ky thuat dien tu vo ky chau chapter 2 the diode as a circuit element cuuduongthancong com

Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Phân tích mạch chứa diode 2-1 Giới thiệu Trong chương ta học cấu trúc tính chất chuyển tiếp PN tìm hiểu qua linh kiện diode Diode chuyển tiếp PN đặt vào vỏ linh kiện kết nối với bên thông qua chân linh kiện Diode bán dẫn phần mạch tích hợp (integrated circuit) lớn hơn, trường hợp này, diode có khơng có chân nối với bên Trong chương này, ta xây dựng mối quan hệ dòng điện điện áp diode Dựa vào đó, học phân tích mạch chứa diode cách thay diode mạch tương đương đơn giản Ta thấy việc chọn phần tử mạch tương đương phụ thuộc vào điện áp dòng điện qua diode, tức phụ thuộc vào điểm làm việc diode, phụ thuộc vào độ xác mà ta cần phân tích mạch 2-2 Diode linh kiện phi tuyến Sự tuyến tính khái niệm quan trọng điện tử Khái niệm rộng, nhiên, khía cạnh mà ta xem xét, ta xem linh kiện tuyến tính linh kiện mà đồ thị quan hệ điện áp dòng điện linh kiện đường thẳng Quan hệ biểu diễn dạng V = K1 I + K (2-1) I = K1'V + K 2' (2-2) Trong mối quan hệ này, tần số giả sử khơng đổi Hình 2-1 đồ thị vẽ điện áp điện trở 200 Ω dòng điện qua Đây quan hệ tuyến tính với V = 200 I Cần lưu ý ∆V độ dốc đặc tuyến r = = 200 , mối quan hệ tuyến tính cho phần âm lẫn phần ∆I dương đặc tuyến Việc thay đổi cực tính điện áp điện trở dịng điện ngang qua khơng làm thay đổi tính chất tuyến tính Cũng cần ý độ dốc đặc tuyến (nghịch đảo đạo hàm) điểm đặc tuyến không đổi 1/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-1 Đồ thị điện áp – dòng điện điện trở Điện trở linh kiện tuyến tính, giá trị ∆V ∆I điểm Thông thường, điện tử, biểu diễn mối quan hệ điện áp – dòng điện, người ta thường vẽ dòng điện trục tung điện áp trục hoành, đảo ngược so với hình 2-1 Dĩ nhiên trường hợp đồ thị đường thẳng; dạng biểu diễn tương đương với biểu thức ∆I 2-2, với độ dốc có đơn vị điện dẫn, G = = 1/ R (siemens) , thay điện trở ∆V Trong chương ta biết mối quan hệ dòng điện điện áp diode (tức chuyển tiếp PN) có dạng I = I s (eV ηVT − 1) (2-3) với I S = dòng ngược bão hòa VT = điện nhiệt (xem biểu thức 2-11) η = hệ số phát, hàm V, có giá trị từ đến Biểu thức 2-3 khơng có dạng biểu thức 2-1 2-2, mối quan hệ dịng – áp diode không đạt tiêu chuẩn linh kiện tuyến tính Ta kết luận diode linh kiện phi tuyến Hình 2-2 đặc tuyến I − V diode silicon thông thường vùng phân cực thuận Đồ thị rõ ràng đường thẳng 2/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-2 Đặc tuyến phân cực thuận diode Giá trị ∆V ∆I phụ thuộc vào điểm tính Hình 2-2 trình bày cách tìm ∆V ∆I hai điểm khác đặc tuyến I − V Dùng ∆V Tại điểm V = 0.65 V giá trị ta tính điện trở diode hai điểm từ r = ∆I I = 30 mA , ta có ∆V 0.015 V r= = = 0.75 Ω ∆I 20 × 10−3 A Tại điểm V = 0.58 V I = 2.2 mA , ta có ∆V 0.04 V = = 10 Ω r= ∆I × 10-3 A Ta thấy điện trở diode thay đổi 10 lần điện áp diode thay đổi từ 0.65 V đến 0.58 V Khơng giống linh kiện tuyến tính, điện trở linh kiện phi tuyến phụ thuộc vào điện áp linh kiện dòng điện qua linh kiện, có nghĩa điện trở phụ thuộc vào điểm mà ∆V ∆I tính Trong trường hợp diode ta cần phải lưu ý đặc tuyến I − V gần trở nên nằm ngang dòng điện thấp vùng phân cực ngược Do