Bài giảng Cấu kiện điện tử - Trần Thúy Hà

 ra cặp điện tử và lỗ 
trống mới. Lần nữa, cặp hạt tải điện này lại đƣợc gia tốc dƣới điện trƣờng và tham gia vào quá 
trình ion hóa các nguyên tử bằng va chạm. 
Một photon hấp thụ tại điểm A tạo ra một cặp điện tử- lỗ
trống bằng chuyển dịch điện tử AB (điện tử B ở trong
vùng dẫn, lỗ trống A ở trong vùng hóa trị). Hai hạt quang
tải này đƣợc đặt trong một điện trƣờng rất mạnh nên
chúng lập tức đƣợc gia tốc. Với sự gia tốc này điểm B thu
đƣợc một động năng lớn, do đó, năng lƣợng toàn phần
của điện tử này lớn hơn năng lƣợng ở đáy của dải dẫn.
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 444
8.3.3. Tế bào quang điện
Pin năng lƣợng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện),
là thiết bị bán dẫn chứa lƣợng lớn các điôt PN, chuyển đổi ánh
sáng mặt trời thành dòng điện. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng
quang điện.
Hình 8-25. Cấu tạo của một tế bào quang điện
Cấu tạo:
Tế bào quang điện thƣờng đƣợc 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 đƣợc bọc trong vỏ bảo vệ với 2 điện cực dẫn ra ngoài.
R t IR
UL
Si (N)
Si (P)
Miền điện tích 
không gian
Điện cực (A)
Điện cực (K)
Ánh sáng
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 445
8.3.3. Tế bào quang điện
Khi chiếu sáng lên lớp bán dẫn N, do quá trình lƣợng tử hóa sẽ
sinh ra từng đôi điện tử - lỗ trống. Dƣới tác dụng của điện trƣờng
trong miền chuyển tiếp PN, 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 hƣớng điện trƣờng từ bán dẫn P sang bán dẫn N (EF) và ngƣợc
chiều với chiều của điện trƣờng tiếp xúc. Do đó, điện trƣờng tiếp
xúc giảm, hàng rào thế năng của tiếp xúc P-N giảm, các hạt dẫn
đa số sẽ khuếch tán qua tiếp xúc P-N. Hiện tƣợng này tiếp tục
đến một trị số EF nào đó mà trị số dòng điện do các lỗ trống
chuyển động trôi và chuyển động khuếch tán bằng nhau, thì
trạng thái cân bằng động trong tiếp xúc P-N đƣợc xác lập hiệu
điện thế UF ở hai đầu cực điện ổn định. Nhƣ vậy, tế bào quang
điện đã chuyển năng lƣợng ánh sáng sang năng lƣợng điện.
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 446
5.3.4. Transistor quang
N
P
N+
SiO2
C (cực góp)
E (cực phát)
B (cực gốc-để hở)
Ánh sáng
Miền điện tích không gian
SiO2Về mặt cấu tạo, transistor quang cũng
giống nhƣ transistor thƣờng nhƣng cực
base để hở (hình 8-26). Transistor quang
có một thấu kính trong suốt để tập
trung ánh sáng vào nối P-N giữa
collector và base.
Khi cực base để hở, chuyển tiếp gốc –
phát đƣợc phân cực thuận (TE) và
chuyển tiếp góp – gốc (TC) phân cực
ngƣợc nên transistor làm việc ở vùng
tích cực.
Transistor quang có 2 loại là P-N-P và N-P-N. Cực phát E là bán dẫn loại 
N+ có nồng độ tạp chất cao, cực gốc B là bán dẫn loại P, và cực góp C là 
bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp. Cực gốc là bề mặt đƣợc ánh 
sáng chiếu vào, nó đƣợc chế tạo rất mỏng để có điện trở nhỏ.
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 447
• Khi Transistor quang ở chế độ hoạt động
thì tiếp giáp BC được phân cực ngược còn
tiếp giáp BE phân cực thuận
• Khi ánh sáng chiếu vào Transistor quang,
các hạt tải được sinh ra và được khuếch
tán tới tiếp giáp BC, tiếp giáp này sẽ tách
điện tử và lỗ trống để góp phần tạo nên
dòng quang điện.
• Tiếp giáp BC có vai trò như một điốt
quang, các hạt tải từ phía tiếp giáp thuận
BE được tiêm chích vào cực gốc B. Dòng
quang điện trong miền B (dòng rò ICB ) sẽ
trở thành dòng IB và được khuếch đại lên
(+1) lần ở collector.
N
P
N
Ánh sáng
Rt
ECC
-
-
+
C
E
5.3.4. Transistor quang
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 448
Ứng dụng:
Mạch điện a) dùng transistor quang lắp Darlington với transistor công
suất để điều khiển rơle RY. Khi được chiếu sáng transistor quang dẫn
làm transistor công suất dẫn cấp điện cho rơle.
D
 1
N
1
1
8
3
 1
m
RY
+VCC
 !NPN
 !NPN
D
 !NPN
 !NPN 1
kR
 1
N
1
1
8
3
 1
m
RY
+VCC
 !NPN
 1
kR
 1
N
1
1
8
3
 1
m
RY
+VCC
 !PNP
(a) (b) (c)
Hình 9.21
5.3.4. Transistor quang
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 449
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
Mục đích: dùng để cách ly giữa các mạch có sự khác biệt lớn về điện
áp.
VD: mạch tự động điều khiển công suất có điện áp cao (U =
200V380V, 660V hay 1000V); mạch điều khiển thường có điện áp
thấp như các mạch logic, máy tính hay các hệ thống phải tiếp xúc với
con người.
