR đã dẫn thì dù ta cắt dòng điện điều khiển IG , nó vẫn tiếp tục dẫn điện. Khi SCR
dẫn điện ta gọi là nó đã được khởi động. SCR chỉ ngừng dẫn khi dòng điện bị giảm xuống dưới
mức IH hoặc điện áp đặt lên SCR ở nửa chu kỳ âm.
Khi SCR ngừng dẫn, muốn nó hoạt động trở lại ta phải kích khởi động cho nó.
Như vậy ta thấy, trên thực tế, khi đặt điện áp UAK nào đó lên SCR thì chỉ có dòng điện
ngược chạy qua SCR, còn dòng điều khiển IG sẽ tạo ra một thành phần dòng điện kích thích sao
cho tổng các hệ số khuếch đại kiểu thác lũ của dòng điện (α1 + α2)→ 1 thì SCR sẽ khởi động.
Khi UAK thuận tăng lên thì dòng điều khiển cần thiết để khởi động SCR sẽ giảm xuống.
Đặc điểm của SCR:
- Thời gian mở và tắt (hay thời gian phục hồi tp) rất nhanh (vài μs đến vài chục μs).
- Cường độ dòng điện cao (hàng nghìn ampe).
- Điện áp cao (hàng nghìn Vôn).
- Sụt áp giữa 2 cực nhỏ (từ 1 ÷ 2V).
- Khả năng điều khiển lớn
6.2. TRIAC (Triode Alternative Current).
Là một cấu kiện thuộc họ Thyristo. Triac có 3 chân cực và có khả năng dẫn điện hai
chiều khi có tín hiệu kích khởi động (dương hoặc âm).
IG3 IG2 IG1
IH IG0=0
Uđ.t.
UBo2 UBo1 UBo +UAK
Vùng chặn ngược Vùng chặn thuận
Hình 6- 3 : Đặc tuyến vôn-ampe của SCR

MT2
N P
P
N
N N
G MT1
Hình 6- 4: Cấu tạo của triac
MT2 I
MT1 IG
a/ b/
Hình 6 – 5: Ký hiệu (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của triac
133
6.2.1. Cấu tạo của triac:
Do tính dẫn điện hai chiều nên hai đầu ra chính của triac dùng để nối với nguồn điện
được gọi là đầu ra MT1 và MT2 . Giữa hai đầu ra MT1 và MT2 có năm lớp bán dẫn bố trí theo
thứ tự P-N-P-N như SCR theo cả 2 chiều. Đầu ra thứ ba gọi là cực điều khiển G. Như vậy triac
được coi như hai SCR đấu song song ngược chiều với nhau, xem hình 6-4.
MT2
G1
MT1
K1
A1
6.2.2. Nguyên lý làm việc:
A2
K2
G2
MT2
G MT1
Theo quy ước, tất cả các điện áp và dòng điện đều quy ước theo đầu ra chính MT1.
Như vậy, điện áp nguồn cung cấp cho MT2 phải dương (hoặc âm) hơn so với MT1. Còn
tín hiệu điều khiển được đưa vào giữa hai chân cực G và chân cực MT1. Ký hiệu và sơ đồ
nguyên lý đấu triac trong mạch mô tả trong hình 6-5a,b.
U
Rt
MT2
G
MT1
Đặc tuyến Vôn-Ampe của triac được biểu diễn trong hình 6- 6. Đặc tuyến thể hiện khả
năng dẫn điện hai chiều của triac.
Phương pháp kích cổng của triac cũng giống như SCR chỉ khác là có thể dùng cả dòng
dương hay dòng âm cho cả phần tư thứ I và phần tư thứ III của đặc tuyến Vôn- Ampe của triac.
Có hai phương pháp kích khởi động cho triac hoạt động nhạy nhất là:

Cực cổng G dương và cực MT2 dương so với MT1
Cực cổng G âm và cực MT2 âm so với MT1
Trong mạch điện, một triac cho qua 2 nửa chu kỳ của một điện áp xoay chiều và điều
134
khiển bằng một cực điều khiển G.
Khác với SCR, triac tắt trong một khoảng thời gian rất ngắn lúc dòng điện tải đi qua
điểm O. Nếu mạch điều khiển của triac có gánh là điện trở thuần thì việc ngắt mạch không có
gì khó khăn. Nhưng nếu tải là một cuộn cảm thì vấn đề làm tắt triac trở nên khó khăn vì dòng
lệch pha trễ. Thông thường để tắt Thyristo người ta sử dụng cái ngắt điện hoặc mạch đảo lưu
dòng điện trong mạch.
I
Vùng chặn
ngược
-UBo -UBo1 UAK
0 UBo1 UBo
Vùng chặn thuận
IH
-IH
Hình 6- 6 : Đặc tuyến Vôn- Ampe của triac
6.3. DIAC
6.3.1. Cấu tạo và ký hiệu của diac
Diac là cấu kiện 4 lớp bán dẫn có 2 chân cực A1 và A2. Cấu trúc của diac giống như
triac nhưng không có cực điều khiển G nên diac cũng dẫn điện hai chiều.. Hình 6-7 giới thiệu
ký hiệu của diac trong các sơ đồ mạch.
UB0
I
UB0 U
UV UB0
A1
A2
Hình 6 – 7: Ký hiệu của diac
IH
-IH
UB0
Hình 6- 8 : Đặc tuyến Vôn- Ampe của diac

135
6.3.2. Nguyên lý hoạt động của diac
Do không có cực điều khiển nên việc kích mở cho diac thực hiện bằng cách nâng cao
điện áp đặt vào hai cực. Khi điện áp nguồn đạt đến giá trị UB0 thì diac dẫn điện và điện áp trên
nó sụt xuống chỉ còn 1 đến 2 vôn (UV).
Trong ứng dụng, diac thường dùng làm phần tử mở cho triac dẫn. Khi diac dẫn điện, độ sụt áp
trên nó là:
ΔU = UB0 – UV
được đưa vào cực điều khiển của triac như là xung kích để làm cho triac dẫn điện. Thông
thường, trên thực tế ứng dụng, diac và triac được tổ hợp thành một linh kiện duy nhất.
6.3.3. Ứng dụng của Thyristo.
Thyristo được dùng như một chuyển mạch điện tử. Nó thường được dùng để điều khiển
nguồn điện, điều khiển công suất cho lò nung, điều khiển tốc độ ô tô, điều khiển đèn tắt - sáng,
điều khiển mô tơ điện một chiều v.v... Sau đây chúng ta xem xét một thí dụ về mạch kiểm soát
pha (hay còn gọi là mạch điều khiển nguồn):
Đây là quá trình tắt mở dùng để nối nguồn điện xoay chiều cho tải trong một phần của
mỗi chu kỳ xem hình 6-8: a/ mạch điều khiển nửa chu kỳ dùng SCR và b/ mạch điều khiển cả
chu kỳ dùng triac.
Trong đó: Điểm A là thời điểm kích
Góc θK là góc kích và θD là góc dẫn (thực tế θK + θD = 180°)
Bằng cách thay đổi góc kích hoặc góc dẫn chúng ta sẽ kiểm soát được công suất tiêu thụ
của tải. Góc dẫn cực đại θDmax = 1800 ; góc dẫn cực tiểu θDmin = 900
Triac
Tải
U~ SCR U~
Kích
Tải
Kích
θK θD t t
t t
Xung kích Xung kích
a. Mạch điều khiển nửa sóng b. Mạch điều khiển cả sóng
Hình 6 - 9 : Mạch điều khiển nguồn

6.4. TRANZITO ĐƠN NỐI (UJT - UNITJUNCTION TRANSISTOR)
6.4.1. Cấu tạo của tranzito đơn nối.
UJT là linh kiện bán dẫn có một tiếp xúc P-N và 3 chân cực. Nó gồm một thanh bán dẫn
Silic loại N có gắn thêm 1 miếng bán dẫn Silic loại P để tạo thành một tiếp xúc P-N.
Chân cực nối với mẩu bán dẫn P gọi là cực phát E. Hai đầu còn lại của thanh Silic loại N
được đưa ra 2 chân cực gọi là Nền 1 ( ký hiệu B1) và Nền 2 (ký hiệu B2).
B2 B2 B2
Si(p) Thanh
E Si(N) E D B2 E
E 0
Tiếp B1
xúc P-N RB1
+ +
136
6.4.2. Nguyên lý làm việc của UJT.
RB2
Trong sơ đồ tương đương, điốt được thay thế cho tiếp xúc P-N; RB1 là điện trở của phần
bán dẫn nền 1; RB2 là điện trở của phần bán dẫn nền 2.
Để cho tranzito đơn nối hoạt động ta phân cực cho nó như hình 6- 9c. Cung cấp điện áp
dương cho B2 so với B1 (UBB 0). Như vậy, nếu hở mạch cực phát thì RB1và RB2 là bộ phân áp
cho nguồn UBB . Do đó, điện áp tại điểm O sẽ là:
UO =
U R
BB B 1
R +
R
B 1 B 2
= η UBB (6. 5)
B1
B1 B1
UE UBB
a/ b/ d/ e/
UBB
B2
B1
UE
+
RE
UEE
c/
Hình 6- 10: a- Cấu tạo; b- ký hiệu;
c/ Sơ đồ nguyên lý; d- sơ đồ tương đương của UJT
e- bố trí chân cực của UJT

UBB=30V T=250C
UBB=20V
UBB=10V
UBB=5V
IE0 0I P 2 4 6 8 10 12 14 16
Hình 6-11: Đặc tuyến Vôn – Ampe của UJT
137
Trong đó η =
R
+
B 1
R R
B 1 B 2
gọi là hệ số thuần khiết
- Nếu UE η UBB (UE UO) thì tiếp xúc P-N (điốt D) được phân cực ngược và qua nó chỉ
có dòng điện ngược IEO rất nhỏ. Ta có vùng ngắt của đặc tuyến vôn- ampe của UJT.
- Khi UE η UBB , tiếp xúc P-N được phân cực thuận, dòng IE tăng dần. Khi UE UP (Up
gọi là điện áp kích khởi cho UJT hoạt động hay gọi là điện áp đỉnh) thì dòng IE tăng nhanh.
Dưới tác dụng của điện trường, các lỗ trống chuyển động từ cực phát E xuống Nền 1 (B1),
còn các điện tử chuyển động từ Nền 1 đến phần phát tạo nên dòng điện IE. Do sự gia tăng ồ
ạt của các hạt dẫn trong Nền 1 nên điện trở RB1 giảm trong khi dòng điện IE tăng và điện áp
UE giảm nên ta có vùng điện trở âm của đặc tuyến vôn- ampe.
Ta có đặc tuyến vôn- ampe của UJT mô tả trong hình 6 -10:
UE(V)
14
12
10
8
6
4
2
UP
UV
IB2=0
IE(mA)
Đặc tuyến Vôn- Ampe biểu thị quan hệ giữa dòng điện cực phát IE với điện áp trên cực
phát UE. Mối quan hệ này được biểu diễn bằng hàm sau:
IE = f(UE)
Nếu cực nền 2 (B2) hở mạch, nghĩa là dòng IB2=0 thì quan hệ Vôn-Ampe lối vào là đặc
tuyến Vôn-Ampe của tiếp xúc P-N:
⎞
⎟ ⎟ ⎠
⎛
⎜ ⎜
I = I e VT −1
⎝
UE
E E0
và ta có đường đặc tuyến ứng với IB2=0 trong hình
Qua hình 6-10 ta thấy, khi thay đổi điện áp đặt lên giữa nền 1 và nền 2 (UBB) thì điện áp
đỉnh (UP) cũng thay đổi theo và đưa đặc tuyến dịch lên trên.
Tại vùng điện trở âm, dòng điện chỉ bị giới hạn bởi các linh kiện mắc ở mạch ngoài, do
đó mạch ngoài phải bảo đảm để dòng điện IE IEmax
Khi IE tăng đến IV, muốn tăng thêm dòng IE lên nữa ta buộc phải tăng UE vì số lượng lỗ
trống và điện tử đã đạt đến tình trạng di chuyển bão hòa, đặc tuyến chuyển sang vùng điện trở
dương.
Bảng 6.1 : Biến thiên của điện trở nền 1 (RB1) theo IE của một UJT tiêu biểu.

IE (mA) 0 1 2 5 10 20 50
RB1 (Ω) 4600 2000 900 240 150 90 40
0,7 R (6. 7)
138
6.4.3. Các tham số của tranzito đơn nối.
- Điện trở liên nền RBB = RB1 + RB2 = 4KΩ ÷ 12KΩ tùy thuộc vào loại UJT và phụ thuộc
vào nhiệt độ.
- Hệ số thuần khiết η =
B 1
R
BB
R
= 0,45 ÷ 0,82 không phụ thuộc nhiệt độ. Nó phụ thuộc vào
vật liệu chế tạo linh kiện.
- Điện áp đỉnh: UP = η UBB + UD = ηUBB + 0,7V (6. 6)
Trong đó: UBB - điện áp đặt vào giữa 2 Nền B1 và B2.
UD - điện áp ngang qua điôt (UD = 0,7V).
Điện áp đỉnh là trị số điện áp đặt lên cực phát để UJT bắt đầu dẫn.
- Dòng điện đỉnh IP là dòng điện chạy qua UJT tương ứng với trị số điện áp đỉnh UP đặt lên
cực phát E (hay còn gọi là dòng điện kích khởi). Trị số của IP chỉ vài μA.
- Điện áp trũng UV ≈ 2V là điện áp thấp nhất nối vùng điện trở âm với vùng điện trở dương
của đặc tuyến.
- Dòng điện trũng IV là trị số dòng điện tương ứng với điện áp UE = UV.
- Điện áp bão hòa UEbh là điện áp ứng với dòng IE = 50mA và điện áp UBB = 10v.
6.4.4. Ứng dụng.
Người ta thường sử dụng đoạn đặc tuyến điện trở âm để tạo các mạch dao động . Cho
nên UJT thường được dùng trong các mạch phóng nạp tạo xung, trong mạch định thời các
mạch báo động và quan trọng nhất là dùng để kích khởi cho đèn chỉnh lưu Silic có điều khiển
hoạt động.
Ví dụ: UJT sử dụng trong mạch dao động phóng nạp (hình 6- 11)
Trong sơ đồ có nguồn cung cấp U1, tải RT, tụ phóng nạp CT, trên R1 ta lấy xung ra, R2 là
điện trở bù nhiệt. Ta có thể tính điện trở R2 theo công thức sau:
R2 =
BB
U
1
Ngoài ra, điện trở R2 còn có nhiệm vụ giới hạn dòng khi điện áp U1 quá lớn.

Tần số của dao động lấy ra trên R1 (hoặc trên R2):
≈ (6. 8)
(vì T1
139
f = 1 1
T T T 1 2 1 +
T2)
Trong đó: T1 - thời gian UJT ngừng dẫn (thời gian tụ CT nạp điện)
T2 - thời gian UJT dẫn điện (thời gian tụ CT phóng điện)
Điều kiện để mạch hoạt động tốt như sau:
+ Đường tải RT phải cắt đặc tuyến tại một điểm ở vùng điện trở âm hay nói cách khác
dòng điện chạy qua UJT phải có trị số:
IV I IP
hoặc tải có giá trị là
U − U
BB P
I
P
RT
U − U
BB V
I
V
+ Để không làm giảm UE cần có CT ≥ 0,01μF
+ Nếu CT 1μF, nên thêm điện trở nối tiếp với CT để bảo vệ cực phát.
Thyristo là các cấu kiện có 4 lớp bán dẫn được sắp xếp theo trật tự P-N-P-N. Chúng là
cấu kiện có 2 chân cực, 3 chân cực hoặc 4 chân cực; có khả năng dẫn điện một chiều hoặc hai
chiều. Đây là các cấu kiện điện tử đóng ngắt mạch mà hai trạng thái đóng và ngắt mạch của nó
phụ thuộc vào tính hồi tiếp dương của 4 lớp bán dẫn trên.
Họ thyristo gồm có các cấu kiện như chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR), triac, diac,
chuyển mạch silic có điều khiển…
Tụ CT nạp
UE
UP
+U1
UEmin
t
RT R2 T1 T2
UB1
E B2 UB2
B1
CT UB1
R1 t
UB2
t
a/ b/
Hình 6- 12 : a- Sơ đồ mạch tạo dao động phóng nạp dùng UJT.
b- Dạng sóng tại các chân cực E, B1 và B2 .

Chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR) là cấu kiện có 4 lớp bán dẫn được sắp xếp theo thứ
tự P1-N1-P2-N2 và hai ba chân cực: A-nốt đấu vào bán dẫn P1, Ka-tốt đấu vào bán dẫn N2, cực
điều khiển G đấu vào bán dẫn P2. SCR chỉ dẫn điện một chiều khi cấp điện áp thuận vào giữa 2
cực A-K (UAK0). Tùy vào dòng điện điều khiển IG lớn hay nhỏ mà vùng chặn thuận có các giá
trị khác nhau. Nếu IG càng lớn thì giá trị điện áp đỉnh khuỷu (hay điện áp khởi động) của SCR
càng nhỏ. Đặc tuyến Vôn-Ampe của SCR có đoạn chặn thuận và đoạn chặn ngược. Nếu điện
áp đặt lên SCR bằng hoặc vượt vùng chặn ngược thì cấu kiện bị đánh thủng và bị hỏng; còn
bằng hoặc vượt vùng chặn thuận thì cấu kiện sẽ dẫn điện và SCR được kích khởi động, dòng
điện chạy qua SCR tăng vọt và nó chỉ bị khống chế bởi điện trở mắc ở mạch ngoài. Điều kiện
để SCR dẫn điện là hệ số nhân thác lũ α1α2=1. Khi SCR đã dẫn điện nếu ta ngắt dòng điều
khiển thì nó vẫn dẫn điện. SCR chỉ ngừng dẫn khi điện áp nguồn chuyển sang nửa chu kỳ âm
hoặc dòng điện giảm xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH. Khi muốn SCR dẫn điện ta lại
phải kích cho nó dẫn điện.
Triac là cấu kiện cũng có 3 chân cực nhưng dẫn điện hai chiều. Các chân cực được gọi
là các đầu ra MT1, MT2 và cực điều khiển G. Triac được cấu tạo từ 5 lớp bán dẫn sắp xếp theo
trật tự N-P-N-P-N sao cho tạo ra được cấu trúc như là 2 SCR đấu song song và ngược chiều
nhau. Việc kích cho triac dẫn điện có thể được thực hiện bằng 4 cách nhưng thông thường
người ta sử dụng 2 cách nhạy nhất là MT2 dương hơn MT1 và cực G dương hơn MT1 hoặc MT2
và cực G cùng âm hơn MT1. Khi triac đã dẫn điện, muốn nó ngừng dẫn ta phải giảm dòng điện
qua nó xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH hoặc dùng cái ngắt điện. Việc cho triac ngừng
dẫn khó khăn hơn so với SCR vì nó dẫn điện cả hai chiều.
Tranzito đơn nối (UJT) là tranzito chỉ có một lớp tiếp xúc P-N và ba chân cực là cực
Phát (E), Nền 1 (B1)và Nền 2 (B2). Nguyên lý hoạt động của UJT khác hẳn với các tranzito
khác đã học. Khi điện áp đặt lên cực phát phải bằng hoặc lớn hơn giá trị điện áp đỉnh (UP) thì
UJT mới dẫn điện, nhưng sụt áp trên nó giảm và đặc tuyến Vôn-Ampe có đoạn điện trở âm.
Điện áp đỉnh UP = ηUBB +0,7V; trong đó η là hệ số thuần khiết, UBB là điện áp giữa Nền2 và
Nền1. Khi dòng điện đạt đến giá trị IV –dòng điện trũng thì sụt áp trên UJT giảm đến trị số điện
áp trũng UV. Từ giá trị này UJT chuyển sang vùng điện trở dương của đặc tuyến. Người ta sử
dụng đoạn điện trở âm để lắp các mạch tạo xung phóng nạp.
1. Trình bày cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của SCR?
2. Hãy giải thích về đặc tuyến Vôn-Ampe của SCR?
3. Trình bày về điều kiện để SCR dẫn điện?
4. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của triac?
5. Hãy vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe và chỉ ra các vùng kích nhạy nhất cho triac trên đồ thị?
6. Trình bày về cấu tạo, ký hiệu và đặc tuyến Vôn-Ampe của diac?
7. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của UJT?
8. Nêu các tham số của UJT và ứng dụng của nó?
9. Ký hiệu sau đây là của cấu kiện nào?
a. SCR; b. Triac; c. Diac; d. UJT
140
10. Ký hiệu sau đây là của cấu kiện nào?
a. SCR; b. Triac; c. UJT; d. FET

1- Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử” – Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT, năm
2002.
2- “Các linh kiện bán dẫn thông dụng”- Nguyễn Như Anh và nhóm tác giả, NXB KHKT, năm
1988.
141

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ Vi mạch tích hợp
CHƯƠNG 7
VI MẠCH TÍCH HỢP
141
Các điôt và tranzito tuy rất nhỏ nhưng khi ghép với nhiều linh kiện thụ động để thực hiện
một chức năng nào đó thì nó vẫn thành một khối lớn. Ngoài ra, do chế tạo rời rạc nên các tham
số của tranzito cũng không giống nhau tuy cùng ký hiệu. Do đó, khi ghép nhiều linh kiện rời
rạc sẽ không bảo đảm độ tin cậy cao và không kinh tế. Vì vậy hướng phát triển của kỹ thuật
điện tử sau bán dẫn là kỹ thuật vi điện tử.
Chương 7 này sẽ giới thiệu về khái niệm và phân loại vi mạch tích hợp, về các phương
pháp chế tạo mạch tích hợp bán dẫn như qui trình quang khắc, qui trình plana và qui trình công
nghệ epitaxi-plana. Trong chương này cũng trình bày về các phương pháp chế tạo các cấu kiện
điện tử trong vi mạch bán dẫn: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, tranzito và điốt cũng như các chi
tiết khác.Đồng thời, chương 7 cũng trình bày về đặc điểm và các tính chất của một số loại vi
mạch tích hợp hiện đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử như vi mạch
tuyến tính, vi mạch số.
NỘI DUNG:
7.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI VI MẠCH TÍCH HỢP
7.1.1. Định nghĩa vi mạch và các ưu khuyết điểm.
a. Định nghĩa:
Một vi mạch tích hợp bao gồm một chip đơn tinh thể silic có chứa các linh kiện tích cực
và linh kiện thụ động cùng dây nối giữa chúng. Các linh kiện này được chế tạo bằng công nghệ
giống như công nghệ chế tạo điôt và tranzito riêng rẽ. Quá trình công nghệ này gồm việc nuôi
cấy lớp epitaxi, khuếch tán tạp chất mặt nạ, nuôi cấy lớp oxit, và khắc oxit, sử dụng ảnh in li tô
để định rõ các giản đồ...
Vậy, vi mạch tích hợp (Integrated circuits - viết tắt là IC) là sản phẩm của kỹ thuật vi
điện tử bán dẫn. Nó gồm các linh kiện tích cực như tranzito, điôt..., các linh kiện thụ động như
điện trở, tụ điện, cuộn cảm, và các dây dẫn, tất cả được chế tạo trong một qui trình công nghệ
thống nhất, trong một thể tích hay trên một bề mặt của vật liệu nền. Mỗi một loại vi mạch tích
hợp chỉ giữ một hoặc vài chức năng nhất định nào đó.
b. Ưu nhược điểm của vi mạch điện tử:
So với các mạch rời rạc vi mạch tích hợp có nhiều ưu điểm, tuy nhiên cũng có một số
nhược điểm.
Ưu điểm:
Vi mạch tích hợp có độ tin cậy rất cao, kích thước nhỏ, chứa được nhiều phần tử (IC bậc 1
chứa 10 linh kiện, IC bậc 2 chứa 11 ÷ 100 linh kiện, IC bậc 3 chứa 101 ÷ 1000 linh kiện, IC
bậc 4 chứa đến 10000 linh kiện hoặc lớn hơn), giá thành hạ, tiêu thụ ít năng lượng điện.
Nhược điểm:
- Do sử dụng năng lượng nhỏ nên hạn chế tốc độ làm việc.
- Yêu cầu về độ ổn định nguồn cung cấp cao.

142
7.1.2. Phân loại vi mạch tích hợp.
Mạch tổ hợp, hay còn gọi là vi mạch tích hợp, là một bước tiến vọt khác hẳn với các
mạch rời rạc, các linh kiện của mạch được kết hợp với nhau tuỳ theo các phương pháp chế tạo.
Có rất nhiều cách phân loại vi mạch tích hợp. Ta xét một số cách phân loại vi mạch
thông dụng:
a. Phân loại theo tính chất dữ liệu được xử lý bằng IC : chia thành 2 loại sau:
- IC tuyến tính: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra liên tục.
- IC số: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra rời rạc.
b. Phân loại theo công nghệ chế tạo: chia thành 4 loại sau:
- Vi mạch bán dẫn (hay còn gọi là vi mạch đơn khối): Trong các vi mạch bán dẫn, các phần
tử tích cực và thụ động được chế tạo trên một đơn tinh thể bán dẫn (Si (N) hoặc Si (P)) làm
chất nền. Việc chế tạo vi mạch bán dẫn chủ yếu dựa trên quá trình quang khắc theo các
phương pháp Plana, Plana- epitaxi hay siloc.
- Vi mạch màng mỏng: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là thủy tinh cách
điện hay Ceramic bằng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân không, còn các phần
tử tích cực được hàn gắn vào mạch như các linh kiện rời rạc. Ưu điểm của loại này là chế
tạo được các điện trở và tụ điện có chất lượng cao và sai số nhỏ.
- Vi mạch màng dày: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là chất bán dẫn
bằng phương pháp quang khắc qua khuôn còn các linh kiện tích cực được hàn vào như linh
kiện rời rạc.
- Vi mạch lai: Trong đó tích hợp cả các linh kiện tích cực và các linh kiện thụ động trên một
đế là thuỷ tinh hoặc Ceramic theo cả hai công nghệ chế tạo vi mạch bán dẫn và vi mạch
màng mỏng. Vi mạch lai có độ tin cậy cao hơn loại vi mạch bán dẫn. Tuy nhiên, công nghệ
chế tạo vi mạch lai còn phức tạp nên giá thành của nó cao hơn, điều này hạn chế việc sử
dụng công nghệ này.
c. Phân loại theo loại tranzito có trong IC: chia thành 2 loại như sau:
- Vi mạch lưỡng cực: Trong đó các tranzito được tích hợp là các tranzito lưỡng cực. Vi mạch
lưỡng cực có tốc độ chuyển mạch cao (cỡ 5 ns đến 20 ns), công suất tiêu tán nhiệt từ vài
μW đến vài trăm mW, nhưng mức độ tích hợp thấp khoảng ≤ 100 phần tử trong một vi
mạch vì kích thước của các tranzito và các phần tử thụ động lớn.
- Vi mạch MOS: Là các vi mạch, trong đó các tranzito được tích hợp là loại tranzito trường,
thông thường là các tranzito trường loại MOS. Vi mạch MOS có độ tích hợp bậc 3, bậc 4
(cỡ 10000 phần tử hoặc hơn nữa trong một IC). Các vi mạch MOS không cần tích hợp điện
trở vì có thể dùng tranzito MOS làm điện trở. Vi mạch MOS có khả năng chống nhiễu cao
nhưng thời gian chuyển mạch chậm, công suất tiêu thụ thấp hơn IC lưỡng cực nhiều
d. Dựa theo số phần tử được tích hợp trong IC: chia thành 4 loại sau:
- Vi mạch loại SSI: số phần tử được tích hợp 12
- Vi mạch loại MSI: số phần tử được tích hợp từ 12 ÷ 100
- Vi mạch loại LSI: số phần tử được tích hợp từ 100 ÷ 1000

- Vi mạch loại VLSI: số phần tử được tích hợp 1000
Trong các loại vi mạch này thì vi mạch đơn khối được sản xuất và sử dụng nhiều nhất do
công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, thời gian chuyển mạch nhanh và số phần tử tích hợp
khá cao.
7.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẠCH TÍCH HỢP BÁN DẪN
7.2.1. Quá trình quang khắc.
Trước tiên ta phải tạo một khuôn gọi là khuôn ánh sáng. Sau đó trên bề mặt tấm bán dẫn
Si đế ta tạo một lớp oxit silic SiO2 bằng phương pháp gia công nhiệt ở nhiệt độ 10000C đến
12000C trong hơi nước. Tiếp theo là phủ lớp cảm quang và sau đó đặt khuôn ánh sáng lên trên
lớp cảm quang, rồi chiếu ánh sáng vào khuôn ánh sáng. Ánh sáng sẽ tác động lên lớp cảm
quang theo đúng cấu hình của khuôn ánh sáng. Sau đó bỏ khuôn ánh sáng ra và tiến hành hiện
hình và định hình. Tiếp theo là quá trình ăn mòn bằng các dung dịch hóa học những chỗ có ánh
sáng chiếu vào. Sau đó ta loại bỏ lớp cảm quang và kết quả được tấm bán dẫn trên có phủ một
lớp bảo vệ bằng SiO2 theo cấu hình yêu cầu.
Mỗi lớp phủ bảo vệ bằng SiO2 theo cấu hình yêu cầu được gọi là một mask (mặt nạ), mỗi
lần tạo ra một mask phải được lặp lại đầy đủ các bước đã nêu ở trên, nên khi chế tạo vi mạch
điện tử mà số mask càng giảm thì sẽ càng kinh tế.
143
7.2.2. Quá trình plana.
Đây là loại công nghệ cho phép gia công các phần tử của mạch điện tử trên bề mặt của
một phiến đơn tinh thể bán dẫn silic. Công nghệ plana là công nghệ kết hợp hai quá trình
quang khắc và khuếch tán. Sau khi tạo ra mask ta sẽ tiến hành khuếch tán tạp chất vào đế bán
dẫn theo cấu hình của mask. Khi chế tạo tranzito lưỡng cực thì số mặt nạ (mask) sẽ nhiều nhất.
Các điôt, điện trở, tụ điện cũng được chế tạo đồng thời cùng với quá trình chế tạo tranzito.
Trình tự của quá trình plana như sau (xem hình 7-1):
1. Gia công tấm bán dẫn silic tinh khiết:
Từ một chất silic tự nhiên qua công nghệ làm sạch để tạo ra một chất silic tinh khiết có
độ sạch ít nhất đạt 99,99999%. Tấm silic được cưa cắt đúng kích thước và gia công bề
mặt. Tấm bán dẫn này được dùng làm đế và thường có bề dày khoảng 100μm.
2. Oxy hóa tấm bán dẫn đế: hình 7-1a
Qua quá trình oxy hóa tạo ra trên hai mặt của tấm silic hai lớp SiO2. Bề dày lớp SiO2 có
thể khống chế một cách chính xác nhờ thời gian oxy hóa, nồng độ oxy thổi vào lò và
tốc độ di chuyển của tấm bán dẫn trong lò.

