Phần 2 cuốn sách Tìm hiểu các mạch điện tử của bộ khuếch đại bộ lọc và bộ vi xử lý giới thiệu tới người đọc các nội dung: Các điôt ứng dụng đặc biệt, các transistor nối lưỡng cực (BJT), các mạch thiên áp DC, giới thiệu các hệ khuếch đại, các bộ khuếch đại có cực phát chung. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1348 Chương 5: Các điốt ứng dụng đặcbiệt (HUUNG 5 Các điết ứng dụng đặc hiệt MỤC ĐÍCH Sau khủ nghiên cứu nội dung trong chương này, bạn sẽ có thế: 1 2
Phát biểu mục địch sử dụng của điết tham số (varactor) Mô tả mối quan hệ giữa thiên áp của điết tham số và điện dung của vùng chuyển tiếp
Mô tả phương pháp mà một didt tham số có thể được
dùng làm linh kiện tỉnh chỉnh trong một mạch LC( ghép
song song hoặc nối tiếp)
Mô tả dòng điện đột biến và mối nguy hiểm mà no đưa ra trong một hệ thống điện tử
Liệt kê các đặc trưng cần thiết của mạch bảo vệ sự tăng
đột biến
Mô tả sự khác biệt giữa các điết dòng điện không đối
và các điết vùng chuyển tiếp pn
Mô tả hoạt động của điết đường hầm (tunnel điốt
Trang 2Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 349
10 8o sánh sự giống nhau và sự tương phan về hoạt động
thuận của các điết chuyển tiếp và điết Pin
BỐ CỤC
5.1 Các điết tham số (điết varator)
5.2 Các bộ khử Transient và các điết dòng điện không đổi
5.3 Các điết đường hẳm 5.4 Các điết khác
Tóm lược chương
5.1 CÁC ĐIỐT THAM SỐ (VARACTOR)
Varator là một kiểu điết chuyển tiếp pn có điện dung ở vùng chuyển tiếp tương đối cao lúc được tạo thiên áp đảo Tụ điện của vùng chuyển tiếp được điều khiển bởi một lượng điện
áp đáo áp vào thiết bị Điều này khiến cho linh kiện rất hitu dụng khi được chọn làm một tụ điện điều khiển điện áp Lưu ý
rằng varactor còn được gọi là một điốt tỉnh chỉnh Hai kiểu sơ đổ mạch điện được sử dụng phố biến trong varator được minh
hoa ở hình 5.1
Khả năng của một varactor hoạt động là một tụ điện điều
khiến điện áp thật là đễ hiểu lúc bạn khảo sát các đặc trưng thiên áp đảo của thiết bị này Lúc một vùng chuyển tiếp pn
được tạo thiên áp đảo, thì lớp cạn kiệt hoạt động làm một lớp cách điện giữa các bán dẫn loại p và loại n như minh hoạ trong hình 5.3a Như bạn biết một tụ điện được hình thành nên do
bởi một lớp cách điện (được gọi là chất khử từ ) nhằm tách rời hai lớp dẫn điện (được gọi là các tấm bản cực) Nếu bạn xem cac vật liệu loại p và loại n trong các varactor là các tấm bang
Trang 30 Chương 5: Các điỏt ứng dụng đặcbiệt K K a a A A HÌNH 5.1 Ký hiệu sơ đồ của varactor Vũng cạn kiệt TT ++ + + i ' ' r1 + + tt, Vật liêu loại p Ở (ai Ving chuyển tiếp ph với điên áp thiên Áp đảo nhỏ được áp vào Vũng cạn kiết Vật liên loại n Vật hiệu loại p == Ở* |Ỗ Ở- - tbì Vùng chuyển tiếp nh với điệu áp thiên ap dao tang ditde ap vao HÌNH 5.2
Điện dung của một vùng chuyển tiếp varactor được tạo thiên
Trang 4Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 35
Ở dây C là vùng chuyển tiếp toàn phần
# là độ thấm thấu của vật liệu bán dan
A la dién tich mat cắt của vùng chuyển tiếp W, là chiêu rộng của lớp cạn kiệt
Phương trình 5.1 không đựơc dùng trong bất cứ ứng dung
thực tiên bởi vì có nhiều các phân tắch toán học cần thiết để
xác định giá trị khi giải phương trình Tuy nhiên, nó được trình
ở đây bởi vì nó minh họa cho một khái niệm cần thiết: đó là giá
trị của C thì tỉ lệ nghịch với chiều rộng của lớp cạn kiệt Bởi vì chiều rộng của lớp cạn kiệt gia tăng lúc lượng thiên áp đảo gia tăng như minh họa trong hình 5.2b, nên chúng ta có thể thấy rằng, điện dung của vùng chuyền tiếp của varator gia tăng khi
thiên áp đáo của điết giảm và ngược lại Mối quan hệ giữa Vụ,
và C, được minh hoạ trong hình 5.3 Ạ,(pF) | 100 80 60 J} Ở_l 1l" Ẽ So Ve 1 -1ậ -1Ơ ~5 HÌNH 5.3
Như trong sơ đề đã mình họa, khi bạn gia tăng hoặc giam
Trang 5352 Chuong 5: Cae didt ung dung dacbiét lý tưởng trong việc sử dụng ở các mạch yêu cau tinh chỉnh để
điều khiến điện áp, Một ứng dụng như thế sẽ được trình bày trong phần này
5.1.1 Các đặc trưng của varactor
Trang đặc tắnh dành cho một varator đã cho cung cấp thông tin ma bạn cần cho bất cứ việc phân tắch mạch điện nào Hình 5.4 biểu thị một trang đặc tắnh và các đường cong hoạt động
của varactor nối tiếp Motorola MV209 Chúng tôi sử dụng trang
đặc tắnh này trong bản thảo luận về các tham số và đặc trưng
của varactor được sử dụng phổ biến
Các định mức cực đại dành cho varator giống hệt như các
định mức dùng cho các điốt vùng chuyển tiếp pn và điốt zener
Điều này cũng đúng cho các định mức điện áp đánh thủng đảo, định mức cường độ dòng điện rò đảo xuất biện trong các đặc trưng điện của trang đặc tắnh Bởi vì bạn đã quen thuộc với những định mức này cho nên chúng ta sẽ không thảo luận
chúng ở đây Nếu cần hãy tham kháo ở chương 2
Hệ số nhiệt độ của điện dung didt (TCc) bao cho ban biết số
lượng điện dung của linh kiện thay đổi khi nhiệt độ tăng 1ồC
bên trên 25ồC Định mức TCc dành varactor thuộc chuỗi MV209 1a 300ppm/C Điều này có nghìa rằng điện dung varactor tăng
300 phần trên một triệu khi nhiệt độ tăng 1ồC bên trên 25ồC
Ý nghĩa của phần trên một triệu là gì? Nó có nghĩa rằng
điện dung tăng một lượng 300 phần triệu (0.0003) giá định mức
của nó Nếu một giá trị định mức của tụ điện là 1pF thì sự thay đổi được cho là
AC = (0.0003)(1 pF) = 9.0003 pF
Boi vi dién dung dinh danh dugc liét ké trén trang dac tinh MV209 là 29 pK, cho nên độ gia tăng cua nó về điện đụng khi
Trang 6Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 353
AC = (0.0003)(29 pF) = 0.0087 pF
Như vậy thì varactor MV209 phải yêu cầu có sự gia tăng
nhiệt độ gần 115"C dé tạo nên một sự gia tăng về điện dung IpE, Đề thị biểu thị một quan hệ giữa nhiệt độ chung quanh và
điện dung thực tế của varactor được minh họa trong hình 5.4
Bề thị này vẽ điện dung chuẩn mực biến thiên theo nhiệt độ Như bạn thấy giá trị chuẩn là giá trị được xác lập sang 1 (một) Khi giá trị được chuấn hóa thì kết quá chỉ cho thấy thừa số mà qua đó giá trị thay đổi Vắ dụ để thị điện dung biến thiên theo nhiệt độ trong hình 5.4 thì giá trị chuẩn hóa gần đúng của
C = 0.978 tai T dén C = 1.016 tai T = 100ồC
Nếu chúng ta giả xử rằng varactor có điện dung thực tế là
