Giáo trình Điện tử cơ bản 1 (Dùng cho sinh viên đại học các ngành: Công nghệ kỹ thuật điện; Công nghệ điện, điện tử; Công nghệ tự động)

: LED hồng ngoại và photo transistor đặt song song cạnh nhau (hình 5.17 a), ánh sáng từ LED được chiếu lên vật cần giám sát, ánh sáng phản xạ từ vật sẽ được photo transistor nhận biết. Công tắc ánh sáng phản chiếu được ứng dụng phổ biến trong công nghệ tự động: giám sát chuyển động, tự động đóng gói bánh kẹo.... Hình 5.17 b cho thấy mạch điện đơn giản ứng dụng công tắc phản chiếu. Bộ phận cảm biến dùng CNY 70, túi đóng kẹo được CNY 70 giám sát, khi phần vật liệu đi qua cảm biến là phần túi trong sẽ phản xạ ánh sáng Q1 dẫn bão hoà, UR3 lớn, Q2 dẫn có dòng qua rơle RL. Khi phần vật liệu đi qua cảm biến có màu đen sẽ không phản xạ ánh sáng, photo transistor không nhận được ánh sáng, nội trở của nó lớn, UR2 nhỏ, Q1 khoá dẫn đến Q2 khoá, rơ le không có dòng qua, tiếp điểm của rơle sẽ khống chế những mạch điện tương ứng. 5.8. Điện trở quang (Light dependent resistor – LDR) Điện trở quang (LDR) có thể còn có tên tiếng anh khác: Photoresistor, Photoconductor, Photoconductive cells.... Vật phản chiếu ánh sáng a) b) Hình 5.17: Ký hiệu công tắc ánh sáng phản chiếu (a), mạch điện ứng dụng công tắc phản chiếu (b). +12v CNY 70 R1 560Ω R2 120 KΩ R3 470Ω R4-10KΩ RL Q1 B 516 Q2 BC238 a) b) Hình 5.18: Cấu tạo (a), ký hiệu của LDR (b) λ 147 Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển tiếp P-N. Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang là CdS (Cadmium Sulfid), CdSe (Cadmium Selenid), ZnS (Zinc Sulfid) hoặc các tinh thể hỗn hỗn hợp khác. Khi được chiếu sáng, ánh sáng đã cung cấp cho các điện tử một năng lượng: E= h f h: hằng số Planck f: tần số của ánh sáng. Khi E được cung cấp lớn hơn dải cấm, các điện tử nhảy từ dải hoá trị lên dải dẫn điện làm cho các hạt mang điện tích sinh ra thêm dẫn đến độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn gia tăng, điện trở của LDR giảm. Độ dẫn điện của điện tích được tính như sau: σ = e(nμn + pμp) e: điện tích của điện tử 1,6. 10-19C n,p: mật độ của điện tử và lỗ trống μn, μp: độ linh động của điện tử, lỗ trống. Các đặc trưng kỹ thuật của điện trở quang Điện trở quang thường được đặc trưng bởi các thông số sau: Thông số giới hạn - Công suất tiêu thụ: Pt - Điện thế làm việc: Ua - Nhiệt độ xung quanh: TU Đặc trưng kỹ thuật (TU = 25 oC) - Điện trở tối (1 phút sau khi tối): R0 - Điện trở sáng (khi EV = 1000 lux): R1000 - Bước sóng có độ nhạy cao nhất: λSmax - Thời gian cần để điện trở giảm từ R0 xuống 65% của R1000: tt Điện trở (Ω) EV (lux) 105 104 103 0 10 100 1000 Hình 5.19: Đặc trưng điện trở- cường độ chiếu sáng của LDR 148 Ví dụ: RPY 64 là điện trở quang được từ vật liệu CdS (Cadmium sulfid) có các thông số: Pt 50 mW Ua 100 V TU -40 đến +75 oC R0 ≥ 106 Ω R1000 3.500 Ω λSmax 0,50 μm tt 30 đến 50 ms Quang trở được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện: tự động đóng mở đèn chiếu sáng; công tắc ánh sáng; tự động điều chỉnh contrast của TV; End stop trong các máy ghi âm ..... Mạch điện hình 5.20 dùng để tự động báo cháy. Hộp cảm biến khói hình 5.20 a, trong hộp có cảm biến ánh sáng dùng LDR và đèn chiếu sáng L. Đèn chiếu sáng vừa là nguồn sáng vừa là nguồn nhiệt, nó tạo sự đối lưu lôi cuốn không khí từ đáy hộp lên đỉnh hộp. Giữa đèn L và LDR được ngăn cách nhau bởi vách ngăn G, không cho áng sáng chiếu trực tiếp lên LDR. Bên trong hộp sơn đen. a) b) Hình 5.20: Hộp cảm biến khói (a), mạch báo động cháy dùng LDR (b) +24v BellB VR 470KΩ R1 1 KΩ LDR R2 1KΩ R3 1KΩ SCR L G LDR 149 Mạch tự động báo cháy hình 5.20 b. Bình thường không có ánh sáng chiếu vào LDR, RLDR = R0 có trị số lớn, điện áp trên VR nhỏ, Q1 khoá, SCR ở trạng thái khoá, chuông B không kêu. Khi xảy ra cháy không khí lùa vào trong hộp có khói, các hạt khói sẽ phản chiếu ánh sáng lên trên bề mặt LDR làm điện trở của LDR giảm, điện áp trên VR tăng, Q1 dẫn, SCR dẫn làm cho chuông kêu. 5.9. Sợi quang 5.9.1. Khái niệm về sợi quang Những đòi hỏi kỹ thuật trong mạng thông tin ngày càng cao, khoảng cách và vận tốc truyền tin luôn gia tăng. Ngoài ra trong công nghiệp có những đòi hỏi khắc nghiệt mà mạng thông tin phải đáp ứng: hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, chịu được độ ẩm và một số chất lỏng, nhiễu điện từ lớn ... Trong những trường hợp như vậy sợi quang là môi trường truyền tin tốt nhất. Thông số của một số loại cáp truyền tin cho thấy trên bảng 5.4. Bảng 5.4: So sánh thông số của một số loại cáp truyền tin Loại cáp truyền tin Nhậy với điện từ trường Phát ra điện từ trường Tốc độ dữ liệu (Mbit/s) Khoảng cách (Km) Tốc độ dữ liệu x khoảng cách (Gb-km/s) Đôi dây xoắn cao lớn 1 2 0,002 Cáp đồng trục ít nhỏ 10 1 0,01 Sợi đa mode không không 600 2 1,2 Sợi đơn mode không không 2000 100 200 5.9.2. Cấu tạo và nguyên tắc truyền ánh sáng trong sợi quang Sợi quang là một phương tiện truyền dẫn. Nó được cấu tạo bởi môi trường thứ nhất kích thước rất nhỏ và có chỉ số khúc xạ nA gọi là tâm quang. Bao xung quanh tâm quang là một lớp vỏ (hay còn gọi là áo) của sợi quang có chỉ số khúc xạ nB. Trong sợi quang các tia sáng được truyền theo các góc hoặc theo các mốt khác nhau. Có hai loại sợi quang chính là sợi quang đơn mốt và sợi quang đa mốt (hình 5.21). Trong các sợi quang đơn mốt thì đường kính của tâm và độ mở số đủ nhỏ để tia sáng chỉ truyền theo một mốt – truyền thẳng. Sợi quang đa mốt chia làm hai loại: loại có chiết xuất thay đổi đột ngột (nhảy bậc) và loại có chiết suất thay đổi theo kiểu gradient. Loại sợi quang có chiết xuất thay đổi đột ngột có tâm được tạo thành từ vật liệu đồng nhất về phương diện quang học nhưng ở mặt phân cách giữa tâm 150 và áo thì chiết suất thay đổi đột ngột từ nA đến nB. Tia sáng khi đến lớp phân cách bị phản xạ toàn phần. Loại sợi quang có chiết suất gradient có tâm được tạo thành từ vật liệu không đồng nhất và có chiết suất giảm dần đều đặn từ trục của sợi quang đến mặt phân cách sao cho tại mặt phân cách chiết suất lớn hơn chiết suất của vỏ. Sự suy hao truyền dẫn A (dB/km) trong sợi quang phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng truyền dẫn trong sợi quang (hình 5.22). Sự suy hao này có ba miền đặc trưng suy hao nhỏ nhất, gọi là ba cửa sổ: cửa sổ 1 có λ = 0,85μm, cửa sổ 2 có λ = 1,3μm, cửa sổ 2 có λ = 1,55μm. Hình 5.21. Các loại sợi quang tiêu biểu Chiết xuất Nhẩy bậc r nB nB nAnA Đa mốt nhảy bậc Mốt truyền Hiệu năng tiêu biểu 10 đến 100 MHz-Km 5 đến 10 dB/Km a 0 r nB nA Gradient Đa mốt gradient 200 MHz đến 1GHz-Km 4 đến 1 dB/Km a 0 10GHz-Km 0,2 đến 0,5 dB/Km r nB nA Nhẩy bậc Đơn mốt a 0 151 5.9.3. Góc mở và công suất phun 1. Góc mở Các tia sáng ở giữa sợi quang đa mốt được truyền đi nhờ sự phản xạ ở mặt phân cách giữa tâm với vỏ. Chỉ các tia sáng có góc tới có thể so sánh được với các góc tới hạn θCR là được phản xạ toàn phần (hình 5.23). Góc tới hạn được xác định từ các hệ thức sau đây: A BA CR n nn 2 22 2 2 arcsin −= Hệ thức giữa góc tới của các tia tới xuyên vào tâm của các sợi quang và góc tới hạn θCR là: Sinθ = nAsin θCR. Góc đặc thu quang = 2 θmax. 