ánh sáng
SiO2 Mặt nạ Cảm quang
3. Cho ăn mòn lớp SiO2 ở phía dưới để tiến hành khuếch tán tạp chất vào (ví dụ loại P), vì đế là
144
bán dẫn tinh khiết.
4. Phủ lớp cảm quang: hình 7-1b,c
Chất cảm quang là một hợp chất hóa học có đặc điểm là nó sẽ trở nên bền vững hoặc
không bền vững trong một dung môi đã được xác định trước khi nó được chiếu sáng.
5. Quang khắc và ăn mòn chọn lọc lớp SiO2 theo cấu hình của khuôn ánh sáng, ta sẽ thu được
mặt nạ đầu tiên. Xem hình 7-1c. Tiếp tục cho ăn mòn bằng cách ngâm vào dung dịch
axit flohydric HF, sau đó bỏ lớp cảm quang đi ta sẽ tạo ra được một lỗ thủng qua lớp
SiO2 đến tinh thể silic. Kích thước của lỗ thủng tuỳ thuộc vào mặt nạ.
6. Khuếch tán tạp chất loại N (nguyên tố nhóm 5 - tạp chất cho) vào đế để tạo vùng colectơ khi
chế tạo tranzito loại N-P-N. Xem hình 7-1d
7. Sau đó oxy hóa lần thứ hai để tạo lớp SiO2.
8. Phủ lớp cảm quang, che mặt nạ, chiếu sáng và cho ăn mòn ta thu được mặt nạ thứ hai.
9. Khuếch tán bán dẫn loại P (nguyên tố nhóm 3- tạp chất nhận) để tạo vùng bazơ
10. Oxy hóa tạo lớp SiO2.
11. Quang khắc và ăn mòn chọn lọc ta thu được mặt nạ thứ ba và tiến hành khuếch tán tạo
vùng N+ của Emitơ.
12. Oxy hóa + quang khắc và ăn mòn ta có mặt nạ thứ tư để gắn các điện cực E,B,C. Xem hình
7-1e
7.2.3. Quy trình công nghệ epitaxi- plana.
Cảm
quang SiO2
Si Si(P) SiO2 Si(P)
a/ b/ c/
Khuếch tán C B E N+
SiO2 SiO2
N P
Si(P) N
Si(P)
d/ e/
Hình 7 - 1 : Trình tự của công nghệ Plana

2 3 4
Công nghệ epitaxi- plana tương tự như công nghệ plana. Epitaxi là quá trình nuôi một
lớp đơn tinh thể mỏng bên trên một đế tinh thể khác. Lớp đơn tinh thể mỏng này được gọi là
lớp epitaxi.
Quá trình công nghệ epitaxi- plana được mô tả qua ví dụ một mạch tích hợp như ở hình
145
7-2a,b.
a. Nuôi lớp epitaxi:
Một lớp epitaxi loại N dày khoảng 25 micron (1 micron = 104 Angstrom) được nuôi bên
trên một lớp nền bán dẫn loại P. Lớp bán dẫn nền này có điện trở suất khoảng 10Ω.cm, tương
đương NA = 1,4.1015 nguyên tử/cm3. Lớp epitaxi loại N có thể chọn điện trở suất từ 0,1 đến
0,5 Ω.cm. Trên lớp epitaxi phủ một lớp cách điện SiO2 mỏng khoảng 0,5micron. Lớp SiO2
được tạo nên nhờ quá trình oxy hóa trong lò nung nóng khoảng 10000C. (Xem hình 7- 3a).
b. Khuếch tán cách ly:
Điện trở Điôt Tranzito
2 1 3 5 4 Nhôm Al
SiO2
Tiếp xúc n+
P P P và cực góp
1 N N N n+ Cực E
Đế loại P Cực gốc B
5 Cực góp C
a/ b/
Hình 7 - 2 : a- Một mạch điện gồm một điện trở, hai điôt và một tranzito.
b- Mặt cắt của vi mạch thể hiện sơ đồ mạch (a).

a/ c/ Điện trở Anôt của điôt Phần gốc B
SiO2
Lớp epitaxi loại N P P P
N N N
Tấm bán dẫn nền loại P P
b/ Các đảo cách ly d/ Catôt của điôt (N+) Cực phát E (N+)
Loại N Loại N Loại N P P P
N N N
P P+ P
P+ Điện trở Điôt Tranzito
2 1 3 B 5 E 4 C Nhôm (Al)
P P P SiO2
N N N P+
Trong hình 7 - 3b chỉ ra kết quả của quá trình khuếch tán cách ly. Bằng phương pháp
quang khắc và ăn mòn lớp SiO2 ở 4 vị trí, để tạo ra ba vùng cách điện nhau. Các phần SiO2 còn
lại là một mặt nạ để tiến hành khuếch tán tạp chất nhận vào. Các vùng N trong hình 7- 3b được
gọi là các đảo cách ly vì chúng được phân chia bằng hai tiếp xúc P-N kiểu lưng- đối- lưng. Cần
chú ý là nồng độ tạp chất nhận NA khoảng 5.1020/cm3 trong vùng giữa các đảo cách ly và ta sẽ
tạo được vùng P+ có nồng độ hạt dẫn cao hơn nhiều so với nền P để ngăn chặn vùng nghèo hạt
dẫn của tiếp xúc phân cực ngược giữa nền và vùng cách ly.
c. Khuếch tán phần gốc B và phần phát E:
Tiếp theo là các quá trình của công nghệ plana để tạo ra phần bán dẫn P của điện trở,
anôt của điôt và cực gốc của tranzito. Cần chú ý là phần bán dẫn P này có điện trở suất lớn hơn
nhiều điện trở suất của các vùng cách ly. Để tạo ra phần bán dẫn N+ của phần phát của tranzito,
catôt của điôt thì ta cho khuếch tán tạp chất loại N với nồng độ tạp chất cao.
146
d. Quá trình kim loại hóa nhôm:
Các phần tử của sơ đồ mạch điện ở hình 7-2 đã được tích hợp, chúng hoàn toàn cách ly
nhau. Bây giờ ta phải nối ghép chúng theo sơ đồ mạch điện yêu cầu. Lớp đấu nối giữa các linh
kiện được thực hiện bằng việc lắng đọng trong chân không một màng mỏng kim loại nhôm lên
trên cùng, sau đó sử dụng kỹ thuật quang khắc để loại bỏ các phần nhôm không cần nối giữa
điện trở, điôt và tranzito. Cuối cùng là bước gắn các chân cực cho các phần tử của IC.
7.2.4. Phương pháp chế tạo vi mạch tích hợp tranzito trường.
N+
e/ Bán dẫn nền loại P
Hình 7 - 3 : Quá trình công nghệ epitaxi - plana
chế tạo vi mạch theo sơ đồ hình 7-2.

Tranzito trường tích hợp loại MOS chỉ chiếm khoảng 5% diện tích bề mặt yêu cầu bởi
một tranzito hai lớp epitaxi trong các mạch tích hợp thông thường. Chỉ cần một bước khuếch
tán trong quy trình chế tạo tranzito trường loại MOS kênh cảm ứng. Trong bước này hai vùng
bán dẫn loại N nồng độ cao được khuếch tán vào bán dẫn đế loại P có nồng độ tạp chất thấp để
tạo cực nguồn và cực máng. Một lớp cách điện SiO2 được nuôi cấy, và các lỗ hở được khắc
axit để gắn điện cực nguồn và cực máng. Kim loại cho các tiếp xúc này được bốc hơi đồng thời
cùng với cực cửa để hoàn thành linh kiện là tốt nhất. Xem hình 7-4a,b.
Nguồn Máng S G D Kim loại
S D
Ngoài ra, trong các vi mạch, tranzito MOS là một điện trở có trị số xác định bằng điện
áp đặt ngang qua kênh dẫn (R = 1/S có thể tới hàng trăm KΩ).
Công nghệ chế tạo FET cũng sử dụng hai công nghệ plana và epitaxi- plana.
VD
D
G
S R= 1/ S
7.2.5. Phương pháp cách điện trong vi mạch.
Trong các vi mạch tích hợp người ta thường dùng 2 phương pháp cách điện là cách điện
bằng tiếp xúc P-N và cách điện bằng điện môi.
147
a. Cách điện bằng tiếp xúc P-N.
Tiếp xúc P-N khi được phân cực ngược thì điện trở của nó rất lớn. Do vậy, trong vi mạch
điện tử người ta sử dụng tiếp xúc góp - đế phân cực ngược để cách điện
SiO2
N+ N+ N+ N+
Đế bán dẫn P Đế bán dẫn loại P
a/ b/
Hình 7 - 4 : FET - MOS kênh cảm ứng loại N.
a- Cực nguồn và cực máng được khuếch tán vào bán dẫn đế.
b- Linh kiện đã hoàn thiện.
Hình 7 - 5: Tranzito MOS như một điện trở

C E B C E B
148
b. Cách điện bằng chất điện môi.
Trong phương pháp này các phần tử sẽ cách điện với nhau bằng lớp điện môi, lớp điện
môi này bao quanh phần góp ngăn cách phần góp với đế. Xem hình 7-6a.
Một phương pháp cách điện dễ dàng hơn là dùng đế là bán dẫn đa tinh thể vì quá trình
nuôi lớp đa tinh thể không đòi hỏi chặt chẽ như khi nuôi lớp đơn tinh thể. Xem hình 7-6b.
7.3. CÁC CẤU KIỆN ĐƯỢC TÍCH HỢP TRONG VI MẠCH
7.3.1. Điện trở.
a. Điện trở bán dẫn
- Đây là điện trở đơn khối bán dẫn loại P hoặc loại N. Giá trị điện trở của khối bán dẫn
được xác định bằng điện trở suất, độ dài và diện tích tiết diện của vùng vật liệu:
R =ρ L
S
(7.1)
Trong đó: L- độ dài của khối bán dẫn
S- diện tích tiết diện của khối bán dẫn
ρ- điện trở suất của chất bán dẫn
- Điện trở khuếch tán là các điện trở được cấy trên một đế bán dẫn. Điện trở khuếch tán
được tính theo công thức( 7.2):
Nếu điện trở khuếch tán pha tạp chất cho ND thì điện trở được xác định:
L
RKT = ( )
q N S
n D
Ω
μ
(7.2)
Trong đó : L- Độ dài của lớp điện trở khuếch tán
S- Diện tích tiết diện của lớp điện trở.
Nếu điện trở khuếch tán được pha tạp chất nhận NA thì ta chỉ việc thay các giá trị độ linh
động của lỗ trống và nồng độ NA vào công thức 7.2.
Trong các vi mạch tranzito trường, người ta sử dụng điện trở là tranzito trường với trị số
phụ thuộc vào điện áp đặt lên cực cửa và cực máng.
b. Điện trở màng mỏng.
N+
P SiO2 P SiO2
N N
Đế Si Đa tinh thể Si
a/ b/
Hình 7 -6 : Phương pháp cách điện bằng chất điện môi:
a- với đế là tinh thể Si; b- với đế là đa tinh thể Si.

Điện trở màng mỏng được chế tạo bằng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân
không ở nhiệt độ cao lên trên một đế là chất điện môi. Vật liệu dùng làm điện trở thường dùng
là hợp kim Nicrôm. Điện trở chế tạo theo phương pháp này có độ chính xác rất cao (khoảng
1%). Đây là ưu điểm đặc biệt của linh kiện màng mỏng.
149
7.3.2. Tụ điện trong vi mạch.
Trong vi mạch tích hợp sử dụng ba loại tụ điện cơ bản sau:
- Tụ điện dùng điện dung của tiếp xúc P-N khi phân cực ngược
- Tụ điện dùng ba lớp Kim loại- Oxit- bán dẫn, gọi là tụ điện MOS
- Tụ điện màng mỏng
a. Tụ điện dùng tiếp xúc P-N.
Tụ điện dùng tiếp xúc P-N được chế tạo đồng thời cùng với quá trình chế tạo tranzito.
Giá trị điện dung của loại tụ này khi điện áp đặt lên nhỏ được tính theo công thức 7.3:
C =
εε 0S
d
(7. 3)
Trong đó: S- diện tích mặt tiếp xúc
d- bề dày lớp tiếp xúc
Tuy vậy, trong công nghệ chế tạo vi mạch người ta rất hạn chế chế tạo tụ điện vì nó
chiếm diện tích lớn trên bề mặt đế silic.
b. Tụ điện MOS.
Tụ được hình thành từ ba lớp: Kim loại- Oxit (SiO2) - Bán dẫn có nồng độ tạp chất cao.
Thông thường lớp điện môi SiO2 dày cỡ 0,08 đến 0,1μm cho trị số điện dung nhỏ nhưng điện
áp đánh thủng lớn: Trị số điện dung khoảng từ 300 ÷ 650pF/mm2 với điện áp đánh thủng
khoảng từ 7v đến 50v.
c. Tụ điện màng mỏng.
Tụ điện màng mỏng được chế tạo theo công nghệ màng mỏng. Tụ gồm hai má là kim
loại và lớp điện môi mỏng ở giữa, tất cả được đặt lên một đế là chất điện môi. Bề dày của lớp
điện môi khoảng từ 100 đến 200 Angstrom. Giá trị điện dung có thể tính theo công thức 7.3 với
S là diện tích má tụ và d là bề dày của chất điện môi.
7.3.3. Cuộn cảm trong vi mạch.
Trong vi mạch bán dẫn các mạch thường được thiết kế không có cuộn cảm trừ trường
hợp không thể bỏ qua được. Trong trường hợp bắt buộc phải có cuộn cảm thì dùng loại điôt
đặc biệt gọi là điôt cảm ứng hoặc loại cuộn cảm màng mỏng.
a. Cuộn cảm là điôt cảm ứng.
Loại điôt này cho điện cảm khoảng vài milihenry (mH). Điôt cảm ứng gồm có vùng bán
dẫn P có nồng độ pha tạp lớn hơn, còn vùng bán dẫn N có nồng độ tạp chất rất nhỏ, gần như
bán dẫn nguyên tính (xem hình 7-7a). Khi đặt lên điôt một điện áp thuận, các lỗ trống phun

vào bán dẫn N, một số ít bị tái hợp, số còn lại sẽ cần một khoảng thời gian để khuếch tán tiếp
vào bán dẫn N. Như thế dòng điện thuận có xu hướng chậm pha so với điện áp. Do vậy, nó đã
thực hiện chức năng của một cuộn cảm. Vùng bán dẫn N càng dài thì dòng hạt dẫn bay qua nó
càng lâu và trị số điện cảm càng lớn.
A P+ N K
150
b. Cuộn cảm màng mỏng.
Cuộn cảm màng mỏng được chế tạo dưới dạng đường xoắn tròn hoặc xoắn vuông màng
mỏng. Xem hình 7-7b. Cuộn cảm này có thể đạt giá trị cỡ 0,1mH khi hệ số phẩm chất Q = 10.
a/
7.3.4. Tranzito trong vi mạch
Trong vi mạch tích hợp người ta dùng tất cả các loại tranzito thường sử dụng trong mạch
rời. Hai loại thông dụng nhất là tranzito lưỡng cực và tranzito trường.
a. Tranzito lưỡng cực.
Trong vi mạch tích hợp người ta thường dùng tranzito loại N-P-N vì:
- Khi khuếch tán tạp chất loại N thì nó rất dễ hòa tan vào silic.
- Độ linh động của điện tử lớn gấp hai lần độ linh động của lỗ trống. Vì vậy thời gian tác
động của vi mạch nhanh hơn.
b. Tranzito trường.
Trong vi mạch tích hợp thường dùng JFET và MOSFET kênh có sẵn trong kỹ thuật
tương tự như tạo ra tầng khuếch đại vi sai, các tầng tải Emitơ... Còn MOSFET kênh cảm ứng
thường được dùng trong kỹ thuật số.
Khi chỉ cần dùng MOSFET một loại kênh thì người ta thường dùng loại kênh P vì nó
cho độ tin cậy cao hơn, tính chống nhiễu cao hơn và nó chỉ sử dụng logic âm.
Khi yêu cầu dùng cả hai loại kênh P và kênh N, phải chế tạo chúng trên cùng một đế
silic và được gọi là MOSFET kiểu bù và ký hiệu là CMOSFET.
7.3.5. Điốt trong vi mạch
b/
Hình 7-7 : a- Cuộn cảm dùng điôt cảm ứng.
b- Cuộn cảm màng mỏng.

Trong các mạch vi điện tử thường không chế tạo trực tiếp điôt mà thường chế tạo tranzito
rồi sau đó nối tắt các chân cực để tạo ra điôt. Thông thường có hai cách nối tắt tranzito thành
điôt sau đây.
a. Nối tắt tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng chất điện môi.
Có 5 cách nối tắt tranzito thành điôt, xem hình 7-8a,b,c,d,e. Mỗi cách nối sẽ cho một loại
a/ b/ c/ d/ e/
Hình 7- 8 : Các cách nối tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng điện môi
N+ N+ N+ N+ N+ N+
P P P P P P
N N N N N N
P- P P P P P
a/ b/ c/ d/ e/
Hình 7-9 : Các cách nối tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng tiếp xúc P-N
151
điôt với các tham số riêng của nó.
C B E
N+
P
N
b. Nối tắt tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng tiếp xúc P-N.
Tranzito trong mạch vi điện tử cách điện bằng tiếp xúc P-N là cấu trúc 4 lớp bán dẫn nên
có thể lấy bốn đầu ra: E,B,C và Đế. Và ta có 5 cách đấu nối tranzito thành điôt. Xem hình 7-
9a,b,c,d,e.
7.4. VI MẠCH TUYẾN TÍNH
7.4.1. Giới thiệu chung và phân loại vi mạch tuyến tính
Vi mạch tuyến tính được hiểu là các tổ hợp vi mạch có các tín hiệu trên lối ra tỷ lệ với tín
hiệu trên lối vào theo quy luật đường thẳng.
Các vi mạch tuyến tính thường đòi hỏi các phần tử mắc thêm ở mạch ngoài nhiều hơn so
với các IC số để hoàn thành một chức năng nào đó. Điều này khiến cho các sơ đồ sử dụng vi
mạch tuyến tính nhạy cảm với nhiễu bên ngoài hơn và bởi vậy khó sử dụng hơn.
Vi mạch tuyến tính thường được phân thành 2 loại chính là: tổ hợp vi mạch tranzito-điốt
và vi mạch sử dụng chuyên dụng, và vi mạch khuếch đại thuật toán.
a. Tổ hợp vi mạch tranzito - điốt và vi mạch sử dụng chuyên dụng:
Gồm tổ hợp các điốt hay tranzito có những chỉ tiêu kỹ thuật giống nhau. Ví dụ: tổ hợp
điốt CA3039, tổ hợp tranzito CA3813B, tổ hợp hỗn hợp tranzito điốt CA3093E - ta có thể sử
dụng như các điốt và tranzito rời rạc.

Loại vi mạch này được sử dụng trong các bộ khuếch đại trung tần trong máy thu hình,
thu thanh và các máy thu phát chuyên dụng khác, trong các bộ điều khiển của hệ thống điều
khiển tự động, trong các bộ khuếch đại âm tần, các mạch ổn áp và mạch điều chỉnh công suất,
loại vi mạch này có thể dùng làm một chức năng hoặc nhiều chức năng.
b. Vi mạch khuếch đại thuật toán:
Mạch khuếch đại thuật toán là mạch khuếch đại tín hiệu điện để thực hiện các phép tính
và thuật toán khác nhau trên các đại lượng tương tự, trong sơ đồ mạch có hồi tiếp âm sâu. Hiện
nay các bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ
thuật khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực,v.v... Tuy
nhiên, trong các bộ khuếch đại thông thường những tính chất và tham số hoàn toàn được xác
định bởi sơ đồ mạch của nó, còn trong bộ khuếch đại thuật toán thì các tính chất và tham số
của nó được xác định bởi các tham số của mạch hồi tiếp. Các bộ khuếch đại thuật toán được
thực hiện theo sơ đồ khuếch đại dòng một chiều với giá trị thiên áp vào ra bằng không. Chúng
cũng được đặc trưng bởi hệ số khuếch đại lớn, trở kháng vào cao và trở kháng ra thấp.
Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng phải đạt được các tiêu chuẩn sau:
- Hệ số khuếch đại điện áp Ku → ∞
- Trở kháng vào Zvào → ∞
- Trở kháng ra Zra → 0
- Dải tần số làm việc Δf → ∞
7.4.2. Cấu trúc bên trong của vi mạch khuếch đại thuật toán:
a. Cấu trúc của vi mạch khuếch đại thuật toán
- Sơ đồ khối của bộ khuếch đại thuật toán tích hợp:
Hình 7-12 trình bày sơ đồ khối của bộ khuếch đại thuật toán.
Bộ khuếch đại thuật toán bao gồm tầng vào khuếch đại vi sai để đảm bảo có hệ số
khuếch đại cao, sau đó là mạch dịch mức và mạch ra cho phép nhận được tín hiệu ra cần thiết
và trở kháng ra yêu cầu.
+ Tầng vào vi sai:
Cấu trúc điển hình của một tầng khuếch đại vi sai làm việc theo nguyên lý cầu cân bằng
song song mô tả trong hình 7 -13: Hai nhánh cầu là RC1 và RC2, còn hai nhánh kia là các
tranzito T1 và T2 được chế tạo trong cùng một điều kiện sao cho RC1 = RC1 và hai tranzito T1,
T2 có các tham số giống hệt nhau. Điện áp ra Ura lấy trên một cực góp, còn IK là nguồn dòng ổn
152
Tầng ra
tải Emito
Vào
vi sai
Đệm và
dịch mức
Tầng
bảo vệ
Nguồn dòng
cố định
Biến đổi dòng
gương
Hình 7 -12 : Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại thuật toán

định có thể tạo ra từ một điện trở đấu với âm nguồn, hoặc tạo ra nhờ các tranzito đấu theo
mạch nguồn dòng. Như vậy IK = IE1 + IE2 = const.
Trong hình, tranzito T2 được mắc theo sơ đồ cực phát chung, do đó Uvào1 sẽ là lối vào
đảo của mạch khuếch đại thuật toán; còn tranzito T1 được mắc theo sơ đồ cực góp chung nên
Uvào2 sẽ là lối vào không đảo (hay lối vào thuận) của mạch khuếch đại thuật toán.
Hệ số khuếch đại điện áp của tầng vào vi sai:
153
KU =
U
−
ra
U U
vμo2 vμo1
(7. 4)
Hệ số KU rất lớn, khoảng từ 104 đến 105.
Công thức tính trở kháng vào:
Zvào =
U
−
vμo
I I
vμo2 vμo1
(7. 5)
Do vậy, khi Zvào = ∞ thì Ivào = 0, và như vậy ta có Ivào2 = Ivào1
Để đảm bảo Ivào2 = Ivào1 thì IE1 = IE2 = Ik/2 và Ik phải ổn định nên phải chọn hai tranzito T1
và T2 giống hệt nhau.
+ Nguồn dòng ổn định : Để IK ổn định thường dùng một nguồn dòng ổn định.
+ Tầng ra mắc tải Emitơ (cực góp chung).
Bộ khuếch đại thuật toán yêu cầu có trở kháng ra Zra nhỏ, nghĩa là dòng điện ra là lớn
nhất, nên tranzito ở tầng ra phải mắc theo sơ đồ cực góp chung. Như vậy, hệ số khuếch đại
điện áp của tầng ra KU ≈ 1. Và điều này có nghĩa là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật
toán chủ yếu ở tầng vào vi sai và ở các tầng trung gian.
+ Tầng đệm và dịch mức:
Từ đầu vào tới đầu ra, ngoài tầng vào vi sai cần có các tầng khuếch đại trung gian để
khuếch đại công suất cho tầng ra. Số lượng các tầng khuếch đại trung gian này tuỳ thuộc vào
hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán.
+ Tầng bảo vệ:
+ECC
RC1 IC1 IC2 RC2
Ura
T1 T2
Uvào2 IE1 IE2 Uvào1
Uvào thuận Uvào đảo
(UP) (UN)
IK
-ECC
Hình 7 - 13 : Sơ đồ tầng vào khuếch đại vi sai.

