.c
om

Điện tử cho CNTT
Electronics for Information Technology

co

ng

Nguyễn Thị Thanh Nga
Bộ môn KTMT – Viện CNTT & TT
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

du
on

g

th

an

1

Thơng tin liên hệ

cu

u

§ Giáo viên: Nguyễn Thị Thanh Nga
§ Bộ mơn Kỹ thuật Máy tính,
Viện Cơng nghệ thơng tin và Truyền thơng
§ Phịng làm việc: B1 802
§ Mobile: 0904567424
§ Email:
2

2

1
CuuDuongThanCong.com

/>

Đề cương mơn học
§
§
§
§
§

IT3420 2(2-1-0-4)
Lý thuyết: 30 tiết
Bài tập: 15 tiết
Đánh giá: 50%-50%
Tài liệu học tập:
›
›


Bài giảng
Một số tài liệu tham khảo:

ng

Download tại:
/>
co

›

.c
om

§ Introductory Circuit Analysis, 10th edition, Boylestad
§ Electronic Device and Circuit Theory (2013), Robert L.Boylestad, Louis
Nashelsky
§ Microelectronics circuit analysis and design, 4th edition, Donal A.Neamen
§ Digital Electronics: Principles, Devices and Applications (2017), Anil
K.Maini

du
on

g

th

an


3

3

Nội dung
§ Phần 1

Chương 1: Khái niệm chung về Điện tử cho CNTT
Chương 2: Cấu kiện điện tử
Chương 3: Mạch điện tử cơ bản

cu

u

›
›
›

§ Phần 2
›
›
›
›

Chương 1: Cơ sở lý thuyết mạch số
Chương 2: Các cổng logic cơ bản
Chương 3: Các mạch tổ hợp
Chương 4: Các mạch dãy


4

4

2
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

Nội dung

co

ng

.c
om

1. Lý thuyết vùng năng lượng trong chất rắn
2. Linh kiện thụ động và ứng dụng
3. Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

g

th

an


5

5

du
on

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

cu

u

1. Vật liệu bán dẫn và đặc tính
2. Điơt và ứng dụng
3. Transitor và ứng dụng

6

6

3
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử


2.1 Lý thuyết vùng năng lượng trong chất rắn

Mức năng lượng
Vùng dẫn
Vùng cấm

Chất dẫn điện

Vùng hóa trị

.c
om

Chất cách điện

Chất bán dẫn

co

ng

§ Một điện tử trong vùng hóa trị của Si phải hấp thụ 1 lượng
năng lượng lớn hơn điện tử trong vùng hóa trị của Ge để
trở thành điện tử tự do.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th


an

7

7

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

cu

u

§ Là chất bán dẫn có độ dẫn điện ở mức trung gian
giữa chất dẫn điện và chất cách điện, hoạt động như một
chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt
độ phịng.
§ Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp
chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau.
§ Được chia thành 2 loại:
›
›

Bán dẫn tinh khiết
Bán dẫn tạp chất


8

8

4
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Cấu trúc nguyên tử
§ Nguyên tử được cấu thành từ:
›
›
›

Proton mang điện tích dương
Neutron trung hồ điện
Electron mang điện tích âm

Hạt nhân
Electron hoá trị

co


ng

.c
om

4 electron hoá trị

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

9

9

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Cấu trúc ngun tử
§ Ngun tử được cấu thành từ:
Proton mang điện tích dương

Neutron trung hồ điện
Electron mang điện tích âm

cu

u

›
›
›

3 electron hố trị

Hạt nhân
5 electron hoá trị

10

10

5
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính


ng

.c
om

Liên kết hố trị

co

§ Trong tinh thể Si/Ge, 4 electron hố trị của 1 nguyên tử
liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử xung quanh.
11

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

11

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính


cu

u

Liên kết hố trị

§ GaAs là 1 hợp chất bán dẫn nhóm 3-5, mỗi nguyên tử
được bao xung quanh là các nguyên tử loại kia.