29pF, miền các giá trị C, được tìm là
C, ẹ W.U78N29 pF: = 28.36 pF (tại T = -50ồC)
đến
Ạ 6.016029 pi) Ở 2946 pF (tại T = 100ồC)
Trang 7Ề 354 Chuong 5: Cac diét ung dung dacbiét
ON SemiconductorỎ
Silicon Epicap Diodes
Designed ter general feeyuency canlral
providing solid-state religbility wn replacement ề mechanical tuning
methods
ẹ the with Guaranteed AI
ẹ Controlled and Gastonn Turing Ratie ẹ Asuilable wn Suefitee Mount Package MAXIMUM RATINGS ymin Values ut VHF Frequencies nd thing applications, : ae? MBV109T1 MMBV109LT1* ! MV209* ! r 26-32 pF VOLTAGE VARIABLE CAPACITANCE DIODES Rượng Ravurse VoNago, Foorag Cunom "Forward Power Dessipalion T.*25C + erate above 25 ằ 280 28 ỘBunciion Tamporatune ỔStorage Temperature Range | Ộay maison [ianavioniti [vie | Unt : % wae] | $ | | 200 made |} =ỞỞỞỞ ỞỞỞdỞỞ- CASE 419-04, STYLE3 1 S6-/0S0T=323 20 | 200 | mw 2a Te | mwre 3 ro = : ỘBe 8b ậ DEVICE MARKING ELECTRICAL CHARACTERISTICS It
[ MBVIGETi s HA MABV109LT1 2 M4A, MV209 SMV209
85ồC unless otnenase noted Ý CASE 910-08, STYLES: ỔSOT-23 {70-2368} | |
Gharactortate Symbụ | Mm | Tp | Max | Um,
Reverse Oreakdoan valige th Van | 19 [| = | Ở | vee 2
wate) _ 1 ease rezos.srres |
Reverse Vollage Leakage Currem (Va = 2svaa " = | Tot 1 taker TO-92 (TO-226AC>
Diode Capaotiance femperowre Cooter 0 Vớc, ty tô Meta) TC | = [36 | | epee \"c I 2242 - catoor SC-?70/801-323 ace Cụ, Diode Capeoltence Q Figure of | Cạ, CapacRanco Vạ 63/0 Vúc, fw 1.0 MHE Ma Reto 1040 pF Vạxã0 Vức | ầ04.0 MH (Note C/ng Capone soT-23 anise ỔF050 Mee + Device Mm | Nam | Mmx | Mm | Mm | Mạ ẬeeỞs } MBV109T 1 # 2 3z 200 so | 65 1 1 Cahode To-sa HVBV 100,7! nau [4
1 Gas he rate of C, measured at 3 Vdc Orvided by C measured at 2ồ Vor
MABV308LT 1 1s aise available in bulk packaging Use MMBV1O9L ag tho drvica te 1o 01d this device m Buk
fa)
Trang 8Chuong 5: Cae diét ung dung dac biét 355 wor # g Ọ goa 5 Ex z a ye ay tevewmeth > ,| + Ẩ eave "y + 40 39 E2 dỡ 100 1000,
Vy REVERSE VOLTAGE WOLTS 1 FREQUENCY dame;
Hình T1 Điện dụng det Hình 2 Hink cua Merit a iM TT ẹ yl Ở va-sove 1 4 4 g 1877 eran 2 Ế tuỞ Sẽ | ấm | Loe 4 2 | I Bigs te hen ậ ot t Som oe 1 oss - | BOO 88 OT Iz 14D or a HE Hồ HỆ HH dế
1g AMERT TEMPERATURE Te AMBIENT TEMPERATURE
Hinh & Dong diện vò Hiuh 4 Dién dung cua didt
(0)
HINH 5.4
Định mức điện dung điốt (C,) đã có phần tự giải thắch
Ứng với varactor chuỗi MV209, mức C, từ 26 dén 32 pF luc V,,
là 3 VẤ Giá trị định danh (29pF) là giá trị được định mức của linh kiện Nói cách khác thì MV209 sẻ được định mức tại một
diét varactor 29 pF thậm chắ mặc dù giá trị thưc tế giám ở bất
cứ nơi nào trong phạm vi được chỉ định V.= 3V
Định mức tỉ số điện đung của( CẤ) báo cho chúng ta biết
Trang 9356 Chương 5: Các điốt ứng dụng đặcbiệt
nghĩa rằng điện dung tại Vụ = 3 VẤ sẽ là 5.0 đến 6.5 lần giá trị
tại Vụ= 25Vdc
Giá trị C, càng cao thì miễn biến thiên của giá trị điện dung ứng với một varator đã cho càng lớn Vắ dụ chúng ta báo rằng có hai varator, mỗi cái có định mức C, 1a 51pF luc V,,=
5V Giả sử rằng D, có định mức C¡, = 1.5 ứng với VẤ= 5 cho đến 10 Vụ và D, có định mức C,= 4 ứng với VẤ= 5 cho đến 10 Vdc Để tìm điện dung ứng với mỗi điốt tại V.= 10V, chúng ta sẽ
chia giá trị của C, cho giá trị Cụ như sau
51 pE
Coy = pe = 34 PE (at Vg = 10 Vu)
va
51 pF
Cox = 4 = IRIS PF (at Vg = 10 Vac)
Như thế D, có một miễn điện dung từ 34 đến 51 pF và D, có một miễn từ 12.75 đến đ1 pF
Định mức C, của điết varactor thật quan trọng lúc thiết kế mạch Một varactor có định mức Ở, cao có thể được sử dụng trong các mạch tắnh chắnh thô, trong khi một varactor với một
Ạ, thấp có thể được dùng trong mạch tỉnh chỉnh Vấn đề chỉnh sẽ được thảo luận sâu hơn trong phần sau của phần này
Trong khi định mức C, của varactor có thể được sứ dụng đề
xác định miễn điện dung của nó, nó không dùng để xác định miễn điện dung điết tại một giá trị đặc biệt của VẤ Vắ dụ chúng
ta không thể sứ dụng định mức Ấcủa MV209 để xác định điện
dung của nó tại V, = 6V Thay vào đó ta cần sự dụng điện dung
biến thiên theo đường cong điện áp đảo được mình họa ở hình 5.4 Bằng cách sử dụng đường cong này, ta có thể xác định giá
Trang 10Chương 5: Các điết ứng dụng đặc biệt 3857 Dinh muc số liệu của merit là Q lần điện dung của vùng
chuyển tiếp Chúng ta có thể nhớ lại rằng Q của một tụ điện
chắnh là năng lượng lưu trữ trong tụ điện chia cho năng lượng thất thốt thơng qua dịng điện rò Nói cách khác thì Q là một
số đo về thế thức mà linh kiện hướng đến các đặc trưng công
suất của một tụ điện lý tưởng Một tụ điện lý tưởng sẽ có hiệu
suất là 100% có nghĩa là tất cả năng lượng được lưu trữ bởi linh
kiện sẽ đưa trở về mạch lúc tụ điện phóng điện Do đó tụ điện lý tướng có Q là vô hạn Giá trị của Q trong một tụ điện càng
lớn thì chất lượng của linh kiện càng tốt MV209 được định mức
tại Q= 200 (cực tiểu) Điều này có nghĩa rằng năng lượng được đưa về mạch do bởi tụ điện (lúc nó phóng điện) ắt nhất bằng 200 lần năng lượng thất thốt thơng qua dong điện rò
5.1.2 Các ứng dụng của varactor
Các varactor được đùng trong các mạch điều chắnh, điều
này sẽ được thảo luận chỉ tiết Một mạch LC điều chắnh có chứa một varactor như được minh hoạ ở hình 5.5 Lưu ý rằng điện dung của varactor được mắc song song với cuộn cảm Như thế varactor và cuộn cảm tạo nên một mạch LƠ song song hoặc một mạch thủng LC +W
Trang 11
358 Chương 5: Các điốt ứng dụng đặcbiệt
Trước khi chúng ta phân tắch hoạt động của varactor trong
mạch, ở đây có một vài điểm cần làm Trước tiên cần lưu ý
chiếu của varactor.Bởi vì varactor trỏ về phắa nguồn diện áp
đương, cho nên ta biết rằng nó được tạo thiên áp đảo Do đó nó
hoạt động làm một điện dung có điện áp biến thiên Đối với
hoạt động bình thường thì điết varactor được hoạt động trong vùng hoạt động đảo của nó (Một điết varator được tạo thiên áp thuận sẽ không hoạt động cho một mục đắch đặc biệt nào bởi vì
nó có các đặc trưng thuận giống hệt như diết vùng chuyển tiếp pn chuẩn ) Thứ hai, bởi vì R, ,R, tạo nên một bộ chia điện áp
qua đó xác định lượng thiên áp đảo giữa hai đầu của D, đo đó xác định được điện dung của nó Bằng cách điểu chỉnh cài đặt
