Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Linh kiện bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử hiện đại. Ba loại linh kiện bán dẫn phổ biến nhất là Diode, Transistor và mạch tích hợp IC. Mỗi loại linh kiện có công dụng, cấu tạo và thông số kỹ thuật riêng biệt.
I. Lý thuyết trọng tâm
1. DIODE
a) Công dụng
Diode có công dụng cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định. Do vậy, diode thường được sử dụng để:
- Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều (chỉnh lưu)
- Ổn định điện áp (diode ổn áp/zener)
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Diode là một linh kiện được tạo thành từ hai lớp vật liệu bán dẫn P và N:
- Lớp bán dẫn P mang điện tích dương → nối với cực Anode (A)
- Lớp bán dẫn N mang điện tích âm → nối với cực Cathode (K)
Nguyên lý hoạt động:
| Trạng thái | Điều kiện | Kết quả |
|---|---|---|
| Phân cực thuận | $U_{AK} > 0$ | Diode dẫn điện, dòng điện đi theo chiều thuận từ A đến K |
| Dẫn hoàn toàn | $U_{AK} > U_F$ | Diode dẫn hoàn toàn ($U_F$ là điện áp ngưỡng) |
| Phân cực ngược | $U_{AK} < 0$ | Diode không cho dòng điện đi qua |
Lưu ý: Với diode Si (Silicon), điện áp ngưỡng $U_F$ có giá trị trong khoảng từ 0,6V đến 0,8V.
c) Hình dạng và ký hiệu
Cách nhận biết cực của diode: Vạch kẻ trên thân diode là cực Cathode (K).
d) Thông số kỹ thuật
Khi sử dụng diode, cần quan tâm đến hai thông số quan trọng:
| Thông số | Ký hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Dòng định mức | $I_{dm}$ | Trị số dòng điện lớn nhất cho phép chạy qua diode mà vẫn đảm bảo an toàn |
| Điện áp ngược lớn nhất | $U_{nMax}$ | Trị số điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai cực của diode mà diode không bị đánh thủng |
Bảng 16.2: Ví dụ thông số kỹ thuật của một số diode
| Thứ tự | Ký hiệu diode | $U_{nMax}$ (V) | $I_{dm}$ (A) |
|---|---|---|---|
| 1 | 1N5400 | 50 | 3 |
| 2 | 1N5402 | 200 | 3 |
| 3 | 1N4002G | 100 | 1 |
Lưu ý: Để đọc và hiểu được các số liệu kỹ thuật, cần tra cứu theo bảng dữ liệu (datasheet) cung cấp bởi nhà sản xuất.
2. TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
a) Công dụng
Transistor lưỡng cực thường được sử dụng để thực hiện các chức năng:
- Khuếch đại tín hiệu: Ví dụ khuếch đại tín hiệu âm thanh trong các bộ khuếch đại
- Chuyển mạch điện tử: Hoạt động với hai trạng thái đóng và mở (ON/OFF)
Đặc điểm nhận dạng: Transistor có 3 chân, khác với diode chỉ có 2 chân.
b) Cấu tạo
Transistor lưỡng cực có cấu tạo gồm ba lớp vật liệu bán dẫn tương ứng với đầu ra là ba cực:
| Cực | Tên tiếng Anh | Tên tiếng Việt |
|---|---|---|
| B | Base | Cực nền |
| C | Collector | Cực thu |
| E | Emitter | Cực phát |
Hai loại transistor lưỡng cực:
- Transistor NPN: Cấu tạo từ 3 lớp N-P-N
- Transistor PNP: Cấu tạo từ 3 lớp P-N-P
c) Hình dạng và ký hiệu
Bảng 16.3: Cấu tạo và ký hiệu transistor lưỡng cực
| Tên gọi | Cấu tạo | Ký hiệu | Đặc điểm nhận biết |
|---|---|---|---|
| Transistor NPN | N-P-N | Mũi tên ở cực E hướng ra ngoài | Mũi tên chỉ ra |
| Transistor PNP | P-N-P | Mũi tên ở cực E hướng vào trong | Mũi tên chỉ vào |
Cách nhớ nhanh:
- NPN: Mũi tên Ngoài (Not Pointing iN)
- PNP: Mũi tên Phía trong (Pointing iN Permanently)
d) Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của transistor lưỡng cực phụ thuộc vào trạng thái phân cực của lớp tiếp giáp (B-E) giữa cực B và E, lớp tiếp giáp (B-C) giữa cực B và C.
| Loại transistor | Điều kiện dẫn dòng |
|---|---|
| NPN | $U_{BE} > U_F$ và $U_{CE} > 0$ |
| PNP | $U_{BE} < -U_F$ và $U_{CE} < 0$ |
Trong đó: $U_F$ là điện áp ngưỡng, có giá trị từ 0,3V đến 0,7V tùy theo vật liệu chế tạo transistor.
