Tải bản đầy đủ

Quang điện tử và vi mạch tổng hợp

Quang điện tử và Vi mạch tổng hợp
(IC)

1


Mục lục
Mục lục..............................................................................................................................................................2
A. Quang điện tử...............................................................................................................................................3
I. Định nghĩa - Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở
chịu sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng. Nói một cách tổng quát thì linh kiện
quang điện tử có thể chịu tác động của ánh sáng làm biến đổi điện trở, biến đổi dòng điện và biến đổi
hiệu điện thế trên nó hoặc khi ta cung cấp một dòng điện đi qua nó thì nó sẽ phát ra một bước sóng
ánh sáng nào đó với các màu xanh, đỏ, lam hoặc không màu...................................................................3
II. Cơ chế hoạt động......................................................................................................................................3
1. Linh kiện quang điện tử phát ra ánh sáng khi cấp điện cho nó..........................................................3
2. Linh kiện quang điện tử chịu sự tác động của sóng ánh sáng..........................................................5
III. Ứng dụng của linh kiện quang điện tử trong điều khiển cách ly...........................................................6
B. Vi mạch tổng hợp - IC...................................................................................................................................7
I. Định nghĩa..................................................................................................................................................7
II. Lịch sử.......................................................................................................................................................7

III. Phân loại..................................................................................................................................................7
1. Phân loại theo bản chất của tín hiệu điện...........................................................................................7
2. Phân loại theo công nghệ chế tạo........................................................................................................8
IV. Đánh giá...................................................................................................................................................8
1. Ưu điểm................................................................................................................................................8
2. Nhược điểm..........................................................................................................................................9
V. Những thông số kỹ thuật của vi mạch.....................................................................................................9

2


A. Quang điện tử
I. Định nghĩa

- Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở chịu
sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng. Nói một cách tổng quát thì linh
kiện quang điện tử có thể chịu tác động của ánh sáng làm biến đổi điện trở, biến đổi dòng
điện và biến đổi hiệu điện thế trên nó hoặc khi ta cung cấp một dòng điện đi qua nó thì nó
sẽ phát ra một bước sóng ánh sáng nào đó với các màu xanh, đỏ, lam hoặc không màu.

II. Cơ chế hoạt động
1. Linh kiện quang điện tử phát ra ánh sáng khi cấp điện cho nó
- Những linh kiện này được chế tạo nhằm mục đích chiếu sáng, trang trí và một số được sử dụng
trong các mạch điều khiển. Đặc điểm của những linh kiện này đó là khi ta cấp cho nó một dòng
điện chạy qua thì bản thân nó sẽ phát ra ánh sáng. Các linh kiện phổ biến nhất thuộc loại này
được biết đến với các tên gọi như đèn Led, Laser và đèn phát hồng ngoại.
3


a. Bóng đèn Led
- Dùng trong các biển quảng cáo, đèn chỉ thị,
làm báo hiệu và gần đây thì người ta đã chế
tạo nhiều bóng đèn Led với mục đích chiếu
sáng gia đình cũng như đường phố

b. Laser
- Ứng dụng nhiều trong trang trí, trong truyền tín
hiệu và điều khiển từ xa hoặc được dùng để cắt
gọt, gia công cơ khí. Đặc điểm của ánh sáng
Laser đó là truyền đi với một phương cực thẳng,
năng lượng có công suất lớn và bị suy hao năng
lượng trong không khí rất ít. Chính vì những đặc
điểm đó mà Laser còn được dùng làm tia định vị
trong những vũ khí bắn tỉa.

c. Đèn phát hồng ngoại
- Bề ngoài rất giống một bóng đèn Led bình thường nhưng
khi cấp điện vào ta không thể nhìn thấy ánh sáng mà nó
phát ra . Nó được sử dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa
trong các thiết bị điện tử gia dụng. Tại sao nó được sử dụng
nhiều trong các thiết bị điều khiển từ xa bởi vì nó phát ra
4


một sóng hồng ngoại có bước sóng nằm ngoài vùng ánh sáng chúng ta nhìn thấy nên nó it bị
nhiễu bởi ánh sáng.

2. Linh kiện quang điện tử chịu sự tác động của sóng ánh sáng
- Đây là những linh kiện có các thông số vật lý như điện trở, hiệu điện thế thay đổi khi có sóng
ánh sáng tác động vào. Chính sự biến đổi đó của những linh kiện này lên con người có thể dùng
ánh sáng để điều khiển những thiết bị này hoặc dùng chính những linh kiện quang điện tử ở phần
trên để điều khiển. Một số linh kiện quang điện tử phổ biến thuộc loại này có thể nói đến như pin
mặt trời, quang điện trở , photo quang điện , phototransistor, tế bào quang điện...

a. Pin mặt trời
- Ứng dụng rộng rãi trong xu thế sử dụng nguồn năng
lượng sạch từ thiên nhiên. Nguyên lý hoạt động của nó rất
đơn giản, chỉ cần có sóng ánh sáng chiếu vào là nó sinh ra
một hiệu điện thế. Người ta tích trữ năng lượng của nó
vào một hệ thống ắc quy để sử dụng điện năng vào ban
đêm
b. Quang điện trở
- Là một linh kiện điện tử thông dụng , thường được thấy
trong các thiết bị dùng ánh sáng để điều khiển. Điện trở của
linh kiện này sẽ thay đổi khi có ánh sáng chiếu vào, ở môi
trường tối sáng thì những linh kiện này có điện trở rất lớn
cỡ mê ga ohm , còn khi ra ngoài ánh sáng thì nó lại trở

5


thành một vật dẫn điện. Dựa vào đặc điểm này mà quang điện trở còn được sử dụng với chức
năng như một cảm biến ánh sáng.