R, ta có thể làm biến thiên điện dung của điết Điều này sẽ lần lượt làm biến đổi tần số cộng hưởng của mach LC
Tần số cộng hưởng của một mạch thùng LC được tìm bằng
cách sử dụng công thức sau:
'
3N LC
Nếu lượng thiển áp đảo có varactor bị giảm thì giá trị của
Ạ đành cho linh kiện phải tăng Sự gia tăng về C sẽ làm cho
tan số cộng hướng của mạch giảm Như thế một sự giảm về
thiên áp đảo sẽ gây nên sự giảm về tần số cộng hưởng Lý luận
tương tự một sự gia tăng thiên áp đảo cua varactor sé lam gia
tăng giá trị của / Điều này được minh họa trong vắ dụ 5.1
Vi DU 5.1
Mé6t mach thing LC duge minh hoa trong hình 5.5 có một cuộn cảm 1mH, Varactor này có các đặc trưng sau đây: CẤ=
Trang 12Chuong 5: Cac didt ung dyng dac biệt 359
Lời giải :
Lúc thiên áp đảo của varactor là 5V, thi gid tri cia C là
100pE Trong điêu kiện này thì giá trị /, được tắnh như sau:
| 1
I 503.29 kHz
3TX.ặC Ở 3X tÍ mi HÉEpEì
Giá trị của Ở tại V,= 10V được tìm bằng cách chia định mức
Ạ, cho giá trị của CẤ như sau : 100 pF TT 5 Bay gid gid tri cua f tại Vụ= 10V được tìm như sau i 1 2m\ Le fa\ rh Hao pF) _Ở = 793.77 kHz
Như thế thì lúc thiên áp đảo của varactor tăng từ 5 cho đến
10V, thì giá trị của / tăng từ 503.29 đến 795.77 kHz BAt TAP THUG HANH 5.1
Một mạch điện y hệt như mạch được minh hoạ ở hình 5.5 có cuộn cảm 3.3mH và một varactor có các đặc trưng sau
day C,= 51pF tai V,= 4V va C,= 1.8 với V.= 4 đến 10V
Hãy xác định giá trị của / danh cho V,= 4V va V,= 10V
Trang 13360 Chương 5: Các điổt ứng dụng đặcbiệt VÍ DỤ 5.2 Điốt trong hình 5.5 được thay thế bằng một điết có định mức C, = 100pF lúc VẤ= 5V và Cụ= 1.09 ứng với V,= 5 cho đến 10V Hãy xác định miễn tần số của mạch ting véi V,= 5 cho đến 10V
Loi giải: Trong vắ dụ 5.1 chúng ta xác định giá trị của Ặ_ tại V,= 5V phải là 503.29 kHz Có nghĩa là giá trị này không thay đổi Đối với mạch mới thì giá trị của C tại V,= 10V được tìm là 100 pF úyỢ pF Giá trị của / tại Vu= 10V bây giờ được tìm là { 1 Thêm aoa: 7 308.40 kHz 2mXV LC la\ Ul mHHOR pEF+
BAI TAP 'THYC HANH 5.2
Điết varactor trong bài tập thực hành 5.1 được thay thế bằng một điết có định mức C= 51pF luc V,= 4V và C,= 1.07 ứng với V,= 4 cho đến 10V Hãy xác định miễn tần số của mạch ứng với VẤ= 4 cho đến 10V
Bảng 5.1 khái quát hóa các giá trị được tìm trong vắ dụ 5.1
và 5.2 Như bạn thấy, miễn các tần số dành cho mạch trong vắ ề du 5.2 thì nhỏ hơn rất nhiều so với miễn tần số dùng cho mạch
Trang 14Chuong 5: Cac diét ing dung dac biét 361 BANG 5.1 Két qua tit vi du 5.1 và 5.2 Vắ dụ f.taiV,=5V f.taiV,=10V Af, 5.1 503.29 kHz 795.77 kHz 292.48 kHz 5.2 503.29 kHz 508.4 kHz 5.11 kHz
Mạch trong vắ dụ 5.1 có thể là một mạch chỉnh thô có nghĩa
rằng nó sẽ được dùng để làm thay đổi giá trị của / trên một
miễn các giá trị rộng lớn Mạch trong vắ dụ 5.2 lại là một mạch
tỉnh chắnh Nó được dùng dé chon một tần số bên trong một phạm vi nhỏ hơn Phần ôn tập 1 2 er oe
Một varactor hoạt động là một kiểu điện dung gì?
Mối quan hệ giữa lượng thiên áp đảo được áp vào một varactor va dién dung của nó là gì?
Định mức hệ số nhiệt độ điện dung điốt là gì? Đơn vị số đo của nó là gì?
Mối quan hệ giữa dién dung varactor và nhiệt độ như thế
nào?
Tý số điện dung của một varactor là gì?
Tại sao định mức Ở, của varactor lại quan trọng?
Q của một tụ điện là gì?
Giải thắch hoạt động của mạch được minh họa trong hình
5.5
Mối quan hệ giữa varactor được tạo thiên áp đảo và tần số
cộng hưởng của mạch được tắnh chỉnh là gì?
Trang 15362 Chương 5: Các điết ứng dụng đặcbiệt 11 Mối quan hệ giữa định mức CẤ của một varactor và kiểu
tỉnh chỉnh được cung cấp là gì?
12 Kiểu điện áp (cố định hoặc biến đổi) mà bạn nghĩ thường
xuyên phải được tìm để áp vào một varaetor và tại sao?
5.2 BỘ KHU TRANSIENT (SU TANG BOT BIEN) VA CAC
ĐIỐT DONG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI)
Trong phần này, chúng ta sé thảo luận hai điết mà hoạt
động của nó giống hệt như hoạt động của điốt zener chuẩn Thứ nhất là bộ khử transient Bộ khử transient chắnh là các điết zener có khả năng xử lý sự gia tăng đột biến cực kỳ cao Những điết này được đùng để bảo vệ mạch nhạy điện áp đo sự gia tăng đột biến xảy ra trong một vài điều kiện nhất định Thứ hai là điết đồng điện không đổi Điết đòng điện không đổi là một điết tổng trở cực kỳ cao để giữ lại một dòng điện thiết bị tương đối
không đổi trên một phạm vi các điện áp hoạt động thuận lớn
Nhu thé thi ding điện điốt không đổi có thể được xem như là một Ộphiên bản dòng điệnỢ của điết zener Luu y rang didt dong điện không đổi không thật sự là một điốết zener, mặc đù có nét
tương tự giữa hai thứ Thay vào đó nó là một sự biến đổi của
điết miễn chuyển tiếp pn
5.2.1 Bộ khử transient
Ở chương 4, trước đây chúng ta đã giới thiệu ý tưởng về việc sử dụng bộ xén shunt để bảo vệ một mạch tránh sự gia tăng đột
biến (hoặc transient) Các mạch bảo vệ gia tăng đột biến được minh họa trong hình 5.6 sẽ sử dụng bộ khử transient, được cấu hình đưới dạng bộ xén shunt, để bảo vệ đầu vào của một nguồn điện khỏi bất cứ sự gia tăng đột biến nào của đường dây điện ac Mỗi mạch phải có một cặp các bộ khử transient được quấn dây theo một cấu hình catốt chung giữa mỗi một cặp của đường
Trang 16Chương 5: Các điết ứng dụng đặc biệt 363 Fy ỞỞ.~.- OP xi: ĩ Đ
Mach ban vé dor buen
tại Bao vớ đột liên gữa các đương đây rồng và dây trưng lan 1 i Mách bảo vệ đói hiên dỡ Bạn về tuần bộ sa gaa tạng đốt biên giữa tất cả các đường đây điền vào HÌNH 5.6
Bạn có thể nhớ lại rằng một transient (hoặc surge) là một sự gia tăng đột biến điện áp cao (hoặc dòng điện cao) trong một thời gian cực kỳ ngắn thường trong đơn vị micro giây hoae milli giây Một sự gia tăng đột biến như thế trong các đường dây điện ae có thể gây thêm những tốn hai cuc ky nghiém trong cho
nguồn điện của bất cứ hệ thống điện tứ nào (chẳng hạn như máy vô tuyến truyền hình hoặc máy tắnh cá nhân) Các tran-
sient va su gia tang đột biến được tạo ra bởi các điều kiện khác nhau Thông thường thì chúng được tạo ra do bởi động cơ điện,
cac bộ điều hòa nhiệt độ và các bộ sưởi, các công tắc và các đèn