12

12

6
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

ng
13

Chương 2: Cấu kiện điện tử


g

th

an

13

co

§ Khi các điện tích hố trị
hấp thụ 1 năng lượng đủ
lớn, nó sẽ bứt ra và trở
thành điện tích tự do.
§ Nhiệt độ càng cao, năng
lượng của các electron
càng lớn.
§ Vật liệu bán dẫn có hệ
số nhiệt điện trở âm:
nhiệt độ càng cao thì
tính dẫn điện càng tăng
→ trở kháng càng giảm

.c
om

Điện tích tự do

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Điện tử và lỗ trống

cu

u

§ Khi các điện tích hố trị hấp thụ 1 năng lượng đủ lớn, nó
sẽ bứt ra và trở thành điện tích tự do, tạo ra một trạng
thái trống tích điện dương trong liên kết hố trị tại vị trí
electron vừa rời bỏ.
§ Trạng thái này còn được gọi là lỗ trống

14

14

7
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng


2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Dịng điện tử và dịng lỗ trống

co

ng

.c
om

§ Khi nhiệt độ tăng, càng nhiều liên kết hoá trị bị phá vỡ
tạo ra càng nhiều electron tự do và trạng thái trống
dương.
§ Nhiều electron di chuyển về phía bên phải tạo thành
dịng electron.
§ Tương ứng nhiều lỗ trống được tạo thành ở phía bên trái
tạo thành dòng lỗ trống.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

15

15


du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Phân loại chất bán dẫn

cu

u

§ Bán dẫn thuần (tinh khiết)
§ Bán dẫn pha tạp chất

16

16

8
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng


2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Bán dẫn thuần (tinh khiết)

co

ng

.c
om

§ Có mật độ electron tự do bằng với mật độ lỗ trống
§ Trong thực tế, là loại bán dẫn được giảm thiểu tạp chất
tới mức nhỏ nhất theo công nghệ hiện tại.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

17

17

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Bán dẫn tạp chất

cu

u

§ Là vật liệu bán dẫn có mật độ electron và mật độ lỗ trống
khơng bằng nhau bằng cách pha thêm tạp chất.
§ Chia thành 2 loại:
›
›

Bán dẫn loại n: mật độ electron tự do nhiều hơn
Bán dẫn loại p: mật độ lỗ trống nhiều hơn

18

18

9
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Bán dẫn loại n

ng
co

19

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

19

.c
om

§ Là loại bán dẫn được
hình thành khi thêm
vào tạp chất có 5
electron hố trị trên
nền Si.
§ 1 ngun tử tạp chất

liên kết với 4 nguyên
tử Si xung quanh dẫn
đến thừa 1 electron
hoá trị.
§ Được gọi là nguyên
tử cho.

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Bán dẫn loại n

cu

u

§ Mặc dù dư electron hố trị nhưng vẫn trung hồ về điện
§ Các electron tự do cần hấp thụ ít năng lượng hơn để
chuyển lên vùng dẫn so với các electron trong liên kết
hoá trị.

Eg của vật liệu
bán dẫn thuần

Mức năng lượng cho


20

20

10
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

ng
21

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

21

co


§ Là loại bán dẫn được
hình thành khi thêm
vào tạp chất có 3
electron hố trị trên
nền Si.
§ 1 nguyên tử tạp chất
liên kết với 4 nguyên
tử Si xung quanh dẫn
đến thiếu 1 electron
hoá trị, tạo thành 1 lỗ
trống.
§ Được gọi là nguyên tử
nhận.

.c
om

Bán dẫn loại p

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Nồng độ hạt dẫn đa số

cu


u

§ Trong bán dẫn loại n: electron là hạt dẫn đa số và lỗ
trống là hạt dẫn thiểu số.
§ Trong bán dẫn loại p: lỗ trống là hạt dẫn đa số và
electron là hạt dẫn thiểu số.