Cấu tạo:
Bộ ghép quang gồm 2 thành phần gọi là sơ cấp và thứ cấp. Phần sơ
cấp là một điốt loại GaAs phát ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một
Transistor quang loại Silic. Khi được phân cực thuận, điốt phát ra bức
xạ hồng ngoại chiếu lên trên mạch của Transistor quang.
Nguyên lý: Phần sơ cấp là LED hồng ngoại biến đổi tín hiệu điện
thành tín hiệu ánh sáng. Tín hiệu ánh sáng này sẽ được phần thứ cấp
(Transistor quang) biến đổi lại thành tín hiệu điện
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 450
Đặc điểm:
• Điện áp cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp (vài trăm vôn  hàng ngàn
vôn)
• Bộ ghép quang có thể làm việc với IDC hoặc IAC có tần số cao
• Điện trở cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp có trị số rất lớn (vài chục
Mvài trăm M) đối với IDC
• Hệ số truyền đạt dòng điện (IC/IF): vài chục %  vài trăm % tuỳ
loại bộ ghép quang
 !NPN
 1
N
1
1
8
3
I
F
I
C
Hình 9.22 Nguyên lý Hình 9.23. Bộ ghép quang transistor
 !NPN
 1
N
1
1
8
3
1 4
2 3
 !NPN
 1
N
1
1
8
3
1
5
2
4
6
3
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 451
Các loại bộ ghép quang:
a) Bộ ghép quang Transistor:
Phần thứ cấp: Transistor loại Si. Đối với bộ ghép quang transistor có 4 chân
thì transistor không có cực B, trường hợp bộ ghép quang transistor có 6 chân
thì cực B được nối ra ngoài (hvẽ). Bộ ghép quang không có cực B có ưu
điểm là hệ số truyền đạt lớn, nhưng có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém.
Nếu nối giữa cực B và E một điện trở thì các bộ ghép quang transistor này
làm việc khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyền đạt bị giảm đi.
 NDAR1
 1k
1 5
2
4
6
3
 1
N
1
1
8
3
Hình 9.24 Transistor quang Darlington
b) Transistor quang Darlington:
có nguyên lý nhƣ bộ ghép quang với
quang transistor nhƣng với hệ số truyền
đạt lớn hơn vài trăm lần nhờ tính chất
khuếch đại của mạch Darlington. Nhƣợc
điểm: ảnh hƣởng bởi nhiệt độ rất lớn nên
giữa chân B và E của transistor sau
thƣờng có điện trở để ổn định nhiệt.
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 452
 !NPN
 !PNP
F
D
1
 B
P
1
0
4
S
A
K
G
 2
N
1
5
9
5
 1
N
1
1
8
3
1
52
4
6
3
c) Bộ ghép quang với quang Thyristor:
- Gồm một điốt quang và 2 transistor lắp theo nguyên lý của SCR.
- Khi có ánh sang hồng ngoại do LED ở sơ cấp chiếu vào điốt quang
thì sẽ có dòng điện IB cấp cho transistor NPN và khi transistor NPN
dẫn thì sẽ điều khiển transistor PNP dẫn điện. Như vậy thyristor
quang đã được dẫn điện và sẽ duy trì trạng thái dẫn mà không cần
kích liên tục ở sơ cấp.
- Để tăng khả năng chống nhiễu người ta nối giữa chân G và K bằng
một điện trở từ vài KΩ÷vài chục KΩ
Hình 9.25 Ký hiệu và cấu trúc bán dẫn tƣơng đƣơng của Thyristor quang
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 453
Ứng dụng:
- Các loại bộ ghép quang có dòng điện ở sơ cấp cho LED hồng
ngoại khoảng 10 mA.
- Đối với transistor quang khi thay đổi trị số dòng điện qua LED
hồng ngoại ở sơ cấp sẽ làm thay đổi dòng điện ra IC của
transistor quang ở thứ cấp.
- Các bộ ghép quang có thể dùng thay cho rơle hay biến áp xung
để giao tiếp với tải thường có điện áp cao và dòng điện lớn.
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 454
* Mạch điện hình 9.27 là ứng dụng của transistor quang để điều khiển
đóng ngắt rơle.
Transistor quang trong bộ ghép quang được ghép Darlington với
transistor công suất bên ngoài. Khi LED hồng ngoại ở sơ cấp được cấp
được cấp nguồn 5V thì transistor quang dẫn điều khiển transistor công
suất dẫn để cấp điện cho rơle RY. Điện trở 390Ω để giới hạn dòng qua
LED hồng ngoại khoảng 10mA.
Hình . 
 1k NDAR1
D
 1
N
1
1
8
3
390 Ω
+5V
 1
N
1
1
8
3
 1
m
RY
+24V
9.27 . 
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)
www.ptit.edu.vn
BÀI GIẢNG MÔN : CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHOA KTDT1
GIẢNG VIÊN: ThS. TRẦN THÚY HÀ
Trang 455
* Mạch điện hình 9.28 là ứng dụng của OPTO- Triac để đóng ngắt điện
cho tải dùng nguồn xoay chiều 220V.
Điện trở 1kΩ để giới hạn dòng qua LED hồng ngoại khoảng 10mA. Khi
LED sơ cấp được cấp nguồn 12V thì triac quang sẽ được kích và dẫn điện
tạo dòng kích cho triac công suất. Khi triac công suất được kích sẽ dẫn
điện như một công tắc để đóng điện cho tải.
+12V
 2
N
5
4
4
4
U
1
 D
3
0
 1
N
1
1
8
3
~220V
Tải
 1k
Hình 9.28 
5.3.5. Các bộ ghép quang (Opto- Couplers)