phát sáng Các mạch diện được mình họa trong hình 5.6 báo vệ nguồn điện khói hiện tượng đột biến bằng cách làm đoán mạch
Trang 17364 Chương 5: Các điốt ứng dụng dacbiét
Các bệ khử transient có nhiều công dụng khác nhau bên
cạnh điều hòa điện áp ac vốn đưa vào một nguồn điện Chúng được dùng trong nhiều thiết bị viễn thông, thiết bị tự động và
thiết bị tiêu dùng Do bởi phạm vi ứng dụng đa dạng, cho nên
bộ khử transient có sẵn trong miễn điện áp rộng lớn
Đối với một mạch bảo vệ tăng đột biến để nó hoat dong
hoàn chắnh, nó phải có các đặc trưng sau đây:
1, Các điết được dùng phải có các định mức công suất tỏa nhiệt cực kỳ cao Điều này bởi vì hầu hết sự gia tăng
đột biến đường đây điện ac phải có chứa một công suất cực kỳ cao thường lên đến hàng trăm watt hoặc cao hơn
2 Các điết phải có thể mở rất nhanh chóng Nếu didt & trong mạch bảo vệ sự tăng đột biến quá chậm thì nguồn điện có thể bị tổn hại trước khi chúng có cơ hội mở Những yêu câu về sự bảo vệ mạch tăng đột biến này dễ
dàng được đáp ứng khi bạn sử dụng bé transient
Các bộ khử transient có các đặc trưng hoạt động tổng quát
y hệt như là các điết zener Thực ra, thì sơ đỗ mạch điện dành cho bộ khử transient giống hệt như sơ đồ mạch điện dành cho
điết zener chuẩn Sự khác biệt chắnh giữa bộ khử transient và diét zener chuan đó là khả năng xử lý sự gia tăng đột biến của
bộ khử Bộ khử transient được thiết kế để tổa ra một lượng công suất cực kỳ cao trong một thời gian rất hạn hẹp Vắ dụ bộ khử transient 1N5908 có thể tỏa nhiệt lên đến 150 kQ trong một thời khoảng nhỏ hơn 10 ms Lượng công suất này thậm chắ trong một thời gian cực ngắn sẽ phá hủy bất cứ điốt zener
chuẩn nào
Bạn có thể liên tưởng rằng trong một khoảng thời gian hạn hẹp về định mức công suất của bộ khử transient có thể là một
Trang 18Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 365
tăng đột biến chỉ xảy ra trong một vài milli giây Như thế thì độ khử transient co thé xu ly bat ctf su gia tang đột biến nào
mới xảy ra
5.2.2 Các đặc trưng của bộ khử transient
Hình 5.7 biểu thị một phần của đặc tắnh 1N5908 Chúng ta
sẽ sử dụng các giá trị được minh hoa trong phần này để thảo
luận về các định mức cực đại cúa bộ khử transient và đặc trưng
điện
Các định mức cực đại là chuẩn ngoại trừ định mức tỏa nhiệt công suất cực đại (Pu) Định mức này chỉ ra khả năng xử lý sự
tăng đột biến của linh kiện Như chú ý dưới đây ở bảng 1 trong hình 5.7a, định mức này áp dụng cho sự gia tăng đột biến dòng điện không lặp lại và phải được xử lý tại nhiệt độ của đầu đây i6n hon 25ồC
Định mức PẤ của bộ khử transient phụ thuộc vào nhiệt độ
và thời gian như minh họa đổ thị ở hình 5.8 Đường cong khử định mức công suất (hình 2) là một đứờng cong khứ công suất chuẩn chỉ cho biết độ giám P, xảy ra (dưới dạng một tỷ lệ phần
trăm) khi nhiệt độ gia tăng Công dụng của đường cong này
được mình họa trong vắ dụ đ.3
VÍ DỤ 5.3
Một bộ khử tăng đột biến 1N5908 có một Đụ bằng 1500 W
tại 25ồG, Nó đang được dùng trong một mạch điện có nhiệt
độ chung quanh là 1000 Giá trị của Pu tại nhiệt độ này
bằng bao nhiêu?
Lời giải: Điểm mà tại đô đường cong cắt đường thắng T = 100ồG tương ứng với tỷ lệ phẩn trăm giảm định mức là 50%
Như vậy thì Đụ sẽ bằng 50% giá trị cực đại tại nhiệt độ này,
Trang 19306 Chương 5: Các điốt ứng đụng đặcbiệt BÀI TẬP THỰC HÀNH B.3 Dinh mic P,, cua 1N5908 tai T = 150ồC 1a bao nhiêu? PK
Bạn có thể hỏi tại sao chúng ta lại bận tâm với đường cong
nhiệt độ lúc trang đặc trưng dùng cho bộ khử chuỗi 1Nđã908 liệt kê một giá trị giảm định mức Giá trị định mức được liệt kê
trong bảng các định mức cực đại dùng cho định mức P , của các
lắnh kiện chứ không phải là định mức P,ẤẤ của chúng Để giam
định mức PẤẤ chúng ta phải sử dụng đường cong công suất biến
thiên theo nhiệt độ
Phụ thuộc thời gian của định mức P.Ấ được minh họa trong hình 5.8 Như bạn sẽ thấy PẤẤ và thời gian đột biến (độ rộng của xung)
biển thiên theo hướng tỷ lệ nghịch khi thời gian tăng đột biến gia
tang thi kha năng tỏa nhiệt của bộ khử sẽ giảm và ngược lại
Định mức cực đại khác được liệt kê trong hình 5.7 là một đồng điện đột biến Như minh họa 1N5908 sẽ xu lý một dòng
điện đột biến thuận là 200 A Như phần chú thắch số 3 dưới đây báng nằm trong phần (a) chi cho thay rang định mức này da
giá dụ trong thời gian cực đại là 8.3 ms và có một giới hạn bốn
xung trên một phút
Nhiều đặc trưng điện được liệt kê trong hình 5,7 được nhận
biết trên đường cong điết ở phần (b) Như được mình họa trên
đường cong, có bà định mức điện áp đảo cần quan tam
* Dien ap dao cuc dai hoat dong (V,,,,,) (working peak reverse voltage) day 1a dién ap dau de hoac điện áp đảo
cực đại, nó sẽ không vận hành linh kiện tạo vùng đánh thủng đáo (zener) hoạt động Nói cách khác, thì đây là
điện áp đáo cao nhất vốn sẽ không kắch khởi thiết bị để
đi vào dẫn điện Tắm quan trọng của định mức này có thể giải thắch bằng cách sử dụng mạch điện được minh họa trong hình 5.6a Với một đầu vào trên đường đây là
Trang 20Chuong 5: Cac diét ung dung dac biét 367
thé bé khu transient nao trong mach cũng phải có các
định mức Vụ lớn hơn 170 V Mặt khác các điết nay sé mở trong suốt thời gian hoạt động bình thường của mạch
1N5908
1500 Watt MosorbỎ Zener
Transient Voltage Suppressors UnidirectionalỖ er spiny Wr ih sngge "` 1 .` power sangshes and nang to pronect CMAN MOS ad Specticaton Features `" ety 8 Bo sa TÁ0H Larter Ly * Chane \dtage Peak Palos Curent Mechanics! Charact CASE, ven tr FINISH 2 bồng era
XIMUM LEAD TEMPERATURE FOR SOLDERING PURPOSES: 4ó T6Ợ ban the case te HA sec nds
chives poate nh Jellgrfy nàng MOUNTING POSITION Ans
Lemeldast Aicsrescitiny phate
slakes Ai votPosapt resistant an Beads ae met et co Symbo[ vet | tà [Rey Baw ee YL se | am he oe tạ HC te | [ew we [ae] owe a Ae Be tat abe Ht Seo tại XS ON SemiconductorỎ bilp:fonseeri com ỞỞỞỞ- ỘCatteke Anone AXIAL LEAD CASE ATA PLASTIC 1 = Asano Location 0.990 = JECEC Oren Cou YAW Wak Wek
HÌNH 5.7 Các định mức của bộ khử transient 1N5908 và
Trang 21368 Chương 5: Các điốt ứng dụng dacbiét
TROT RS CAARAP TERISTICS cha +25 6 ates 1 i
vera nated Vy = 35 ầ Man ip (Noe 21 # 100.45 na Ị
Symbol Parameter
toe] Menwrnn Reverse Poan Page Coron!