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 λ (μm) A dB/km Cửa sổ 1 0,85μm Cửa sổ 2 1,3μm Cửa sổ 3 1,55μm 60 10 5 Hình 5.22: Sự suy giảm theo bước sóng của sợi quang nB nAθCR Góc đặc thu quang Hình 5.23: Minh hoạ góc tới hạn CR 152 Độ mở số ON của một sợi quang là sin của góc mở cực đại θmax mà đối với góc này thì tất cả các tia sáng sẽ được phản xạ ở mạch phân cách giữa tâm và vỏ. Như vậy: ON=Sinθmax , ON= nθsinθCR ON= BABA nnnn −+ 2. Công suất phun Nếu mặt phát xạ nhỏ hơn hoặc bằng mật cắt ngang của tâm và tiếp xúc tốt với nó thì công suất liên kết φC trong sợi quang với chiết suất nhảy bậc sẽ được tính như sau: 20 2 2 4 ONRDeC     =  . Trong đó: De là đường kính của mặt phát xạ. R0 là năng lượng chiếu sáng trong trục. Nếu đường kính của tâm Dc < De thì: 2 0 2 2 4 ONRDcC     =  5.9.4. Các đặc trưng của sợi quang 1. Sợi quang đa mốt với chiết suất nhảy bậc - Đường kính của tâm: 100 đến 200μm. - Lớp vỏ đến 600μm - Kích thước chuẩn: 100x400μm - Số mốt liên tiếp được truyền trong sợi quang là rất lớn. Sự tán sắc này hạn chế băng truyền trong khoảng giữa 10 và 100MHz.km với độ mất mát từ 5 đến 10 dB/km. - Độ mở số: 0,16 đến 0,20 2. Sợi quang đa mốt với chiết suất thay đổi gradient - Đường kính của tâm: 50μm. - Lớp vỏ: 125μm - Các tia sáng chiếu xiên được truyền đi nhanh hơn các tia sáng ở gần tâm khi đường truyền càng dài. Như vậy độ tán sắc có thể được giảm bớt giữa các mốt. - Giải thông có thể đạt đến 200MHz.km đến 1GHz.km với độ mất mát từ 0,2 đến 0,5 dB/km. - Độ mở số: 0,25 3. Sợi quang đơn mốt 153 - Đường kính của tâm: 5 đến 8μm. - Lớp vỏ: 125μm - Đường mở số được thu nhỏ (0,03) vì chỉ có một mốt được truyền trong sợi quang. Vì vậy sợi quang này không có độ tán sắc về mốt. - Giải thông lớn nhất có thể đạt đến 10 GHz.km với độ mất mát từ 1 đến 4 dB/km. - Độ mở số: 0,25 4. Các cửa sổ đã được sử dụng Các sợi quang đa mốt chủ yếu được sử dụng để truyền ánh sáng trong các cửa sổ thứ nhất. Còn các sợi quang đơn mốt được dùng để truyền các loại ánh sáng trong các cửa sổ thứ hai và thứ ba. Câu hỏi ôn tập 1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, các thông số đặc trưng cho LED? 2. Điều kiện bức xạ, cơ chế bức xạ laser, đặc trưng kỹ thuật của diode laser? ứng dụng của diode laser? 3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng của photo diode, photo BJT, photo FET, photo thyristor? 4. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng của opto couplers, công tắc ánh sáng, điện trở quang? 5. Cấu tạo, nguyên tắc truyền ánh sáng của các loại sợi quang? Các đặc trưng của sợi quang? So sánh ưu, nhược điểm của sợi quang và các loại cáp thông tin khác dùng trong quá trình truyền tin? 6. Phân tích nguyên lý là việc của một số mạch điện: tự động đóng cắt đèn chiếu sáng, mạch tự động báo đứt sợi dùng trong máy dệt, mạch tự động báo động khi phát hiện cháy. 8. Tra cứu, cho biết loại và thông số của các loại linh kiện sau: V130ZA1, V150LA5, T533N, T1503N, 154 Chương 6 Vi mạch (Intergrated circuit- IC) 6.1. Khái niệm về vi mạch (IC) Vi mạch (IC – Intergated Circuit) là một mạch điện tử thực hiện một chức năng nào đó (function device) mà các thành phần tích cực và thụ động đều được chế tạo tích hợp trên một đế, đế này có thể là một phiến bán dẫn (hầu hết là Si) hoặc một phiến cách điện. Những vi mạch đầu tiên được sản xuất ngay từ năm 1959 theo công nghệ lưỡng cực “bipolar” và đến năm 1962 bắt đầu theo công nghệ MOS. Cho đến nay, mật độ tích hợp không ngừng được nâng cao. Hình 6.1 cho thấy sự tăng trưởng nhanh chóng mật độ tích hợp này trên từng loại vi mạch. Micro 32bít Micro 16bít Micro – processor 8bít RAM 4M RAM 1 RAM 256K RAM 64K RAM 16K RAM 4K Máy tính Số lượng Tranzito mạch 107 106 105 104 103 102 10 1 1960 65 70 75 80 85 90 95 Năm Hình 6.1. Sự tăng trưởng của mật độ tích hợp 155 Người ta thấy rằng, vào thời kỳ đầu, cứ mỗi năm mật độ này tăng lên gấp đôi, sau đó tốc độ này giảm đi đôi chút cứ sau hai năm nó lại tăng gấp đôi. Đến năm 1990 thì đã đạt tới 107 linh kiện trong một vi mạch. Cũng trong thời gian này, giá thành trên một đơn vị thông tin của transistor trong các vi mạch ULSI giảm từ 1 đến 104. Đồng thời đường kính của thanh đơn tinh thể silic cũng tăng từ 25,4 mm tới 250mm và diện tích bề mặt của nó cũng tăng từ 490 đến 10000mm2. Kỹ thuật quang khắc cũng ngày một tinh xảo hơn. Chẳng hạn 1985 kỹ thuật quang khắc chỉ đạt 2àm thì đến năm 1988 nó đạt tới 1àm, năm 2000 đạt tới 0,4 àm trên đơn tinh thể silic. Với công nghệ MOS cho phép tạo được những vi mạch có mật độ cao. Mức độ phức tạp trong từng loại vi mạch cho thấy trên bảng 6.1. Bảng 6.1: so sánh mức độ phức tạp trong từng loại vi mạch Loại IC Số lượng chức năng Số lượng transistor Diện tích bề mặt của mỗi vi mạch SSI 2 đến 20 100 3 mm2 MSI 20 đến 100 500 8 mm2 LSI 100 đến 50 000 100 000 20 mm2 VLSI 50 000 đến 100 000 250 000 40 mm2 ULSI 100 000 đến 4 000 000 1triệu đến 4 triệu 70 mm2 đến 150 mm2 SSI: Small scale integration: Tích hợp qui mô nhỏ MSI: Medium scale integration: Tích hợp qui mô trung bình LSI: Large scale integration: Tích hợp qui mô lớn VLSI: Verry large scale integration: Tích hợp qui mô rất lớn ULSI: Ultra large scale integration: Tích hợp qui mô khổng lồ 6.1.1. Ưu, nhược điểm của vi mạch So với các linh kiện rời, vi mạch có rất nhiều ưu điểm. Đó là: - Giá thành rất rẻ do sản xuất hàng loạt. - Sự tiến bộ của công nghệ vi mạch cho phép rút gọn số lượng các vi mạch cho cùng một chức năng. - Độ tin cậy tốt: tỉ lệ hư hỏng dưới 0,15/106 giờ/mạch. - Tiêu thụ năng lượng càng ngày càng được giảm bớt. 156 - Thoả mãn độ ổn định ở nhiệt độ cao. - Tuổi thọ cao. Tuổi thọ trung bình t của một hệ thống điện tử gồm n thành phần sẽ là : ntttt 1 ........ 111 21 +++= . Nếu t1= t2 == tn thì n t t i= Vậy nếu một transistor có tuổi thọ là 108h, thì một thiết bị chế tạo bằng linh kiện rời gồm 500000 transistor sẽ chỉ có tuổi thọ 200 10.5 10 5 8 = giờ. Khi dùng IC do các thành phần trong IC được chế tạo đồng thời và cũng cùng phương pháp, nên tuổi thọ IC xấp xỉ tuổi thọ một transistor. Tuy nhiên vi mạch cũng có nhược điểm: - Trang bị cho nghiên cứu và sản xuất các vi mạch mới rất cao. - Công suất tiêu tán của mỗi mạch bị hạn chế. - Cuộn cảm kháng không thể sản xuất trong vi mạch được. - Người sử dụng không thể biến đổi được vi mạch. Mặc dù có những nhược điểm, nhưng các loại vi mạch được sản xuất ngày càng nhiều, nhất là trong lĩnh vực vi xử lý bởi vì trong lĩnh vực này tín hiệu có công suất nhỏ và yêu cầu chức năng xử lý cao và phức tạp. 6.1.2. Các nguyên tắc cơ bản để xây dựng một vi mạch Một vi mạch không chỉ là sự tổ hợp trực tiếp các linh kiện rời rạc mà phải tuân theo một số các nguyên tắc sau đây. - Chứa đựng toàn bộ sơ đồ như một mạch điện hoàn chỉnh để sao cho cần ít nhất các linh kiện rời mắc bên ngoài. Vi mạch sẽ không còn ý nghĩa nếu các linh kiện mắc thêm bên ngoài để có thể tích lớn hơn thể tích của vi mạch. Nhờ sự tiến bộ của công nghệ tích hợp mà đến nay không còn các loại vi mạch phải dùng đến các linh kiện rời để thực hiện các chức năng điện tử của nó nữa, mà có thể thực hiện một hay nhiều chức năng. - Chọn loại linh kiện để sao cho nó chiếm ít diện tích nhất ở trong mỗi “chip”. Điều này được thực hiện bằng cách giảm thiểu các linh kiện thụ động như điện trở tụ điện vì các linh kiện loại này chiếm diện tích bề mặt rất lớn so với các linh kiện tích cực. Do vậy, để tăng mức độ tích hợp cần thay thế các linh kiện thụ động bằng các linh kiện tích cực. 157 - Sử dụng các tầng khuếch đại vi phân để giảm tiêu tán nhiệt độ ở trong mạch. Hơn nữa, các bộ khuếch đại vi phân rất dễ được thực hiện về phương diện công nghệ và thể tích của chũng cũng được rút bớt đáng kể. - Sử dụng tối đa các tải tích cực trên các collector , có nghĩa là các nguồn dòng có trở kháng cao. - Tính đến các hạn chế của các yếu tố tích cực: nên sử dụng các transistor n-p-n vì hiệu năng của nó tốt hơn các loại p-n-p. Chú ý đến các đặc trưng của các điện trở khuếch tán: giới hạn về giá trị, độ sai số, thế chịu được và độ ổn định của chúng. Các điện trở có độ chính xác cao không thể chế tạo bằng vi mạch được mà phải mắc ở bên ngoài vi mạch, trong trường hợp này phải để chân ra cho nó. - Tính đến các diode ký sinh phân cực ngược trong mạch: các ngăn giữa chất cách điện - đế, giữa collector - đế, điển trở- ngăn cách cũng như các tụ điện MOS với các dây nối bằng nhôm trên SiO2 (80pF/mm 2). - Hạn chế bớt các chân ra để không cần thiết phải dùng các vỏ có kích thước lớn. Tuy nhiên với độ phức tạp các hệ thống vi mạch có thể có các vi mạch có 300 chân ra. - Chú ý đến công suất cực đại được phép tiêu tán của vi mạch để dùng hoặc không dùng các vỏ có cánh toả nhiệt. - Chọn công nghệ thích hợp cho tất cả các linh kiện của mạch. Thực vậy, sẽ có nhiều khó khăn nếu thực hiện nhiều công nghệ khác nhau trên cùng một vi mạch. Tuy nhiên, công nghệ Bi- CMOS cũng là công nghệ hoàn chỉnh ứng dụng các ưu điểm của mỗi loại. 6.1.3. Phân loại vi mạch 1. Phân loại theo qui trình sản xuất Dựa trên qui trình sản xuất, có thể chia IC ra làm 3 loại: a) IC màng (film IC) Trên một đế bằng chất cách điện, dùng các lớp màng tạo nên các thành phần khác. Loại này chỉ gồm các thành phần thụ động như điện trở, tụ điện, và cuộn cảm. Dây nối giữa các bộ phận: dùng màng kim loại có điện trở suất nhỏ như Au, Al, Cu 158 Điện trở: dùng màng kim loại hoặc hợp kim có điện trở suất lớn như Ni-Cr; Ni-Cr-Al; Cr-Si; Cr có thể tạo nên điện trở có trị số rất lớn. Tụ điện: dùng màng kim loại để đóng vai trò bản cực và dùng màng điện môi SiO2, Al2O3, Ta2O5. Tuy nhiên khó tạo được tụ điện có điện dung lớn hơn 0,02  F/cm2. Cuộn cảm: dùng một màng kim loại hình xoắn. Tuy nhiên khó tạo được cuộn cảm lớn quá 5 H với kích thước hợp lý. Trong sơ đồ IC, người ta tránh dùng cuộn cảm để không chiếm thể tích. Cách điện giữa các bộ phận dùng: SiO; SiO2, Al2O3. Có một thời, transistor màng mỏng được nghiên cứu rất nhiều để ứng dụng chế tạo IC. Nhưng tiếc là transistor màng chưa đạt đến giai đoạn thực dụng, nếu không phải là ít có triển vọng thực dụng. b) IC đơn tính thể (Monolithic IC) Còn gọi là IC bán dẫn (Semiconductor IC) – là IC dùng một đế (Subtrate) bằng chất bán dẫn (thường là Si). Trên (hay trong) đế đó, người ta chế tạo transistor, diode, điện trở, tụ điện, rồi dùng chất cách điện SiO2 để phủ lên che chở cho các bộ phận đó trên lớp SiO2, dùng màng kim loại để nối các bộ phận với nhau. Transistor, diode đều là các bộ phận bán dẫn. Điện trở: được chế tạo bằng cách lợi dụng điện trở của lớp bán dẫn có khuyếch tán tạp chất. Tụ điện: được chế tạo bằng cách lợi dụng điện dung của vùng hiếm tại một tiếp giáp P-N phân cực nghịch. Đôi khi người ta có thể thêm những thành phần khác của các thành phần kể trên để dùng cho các mục đích đặc thù Các thành phần trên được chế tạo thành một số rất nhiều trên cùng một chíp. Có rất nhiều mối nối giữa chúng và chúng được cách ly nhờ những tiếp giáp P-N bị phân cực nghịch (điện trở hàng trăm MΩ) c) IC lai (hybrid IC) Là loại IC lai giữa hai loại trên. 159 Từ vi mạch màng mỏng (chỉ chứa các thành phần thụ động), người ta gắn ngay trên đế của nó những thành phần tích cực (transistor, diode) tại những nơi đã dành sẵn. Các transistor và diode gắn trong mạch lai không cần có vỏ hay đế riêng, mà chỉ cần được bảo vệ bằng một lớp men tráng. Ưu điểm của mạch lai là: Có thể tạo được nhiều IC (digital hay analog) Có khả năng tạo ra các phần tử thụ động có các giá trị khác nhau với sai số nhỏ. Có khả năng đặt trên một đế, các phần tử màng mỏng, các transistor, diode và ngay cả các loại IC bán dẫn. Thực ra khi chế tạo, người ta có thể dùng qui trình phối hợp. Các thành phần tác động được chế tạo theo các thành phần kỹ thuật planar, còn các thành phần thụ động thì theo kỹ thuật màng. Nhưng vì quá trình chế tạo các thành phần tác động và thụ động được thực hiện không đồng thời nên các đặc tính và thông số của các thành phần thụ động không phụ thuộc vào các đặc tính và thông số của các thành phần tác động mà chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu, bề dày và hình dáng. Ngoài ra, vì các transitor của IC loại này nằm trong đế, nên kích thước IC được thu nhỏ nhiều so với IC chứa transistor rời. IC được chế tạo bằng qui trình phối hợp của nhiều ưu điểm. Với kỹ thuật màng, trên một diện tích nhỏ có thể tạo ra một điện trở có giá trị lớn, có hệ số nhiệt nhỏ. Điều khiển tốc độ ngưng động của màng, có thể tạo ra một màng điện trở với độ chính xác rất cao. 2. Phân loại theo chức năng xử lý tín hiệu Dựa trên chức năng xử lý tín hiệu, người ta chia IC làm hai loại: IC Digital (IC số) và IC Analog (IC tuyến tính) a) IC Digital Là loại IC xử lý tín hiệu số. Tín hiệu số (digital signal) là tín hiệu có trị giá nhị phân (0 và 1). Hai mức điện thế tương ứng với hai trị giá (hai logic) đó là: Mức Hight (cao): 5V đối với IC CMOS và 3,6V đối với IC TTL 160 Mức Low (thấp): 0V đối với IC CMOS và 0,3V đối với IC TTL Thông thường logic 1 tương ứng với mức H, logic 0 tương ứng với mức L. Logic 1 và logic 0 để chỉ hai trạng thái đối nghịch nhau: đóng và mở, đúng và sai, cao và thấp Về công nghệ chế tạo, IC digital gồm các loại: RTL: Resistor – Transistor logic DTL: Diode - Transistor logic TTL: Transistor - Transistor logic MOS: Metal – Oxyde Semiconductor CMOS: Complementary MOS b) IC analog IC analog là loại IC xử lý tín hiệu analog, đó là loại tín hiệu biến đổi liên tục. So với IC Digital, loại IC Analog phát triển chậm hơn. Một lý do là vì IC Analog phần lớn đều là mạch chuyên dụng (special use), trừ một vài trường hợp đặc biệt như OP-AMP (IC khuyếch đại thuật toán), khuyếch đại video và những mạch phổ dụng (universal use). Do đó để thoả mãn nhu cầu sử dụng, người ta phải thiết kế, chế tạo rất nhiều loại khác nhau. 6.2. Giới thiệu một số công nghệ chế tạo IC 6.2.1. Chế tạo transistor n-p-n cơ sở IC là một tập hợp các linh kiện tích cực và thụ động được tạo thành một cách đồng thời trong một quá trình sản xuất trên một đế silic. Đế silic này là đơn tinh thể pha tạp loại p có điện trở khoảng 10Ωcm với các độ dày khác nhau, tuỳ thuộc đường kính của thỏi silic. Ví dụ độ dầy 625 àm nếu đường kính là 150 nm. Sơ đồ của một mạch điện được bao trong các ngăn cách điện, các ngăn này chứa các transistor lưỡng cực không có collector chung và một trong số các điện trở. Mỗi ngăn được bao bằng một lớp bán dẫn loại P chung với đế và được nối với điện thế âm nhất của mạch, vì thế ngăn này với đế luôn được phân cực ngược, nên nó là một ốc đảo cô lập so với đế, do đó không một dòng điện nào có thể chạy từ đế vào bên trong các ngăn được, chính vì vậy các ngăn cũng cô lập với nhau. Trong mỗi một ngăn, người ta tạo một transistor một diode hoặc các điện trở. Quy trình sản xuất một transistor n-p-n được mô tả trên hình 6.2. Thứ tự các quá trình được 161 thực hiện trong lò nung với nhiệt độ giảm dần để quá trình sau không làm hư hại quá trình trước đó. Như vậy quá trình đầu tiên là quá trình khuếch tán sâu trong toàn bộ thể tích của miếng bán dẫn được thực hiện ở nhiệt độ 12600C và quá trình cuối cùng là quá trình tạo emitter thì nhiệt độ không vượt quá 10000C. Để tạo được một transistor n-p-n phải trải qua 7 lần quang khắc. Thứ tự thực hiện các quá trình đó như sau: - Oxit hoá bề mặt miếng bán dẫn silic ở trong lò nhiệt độ 12000C với khí ôxi để tạo lớp SiO2 dầy khoảng 0,5 àm. - Bước quang khắc đầu tiên nhằm tạo một lớp vùi sâu gần với đế. - Khuếch tán arsenic hoặc antimoine để tạo lớp vùi sâu giáp đế pha tạp N+ dưới độ sâu 5 àm ở nhiệt độ 12600C. - Ăn mòn lớp oxit SiO2 trên bề mặt. - Tạo một lớp epitaxi pha tạp loại N có độ dầy từ 3 đến 5 àm với điện trở khoảng từ 0,5 đến 1 Ωcm trên mặt đế. - Oxit hoá bề mặt tạo một lớp SiO2 mới, dày khoảng 0,5 àm. - Quá trình quang khắc lần thứ hai nhằm tạo các vách ngăn cách điện. - Khuếch tán bức tường cách điện bằng nguyên tử bo loại P, sâu đến tận đế, ở nhiệt độ 11600C. - Khôi phục lại lớp oxit SiO2 trên bề mặt. - Quá trình quang khắc lần thứ ba nhằm tạo chỗ để khuếch tán base. - Khuếch tán bo- tạp chất loại P- để tạo base của transistor và khôi phục lại lớp oxit bề mặt ở nhiệt độ 10500C. - Quá trình quang khắc thứ tư nhằm tạo chỗ để khuếch tán emitơ. - Khuếch tán phốtpho N+ tạo emitter của transistor và khôi phục lại lớp oxit bề mặt ở nhiệt độ 10000C. - Quá trình quang khắc thứ năm nhằm tạo chỗ để khuếch tán chân ra của collector. - Khuếch tán một lớp sâu phốtpho N+ nối với lớp N+ đã nằm sâu giáp với đế làm chân nối của collector của transistor. - Quá trình quang khắc thứ sáu nhằm tạo chỗ để khuếch tán các chân nối. - Phủ kim loại trong chân không để tạo một lớp nhôm dầy khoảng từ 1 đến 2 àm trên toàn bộ bề mặt của bản silic. 162 - Quá trình quang khắc thứ bảy nhằm chỉ để lại lớp nhôm tại những nơi cần thiết những chỗ khác thì bị ăn mòn bởi axít orthophosphorique; như vậy ta thu được các dây nối và các lối ra. Đế đơn tinh thể silic loại P điện trở suất cao (~ 10Ω.cm) SiO2 (oxi hoá bề mặt silic P) Mặt nạ thứ nhất . Tạo cửa sổ khuếch tán lớp vùi sâu N+ Khuếch tán lớp vùi sâu N+ Ăn mòn lóp oxit SiO2 Tạo lớp epitaxi loại Si – N Lớp vùi sâu tiếp tục được khuếch tán trong quá trình này Oxit hoá bề mặt Mặt nạ thứ hai Tạo cửa sổ khuếch tán ngăn cách điện Khuếch tán bức tường cách điện loại P P P P PN+ PN+ P N+ N P N+ N P N+ N N+ P NNN 163 Oxit hoá bề mặt Mặt nạ thứ ba Tạo cửa sổ khuếch tán base Khuếch tán P để tạo miền base Oxit hoá bề mặt Mặt nạ thứ 4 và thứ 5. Tạo cửa sổ để khuếch tán emitter và làm chân nối cho collector Khuếch tán emitter N+ làm chân nối cho collector (lớp vùi sâu N+) Oxit hoá bề mặt Mặt nạ lần 6. Làm chân nối cho E, B và C N+ P NN N+ P N NNP N+ P N NNP N+ P N NNP N+ N+ P N NP N+ N+ P N NPN N+ N+ P N NPN B E C Hình 6.2: Quy trình chế tạo một transistor n- p- n N+N NP 164 Kích thước điển hình của một transistor trong vi mạch công suất thấp cho trên hình 6.3. - Emitter: khuếch tán 1,7àm. - Base : khuếch tán sâu 2,7àm. dầy 1 àm, - Collector : chiều dầy của lớp nằm sâu gần đế: 5àm; - Bề rộng của vách ngăn cách điện: 5 àm, - Bề mặt tổng cộng: 300àm2. Không kể các transistor VLSI, một transistor có dòng 1 mA có các đặc trưng gần giống với các transistor rời cùng loại. Đặc biệt, do collector được tạo bằng lớp khuếch tán nằm sâu gần đế N+ nên điện trở nối tiếp và thế bão hoà có cùng độ lớn như các transistor rời. Chân nối của miền N phải được khuếch tán N+ khi nó được làm bằng màng (film) nhôm. Bởi vì nhôm là loại tạp chất P, do đó vùng N+ này sẽ tạo nên một diode tiếp xúc. 44 àm 70 àm 4 x 12 18 x 25 4 x 6 10 x 25 4 x 6 10 x 10 B E C 250àm 5 àm 8 àm 5.3 àm 2.7 àm 1 àm 5 àm 5 àm N+ N+ N+ P P N+ P B E C SiO2 Đế Hình 6.3. Kích thước của một transistor trong vi mạch 165 6.2.2 Chế tạo diode thường Diode được thực hiện cùng lúc với các transistor. Có rất nhiều ưu việt chế tạo các diode từ cấu trúc của transistor. Trong trường hợp này, có hai loại diode chính được chế tạo. 1) Diode E-B Hình 6.4 cho thấy việc chế tạo diode từ cấu trúc của transistor. Theo phương pháp này thì chuyển tiếp C-B đã được nối tắt. Thế ngược của diode nằm giữa 6 và 7V. ảnh hưởng của điện trở base của transistor lên điện trở của diode có thể loại trừ. diode loại này còn được dùng để làm các diode điều chỉnh thế lân cận 6,3V. Thế này có độ ổn định nhiệt độ khoảng 2,3m V/0C. Do vậy, để làm diode ổn áp thì cần phải cân bằng nó bằng cách phép nối tiếp một diode khác theo hướng phân cực thuận có cùng hệ số nhiệt độ, nhưng mang dấu âm. 2) Diode C-B + _ ID IB Đế + _ N N P P N+ Đế P Hình 6.4. Cấu tạo của một diode E- B trong vi mạch Hình 6.5: Cấu tạo của diode C- B _ ID Đế + _ N N P N+ Đế P 166 Trên thực tế, diode loại này chỉ hoạt động trong chế độ phân cực ngược, bởi vì trong trường hợp ngược lại thì transistor ký sinh p-n-p có p nối đế sẽ có chuyển tiếp E-B phân cực thuận và vì thế nó sẽ dẫn đến một phần dòng vào đế (hình 6.5). Thế ngược của diode loại này chỉ bị hạn chế bởi thế đánh thủng của chuyển tiếp E-B. Vì vậy, nó được sử dụng cho các thế ngược lớn hơn 7V. Điện dung ký sinh giữa collector và đế cũng có ảnh hưởng giống như đối với transistor . 3. Chế tạo các loại điện trở Có rất nhiều các quá trình sản xuất các điện trở, nhưng hay dùng nhất là thực hiện chúng cùng lúc như các base của transistor n-p-n. a) Điện trở loại “base” Các điện trở được khuếch tán bằng bán dẫn loại p trong một ngăn cách điện loại n. Lớp ngăn cách điện này được nối với thế dương nhất của vi mạch (hình 6.6). Vì vậy, tất cả các điện trở của cùng một mạch có thể được khuếch tán trong cùng một lớp ngăn cách điện mà không phải lo lắng cái này làm ảnh hưởng đến cái kia. Lớp N+ nằm sâu sát đế có tác dụng làm giảm độ lan rộng của vùng điện tích không gian, do vậy làm tăng sụt thế giữa lớp n với đế khi phân cực ngược tới giá trị V+ + V. Các điện trở được khuếch tán cùng lúc với base, nên chúng có cùng độ sâu như chuyển tiếp B-C của transistor . N+ N N+P Đế P -V R +V P+ Điện trở P Thành cách điện Hình 6.6: Cấu tạo của điện trở loại base 167 Giá trị của điện trở phụ thuộc vào điện trở suất của bán dẫn loại p và kích thước của nó, nên người ta định nghĩa một điện trở trung bình gọi là điện trở vuông R ð . Đó là điện trở của một mẩu silic có chiều rộng bằng chiều dài với điện trở xuất xác định. R ð của lớp khuếch tán base nằm trong khoảng từ 100 đến 200Ω. Ví dụ để thực hiện điện trở 3kΩ với R ð = 150Ω; nếu chọn độ rộng 10àm, có nghĩa là một ô vuông có cạnh 10àm có điện trở 150Ω; như vậy đế chế tạo điện trở 3kΩ cần một độ dài 200àm. Hình dạng của điện trở này phải được chọn lựa sao cho nó chiếm vị trí ít nhất trong vi mạch. Sai số tuyệt đối so với giá trị chuẩn không tốt hơn ±20%. Giá trị thực hiên trong các vi mạch thường chỉ giới hạn trong khoảng từ 30Ω đến 30kΩ với hệ số nhiệt độ khoảng +0,2%/0C. Các giá trị điện trở lớn hơn 30kΩ thường không được thực hiện trong vi mạch vì chúng có kích thước quá cồng kềnh. Vì các điện trở được cô lập bằng lớp ngăn loại n mang một thế dương nhất của vi mạch nên giữa điện trở với lớp n này tạo nên một diode cách điện phân cực ngược có dòng điện có thể loại trừ, nhưng lớp này cũng tạo nên một tụ điện dọc theo suốt chiều dài của điện trở với điện dung không thể loại trừ được. Giá trị của nó vào khoảng 200pF/mm2, phụ thuộc vào điện tích bề mặt của điện trở, vào điện trở suất của bán dẫn cảu lớp ngăn cách điện n và vào thế phân cực ngược ở hai bản cực. Chẳng hạn, với R ð = 150Ω rộng 10àm có điện dung 0,14pF/kΩ; nếu độ rộng 7àm thì điện dung là 0,07 pF/kΩ; do vậy để giảm điện dung ký sinh này thì yêu cầu đầu tiên là giảm độ rộng của điện trở. Hiện nay, kỹ thuật quang khắc cho phép thực hiện các điện trở có độ rộng tối thiểu là 5àm. b) Các điện trở loại “emitter” Phương pháp này được sử dụng để chế tạo các điện trở có giá trị nhỏ, bởi vì miền emitter có pha tạp N+ có R ð khoảng từ 3 đến 5Ω; do đó miền này chỉ được sử dụng để thực hiện các điện trở có giá trị nhỏ hơn 100Ω, nhưng độ chính xác lại không cao, sai số khoảng ±25% và sụt thế giới hạn 6V trong khi điện dung ký sinh lại tương đối cao. c) Điện trở loại “base bị kẹp” (pinch- off resitor) Phương pháp này cho phép tạo các điện trở có giá trị cao, nhưng lại ít cồng kềnh vì độ dầy của lớp bán dẫn loại p cấu tạo nên điện trở có thể được giảm bớt bằng các khuếch tán một lớp N+ trên vùng p của điện trở, cùng lúc khi khuếch tán 168 emitter của transistor n-p-n (hình 6.7). R ð của nó nằm giữa 3 đến 10kΩ. Tuy nhiên, điện trở loại này có rất nhiều hạn chế: - Miền N+ nối với lớp ngăn cách điện N làm cho sụt thế ở hai đầu điện trở phải nhở hơn 6V. - Điện trở này không tuyến tính với dòng điện do hiệu ứng trường trong vùng chuyển tiếp kênh P. - Nó có hệ số nhiệt độ dương mạnh: +0,6%/0C. - Nó phụ thuộc vào độ sâu của lớp N+ và thay đổi rất mạnh từ sự khuếch tán này tới sự khuếch tán khác với hệ số từ 1 đến 2. - Điện dung ký sinh giữa điện trở và lớp ngăn cách điện cao do sự có mặt của hai chuyển tiếp phân cực ngược P-N và P- N+. Mặc dù có những hạn chế trên, nhưng điện trở sản xuất theo phương pháp này vẫn là phương pháp duy nhất để tạo nên các điện trở có giá trị cao từ 10 đến 100kΩ. d) Điện trở loại “collector” Để tạo ra các điện trở có giá trị cao nhưng lại có sụt thế ở hai đầu lớn hơn 6V thì phải dùng lớp epitaxie loại n được kẹp bởi miền khuếch tán loại P. Lớp epitaxie này cũng chính là collector của transistor n-p-n (hình 6.8). Miền kẹp giữa này có phần chung với bức tường cách điện loại p, do đó chuyển tiếp P-N luôn luôn phân cực ngược vì đế của vi mạch luôn luôn được nối với thế âm nhất của mạch. Thế đánh thủng của chuyển tiếp này rất cao: khoảng 20 – 30V, nên có thể chịu được sụt thế cao ở hai đầu các điện trở có giá trị lớn từ 20kΩ đến 300kΩ. Các điện trở loại này cũng có nhược điểm là không thể tái sản xuất, có hệ số nhiệt độ cao (+0,9%/0C) và không tuyến tính vì nó gần giống với hoạt động của transistor trường kênh N. Hình 6.8: Cấu tạo của điện trở loại “Collector” Đế loại P R P N+ Hình 6.7: Cấu tạo của điện trở loại “base kẹp” N+ N Đế loại P R N+ P N+ 169 4. Chế tạo các tụ điện Có hai phương pháp thực hiện các tụ điện có điện dung cỡ vài chục pico phara trong các vi mạch. - Các điện dung MOS Điện dung này được thực hiện bằng cách phủ một lớp nhôm lên trên lớp oxit silic SiO2 phủ trên bề mặt của miền khuếch tán loại N + có điện trở suất rất nhỏ (khuếch tán loại emitter) hình 6.9. Để thu được lớp oxit không có khuyết tật, người ta chồng chất một lớp SiO2 dầy khoảng 10nm và một lớp Si3O4 dầy khoảng 40nm lên trên miền N +. Điện dung của lớp này vào khoảng 1nF/mm2, nghĩa là 100pF trên một mặt vuông cạnh 100àm. Thế cực đại có thể chịu được là 10V. - Điện dung phân cực Người ta sử dụng vùng nằm giữa hai chuyển tiếp P-N phân cực ngược. Giá trị của điện dung của tụ điện phụ thuộc vào thế ngược, kích thước hình học và vào điện trở xuất của bán dẫn. Các điện dung có giá trị không đáng kể khi thế ngược ở hai đầu tụ lớn nhất là 6V. Người ta có thể thu được các tụ điện có điện dung 600pF/mm2 khi thế ngược 6V. Điện trở nối tiếp với các tụ điện này không lớn lắm. 5. Chế tạo các dây nối Hình 6.10 cho thấy các nguyên tắc thực hiện các dây nối trong sơ đồ. Trong sơ đồ này, lớp N+ có điện trở rất nhỏ đóng vai trò một dây nối giữa hai chân nối bằng nhôm 1 và 2. SiO2 Al N+ N+ N 0,5 Ω.cm Đế 0,5 Ω.cmP Hình 6. 9: Cấu tạo của tụ điện trong vi mạch 170 Ví dụ: Một mạch điện tử đơn giản (hình 6.11), được chế tạo dưới dạng IC đơn tinh thể hình 6.12. SiO2 N+ P Al AlAl 3 4 1 2 1 2 3 4 Hình 6.10: Sơ đồ nguyên lý tạo các dây nỗi trong vi mạch Hình6.11: Sơ đồ mạch điện tử đơn giản 1 2 3 4 5 R D1 D2 Hình 6.12 : Mạch điện được chế tạo dưới dạng IC đơn tinh thể n p n p n+ ++ + n+ + n n+ + n+ Base p n + Đế p Collector Emitter SiO2 Điện trở Kim loại Al Diode 2 Transistor 1 3 5 4 171 6.3. Các chú ý khi sử dụng IC, tra cứu IC 6.3.1. Chú ý khi sử dụng IC a) Đối với các loại IC khi sử dụng chúng ta cần tra cứu để biết thông số của IC. - Điện áp nguồn cung cấp: điện thế cấp điện VDD, Vcc của các loại IC sẽ khác nhau do vậy cần tra cứu để biết được IC đó làm việc với nguồn DC bao nhiêu voltage. - Điện áp đầu ra: V0 - Dòng điện vào và dòng điện ra - Công suất tiêu tán cho phép - Tần số làm việc - Khoảng nhiệt độ làm việc b) Chú ý khi dùng IC số - Dây đất (mass): Để tránh sụt áp trên dây đất mạch điện phải được thiết kế sao cho mạch đất có điện trở bé và độ tự cảm bé. Mạch đất và mạch nối điện áp nguồn (Vcc) phải có độ rộng ít nhất 2,5mm để sự ảnh hưởng của sự hiệu ứng ngoài da được giữ thật thấp. + Những đầu vào không dùng tới : Những đầu vào của cổng AND và cổng NAND nên nối với Vcc qua một điện trở R = 1 K Những đầu vào của cổng OR và cổng NOR nên nối với đất (GND) Những đầu vào của các cổng logic khác FF bộ đệm... nên nối với đất. Những chú ý khi sử dụng IC số họ CMOS: IC CMOS chưa dùng nên để trong ống nhựa hay bọc trong ống nhôm. Không để nơi ẩm ướt. Mỏ hàn nên dùng loại có nối đất Bàn làm việc, người làm việc nên được nối đất qua một điện trở 1MΩ để đảm bảo an toàn lao động. Không nên tháo và ráp IC vào mạch điện đang có điện áp. Không đụng tay vào chân IC. Cắm ngay IC vào mạch khi lấy ra khỏi bao bảo vệ. Những đầu vào không dùng tới nên nối với VSS hoặc VDD hay ngả ra của một mạch logic. 172 Nên dùng nguồn cung cấp điện < 12V nếu có thể được giảm tỉ số IC CMOS bị hư hỏng. Không áp tín hiệu ở đầu vào lớn hơn điện thế cấp điện. 6.3.2. Cách tra cứu IC 1. Tra cứu bằng cẩm nang tra cứu ECG, Sổ tay sơ đồ chân linh kiện điện tử. Ví dụ: Cần tra cứu IC có tên 74LS164 dùng EGC Bước 1: Xác định tên IC có tên 74LS164 Bước 2: Tìm kiếm, định vị một linh kiện thay thế: Xác định ECG được liệt kê Bước 3: Tra cứu sản phẩm Sau khi định vị được linh kiện tra cứu, thay thế. Ta tra cứu theo sản phẩm bắt đầu từ trang 1-5 đến 1-32 ta được thông tin tóm tắt (Số trang, số hình, mô tả ứng dụng) về linh kiện cần tra cứu. 173 74LS164 1-345 D6 IC-TTL Lo Pwr Schottky 8-bit Shift Registerserial In- parallel out 1-345 : Thông số linh kiện được trình bày trong phần 1 trang 345 D6 : Hình số D6 IC-TTL Lo Pwr Schottky...: IC thuộc họ TTL, là thanh ghi dịch có đầu vào nối tiếp, đầu ra song song 8 bit. Bước 4: Tra cứu các thông số kỹ thuật kiểu dáng về hình dạng và sơ đồ chân: Để biết các thông số cụ thể ta tiếp tục tìm tới phần 1 trang 345 hình số D6 ta tìm được sơ đồ chân của IC. 2. Tra cứu IC trên mạng Internet (hiện nay dùng khá phổ biến) Có thể sử dụng các trang Web sẵn có ...... để tra cứu trực tiếp IC cần tìm a. Vào trang: http/www.alldatasheet.com Sau khi xuất hiện giao diện trang web alldatasheet trên màn hình ta thấy ngay ở đầu dòng trên cùng có một ô trống dùng để viết tên IC cần tìm, sau khi đã đánh tên IC cần tìm xong ta sẽ bấm vào nút Search ngay bên cạnh để vào trang web có IC cần tìm. Nếu muốn xem cụ thể sơ đồ chân IC, cấu trúc bên trong IC và các thông số của IC hãy bấm vao nút Dowload để tải toàn bộ ra màn hình. Chú ý: File trên mạng có đuôi .PDF nên cần sử dụng phần mềm Acrobat để hỗ trợ cho việc doawload thành công. 174 Ví dụ tra cứu IC SN 7400 trên alldatasheet. NO Part no Electronics Description View Electronic Manufacturer 3 SN7400 QUADRUPLE 2-INPUT POSITIVE-NAND GATES Texas Instruments 2 SN7400 Quadruple 2input positive-nand gates 1 SN7400 QUADRUPLE 2-INPUT POSITIVE-NAND GATES QUADRUPLE 2-INPUT POSITIVE-NAND GATES - Texas Instruments Click Here View SN7400 Datasheet 175 b. Vào trang: http/www.Google.com.vn Trang này có thể phục vụ cho nhiều mục đích trong đó ta cũng có thể tra cứu các loại IC cần tìm Sau khi xuất hiện giao diện trang web Google trên màn hình, sẽ đánh tên IC và bấm vào nút Search ngay bên cạnh để vào trang web có IC cần tìm. Tuy nhiên ở đây có thể có rất nhiều trang Web có trùng tên với loại IC cần tìm vì vậy phải chọn một lần nữa cho đúng tên IC mà ta mong muốn. Khi muốn download IC thì làm giống như phần trên đã giới thiệu. Câu hỏi ôn tập 1. Các nguyên tắc chế tạo IC, phân loại và ưu nhược điểm của IC? 2. Giới thiệu công nghệ chế tạo transitor npn trong quá trình chế tạo IC. 3. Giới thiệu công nghệ chế tạo diode, điện trở trong quá trình chế tạo IC. 4. Những chú ý khi sử dụng IC. 5. Tra cứu sơ đồ chân, các tham số cơ bản của một số IC sau: LM 317, àA741, àA709, LM 324, LA 4440, 7408, 7490, 4002, 4012, 4013. 