e) Thông số kỹ thuật
| Thông số | Ký hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Điện áp định mức collector – emitter | $U_{CEO}$ | Điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai cực C và E để transistor có thể làm việc mà không bị đánh hỏng |
| Điện áp định mức base – emitter | $U_{BEO}$ | Điện áp lớn nhất cho phép đặt vào hai cực B và E để transistor có thể làm việc mà không bị đánh hỏng |
| Dòng điện collector định mức | $I_C$ | Dòng điện collector lớn nhất cho phép chạy qua transistor |
| Dòng điện base định mức | $I_B$ | Dòng điện base lớn nhất cho phép chạy qua transistor |
| Hệ số khuếch đại dòng | $\beta$ | Tỉ số giữa dòng điện $I_C$ và $I_B$ |
Công thức hệ số khuếch đại dòng:
$$\beta = \dfrac{I_C}{I_B}$$
f) Cách đọc ký hiệu transistor Nhật Bản
Trong thực tế, transistor do Nhật Bản sản xuất được sử dụng rộng rãi. Ký hiệu của transistor này thường có dạng: Axxxx, Bxxxx, Cxxxx, Dxxxx
| Chữ cái đầu | Loại transistor | Ví dụ |
|---|---|---|
| A hoặc B | Transistor PNP | A564, B733, A1015 |
| C hoặc D | Transistor NPN | C828, D1555, C945, C1815 |
Cách nhớ nhanh:
- A, B → PNP (chữ cái đầu bảng chữ cái)
- C, D → NPN (chữ cái tiếp theo)
3. MẠCH TÍCH HỢP IC
a) Công dụng
IC là tên viết tắt tiếng Anh của thuật ngữ mạch tích hợp (Integrated Circuit). IC được chế tạo bằng các công nghệ đặc biệt với độ chính xác cao, trong đó tích hợp một lượng lớn các linh kiện điện tử siêu nhỏ.
Đặc điểm của IC:
- Kích thước nhỏ gọn
- Hiệu năng xử lý cao
- Giá thành hợp lý
- Độ chính xác cao trong xử lý
Ứng dụng của IC:
- Khuếch đại tín hiệu
- Tạo dao động
- Bộ nhớ máy tính
- Vi xử lý, vi điều khiển
- Và nhiều chức năng khác trong thiết bị điện tử
b) Nhận biết và phân loại IC
Cách bố trí và đếm chân IC
Mỗi IC có ký hiệu và các chân (pin) khác nhau. Khi sử dụng IC cần tra cứu sổ tay và các tài liệu kỹ thuật đi kèm tương ứng để hiểu rõ về đặc điểm của từng chân IC, chức năng và thông số kỹ thuật chung của mỗi IC.
Quy tắc đếm chân IC:
| Loại IC | Cách đếm chân |
|---|---|
| IC có một hàng chân (hình răng lược) | Nhìn theo mặt bên phải (mặt có ghi chữ số ký hiệu), đếm từ số 1 đến số cuối theo chiều từ trái sang phải |
| IC có hai hàng chân (kiểu chân rết) | Nhìn từ trên xuống, đếm từ số 1 đến số cuối theo chiều ngược kim đồng hồ, bắt đầu từ bên có đánh dấu trên thân IC |
Phân loại theo mật độ tích hợp
| Ký hiệu | Tên gọi | Số lượng transistor tích hợp |
|---|---|---|
| SSI | Mật độ tích hợp nhỏ | Vài chục transistor |
| MSI | Mật độ tích hợp trung bình | Vài trăm transistor |
| LSI | Mật độ tích hợp lớn | Hàng nghìn transistor |
| VLSI | Mật độ tích hợp rất lớn | Hàng trăm ngàn đến vài tỉ transistor |
Phân loại theo đặc điểm tín hiệu xử lý
| Loại IC | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| IC tương tự | Làm việc với tín hiệu tương tự | IC tuyến tính, IC công suất, IC cao tần |
| IC số | Làm việc với tín hiệu số, thiết kế với phần tử cơ bản là cổng logic | Cổng logic, mạch logic tổ hợp |
| IC kết hợp tương tự và số | Có khả năng xử lý và làm việc với cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số | IC chuyển đổi ADC, DAC |
Phân loại theo công dụng
| Công dụng | Ví dụ |
|---|---|
| Xử lý trung tâm | CPU, bộ vi xử lý, vi điều khiển, bộ nhớ máy tính |
| Thiết bị cảm biến | Cảm biến nhiệt, cảm biến ánh sáng, cảm biến áp suất |
| Xử lý công suất | Mạch xử lý dòng điện và điện áp lớn (IC công suất) |
II. Bảng tổng hợp so sánh 3 loại linh kiện
| Tiêu chí | Diode | Transistor | IC |
|---|---|---|---|
| Số chân | 2 chân (A, K) | 3 chân (B, C, E) | Nhiều chân (từ vài chân đến hàng trăm chân) |
| Công dụng chính | Chỉnh lưu, ổn áp | Khuếch đại, chuyển mạch | Đa chức năng (xử lý, điều khiển, khuếch đại…) |
| Cấu tạo | 2 lớp bán dẫn P-N | 3 lớp bán dẫn (NPN hoặc PNP) | Tích hợp nhiều linh kiện siêu nhỏ |
| Thông số quan trọng | $I_{dm}$, $U_{nMax}$ | $U_{CEO}$, $I_C$, $\beta$ | Điện áp nguồn, tần số hoạt động, số chân |
| Điện áp ngưỡng | 0,6V – 0,8V (Si) | 0,3V – 0,7V | Tùy loại IC |
ThS. Hồ Thị Thư
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám