ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện khóa luận “Mô phỏng nguyên lí hoạt động
của một số linh kiện bán dẫn sử dụng phần mềm Microsoft Power point” tôi
xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Th.S Phùng Công Phi Khanh,
người đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, có hiệu quả tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
tôi hoàn thành khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa vật lí đã hết
lòng dạy dỗ tôi trong những năm học vừa qua để tôi có kiến thức hoàn thành
khóa luận này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bè bạn đã giúp đỡ tôi để tôi
có thể hoàn thành bài khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, tháng 4 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Đặng Quốc Khánh
1
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung mà tôi đã trình bày trong khóa luận
này là kết quả của quá trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn chỉ
bảo tận tình của thầy giáo, Th.S Phùng Công Phi Khanh và các thầy cô giáo
trong khoa Vật Lí.
Những nội dung này chưa từng được công bố trong bất kì khóa luận tốt
quan tâm.
Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ thông tin đã
mang lại hiệu quả rất to lớn cho nhiều ngành nghề khác nhau trong xã hội.
Máy tính có khả năng mô phỏng các quá trình nguyên tắc hoạt động mà ở
điều kiện bình thường không thể quan sát thấy. Theo đó, cuộc ứng dụng công
nghệ thông tin đã, đang và sẽ là một hướng để thể hiện bài dạy môn kĩ thuật
điện tử. Thực tiễn đã chứng minh việc đưa công nghệ thông tin vào hỗ trợ
giảng dạy đã mang lại hiệu quả to lớn trong dạy và học nói chung cũng như
trong môn kĩ thuật điện tử nói riêng.
3
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
Nhằm giúp học sinh tiếp thu một cách có khoa học phát huy tính tích
cực chủ động trong hoạt động nhận thức tạo hứng thú cho học sinh thì sử
dụng một số phần mềm mô phỏng các quá trình, nguyên tắc hoạt động tỏ ra
ưu thế và rất cần thiết.
MS PowerPoint là một phần mềm thuộc nhóm MS Office, có chức
năng hỗ trợ việc thiết kế, soạn thảo và định dạng nội dung tài liệu, rất thuận
tiện cho việc trình bày trong giảng dạy, thuyết trình.... MS PowerPoint có các
đặc trưng của nhóm MS Office, cũng như Word, Excel.
Kết quả hiển thị theo cấu trúc màn hình trình chiếu, giao diện và công
cụ rất thân thiện, dễ dùng và linh hoạt. Các công cụ cơ bản về MS PowerPoint
(như: Text, Drawing, Picture, Chart... định dạng đối tượng...) hoàn toàn như
trong Word, Excel. Việc Chuyển đổi từ Văn bản của Word sang MS
PowerPoint rất đễ dàng. Do vậy, việc nắm vững Word sẽ hỗ trợ bạn rất nhiều,
giúp bạn dễ dàng tiếp cận với PowerPoint chỉ trong thời gian ngắn. Hệ thống
hiệu ứng phong phú, có thể được khai thác tạo nên khá nhiều cấu trúc, thậm
Chúng tôi cấu trúc luận văn gồm 3 chương :
Chương 1: Tổng quan về chất bán dẫn
Trong chương này chúng tôi đề cập đến chất bán dẫn và nguyên lí hoạt
động của một số linh kiện bán điển hình như là Diode và Tranzito.
Chương 2: Giới thiệu chung về phần mềm Microsoft Powerpoint
Trong chương này chúng tôi giới thiệu về phần mềm Microsoft
Powerpoint và giới thiệu một cách khái quát về giao diện cũng như các lệnh
cơ bản của phần mềm Microsoft Powerpoint.
Chương 3 : Xây dựng chương trình mô phỏng bằng Microsoft Power
Point
Chương 4 : Sử dụng phần mềm để mô phỏng.
5
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
B - NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
TỒNG QUAN VỀ CHẤT BÁN DẪN
1. 1. Sơ lược về lịch sử phát triển của nghành điện tử.
Vào năm 1947, tại phòng thí nghiệm của Bell, John Bardeen và Walter
Brattain đã thành công trong việc phát minh Transistor lưỡng cực BJT
(Bipolar JunctionTransistor). Đây là một bước ngoặt đánh dấu sự bắt đầu của
thời đại bán dẫn. Phát minh này và một chuỗi phát triển của công nghệ vi điện
tử đã thật sự làm thay đổi cuộc sống loài người.
- 1948: Transistor đầu tiên ra đời. Đây là một cuộc cách mạng của
ngành điện tử.
mang điện tích dương. Hiện tượng này gọi là sự phát sinh điện tử - lỗ trống.
Hình 1.2 Hiện tượng phát sinh điện tử-lỗ trống
Nếu đặt nguồn điện như hình vẽ thì e di chuyển về cực dương của
nguồn. E ở vùng hoá trị cũng có thể di chuyển về cực dương của nguồn nếu
nó có đủ năng lượng để từ mức năng lượng của nó lên mức năng lượng của lỗ
trống. Khi e này nhập vào lỗ trống thì nó để lại một lỗ trống ở phía sau. Vì
thế làm lỗ trống di chuyển về cực âm của nguồn. Dòng điện trong chất bán
7
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
dẫn là tổng 2 thành phần: dòng do e trong vùng dẫn và dòng do lỗ trống trong
vùng hoá trị. E di chuyển về cực dương nhanh hơn lỗ trống di chuyển về cực
âm vì khả năng e có đủ năng lượng cần thiết để nhảy lên vùng dẫn lớn hơn
khả năng e có đủ năng lượng để nhảy đến vị trí trống trong vùng hóa trị. Vì
vậy dòng e lớn hơn dòng lỗ trống trong Si. Tuy nhiên dòng này vẫn nhỏ nên
Si là cách điện.
1. 3. 2. Chất bán dẫn tạp :
1. 3. 2. 1. Chất bán dẫn tạp loại N
Hình 1.3 Đồ thị vùng năng lượng và cơ chế phát sinh
hạt dẫn trong bán dẫn loại n
Người ta tiến hành pha thêm các nguyên tử thuộc nhóm 5 bảng
Mendeleep vào mạng tinh thể chất bán dẫn nguyên chất nhờ công nghệ đặc
biệt, với nồng độ khoảng 1010 đến 1018 nguyên tử/cm3. Khi đó các nguyên tử
tạp chất thừa một điện tử vành ngoài, liên kết yếu với hạt nhân, dễ dàng bị ion
1. 4. 1 . Khi tiếp xúc p-n chưa được phân cực:
9
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
Hình 1.4 Tiếp xúc pn chưa được phân cực
Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (nn >> np, pp >> pn) nên có hiện
tượng khuếch tán các hạt dẫn đa số qua nơi tiếp xúc, tạo nên dòng khuếch tán
Ikt hướng từ miền P sang miền N. Tại vùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc xuất
hiện điện trường nội ETX hướng từ vùng N sang vùng P (do ion tạp chất tạo
ra). Nó cản trở chuyển động của dòng khuếch tán và gây ra dòng trôi ITR của
các hạt thiểu số có chiều từ N sang P qua mặt tiếp xúc làm ITR tăng, IKT giảm.
Quá trình này tiếp diễn cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng động.
Lúc đó IKT = ITR, dòng qua tiếp xúc bằng 0, hiệu thế tiếp xúc l à 0,1 V đối với
Ge và 0,4 V đối với Si.
1. 4. 2. Khi tiếp xúc pn được phân cực thuận :
Điện trường nội ngược chiều với điện trường ngoài nên tổng điện
trường tại vùng tiếp xúc giảm, làm cho vùng tiếp xúc bị thu hẹp lại, các hạt đa
số dễ dàng di chuyển qua vùng tiếp xúc này, dòng khuếch tán có chiều từ A
đến K tăng mạnh, dòng trôi do Etx gây ra không đáng kể.
10
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
V
Tiếp xúc p-n chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều từ p đến n. Đó
chính là tính chất chỉnh lưu của tiếp xúc p-n.
1. 5. Điốt bán dẫn
1. 5. 1. Cấu tạo
Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép
dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng
các tính chất của các chất bán dẫn.
Có nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thông thường, điốt
Zener, LED. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại
P ghép với một khối bán dẫn loại N.
12
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
1. 5. 2 Hoạt động
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương
nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này
có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận
thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích
điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện
dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và
khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành
các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới
dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).
Hình 1.7 Điện áp tiếp xúc hình thành.
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
1. 5. 3 Tính chất
Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt sang ca-tốt. Theo nguyên lý
dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dòng
điện qua điốt theo chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần
phải đặt ở a-nốt một điện thế cao hơn ở ca-tốt. Khi đó ta có UAK > 0 và
ngược chiều với điện áp tiếp xúc ( UTX ). Như vậy muốn có dòng điện qua
điốt thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức
là : UAK > UTX. Khi đó một phần của điện áp UAK dùng để cân bằng với
điện áp tiếp xúc ( khoảng 0.6 V ), phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận
qua điốt.
Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận và dòng điện qua điốt lúc đó
gọi là dòng điện thuận ( thường được ký hiệu là IF tức IFORWARD hoặc ID
tức IDIODE). Dòng điện thuận có chiều từ a-nốt sang ca-tốt.
Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốt trở nên dẫn điện
rất tốt, tức là điện trở của điốt lúc đó rất thấp ( khoảng vài chục Ohm ). Do
vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần
điện áp dùng để cân bằng với UTX. Thông thường phần điện áp dùng để cân
bằng với UTX cần khoảng 0.6 V và phần điện áp tạo dòng thuận khoảng 0.1
V đến 0.5 V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampere. Như
vậy giá trị của UAK đủ để có dòng qua điốt khoảng 0.6 V đến 1.1 V. Ngưỡng
0.6 V là ngưỡng điốt bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7 V thì dòng qua điốt
khoảng vài chục mA.