22

22

11
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Lớp tiếp giáp pn
§ Hai khối bán dẫn p-n tiếp xúc nhau
§ Do chênh lệch nồng độ → hiện tượng khuếch tán của các
hạt dẫn đa số:
›

co


ng

.c
om

›

Điện tử khuếch tán từ n → p
Lỗ trống khuếch tán từ p → n

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

23

23

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Lớp tiếp giáp pn cân bằng nhiệt


cu

u

§ Trên đường khuếch tán, các điện tích trái dấu sẽ tái hợp
với nhau → trong một vùng hẹp ở hai bên ranh giới có
nồng độ hạt dẫn giảm xuống rất thấp.
§ Tại vùng đó, bên p hầu như chỉ cịn ion nhận tích điện
âm, bên n hầu như chỉ cịn ion cho tích điện dương.

Vùng nghèo

24

24

12
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Lớp tiếp giáp pn cân bằng nhiệt


ng
25

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

25

co

§ Tại nhiệt độ phịng, VT
được gọi là điện áp
nhiệt, có giá trị:

.c
om

§ Trong vùng nghèo tồn
tại rất ít electron tự do
hay lỗ trống.
§ Chênh áp giữa hai
vùng được gọi là hàng
rào điện thế, được tính
bởi:


du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Lớp tiếp giáp pn phân cực ngược

cu

u

§ Đặt một điện áp dương VR vào đầu n của lớp tiếp giáp pn
§ Hàng rào điện thế tăng → vùng nghèo mở rộng → điện
trở tăng
§ Dịng điện qua chuyển tiếp pn nhỏ và nhanh chóng đạt
trạng thái bão hồ.

26

26

13
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Lớp tiếp giáp pn phân cực thuận

co

ng

.c
om

§ Đặt một điện áp dương VD vào đầu p của lớp tiếp giáp pn
§ Hàng rào điện thế giảm → hạt dẫn đa số tràn qua hàng
rào sang miền đối diện → tình trạng thiếu hạt dẫn trong
vùng nghèo được giảm bớt → bề dày vùng nghèo thu
hẹp → điện trở giảm
§ Dịng điện qua chuyển tiếp pn lớn và tăng nhanh theo
điện áp.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

27


27

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

Mối quan hệ Volt-Ampere lý tưởng

cu

u

§ Mối quan hệ lý thuyết giữa điện áp – dòng điện trong lớp
tiếp giáp pn được thể hiện bởi:

§ IS: dịng bão hồ phân cực ngược, (10-18 – 10-12A)
§ VT = 0.026V ở nhiệt độ phịng
§ n: hệ số lý tưởng, 1 ≤ n ≤ 2
28

28

14
CuuDuongThanCong.com

/>


Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

ng

.c
om

Mối quan hệ Volt-Ampere thực tế

co

§ Phân cực ngược: dịng điện ngược gần như = 0
§ Phân cực thuận: dịng điện là hàm mũ của điện áp.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

29

29


du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính

cu

u

Điện áp đánh thủng

Phụ thuộc nhiệt độ

Phụ thuộc mật độ tạp chất
30

30

15
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng


co

ng

.c
om

1. Vật liệu bán dẫn và đặc tính
2. Điôt và ứng dụng
3. Transitor và ứng dụng

g

th

an

31

31

du
on

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3.2 Điôt và ứng dụng

cu


u

1. Khái niệm
2. Ký hiệu
3. Đặc tính Volt-Ampere
4. Mơ hình và phân tích 1 chiều
5. Mơ hình và phân tích xoay chiều
6. Ứng dụng của điôt

32

32

16
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Khái niệm

.c
om

§ Cấu tạo: là một linh kiện bán dẫn được tạo thành bằng

cách đặt 2 lớp vật liệu bán dẫn loại p và loại n tiếp giáp
với nhau.

co

ng

§ Ký hiệu:

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

33

33

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

Đặc tính Volt-Ampere


cu

u

§ Điện áp rơi trên điơt v dũng in qua iụt cú dng:

Đ Trong ú:
ã IS: dịng bão hồ phân cực ngược,
(10-18 – 10-12A)
• VT = 0.026V ở nhiệt độ phịng
(điện áp nhiệt)
• n: hệ số lý tưởng, 1 ≤ 𝑛 ≤ 2

Vùng
phân
cực
thuận

Vùng phân cực ngược
34

34

17
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử


co

ng

1. Khái niệm
2. Ký hiệu
3. Đặc tính Volt-Ampere
4. Mơ hình và phân tích 1 chiều
5. Mơ hình và phân tích xoay chiều
6. Ứng dụng của điôt

.c
om

2.3.2 Điôt và ứng dụng

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

35

35

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

Mơ hình và phân tích 1 chiều

cu

u

§ Điơt lý tưởng
§ Phương pháp lặp và phân tích hình học
§ Mơ hình tuyến tính từng đoạn

36

36

18
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng


Điơt lý tưởng
§ Đặc tính Volt-Ampere lý tưởng

ng

.c
om

Mạch tương đương khi
phân cực thuận

37

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

37

co

Mạch tương đương khi
phân cực ngược

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

Điôt lý tưởng

§ Xét mạch chỉnh lưu bao gồm:
Nguồn xoay chiều 𝜐'
Điơt
Điện trở R

cu

u

›
›
›

Tín hiệu vào trước chỉnh lưu
38

38

19
CuuDuongThanCong.com

/>


Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Điơt lý tưởng
§ Mạch tương đương 1 chiều
Phân cực ngược

co

ng

.c
om

Phân cực thuận

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

39

39


du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Mơ hình và phân tích 1 chiều

cu

u

§ Điơt lý tưởng
§ Phương pháp lặp và phân tích hình học
§ Mơ hình tuyến tính từng đoạn

40

40

20
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng


2.3.2 Điôt và ứng dụng

Phương pháp lặp và phân tích hình học

co

ng

.c
om

§ Phương pháp lặp sử dụng Thử và sai để tìm ra lời giải.
§ Phân tích hình học vẽ hai phương trình đồng thời, giao
điểm của hai đường chính là lời giải.

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

41

41

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

Phương pháp lặp

cu

u

§ Xét mạch điơt đơn giản:

Mặt khác:

?
42

42

21
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng


Phương pháp lặp
§ Xét mạch điơt đơn giản:

co

ng

.c
om

§ vD=0.6V → vế phải = 2.7V
§ vD=0.65V → vế phải = 15.1V
§ vD=0.619V → vế phải = 4.99V

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

43

43

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

cu

u

Phương pháp phân tích hình học
Đường đặc tính
dịng điện-điên áp điơt
Điểm làm việc Q

Đường tải

44

44

22
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng


co

ng

.c
om

Phương pháp phân tích hình học

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

45

45

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điôt và ứng dụng

cu


u

Phương pháp phân tích hình học

46

46

23
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Mơ hình và phân tích 1 chiều

co

ng

.c
om

§ Điơt lý tưởng
§ Phương pháp lặp và phân tích hình học

§ Mơ hình tuyến tính từng đoạn

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

47

47

du
on

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Mơ hình tuyến tính từng đoạn

u

§ Xấp xỉ đặc tính dịng điện – điện áp sử dụng mối quan hệ
tuyến tính hoặc các đường thẳng.

cu


§ V) > V+ : xấp xỉ bằng một đường
thẳng có độ nghiêng =

›

›

r0 : điện trở phân
cực thuận
V+ : điện áp
ngưỡng

,

-.

48

48

24
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 2: Cấu kiện điện tử

2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng


Mơ hình tuyến tính từng đoạn
§ Xấp xỉ đặc tính dịng điện – điện áp sử dụng mối quan hệ
tuyến tính hoặc các đường thẳng.

co

ng

.c
om

§ V) < V+ : xấp xỉ bằng một đường
// với trục VD ở giá trị dòng = 0

Chương 2: Cấu kiện điện tử

g

th

an

49

49

du
on


2.3 Linh kiện bán dẫn và ứng dụng

2.3.2 Điơt và ứng dụng

Mơ hình tuyến tính từng đoạn

u

§ Xấp xỉ đặc tính dịng điện – điện áp sử dụng mối quan hệ
tuyến tính hoặc các đường thẳng.

cu

§ Khi r0 = 0, điện áp qua điôt là 1
hằng số có giá trị V) = V+ khi điơt
ở trạng thái dẫn.

50

50

25
CuuDuongThanCong.com

/>