Khi bộ khuếch đại làm việc với dòng điện lớn ở tầng ra, sẽ dễ làm hỏng các tranzito, do
đó phải dùng tầng bảo vệ để phân dòng cho tầng cuối.
+ Bộ biến đổi dòng gương:
Bộ biến đổi dòng gương dùng để biến đổi một nguồn dòng ổn định thành nhiều nguồn
dòng ổn định nhằm cung cấp cho các tầng khác. Mạch này thường dùng ở các mạch có yêu cầu
chất lượng cao.
+ Hai nguồn nuôi (gọi là nguồn lưỡng cực) ±ECC: Các IC khuếch đại thuật toán tiêu
chuẩn làm việc với điện áp nguồn nuôi bằng ± 15V.
b. Ký hiệu của IC khuếch đại thuật toán trong sơ đồ mạch: Xem hình 7-14.
+ECC
Uvào đảo
(UN) Ura
Uvào thuận
(UP) -ECC
Hình 7 - 14 : Ký hiệu bộ khuếch đại thuật toán
c. Các tham số và đặc tuyến của bộ khuếch đại thuật toán.
1. Đặc tuyến truyền đạt điện áp:
Đặc tuyến truyền đạt điện áp là đặc tuyến quan trọng nhất của bộ khuếch đại thuật toán
biểu thị mối quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào của mạch : Ura = f(UP, UN)
Hình 7 -15 : Đặc tuyến truyền đạt điện áp của bộ KĐTT.
154
Ura
+ECC
Vào đảo +Ura max Ura = f2(UP) khi UN = const.
0 Uvào
Vào không đảo -Ura max Ura = f1(UN) khi UP = const.
-ECC

Đặc tuyến truyền đạt điện áp được biểu diễn bằng hai đường ứng với các lối vào đảo và
lối vào không đảo. Mỗi đường đặc tuyến gồm có các đoạn nằm ngang và một đoạn dốc. Xem
hình (7 - 15).
- Đoạn nằm ngang tương ứng với chế độ tranzito ở tầng ra thông bão hòa hoặc ngắt dòng.
Tại đây, khi thay đổi điện áp tín hiệu trên lối vào thì điện áp ra không đổi và được xác định
bằng các giá trị ±Ura max gọi là giá trị điện áp ra cực đại. Trong các IC khuếch đại thuật toán
giá trị Ura max thấp hơn điện áp nguồn cung cấp ECC khoảng từ 1vôn đến 3vôn.
- Đoạn dốc của đặc tuyến truyền đạt biểu thị sự phụ thuộc tỉ lệ của điện áp ra với điện áp vào.
Đây là một đường thẳng với góc nghiêng xác định hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật
toán khi không có hồi tiếp ngoài.
Đường đặc tuyến lý tưởng sẽ đi qua gốc tọa độ, tức là khi Uvào = 0 thì Ura = 0 và được gọi
là trạng thái cân bằng của bộ khuếch đại thuật toán. Trên thực tế trạng thái cân bằng khó thực
hiện hoàn toàn, có nghĩa là khi Uvào = 0 thì Ura ≠ 0. Vì vậy, muốn cho điện áp ra bằng không, ta
cần phải đặt tới lối vào bộ khuếch đại thuật toán một hiệu điện áp nào đó gọi là thiên áp không
U0 (khoảng vài mV).
2. Hệ số khuếch đại điện áp vi sai được tính theo công thức:
U ÷
Δ
KU = 4 5
ra = 10 10
U
155
vμo
Δ
(7. 6)
Giá trị của KU lớn cho phép thực hiện hồi tiếp âm sâu nhằm cải thiện nhiều tính chất
quan trọng của bộ khuếch đại thuật toán.
Trong giới hạn miền khuếch đại, điện áp ra tỷ lệ với điện áp vào theo công thức:
U ra = KU . UV = KU ( UP - UN ) (7. 7)
Hệ số khuếch đại đồng pha: Nếu trên đầu vào thuận và đảo đặt cùng một điện áp UG1
đồng pha thì Uvào = 0, và như vậy điện áp Ura cũng cần phải bằng không. Nhưng thực tế điều
này không hoàn toàn đúng, tức là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha KG1 không bằng 0 .
KG 1 =
U
Δ
ra
U
G 1
Δ
≠ 0.
Đối với một bộ khuếch đại thuật toán tốt thì cần phải có KU lớn và KG nhỏ.
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các tham số của bộ khuếch đại thuật toán sẽ gây nên độ
trôi thiên áp đầu vào và điện áp đầu ra theo nhiệt độ. Để cân bằng ban đầu cho bộ khuếch đại
thuật toán, người ta đưa vào một trong các đầu vào của nó một điện áp phụ thích hợp hoặc một
điện trở để điều chỉnh dòng thiên áp ở mạch vào.
3. Trở kháng ra:
Trở kháng ra là một trong các tham số quan trọng của bộ khuếch đại thuật toán nó có trị
số nhỏ (khoảng từ vài chục Ω đến vài trăm Ω).
4. Trở kháng vào của bộ khuếch đại thuật toán:
Trở kháng vào của bộ khuếch đại thuật toán thường được phân biệt trở kháng vào đối với
tín hiệu vi sai và trở kháng vào đối với tín hiệu đồng pha.
Đối với các bộ khuếch đại thuật toán dùng tranzito lưỡng cực ở lối vào, trở kháng vào
đối với tín hiệu vi sai RV vào khoảng vài MΩ, còn trở kháng vào đối với tín hiệu đồng pha RG1

bằng vài GΩ. Dòng vào ban đầu của các bộ khuếch đại thuật toán lưỡng cực tiêu chuẩn giới
hạn từ 20 đến 200 nA, còn các bộ khuếch đại thuật toán dùng tranzito trường khoảng vài nA.
Khi không có mạch hồi tiếp âm
Khi có mạch hồi tiếp âm
Hình 7 - 16 : Đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại thuật toán
156
5. Đặc tuyến tần số :
Đặc tính tần số biểu thị sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại vào dải tần số làm việc.
Hình 7 - 16 chỉ ra đặc tuyến biên độ tần số của bộ khuếch đại thuật toán KU = ψ(f).
Qua đồ thị hình (7 -16) ta thấy hệ số khuếch đại điện áp KU bị giảm xuống khi ở tần số
cao. Bắt đầu từ tần số cắt fC với độ dốc đều -20dB/decac của trục tần số.
Tần số fT ứng với trường hợp khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán bằng 1
nên gọi là tần số khuếch đại đơn vị.
Tần số cắt fC (hay tần số biên) ứng với trường hợp khi hệ số khuếch đại điện áp bị giảm
đi 2 lần so với hệ số khuếch đại ở tần số thấp và được gọi là dải thông tần. Khi không có
mạch hồi tiếp âm thì fC rất thấp, cỡ vài chục Hz.
Sơ đồ chân của bộ khuếch đại thuật toán loại 741 với các loại vỏ khác nhau được mô tả ở
hình 7 -17.
8
1 8 1 7
2 7
6 2 6
3
4 5 3 5
4
Hình 7 - 17 : Sơ đồ chân của bộ khuếch đại thuật toán 741
1. Điều chỉnh điện thế không 2. Lối vào đảo
3. Lối vào thuận 4. Điện áp nguồn âm
5. Điều chỉnh điện thế không 6. Lối ra
ồ
KU
KU0
K 2 U0
KU
K 2 U
1
fT fC f (Hz) fC0

Nhằm tăng trở kháng vào lên tới hàng chục MΩ người ta thường dùng tầng vào vi sai là
các tranzito trường, và trở kháng ra nhỏ nhờ tầng ra đấu theo sơ đồ đaling- tơn, ví dụ như bộ
khuếch đại thuật toán kiểu LF356.
6. Một số ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán
Một số mạch ứng dụng cơ bản dùng bộ khuếch đại thuật toán làm việc ở trong miền
tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt và có sử dụng hồi tiếp âm để điều khiển các tham số cơ bản
của mạch.
If Rf
R1 Ura
Hình 7 - 18 : Sơ đồ đấu bộ khuếch đại đảo của
bộ khuếch đại thuật toán
157
+ Bộ khuếch đại đảo.
Bộ khuếch đại đảo cho trên hình 7 - 18.
I1
NI0
UV U0
Bộ khuếch đại đảo trong hình có hồi tiếp âm điện áp song song qua điện trở hồi tiếp Rf.
Đầu vào không đảo nối với đất. Tín hiệu vào qua R1 đặt lên lối vào đảo. Nếu coi bộ khuếch đại
thuật toán là lý tưởng thì điện trở vào vô cùng lớn và dòng điện vào vô cùng bé:
ZVào → ∞
I0 ≈ 0
Khi đó, tại nút N trong sơ đồ có phương trình nút dòng điện và ta có:
I1 ≈ If (7. 9)
Khi hệ số khuếch đại K→ ∞ thì điện áp lối vào U0 =
Ura → 0, do đó:
K
ra
f
V
1
U
R
= -
U
R
(7. 10)
Từ đây có hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại đảo:
KU =
f
1
ra
V
R
R
= -
U
U
(7. 11)
Dấu - trong biểu thức để biểu thị tín hiệu vào và ra ngược pha nhau.
+ Bộ khuếch đại không đảo.
Sơ đồ bộ khuếch đại không đảo mô tả trong hình 7 -19.
Bộ khuếch đại không đảo gồm có mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào lối vào đảo, còn tín hiệu
vào đặt tới lối vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán.

Vì điện áp giữa các đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán U0 = 0 nên quan hệ giữa điện
áp UV và Ura được xác định bằng công thức sau:
U +
R R
1 f
UV U0 Ura
If Rf
I1 R1
Hình7 - 19 : Bộ khuếch đại không đảo.
158
UV = Ura
R
+
1
R R
1 f
(7 - 12)
Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại không đảo là:
KU =
f
1
1
ra
vao
R
R
= 1 +
R
=
U
(7. 13)
Khi sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để khuếch đại tín hiệu người ta thường dùng bộ
khuếch đại đảo vì mạch ổn định hơn.
7.4.3.Vi mạch ổn áp
Vi mạch ổn áp nhận ở lối vào một điện áp không ổn định và tạo ra ở lối ra một điện áp
ổn định. Vi mạch ổn áp gồm có 2 loại là vi mạch cho điện áp ra ổn định cố định và vi mạch ổn
áp cho điện áp ra ổn định có thể điều chỉnh được.
- Vi mạch ổn áp điện áp ra ổn định cố định thường có 2 họ thông dụng:
Họ 78XX ổn định điện áp dương; Họ 79XX ổn định điện áp âm. Ví dụ:
7805: điện áp ra cố định + 5V, 7905 có điện áp ra cố định – 5V
- Vi mạch ổn áp có điện áp ra ổn định có thể điều chỉnh được như:
LM317: điện áp ra điều chỉnh từ 1,2V đến 37V
LM337T: điện áp ra điều chỉnh từ - 1,2V đến - 37V
A723C: điện áp ra điều chỉnh từ 2V đến 37V
Ví dụ: Bộ ổn áp từ 1,25vôn đến 25vôn: Vi mạch LM 317 có thể cung cấp cho đầu ra một
dòng điện đến 15A trong dải điện áp từ 1,2vôn đến 37vôn. Vi mạch LM có chân số 1 là đầu
vào, chân số 2 là chân điều chỉnh và vỏ là chân thứ 3 và là đầu ra. Trong hình 7 -20, điện áp
vào cần phải lọc trước khi đưa vào LM 317. Có thể bỏ tụ C1 nếu điện áp vào được cung cấp từ
một nguồn đặt rất gần LM 317. Điện trở R1 dùng để điều chỉnh điện áp ra.

2 Vỏ
UVào LM 317
Ura
(28V) R2 (1,25÷25V)
1 240
C1 C2 =1μF
1μF R1=5K
Hình 7 - 20 : Vi mạch ổn áp loại LM 317
159
7.5. VI MẠCH SỐ
7.5.1. Giới thiệu và phân loại vi mạch số
a. Giới thiệu.
Vi mạch số gồm các mạch lôgíc cơ bản để thực hiện các thuật toán logic và các hàm
logic khác nhau.
Các vi mạch số là các thiết bị 2 trạng thái, một trạng thái gần với 0 vôn hoặc đất (gọi là
mức thấp hoặc ký hiệu là L), và trạng thái kia gần với điện áp cung cấp cho mạch (gọi là mức
cao hoặc ký hiệu là H). Các mạch tích hợp số có thể xử lý các bit nhị phân riêng lẻ hoặc các từ
nhiều bit nhị phân.
Hầu hết các vi mạch số được sử dụng hiện nay là các vi mạch số chế tạo trên cơ sở các
tranzito lưỡng cực và tranzito trường. Mỗi một vi mạch số hầu như đều có thể thực hiện được
một chức năng hoàn chỉnh, nên chúng cần rất ít linh kiện mắc thêm ở bên ngoài.
Các tham số cơ bản của vi mạch số:
- Mức logic: mức logic 0 và mức logic 1
Các mức logic này là các trị số điện áp tương ứng với mức logic thấp và mức logic cao,
tùy từng loại mà nó có trị số điện áp khác nhau
- Nguồn nuôi: nguồn cung cấp phải đảm bảo độ ổn định cao.
- Khả năng ghép tải: biểu thị khả năng ghép được bao nhiêu lối vào của cổng logic tới một
lối ra của một cổng cho trước.
- Tốc độ chuyển mạch hay còn gọi là độ tác động nhanh của vi mạch:
Loại cực nhanh ttb ≤ 5 nsec
Loại nhanh ttb = 5 ÷ 10 nsec
Loại trung bình ttb = 10 ÷ 100 nsec
Loại chậm ttb 100 nsec
- Công suất tiêu thụ: công suất tiêu thụ của vi mạch số phụ thuộc vào tín hiệu đặt lên nó.
- Dải nhiệt độ làm việc: mỗi hãng sản xuất có một chỉ tiêu nhiệt độ khác nhau.
b. Phân loại
Các vi mạch hàm logic cơ bản trên tranzito lưỡng cực và tranzito trường gồm các loại:
Tranzito logic với liên kết trực tiếp (TL); Điện trở - tranzito logic (RTL); Điốt - tranzito logic
(DTL); Tranzito - tranzito logic (TTL); Logic MOS; Logic CMOS (complementary MOS).

Hai họ vi mạch số quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất là họ TTL/LS và họ
CMOS. Họ TTL là các vi mạch trong đó tích hợp các tranzito lưỡng cực với một tranzito nhiều
tiếp xúc gốc- phát. Mỗi một tiếp xúc BE là một lối vào. Còn họ CMOS trong đó tích hợp các
tranzito trường MOS kênh cảm ứng loại P và N đấu bù nhau.
Họ TTL có tốc độ chuyển mạch cao (ttb = 6 ÷ 15 nsec), công suất tiêu thụ thấp (45 ÷ 15
μW) và khả năng chịu tải lớn (hệ số tải n 10)
Dòng vào của MOS rất nhỏ vì thế điện trở lối vào của tranzito MOS rất lớn cho phép chế
tạo vi mạch có khả năng chịu tải cao (n = 10 ÷ 20), có độ chống nhiễu cao và công suất tiêu thụ
rất nhỏ.
7.6. VI MẠCH NHỚ
7.6.1. Giới thiệu và phân loại bộ nhớ.
a. Định nghĩa: Bộ nhớ là cấu kiện có khả năng lưu trữ dữ liệu và các chương trình điều khiển
dưới dạng số nhị phân (0;1). Khả năng nhớ dữ liệu có thể lâu dài (bộ nhớ cố định) nhưng cũng
có thể tạm thời (bộ nhớ tạm thời).
Phần tử nhỏ nhất để nhớ được 1 bit nhị phân gọi là tế bào nhớ (memory ceel).
Tin tức trữ trong bộ nhớ gồm một số bit gọi là Từ nhớ. Từ nhớ có độ dài 8 bit gọi là 1 byte;
độ dài 16bit gọi là 1 từ nửa lời; độ dài 32 bit gọi là Từ một lời.
Quá trình đưa dữ liệu vào bộ nhớ gọi là “viết”; quá trình lấy dữ liệu ra gọi là “đọc”. Thao
tác Viết và Đọc được tiến hành từng Từ có độ dài tùy vào từng loại máy theo một chu kỳ khép
kín gọi là Chu kỳ viết hoặc Chu kỳ đọc.
Thời gian truy cập bộ nhớ là khoảng thời gian kể từ lúc bắt đầu chu kỳ viết hoặc đọc đến
khi dữ liệu được ghi vào tế bào nhớ hoặc xuất hiện trên đầu ra.
Bộ nhớ chỉ viết một lần gọi là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ có thể viết đi viết lại nhiều lần gọi là
160
bộ nhớ viết và đọc.
b. Phân loại bộ nhớ
Tùy theo vật liệu, cấu trúc, công nghệ mà bộ nhớ được chia làm nhiều loại. Dựa vào vật
liệu chế tạo ta có bộ nhớ bán dẫn và bộ nhớ từ.
Bộ nhớ bán dẫn rất thông dụng hiện nay vì có thời gian truy cập nhỏ, hay nói cách khác là
tốc độ đọc-viết cao.
Bộ nhớ từ có tốc độ truy cập thấp nhưng khả năng trữ dữ liệu lớn, không tiêu thụ năng
lượng trong quá trình trữ tin.
7.6.2. Các tham số chính của bộ nhớ.
- Dung lượng bộ nhớ (C): biểu thị khả năng trữ tin của bộ nhớ tính bằng bits, bytes, Kbytes,
Mbytes, hoặc theo số Từ, KTừ trên một chip nhớ. Dung lượng bộ nhớ liên quan đến số lối vào
địa chỉ. Dung lượng bộ nhớ được tính theo công thức:
C = 2 lũy thừa N, trong đó N- số bit của lối vào địa chỉ
Ví dụ: Bộ nhớ có dụng lượng 64 x 4bit nghĩa là bộ nhớ chứa 64 Từ 4 bit.
Bộ nhớ 2K x 8bit nghĩa là bộ nhớ chứa 2Kbyte.
- Thời gian truy cập (ta): Đặc trưng cho tốc độ hoạt động của bộ nhớ tính theo đơn vị ns.
Thông thường ta có trị số từ vài chục đến 1000ns tùy loại bộ nhớ.
- Công suất tiêu thụ (Po): Đặc trưng mức tiêu thụ công suất của bộ nhớ tính theo μw/bit.
Tham số này chỉ có đối với bộ nhớ bán dẫn.

- Giá thành: tính theo đơn vị tiền/bit.
- Điện thế nguồn nuôi (ECC hoặc VDD): họ TTL có ECC = +5V; họ CMOS có VDD = 3V đến
15V.
161
7.6.3. Vi mạch nhớ.
a. Định nghĩa
Vi mạch nhớ là các bộ nhớ bán dẫn, trong đó các tế bào nhớ được tạo ra từ các linh kiện
bán dẫn hoặc mạch có khả năng tích trữ điện tích.
b. Phân loại vi mạch nhớ.
- Phân loại theo công nghệ chế tạo: vi mạch nhớ chia làm 2 loại là bộ nhớ lưỡng cực và bộ
nhớ MOS/CMOS.
+ Bộ nhớ lưỡng cực: các tế bào nhớ được tạo thành từ các tranzito lưỡng cực.
+ Bộ nhớ MOS/CMOS: các tế bào nhớ được tạo thành từ các tranzito trường MOS.
- Phân loại theo đặc thù lưu trữ dữ liệu: vi mạch nhớ chia làm 2 loại chính là bộ nhớ cố
định- ROM và bộ nhớ tạm thời- RAM.
+ ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc, nghĩa là chỉ có thể lấy dữ liệu ra. Ở đây các
dư liệu được lưu trữ vĩnh viễn ở mỗi tế bào nhớ, nên khi mất nguồn điện cũng không mất dữ
liệu. Việc ghi dữ liệu vào do nhà sản xuất thực hiện.
Ngoài ra, bộ nhớ cố định còn có PROM, EPROM và EAPROM. PROM giống như ROM, dữ
liệu chỉ được ghi vào một lần nhưng do người sử dụng thực hiện. EPROM là bộ nhớ có thể xóa
đi và viết lại. Muốn xóa ta dùng tia cực tím. EAPROM là bộ nhớ cố định có thể xóa và viết lại.
Việc xóa được thực hiện nhờ dòng điện.
+ RAM (Random Access Memory)- bộ nhớ tạm thời, là bộ nhớ đọc/viết. Mỗi tế bào nhớ là một
Flip-Flop nên khi mất nguồn điện cung cấp thì tin tức trong RAM bị xóa ngay. RAM có 2 loại
là RAM tĩnh (SRAM) và RAM động (DRAM).
SRAM: Tế bào nhớ là Flip-Flop (tranzito lưỡng cực hoặc tranzito MOS). Dữ liệu được ghi
vào SRAM sẽ được duy trì trong nó chừng nào còn nguồn cung cấp cho chip.
DRAM: Dùng điện tích nạp vào linh kiện MOS để nhớ 1 bit tin trong tế bào nhớ. Vì điện
tích nạp vào không duy trì được lâu nên định kỳ phải nạp lại điện tích gọi là “làm tươi” bộ
nhớ (refresh).
Cả hai loại SRAM và DRAM đều thuộc loại bộ nhớ xóa ngay khi mất nguồn điện cung cấp.
d. Cấu trúc và hoạt động của RAM:
- Cấu trúc của RAM: các tế bào nhớ được bố trí dưới dạng ghép ma trận m x n (m hàng và n
cột) và có bộ giải mã địa chỉ để xác định vị trí ô nhớ. Xem hình 7-21. Bộ giải mã địa chỉ có
K bit, do vậy sẽ có 2 lũy thừa k địa chỉ hay dung lượng bộ nhớ là 2 lũy thừa k. Các dữ liệu
vào và ra được đưa qua các bộ đệm vào/ ra để điều khiển việc viết và đọc của bộ nhớthông
qua chân điều khiển R/W; chân CS là chân chọn chip.
- Nguyên lý hoạt động: Khi CPU đưa tới một tổ hợp địa chỉ, bộ giải mã địa chỉ xác định vị trí
của Từ nhớ, sau đó chờ tác động của các lối vào R/W và CS, bộ nhớ sẽ thực hiện chức năng
đọc hoặc viết.
+ Đọc: đặt R/W = 1 và CS = 1: Bộ đệm vào được khóa lại, bộ đệm ra được mở. Nhờ vậy dữ
liệu ở địa chỉ đã chọn sẽ đi qua bộ đệm ra để ra BUS dữ liệu.
+ Viết: đặt R/W = 0 và CS = 1: Bộ đệm vào mở, bộ đệm ra bị khóa. Các dữ liệu vào từ BUS
dữ liệu sẽ đi qua bộ đệm vào để đến vị trí ô nhớ đã được xác định.

Các bộ đệm thường là các cổng logic 3 trạng thái. Khi không có tác động đọc hoặc viết,
nhờ logic ở lối vào CS các bộ đệm đều ở trạng thái trở kháng cao (Zcao). Các lối vào CS
còn giúp ta ghép nhiều chíp nhớ với nhau để tăng dung lượng nhớ.
Dữ liệu vào
Bộ đệm vào
m x n
Bộ đệm ra
Dữ liệu ra
Hình 7 – 21: Cấu trúc của RAM
162
Bộ
giải
mã
địa
chỉ
A0
A1
K
bit
địa
chỉ
Ak-1
d. Cấu trúc của ROM bán dẫn
R/W
CS
• ROM là bộ nhớ chứa sẵn dữ liệu, khi cần ta chỉ đọc mà không viết ngay vào được.
Trong ROM bán dẫn mỗi tế bào nhớ có thể sử dụng điốt hoặc tranzito để trữ dữ liệu. Thời
gian truy cập của bộ nhớ lưỡng cực khoảng 50ns ÷ 90ns, còn đối với MOSFET thì chậm
hơn 10 lần.
Ví dụ: Ta có cấu trúc của ROM dùng điốt: trên giao điểm của đường Từ (hàng) và đường
Bit (cột) nếu có điốt thì tương ứng là bit 1, nếu không có điốt thì tương ứng là bit 0. Xem
hình7-22.

• PROM: là bộ nhớ ROM chỉ viết một lần do người sử dụng thực hiện. Trong PROM
tát cả các giao điểm giữa đường Từ và đường Bit người ta đấu nối tiếp một điốt với
một cầu chì. Khi viết dữ liệu vào bộ nhớ người ta chỉ càn phóng vào bộ nhớ một
dòng điện đủ lớn để làm đứt cầu chì tại giao điểm đã chọn và như vậy giao điểm
này được viết bit 0. Còn các giao điểm nào không bị đứt cầu chì sẽ là bit 1. Su khi
viết xong không thay đổi được nữa.
7.7. NHỮNG ĐIỂM CẦN CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG VI MẠCH TÍCH HỢP.
Các vi mạch được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật tương tự (vi mạch tuyến tính) và kỹ
thuật số (vi mạch số). Khi sử dụng vi mạch tích hợp cần lưu ý một số điểm chính sau:
- Phải đọc được ký hiệu của vi mạch: Trên thân vi mạch thường ghi tên hãng sản xuất, ký
hiệu chức năng của vi mạch, ký hiệu sản phẩm có là thương phẩm, ngày tháng năm sản
xuất.
- Biết tra cứu vi mạch trong sổ tra cứu để biết chức năng IC và chức năng các chân của IC.
- Chú ý chân nguồn cung cấp cho IC làm việc.
- Khi đấu vào mạch phải đấu chân nguồn cung cấp trước, sau mới cho tín hiệu vào mạch.
- Nguồn cung cấp phải có độ ổn định cao.
- Hàn nối IC vào mạch phải chú ý dùng mỏ hàn nhọn, có công suất thấp khoảng 30w đến
60w, tránh làm nóng IC.
Đặc biệt đối với các IC số cần chú ý một số điểm sau:
Các vi mạch số thường gặp là các họ vi mạch TTL, CMOS, MOS, v.v.. đây là các IC
thực hiện một chức năng hoàn chỉnh như cổng, hệ đếm, giải mã, ghi dịch, hệ nhớ, hệ vi xử lý.
- Khi chọn một vi mạch cần quan tâm tới các tham số sau: công suất tiêu thụ, khả năng chịu
tải, thời gian chuyển mạch, khả năng chống nhiễu, điện áp nguồn nuôi, mức logic...
163
Bộ
giải
mã
địa
chỉ
8 Đường Từ
A B C D
Đường bit dữ liệu (4 bit)
0
1
2
3
4
5
6
7
3
bit
địa
chỉ
Hình 7 – 22: Cấu trúc của ROM 8Từ x 4bit dùng điốt

- Xung nhịp: tốc độ chuyển mạch của vi mạch số cần đủ lớn. Để mạch điện làm việc ổn định
thì xung nhịp cần có độ dốc sườn 400 ns, nếu không đạt tiêu chuẩn này cần tạo lại dạng
xung nhịp.
- Bất kỳ ở chế độ làm việc nào, điện áp tại lối vào của vi mạch không được cao hơn điện áp
của chân nguồn (VCC hoặc VDD) và không thấp hơn đất
164
Đối với vi mạch loại TTL/LS cần lưu ý:
ƒ Điện áp cung cấp VCC không vượt qua 5,25vôn.
ƒ Các đầu vào không dùng đến của họ TTL/LS được coi như ở trạng thái cao (H)... Nhưng
nếu một đầu vào nào được giả thiết là cố định ở mức cao thì phải nối tới VCC.
ƒ Đặt các đầu ra của cổng không dùng đến ở mức cao để tiết kiệm điện.
ƒ Dùng ít nhất một tụ khử ghép đối với mỗi nhóm từ 5 đến 10 cổng, từ 2 đến 5 bộ đếm và
thanh ghi...
ƒ Tránh sử dụng các dây dẫn dài trong mạch. Nếu dây dẫn dài quá 25 cm phải dùng dây bọc
kim hoặc cáp đồng trục.
Đối với vi mạch MOS và CMOS:
ƒ Điện áp đầu vào không vượt quá VDD (trừ hai IC 4049 và 4050).
ƒ Điện áp cung cấp VDD nằm trong khoảng (+3V ÷ +15V) ±5%
ƒ Tất cả các đầu vào không dùng đến phải nối với VDD hoặc đất.
ƒ Phải chú ý tránh hiện tượng tích điện tĩnh trên lối vào của vi mạch CMOS và MOS bằng
cách: Không nên cất vi mạch CMOS trong các hộp không có tính dẫn điện; nên đặt các
chân IC xuống các khay nhôm khi chưa đấu chúng vào mạch; mỏ hàn nên dùng nguồn
acqui, không dùng mỏ hàn điện xoay chiều.
Khi lắp ráp các vi mạch số ta cần lưu ý: Lắp đặt vi mạch số: có hai cách:
+ Lắp IC trên đế cắm: ưu điểm là IC không bị nóng nhưng dễ gây hiệu ứng tiếp xúc kém
ở đế cắm vì IC có nhiều chân, làm giảm độ tin cậy của mạch.
+ Hàn trực tiếp IC vào mạch: ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo tiếp xúc tốt song
dễ làm nóng IC trong quá trình hàn, do đó sẽ làm thay đổi các tham số của IC.
Các IC số thường có vỏ là thanh nhựa dẹp và có 14, 16 hoặc 24 chân. Khi vẽ mạch in
phải chú ý đến vị trí tương đối giữa mạch dẫn nguồn với dây chung và phải chú ý tụ lọc giữa
nguồn và dây chung. Điện dung của các tụ này tùy thuộc vào từng họ IC.
Khi hàn chân vi mạch vào mạch in nên hàn chân nối nguồn trước sau mới hàn các chân
tiếp theo.
Khi ngắt mạch, phải ngắt tín hiệu vào, sau đó cắt nguồn và nghiêm cấm việc đưa tín hiệu
vào trước khi nối nguồn cung cấp.
Khi nối ghép các vi mạch khác loại với nhau phải chú ý điện áp nguồn cung cấp, các
mức logic, và nên sử dụng các mạch đệm để bảo đảm việc nối ghép tốt nhất.