Caron Voage ve ỞỞ Ở : :
Working Peak Ruvcise VoRaQẠ ey |
Naaman Reverse Laakage Cultont @ Vania re {
Breakdown vollage: {Ir 1 Test Gunn Te | Fonwara Ganson _ Ye_| Forword vorage @ i -ỞI Uni-Directional TVS
Lud) PANEL CHANACPRISTICS (Fa 725 Cunless oerwie noted Vs ẹ 55V Max ky (Note 3-53 At
ve Breakdown Votiage Ve (ota) (Wate 7)
vovice | (NHES) |la@Vpwm | Yor (Notes) (voit | @ty
cwoiosy [even | ay | MHm | Nem | Max | Oma) | @ue= 1204 | @up=s6A | @iee= 304 maaan [v0 1% foo | - | - te rr so TP NOTES 3 Square saveforn PW 8 3 ms Non-reveuive duty cycle 4 TNS086 5 A Wansen suppressor 1s normally seloclgd acặ0:0Ing lo (hạ mi ac greater s$ JEDEC rogistend as a Uridbrectional device arty tno belvectOral OptOn} imum working peak rovetse worage (Vayu), WHEN shoul Be Hn than Ihe de or continuous peak operating vollage te
6 Ver aMrasured at pulse test current Jy 31 an ambienl lemperalure of 25ồC ahd emunumuim vollages sn Ven are 10 be Cones! 7 Suge cu rent wavelorm per Figure 4 and derale pet Figure 2 ol the General Data Ừ 1800 W at Ine beginmuny of is croup
(bì
HÌNH 5.7 (tiếp theo)
Định mức diện áp đánh thủng (V.Ấ) chắnh là điện áp đão cực đại hoặc dc vốn sẽ vận hành bộ khử transient vào vùng hoạt động đánh thúng đảo của nó (zener) Nói cách khác, đây là điện áp đảo vốn sẽ kắch khởi thiết bị vào vùng dẫn điện Như minh họa trong đường cong điết, V,Ấ thì lớn hơn độ lớn VẤ.vẤ và được đo tại một giá
trị cao hơn của dòng điện thiết bị
Dién ap kep (clamping voltage) (V,.) chinh la dién Ap
định mức hai đầu của linh kiện lúc nó được dẫn điện, nó
được đo tại một dòng diện được chỉ định Lưu ý rằng Vụ
Trang 22Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 369 Tas 25C INS OF 8 8 PEAK PULSE 0t 4 PEAK POWEH OR CUAHEN % 30 Ty We Ie Ty AMBIENT IEMPERATURE (C) rates Ba beet ay HÌNH 5.8 Các đường cong giảm định mức cúa bộ tran- sient 1N5908 5.2.3 Các chỉ dẫn của bộ chọn
Các chi dan b6 chon danh cho b6 khu transient chứa tất cả các định mức mà chúng ta phải quan tâm trong phần này
ow
Các chỉ đẫn của bộ chọn dành cho một chuỗi của bộ khứ transient có thể được tìm từ nhà sản xuất
5.9.4 Bộ khử lưng đối lưng (Baek-to-Back Sup-
pressors)
Mach bao vệ đột biến trong hình 5.9a có chứa hai bộ khứ
transient trong một cấu hình catốt chung, có nghĩa rang các
catốt của hai linh kiện này được nối lại với nhau Giả sử rằng
mỗi một bộ khứ transient có một định mức đánh thủng đáo bằng 200 V, một trong hai điều này sẽ xảy ra nếu một transient
nằm trong đường dây ac vượt quá giá trị này Phụ thuộc vào cực
cua transient:
+ 1D, sé tao thién Ap thuận và D, sẽ được vận hành vào vùng hoạt động đáo Trong trường hợp này, thì điện áp
Trang 23370 Chương 5: Các diét ung dung dacbiét
+ D, sé duge tao thién ap thudn va D, sẽ được vận hành vào vùng hoạt động đảo của nó Trong trường hợp này
thì điện áp sơ cấp sẽ được giữ sang tổng của V,, và Vụ Giả sử rằng D, và D, có định mức giống nhau, điện áp cực đại giữa hai đầu của cuộn sơ cấp trong biến áp không thể vượt qua tong cua V, va V,
Chế độ bảo vệ tăng đột biến có thể được hoàn thành bằng
cách sử dụng một bộ khử lưng đối lưng như minh họa ở hình 5.9 Theo kiểu bộ khử này, thì các cực của nó được biết dưới
dạng anốt 1 và anốt 2, chúng thật sự có chứa bai bộ khử tran-
sient được nối với nhau bên trong y hệt như các linh kiện trong
hình 5.9a Ưu điểm hiển nhiên trong việc sử dụng linh kiện này
đó là chị phắ sản xuất mạch được giảm xuống và mạch đơn giản hơn Lưu ý rằng bộ khứ lưng đối lưng không có các định mức Vụ, bởi vì chúng được thiết kế để đánh thủng tại giá trị định mức cua V,,, theo ca hai chiêu ệ ặ Ff Mặch báo tệ sự tầng đột ngôi (ai Mạch bảo vệ sự tăng đột ngột giữa các đường đầy nóng và đạy Lrìng hòa Mạch bao ve sự tăng đột ngột
(bì Mạch báo vệ sự tăng đột ngột bằng cách sứ đụng một bộ triệt lưng đối hắng
Trang 24Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 370
5.2.5 Các điết dong điện không đổi
Các dit dòng điện không đối thì khác với bất cứ didt nào mà bạn đã nghiên cứu Như đã phát biểu trước đây, một điết dòng điện không đối vẫn giữ cường độ dòng điện trong thiết bị
tương đối không đổi trên phạm vị rộng lớn các điện áp hoạt
động thuận Như thế thì một dòng điện điết không đổi thường
được gọi la một điết của bộ điều hòa dòng điện Đường cong hoạt động thuận dành cho năm điết diéu hòa dòng điện được
minh hea trong hình 5.10
Lac một điết vùng chuyên tiếp pn được tạo thiên áp thuận,
thì V, của nó xấp xắ 0.7 V và IẤ được xác định bởi các linh kiện
trong mạch đit Điều này không nghiệm đúng với điết dòng
điện không đôi Như đường cong thuận ở hình 5.10 đã chỉ cho
biết, giá trị của Vý dùng cho một dòng điện điết không đổi có thê có một miễn giá trị rộng lớn, trong trường hợp này bất cứ
nơi nào từ 0,1 cho đến 100 V Cùng thời điểm đó, giá trị cia 1, dành cho điết dong điện không đối bị giới hạn bởi chắnh điốt,
chứ không phai bởi các linh kiện trong mạch điốt Vắ dụ, đường
cong 1N5290 cho thay rang gia tri cda 1, dành cho thiết bị gia tang khi V, tang tit 0.15 V cho dén gần bằng 1.5 V Tai diém
nay, didt diéu héa gia tri cua T, dén gid tri xung quanh 500 pA (0.5 mÃI 1NậS313) IEHIIESI +- TN5306 Ở1N5298 1N5290} Pre a1 92 93 05 397 10 20 30 5070 10 20 30 50 70 100 Vạ,, Anode-cathode voliage (volts)
HÌNH 5.10 Đường cong hoạt động thuận của bộ điều hòa
Trang 25372 Chương 5: Các điổt ứng dụng đặcbiệt
Giá trị của Lý thông qua 1N5290 được giữ tại giá trắ này ứng
với bất kỳ Vị, nào nằm giữa 1.5 và 100 V
Bởi vì hoạt động của điết đồng điện không đổi quá khác
hẳn về bản chất so với bất cứ điết nào khác, cho nên nó phai có
một ký hiệu sơ đỗ mạch điện riêng Ký hiệu này được mình họa
ở hình 5.11
Anes ỞỞC}- Caton
Ip
HÌNH 5.11 Ký hiệu sơ đề điết dòng điện không đôi
5.9.6 Các dặc trưng của diết dòng diện không đổi
Trang đặc tắnh ở hình đ.12 biểu thị các định mức cực đại và
điện dành cho các điết điều hòa nối tiếp 1N5283-1N5314 Các
định mức cực đại, tất cá đều giống nhau, ngoại trừ định mức
điện áp cực đại hoạt động Điện áp cực đại hoạt động của một
bộ điều hòa dòng điện là giá trị cực đại có thể có của Vụ Như đã được minh họa, điết điều hòa nhiệt độ có thể có các định mức Vụ lớn hơn 0.7 V (trong trường hợp này có thê lên đến 100 Vì)
Những lý do mà bạn đã thấy, chúng ta bắt đầu khảo sát đặc trưng điện với định mức được cho cuối cùng đó là điện áp giới
hạn cực đại (V,) Định mức V, chắ cho biết điện áp mà tại đó điết bắt đầu điều hòa dòng điện Đối với 1N5290, giá tri cua V,
là 105V Giá trị này thấp hơn giá trị của V, ma chang ta dA
tìm từ đề thị dòng điện biến thiên theo điện áp ở hình 5.10 bởi
vì nó được đo tại 0.8 I,
Dinh muc dong dién diéu hoa (1) la gia tri duge điều hòa
cua dong dién thudn img véi cde gia tri cua V, nam gila V, va
POV, khi điện áp thuận được giữ giữa các định mức Vị và POV,
thì đòng điện truyền qua điết được giữ tại giá trị ỳẤẤ Lưu ý rằng
Trang 26Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 373 A (0.47 mA) Gia tri nay rat gan voi gid tri duge cung cap do bởi đó thị của đồng điện biến thiên theo điện áp ở hình 5.10
Định mức tổng trở động tối thiểu (,) của một điết dòng
điện không đối mình họa một sự khác biệt lớn lao khác cúa đit
này và điết vùng chuyển tiếp pn Bạn có thế nhớ lại rằng điện trở khối điếp chuyển tiếp pn thì ré nhỏ, khoảng chừng 10 92
hoặc nhỏ hơn Tổng trở của điết dòng điện không đổi thì cực kỳ
cao, biến thiên từ kQ cho đến MÔ Tổng trở khuyu cực tiểu (2, !
thì năm trong vòng từ kO đến MO
5.2.7 Bộ điều hòa đòng điện nối tiếp: Một ứng
dụng điếp của dòng diện không dối
Một bộ điều hòa đồng điện nối tiếp là mạch điện được dùng để duy trì một mạch không đối hoặc một dòng điện tái Bộ điều
hòa đồng điện nối tiếp cơ bản được mình họa ở hình 5.13
Trong mạch này thì điết điều hòa dong điện được đặt nối tiếp giữa nguồn và tải của nó Mặc dù có sự biến thiên về nguồn
điện đầu ra (như mình họa trong so dé), nhưng dòng điện tải
vẫn được giữ tại IẤ dùng cho điết
Có hai điểm quan trọng cần thực hiện về mạch điện cho
trong hình 5.13:
1 Bơi vì điết điều hòa dòng điện giữ giá trị không đổi là 1, cho nên một dạng sóng hình sin tại đầu ra của nguồn không đạt để tải Nói cách khác, thì điện áp về phắa tải của điết vẫn giữ không đổi khi điện trở tái không thay đổi
2 Đê cho mạch điện hoạt động hoàn chỉnh, điện áp giữa
Trang 27374 Chương 5: Các diét ting dung dacbiét
SEM CONDUC $C 2 aaa PEC ha Current Regulator Diodes 1N5283 through
brewettect cuvert eplalor vodes are crcul elements that provde a current
esservialy eaepenient of vatage, These dodes ate esDec ary des gred fot max Ổeeoance over te aperating range These oevces May be used i paral 1o oblam 1N5314 XIRUA RATINGS:
me sen ` Ủng
Peak Opeaing Vohaye y2 35 le v26ặnG) FOV ve von
Suany Sun non: 080" Vật tụ c 75C Tp se ow
Beate avove ty = 75ồC Ổa mac
ỔFemmawoor Reverse Bus
Geraung and Storage dưnghon The B10 a0)
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (ta = 28ồC unless oars note
mmum xa
Regulator Current Dynsmic Knew Limiting lp (mA] @ Vị = ử V Impedance impedence Voltage
v= Greesey | @IL +08 meme)
ỔType Ko Nom Mn Mea Zr (may Ex (MO) Vi Wolte) twsz0 ow | ov | cae 30 275 100 rasaas 024 | ozs | case 99 238 +00 1NS286 Ở 021 | g3 | sa oa | 0276 | eso se so 3 ars +00 +80 inszar 233 | ez | cas seo La $09 15288 ồ3 q35 0429 410 100 ể Ổ
tN5289 943 O38? ara azo 870 FOS 1
snszea aa? sua Í ph 270 0750 "` |
ims291 cre | oso | cow vận e360 oF "84282 o6 | s3 | sáng v3, eae py mang ose | can | ng H1 am re Ở 23 | sen | saụ vực 0395 tác YNSEEs saz | ore | cae vai a6 vn 15236 oar | oa | toot ae 240 va
twsea? vn | 696 | tớ can Lấy
t n twszas vie | 998 | vê vấn | g6 | ova avs 3 180 a ae *N#S0Đ tắc 3 0135 1 ỔNsaot 15302 sao | sas | t3 l6 | ly | q6 one aes 5s 16 809 Teo | 14 | 18 sua Te \Ags04 Thang 20 | iso | oz sáp | lạm | 198 cont ore 138 ne M5208 220 | 198 | ea oes2 te 13307 Z4o | ate | se ca 2a N30 zie | 2x | 27 235 ae 15309 306 | sọ | sao ooze oo
seo gan ase | 297 | 3e 360 | ze | 28 poze 2070 be Pie
insai2 386 | 3ai | az oor 260
TH sate | am | aza_ | oe we | ae [an con cat Ps 3ệ
HÌNH 5.12 Định mức cực đại của bộ điều hòa dòng điện
Trang 28Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 375 Đ, 1N5308 Rectifier _Ở 'p 0V a HÌNH 5.18 Hoạt động của bộ điều hòa dòng điện nối tiếp Phần ôn tập 1 Bộ khử transient là gì?
3 Điết dòng điện không đổi là gì?
3 Sự đột biến là gi? Bằng cách nào sự đột biết công suất trên
đường đây ac thường được tạo ra?
4 Tại sao một sự đột biến trên đường dây của dòng điện ac là nguy hiểm? 5 Các đặc trưng cần thiết nào dành cho mạch điện để bảo vệ sự đột biến? 6 Một bộ khử transient khác biệt với điết zener chuẩn như thế nào?
7 Xác định mỗi một định mức của bộ khử transient sau đây:
a Công suất tỏa nhiệt cực đại (P,.)
b Điện áp đảo cực đại hoạt động (Vu)
ec Điện áp kẹp (Vụ)
Trang 29376 Chuong 5: Cac diét ung dung dacbiét 9 Sự khác biệt giữa các điết đòng điện không đổi và điết vùng chuyển tiếp pn là gì? 10 Hãy vẽ sơ đồ mạch điện dành cho điết dòng điện không đổi và ghắ chú các cực của nó 11 Hãy xác định mỗi một đặc trưng điết dòng điện không đổi sau đây:
a _ Điện áp hoạt động cue dai (POV)
b Điện áp giới hạn cực đại (V,) ec Dong dién diéu hòa q2
12 Mục đắch của bộ điều hòa đòng điện ghép nối tiếp là gì? 13 Mô tả hoạt động của bộ điều hòa dòng điện nối tiếp
14 Dựa trên các đường cong ở hình 5.10, nêu lên mối quan hệ
giữa dòng điện thuận định mức (I,) của một điết điều hòa
dòng điện và phạm vi cla V,, ma trén dé 1, là hằng số?
5.3 ĐIỐT TUNNEL (ĐIỐT ĐƯỜNG HẦM)
Các điết tunnel là những linh kiện được dùng trong các tần
số cực cao (UHE) và vi tần số Chúng có nhiều ứng dụng trong các mạch điện tử giao tiếp tần số cao Việc ứng dụng trong việc sử dụng các điốt tunnel bao gồm bộ khuếch đại, bộ dao động, bộ
biến điệu và bộ khử biến điệu Do bởi cách mà chúng được sản
xuất, chúng thể hiện một đường cong đuy nhất không giống như bất cứ điết nào mà chúng ta đã nghiên cứu trước đây Tắn hiệu sơ đồ mạch điện và đường cong hoạt động của điết tunnel
được mắnh họa trong hình 5,14a Đường cong hoạt động là kết quả của việc pha trộn tạp chất dày đặc được dùng trong việc
Trang 30Chuang 5: Cac diét ung dung đặc biệt 377
Trong vùng hoạt động thuận của diét tunnel, chung ta it quan tâm đến vùng điện tắch giữa điện áp đỉnh (V,) va điện áp
trang (dién Ap thung lang) (V,) Tai V, = Vụ, thì dòng điện thuận được gọi là dòng điện đỉnh (I) Khi V, tăng đến giá trị
VƯ thì lẤ giảm đến giá trị cực tiêu của nó được gọi là đòng điện
tring (I) Nhu bạn có thể thấy điện áp thuận va dong điện
thuận ty lệ nghịch với nhau lúc điết được hoạt động giữa các giá
trị M và Vụ
Vùng hoạt động giữa điện áp đỉnh và điện áp trũng được
gọi là vùng điện trở âm Điện trở âm mô tả điện trở động cua
linh kiện trên miền V, dén V,, né c6 dang như sau
Re TT (5.3)
Bởi vì điện trở động của linh kiện được định nghĩa bằng
Trang 31378 Chương 5: Các điết ứng dụng đặcbiệt
VÍ DỤ 5.4
Một điết tunnel có các giá trị sau đây: I= 2mA tai V, = 150
mV va I, = 100 HÀ tai V, = 500 mV Hay tinh dién tré động
của thiết bị
Lời giải: Bằng cách sử dụng các giá trị đã cho, điện trở động
của linh kiện là
ể ẽ
th AI ch dạ 100 pA Ở 2mA Ởl.9 mA = -I84.2ẹ
BAt TAP THUC HANH 5.4
Một điết tunnel có các giá tri sau day: I, = 5 mA tai V, =
100 mV va I, = 250 A tai V, = 200 mV Hay tinh điện
trở động của linh kiện
Như bạn có thể thấy, điện trở động của điết tunnel có một
giá trị âm Đây là lý do tại sao vùng hoạt động giữa điện áp đỉnh và điện áp trũng được gọi là vùng điện trở 4m
Cần lưu ý rằng điện trở âm là một khái niệm tốn học để mơ tá sự thay đổi xảy ra trên một phạm vì các giá trị Tại bất
cứ điểm nào trên đường cong, tỷ số giữa điện áp chia cho cường
độ dòng điện luôn là một giá trị đương
Các điết tunnel hoạt động hầu như trong vùng điện trở âm
Công dụng chung của điốt tunnel đó là lắnh kiện này hoạt động trong bộ dao động
5.3.1 Bộ dao dộng điốt tunnel
Một bộ đao động là một mạch được dùng để biến đổi dc
sang một tắn hiệu ac Tắn hiệu ac được tạo ra bởi bộ dao động
điết tunnel có thể được dùng cho nhiều ứng dụng vốn yêu cầu
Trang 32Chương 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 379
Hộ dao động điốt tunne! cơ bản được gọi là bộ dao động điện trở âm, như được minh họa trong hình 5.15, Lưu ý rằng mạch
này được biểu thị phải có một điện áp đầu vào dc (ký hiệu là
+V) và một tắn hiệu đầu ra ac Tần số đầu ra của mạch xấp xi bằng với tần số cộng hương của mạch thing LC Mach thùng
trong hộ dao động điện trở âm được tạo nên bởi cuộn sơ cấp của
máy biến ấp và C
ỘVg
HINH 5.15 Bé dao déng diét tunnel
Bộ đao động điện trớ âm ở hình 5.15 stt dung mét didt
tunnel để tạo nên một đầu ra đạng sóng hình sin chỉ có một
đầu vào đc (như minh họa trong hình) Để hiểu nguyên lý này, chúng ta cần phải xem xét tóm lược điểu gì xảy ra lúc có một
xung dòng điện được cung cấp cho một mạch L song song Trong hình 5.16a, một mạch điện thang LC được minh hoa
ghép nối tiếp với một công tắc Nếu công tắc này đóng một lúc
thì chúng ta nhận được một đạng sóng như minh họa ở hình
5.16b Dang sóng này được tạo ra bởi một đòng điện tới lùi giữa cuộn dây và tụ điện Lưu ý đạng sóng này sẽ bị mất biên độ từ
một chu kỳ này sang chu kỳ kế tiếp do bởi sự mất mát năng
Trang 33380 Chương 5: Các điốt ứng dụng đặcbiệt
Công tac đồng
'
+
chỉ Đăng song dòng điền được tao ra bởi anach LC sau khi cong tác dược đụng
Cảng tác Cang tae Cong tie Cong tou đồng - đồng Ở đóng dang
ty đa
4ay Mach LC song song
te) Dang s6ug dang dién dee tao va bor mach
điện LC đúc công tắc được đồng tại môi một
đỉnh của cường độ đồng diện
HÌNH 5.16
Vấn để chắnh để tìm hiểu một đầu ra sóng hình sin từ một
mạch thùng LC đó là cung cấp cho nó một đòng điện bố sung
tại đỉnh của mỗi một chu kỳ, nhu minh hoa trong hình 5.16c Lúc dòng điện này cung cấp một mạch thùng trên mỗi chu kỳ thì năng lượng mất mát phải được phục hồi cho mạch và chu kỳ tiếp tục với một biên đệ không đổi Hiểu được vấn để này chúng
ta hãy trở lại với mạch được minh hoa trong hình 5.15
Điốt tunnel trong mạch cung cấp cho chúng ta dòng điện bổ
sung vào mạch thùng trong suốt nửa chu kỳ dương của sóng
hình sin R, và R, được dùng để tạo thiên áp cho điết tunnel Thiên áp của điết được xác lập đế các điểu kiện sau đây được
đáp ứng:
Trang 34Chuong 5: Các điốt ứng dụng đặc biệt 391
định mức V¡ của điết Như thế, thì đòng điện trong điốt
đạt đến giá trị cực đại của nó lúc dạng sóng của mạch
thùng ở giá trị đỉnh dương
2 Khi dạng sóng của mạch thùng giảm tiến đến zero thì
hiệu số giữa điện áp và điện áp thiên áp đạt đến định mức Vụ của điốt Như thế thì dòng điện điết giảm khi
điện áp của dạng sóng hình sin giảm
Như chúng ta đã phát biểu, cường độ dòng điện cực đại được
ấp vào mạch thùng lúc dạng sóng trong mạch ở đỉnh dương của nó Điều này báo đảm rằng mạch này chịu đựng được các đao
động như minh họa trong hình 5.16c
Chang ta tu hoi những đao động bắt đầu lần đầu tiên như
thế nào Lúc công suất lần đầu tiên được áp vào mạch điện, thì
nguồn điện áp đe bắt đầu tắch điện C, (thông qua R,) Khi điện
áp giữa hai đầu của tụ điện gia tăng, thì sự thay đối của điện áp tvà đo đó sự thay đổi của dòng điện) được ghép với mạch thùng
để truyền qua điết, Thay đối về dòng điện trong mạch thùng đủ để khởi đầu đao động