176 Tài liệu tham khảo [1]. Đỗ Xuân Thụ (chủ biên), Kỹ thuật điện tử NXB GD - 2005 [2]. TS Trần Quang Vinh, Nguyên lý kỹ thuật điện tử NXB GD - 2005 [3]. Nguyễn Thị Phương Hà, Kỹ thuật điện tử- Bài tập NXB KH&KT - 1996 [4]. Trương Thị Ngộ; Kỹ thuật điện tử, NXB KH&KT - 1991 [5]. Dương Minh Trí, Linh kiện quang điện tử NXB KH&KT - 2004 [6]. Nguyễn Tấn Phước, Điện tử công suất NXB Tp HCM - 2003 [7]. Nguyễn Tấn Phước, Linh kiện điện tử NXB Tp HCM - 2003 [8]. TS Hồ Văn Sung, Linh kiện bán dẫn và vi mạch NXB Tp HCM – 2003 [9]. Jasprit Singh, Electronic and Optoelectronic Properties of Semiconductor Structures, Cambridge University – 2003 177 MụC LụC Chương 1: Diode bán dẫn ...................................................................................1 1.1. Chất bán dẫn nguyên chất và chất bán dẫn tạp ......................................1 1.1.1. Cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn tinh thể..............................1 1.1.2. Bán dẫn thuần..................................................................................2 1.1.3. Bán dẫn tạp chất ..............................................................................5 1.2. Chuyển tiếp p-n ......................................................................................7 1.2.1. Chuyển tiếp p-n khi chưa có điện trường ngoài ..............................7 1.2.2. Chuyển tiếp p-n khi có điện trường ngoài.......................................8 1.3. Diode bán dẫn ...................................................................................... 10 1.3.1. Cấu tạo của diode .......................................................................... 10 1.3.2. Đặc tuyến V-A của diode.............................................................. 11 1.3.3. Các tham số của diode .................................................................. 13 1.3.4. Phân loại diode.............................................................................. 14 1.4. Các loại diode và ứng dụng .................................................................. 14 1.4.1. Diode chỉnh lưu............................................................................. 14 1.4.2. Varistor (điện trở bán dẫn phi tuyến)............................................ 16 1.4.3. Diode ổn áp (zener)....................................................................... 17 1.4.4. Diode biến dung (varicap)............................................................. 19 1.4.5. Diode tách sóng cao tần ................................................................ 21 1.5. Hướng dẫn tra cứu diode ...................................................................... 22 Chương 2: Transistor ........................................................................................ 25 2.1. Transistor lưỡng cực (Bipolar junction transistor - BJT)...................... 25 2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của BJT ...................................... 25 2.1.2. Các họ đặc tuyến tĩnh của BJT...................................................... 27 1. Đặc tuyến BJT mạch chung emitter (EC) ...................................... 28 2. Đặc tuyến BJT mạch chung base (BC)........................................... 30 3. Đặc tuyến BJT mạch chung cllector (CC)...................................... 33 2.1.3. Các tham số kỹ thuật của BJT....................................................... 34 2.1.4. Phân cực và ổn định điểm công tác của Transistor ...................... 36 1. Nguyên tắc chung phân cực transistor .......................................... 36 2. Đường tải tĩnh và điểm công tác tĩnh ............................................. 37 3. ổn định điểm công tác tĩnh khi nhiệt độ thay đổi .......................... 39 178 4. Phân cực cho BJT bằng dòng cố định ............................................ 40 5. Phân cực cho BJT bằng điện áp phản hồi....................................... 42 6. Phân cực cho BJT bằng dòng emitter (hồi tiếp dòng điện) ............ 45 2.2. Transistor trường (Field Effect Transistor FET) ................................. 51 2.2.1. Transistor trường cửa tiếp giáp - JFET.......................................... 52 2.2.2. Transistor trường loại MOSF ....................................................... 56 1. Transistor trường MOSFET loại kênh cảm ứng ............................. 56 2. Transistor trường MOSFET loại có kênh tạo sẵn........................... 60 2.2.3. Mạch phân cực cho FET .............................................................. 62 2.2.4. Các tham số của FET .................................................................... 64 2.3. Transistor một lớp tiếp giáp UJT (Uni junction Transistor) ................. 65 2.3.1. Cấu tạo của UJT ............................................................................ 65 2.3.2. Đặc tuyến V A của UJT .............................................................. 66 2.3.3. Các thông số cơ bản của UJT........................................................ 67 2.3.4. ứng dụng của UJT ......................................................................... 68 2.4. Hướng dẫn tra cứu transistor ............................................................... 69 2.4.1. Cách sử dụng cẩm nang tra cứu thay thế ..................................... 