Vi mạch tích hợp là một chip bán dẫn, trong đó tích hợp các cấu kiện điện tử bán dẫn trên
một dây chuyền công nghệ được tự động hóa từ khấu thiết kế mạch đến khi cho ra một cấu
kiện. Mỗi vi mạch có một hoặc một số chức năng nhất định.
Có nhiều cách phân loại vi mạch, trong đó thông thường người ta dựa vào 4 tiêu chí để phân
loại:
- Dựa vào khả năng xử lý dữ liệu vi mạch chia làm 2 loại là vi mạch tuyến tính và vi mạch
số.
- Dựa váo công nghệ chế tạo vi mạch chia làm 4 loại: vi mạch bán dẫn, vi mạch màng mỏng,
vi mạch màng dày và vi mạch lai.
- Dựa vào loại tranzito được tích hợp vi mạch chia làm 2 loại: vi mạch lưỡng cực và vi mạch
MOS/CMOS.
- Dựa vào số lượng phần tử được tích hợp vi mạch được chia làm 4 loại: SSI, MSI, LSI và
VLSI.
Công nghệ chế tạo vi mạch rất phức tạp. Hiện nay công nghệ này gồm một số quá trình sau:
quá trình quang khắc, quá trình plana, quá trình epitaxi-plana.
o Quá trình quang khắc: là quá trình tạo ra trên tấm bán dẫn các lớp phủ bảo vệ
theo các cấu hình cần thiết bằng phương pháp quang hóa.
o Quá trình plana là công nghệ chế tạo các phần tử của mạch điện trên bề mặt của
phiến đơn tinh thể bán dẫn silic. Quá trình plana là công nghệ kết hợp quá trình quang khắc và
quá trình khuếch tán để tạo ra các cấu kiện điện tử như điện trở, tụ điện, điốt, tranzito…
o Công nghệ epitaxi-plana là quá trình nuôi cấy một lớp đơn tinh thể mỏng gọi là
lớp epitaxi bên trên một đế tinh thể bán dẫn khác. Sau đó là quá trình plana để tạo ra các cấu
kiện điện tử trên bề mặt của lớp epitaxi trên.
Việc chế tạo các cấu kiện điện tử trong vi mạch được thực hiện từ cấu trúc cơ bản của
tranzito như điốt, tranzito; còn điện trở và tụ điện thì có thể tạo ra từ các lớp tiếp xúc P-N hoặc
một số công nghệ khác được trình bày trong chương 7 này.
Về ứng dụng, trong chương này đưa ra hai lĩnh vục sử dụng IC cơ bản là vi mạch tuyến
tính và vi mạch số. Vi mạch tuyến tính là các vi mạch xử lý các dữ liệu xảy ra liên tục theo thời
gian. Ở các cấu kiện này, quan hệ vào/ra là quan hệ đường thẳng. Vi mạch tuyến tính quan
trọng là IC khuếch đại thuật toán (OA). Đây là một loại IC vạn năng, nó có thể thực hiện nhiều
chức năng trong mạch điện tùy thuộc vào các linh kiện đấu ở mạch ngoài.
IC số là các vi mạch thực hiện các hàm logic. Trong vi mạch số các mức điện áp vào ra
đều thể hiện 2 giá trị logic là 0 và 1. Các tham số chính của vi mạch số gồm có nguồn nuôi,
mức logic vào/ra, hệ số ghép tải, độ phòng vệ nhiễu, trễ truyền lan, công suất tiêu thụ, dòng
vào/ra.
Trong chương 7 cũng nêu những điều cần chú ý khi sử dụng IC.
165
1. Định nghĩa về vi mạch tích hợp?
2. Nêu các cách phân loại vi mạch tích hợp?
3. Trình bày về công nghệ plana?
4. Trình bày về công nghệ plana-epitaxi
5. Hãy cho biết các cách chế tạo điện trở trong vi mạch?
6. Hãy cho biết các cách chế tạo tụ điện trong vi mạch?

7. Trình bày về cách tạo ra điốt trong vi mạch?
8. Vẽ ký hiệu và giải thích nhiệm vụ các chân của vi mạch khuếch đại thuật toán?
9. Trình bày về đặc tính truyền đạt và đặc tính tần số của OA?
10. Nêu các tham số cơ bản của IC OA?
11. Trình bày về vi mạch số và nêu các tham số chính của chúng?
12. Nêu những điểm cần chú ý chính khi sử dụng IC?
13. Vi mạch tích hợp được sản xuất và sử dụng nhiều nhất hiện nay là loại nào?
a. Vi mạch bán dẫn; b. Vi mạch màng mỏng;
c. Vi mạch màng dày; d. Vi mạch lai
14. Điện trở trong vi mạch MOS được tích hợp là…..
a. điện trở màng kim. b. điện trở đơn khối bán dẫn.
c. điện trở của tiếp xúc P-N. d. một MOSFET có cực cửa nối với cực máng.
166
năm 2002.
2. Nguyễn Quốc Trung – “Vi điện tử số” NXB KHKT năm 1997.

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ QUANG ĐIỆN TỬ Cấu kiện quang điện tử
CHƯƠNG 8
CẤU KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ
167
Chương 8 trình bày về các cấu kiện bán dẫn dùng để biến đổi tín hiệu điện sang tín hiệu
quang và các cấu kiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện. Các cấu kiện biến đổi điện
sang quang (còn được gọi là cấu kiện phát quang) được nghiên cứu trong chương này gồm có
các loại điốt phát quang, laser bán dẫn; còn các cấu kiện biến đổi quang sang điện (còn gọi là
các cấu kiện thu quang) gồm có điện trở quang, điốt quang, tranzito quang, thyristo quang. Nội
dung chính của phần này sẽ trình bày về cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động cũng như các
đặc tính và tham số của các cấu kiện bán dẫn quang được đề cập đến trong chương. Ngoài ra
chương 8 còn trình bày về cấu trúc và tham số của các bộ ghép quang, các bộ lọc quang và các
CCD
NỘI DUNG
8.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng nhanh và phức tạp của công nghệ thông tin, do những ưu
điểm của các hệ thống thông tin quang, mà các thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng rất nhiều
các linh kiện quang như LED, LCD, quang trở, photođiốt, tranzito quang, LASER, sợi quang
dẫn, các bộ ghép quang...Tiêu biểu cho sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ chế tạo linh kiện
bán dẫn quang là sự phát hiện chất bán dẫn được liên kết từ các nguyên tố ở nhóm III và
nhómV của bảng tuần hoàn Menđêlêep.
Trong chương này sẽ trình bày về cấu tạo và nguyên lý làm việc cũng như các tham số cơ
bản của các linh kiện quang điện tử thường được sử dụng trong kỹ thuật thông tin hiện nay.
Đồng thời trình bày một số sơ đồ mạch ứng dụng của chúng.
8.1.1. Khái niệm chung về kỹ thuật quang điện tử.
a. Định nghĩa về kỹ thuật quang điện tử:
Quang điện tử là những hiệu ứng tương hỗ giữa bức xạ ánh sáng và mạch điện tử. Bức xạ
ánh sáng là một dạng của bức xạ điện từ có dải tần số dao động rất cao, 1014 ÷1015Hz , hoặc
độ dài bước sóng từ khoảng 50nm đến khoảng 100μm.
b. Các bức xạ quang được chia ra thành ba vùng là:
- Vùng cực tím có độ dài bước sóng từ 50nm đến 380nm.
- Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 380nm đến 780nm.
- Vùng hồng ngoại có bước sóng từ 780nm đến 100μm.
Đặc điểm của mắt người là nhìn thấy các sóng điện từ thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy.
Mắt người không chỉ phân biệt được độ sáng yếu hay mạnh, mà còn phân biệt được từng bước
sóng riêng biệt gọi là độ cảm màu của mắt. Nhưng trong kỹ thuật chỉ dùng khái niệm bước
sóng chứ không dùng khái niệm màu sắc, và ngay cả tần số cũng ít dùng.Các bước sóng trong
thông tin quang hiện nay nằm ở vùng hồng ngoại nên khái niệm màu sắc càng không có ý
nghĩa.
c. Phân loại linh kiện quang điện tử:

Linh kiện quang điện tử gồm có linh kiện bán dẫn quang điện tử và linh kiện không bán
dẫn quang điện tử.
• Linh kiện bán dẫn quang điện tử: là những linh kiện được chế tạo từ vật liệu bán dẫn như
điện trở quang, điôt quang, tranzito quang, LED, LASER bán dẫn,v.v..
• Linh kiện không phải bán dẫn quang điện tử: như sợi quang dẫn, mặt chỉ thị tinh thể lỏng
LCD, ống nhân quang v.v..
Nguồn Tín
tín hiệu
hiệu Mạch Khối Sợi đồng Khối giải Mạch thu
điện tử điều chế điều chế điện tử
a. Hệ thống thông tin điện
Nguồn Tín
tín hiệu
hiệu Mạch Khối Khối Mạch thu
điện tử E/ O O/ E điện tử
Sợi quang
b. Hệ thống thông tin quang
Hình 8-1: a. Hệ thống thông tin điện .
b. Hệ thống thông tin quang.
168
8.1.2. Hệ thống truyền dẫn quang.
a. Sơ đồ khối của các hệ thống thông tin:
Sơ đồ khối cơ bản nhất của hệ thống thông tin điện và quang được mô tả trên hình 8-
1a,b. Trong hình :
Nguồn tín hiệu: là các dạng thông tin thông thường như tiếng nói, hình ảnh, số liệu, văn
bản...
Mạch điện tử : có nhiệm vụ xử lý nguồn thông tin để tạo ra các tín hiệu điện dưới dạng
analog hoặc digital.
Khối E/O: là mạch biến đổi điện - quang có nhiệm vụ điều biến tín hiệu điện thành
cường độ bức xạ ánh sáng để phát đi (biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang).
Sợi quang có nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu quang từ nơi phát đến nơi thu.
Khối O/E : mạch biến đổi quang - điện còn gọi là bộ thu quang có nhiệm vụ tiếp nhận
ánh sáng từ sợi quang đưa đến và biến đổi trở lại thành tín hiệu điện như tín hiệu điện đã phát
đi.
Tải tin : Trong hệ thống điện thì tải tin là các sóng điện từ cao tần, trong hệ thống quang
tải tin là ánh sáng và cũng là sóng điện từ song có tần số rất cao ( 1014 ÷ 1015 Hz) do vậy tải tin
quang rất thuận lợi cho tải các tín hiệu băng rộng.
b. Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn quang:

Qua hình (8-1a,b) ta thấy hai hệ thống đều có các phần tử và tín hiệu tương đồng, chỉ có
môi trường truyền dẫn là khác nhau. So với hệ thống thông tin điện , hệ thống thông tin quang
có một số ưu điểm sau:
+ Sợi quang nhỏ, nhẹ hơn dây kim loại, dễ uốn cong, tốn ít vật liệu.
+ Sợi quang chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh không bị ảnh hưởng của nước, axit, kiềm nên
không bị ăn mòn. Đồng thời, sợi là chất điện môi nên cách điện hoàn toàn, tín hiệu truyền
trong sợi quang không bị ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài tới và cũng không gây nhiễu ra môi
trường xung quanh.
+ Đảm bảo bí mật thông tin, không sợ bị nghe trộm.
+ Khả năng truyền được rất nhiều kênh trong một sợi quang có đường kính rất nhỏ. Tiêu
hao nhỏ và không phụ thuộc tần số nên cho phép truyền dẫn băng rộng và tốc độ truyền lớn
hơn nhiều so với sợi kim loại.
ν = c ).
eV.nm
i k i k G ν E
169
+ Giá thành rất rẻ.
8.2. CÁC CẤU KIỆN BIẾN ĐỔI ĐIỆN – QUANG (Cấu kiện phát quang)
8.2.1. Sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất.
Như đã biết, theo lý thuyết dải năng lượng của vật chất, thì thông thường các hạt đều tồn
tại ở mức cơ bản (Ek) vì mức này có năng lượng thấp nhất nên cũng bền vững nhất. Chỉ cần
kích thích một năng lượng nào đó, ví dụ như quang năng, điện năng, nhiệt năng... thì các hạt ở
mức cơ bản sẽ di chuyển lên mức năng lượng cao hơn, gọi là các mức kích thích (Ei). Các hạt
chỉ tồn tại ở các mức kích thích một thời gian rất ngắn khoảng 10-8 giây rồi nó lại dịch chuyển
về các mức năng lượng thấp hơn và phát ra ánh sáng, hay còn gọi là các photon. Photon phát ra
theo định luật bảo toàn năng lượng:
hν = Ei - Ek (8. 1)
và ta có tần số bức xạ của ánh sáng tính theo công thức (8.1):
ν =
E Ei k −
h
(8. 2)
trong đó: ν - tần số bức xạ của ánh sáng (
λ
h - hằng số Plank (h = 6,625.10-34 J.s = 4,16.10-15 eV.s).
c - vận tốc của ánh sáng (c = 3.108 m/s).
λ - độ dài bước sóng của bức xạ ánh sáng phát ra.
⎤
⎥⎦
1240 eV.nm
= ⎡ ⎥⎦
⎢⎣
⎤
⎡
⎢⎣
= 1240
= c = c
E E
− (E − E )
eV
eV
h
λ
Sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất gồm có 3 quá trình: quá trình hấp thụ, quá trình
bức xạ tự phát và quá trình bức xạ kích thích (Xem hình 8- 2a,b,c).

Ei Ei Ei
hfik hfik hfik hf'ik
Ek Ek Ek
a- Quá trình hấp thụ b- Quá trình bức xạ tự phát c- Quá trình bức xạ kích thích
Hình 8- 2 : Ba quá trình chủ yếu của sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất
a. Quá trình hấp thụ:
Quá trình hấp thụ (hình 8-2a) là quá trình mà tại đó khi có một photon tương tác với vật chất
thì một điện tử ở mức năng lượng cơ bản Ek sẽ nhận thêm năng lượng của photon (quang năng)
và nhảy lên mức năng lượng kích thích Ei.
170
b. Quá trình bức xạ tự phát:
Bức xạ tự phát (hình 8-2b) là quá trình mà các điện tử nhảy lên mức năng lượng kích
thích Ei, nhưng chúng nhanh chóng trở về mức năng lượng cơ bản Ek và phát ra photon có
năng lượng hν. Mỗi một bức xạ tự phát ta thu được một photon.
Hiện tượng này xảy ra không có sự kích thích bên ngoài nào và được gọi là quá trình bức
xạ tự phát. Bức xạ này đẳng hướng và có pha ngẫu nhiên.
c. Quá trình bức xạ kích thích:
Nếu có một photon có năng lượng hν tới tương tác với vật chất mà trong lúc đó có một
điện tử đang còn ở trạng thái kích thích Ei, thì điện tử này được kích thích và ngay lập tức nó di
chuyển trở về mức năng lượng cơ bản Ek và bức xạ ra một photon khác có năng lượng cũng
đúng bằng hν . Photon mới bức xạ ra này có cùng pha với photon đi đến và được gọi là bức xạ
kích thích (hay bức xạ cảm ứng). Xem hình 8-2c.
8.2.2. Điôt phát quang (LED) chỉ thị.
Điôt phát quang là linh kiện bán dẫn quang điện tử. Nó có khả năng phát ra ánh sáng khi
có hiện tượng tái hợp xảy ra trong tiếp xúc P-N. Điốt phát quang thường được gọi tắt là LED
do viết tắt từ các từ tiếng Anh: Light- Emitting Diode. Tuỳ theo vật liệu chế tạo mà ta có ánh
sáng bức xạ ra ở các vùng bước sóng khác nhau.
Trong mục này ta sẽ trình bày trước hết về LED bức xạ ra ánh sáng nhìn thấy gọi là LED
chỉ thị. LED chỉ thị có ưu điểm là tần số hoạt động cao, kích thước nhỏ, công suất tiêu hao nhỏ,
không sụt áp khi bắt đầu làm việc. LED không cần kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc. LED chỉ
thị rất rõ khi trời tối. Tuổi thọ của LED khoảng 100 ngàn giờ.
a. Cấu tạo và ký hiệu của LED:
Cấu tạo:

Điôt phát quang gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực anốt (A), catốt (K). Anốt
được nối với bán dẫn loại P, còn catốt được nối với bán dẫn loại N.
Hình 8-3 mô tả mô hình cấu tạo của LED và ký hiệu trong các sơ đồ mạch.
Tiếp xúc P-N
P N
A K
A K
Hình 8- 3 : Mô hình cấu tạo và ký hiệu của LED.
Vật liệu chế tạo điôt phát quang đều là các liên kết của các nguyên tố thuộc nhóm 3 và
nhóm 5 của bảng tuần hoàn Menđêlêep như GaAs, hoặc liên kết 3 nguyên tố như GaAsP v.v..
Đây là các vật liệu tái hợp trực tiếp, có nghĩa là sự tái hợp xảy ra giữa các điện tử ở sát đáy dải
dẫn và các lỗ trống ở sát đỉnh dải hóa trị.
LED
Hình 8- 4 : Sơ đồ nguyên lý của LED.
171
b. Nguyên lý làm việc:
Sơ đồ nguyên lý đấu LED mô tả trong hình 8- 4.
+
U
R
_
Khi LED phân cực thuận, các hạt dẫn đa số khuếch tán ồ ạt qua tiếp xúc P-N, chúng gặp
nhau sẽ tái hợp và các photon được phát sinh. Tốc độ tái hợp trong quá trình bức xạ tự phát này
tỉ lệ với nồng độ điện tử trong phần bán dẫn P và nồng độ lỗ trống trong phần bán dẫn N. Đây
là các hạt dẫn thiểu số trong chất bán dẫn. Như vậy, để tăng số photon bức xạ ra cần phải gia
tăng nồng độ hạt dẫn thiểu số trong các phần bán dẫn. Cường độ dòng điện của điôt tỉ lệ với
nồng độ hạt dẫn được chích vào các phần bán dẫn, do đó cường độ phát quang của LED tỉ lệ
với cường độ dòng điện qua điôt.

Như vậy LED có khả năng biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, nên nó được coi là
0 UD UAK
Hình 8- 5: Đặc tuyến Vôn - Ampe của LED
172
dụng cụ phát quang.
Điện áp phân cực cho LED gần bằng độ rộng vùng cấm của vật liệu, do đó, các LED bức
xạ ở các bước sóng khác nhau sẽ được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm
khác nhau và điện áp phân cực cho chúng cũng khác nhau. Tuy nhiên LED có điện áp phân cực
thuận tương đối cao (khoảng từ 1,6 v đến 3 v) và có điện áp ngược cho phép tương đối thấp
(khoảng từ 3 v đến 5 v).
c. Đặc tuyến Vôn - Ampe của LED:
Đặc tuyến Vôn - Ampe của điôt phát quang biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện quang
với điện áp đặt lên LED.
I
Ungược max
Khi điện áp thuận thay đổi (dù rất nhỏ) sẽ làm cho dòng điện qua điôt tăng đáng kể và
kéo theo sự tăng cường độ bức xạ quang, do vậy cần xác định vùng làm việc cho điôt tương đối
ổn định và dùng nguồn dòng để cung cấp.
Điôt phát quang rất nhạy với nhiệt độ. Khi nhiệt độ làm việc thay đổi, cực đại phổ bức xạ
có thể thay đổi cả về độ dài bước sóng lẫn cường độ: khi nhiệt độ làm việc tăng thì độ dài bước
sóng bức xạ ngắn lại (khoảng 0,02 μm/ 0C đến 0,009 μm/ 0C) và điện áp phân cực cho điôt có
thể bị giảm (khoảng từ 1,3 mV đến 2,3 mV/ 0C).
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ lên giá trị điện áp phân cực, người ta sử dụng hệ số
nhiệt cho điôt: STV:
STV =
U
Δ
T I=const
Δ
(8. 3)
Hệ số nhiệt của LED có giá trị âm nên khi sử dụng trong hệ thống có nhiều các linh kiện
điện tử cần chú ý đến tham số này. Khoảng nhiệt độ hoạt động của LED khoảng từ -600C đến
+850C. Công suất của LED khoảng từ vài trăm μw đến vài watt.
Bảng 8-1 cho biết độ rộng vùng cấm của các vật liệu càng lớn thì năng lượng được giải
phóng ra càng lớn và bức xạ được phát ra có bước sóng càng ngắn.
Bảng 8.1: Tham số của một số loại LED

Vật liệu EG (ev) λp (nm) vùng bức
xạ
1 2
Đỏ Xanh/Vàng
Hình 8- 6 : LED đôi.
173
UD (v)
ở I=20mA
Ungược
Max
tr
(nsec)
Loại
tái hợp
Ge 0,66 - - - - - G.tiếp
Si 1,09 - - - - - G.tiếp
GaAs 1,43 910 Hồng ngoại 1,6 ÷ 1,8 5 50 T. tiếp
GaAsP 1,9 660 Đỏ 1,6 ÷ 1,8 5 T. tiếp
GaAlAs 1,91 650 Đỏ 1,6 ÷ 1,8 5 T. tiếp
GaAsP 2,0 635 Cam 2,0 ÷ 2,2 5 100 T. tiếp
GaAsP 2,1 585 Vàng 2,2 ÷ 2,4 5 100 T. tiếp
GaAsP 2,2 565 Lá cây 2,4 ÷ 2,7 5 400 T. tiếp
GaP 2,24 560 Lá cây 2,7 ÷ 3,0 5 - G. tiếp
SiC 2,5 490 Da trời 3,0 - 900 G.tiếp
Gallium-
3,1 400 Tím 3,0 - - G. tiếp
Nitrit
d. Ứng dụng và một số loại LED chỉ thị:
LED chỉ thị được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quảng cáo, trong xe hơi, máy bay, trò
chơi trẻ em, âm nhạc, máy ảnh... vì thể tích nhỏ, công suất tiêu tán thấp và thích hợp với các
mạch logic. Khi sử dụng LED cần phải mắc nối tiếp với một điện trở hạn chế dòng. Trị số của
điện trở nối tiếp được tính theo công thức (8. 4):
RT =
U UCC D −
I
(8. 4)
Trong đó: UCC - Điện áp nguồn cung cấp
UD - Điện áp phân cực cho LED
I - Dòng điện chạy qua LED
(có trị số danh định khoảng từ 10mA đến 30mA)
Một số loại LED chỉ thị:
- LED đơn: Đây là linh kiện một LED.
- LED đôi: Để dùng cho những ứng dụng đặc biệt:
LED1 LED2
3
- LED bảy đoạn sáng: Đây là một tổ hợp gồm có 7 LED được đấu nối với nhau theo hình số
8 dùng để hiện thị các số thập phân từ 0 đến 9. (Xem hình 8- 7).

- Băng chiếu sáng LED: Đây là tập hợp nhiều LED thành một chuỗi với mạch tổ hợp hoặc
không có mạch tổ hợp bên trong, (xem hình 8- 8).
A
a
f b
g
e c
d
Hình 8- 7: Cấu trúc của một LED 7 đoạn sáng đấu kiểu Anôt chung.
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 8- 8: Băng chiếu sáng LED
174
8.2.3. LED hồng ngoại.
Đối với các hệ thống thông tin quang yêu cầu tốc độ bit xấp xỉ 100 đến 200Mbit/s cùng
sợi quang đa mốt với công suất quang khoảng vài chục μw, các điôt phát quang bán dẫn
thường là các nguồn sáng tốt nhất.
a. Cấu tạo:
Cấu tạo của LED hồng ngoại cơ bản là giống các LED chỉ thị. Để bức xạ ánh sáng hồng
ngoại, LED hồng ngoại được chế tạo từ vật liệu Galium Asenit (GaAs) với độ rộng vùng cấm
EG = 1,43 eV tương ứng với bức xạ bước sóng khoảng 900nm.
Hình 8- 9 mô tả cấu trúc của một LED hồng ngoại bức xạ ánh sáng 950nm.

Ánh sáng phát ra
Chân cực λ = 950nm
GaAs (P) Tiếp xúc P-N
GaAsSi (N)
GaAsSi (N)
GaAs (N) trong suốt
Chân cực
Mặt mài nhẵn
Hình 8- 9 : Cấu trúc của LED hồng ngoại bức xạ bước sóng 950nm.
Trong phần epitaxy lỏng trong suốt GaAs (N) tạo một lớp tinh thể có tính chất lưỡng tính
với tạp chất Silic là GaAsSi (N) và một tiếp xúc P-N được hình thành. Với sự pha tạp chất Silic
ta có bức xạ với bước sóng 950 nm Mặt dưới của LED được mài nhẵn tạo thành một gương
phản chiếu tia hồng ngoại phát ra từ lớp tiếp xúc P-N.
LED
U R
Hình 8- 10 : Sơ đồ nguyên lý của LED hồng ngoại
175
Hình 8- 10 mô tả sơ đồ nguyên lý đấu nối LED hồng ngoại trong mạch điện.
+
_
Khi phân cực thuận cho điôt, các hạt dẫn đa số sẽ khuếch tán qua tiếp xúc P-N, chúng tái
hợp với nhau và phát ra bức xạ hồng ngoại. Các tia hồng ngoại bức xạ ra theo nhiều hướng
khác nhau. Những tia hồng ngoại có hướng đi vào trong các lớp chất bán dẫn, gặp gương phản
chiếu sẽ được phản xạ trở lại để đi ra ngoài theo cùng hướng với các tia khác. Điêù này làm
tăng hiệu suất của LED.
Ánh sáng hồng ngoại có đặc tính quang học giống như ánh sáng nhìn thấy, nghĩa là nó có
khả năng hội tụ, phân kỳ qua thấu kính, có tiêu cự.... Tuy nhiên, ánh sáng hồng ngoại rất khác
ánh sáng nhìn thấy ở khả năng xuyên suốt qua vật chất, trong đó có chất bán dẫn. Điều này giải
thích tại sao LED hồng ngoại có hiệu suất cao hơn LED chỉ thị vì tia hồng ngoại không bị yếu
đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để ra ngoài.

Tuổi thọ của LED hồng ngoại dài đến 100000 giờ. LED hồng ngoại không phát ra ánh
sáng nhìn thấy nên rất có lợi trong các thiết bị kiểm soát vì không gây sự chú ý.
176
c. LED hồng ngoại cấu trúc đặc biệt:
Để truyền dẫn trong sợi quang đạt hiệu quả người ta sử dụng các loại LED hồng ngoại có
độ sáng phát ra cao, có thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất lượng tử cao, đó là LED cấu trúc
dị thể kép. Đây là cấu trúc được sử dụng rất rộng rãi hiện nay.
a/
Tiếp xúc Tiếp
kim GaAs (N) Ga1-xAlxAs Ga1-yAlyAs Ga1-xAlxAs GaAs (P) xúc
loại loại N loại N loại P kim
Ga1-xAlxAs
Loại N
≈ 1μm
Ga1-xAlxAs
Loại P
≈ 1μm
Chất nền Chất nền loại
≈ 1μm ≈ 0,3μm ≈ 1μm
Vùng giam Vùng tái hợp Vùng giam
giữ hạt dẫn giữ hạt dẫn
và ánh sáng và ánh sáng
b/
Hàng rào thế năng
E Chích điện tử của điện tử
Điện tử- lỗ trống tái hợp
EG= 1,51eV hν (λ=820nm)
Hàng rào thế năng Chích lỗ trống
cho lỗ trống
Năng lượng của
điện tử
c/ Sự thay đổi chiết suất
Vùng tích cực
n
3
Vùng dẫn sóng
1 2 4 5
Hình 8- 11 : a/ Mặt cắt của LED cấu trúc dị thể kép loại GaAlAs với xy
b/ Giản đồ năng lượng của vùng tích cực
và hàng rào thế năng của điện tử và lỗ trống
c/ Sự thay đổi chiết suất trong các lớp dị thể

Hình 8- 11 biểu diễn một LED cấu trúc dị thể kép (double heterostructure) bởi vì có hai lớp
hợp kim Ga1-xAlxAs loại N và P đều có độ rộng vùng cấm lớn hơn độ rộng vùng cấm của lớp
tích cực Ga1-yAlyAs loại N, cũng có nghĩa là chiết suất của hai lớp này nhỏ hơn chiết suất của
lớp tích cực (trong đó % phân tử lượng x y). Bằng phương pháp cấu trúc Sandwich của các
lớp hợp kim tổng hợp khác nhau, cả 2 loại hạt dẫn và trường ánh sáng được giam giữ lại trong
trung tâm của lớp tích cực, (xem hình 8- 11b). Đồng thời sự khác nhau về chiết suất của các
lớp kề cận này đã giam giữ trường ánh sáng trong lớp tích cực ở trung tâm, (xem hình 8- 11c).
Sự giam giữ hạt dẫn và ánh sáng ở trong lớp tích cực đã làm tăng độ bức xạ và hiệu suất quang
lượng tử.
Hai dạng cơ bản của LED được dùng cho sợi quang là bức xạ bề mặt (còn gọi là bức xạ
Burrus) và bức xạ cạnh.
- Trong bức xạ bề mặt, mặt phẳng của vùng tích cực bức xạ ánh sáng vuông góc với trục x
của sợi quang như mô tả trong hình 8- 12. Trong cấu trúc này một cái giếng được khắc
qua phần chất nền của LED, sau đó sợi quang được gắn chặt vào để nhận ánh sáng bức xạ
ra. Diện tích vòng tròn tích cực trong bề mặt bức xạ trên thực tế có đường kính 50μm và bề
dày đến 2,5μm. Phổ bức xạ cơ bản là đẳng hướng với độ rộng chùm tia nửa công suất 1200.
Phổ đẳng hướng này từ một bức xạ bề mặt được gọi là phổ Lambe, trong đó độ phát sáng
ở mọi hướng đều bằng nhau, nhưng công suất giảm đi theo hàm cosθ, với θ là góc giữa hướng
chiếu ánh sáng và đường vuông góc với bề mặt. Do vậy công suất giảm xuống 50% so với trị
số đỉnh của nó khi θ = 600, để tổng độ rộng chùm tia nửa công suất là 1200.
Sợi quang
177
Giếng khắc tròn
Vật liệu kết dính
Kim loại
Các lớp Chất nền
giam giữ
Chất cách điện
SiO2
Kim loại
Tỏa nhiệt
Vùng tích cực Tiếp xúc kim loại hình tròn
Hình 8- 12: Mặt cắt của LED bức xạ bề mặt.
Vùng tích cực được giới hạn bởi một đường tròn có diện tích
tương ứng với mặt cắt đầu lõi của sợi quang