III. Ứng dụng của linh kiện quang điện tử trong điều khiển cách ly
- Một trong những yêu cầu tối quan trọng trong các máy móc chính xác đó là độ bền và tính an
toàn điện. Bài toán đặt ra đó là khi thiết bị tiêu thụ như bóng đèn, máy bơm,.. chạy ở điện áp
hàng trăm vôn trong khi đó chíp điều khiển lại chạy ở điện áp thấp từ 3.3 đến 5 V. Trong quá
trình hoạt động để tránh dò điện áp cao đánh thủng chíp điều khiển thì linh kiện quang điện tử
được sử dụng để nâng cao tính ổn định của hệ thống. Các chip vi xử lý sẽ điều khiển các chuyển
mạch bán dẫn thông qua các linh kiện quang điện tử như opto couple để đóng cắt điện áp cao
cung cấp nguồn điện đến các tải tiêu thụ.

6


B. Vi mạch tổng hợp - IC
I. Định nghĩa
- IC – Vi mạch tích hợp là linh
kiện điện tử tích hợp nhiều các
linh kiện như tụ điện, điện trở,
transistor,... với số lượng lớn,
ghép lại với nhau theo một mạch
đã được thiết kế sẵn nhằm đáp
ứng mục đich sử dụng nào đó.
- Một vi mạch tích hợp bao gồm
một chip đơn tinh thể silic có chứa các linh kiện tích cực và linh kiện thụ động cùng dây nối giữa
chúng. Các linh kiện này được chế tạo bằng công nghệ giống như công nghệ chế tạo điôt và
tranzito riêng rẽ. Quá trình công nghệ này gồm việc nuôi cấy lớp epitaxi, khuếch tán tạp chất mặt
nạ, nuôi cấy lớp oxit, và khắc oxit, sử dụng ảnh in li tô để định rõ các giản đồ...

II. Lịch sử
Lịch sử phát triển của mạch tích hợp bắt đầu từ năm 1949, khi kỹ sư người Đức Werner
Jacobi (Siemens AG) nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn giống như mạch
tích hợp, có 5 transistor trên một bề mặt chung cho bộ khuếch đại 3 tầng, làm dụng cụ trợ thính.

III. Phân loại
1. Phân loại theo bản chất của tín hiệu điện
- IC tuyến tính: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra liên tục.
- IC số: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra rời rạc.

7


2. Phân loại theo công nghệ chế tạo
- Vi mạch bán dẫn (hay còn gọi là vi mạch đơn khối): Trong các vi mạch bán dẫn, các phần tử
tích cực và thụ động được chế tạo trên một đơn tinh thể bán dẫn (Si (N) hoặc Si (P)) làm chất
nền. Việc chế tạo vi mạch bán dẫn chủ yếu dựa trên quá trình quang khắc theo các phương pháp
Plana, Plana- epitaxi hay siloc.
- Vi mạch màng mỏng: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là thủy tinh cách
điện hay Ceramic bằng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân không, còn các phần tử
tích cực được hàn gắn vào mạch như các linh kiện rời rạc. Ưu điểm của loại này là chế tạo được
các điện trở và tụ điện có chất lượng cao và sai số nhỏ.
- Vi mạch màng dày: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là chất bán dẫn bằng
phương pháp quang khắc qua khuôn còn các linh kiện tích cực được hàn vào như linh kiện rời
rạc.
- Vi mạch lai: Trong đó tích hợp cả các linh kiện tích cực và các linh kiện thụ động trên một đế là
thuỷ tinh hoặc Ceramic theo cả hai công nghệ chế tạo vi mạch bán dẫn và vi mạch màng mỏng.
Vi mạch lai có độ tin cậy cao hơn loại vi mạch bán dẫn. Tuy nhiên, công nghệ chế tạo vi mạch lai
còn phức tạp nên giá thành của nó cao hơn, điều này hạn chế việc sử dụng công nghệ này.

IV. Đánh giá
1. Ưu điểm
- Vi mạch tích hợp có độ tin cậy rất cao, kích thước nhỏ, chứa được
nhiều phần tử (IC bậc 1 chứa 10 linh kiện, IC bậc 2 chứa 11 ÷ 100 linh
kiện, IC bậc 3 chứa 101 ÷ 1000 linh kiện, IC bậc 4 chứa đến 10000 linh
kiện hoặc lớn hơn), giá thành hạ, tiêu thụ ít năng lượng điện.

8


2. Nhược điểm
- Do sử dụng năng lượng nhỏ nên hạn chế tốc độ làm việc.
- Yêu cầu về độ ổn định nguồn cung cấp cao.

V. Những thông số kỹ thuật của vi mạch
- Mã số vi mạch: qua đó cho biết chức năng
- Hãng sản xuất
- Các thông số kỹ thuật khác (được quy định tùy thuộc vào từng loại vi mạch cụ thể)

9



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×