69 2.4.2. Hướng dẫn tra cứu linh kiện trên internet .................................... 72 Chương 3: Các mạch khuếch đại cơ bản tín hiệu nhỏ dung BJT, FET ....... 78 3.1. Những vấn đề chung về mạch khuếch đại............................................ 78 3.1.1. Nguyên lý xây dựng tầng khuếch đại............................................ 78 3.1.2. Các chỉ tiêu cơ bản của một tầng khuếch đại................................ 79 3.1.3. Phân loại bộ khuếch đại ................................................................ 80 3.1.4. Các chế độ làm việc cơ bản của một tầng khuếch đại .................. 81 3.2. Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực.................................................. 83 3.2.1. Tầng khuếch đại emitter chung (EC-Emitter common)................ 84 3.2.2. Tầng khuếch đại collector chung (CC-Collector common) .......... 90 3.2.3. Tầng khuếch đại base chung (BC-Base common) ........................ 92 3.3. Khuếch đại dùng transistor trường (FET) ............................................ 93 3.3.1. Khuếch đại cực nguồn chung (SC-Source common)..................... 93 3.3.2. Khuếch đại cực máng chung (DC-Drain common) ...................... 97 Chương 4: Linh kiện nhiều mặt ghép104 4.1. Thyristor.............................................................................................104 179 4.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc....................................................104 4.1.2. Đặc tuyến V-A của thyristor...105 4.1.3. Các thông số cơ bản của thyristor107 4.1.4. Một số ứng dụng của thyristor.109 4.2. TRIAC, DIAC ...................................................................................110 4.2.1. Triac ............................................................................................110 4.2.2. Diac .............................................................................................113 4.2.3. ứng dụng của Triac, Diac ............................................................113 4.3. Các linh kiện điều khiển khác ............................................................115 4.3.1. SCS ............................................................................................ 115 4.3.2. GTO ...........................................................................................118 4.3.3. PUT ............................................................................................120 4.3.4. DIODE SHOCKLEY ..................................................................123 4.3.5. SUS Và SBS.................................................................................124 4.4. Hướng dẫn tra cứu linh kiện nhiều mặt ghép ....................................126 Chương 5: Linh kiện quang điện ...................................................................130 5.1. Diode phát quang LED (Light Emitting Diode) ................................130 5.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc ....................................................130 5.1.2. Các thông số đặc trưng cho LED ................................................131 5.2. Diode Laser .......................................................................................133 5.2.1. Điều kiện cho bức xạ laser ..........................................................133 5.2.2. Cơ chế bức xạ laser .....................................................................133 5.2.3. Cấu trúc Diode Laser ..................................................................135 4.2.2. Đặc trưng kỹ thuật cơ bản của laser bán dẫn ..............................136 5.3. Photo diode (diode quang) .................................................................137 5.4. Photo transistor (Quang transistor) ....................................................138 5.4.1. Photo BJT ....................................................................................138 5.4.2. Photo transistor trường ................................................................140 5.5. Photo thyristor ...................................................................................141 5.6. Ghép quang (opto couplers) ...............................................................143 5.7. Công tắc ánh sáng ..............................................................................145 5.8. Điện trở quang (light dependent resistor - LDR) ...............................146 5.9. Sợi quang............................................................................................149 180 5.9.1. Khái niệm về sợi quang...............................................................149 5.9.2. Cấu tạo và nguyên tắc truyền ánh sang trong sợi quang.............149 5.9.3. Góc mở và công suất phun ..........................................................151 5.9.3. Các đặc trưng của sợi quang .......................................................152 Chương 6: Vi mạch (Integrated circuit IC)............................................... 154 6.1. Khái niệm về vi mạch........................................................................154 6.1.1. ưu, nhược điểm của vi mạch.......................................................154 6.1.2. Các nguyên tắc cơ bản để xây dựng một vi mạch.......................156 6.1.3. Phân loại vi mạch........................................................................157 6.2. Giới thiệu một số công nghệ chế tạo vi mạch....................................160 6.2.1. Chế tạo transistor n-p-n cơ sở....................................................160 6.2.2. Chế tạo diode thường..................................................................165 6.3. Các chú ý khi sử dụng, tra cứu vi mạch.............................................171 6.3.1. Chú ý khi sử dụng vi mạch.........................................................171 6.3.2. Cách tra cứu vi mạch..................................................................172 Tài liệu tham khảo.........................................................................................176 Mục lục............................................................................................................177 181