Băng truyền tiếp xúc
(xác định diện tích vùng tích cực)
Vùng tích cực
Các lớp
dẫn ánh sáng Các lớp tiếp xúc dị thể kép
(có n thấp hơn)
Chất nền
Kim loại
(đối với tiếp xúc điện) θ⊥
Tỏa nhiệt θ//
Chùm tia sáng
không kết hợp đầu ra
Hình 8- 13 : Cấu trúc của LED dị thể kép bức xạ cạnh.
Chùm tia ra là Lambe ở bề mặt của tiếp xúc P-N (θ// = 1200)
và hướng vuông góc với tiếp xúc P-N là θ⊥ = 300.
- LED bức xạ cạnh được mô tả ở hình 8- 13 gồm một vùng tiếp xúc tích cực và hai lớp dẫn
ánh sáng. Cả hai lớp dẫn quang đều có chiết suất thấp hơn của vùng tích cực nhưng cao hơn
chiết suất của các vật liệu xung quanh. Cấu trúc này tạo ra một kênh dẫn sóng hướng bức xạ
ánh sáng theo hướng lõi sợi quang. Để ghép khít lõi sợi quang đường kính từ 50μm đến
100μm, băng truyền tiếp xúc đối với bức xạ cạnh có chiều rộng là 50μm đến 70μm. Chiều
dài của vùng tích cực khoảng từ 100μm đến 150μm. Phổ bức xạ của LED bức xạ cạnh định
hướng tốt hơn so với bức xạ bề mặt, như biểu diễn trong hình (8- 13). Ở bề mặt song song
với tiếp xúc, mà tại đó không có hiệu ứng dẫn sóng, thì chùm tia bức xạ là phổ Lambe với
độ rộng nửa- công suất của θ// = 1200. Trong bề mặt vuông góc với tiếp xúc, bằng việc chọn
độ dày của ống dẫn sóng, độ rộng chùm tia nửa- công suất θ⊥ được tạo ra nhỏ hơn 25 đến
350.
178
8.2.3. Điôt LASER.
a. Định nghĩa về LASER:
LASER là một linh kiện quang học dùng để tạo ra và khuếch đại ánh sáng đơn sắc có
tính liên kết về pha từ bức xạ tự phát của ánh sáng.
LASER là từ viết tắt của tên gọi bằng tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của LASER là kết quả của 3 quá trình chủ yếu là quá trình
hấp thụ photon, quá trình bức xạ tự phát và quá trình bức xạ kích thích.
Quá trình bức xạ kích thích sẽ chỉ trội hơn quá trình hấp thụ nếu độ chiếm giữ của các
trạng thái kích thích lớn hơn độ bị chiếm giữ của các trạng thái cơ bản. Điều kiện này được gọi

là sự đảo mật độ chiếm giữ trong chất bán dẫn. Trong LASER bán dẫn, sự đảo mật độ chiếm
giữ xảy ra trong trường hợp các hạt dẫn đa số khuếch tán ồ ạt qua tiếp xúc P-N. Điều này chỉ
xảy ra khi dòng điện thuận qua điôt phải vượt quá trị số dòng điện ngưỡng như chỉ ra ở hình 8-
14. Hình 8- 14 biểu thị sự phụ thuộc của công suất phát của LASER vào dòng điện chạy qua
điôt.
Vật liệu bán dẫn của điôt LASER phải là bán dẫn có sự tái hợp trực tiếp và năng lượng
photon gần bằng độ rộng vùng cấm (hν ≈ EG). Để tăng độ phát sáng của LASER phải sử dụng
chất bán dẫn được pha tạp với nồng độ tạp chất rất cao (hay còn gọi là sự pha tạp suy biến).
P0 (mW)
0,8
0,6 Bức xạ
kết hợp
0,4
0,2 Bức xạ không
kết hợp
0 20 40 60 80 I (mA)
Ingưỡng
Hình 8- 14: Đặc tuyến bức xạ của LASER bán dẫn.
Trong thông tin quang, các LASER phải bức xạ ra ánh sáng thuộc 3 cửa sổ công tác của
sợi quang là λ = 850 nm, 1300 nm, và 1550 nm. Vật liệu bán dẫn thường được chọn trên nền
GaAs. Chất Galium Asenid cho bức xạ ở nhiệt độ 3000K với λ = 900 nm, muốn có bức xạ λ =
800 nm ta cần phải thay đổi độ rộng vùng cấm của nó bằng cách pha thêm nhôm vào để có chất
bán dẫn GaAlAs. Để có bức xạ bước sóng từ λ = 1200 nm đến 1600 nm thì sử dụng hợp chất 4
thành phần InGaAsP.
Đối với các hệ thống thông tin cáp sợi quang yêu cầu độ rộng băng tần lớn hơn 200MHz,
điôt LASER có thể đạt được yêu cầu này hơn LED. Các điôt LASER tiêu chuẩn có thời gian
đáp ứng thấp hơn 1ns, có độ rộng phổ bức xạ quang khoảng 2nm hoặc nhỏ hơn, và nói chung,
các điôt LASER có khả năng liên kết lõi và các khẩu độ số nhỏ. Thực tế, tất cả các điôt
LASER đang sử dụng hiện nay là các linh kiện nhiều lớp tiếp xúc dị thể.
179
b. Cấu trúc của điôt LASER:
Cấu trúc của LASER tương tự như LED nhưng phức tạp hơn, phần lớn vì yêu cầu thêm
về việc giam giữ dòng điện trong một hốc cộng hưởng nhỏ.
Bức xạ kích thích trong LASER bán dẫn được sinh ra bên trong một hốc cộng hưởng
Fabry- Perot. Hình 8- 15 mô tả một cấu trúc cơ bản của hầu hết các loại điôt LASER. Tuy
nhiên hốc cộng hưởng rất nhỏ, kích thước chiều dài khoảng từ 250 đến 500μm, chiều rộng
khoảng từ 5 đến 15μm và bề dày khoảng từ 0,1 đến 0,2μm. Các kích thước này được gọi chung
là kích thước chiều dọc, cạnh bên và chiều ngang của hốc cộng hưởng.

Trong hốc cộng hưởng Fabry Perot của điôt LASER, có một bộ phận các gương phản
chiếu được định hướng. Các mặt gương được tạo ra bằng 2 mặt chẻ tách tự nhiên của tinh thể
bán dẫn (mặt 110). Mục đích của các gương này là để cung cấp sự hồi tiếp quang theo hướng
chiều dài, và sẽ biến cấu kiện thành một máy phát với hệ số tăng ích để bù lại sự tổn thất quang
trong hốc cộng hưởng. Hốc cộng hưởng của LASER có thể có nhiều tần số cộng hưởng. Cấu
kiện sẽ phát ra ánh sáng tại các tần số cộng hưởng mà tại đó hệ số tăng ích của nó đủ để vượt
qua được sự mất mát. Các cạnh bên của hốc cộng hưởng được hình thành bởi các cạnh thô, xù
xì của cấu kiện để hạn chế các bức xạ không mong muốn trong các hướng này.
Chiều dọc: 250 ÷ 500
Hình 8- 15 : a/ Cấu trúc của một điôt LASER với hốc cộng hưởng Fabry- Perot:
Các đầu cuối tách bóc tinh thể như là gương phản chiếu.
Đầu cuối không sử dụng có thể bọc bằng tấm phản xạ cách điện
để giảm mất mát quang trong hốc cộng hưởng
b/ Đồ thị phân bố trường xa của bức xạ
Chú ý : Chùm tia sáng từ LASER tạo thành một hình elip đứng ngay cả khi vùng phát quang tại
diện tích mặt tích cực là một elip ngang.
Điôt LASER hồi tiếp - phân bố (DFB):
Đây là một loại điôt LASER không cần các mặt tách bóc tinh thể để tạo gương phản xạ
quang. Ở DFB gần như tạo được độ chọn lọc mốt ánh sáng rất tốt dựa trên sự lan truyền sóng
trong một cấu trúc tuần hoàn. Một điôt LASER loại DFB tiêu biểu được mô tả trong hình 8-
16. Cấu tạo của LASER loại này cũng giống như loại Fabry Perot nhưng sự hoạt động bức xạ
được thực hiện nhờ bộ gương phản chiếu Bragg, đó là các cách tử tuần hoàn, hoặc nhờ sự thay
đổi theo chu kỳ của chiết suất mà nó được hợp thành trong cấu trúc nhiều lớp dọc theo chiều
dài của điôt laser.
180
Lớp phản xạ
cách điện
Các đầu cuối hốc cộng hưởng được
tách (110) trên bề mặt tinh thể
Kim loại
Chiều ngang: 0,1 ÷ 0,3 μm
Cạnh bên: 5 ÷ 15 μm
Ánh sáng ra
được ghép vào
sợi quang
Chất nền
Các lớp giữ
hạt dẫn và
quang
Lớp tích
cực
a/
30 ÷ 500
(θ ⊥)
5 ÷ 100
(θ //)
b/ 30 ÷ 500

Nói chung, tín hiệu quang hoàn toàn lấy ra từ mặt trước của LASER, có nghĩa là, một
mặt của nó được đặt thẳng hàng với sợi quang. Trong trường hợp này, một gương phản chiếu
bằng chất cách điện có thể được lắng đọng trên mặt sau của LASER để giảm sự mất mát quang
trong hốc cộng hưởng, để giảm mật độ dòng điện ngưỡng, và để tăng hiệu suất lượng tử ngoài.
Với gương phản chiếu 6 lớp, độ phản xạ có thể đạt tới trên 98% .
Gương phản chiếu Các cách tử phản hồi
bằng chất uốn cong dạng sóng
cách điện
Các lớp
giam giữ
Hình 8- 16 : Cấu trúc của một điôt LASER phản hồi- phân bố (DFB)
c. Hoạt động của điôt LASER: Cấp nguồn cho LD hoạt động phân cực thuận
Khi dòng điện cung cấp I ≥ Ingưỡng sẽ xảy ra bức xạ laser. Sự bức xạ quang bên trong hốc
cộng hưởng của điôt LASER tạo ra một phổ của các đường điện trường và từ trường gọi là các
mốt (modes) của hốc cộng hưởng. Các mốt này có thể phân chia thành 2 bộ mốt độc lập. Mỗi
bộ mốt được mô tả trong các thuật ngữ là các biến đổi nửa hình sin ngang, bên và dọc của
trường điện từ dọc theo hệ trục chính của hốc cộng hưởng. Trong đó, mốt dọc có quan hệ với
chiều dài L của hốc cộng hưởng và xác định cấu trúc nguyên lý của phổ tần số của bức xạ ánh
sáng phát ra. Vì chiều dài L của hốc cộng hưởng lớn hơn nhiều lần độ dài bước sóng (λ ≈ 1μm)
nên có rất nhiều mốt dọc có thể tồn tại trong hốc cộng hưởng.
Mốt bên cạnh nằm trong bề mặt của tiếp xúc P-N. Các mốt này phụ thuộc vào sự chế tạo
các mặt bên và độ rộng của hốc cộng hưởng; nó xác định hình dạng của mặt cắt cạnh bên của
chùm tia laser. Các mốt này rất quan trọng vì chúng xác định một cách phong phú các đặc tính
của LASER như phổ bức xạ và mật độ dòng điện ngưỡng.
Để xác định các điều kiện laser và tần số cộng hưởng, ta biểu diễn sự lan truyền sóng
điện từ theo hướng dọc (dọc theo trục chuẩn cho các gương):
E(z,t) = I(z) exp [j(ωt - βz)] (8. 5)
Trong đó: I(z)- là mật độ trường quang theo hướng dọc (z)
z - khoảng cách theo hướng dọc của hốc cộng hưởng
ω - là tấn số góc của ánh sáng
β - là hệ số lan truyền
Bức xạ laser là điều kiện mà tại đó sự khuếch đại ánh sáng có thể thắng được sự hấp thụ
ở trong điôt LASER. Yêu cầu đòi hỏi để cho phát laser là phải đạt được sự đảo mật độ chiếm
giữ trong chất bán dẫn. Điều kiện này có thể được giải thích bằng mối quan hệ giữa mật độ
trường sáng I, hệ số hấp thụ αλ, và hệ số khuếch đại g trong hốc cộng hưởng Fabry Perot. Tốc
181
Lớp tích cực
Chất nền Ánh sáng đầu ra

độ bức xạ kích thích trong một mốt đã cho tỉ lệ thuận với mật độ bức xạ trong mốt đó. Mật độ
bức xạ ứng với các photon có năng lượng hν thay đổi theo qui luật hàm mũ với khoảng cách z,
dọc theo hốc cộng hưởng tính theo công thức sau:
I(z) = I(0) exp{[I’g(hν) -α’(hν)]z} (8. 6)
Trong đó: α' - là hệ số hấp thụ hữu ích của vật liệu trong đường quang.
I' - là hệ số giam giữ ánh sáng.
I(0) - mật độ trường quang ban đầu
g - hệ số khuếch đại quang
Sự khuếch đại quang của các mốt đã chọn đạt được bằng cơ chế phản hồi của hốc cộng
hưởng quang. Trong sự lặp đi lặp lại nhiều lần giữa 2 tấm gương phản chiếu đặt song song,
một phần nhỏ của bức xạ liên kết với các mốt có hệ số khuếch đại quang cao nhất được duy trì
và khuếch đại trong mỗi một lượt đi qua hốc cộng hưởng.
Bức xạ Laser xuất hiện khi độ khuếch đại của một hoặc một số mốt đủ để trội hơn sự mất
mát ánh sáng trong suốt một lượt đi vòng quanh qua hốc cộng hưởng, nghĩa là z = 2L. Trong
suốt lượt đi vòng quanh này chỉ có một phần nhỏ R1 và R2 của bức xạ quang được phản xạ từ
hai đầu 1 và 2, tương ứng, của LASER; ở đó, R1 và R2 là độ phản xạ của gương. Do vậy công
thức (8. 6) được viết thành:
I(2L) = I(0)R1R2exp{2L[I’g(hν) -α’(hν)]} (8. 7)
Tại ngưỡng phát laser, một dao động trạng thái bền chiếm giữ và độ lớn cũng như pha
của sóng phản hồi có thể bằng các sóng gốc tạo ra nó. Điều này cho ta các điều kiện phát laser:
I(2L) = I(0) Đối với biên độ (8. 8)
và e- j β 2 L = 1 Đối với pha (8. 9)
Công thức (8. 9) cho thông tin về tần số cộng hưởng của hốc Fabry Perot.
Từ công thức (8. 8) chúng ta có thể tìm thấy các mốt có độ khuếch đại đủ lớn để dẫn đến
sự phát quang và chúng ta có thể tìm được biên độ của các mốt này. Do vậy, từ công thức (8.
8), điều kiện để đạt được độ khuếch đại quang ngưỡng-lasing gth: là một điểm mà tại đó độ
khuếch đại g lớn hơn hoặc bằng tổng mất mát αt ở trong hốc cộng hưởng
I' gth ≥ αt
αt = ⎟ ⎟⎠
⎞
α ' + 1 (8. 10)
ln 1
2L
182
⎛
⎜ ⎜⎝
1 2 R R
Nếu một mốt thỏa mãn công thức (8. 10) đạt tới ngưỡng đầu tiên, thì theo lý thuyết, tại
điểm đạt của điều kiện ngưỡng này, tất cả năng lượng tổng được đưa vào trong LASER sẽ tăng
độ lớn của riêng một mốt này. Trên thực tế, tín hiệu ra luôn tồn tại nhiều hơn một mốt. Các yếu
tố quan trọng cho các điều kiện hoạt động đơn mốt dọc là các vùng tích cực mỏng và có độ ổn
định nhiệt cao.
Quan hệ giữa công suất quang phát ra với dòng điện điều khiển điôt được thể hiện ở hình
8- 17. gọi là đặc tuyến bức xạ.

Khi dòng điện có trị số thấp (I INgưỡng) trong điôt chỉ có bức xạ tự phát. Cả khoảng phổ
và độ rộng chùm tia bên cạnh bức xạ này giống như của LED. Sự tăng đột ngột và rất nhanh
của công suất ra xuất hiện tại ngưỡng lasing. Điểm chuyển đổi đột ngột này dẫn đến việc
khoảng phổ và độ rộng chùm tia hẹp lại theo độ tăng của dòng điện điều khiển. Độ rộng phổ
xấp xỉ 1nm và độ rộng chùm tia cạnh bên hẹp hoàn toàn đến chuẩn 50 ÷ 100 ngay khi vượt qua
điểm ngưỡng. Dòng điện ngưỡng Ith thường được xác định bằng phép ngoại suy của vùng
lasing ở đường cong đồ thị sự phụ thuộc của cộng suất phát quang vào dòng điện điều khiển,
như ở hình (8- 17).
= 0,8065 dP
183
d. Các đặc tính và tham số của LASER:
Đặc tuyến bức xạ:
Đặc tuyến bức xạ biểu thị quan hệ giữa công suất ánh sáng phát ra và dòng điện điều
khiển chạy qua điôt LASER (xem hình 8- 17).
Qua hình vẽ ta thấy:
Khi dòng điện I INgưỡng : Ánh sáng phát ra là bức xạ tự phát của LED.
Khi dòng điện I ≥ INgưỡng : Sự đảo điện xuất hiện và ánh sáng phát ra là bức xạ
kích thích cho ta ánh sáng kết hợp.
Hiệu suất lượng tử vi phân ngoài: ηext
Hiệu suất lượng tử vi phân ngoài xác định số lượng photon bức xạ ra trên đôi điện tử - lỗ
trống tái hợp trên mức ngưỡng.
⎤
⎡
m.mW
dP
q
G
ηext = ⎥⎦
⎢⎣
mA
dI
dI
E
λ μ (8. 11)
Trong đó: EG - độ rộng vùng cấm đo bằng eV.
q - điện tích của điện tử.
dP - lượng thay đổi công suất bức xạ ra đo bằng [mW].
khi gia lượng dòng điện cung cấp là dI đo bằng mA.
λ - độ dài bước sóng bức xạ ra đo bằng μm.
Pra
Phát xạ
laser
(Phát xạ
dP kích thích)
dI
Phát xạ tự phát
0 INgưỡng I
Hình 8- 17: Đặc tuyến bức xạ P-I

Với các LASER bán dẫn thông dụng thì ηext = (15 ÷20)%; còn đối với các linh kiện chất
= (8. 14)
λ λ
− -
2
2Ln = 2Ln
C C
C (8. 17)
184
lượng cao có η = 30 ÷ 40)%.
Tần số cộng hưởng:
Theo công thức (8. 9) ta có thể xét các tần số cộng hưởng của LASER. Điều kiện để thực
hiện được công thức (8. 9) là khi có:
2βL = 2π.m (8. 12)
trong đó: m- là một số nguyên
β- hằng số lan truyền với:
β = 2π.n/ λ (8. 13)
n - chiết suất của chất bán dẫn.
Từ đây ta có:
L = . m. C
2n 2n
m
λ
ν
Trong đó C là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không. Điều này có nghĩa là
chiều dài hộp cộng hưởng bằng một số nguyên lần nửa bước sóng ánh sáng trong chất bán dẫn.
Như vậy trong hốc cộng hưởng tồn tại các thành phần sóng đứng khi một số nguyên m nửa
sóng trải rộng trong vùng giữa các gương.
Vì trong các LASER, hệ số khuếch đại là một hàm của tần số, do đó sẽ có một khoảng
tần số được duy trì theo công thức (8. 14). Mỗi một tần số này đáp ứng một mốt dao động của
LASER. Do vậy sẽ có một số LASER đơn mốt và một số LASER đa mốt. Mối quan hệ giữa
hệ số khuếch đại và tần số sẽ có dạng Gauss:
g(λ) = g(o) exp
( )
⎤
⎥⎦
⎡
⎢⎣
σ
2
0
2
(8. 15)
Trong đó: λ0 - là độ dài bước sóng tại trung tâm của phổ
σ - là độ rộng phổ khuếch đại
và hệ số khuếch đại cực đại g(o) tỉ lệ thuận với sự đảo điện.
Xét tần số, hoặc độ dài bước sóng, khoảng cách giữa các mốt của một LASER đa mốt.
Để tìm khoảng cách tần số Δν, nghiên cứu 2 mốt liên tiếp nhau của tần số νm -1 và νm biểu diễn
bằng các số nguyên (m-1) và m. Từ công thức (8. 14), ta có:
2Ln
C
m -1 = ν
m -1
2Ln
C
và m = ν
m
Trừ hai công thức này cho nhau ta có:
1 = ( ) m m -1
ν −ν Δν (8. 16)
Từ đây ta có khoảng cách tần số:
Δν =
2Ln

Ta biết bước sóng và tần số có quan hệ với nhau như sau (vì νλ = C ):
185
Δν/ν = Δ λ/ λ
ta có:
Δ λ =
λ2
2Ln
(8. 18)
Như vậy công thức (8. 15) và (8. 18) cho ta quang phổ bức xạ của một LASER đa mốt và
đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ khuếch đại vào tần số và khoảng cách tần số phụ thuộc
vào cấu trúc của LASER, (xem hình 8- 18).
8.2.4. Mặt chỉ thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display).
a. Khái niệm:
Mặt chỉ thị tinh thể lỏng- LCD- không phải là linh kiện bán dẫn quang điện tử. LCD
được chế tạo dưới dạng thanh và chấm- ma trận. LCD là cấu kiện thụ động, nó không phát
sáng nên càng dễ đọc nếu xung quanh càng sáng. LCD có tuổi thọ khá cao từ 10000 giờ đến
100000 giờ và ngày nay nó thay thế dần các mặt chỉ thị loại LED, Plasma hay huỳnh quang.
LCD: dùng làm mặt chỉ thị cho đồng hồ, máy tính con, các thiết bị đo số, đồ chơi trẻ em,
màn hình ti vi.
Vật liệu:
Tinh thể lỏng sử dụng trong LCD là những hợp chất hữu cơ. Các phân tử của tinh thể
lỏng này được phân bố sao cho các trục dọc của chúng nằm song song với nhau.
Hiệu ứng quang học dùng cho LCD chỉ hạn chế trong khoảng không đẳng hướng, do
vậy dải nhiệt độ làm việc của LCD bị hạn chế và xác định bởi hai điểm nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ trong suốt.
b. Cấu tạo của thanh LCD:
Δλ λ0
Sườn xung ánh sáng dạng Gauss
822 824 826 828 λ (nm)
g
Hình 8 - 18 : Phổ tiêu biểu của một điôt LASER GaAlAs/ GaAs

Cấu tạo của LCD gồm có 2 tấm kính đặt cách nhau khoảng 10μm. Mặt phía trong của 2
tấm kính tráng một lớp oxit kẽm (ZnO) trong suốt làm hai điện cực. Xung quanh bên cạnh hai
tấm kính được hàn kín, sau đó đổ tinh thể lỏng vào khoảng giữa 2 tấm kính và gắn kín lại. Hai
tấm nhựa có tính phân cực ánh sáng được dán bên ngoài hai tấm kính sao cho hình ảnh phản
chiếu của mặt chỉ thị được nhìn từ một phía nhờ gương phản chiếu.
Tấm nhựa phân cực thứ 2 Gương phản chiếu
Điện cực Keo
trong suốt
Mắt người quan sát
Hình 8- 19 : Cấu tạo của một thanh LCD
186
Kính
Ánh sáng chiếu vào
c. Nguyên lý làm việc:
Chế độ phản chiếu:
Kính
Tinh thể lỏng
Tấm nhựa phân cực thứ 1
+ Khi chưa có điện áp đặt vào, các thanh LCD không làm việc thì ánh sáng sẽ đi qua tấm
nhựa phân cực thứ nhất, qua chất tinh thể lỏng, qua tấm nhựa phân cực thứ 2 đến gương phản
chiếu và phản chiếu trở về phía người quan sát và thanh LCD không nhìn thấy - Mặt chỉ thị
trong suốt.
+ Khi có điện áp cung cấp cho thanh LCD, trục dài của các phân tử chất tinh thể lỏng
được định hướng theo hướng của điện trường. Như vậy, ánh sáng đi qua tấm nhựa phân cực
thứ nhất sẽ bị thay đổi do chất tinh thể đã hoạt hóa, do đó, ánh sáng không thể đi qua tấm phân
cực thứ 2 để phản chiếu lại bằng gương phản chiếu. Như thế thanh tinh thể lỏng chịu tác động
của điện trường sẽ bị tối đi.
Với 2 màng lọc phân cực 900 ta có nền của mặt chỉ thị trong suốt và những chữ, số, dấu
hiệu tối đen. Đây là mặt chỉ thị hoạt động ở chế độ phản chiếu.
Nhược điểm của chế độ phản chiếu là mặt chỉ thị phải dựa vào một nguồn sáng từ bên
ngoài. Nếu không có ánh sáng ngoài hay trong một phòng tối thì mặt chỉ thị sẽ không nhìn
thấy.
Chế độ thông sáng:
Nếu 2 màng lọc phân cực song song thì ta có mặt chỉ thị có nền tối và các chữ, số và dấu
hiệu sẽ trong suốt. Loại này thích hợp với việc chiếu sáng từ phía sau mặt chỉ thị và ta gọi là
chế độ thông sáng.

Ở chế độ này, ánh sáng đi qua các phần không hoạt hóa nhưng được gò vào khuôn bằng
các thanh hoạt hóa. Vì vậy chữ số đã chọn sẽ nhìn thấy. Để ánh sáng chiếu đều, cần có một tấm
kính tán xạ đặt giữa LCD và nguồn sáng.
Hầu hết các đồng hồ số hiển thị đều kết hợp cả hai chế độ phản chiếu và thông sáng. Loại
LCD này cần có điện áp xoay chiều từ 3V đến 8V, thời gian hiện số là 100 msec và thời gian
tắt từ 200 msec đến 300 msec.
187
d. Mạch điện điều khiển LCD:
Phân đoạn tinh thể lỏng và mạch điện tương đương của nó được mô tả trong hình 8-
21a,b. Trong hình 8- 21 có:
- a: là điện cực của một phân đoạn;
- b: là điện cực chung.
- RK : là điện trở của các vật liệu giữa nguồn điện và phân đoạn tinh
thể lỏng (khoảng vài KΩ).
- RS : là điện trở của tinh thể lỏng (khoảng vài MΩ)
- CS : là điện dung giữa hai cực điện của một phân đoạn tinh thể lỏng.
(khoảng từ 100pF ÷ 200pF , 300pF cho LCD loại lớn).
Mặt sau không
Mặt sau phản xạ
phản xạ
Ánh sáng
đến Ánh
sáng
Ánh sáng mặt
phản chiếu sau
Ánh sáng đến
a/ Chế độ phản chiếu b/ Chế độ thông sáng
Hình 8 - 20 : Chế độ làm việc của LCD

a/ c/
b Ub
U1 U1 0
a Ua
U2 U2 0
Mặt sau (Back- plane) 0
b/ b Hiệu điện thế a/b
d/
RK Ub
Điện dung CS không gây ảnh hưởng ở tần số làm việc từ 30 Hz đến 150 Hz, hoặc 200 Hz.
Với các tần số 30 Hz các chữ số bị chập chờn; và với tần số 100 Hz và với điện áp khá cao
các phân đoạn không có điện áp cũng bị chập chờn. Để hạn chế hiện tượng này, các phân đoạn
không sử dụng phải nối với điện cực mặt sau (Back -plane).
Trong hình (8- 21c) cho ta thấy, khi điện áp trên hai điện cực a và b của phân đoạn LCD
cùng pha thì hiệu thế của phân đoạn là 0V nên nó không có kích hoạt.
Trong hình (8-21d): Khi hai điện cực a và b có điện áp ngược nhau thì hiệu thế giữa điện
cực a và điện cực b là một điện áp xoay chiều với biên độ bằng 2Ub và phân đoạn LCD được
kích thích hoạt động.
Như đã biết, để LCD làm việc ta cần một điện áp xoay chiều không có lẫn điện áp một
chiều. Với điện áp một chiều lớn, màng điện cực trong suốt từ chất Indium/ oxit kẽm bị khử
thành Indium/kẽm. Màng điện cực sẽ tối đi và LCD bị mù.
188
U1 0
Ua
CS U2 0
RS
+U
0
a -U
Hiệu thế a/b
Hình 8- 21: a- Phân đoạn LCD với các chân điện cực.
b- Mạch điện tương đương của một phân đoạn LCD.
c- Hai điện cực a và b có điện áp cùng pha.
d- Hai điện cực a và b có điện áp ngược nhau.

=1
LCD thông thường yêu cầu điện áp một chiều lẫn vào 100mV; còn LCD màu yêu cầu
điện áp một chiều lẫn vào 50mV. Do vậy, ta nên dùng mạch điều khiển với IC họ CMOS sẽ
cho ta một điện áp ít méo nhất. Vì LCD có công suất thấp nên dùng các cổng CMOS điều
khiển là tốt nhất. Hình 8- 22 mô tả hoạt động của mặt chỉ thị LCD 7 đoạn với bộ giải mã BCD
thành 7 đoạn.
Theo như hình (8- 22), một phân đoạn trên mặt chỉ thị LCD sẽ trở nên đen nếu nó ngược
pha với B.P.; nó sẽ trở nên trong suốt nếu điện áp trên nó cùng pha với điện áp trên B.P.
189
e. Các tham số chính của LCD:
Bảng 8.2 chỉ ra một số tham số của LCD.
LCD 7 đoạn sáng
a
f b
g
e c
d
B.P a b c d e f g
Vào xoay chiều 30Hz
1 A Bộ =1
giải
1 B mã
BCD
1 C thành
7
0 D đoạn
a
b
c
d
e =1
=1
=1
=1
=1
Hình 8- 22 : Hoạt động của LCD với bộ giải mã 7 đoạn sáng
và cổng X-OR (CMOS).