Nếu điốt còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược ca-tốt sang anốt. Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược với hiệu
điện thế lớn. Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA ) và thường không
cần quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi điốt chỉnh lưu đều không
Đặc tuyến Volt - Ampere của điốt là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng
điện qua điốt theo điện áp UAK đặt vào nó. Có thể chia đặc tuyến này thành
hai giai đoạn :
- Giai đoạn ứng với UAK = 0.7 V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt
phân cực thuận .
- Giai đoạn ứng với UAK = 0.7 V < 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt
phân cực nghịch. ( UAK lấy giá trị 0,7 V chỉ đúng với các điốt Si, với điốt Ge
thông số này khác ) .
Khi điốt được phân cực thuận và dẫn điện thì dòng điện chủ yếu phụ
thuộc vào điện trở của mạch ngoài ( được mắc nối tiếp với điốt ). Dòng điện
phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường
không đáng kể so với điện trở của mạch điện.
1. 5. 5 Ứng dụng
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi
phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều. Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực
thuận RD 0 ( nối tắt ), phân cực nghịch RD ( hở mạch ), nên điốt được dùng
làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp. Điốt chỉnh
lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều,
điều đó có ý nghĩa rất lớn trong kĩ thuật điện tử. Vì vậy điốt được ứng dụng
rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
1. 6. Tranzito
Tranzito ( transistor, tranzito ) là một linh kiện bán dẫn thường được sử
dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc là một khóa điện tử. Tranzito là một
khối cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết
bị điện tử hiện đại khác. Không phải ngẫu nhiên mà người sáng chế ra nó lại
đoạt giải thưởng Nobel danh giá vì nó. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên
17
Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó ( + )
nguồn vào cực C và ( - ) nguồn vào cực E. Cấp nguồn một chiều UBE đi qua
công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E, trong đó cực ( + ) vào chân B,
cực ( - ) vào chân E.
Hình 12.1 Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN
Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện
nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối CE ( lúc này dòng IC = 0 ).
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng
điện chạy từ ( + ) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối
BE về cực ( - ) tạo thành dòng IB. Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức
cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh
gấp nhiều lần dòng IB. Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào
dòng IB và phụ thuộc theo công thức: IC = β.IB. Trong đó :
IC là dòng chạy qua mối CE.
IB là dòng chạy qua mối BE.
β là hệ số khuyếch đại của Transistor.
19
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không
thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng
IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy
số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán
dẫn P ( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số
các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị
hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng
Ưu điểm của Powerpoint là sử dụng dễ dàng, làm được các hiệu ứng
hoạt hình một cách đơn giản, nhanh chóng và sinh động, kích thước của tập
tin nhỏ, thuận lợi cho việc lưu trữ và di chuyển.
2. 1. Khởi động và thoát Powerpoint.
Khởi động:
Chương trình PowerPoint được khởi động từ tập tin Powerpnt.exe chứa
trong thư mục Program File / Microsoft Office / Office /..., bạn có thể kích
hoạt khởi động trực tiếp từ tập tin này hoặc thực hiện theo cách thông thường
từ Start menu như sau:
Hình 2.1 Khởi động Power Point
Click chọn Start \ Programs \ Microsoft PowerPoint.
21
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
Nếu các biểu tượng này cài đặt trên màn hình Window hay trên thanh
Office bar bạn có thể kích chuột để khởi động nhanh.
Ở cửa sổ đầu tiên khi mở PowerPoint bạn chọn cách thiết kế như sau :
Có 4 lựa chọn :
Autocontent Wizart: trình hướng tạo nội dung
Design Template: Chọn dạng mẫu thiết kế
Blanhk Presentation: Mẫu trống để tự thiết kế
Open an existing presentation: Mở tập tin có sẵn
Bạn nên chọn Blank Presentation để tự bắt đầu một thiết kế mới hoặc
chọn Design Template để chọn mẫu trước khi thiết kế .
Chọn dạng trình bày trong cửa sỗ New Slide. Các biểu tượng trong cửa
sổ cho thấy các dạng trình bày khác nhau.
các chức năng định dạng.
Hình 2.6 Thanh định dạng
5 Màn hình thiết kế
Hình 2.7 Màn hình thiết kế
23
ĐẶNG QUỐC KHÁNH K33D SPKT
6. Thanh công cụ vẽ: Hiển thị biểu tượng các công cụ vẽ và trang trí.
Hình 2.8 Thanh công cụ
7. Thanh trạng thái: Hiển thị các thông tin hiện hành trong tập tin.
Hình 2.9 Thanh trạng thái
Có thể làm ẩn hoặc hiện các thanh công cụ từ trình đơn bằn cách chọn
View / Toolbars /... sau đó kích hoạt thanh công cụ nào cần dùng. Các thanh
công cụ đang hiển thị có biểu tượng như sau :
Hình 2.10 Hộp thoại bật / tắt thanh công cụ
Lưu ý: Muốn chuyển đổi qua lại giữa các chương trình chỉ cần ấn tố
hợp phím Alt + Tab.
2. 3. Làm việc với tập tin.
2. 3. 1 Tạo tập tin mới:
Copyright: Tài liệu đại học ©