Bộ dao động điện trở âm có một nhược điểm chắnh Trong
khi mạch hoạt động rất tốt ở các tân số cao (trong phạm vi
megahertz hoặc cao hơn), thì nó không thế được dùng một cách
hiệu quả ở tần số thấp Bộ dao động ở tần số thấp được tạo nên
bằng các transistor và các mạch tắch hợp
Phần ôn tập
1 Thể nào la didt tunnel?
2 Xiối quan hệ giữa dòng điện thuận điốt tunnel và điện áp như thế nào lúc lĩnh kiện này hoạt động trong vùng điện trở âm? 3 Tham khảo các đường cong trong hình 5,14b Các đặc trưng
điết tunnel tác động như thế nào đối với sự khác biệt các
Trang 3538,2 Chương 5: Các điốt ứng dụng đậcbiệt
-_ Thuật ngữ điện trú âm có ý nghĩa gì? Ủ Thế nào là một bệ dao động? 6 Điều gì xác định tần số ra của một bộ đao động điện trở âm? 7 Mô tá tóm lược hoạt động của mạch trong hình 5.15 5.4 CÁC ĐIỐT KHÁC
Các điết được trình bày trong phần này ắt dùng hơn những
điết mà chúng ta đã thảo luận trước đây 5.4.1 Điốt Schottky
Điết Schottky có điện dung vùng chuyển tiếp rất nhỏ Đo
bởi điều này, nó có thể hoạt động tại các tần số rất cao hơn là
diét vùng chuyển tiếp pn Điện dung ở vùng chuyên tiếp bị giảm thiếu cùng đưa đến kết quả thời gian bảo mật nhanh hơn
Vì lý đo này mà các thiết bị Schottky được dùng thường xuyên
trong các đảo mạch ứng dụng kỹ thuật số
Điết Schottky thường được tham chiếu dưới bất cứ những tên nào sau đây: điết rào chắn Schottky; diét phần tử tái điện nóng và điết rào chắn bể mặt Ký hiệu sơ đồ mạch điện và
đường đặc tuyến của linh kiện này được mình họa trong hình
5.17 Đường đặc tuyến chỉ cho biết điết Schottky có các giá trị V, và Vụụ thấp hơn điết của vùng chuyển tiếp pn Về mặt cơ ban thì điết Schottky cé V, gan bang 0.3 V và Vụ nhỏ hơn 50
V Những giá trị này thấp hơn nhiều so với các định mức vùng
Trang 36Chương 5: Các điết ứng dụng đặc biệt 3835 Điát Sehan ky ặỞ Thời vụng ?ẤỘ chuyêu tiếp pm HÌNH 5.17 Ký hiệu điết Schottky và đường đặc tuyến A
Dung khang cua ving chuyén ồ
tiếp thấp và khả năng hoán chuyển
ở tốc độ cao của điết Schottky kết
quả của việc cấu tạo linh kiện Các điết Schottky có một vùng chuyển tiếp sử dụng kim loại ở tại chỗ của vật, liệu bán dẫn loại p như mình
họa trong hình 5.18 Kết quả là t
linh kiện này không có lớp cạn kiệt
để đánh thủng hoặc cấu tạo lại HINH 5.18 Cau tao
didt Schottky
Bằng cách tạo nên một vùng chuyển tiếp với một vật liệu
bán dẫn và kim loại, bạn vẫn có được một vùng chuyên tiếp
nhưng bây giờ thì dung kháng cua vùng chuyển tiếp rất nhỏ Với dung kháng vùng chuyển tiếp rất nhỏ, điết Schottky có thế
Trang 37j4 Chương 5: Các điốt ứng dụng đặcbiệt
tần số này, thì hầu hết trong chúng là những thiết bị có dòng điện thấp Điết Schottky là thiết bị có đồng điện tương đối cao,
có khả năng đảo mạch một cách nhanh chóng trong khi cung cấp các dong điên trong vùng kế cận là 50 A, Trong các mạch
đóng mở hình sin và đòng điện thấp, điết Sehottky có khả năng hoạt động tại tần số 20 GHƯz và lớn hon
Các điết Schottky cũng được dùng cho việc sản xuất các chip của mạch tắch hợp giảm thời gian trì hoãn truyền tải của
các mạch tắch hợp Thời gian trì hoãn truyền tải càng ngắn thì
càng gia tăng tốc độ hoạt động cực đại của các mạch tắch hợp
Các mối quan hệ này được thảo luận chỉ tiết ở chương sau
5.4.2 Các điết PIN
Các điết PIN được hình thành cho ba chất liệu bán dẫn
Cấu tạo của điết PIN được minh họa trong hình 5.19 Chất liệu
ở giữa được tạo nên do bởi silicon thuần túy Các chất liệu loại p và loại n được pha trộn rất dày đặc do đó chúng có điện trở rất thấp AnốL ỞỈ P i na }Ở Carat HÌNH 5.19 Điết PIN
Lúc được tạo thiên áp đảo, điết PIN hoạt động làm một tụ điện Lý do của vấn để này được mình họa trong hình 5.20 Bạn có thể nhớ lại rằng một chất bán dẫn thuần túy hoạt động làm một chất cách điện Như vậy chất liệu intrinsic trong điết PIN có thể được xem như là chất điện môi của tụ điện
Trang 38Chương 5: Các điểt ứng dụng đặc biệt 385 Cách điện
+
Dan dién-ỞỞ+ Ở điện
Vật liệu intrinsic hoạt động nhĩ lá một vật cách điện
Vất liệu được pha trộn rs
chất hoạt động như ]à var dan điện
HÌNH 5.20 Dung kháng của điết PIN
Dung kháng của điết PIN được tạo thiên áp đáo thì tương đối không đổi trên một miễn phạm vi rộng lớn của các điện áp đảo Vắ dụ, đường cong dung kháng điết dành cho điết PIN MPN300 như minh họa trong hình 5,21 Lưu ý rằng dung kháng
điết vẫn giữ tại mức độ 0.65pF trén mién V, - 30 cho đến - 50 V
Vượt lên trên miễn Vụ từ 0 đến - 30 V, thì linh kiện có đường
cong dung khang tương tự như một varactor Đường cong dung
kháng trong hình 5.21 dùng cho các điết PIN 10 = 8.0 6.0 40 20 1.0 08 0.6 04 Ể, Diode capacitance (pF) 02 041 0 ~10 -20 -30 ~40 -50 Vp, Reverse voltage (volts)
Trang 39386 Chương 5: Cac didt ung dung dacbiét Lúc được tạo thiên áp thuận, chất liệu intrinsie được thúc
đấy vào vùng dẫn diện Một số phần tử tải điện tự do trong vật
liệu intrinsic tăng, điện trở của vật liệu này giảm Do đó lúc
được tạo thiên áp thuận điết PIN hoạt động làm điện trở điều khiển dòng điện Điều này được minh họa trong hình 5.22 Lưu ý rằng điện trở nối tiếp (điện trở điết) giảm khi dòng điện thuận tăng Điều này đo bởi số các phần tử tải điện gia tăng trong chất liệu intrinsic 3.2 \ T Ty= 25ồC N Ủ N ^ + ip Ay, Series resistance (Ohms) = mo ml 2ồ BR & 1 0 20 40 60 80 0 12 14 16 fe, Forward current (mA) ồ HÌNH 5.22 Đường cong của điết MPN3700 ghép nối tiếp với điện trở
Hình 5.23 biếu thị đường cong hoạt động thuận đành cho 'điết PIN, Như bạn thấy thì đường cong cường độ dòng điện
biến thiên theo điện áp tăng một cách tiệm tiến, bắt đầu tại Vị = 0.75 V Nếu bạn so sánh đường cong hoạt động thuận này với đường cong điết vùng chuyển tiếp pn, bạn thấy có hai điểm
khác nhau chắnh:
Trang 40Chuong 5: Cac diét ứng dụng đặc biệt 387
2 Didt vung chuyén tiép pn cd mét diém hoạt động phân
biệt trong đường cong (duge goi la dién 4p khuyu) trong
khi điết PIN lại không biểu thị điếp khuỷu phan biệt Hai sự khác nhau này được tạo ra do sự cấu tạo của điết PIN Đối với điết PIN, đề dẫn điện, thì V, phải khắc phục điện
trở của vật liệu intrinsic cách điện Đối với MMBV3700, thì Vụ,
phải ắt nhất là 750 mV trước khi vật liệu intrinsic cho phép dẫn điện 800 T T 700 Ở-+Ở -}ỞỞ Ở @00}ỞỞẬỞể 5 400 Tụ = 25ồC + 300 7 200 r i, Forward current (mA) 100 -Ở | 9 97 0.8 0.9 1.0 V-, Forward voltage (volts)
HINH 5.23 Đường cong điện áp thuận điết MPN3700
Sự thiếu điện áp khuyu hoặc diểm vận hành trong cường cong này do bởi điếp PIN không có một vùng chuyển tiếp pn Nếu không có một vùng chuyến tiếp pn, thì thiết bị này không có bất cứ điểm mở nào Do đó, sự dẫn điện gia tăng theo một
tốc độ ắt đột biến
Điết PIN thường được dùng chủ yếu trong các ứng dụng
UHE và vi sóng Chúng cũng được dùng trong các bộ công tác