Bảng 8.2 : Tham số của LCD
Tham số Đơn vị min Loại tiêu
190
chuẩn
max
Khoảng nhiệt độ làm việc 0C - 10 +60
Khoảng nhiệt độ dự trữ 0C - 25 +70
Điện áp làm việc VT.B. 3 4,5 6
Thành phần dc mV 100
Tần số điều khiển Hz 30 200
Dòng tiêu thụ năng lượng nA/mm2 15 30
Thời gian lên ms 40
Thời gian tắt ms 80
Thời gian lên + thời gian tắt ms 250
8.3.CÁC CẤU KIỆN CHUYỂN ĐỔI QUANG – ĐIỆN (cấu kiện thu quang).
Tại đầu ra của đường truyền dẫn quang cần phải có cấu kiện thu quang để chuyển đổi các
tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Cấu kiện thu quang còn được gọi là các bộ tách quang. Vì
tín hiệu quang rất yếu và bị biến dạng khi nó xuất hiện ở đầu sợi quang nên bộ tách quang cần
phải có độ nhạy cao, tạp âm của hệ thống thấp nhất, có tốc độ đáp ứng nhanh hoặc độ rộng
băng đủ để thỏa mãn tốc độ dữ liệu. Đồng thời, bộ tách quang không được nhạy với sự thay đổi
của nhiệt độ, có độ bền cao và giá thành phải chăng so với các bộ phận khác của hệ thống.
Một số các cấu kiện thu quang thường sử dụng như điện trở quang, điôt quang, tranzito
quang, thyrixto quang...
8.3.1. Điện trở quang.
Điện trở quang là một cấu kiện bán dẫn thụ động, không có lớp tiếp xúc P-N.
Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang thường là Cadmium Sulfid (CdS), Cadmium
Selenid (CdSe), Sulfid kẽm (ZnS) hoặc các tinh thể hỗn hợp khác. Tất cả các vật liệu này được
gọi là vật liệu bán dẫn nhạy quang.
a. Cấu tạo:
Điện trở quang gồm một lớp vật liệu bán dẫn nhạy quang rải lên một tấm vật liệu cách
điện và 2 chân dẫn điện. Để chống ẩm người ta bọc bên ngoài quang trở một lớp sơn chống ẩm
trong suốt với vùng ánh sáng hoạt động của nó. Tất cả được bọc trong một vỏ bằng chất dẻo có
cửa sổ cho ánh sáng đi qua.
Hình 8- 23a,b mô tả cấu tạo và ký hiệu của điện trở quang.

Bán dẫn
nhạy quang
Chất cách điện
Chân cực Vật liệu
kim loại nhạy quang b/ Ký hiệu
Hình 8- 23: a- Cấu tạo của điện trở quang
b- Ký hiệu của điện trở quang trong sơ đồ mạch
191
Chân cực kim loại
a/
Cực điện
Mạch điện đấu điện trở quang trình bày ở hình 8- 24.
Khi chiếu ánh sáng vào vật liệu bán dẫn nhạy quang với năng lượng photon lớn hơn hoặc
bằng độ rộng vùng cấm của vật liệu, do quá trình hấp thụ quang năng, từng cặp điện tử- lỗ
trống mới xuất hiện. Do vậy, nồng độ hạt dẫn trong chất bán dẫn tăng lên, làm độ dẫn điện của
nó tăng, hay nói cách khác là điện trở của chất bán dẫn giảm xuống.
Độ dẫn điện được tạo ra khi được chiếu ánh sáng là:
0 F σ = σ + σ
trong đó: 0 σ - là độ dẫn điện khi chưa chiếu sáng.
F σ - độ dẫn điện được tạo ra do ánh sáng.
q( ) p F n p σ = μ + μ Δ (8. 19)
ở đây: Δn = Δp - nồng độ điện tử bằng nồng độ lỗ trống mới sinh ra.
Dòng điện quang được tính theo công thức:
I q. p.( ).E.w.d ph n p = Δ μ + μ (8. 20)
trong đó w.d là tiết diện của lớp bán dẫn nhạy quang, E là cường độ điện trường.
Qua công thức trên ta thấy độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn có thể thay đổi được khi ta
thay đổi nồng độ hạt dẫn và độ linh động hiệu dụng của điện tử và lỗ trống. Như vậy, khi ta
thay đổi cường độ chiếu sáng lên điện trở quang thì cường độ dòng điện trong mạch cũng thay
đổi theo.

hν
Rd
+ C
ECC
Rt US
Hình 8- 24: Sơ đồ đấu điện trở quang trong các mạch.
Hệ số khuếch đại của điện trở quang (K) xác định như là tỉ số của các hạt dẫn thu được
trên chân cực và các hạt dẫn được sinh ra trên đơn vị thời gian:
R Δ
R
192
( )
p n p CC
2
l
U
K
τ μ + μ
= (8. 21)
trong đó: p τ - thời gian sống của hạt dẫn, CC U là điện áp cung cấp.
l –chiều dài cửa sổ của điện trở quang
Trong hình (8- 24), để điện trở quang hoạt động cần cấp cho nó một nguồn điện áp UCC.
Quang trở Rd mắc nối tiếp với một tải Rt và tụ điện C dùng để dẫn tín hiệu điện đưa ra lối ra.
Khi bị chiếu sáng, điện trở Rd của điện trở quang thay đổi với trị số là ΔR. Dòng điện
trong mạch tăng lên một lượng ΔI và sụt áp trên tải Rt cũng tăng lên một lượng là uS , ta có:
uS = UCC t
( R + R − Δ R )( R +
R
) t d t d
(8. 22)
và tín hiệu này được đưa vào một bộ khuếch đại qua tụ điện C.
S (%)
100 CdS
80 CdSe
60
40
20
0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 λ (μm)
Hình 8- 25 : Đặc tuyến phổ của điện trở quang

Các điện trở quang có khả năng khuếch đại dòng điện lên đến 105 lần hoặc hơn nữa. Tuy
nhiên, các giá trị này chỉ phù hợp khi cường độ ánh sáng không thay đổi theo thời gian hoặc
thay đổi chậm. Khi tần số biến điệu, cường độ ánh sáng tăng thì hệ số khuếch đại của điện trở
quang giảm. Khả năng đáp ứng tần số của điện trở quang thấp, thường đạt từ vài chục Hz đến
vài KHz.
Đặc tuyến phổ của một số loại điện trở quang mô tả trong hình 8- 25. Đây là đồ thị biểu
diễn sự biến đổi của độ nhạy tương đối của điện trở quang theo quang phổ.
P ( ) (8. 23)
193
c. Các tham số chính của điện trở quang:
+ Điện dẫn suất σp : là hàm số của mật độ năng lượng quang ρλ khi độ dài bước sóng
không đổi.
σp(ρλ) khi λ = const
+ Độ nhạy tương đối của điện trở quang S (λ): là tỉ số giữa điện dẫn suất thay đổi theo
bước sóng σp(λ) và điện dẫn suất cực đại σp.max khi mật độ năng lượng quang ρλ không đổi:
S(λ) =
σ λ
σ
Pmax
ρλ + Vận tốc làm việc: là thời gian hồi đáp của một điện trở quang khi có sự thay đổi từ
sáng sang tối hay từ tối sang sáng. Với cường độ ánh sáng mạnh, điện trở quang làm việc
nhanh hơn. Điện trở quang làm việc chậm hơn khi trời lạnh và cất giữ trong bóng tối.
+ Hệ số nhiệt của điện trở quang: Hệ số nhiệt của điện trở quang tỉ lệ nghịch với cường
độ chiếu sáng. Do đó, để giảm bớt sự thay đổi trị số của điện trở quang theo nhiệt độ, điện trở
quang cần được cho hoạt động ở mức chiếu sáng tối đa.
+ Điện trở tối Rd : Điện trở tối là điện trở trong bóng tối của điện trở quang. Điện trở tối
là tham số quan trọng, nó cho ta biết dòng điện rò lớn nhất đối với một điện thế trên điện trở
quang.
+ Điện thế hoạt động: Tuỳ theo cấu trúc mặt nạ của điện trở quang mà có các điện thế
làm việc khác nhau. Điện thế này có thể lên tới 0,5 Kv/mm. Điện thế hoạt động cao nhất đo
được khi điện trở quang hoạt động trong bóng tối. Khi sử dụng điện trở quang cần chọn giá trị
điện áp cung cấp sao cho tối ưu đối với mạch điện mà không làm hỏng điện trở quang.
+ Công suất tiêu tán cao nhất: Khi điện trở quang hoạt động cần phải giữ cho nhiệt độ
của nó thấp hơn một nhiệt độ cho phép. Nhiệt độ cho phép của điện trở quang thường giới hạn
từ - 400C đến +750C.
8.3.2. Điôt quang.
a. Khái niệm chung:
Khi chiếu sáng một tiếp xúc P-N thì trên nó sẽ xuất hiện một điện áp. Tuỳ theo chức
năng và cấu trúc có thể chia điôt quang thành nhiều loại như sau:
• Điôt quang loại tiếp xúc P-N.
• Điôt quang loại PIN.
• Điốt quang thác (APD).
Một số đặc điểm của điôt quang là rất tuyến tính, ít nhiễu, dải tần số làm việc rộng, nhẹ,
có độ bền cơ học cao và tuổi thọ cao.

Điôt quang không nhạy bằng điện trở quang loại CdS nhưng nó làm việc nhanh gấp
nhiều lần.
Ký hiệu của điôt quang trong sơ đồ mạch: như hình 8- 26.
A K
Hình 8- 26 : Ký hiệu của điôt quang.
C (8. 24)
α (cm-1)
a-SiHg (1,55 eV)
0,4 0,8 1,2 1,6
Hình 8- 27: Hệ số hấp thụ của một số chất bán dẫn quan trọng
194
Vật liệu cơ bản:
Hiện nay, để truyền dẫn tín hiệu quang theo 3 cửa sổ suy hao nhỏ nhất của sợi quang,
người ta chú ý đến các điôt quang làm việc ở hai vùng bước sóng:
- Vùng bước sóng từ 0,85 đến 0,9 μm.
- Vùng bước sóng từ 1,3 đến 1,6 μm.
Trong vùng bước sóng thứ nhất từ 0,85 đến 0,9 μm, thì vật liệu chế tạo điôt quang được
chọn là Silic vì Silic có độ nhạy cao với bước sóng quanh 0,85 μm. Độ rộng vùng cấm của silic
là EG = 1,1eV và bằng năng lượng quang cần hấp thụ, ta có:
EG = hν = h
λ
và sẽ có bước sóng cắt là: λP = 1,1μm.
Trong vùng bước sóng thứ hai từ 1,3 đến 1,6 μm cần sử dụng chất bán dẫn có độ rộng
vùng cấm hẹp hơn với EG 0,95 eV người ta thường chọn vật liệu bán dẫn được chế tạo từ các
liên kết III-V như GaAs, InP, InAs và GaSb... Ngoài ra, người ta cũng chú ý đến liên kết II-VI
như PbSnSe và CdHgTe. Nhờ thay đổi hàm lượng phù hợp trong cấu trúc HgxCd1-xTe có thể
chế tạo được các điôt quang làm việc ở bước sóng 1,3 μm đến 1,55 μm. Thực tế đã có loại điôt
quang thác APD thử nghiệm chế tạo từ vật liệu Hg0,4Cd0,6Te.
106
105
104
103
102
10
InGaAs (0,8 eV)
Ge (0,67 eV)
InGaAsP (0,92 eV)
Si (1,12 eV)
InP (1,35 eV)
λ (μm)
GaP (2,26 eV)
GaAs (1,43 eV)
Trong hình, năng lượng vùng cấm được chỉ ra dọc theo độ dài bước sóng.

Chú ý rằng, hệ số hấp thụ giảm nhanh tại vùng năng lượng cấm, đồng thời sự hấp thụ là
không đáng kể đối với năng lượng photon EG. Như vậy, Silic hấp thụ photon với λ ≤1,1 μm
và GaAs hấp thụ photon với λ ≤ 0,9 μm .
b. Điôt quang loại tiếp xúc P-N:
Bán dẫn P Bán dẫn N
Ánh EVn
sáng
Hình 8- 28 : Cấu tạo của điôt quang loại tiếp xúc P-N (a)
và phân bố dải năng lượng của tiếp xúc P-N (b).
D C
ECC ID Rt UR
Hình 8- 29: Sơ đồ nguyên lý đấu nối điôt quang
195
Lớp chống phản quang Anôt
SiO2
P+
Tiếp xúc N
P-N
N+ K
• Cấu tạo:
W
ECP
ECn
EVP
b/
A
a/ Catôt
Điôt quang gồm có một tiếp xúc P-N. Bề dày của lớp tiếp xúc là w. Hai phần bán dẫn P+
và N+ có nồng độ tạp chất cao. Điốt có một cửa sổ để chiếu ánh sáng vào. Hai chân anôt A và
catôt K là kim loại được nối tới các phần bán dẫn. (Xem hình 8- 28)
• Nguyên lý làm việc:
Sơ đồ nguyên lý đấu điôt quang trong mạch điện mô tả trong hình 8-29:
Như trong sơ đồ hình 8- 29, điôt quang được cấp nguồn ECC sao cho tiếp xúc P-N phân
cực ngược để tạo ra một điện trường dịch chuyển các hạt dẫn thiểu số sẽ được sinh ra dưới tác
dụng của ánh sáng. Do đó, khi chưa có tác dụng ánh sáng thì trong điôt thu quang chỉ có dòng
điện ngược (dòng điện tối hay dòng rò) rất nhỏ.
Khi cho ánh sáng chiếu vào, (xem hình 8- 28b), do quá trình hấp thụ, trong bán dẫn xuất
hiện từng cặp điện tử - lỗ trống. Các điện tử và lỗ trống này dưới tác động của điện trường ở
tiếp xúc P-N phân cực ngược sẽ chuyển động trôi qua tiếp xúc P-N và tạo nên dòng điện gọi là
dòng quang điện.

Nếu quang thông của ánh sáng đi tới là Fph. Và quang thông của ánh sáng bị phản xạ là
RFph. Thì dòng điện quang do hạt dẫn điện tử – lỗ trống sinh ra trong lớp nghèo có thể tính
theo công thức:
λ = ∫ α = − (8. 25)
1 ph I q F . .e−αλ dx q.F 1 e−αλ
α
I q.F −αλ
I I I q.F 1 e
⎞
I q. P (8. 27)
η = = − (8. 28)
F P0
ph và 0 P là công suất quang sau khi đã bị phản xạ bề mặt linh kiện.
196
( w )
ph
w
0
x
Vì quá trình tái hợp bên trong lớp nghèo hạt dẫn phân cực ngược là không đáng kể, tất cả
các điện tử và lỗ trống vừa sinh ra được thu nhận và hiệu suất sẽ gần đạt 100%.
Dòng điện do các hạt dẫn sinh ra trong lớp N+ có thể là:
w
p
p
L .
2 ph e
1 .L
λ
λ
+ α
= (8. 26)
Trong vùng N+, một số hạt dẫn bị tái hợp nên hiệu suất 100%.
Dòng điện quang tổng là:
⎞
⎟ ⎟
⎠
⎛
⎜ ⎜
⎝
−αλ
+ α
= + = −
λ
p
w
ph 1 2 ph 1 .L
⎟ ⎟
⎠
⎛
⎜ ⎜
⎝
−αλ
1 e
+ α
−
ν
=
λ
p
w
0
ph 1 .L
h
Trong đó: q- điện tích của điện tử.
hν- năng lượng của photon.
P0 - công suất quang đi tới điôt quang.
αλ - hệ số hấp thụ ánh sáng tại bước sóng λ.
w- bề dày của tiếp xúc P-N.
Lp – Độ dài khuếch tán của lỗ trống.
Hiệu suất lượng tử là:
p
w
I q
ph
ph
1 e
−αλ
+ α
1 .L
F
λ
trong đó
ν
=
h
Độ nhạy của điôt quang:
.
ph ηλ
1,24
q.
η
h.
I
P
S
0
=
ν
= = [A/W] (8. 29)
trong đó λ [μm].
Linh kiện cần có độ nhạy cao vì nó sẽ cho dòng điện quang cao hơn đối với cùng công
suất quang chiếu vào.
Tần số và cường độ của dòng quang điện hoàn toàn do tần số và cường độ của ánh sáng
kích thích quyết định.
Điôt quang loại tiếp xúc P-N có vùng điện tích không gian hẹp, ánh sáng được hấp thụ
phần lớn ở trong vùng bán dẫn loại P và N. Như vậy hiệu suất lượng tử thấp và tốc độ đáp ứng
thấp. Để tăng hiệu suất lượng tử hóa và độ nhạy người ta chế tạo điôt quang có vùng điện tích
không gian rộng hơn. Đó là điôt quang loại PIN và điôt quang thác APD.
c. Điôt quang loại PIN:
Cấu tạo:

Điôt quang loại PIN gồm một lớp bán dẫn N+ có nồng độ tạp chất cao làm nền, trên đó
phủ một lớp bán dẫn nguyên tính I (Intrinsic), rồi đến lớp bán dẫn loại P+ có nồng độ tạp chất
cao. Do đó điôt có tên gọi là điôt P-I-N. Bên trên bề mặt của lớp bán dẫn P+ là điện cực vòng
Anôt để ánh sáng có thể thâm nhập vào miền bán dẫn I. Trên lớp bán dẫn P có phủ một lớp
mỏng chống phản xạ quang để tránh tổn thất ánh sáng chiếu vào.
Nguyên lý hoạt động:
Điện áp cung cấp cho điôt phân cực ngược dọc theo linh kiện, vì vậy lớp I bị nghèo hoàn
⎞
⎛
P e
−αλ
I q. 1 ⎟ ⎟
− ph 1 R
P+ I N+
wp w wn
Fph
R.Fph RL
hν. UCC
vùng trôi lỗ trống
khuếch tán
197
toàn trong suốt thời gian hoạt động của nó.
Khi ánh sáng đi vào lớp bán dẫn P+, trường hợp lý tưởng mỗi photon sẽ sinh ra trong
miền P+, I hoặc N+ một cặp điện tử- lỗ trống. Các điện tử và lỗ trống vừa sinh ra sẽ được điện
trường mạnh hút về hai phía điện cực, tạo ra một dòng điện ở mạch ngoài và trên tải Rt thu
được một điện áp U Ra.
Trên thực tế, một phần ánh sáng vào bị tổn thất do phản xạ. Lớp chống phản xạ tạo cho
linh kiện có thể đạt hiệu suất tới 80%. Nếu ta tính đến độ phản xạ Rf tại bề mặt của điôt quang
thì dòng điện quang sơ cấp Iph tính theo công thức (8.27) được viết lại như sau:
( ) f
p
w
0
1 .L
h
⎠
⎜ ⎜
⎝
+ α
−
ν
=
λ
(8. 30)
Iph
EC
EV
hν.
điện tử
khuếch tán
( ) x
ph F 1− R e−α
a/
x c/
Đối với silic, hệ số phản xạ ánh sáng hầu như là 30%.
b/
-VR
Hình 8- 30: Hoạt động của điôt quang PIN
a/ Mô hình cấu tạo của điôt PIN
b/ Giản đồ năng lượng khi phân cực ngược
c/ Đặc tính phát sinh hạt dẫn

Khả năng thâm nhập ánh sáng vào các lớp bán dẫn thay đổi theo bước sóng. Vì thế lớp
bán dẫn P+ không được quá dày. Xác suất tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống trong miền I tăng lên
theo độ dày của miền này, do đó miền I càng dày càng đạt hiệu suất lượng tử hóa cao. Nhưng
nếu độ rộng của lớp I tăng lên thì thời gian trôi qua nó chậm hơn và làm chậm tốc độ chuyển
mạch.
Trong điôt PIN không có khuếch đại và hiệu suất cực đại là đơn vị, độ rộng băng tần có
thể giới hạn bởi hằng số thời gian điện dung - điện trở ngoài. Trên thực tế, độ rộng băng có thể
đạt 10 GHz. Điôt quang loại PIN có dòng điện tối rất nhỏ nên tiếng ồn thấp hơn so với điện trở
quang. Vì nguyên nhân này, điôt PIN là bộ tách quang thông dụng trong các hệ thống thông tin
quang.
198
d. Điôt quang thác (APD):
Để tăng độ nhạy của điôt quang, người ta có thể sử dụng hiệu ứng giống như hiệu ứng
nhân điện tử trong các bộ nhân quang điện. Cấu tạo của điôt quang sẽ có dạng đặc biệt đó là
điôt quang với hiệu ứng quang thác APD - Avalanche Photodiodes.
Điôt quang thác giống như điôt PIN trừ điện áp phân cực lớn hơn nhiều để tạo ra sự nhân thác
lũ về hạt dẫn và như vậy APD có khuếch đại dòng điện bởi sự ion hoá do va chạm và nhân hạt
dẫn.
Cấu tạo:
Hình (8- 31a,b) mô tả cấu tạo và sự phân bố điện trường trong điôt quang thác APD.
Như hình vẽ, lớp bán dẫn nguyên tính I trong điôt P-I-N được thay bằng một lớp bán dẫn P có
nồng độ tạp chất thấp. Như vậy, miền bán dẫn P tạo thành miền trôi và là nơi sinh ra các cặp
điện tử- lỗ trống.
Lớp chống phản xạ
P+
I(π)
P
N+
Điện trường do điện áp phân cực ngược bên ngoài đặt vào thay đổi theo các lớp bán dẫn
dọc theo điôt được mô tả như hình (8- 31b): Trong vùng trôi điện trường tăng chậm, nhưng
trong vùng tiếp xúc P-N+ thì tăng nhanh và tạo ra miền thác tại vùng này.
Nguyên lý hoạt động:
Điện cực (A) Cường độ điện trường E
UCC P+
Điện trường
P tối thiểu
URa Rt N+ để ion hóa
N do va chạm
Vùng thác
SiO2 Điện cực (K) x
a/ b/
Hình 8- 31 : Cấu tạo của APD và phân bố điện trường trong điôt APD.

Nguyên lý hoạt động của APD cơ bản giống như điôt P-I-N.
Sơ đồ nguyên lý được mô tả trong hình (8- 31a). Theo sơ đồ này, điôt quang thác được
phân cực ngược nhờ nguồn UCC , và tín hiệu điện được lấy ra trên tải Rt.
Khi chiếu ánh sáng vào, sẽ xuất hiện thêm các cặp điện- lỗ trống mới trong miền trôi
(bán dẫn P). Dưới tác động của điện trường, các điện tử trong miền P sẽ dịch chuyển đến vùng
thác của tiếp xúc P-N+ và rơi vào vùng có điện trường mạnh nên được tăng tốc. Các điện tử có
tốc độ lớn này sẽ va chạm vào các nguyên tử khác để tạo ra các cặp điện tử- lỗ trống mới. Hiện
tượng này được gọi là hiện tượng ion hóa do va chạm. Do đó, dòng điện qua điôt APD tăng
nhanh như được khuếch đại lên với hệ số khuếch đại M. Hệ số khuếch đại (hay còn gọi là hệ số
nhân) phụ thuộc vào điện áp phân cực cho điôt và nó có thể đạt tới 200 lần. Xem hình 8 -32
Hệ số nhân M cũng có thể tính theo công thức:
I 1
n
= (8. 31)
1 (8. 32)
199
Mph =
M
I
ph
1 −
(V /Vdt )
Trong đó: IM - là giá trị trung bình của dòng điện nhân tổng tại đầu ra.
Iph - là dòng quang điện sơ cấp chưa được nhân, xác định theo công thức (8. 30).
Vdt - điện áp đánh thủng tại giá trị M xác định.
n – luỹ thừa, là hằng số vật liệu có giá trị từ 2,5 đến 7.
V = V0
– IMRM với V0 là điện áp phân cực ngược cho điốt; RM là điện trở nối
tiếp của điốt quang và điện trở tải của mạch tách quang và IM là dòng điện nhân ở đầu ra của
APD.
Qua hình 8- 32 ta thấy điôt APD cần có điện áp phân cực lớn hơn nhiều so với điôt loại
P-I-N. Nếu thời gian cho quá trình ion hóa trong miền thác càng dài thì hệ số khuếch đại M
càng lớn, song tốc độ trôi qua miền thác sẽ chậm đi. Các xung cũng sẽ bị dãn rộng ra và hạn
chế độ rộng băng tần B. Để đánh giá khả năng làm việc của APD, người ta định nghĩa tích số
độ khuếch đại và độ rộng băng do quá trình thác là:
Mph.B =
2πτ
Trong đó: τ là thời gian giữa 2 quá trình va chạm của điện tử với các nguyên tử.

1000
500 Điôt quang APD Silic
200
100
50 λ=1060nm
20 800nm
568nm
10
5
2 476nm
1 0 100 200 300 400
UCC(V)
Hình 8- 32 : Sự phụ thuộc của hệ số khuếch đại dòng điện M của điôt quang APD silic
vào điện áp phân cực UCC ở các bước sóng khác nhau tại nhiệt độ trong phòng.
Sự tăng hệ số khuếch đại có thể đạt được khi tích hệ số khuếch đại - độ rộng băng tần đạt
100 GHz hoặc hơn. Thông thường, các APD cho phép đạt độ rộng băng trên 1GHz với giá trị
Mph lớn. Để ổn định giá trị Mph, ta cần cấp một điện áp nguồn lớn và ổn định về nhiệt do đó chi
phí để đảm bảo chế độ làm việc cho APD lớn hơn nhiều so với điôt loại P-I-N.
Trong điôt APD silic, ion hoá do va chạm bởi điện tử khoảng 50 lần lớn hơn lỗ trống và
Số cặp điện tử – lỗ trống sinh ra
Số photon đi đến
ph [A/w] (8. 34 )
200
do đó nó cho tỉ lệ tín hiệu / tiếng ồn tốt nhất.
Các đặc tính và tham số của điôt quang:
- Hiệu suất lượng tử hóa η là tỉ số giữa số lượng các đôi điện tử- lỗ trống sinh ra trên số
photon có năng lượng hν đi đến và nó được tính theo công thức sau:
I / q
ph (8. 33)
ν
η = =
P / h
0
Trong đó : Iph là dòng quang điện trung bình sinh ra do công suất quang trung bình P0 đi tới
điôt quang.
Trên điôt thực tế hiệu suất lượng tử hóa η = (30 ÷ 95)%.
- Độ nhạy của điốt quang S: (hay hệ số chuyển đổi)
Độ nhạy chỉ rõ giá trị dòng quang điện sinh ra trên đơn vị công suất ánh sáng đi đến điôt.
Nó liên hệ với hiệu suất lượng tử hóa theo công thức:
S =
= q
η
h
ν
I
P
0
Trong các điôt quang loại P-I-N, độ nhạy là hàm của bước sóng được mô tả ở hình 8- 33.

Trong hầu hết các photođiôt, độ nhạy là một hàm tuyến tính với công suất quang. Có
nghĩa là, dòng quang điện IPh tỉ lệ thuận trực tiếp với công suất quang P0 chiếu vào cấu kiện
tách quang, cũng như vậy, độ nhạy S là hằng số tại một bước sóng đã cho. Tuy nhiên, hiệu suất
lượng tử hóa không phải là hằng số tại tất cả các bước sóng vì nó thay đổi theo năng lượng
photon. Dẫn đến độ nhạy là hàm của bước sóng và vật liệu bán dẫn, xem hình 8- 33.
S(A/w) η%
1
= Công suât tín hiêu dòng quang điêiên
201
- Tạp âm của bộ tách quang:
Trong các hệ thống thông tin sợi quang, nhìn chung photođiôt được yêu cầu để tách các
tín hiệu quang rất yếu. Việc tách các tín hiệu quang yếu nhất có thể yêu cầu bộ tách quang và
mạch khuếch đại tiếp theo của nó phải tối ưu sao cho tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) được duy
trì. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) tại đầu ra của một bộ thu quang được xác định như sau:
Công suât tap âm cua điôt quang + Công suât tap âm mach khuêch đai
S
N
- Thời gian hồi đáp:
90%
0,8 70% InGaAs
0,6 Si 50%
Ge
0,4 30%
0,2
10%
0 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 λ (μm)
Hình 8- 33 : So sánh giữa hiệu suất lượng tử và độ nhạy như một hàm của bước sóng
cho điôt quang loại P-I-N đối với các vật liệu khác nhau.
Đáp ứng điện áp
%
90%
10%
Thời gian
τr τf
Hình 8- 34 : Thời gian lên τr và thời gian xuống τf
của đáp ứng điện áp lối ra của điôt quang.

Thời gian hồi đáp của điốt quang được biểu thị bằng thời gian lên và thời gian xuống của
tín hiệu tách quang trên lối ra khi điôt quang được chiếu sáng bằng bức xạ quang đầu vào. Thời
gian lên được đo từ 10% đến 90% sườn lên của xung ra và thời gian xuống cũng được đo như
vậy, xem hình 8- 34:
202
8.3.3. Tế bào quang điện và pin mặt trời.
a. Cấu tạo:
Tế bào quang điện thường được chế tạo từ các vật liệu: Ge, Si, CdS, ZnS,... Cấu tạo của
tế bào quang điện gồm phần nhạy quang là tấm bán dẫn loại N với các cửa sổ trong suốt cho
tín hiệu quang chiếu vào. Phía đối diện với lớp bán dẫn N là lớp bán dẫn loại P. Tất cả được
bọc trong vỏ bảo vệ với 2 điện cực dẫn ra ngoài.
Khi chiếu sáng lên lớp bán dẫn N, do quá trình lượng tử hóa sẽ sinh ra từng đôi điện tử -
lỗ trống. Dưới tác dụng của điện trường trong lớp tiếp xúc Etx các lỗ trống sẽ di chuyển từ phần
bán dẫn N sang bán dẫn P, còn các điện tử thì chuyển động về bề mặt của lớp bán dẫn N và
làm xuất hiện ở hai đầu cực hiệu điện thế có hướng điện trường từ bán dẫn P sang bán dẫn N
(EF) và ngược chiều với chiều của điện trường tiếp xúc. Do đó, điện trường tiếp xúc giảm, các
hạt dẫn đa số sẽ khuếch tán qua tiếp xúc P-N. Hiện tượng này tiếp tục đến một trị số EF nào đó
mà tại đó trạng thái cân bằng động trong tiếp xúc P-N được xác lập, hiệu điện thế UF ở hai đầu
cực điện ổn định. Như vậy, tế bào quang điện đã chuyển năng lượng ánh sáng sang năng lượng
điện. Đây là điện thế hở mạch của tế bào quang điện UL. Nếu nối kín mạch ngoài bằng tải Rt sẽ
có dòng điện chạy qua là IR (trường hợp ngắn mạch ngoài ta sẽ có dòng điện ngắn mạch IPhot.).
Hệ số có ích của tế bào quang silic khá cao nên được sử dụng làm pin mặt trời. Tế bào quang
silic có thể hoạt động ở cả chế độ có nguồn và chế độ chế biến tín hiệu.
c. Đặc tuyến vôn-ampe và tham số:
Dòng điện qua tế bào quang khi chưa chiếu sáng chính là dòng điện của điôt bán dẫn
theo phương trình của Shockley:
I = I0[exp(U/VT) - 1]
PF
Cực điện (K)
Si(N)
Tiếp xúc P-N
Si-N EF
Rt IR UL Etx Si(P+)
Si-P Cực điện (A)
Hình 8- 35 : Cấu tạo và cơ chế hoạt động của tế bào quang điện từ Si.

Khi tế bào quang được chiếu sáng, thì đặc tuyến dịch chuyển theo chiều âm của trục I.
Khoảng dịch này bằng dòng quang điện ngắn mạch IPhot. Lúc này dòng điện qua tế bào quang
sẽ có biểu thức:
I = I0[exp(UL/VT) -1] - IPhot (8. 35)
Trong đó: - IPhot. là dòng quang điện ngắn mạch.
-1/RL
I0 UL
PPhot Vùng của
Vùng tế bào quang
điôt quang
IPhot
Hình 8- 36: Đặc tuyến vôn -ampe của tế bào quang điện
203
- UL
là điện thế quang điện hở mạch
- PPhot. là công suất quang điện hiệu dụng
Hai tham số quan trọng của tế bào quang hay pin mặt trời là hiệu suất biến đổi và công
suất hiệu dụng. Khác với pin mặt trời, các tế bào quang điện được cấu tạo với những cấu trúc
bé cho công suất nhỏ và không tối ưu cho phổ mặt trời.
I
U
Hiệu suất biến đổi quang- điện là tỉ số giữa công suất hiệu dụng lớn nhất với hệ số mặt
trời S và tính theo công thức:
η = (IU)Max/S (8. 36)
Hệ số mặt trời S tuỳ thuộc vào sự suy giảm của ánh sáng mặt trời qua tầng khí quyển và
được đo bằng đơn vị AM.
Dòng điện do ánh sáng tạo ra trên tải cùng hướng với dòng điện ngược bão hoà của tiếp
xúc P-N. Do vậy, dòng điện tổng của tiếp xúc P-N khi chiếu sáng được tính:
⎞
⎟ ⎟
⎠
⎛
⎜ ⎜
= + − VT
⎝
U
Phot I I I 1 e 0 (8. 37)
Với IPhot được tính theo công thức:
I qG (L L )A Phot L n p = . + . (8. 38)
trong đó: GL - tốc độ phát sinh hạt dẫn.
A - diện tích mặt tiếp xúc
Đặc tính Vôn – Ampe theo công thức (8. 37) ở hình 8- 37
Hệ số mặt trời AM1 được xác định là mặt trời chiếu tại đỉnh điểm và cấu kiện tại mặt
biển dưới điều kiện AM1 là cao hơn 100 mW/cm2 một chút. Phổ mặt trời ngoài không khí
được hiểu là AMO, ở đó năng lượng mặt trời là 135 mW/cm2. Đặt I=0 trong công thức (8. 37)
để tính điện áp hở mạch là:

L T (8. 39)
100 200 300 400 500
Hình 8- 37: Đặc tuyến Vôn – Ampe của tế bào pin mặt trời dưới độ
chiếu sáng AM1 (air - mass), nghĩa là năng lượng mặt trời tại mặt biển
dưới bầu trời trong sáng với ánh nắng mặt trời đỉnh điểm
204
⎞
⎟ ⎟⎠
⎛
U V I L
⎜ ⎜⎝
= +
0
ln 1
I
Công suất lớn nhất có thể nhận được từ một pin mặt trời tuỳ thuộc vào khoảng đặc tuyến
nằm giữa dòng điện ngắn mạch và điện thế hở mạch.
d. Vật liệu:
Vật liệu thường dùng để chế tạo pin mặt trời có Si, GaAs, CdS.... Silic có độ rộng vùng
cấm EG = 1,1eV cho ta điện thế hở mạch UL = 0,5V, và dòng ngắn mạch IPhot. = 50mA/cm2 và
hiệu suất biến đổi η trên thực tế khoảng từ 10% đến 11%. Vật liệu GaAs có độ rộng vùng cấm
EG = 1,43eV cho ta điện thế hở mạch UL = 0,7V, dòng điện ngắn mạch IPhot. khá nhỏ khoảng
10mA/cm2 và hiệu suất biến đổi thực tế khoảng η = 21%.
Mỗi một tế bào pin mặt trời cho điện thế khoảng 0,4V đến 0,5V. Khi sử dụng, các tế bào
pin mặt trời thường được đấu thành modul pin mặt trời để cho điện áp cao hơn.
I (mV)
120
Imp
90
60
30
IPhot3=Fullsun
dòng điện ngắn mạch
IPhot2=0,5Sun
IPhot1=0,13
S
8.3.4. Tranzito quang lưỡng cực.
a. Cấu tạo:
điện áp hở mạch
Ump
U (mV)
Cấu tạo và ký hiệu của tranzito quang mô tả trong hình 8- 38. Giống như tranzito thường,
tranzito quang có 2 loại PNP và NPN. Ba chân cực: cực phát E, cực gốc B, và cực góp C. Cực
gốc là bề mặt được ánh sáng chiếu vào, nó được chế tạo rất mỏng để có điện trở nhỏ.

a/ PF
E B
Mặt SiO2 SiO2
E chiếu
sáng N+ P
Tiếp xúc
P-N
C Cực góp
C
Hình 8- 38: C
Cấu tạo của tranzito quang (a) và B
ký hiệu của nó (b)
b/ E
Hình 8- 38 : Cấu tạo và ký hiệu của tranzito quang
205
b. Nguyên lý hoạt động:
Sơ đồ nguyên lý đấu tranzito quang mô tả ở hình 8- 39.
Trong hình, nguồn cung cấp ECC tạo cho tiếp xúc phát phân cực thuận và tiếp xúc góp
phân cực ngược. Tải Rt để sụt bớt một phần điện áp phân cực cho tranzito, và lấy tín hiệu điện
ra.
- Khi không có tín hiệu quang (hν = 0 hay IB = IPhot. = 0) trong mạch chỉ có dòng điện tối
IC tối. Đây là dòng điện do các lỗ trống khuếch tán từ phần phát sang tới cực góp và nó có trị số
nhỏ.
- Khi có tín hiệu quang đến (hν ≠ 0 hay IB = IPhot ≠ 0), ở phần gốc sẽ xuất hiện các cặp
điện tử- lỗ trống. Các lỗ trống sẽ di chuyển về cực góp tạo nên thành phần dòng quang điện
IPphot., còn các điện tử chuyển động về phía tiếp xúc phát, kích thích cho sự khuếch tán của các
hạt dẫn tại đây dễ dàng hơn..
C IC (mA)
8
P hν3
-e Rt 6
hν +e N hν2
4
+e P ECC hν1≠0
2
hν0=0
0 5 10 15 -UC (V)
Hình 8- 39: Sơ đồ nguyên lý đấu tranzito quang và đặc tuyến Vôn -Ampe của nó

Với sơ đồ mắc cực phát chung như hình vẽ, ta có thể tính gần đúng dòng điện cực góp
khi tranzito quang được chiếu sáng ICs:
- Do cực gốc để hở và có ánh sáng chiếu đến nên dòng điện cực gốc chính là dòng tín hiệu
ra
a/ b/
Hình 8- 40: a- Sơ đồ mắc tranzito quang 3 chân cực để tối ưu các thông số
b- Sơ đồ tương đương của tranzito quang: điôt quang là tiếp xúc gốc- góp.
206
quang IPhot..
- Hệ số khuếch đại dòng quang chính bằng hệ số khuếch đại của tranzito trong sơ đồ mắc
cực phát chung (M = β).
Vậy, tổng dòng điện trong tranzito quang khi được chiếu sáng:
ICs = βIPhot. + IPphot + IC tối (8. 40)
Thành phần dòng điện tối IC tối sẽ hạn chế khả năng khuếch đại tín hiệu quang của
tranzito. Để khắc phục hạn chế này người ta dùng tranzito quang 3 chân cực để giảm dòng điện
tối và tăng trở kháng ra của mạch. Sơ đồ đấu tranzito 3 chân cực như trong hình 8- 40. Với
cách mắc này các tham số của mạch phụ thuộc vào dòng điện cực gốc rõ rệt. Tại giá trị dòng
cực gốc tối ưu nào đó sẽ cho các thông số tối ưu: dòng điện tối có thể giảm xuống 10 lần, trở
kháng ra tăng lên khoảng 10 lần, và các hệ số khuếch đại dòng điện và điện áp tăng lên đáng kể
so với mạch để hở cực gốc. Trong các mạch, tranzito quang cũng có thể mắc theo 3 cách mắc.
Đó là các sơ đồ: cực gốc chung, cực phát chung và cực góp chung như tranzito thường chỉ có
khác tín hiệu điều khiển là tín hiệu quang.
C
Rt
B
Rb
UB UC
E
Về mặt cấu trúc có thể coi tranzito quang như một mạch tích hợp đơn giản gồm một điôt
quang làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện và một tranzito có nhiệm vụ
khuếch đại (xem hình 8- 40b).
Để có hệ số khuếch đại dòng quang lớn, người ta dùng sơ đồ Dacling- tơn đối với các
tranzito quang, xem hình 8- 41. Tranzito quang Dacling-tơn được chế tạo như chỉ ra trong
hình.

Từ sơ đồ tương đương ta thấy độ nhạy phổ của tranzito quang cũng giống như đối với
các điôt quang tương ứng, tuy nhiên vì tranzito quang có khả năng khuếch đại nên độ nhạy của
nó cao hơn điôt quang khoảng vài trăm lần. Tần số làm việc của tranzito quang thấp hơn điôt
quang. Tranzito quang làm việc với tần số đến vài trăm KHz (khoảng 300KHz, còn sơ đồ
Dacling- tơn chỉ khoảng 30KHz) trong khi điôt quang làm việc đến vài chục MHz.
207
8.3.5. Thyrixto quang.
a. Cấu tạo:
Cũng như các thyrixto thường, trong họ thyrixto quang cũng có các dạng thyrixto 4 lớp,
5 lớp bán dẫn với 3 hoặc 4 chân cực. Các thyrixto quang đều có vỏ bọc với cửa sổ trong suốt
cho các tín hiệu quang đi đến. Hình 8- 42 mô tả cấu tạo và ký hiệu của thyrixto quang.
Anôt (A) là một lớp bán dẫn loại P có nồng độ tạp chất cao và Catôt (K) là lớp bán dẫn
loại N có nồng độ tạp chất cao. Còn hai vùng bán dẫn N và P ở giữa có nồng độ tạp chất thấp
nên bề rộng (d) của tiếp xúc P-N giữa chúng (T2) lớn hơn nhiều so với hai tiếp xúc P-N ở anôt
(T1) và ở catôt (T3).
Nguyên lý làm việc của SCR quang giống như của các SCR thường, chỉ khác tín hiệu
điều khiển là tín hiệu quang:
C C
B B
E E
a/ Sơ đồ tranzito quang Dacling tơn b/ Sơ đồ tương đương
Hình 8- 41: Sơ đồ tranzito quang Dacling-tơn
P0 P0
K
P1
+ N1 P2 N2
+ N2
+ A
P2
A K N1
G
P1
+ K
d A
a/ b/
Hình 8- 42: Cấu tạo (a) và ký hiệu (b) của SCR quang.

Khi chưa chiếu sáng SCR, ta đặt điện áp dương vào anôt (UAK 0) thì SCR không dẫn
điện chỉ có vùng điện tích không gian T2 lan rộng. Khi chiếu ánh sáng vào SCR, do quá trình
quang lượng tử sẽ xuất hiện các đôi điện tử- lỗ trống mới làm mật độ hạt dẫn trong vùng này
tăng lên dẫn đến dòng điện giữa anôt và catôt tăng. Khi hệ số chuyển tải dòng điện gia tăng đến
1 (nghĩa là αP + αn = 1) thì SCR dẫn điện.
Khi cường độ tín hiệu quang tăng, giá trị điện áp dẫn UD (hay điện áp đỉnh khuỷu) giảm
và giá trị dòng điện qua SCR được tính theo công thức sau:
0 UD1 UDo UAK
a/ b/
Hình 8- 43 : Đặc tuyến Vôn -Ampe (a)
và sơ đồ nguyên lý (b) của SCR quang.
208
IA.S. =
I +
I
tèi Phot
− α +α
1 ( )
P n
(8. 41)
Trong đó: - Itối là dòng điện ngược của tiếp xúc T2.
- αP và αn là hệ số chuyển tải dòng điện qua nền bán dẫn P
và nền bán dẫn N.
- IPhot. là dòng quang điện
Độ nhạy của thyrixto phụ thuộc vào điện áp thuận đặt lên anôt, vào nhiệt độ và cấu trúc
của nó. Để tăng độ nhạy, thyrixto quang thường có kích thước mỏng, nhỏ nên nó chỉ làm việc
với điện áp thấp và dòng điện bé.
IA
Rt
P2 P1
P1 ≠0
P0=0
ECC
Vậy ở thyrixto quang, tín hiệu quang chỉ làm nhiệm vụ kích cho thyrixto dẫn điện chứ
không điều khiển được giá trị dòng điện anôt. Cường độ tín hiệu quang chỉ có tác dụng làm thay
đổi thời gian đóng mở của thyrixto (xem hình 8- 43).
8.4. CÁC BỘ GHÉP QUANG (OPTO- COUPLERS).
8.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Bộ ghép quang còn gọi là bộ cách ly quang (Photo coupled isolators), còn thông thường
ta gọi là bộ ghép quang (Opto- Coupler). Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa các mạch điện
có sự khác biệt về điện thế khá lớn mà vẫn truyền dẫn được tín hiệu điện giữa chúng. Ngoài ra
nó còn được dùng để tránh các vòng đất gây nhiễu trong mạch điện.

209
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Cấu tạo của bộ ghép quang gồm có một điôt phát quang (LED) có nhiệm vụ phát ra ánh
sáng có đáp ứng nhanh với sự thay đổi của dòng điện đi qua nó, và một linh kiện thu quang (ví
dụ như điôt quang, tranzito quang, thyrixto quang...). Hai linh kiện này đặt cạnh nhau tạo thành
bộ ghép quang, trong đó dòng điện đầu vào của một mạch điện sẽ tạo ra một dòng điện thích
ứng ở đầu ra của một mạch điện khác.
Khi LED được phân cực thuận, với dòng điện thuận, LED sẽ phát ra ánh sáng. Ánh sáng
này được chiếu trực tiếp lên cấu kiện thu quang hoặc chiếu gián tiếp qua sợi quang dẫn và cấu
kiện thu quang sẽ biến tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Như vậy, đầu tiên tín hiệu điện được
LED biến thành tín hiệu quang, sau đó tín hiệu quang được cấu kiện thu quang biến đổi lại
thành tín hiệu điện.
b. Tính chất cách điện :
- Điện trở cách điện:
Điện trở cách điện là điện trở với dòng điện một chiều giữa đầu vào và đầu ra của bộ
ghép quang. Điện trở cách điện có trị số bé nhất khoảng 1011Ω.
- Điện dung cách điện:
Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có LED và photodiot hoặc phototranzito nên có thể tạo
ra một điện dung từ 0,3 đến 2pF giữa đầu vào và đầu ra. Do đó với điện trường thay đổi nhanh
(500V/μS) điện dung ký sinh này có thể truyền và tạo ra trên lối ra xung điện có các gai nhọn.
Để giảm ảnh hưởng này ta nên dùng bộ ghép quang không có chân nối ở cực gốc của tranzito
quang, và nối một tụ điện giữa lối vào và lối ra để giảm gai nhọn ở xung ra.
- Điện thế cách ly:
Điện thế cách ly là điện thế cao nhất mà bộ ghép quang có thể chịu đựng được. Điện thế
cách ly phụ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, không khí,...
- Hệ số truyền đạt dòng điện (CTR):
Hệ số truyền đạt là tham số quan trọng nhất của bộ ghép quang. Hệ số truyền đạt được
tính theo % cho biết dòng điện ra lớn hơn so với dòng điện vào của LED trong một bộ ghép
quang:
CTR =
I
ra
I
vμo
(8. 42)
+U
Ivào LED
-U
Điôt quang
I ra
Rt
Hình 8- 44 : Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của bộ ghép quang dùng điôt quang.

A B B
a/ b/
Hình 8- 45: a- Bộ ghép quang với tranzito quang lưỡng cực.
b- Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn.
A1 A1
A2 MT2
K1 G K1 G
K2 MT1
a/ b/
Hình 8- 46: a- Bộ ghép quang với Thyrixto quang.
b- Bộ ghép quang với triac quang.
210
5.5.2 Một số loại bộ ghép quang.
a. Bộ ghép quang với phototranzito:
Bộ ghép quang này gồm có một LED hồng ngoại và một tranzito quang như hình 8- 45a.
A
C
K
K
E
b. Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn:
C
E
Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn được dùng để tăng hệ số truyền đạt nhờ
sự khuếch đại của một tranzito (xem hình 8- 50b).
c. Bộ ghép quang với thyrixto quang:
Bộ ghép quang này gồm có một LED hồng ngoại và một thyrixto quang làm việc với ánh
sáng hồng ngoại, xem hình 8- 46a.
Bộ ghép quang với thyrixto quang được dùng để điều khiển một thyrixto công suất khác
làm việc.
d. Bộ ghép quang với Triac quang:
Bộ ghép quang với triac quang (xem hình 8-46b) được dùng để điều khiển một triac công
suất khác làm việc.
e. Bộ ghép quang có khe hở (Slotted Opto- Coupler):
Bộ ghép quang với khe hở thường được sử dụng để kiểm tra sự xuất hiện của các vật thể.
Hình 8- 47 mô tả một bộ ghép quang với khe hở. Trong mạch, LED phát ra ánh sáng liên tục
LED T it

và tranzito quang sẽ kiểm tra sự xuất hiện của bất kỳ vật thể nào cản trở sự chiếu sáng ở trong
khe.
8.5. CẤU KIỆN QUANG HÌNH HỌC DÙNG TRONG THÔNG TIN QUANG (Bộ lọc
Độ rộng phổ
của một nguồn đơn
ắ
211
quang)
8.5.1. Khái niệm về kỹ thuật thông tin quang.
Bộ lọc quang liên quan đến kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng -WDM. Vì mỗi
một nguồn sáng đơn sắc có độ rộng phổ hẹp, nên trong truyền dẫn nó chỉ sử dụng một phần rất
nhỏ băng truyền dẫn của một sợi quang. Ghép kênh phân chia theo bước sóng sẽ tạo ra rất
nhiều kênh phổ sử dụng đồng thời.
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2.0
10
8
6
4
2
0
Độ rộng phổ có sẵn chưa dùng
của các nguồn quang khác nhau
Suy hao sợi quang [dB/km]
λ (μm)
Hình 8- 48: Một nguồn quang đơn sử dụng một phần rất nhỏ băng truyền
dẫn của phổ có sẵn của sợi quang ghép kênh phân chia theo bước sóng
(WDM) tạo ra rất nhiều kênh phổ sử dụng đồng thời.

Từ hình 8- 48 ta thấy có rất nhiều vùng hoạt động phổ có thể thêm vào. Một cách lý
tưởng, sự tăng đột biến dung lượng thông tin của một sợi quang có thể đạt được bằng việc
truyền dẫn đồng thời các tín hiệu quang trên cùng một sợi quang từ nhiều nguồn ánh sáng khác
nhau có các bước sóng đỉnh bức xạ đặt cách nhau một cách chính xác. Bởi mỗi nguồn sáng
hoạt động tại một bước sóng đỉnh khác nhau, tính toàn vẹn của các tin tức độc lập từ mỗi
nguồn được duy trì để việc chuyển đổi tuần tự sang tín hiệu điện ở đầu thu. Đây là cơ sở của
ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM).
Hai cơ cấu WDM khác nhau mô tả trong hình 8- 49 và hình 8- 50. Trong hình 8-49, linh
kiện WDM đơn hướng được sử dụng để kết hợp các bước sóng mang tín hiệu khác nhau trên
một sợi quang đơn tại một đầu và để tách chúng vào bộ tách quang thích hợp tại đầu kia.
Sơ đồ hệ thống WDM hai hướng được mô tả trong hình 8- 50. Sơ đồ này gồm việc gửi
tin tức trong một hướng tại một bước sóng λ1 và đồng thời trong hướng ngược lại tại bước
sóng λ2.
Kênh 1 Nguồn λ1 Linh Tách quang λ1
Kênh 1
Kênh 2 Sợi quang đơn Kênh 2
kiện
WDM
Linh
kiện
WDM
Nguồn λ2
Tách quang
λ1
Trong các hệ thống thông tin quang trong hai hình trên, các bộ ghép kênh phân chia theo
bước sóng có hai loại được sử dụng rộng rãi nhất là các linh kiện tán sắc cạnh như các lăng
kính hoặc các cách tử, và các bộ lọc màng mỏng hoặc các linh kiện tích hợp quang đơn mốt.
8.5.2. Bộ lọc quang bằng các linh kiện tán sắc (hay bộ ghép kênh tán sắc cạnh).
Sơ đồ của một bộ ghép kênh tán sắc cạnh được mô tả trong hình 8- 51 đối với hệ thống 3
d là độ tán sắc cạnh của linh kiện.
212
bước sóng sử dụng, ở đó
θ
d
λ
λ1, λ2,... λN
Kênh N Kênh N
Nguồn λN
Tách quang λ2
Tách quang λN
Hình 8- 49 : Hệ thốngWDM đơn hướng kết hợp N tín hiệu độc lập
để truyền trên 1 sợi quang đơn.
Kênh vào Kênh ra
Sợi quang đơn
Kênh ra λ1 Kênh vào
λ2
Linh
kiện
WDM
Linh
kiện
WDM
Nguồn λ1
Nguồn λ2
Tách quang
λ2
Hình 8- 50: Hệ thống WDM hai hướng, trong đó, hai bước sóng hoặc nhiều hơn được
truyền đồng thời trong các hướng ngược nhau trên cùng một sợi quang.

Thấu kính L1 Thấu kính L2
d
θ
d
λ
1 2 3 λ λ λ
Khi linh kiện sử dụng như một bộ phân kênh, ánh sáng từ sợi quang đi ra được chuẩn
trực bằng thấu kính L1 (gọi là thấu kính chuẩn trực) và đi qua phần tử tán sắc cạnh và nó được
phân chia thành các kênh có bước sóng đi vào các chùm tia có định hướng không gian khác
nhau. Thấu kính L2 (thấu kính hội tụ) sẽ hội tụ các tia đầu ra vào các sợi quang thu thích hợp
hoặc các bộ tách quang thích hợp. Sự tán sắc tuyến tính
dx (8. 43)
b 2f NA (8. 45)
S b' b 2
1 m w.d NA
213
dx tại các sợi quang thu được xác
dλ
định:
f. d
θ
=
λ d
λ
d
ở đây f là chiều dài tiêu cự của thấu kính L2.
Trong trường hợp lý tưởng không có quang sai, độ rộng phổ nguồn zero, tổn hao chèn
nguyên tính và xen tiếng zero nếu các tín hiệu ra được phân chia lớn hơn đường kính của nó
(dk), nghĩa là:
dx Δλ ≥
λ
k . d
d
(8. 44)
với: Δλ - khoảng cách phổ giữa các kênh (khoảng cách bước sóng).
dk - đường kính của sợi quang
Ở đây giả thiết rằng tất cả các sợi quang (phát và thu) đều có cùng đường kính dk và khẩu
độ số NA.
Để thu nhận tất cả ánh sáng từ sợi quang phát, thấu kính chuẩn trực L1 cần có đường kính
b thoả mãn điều kiện:
n'
trong đó n’ là chiết suất của môi trường giữa thấu kính L1 và linh kiện tán sắc cạnh.
Kết hợp công thức (8. 43), (8. 44) và (8. 45), ta có:
⎞
⎟⎠
⎞
2 NA
d
⎛
λ
⎜⎝
θ
⎛
Δλ
⎟⎠
⎜⎝
≥
d
d
n'
b
k
(8. 46)
Trong các hệ thống thực tế, chùm tia ra bị trải rộng ra ngoài bởi kích thước hữu hạn của
nguồn sáng và kết quả tán sắc cạnh do sự trải rộng bước sóng của độ rộng phổ của nguồn. Độ
tăng tỉ lượng S của đường kính chùm tia được tính gần đúng bằng:
( ) ( )
b .n'
b
≈ + k
−
= (8. 47)
Sợi quang
Phần tử tán sắc cạnh
1 λ
2 λ
3 λ
Hình 8- 51:Sơ đồ biểu diễn một phần tử WDM tán sắc cạnh cho 3 bước sóng. Nhiều
bước sóng có thể kết hợp hoặc phân chia với loại linh kiện này.

trong đó: m – số lượng các kênh bước sóng
b’ - đường kính của thấu kính L2.
w - độ dài tuyến tổng từ đầu ra của thấu kính L1 đến đầu vào của thấu
kính L2
Để loại bỏ hiện tượng tràn đầy độ mở số của sợi quang thu, độ trải rộng tia sáng tổng cần
phải là một phần nhỏ đường kính của thấu kính chuẩn trực, nghĩa là S1.
Một số lớn các kênh có thể được kết hợp và phân chia với các phần tử ghép kênh tán sắc
cạnh. Hầu hết các linh kiện này sử dụng liên hợp thấu kính – cộng – cách tử (grating – plus -
lens). Đôi khi người ta dùng lăng kính làm phần tử tán sắc cạnh. Các tổn thất chèn tiêu biểu
khoảng từ 1 ÷ 3 dB, và mức tiếng xen vào khoảng từ –20 dB đến –30 dB.
214
8.5.3. Bộ lọc quang màng mỏng .
Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu về bộ lọc quang màng mỏng. Hoạt động của một
phần tử ghép kênh loại bộ lọc được mô tả trong hình 8- 52 cho hoạt động của hai bước sóng.
Các bộ lọc được thiết kế để truyền ánh sáng cho một bước sóng cụ thể và để hoặc hấp thụ, hoặc
phản xạ tất cả các bước sóng khác.
Các bộ lọc loại phản xạ thường được sử dụng vì tổn hao của các bộ lọc loại hấp thụ có xu
hướng tăng cao hơn (cao hơn 1dB).
Bộ lọc phản xạ gồm một tấm kính phẳng, bên trên nó nhiều lớp màng mỏng chất cách
điện khác nhau được lắng đọng tuỳ theo tính chọn lọc của bước sóng. Các bộ lọc này có thể sử
dụng nối tiếp thành chuỗi để phân chia thêm các kênh bước sóng. Sự phức tạp cũng tăng theo
số lượng các bộ lọc nối tiếp và sự tăng tổn hao tín hiệu cũng xảy ra với việc tăng thêm các bộ
ghép kênh nối tiếp. Nhìn chung chỉ nên hạn chế hoạt động đến 2 hoặc 3 bộ lọc (có nghĩa là
hoạt động 3 hoặc 4 kênh).
λ1, λ2 λ2
Sợi quang
Bộ lọc
Thấu kính
λ1
Hình 8- 52 : Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp phản xạ sử dụng cho WDM.
Linh kiện này trong suốt tại bước sóng λ2 và phản xạ tại bước sóng λ1.
Các dải thông
của kênh Khoảng điều chỉnh của bộ lọc
Khoảng cách Độ rộng băng của
giữa các kênh bộ lọc điều chỉnh ≈ B

Trong thiết kế các hệ thống WDM, cần phải chú ý làm giảm đến mức thấp nhất các yếu
tố gây ra sự giảm sút phẩm chất ngoài biên của đường truyền. Trên đây là các linh kiện WDM
thụ động, độ chọn lọc bước sóng của chúng được cố định. Người ta cũng phát minh ra các phần
tử WDM tích cực, các phần tử này được chuyển một cách tích cực hoặc được điều chỉnh theo
bước sóng. Giữa các phần tử WDM tích cực là nguồn đa bước sóng và các tổ hợp tách quang,
các laser có khả năng điều chỉnh bước sóng, và các bộ lọc có thể điều chỉnh bước sóng.
Khái niệm về việc bộ lọc có thể điều chỉnh được mô tả trong hình 8-54. Trong phương
pháp này, các tín hiệu tin tức khác nhau được gửi vào các kênh tần số riêng của độ rộng băng
B. Bằng việc sử dụng một bộ lọc với dải thông có độ rộng B mà nó có thể điều chỉnh trên
khoảng tần số của các kênh này, người ta có thể chọn được kênh theo yêu cầu.
Hình 8- 54 mô tả một ví dụ về một bộ lọc có thể điều chỉnh bước sóng (a wavelength-tunable-
filter). Ở đây, một phần tử đa cấp lưỡng chiết suất cấu tạo từ hai ống dẫn sóng bằng
thạch anh (a birefringent multiple- order element) được đặt giữa hai bộ tách tia phân cực
(polarizing beam splitters).
215

Tấm thạch anh di động Tấm thạch anh cố định
Mặt phản
xạ
Các tín hiệu Cảng ra A
vào λA và λB λA
Cảng ra B
Các bộ tách tia phân cực λB
Hình 8- 54 : Ví dụ về bộ lọc điều chỉnh bước sóng.
Một tấm thạch anh di động thay đổi độ dài tuyến đường
đi qua tinh thể để thay đổi phổ ra hình sin.
Công suất ra P của ánh sáng tại các cảng ra A và B liên hệ với công suất vào P0 bằng
P0 ⎞
(8. 48)
2π nL 1 cos
2
216
công thức:
⎛ Δ
±
P = ⎟⎠
⎜⎝
λ
Trong đó: - Δn : độ chênh lệch giữa chiết suất thông thường và chiết suất
khác thường của vật liệu lưỡng chiết.
- λ : độ dài bước sóng.
- dấu ± liên quan đến các cảng A (dấu +) và cảng B (dấu -).
Sự biến đổi hình sin của phổ ra có thể được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài đường
truyền L đi qua tinh thể. Điều này đạt được bằng cách di chuyển một trong các tấm thạch anh
lên trên hoặc xuống dưới. Sự thay đổi chiều dài theo cấp bậc chu kỳ quay phân cực sẽ xác định
vị trí của kênh, còn các thay đổi lớn hơn sẽ sửa đổi sự đặt cách của các kênh. Vì tuyến quang là
thuận nghịch, linh kiện này có thể được sử dụng như là bộ ghép kênh và hoặc như là bộ phân
kênh đều được.
8.6. CẤU KIỆN CCD (Tổ hợp các detector quang)
CCD là mạch tổ hợp các detector quang. CCD được viết tắt từ tiếng Anh Charge-
Coupled Devices (các cấu kiện liên kết tích điện). Kỹ thuật CCD được sử dụng trong các ống
thu hình màu, các sensor quang học đọc các văn bản trên máy FAX…
Tổ hợp các detector dùng trong thu hình màu được thực hiện trên vật liệu silic. Tùy
theo ứng dụng mà các detector được tổ hợp trên cùng một hàng hay trên cùng một mặt phẳng.
Tổ hợp trên cùng một hàng với khoảng cách giữa các sensor từ 10 đến 15μm thì cần từ vài
trăm đến vài nghìn detector (mạch tổ hợp LSI). Đối với mạch tổ hợp trên cùng một mặt phẳng,
các detector được sắp xếp theo một ma trận. Để có một hình ảnh rõ cho máy video, độ rộng
băng tần 3MHz, người ta cần từ 200.000 đến 250.000 dectector. Đó là mạch tổ hợp loại VLSI
và kỹ thuật Si-MOS được chọn. Theo công nghệ này, mỗi detector có thể là một N + − P điốt
plana hoặc một tụ điện loại MOS.

Một CCD thực chất là một bộ dịch chuyển tín hiệu. Tính chất của nó được xác định bởi
cách thức tín hiệu từ các detector được dịch chuyển ra ngoài như thế nào để ta có tín hiệu video
ở đầu ra. Bộ dịch chuyển có thể hoạt động theo phương pháp analog hoặc digital. Ta sẽ xét về
hoạt động của một CCD cấu tạo từ các tụ điện MOS nằm kề bên nhau (xem hình 8-55).
Các tụ điện có thể thu, tích trữ và tùy theo điện áp thích ứng có thể dịch chuyển các điện tích từ
tụ điện này sang tụ điện khác. Khi thu hình, trong thời gian tích phân, các điện tích được sinh
ra do việc hấp thụ ánh sáng và khi đọc, các điện tích này được đẩy ra theo xung đồng bộ để ta
có một tín hiệu video ở đầu ra (xem hình 8-56). Ngay sau khi đặt một điện thế thích hợp lên
điện cực kế tiếp để có hố điện thế sâu hơn, các điện tích được đẩy vào hố đó. Mỗi điện cực thứ
3 (chân 1, 4, 7…) có điện thế giống nhau. Với điện thế -V1-V2-V3 thì các điện tích sẽ dịch
chuyển về phía bên phải theo cách thức của CCD loại 3 pha. Cho ống thu hình màu cần 3 chip
CCD cho 3 màu là màu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Trên thực tế, các ống hình màu được
chế tạo chỉ có 1 chip với bộ lọc để sắp xếp sao cho kênh xanh lá cây có số điểm gấp 2 lần số
điểm màu đỏ và xanh da trời vì mắt người nhạy với màu xanh lá cây tốt nhất. Để thu hình màu
cần có khoảng 400 điểm hình cho một hàng sẽ cho ta một ảnh màu tốt. Ví dụ: Đối với ống thu
hình màu dùng 1 chip theo tiêu chuẩn của NTSC cần khoảng 484x400 đơn vị detector, còn của
PAL cần tới 580x400 đơn vị detector.
217
Si(N)
Chất dẫn điện
Chất
cách
điện
-V1 -V2 -V3
+ + ++ + +
Hình 8 – 55: Cấu trúc của một CCD từ các tụ điện MOS.

-V1
-V1
-V2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
+++ +++
Tùy theo sự sắp xếp giữa phần detector và phần nhớ mà ta có các loại CCD khác nhau như: IT
(Interline Transfer); FT (Frame Transfer); XY (Cấu trúc với bộ dịch chuyển digital).
218
TÓM TẮT
Cấu kiện quang điện tử nghiên cứu trong chương 8 gồm các cấu kiện phát quang (cấu
kiện biến đổi điện – quang) như LED, LASER và các cấu kiện thu quang (cấu kiện biến đổi
quang-điện) như điện trở quang, điốt quang, tranzito quang, thyristo quang...
Điốt phát quang- LED là linh kiện phổ thông của quang điện tử, có tần số hoạt động rất
cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu hao bé và không sụt áp khi hoạt động. Điốt phát quang được
sử dụng rộng rãi ở hai lĩnh vực là LED bức xạ ánh sáng nhìn thấy gọi là LED chỉ thị và LED
bức xạ ánh sáng hồng ngoại gọi là LED hồng ngoại. Hai loại LED này có cấu tạo và nguyên lý
hoạt động gần giống nhau, chỉ có bước sóng bức xạ ra ở các vùng khác nhau do vật liệu bán
dẫn có độ rộng vùng cấm khác nhau theo mối quan hệ:
λ = hc
G E
Trong đó: h- hằng số Plank (h = 4,16.10−15 eV)
c- vận tốc ánh sáng (c = 3.108 m/s)
EG- độ rộng vùng cấm, (eV)
a/
+++ +++
-V1
-V3
-V2
b/
+++ +++
-V1
-V2
-V1
c/
Hình 8 – 56: Hoạt động của một CCD với –V1-V2-V3

Cấu tạo của LED chỉ thị gồm có một lớp tiếp xúc P-N, hai chân cực anốt và catốt. Vật
liệu bán dẫn là liên kết của các nguyên tố thuộc nhóm 3 và nhóm 5 của bảng tuần hoàn
Mendeleep.
Nguyên lý hoạt động là dựa vào quá trình tái hợp của các hạt dẫn khi điốt được phân
cực thuận để bức xạ quang. Điện áp phân cực cho LED gần bằng độ rộng vùng cấm, do đó, đối
với các LED bức xạ ở các bước sóng khác nhau sẽ có điện áp phân cực khác nhau. Để cường
độ bức xạ cao, các vật liệu chế tạo LED có độ pha tạp lớn, do vậy điện trở của chúng rất nhỏ.
Do vậy, khi đấu LED trong mạch ta phải đấu nối tiếp với một điện trở và đấu nối tiếp với
nguồn điện. Điện áp phân cực cho LED nằm trong khoảng từ 1,6V ÷ 3V. Điện áp phân cực
ngược giới hạn cho điốt cũng giới hạn khoảng từ 3V ÷ 5V. LED rất nhạy với nhiệt độ , hệ số
nhiệt của nó có giá trị âm. Như vậy, khi nhiệt độ tăng thì cường độ bức xạ quang của LED
giảm (khoảng 1%/ 0C ).
LED hồng ngoại có cấu trúc đặc biệt để tạo ra ánh sáng có cường độ cao, thời gian đáp
ứng nhanh và hiệu suất quang lượng tử cao. LED cấu trúc dị thể kép gồm 5 lớp bán dẫn có vật
liệu và nồng độ pha tạp khác nhau để tạo ra các lớp giam giữ hạt dẫn và giam giữ ánh sáng.
Nhờ các lớp giam giữ hạt dẫn mà hiệu suất quang lượng tử được nâng cao và cũng chính nhờ
các lớp này mà tập trung được bức xạ quang theo một hướng nhất định. Tuy nhiên, ánh sáng
bức xạ ra trong LED đều đẳng hướng và đều là ánh sáng không kết hợp, có cường độ bức xạ
không cao và phổ bức xạ lớn.
LASER bán dẫn là một cấu kiện bán dẫn quang dùng để tạo ra và khuếch đại ánh sáng
đơn sắc có tính liên kết về pha từ bức xạ tự phát của ánh sáng nên cường độ bức xạ của Laser
rất lớn và có phổ bức xa rất nhỏ (khoảng vài nm).
Cấu tạo của Laser gần giống như LED nhưng phức tạp hơn do yếu cầu về độ giam giữ
hạt dẫn và ánh sáng trong một hốc cộng hưởng.
Trong LASER, ba quá trình quang điện đều xảy ra: quá trình hấp thụ photon, quá trình
bức xạ tự phát và quá trình bức xạ kích thích. Muốn LASER bức xạ thì ta phải cung cấp cho nó
một dòng điện có cường độ lớn hơn giá trị ngưỡng nào đó (ICC ≥ ICC ngưỡng). Lúc đó trạng thái
“đảo điện” sẽ xảy ra trong các lớp bán dẫn. Điều kiện để có bức xạ Laser là sự khuếch đại ánh
sáng thắng được sự hấp thụ quang trong buồng cộng hưởng của điốt laser. Sự lan truyền ánh
sáng dọc theo chiều dài L của hộc cộng hưởng được viết theo công thức sau:
219
E(z,t) = I(z).e j(ωt−βz)
Trong đó I(z)- mật độ trường quang theo hướng dọc (z)
z- khoảng cách theo hướng dọc của hốc cộng hưởng
ω- tần số góc của ánh sáng
β- hệ số lan truyền
Mật độ bức xạ quang ứng với các photon có năng lượng hν được tính theo công thức:
I(z) = I(0)R1R2.e [I / g (hν )−α / (hν )]z
Trong đó: α / - hệ số hấp thụ hữu ích của vật liệu
I/ - hệ số giam giữ ánh sáng
I(0)- mật độ trường quang ban đầu
g- hệ số khuếch đại quang
R1 và R2- độ phản xạ của 2 gương phản xạ trong hốc cộng hưởng
Điều kiện để có lasing là một dao động trạng thái bền chiếm giữ và độ lớn cũng như
pha của sóng phản hồi có thể bằng các sóng gốc tạo ra nó, đó chính là:

về biên độ: I(2L) = I(0)
về pha: e − jβ 2L = 1
Để đạt được điều kienj này thì độ khuếch đại tại ngưỡng lasing gth phải lớn hơn hoặc
λ2
I /
q phot
/
I phot q
[A/w]
= =
h
220
bằng tổng mất mát αt trong hốc cộng hưởng.
Đặc tính và tham số của Laser:
Đặc tuyến phát xạ biểu thị quan hệ giữa công suất bức xạ quang và dòng điện cung cấp
cho Laser. Để có lasing thì ICC ≥ ICC ngưỡng
Hiệu suất lượng tử vi phân ngoài xác định số photon bức xạ ra trên đôi điện tử-lỗ trống:
ηext =
qdP 0,806λ
0
dP
dI
E dI
=
Khoảng cách tần số Δν =
C
2
Ln
Khoảng cách bước sóng Δλ =
2Ln
Trong đó n – chiết suất của vật liệu bán dẫn chế tạo Laser.
Cấu kiện thu quang có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện. Điện trở
quang là cấu kiện bán dẫn không có tiếp xúc P-N. Hiện tượng biến đổi quang –điện được thực
hiện nhờ hiện tượng hấp thụ quang để tạo ra các đôi điện tử-lỗ trống. Những hạt dẫn mới xuất
hiện sẽ chuyển động dưới tác dụng của điện trường và tạo nên dòng quang điện và việc chuyển
đổi quang-điện được thực hiện.
Điốt quang là cấu kiện thu quang có tần số làm việc rất cao. Điốt quang có một tiếp xúc
P-N và quá trình hấp thụ quang xảy ra cơ bản trong lớp tiếp xúc P-N. Điốt quang loại tiếp xúc
P-N cho dòng điện rò nhỏ nhất nhưng có độ nhạy thấp vì lớp tiếp xúc P-N quá hẹp, nên hiệu
suất quang lượng tử thấp. Để tăng độ nhạy của điốt quang người ta chế tạo điốt quang loại P-I-N
và điốt quang thác APD. Điốt quang loại P-I-N có vùng tích cực là lớp bán dẫn nguyên tính
(Intrinsic) dày hơn lớp tiếp xúc P-N nhiều. Do vậy, hiệu suất quang lượng tử được nâng cao
dẫn đến cường độ dòng điện quang tăng lên rõ rệt. Dòng điện quang được tính theo công thức:
⎡
P α
⎥⎦
− Iphot = q ( ) f
P
w
R
L
e
h
⎤
⎢⎣
λ
ν α
+
−
−
1
1
0 1
λ
Trong đó: q- điện tích của điện tử
P0 – công suất quang đi tới điốt quang
hν – năng lượng photon
αλ – hệ số hấp thụ ánh sáng tại bước sóng λ
w – bề dày của lớp bán dẫn nguyên tính
Rf – độ phản xạ tại bề mặt của điốt quang
Hiệu suất lượng tử là: η =
P hν
0
= 1 -
P
w
L
α
α
e
λ
λ
+
−
1
Độ nhạy của điốt quang: S =
ηλ
η
ν
1,24 0
P
Điốt quang thác (APD) có cấu trúc đặc biệt để tạo ra trong nó một vùng có biến đổi
điện áp nhanh và đó chính là vùng thác. Khi các hạt dẫn di chuyển đến vùng thác sẽ được tăng
tốc và chúng va chạm với các nguyên tử trung hòa trong vùng này, gây ra hiện tượng i-on hóa

do va chạm. Do vậy, số các hạt dẫn được tăng lên theo cấp số nhân dẫn đến cường độ dòng
điện quang của điốt tăng lên như được khuếch đại với hệ số nhân M được tính theo công thức:
221
M =
I
M
I
phot
Trong đó IM là giá trị trung bình của dòng quang điện nhân tổng đầu ra.
Tế bào quang điện và pin mặt trời là các cấu kiện biến đổi năng lượng quang thành
năng lượng điện.
Điốt APD cho độ nhạy cao nhất nhưng nó yêu nguồn cung cấp cao và ổn định.
Tranzito quang là cấu kiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện và khuếch đại
chúng. Tranzito quang có cấu tạo như tranzito thường nhưng cực gốc của nó có diện tích bề
mặt lớn để chiếu ánh sáng vào. Khi được chiếu sáng, trong phần gốc sẽ xuất hiện các đôi điện
tử-lỗ trống mới. Những hạt dẫn này chuyển động dưới tác dụng của điện trường tạo nên thành
phần dòng điện quang. Tổng dòng điện sáng trong tranzito:
ICS = βIphot + IPphot + ICtối
Tranzito quang có độ nhạy cao hơn so với điốt quang nhưng tần số làm việc thấp hơn
nhiều.
Thyristo quang là cấu kiện đóng ngắt mạch. Ánh sáng chỉ có tác dụng mở cho thyristo
dẫn chứ không có tác dụng biến đổi tín hiệu trong cấu kiện.
Các bộ ghép quang có nhiệm vụ cách điện giữa các mạch điện có sự khác biệt về điện
thế khá lớn mà vẫn truyền dẫn được tín hiệu giữa chúng. Cấu tạo của bộ ghép quang gồm có
một linh kiện phát quang (LED) và một linh kiện thu quang đặt gần nhau. Khi đó dòng điện
đầu vào của một mạch điện sẽ tạo ra một dòng điện thích ứng ở đầu ra của một mạch điện khác
với hệ số truyền đạt CTR được tính theo công thức:
CTR =
I
ra
I
vào
Cấu kiện hình học trong thông tin quang là những bộ lọc quang. Đó là các bộ lọc quang
dùng các linh kiện tán sắc và bộ lọc quang màng mỏng. Bộ lọc quang bằng linh kiện tán sắc
(hay còn gọi là bộ ghép kênh tán sắc cạnh) như một bộ phân kênh, ánh sáng đi qua bộ lọc
quang sẽ được phân chia thành các kênh có bước sóng đi vào các chùm tia có định hướng
không gian khác nhau. Bộ lọc quang màng mỏng được thiết kế để truyền ánh sáng trong một
bước sóng cụ thể và để hoặc hấp thụ, hoặc phản xạ tất cả các bước sóng khác. Bộ lọc loại phản
xạ thường được sử dụng vì tổn hao của chúng thấp.
Mạch tổ hợp các detector- CCD là một bộ dịch chuyển tín hiệu. CCD có thể được tạo
ra từ các điốt hoặc các tụ điện MOS. Các điện tích được tích trữ trong các CCD và dịch chuyển
điện tích giữa các tụ điện được thực hiện khi cấp cho chúng những điện áp thích ứng. Các CCD
được sử dụng trong các ống thu hình màu, trong các máy video, máy FAX,… để đọc các dữ
liệu ra ngoài.
1. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED chỉ thị?
2. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED hồng ngoại dị thể kép?
3. Hãy cho biết các tham số cơ bản của LED?
4. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mặt chỉ thị tinh thể lỏng LCD
loại phản xạ?

5. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LASER có buồng cộng hưởng
222
cấu trúc dị thể kép?
6. Hãy cho biết các tham số cơ bản của Laser?
7. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điện trở quang?
8. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt quang loại P-I-N?
9. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt APD?
10. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tranzito quang?
11. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thyristo quang?
12. Hãy trình bày về bộ ghép quang và các tham số kỹ thuật của chúng?
13. Trình bày về bộ lọc quang màng mỏng?
14. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ CCD dùng tụ MOS?
15. Năng lượng của ánh sáng có bước sóng 820nm và 1,3μm là bao nhiêu electron
vôn (eV)?
16. Một laser chế tạo từ Ga1-xAlxAs với x = 0,07 thì có EG = 1,5 eV. Hãy tính độ dài
bước sóng bức xạ ra?
17. Một laser hoạt động ở bước sóng λ = 850nm có chiều dài hốc cộng hưởng L =
500μm và chiết suất n = 3,7.
Hỏi khoảng cách tần số và khoảng cách bước sóng là bao nhiêu ?
18. Hãy điền vào chỗ trống của mệnh đề dưới một trong các nhóm từ sau:
“Độ dài bước sóng bức xạ được quyết định bởi…….của chất bán dẫn.
a. độ dẫn điện; b. nồng độ hạt dẫn
c. loại tạp chất pha tạp; d. độ rộng vùng cấm
19. Nguồn sáng trong LED là do quá trình…….
a. bức xạ tự phát. b. bức xạ tự phát và bức xạ kích thích.
c. bức xạ kích thích. d. hấp thụ và bức xạ kích thích
20. Nguồn sáng trong LASER là do quá trình……
a. bức xạ tự phát. b. bức xạ tự phát và bức xạ kích thích.
c. bức xạ kích thích. d. hấp thụ và bức xạ kích thích
1. Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”- Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT,
năm 2003.
2. “Cấu kiện quang điện tử” - Dương Minh Trí, NXB KHKT năm 1998.
3. “Optical fiber communications” – Gerd Keiser, Mc Graw Hill Inc. 1991.

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ QUANG ĐIỆN TỬ Đáp án bài tập
ĐÁP ÁN BÀI TẬP
Chương 1: Câu 13: nn = 1015 cm−3 và pn = 2,25.10 5 .cm−3
Chương 3: Câu 8: UD = 0,53V;
Câu 9: a/ Pn(0) = 1014 cm−3 ;n (0) = 1011cm−3 p ; b/Tỉ số = 3.10 4 .
Chương 4: Câu 15: IC2 = 96mA; IB2 = 4mA; IC1 = 3,92mA; IB1 = 0,08mA; UCE = 12V
Câu 16: IE = 7,5mA; IB = 1,47mA; IC = 7,35mA; UCE = 4,55V; S = 24,88.
Câu 17: R = 110KΩ; S = 9,5; Câu 18: RB = 7KΩ; S = 94,3.
Chương 5: Câu 15: a/ sơ đồ mắc SC; định thiên tự cấp; c/ UGS = -0,6V; RS= 600Ω.
Câu 16: UGS = -0,62V; gm = 1,11mA/V; RS = 770Ω; RD ≥ 9KΩ.
Câu 17: R1 = 2KΩ
Câu 18: a/ FET đấu DC; b/ phân cực kiểu phân áp; c/ trong tài liệu.
Câu 19: ID = 24mA; R3 = 83Ω
Chương 8: Câu 15: EG1 = 1,5eV; EG2 = 0,95eV.
Câu 16: λ = 0,826μm
Câu 17: Δν = 81GHz; Δλ = 0,2nm
223

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ QUANG ĐIỆN TỬ Mục lục
MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu chung về cấu kiện điện tử ....................................................................... 3
Giới thiệu chương.................................................................................................................. 3
Nội dung ................................................................................................................................ 3
1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................................... 3
1.2 Phân loại cấu kiện điện tử ........................................................................................... 3
1.3 Khái niệm về mạch điện và hệ thống điện tử .............................................................. 4
1.4 Vật liệu điện tử ............................................................................................................ 4
1.5 Vật liệu từ.................................................................................................................... 5
Tóm tắt nội dung.................................................................................................................. 24
Câu hỏi ôn tập...................................................................................................................... 25
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 26
Chương 2: Cấu kiện điện tử thụ động...................................................................................... 27
Giới thiệu chương................................................................................................................ 27
Nội dung .............................................................................................................................. 27
2.1 Điện trở...................................................................................................................... 27
2.2 Tụ điện....................................................................................................................... 34
2.3 Cuộn cảm................................................................................................................... 40
2.4 Biến áp....................................................................................................................... 44
Tóm tắt nội dung.................................................................................................................. 49
Câu hỏi ôn tập...................................................................................................................... 50
Chương 3: Điot bán dẫn........................................................................................................... 52
Nội dung .............................................................................................................................. 52
3.1 Lớp tiếp xúc P-N ....................................................................................................... 52
3.2 Điot bán dẫn .............................................................................................................. 58
Tóm tắt nội dung.................................................................................................................. 70
Câu hỏi ôn tập...................................................................................................................... 72
Chương 4: Tranzitor lưỡng cực (BJT) ..................................................................................... 73
Nội dung .............................................................................................................................. 73
4.1 Cấu tạo và ký hiệu của BJT trong sơ đồ mạch.......................................................... 73
4.2 Các chế độ làm việc của Tranzitor BJT .................................................................... 74
4.3 Đặc tính quá độ của BJT ........................................................................................... 78
4.4 Các cách mắc của Tranzitor BJT trong sơ đồ khuếch đại ......................................... 80
4.5 Phân cực cho Tranzitor lưỡng cực ............................................................................ 88
4.6 Sơ đồ tương đương ở chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ tần số thấp ........................... 96
Tóm tắt nội dung................................................................................................................ 102
Câu hỏi ôn tập.................................................................................................................... 103
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 105
Chương 5: Tranzitor trường FET........................................................................................... 106
Giới thiệu chương.............................................................................................................. 106
224

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ QUANG ĐIỆN TỬ Mục lục
Nội dung............................................................................................................................. 106
5.1 Giới thiệu chung về FET ......................................................................................... 106
5.2 Tranzitor trường loại điều khiển bằng tiếp xúc P-N................................................ 107
5.3 Tranzitor trường loại cực cửa cách ly...................................................................... 116
Tóm tắt nội dung ................................................................................................................ 125
Câu hỏi ôn tập .................................................................................................................... 126
Tài liệu tham khảo.............................................................................................................. 128
Chương 6: Cấu kiện Thyristor................................................................................................ 129
Giới thiệu chương .............................................................................................................. 129
Nội dung............................................................................................................................. 129
6.1 Chỉnh lưu Silic có điều khiển .................................................................................. 129
6.2 Triac......................................................................................................................... 132
6.3 Diac.......................................................................................................................... 134
6.4 Tranzitor đơn nốt ..................................................................................................... 136
Tóm tắt nội dung ................................................................................................................ 139
Câu hỏi ôn tập .................................................................................................................... 140
Chương 7: Vi mạch tích hợp .................................................................................................. 141
Nội dung............................................................................................................................. 141
7.1 Khái niệm và phân loại vi mạch tích hợp ................................................................ 141
7.2 Các phương pháp chế tạo mạch tích hợp bán dẫn ................................................... 143
7.3 Các cấu kiện được tích hợp trong vi mạch .............................................................. 148
7.4 Vi mạch tuyến tính................................................................................................... 151
7.5 Vi mạch số ............................................................................................................... 159
7.6 Vi mạch nhớ............................................................................................................. 160
7.7 Những điểm cần chú ý khi sử dụng vi mạch tích hợp ............................................. 163
Tóm tắt nội dung ................................................................................................................ 164
Câu hỏi ôn tập .................................................................................................................... 165
Chương 8: Cấu kiện quang điện tử......................................................................................... 167
Nội dung............................................................................................................................. 167
8.1 Giới thiệu chung ...................................................................................................... 167
8.2 Các cấu kiện biến đổi điện - quang.......................................................................... 169
8.3 Các cấu kiện biến đổi quang - điện.......................................................................... 190
8.4 Các bộ ghép quang................................................................................................... 204
8.5 Cấu kiện quang hình học dùng trong thông tin quang ............................................ 211
8.6 Cấu kiện CCD ......................................................................................................... 216
Tóm tắt nội dung ................................................................................................................ 221
Câu hỏi ôn tập .................................................................................................................... 221
Tài liệu tham khảo..............................................................................................................222
Đáp án bài tập ....................................................................................................................223
225

Mã số: 492CKT220
Chịu trách nhiệm bản thảo
TRUNG TÂM ÐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 1

Cau kien dien tu

More Related Content

What's hot (19)

Similar to Cau kien dien tu (20)

Cau kien dien tu