đó, vùng này, thay đổi lớn điện áp, ∆V , tạo thay đổi nhỏ ∆V lớn dòng điện, ∆I , giá trị r = ∆I Điểm nằm đặc tuyến I − V mà diode chuyển từ giá trị điện trở cao sang giá trị điện trở thấp gọi điểm gián đoạn (break point knee) đặc tuyến Trong hình 2-2, điểm gián đoạn đặc tuyến xuất khoảng I ≈ mA đến I ≈ mA Khi dòng điện qua diode lớn nhỏ nhiều so với dòng điện điểm gián đoạn, ta nói diode phân cực điểm gián đoạn (back bias) 2-3 Điện trở ac dc ∆V gọi điện trở ac (hoặc ∆I điện trở động diode) Nó gọi điện trở ac ta quan tâm đến thay đổi nhỏ điện áp, ∆V , mà gây thay đổi dòng điện, ∆I Trong cách sử dụng phương pháp đồ thị để tính điện trở ac, thay đổi ∆V ∆I phải đủ nhỏ để đảm bảo đoạn làm việc Điện trở tính phần cách dùng biểu thức 3/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn có độ dốc không thay đổi nhiều Lúc ta xem diode tương tự linh kiện tuyến tính Ví dụ hình 2-2, ta khơng nên tính điện trở ac V = 0.55 V V = 0.65 V độ dốc đặc tuyến thay đổi lớn hai điểm Ký hiệu cho điện trở ac r , với qui ước chữ thường dành cho đại lượng ac ∆V rD = (Ω ) ∆I (2-4) Khi điện áp dc đặt lên hai đầu diode, dịng dc chảy qua Điện trở dc diode tính cách lấy điện áp dc diode chia cho dòng điện dc chảy qua diode Vì điện trở dc cịn gọi điện trở tĩnh, tính định luật Ohm V RD = ( Ω ) (2-5) I Cũng giống điện trở ac, giá trị điện trở dc thay đổi khác tùy thuộc vào điểm làm việc đặc tuyến I − V mà ta cần tính điện trở Ví dụ, hình 2-2, điện trở dc điểm gần điểm gián đoạn RD = (0.58 V) /(2.2 mA) = 263.6 Ω điện trở dc điểm điểm gián đoạn RD = (0.65 V) /(30 mA) = 21.6 Ω Đối với diode có đặc tuyến hình 2-2, dịng ngược xấp xỉ khoảng −1 µ A V = −1 V , điện trở dc trường hợp RD = (−1 V) /(−10−6 A) = MΩ Diode linh kiện phi tuyến chế độ ac lẫn dc Khi phân tích thiết kế mạch chứa diode, thông thường ta khơng có sẵn đặc tuyến diode Trong hầu hết thiết kế thực tế, điện trở ac diode khơng tính đồ thị làm phần mà tính cơng thức xấp xỉ Nếu cần tính điện trở ac diode trường hợp diode phân cực cho dòng dc diode nằm điểm gián đoạn, V ta chứng minh điện trở ac tính xấp xỉ rD ≅ T , với VT điện nhiệt I I dòng dc qua diode Ở nhiệt độ T = 300 K , VT khoảng 26 mV , nhiệt độ phịng ta có 0.026 (2-6) rD ≅ (Ω) I Biểu thức xấp xỉ cho diode silicon germanium Để minh họa cho việc sử dụng công thức 2-6, xét điểm nằm điểm gián đoạn đặc tuyến I − V hình 2-2 Tại điểm này, dịng dc 30 mA , theo biểu thức 2-6, rD = (0.026 V) /(3 ×10−3 A) = 0.86 Ω Giá trị gần với giá trị 0.75 Ω mà ta tính phần cách dùng đồ thị Diode cịn có thành phần điện trở khác nên xem xét điện trở gộp (bulk resistance) bao gồm điện trở vật liệu bán dẫn điện trở tiếp xúc mà chân linh kiện gắn với chuyển tiếp PN Chúng gọi điện trở bulk rB Giá trị điện trở bulk thường khoảng Ω thay đổi tùy theo dòng dc diode Điện trở trở nên nhỏ dịng điện lớn, giá trị thường khoảng 0.1 Ω Điện trở ac tổng cộng diode rD + rB , nhiên dịng cao rD lớn nhiều so với rB bỏ qua điện trở bulk Khi diode kết nối mạch cho phân cực thuận, ln ln cần phải có điện trở mắc nối tiếp với diode để xác định dịng cho Ta xem ví dụ sau Ví dụ 2-1 Cho mạch điện hình 2-3, mạch kết nối để tìm mối quan hệ điện áp dòng điện diode Biến trở R điều chỉnh đến giá trị khác để điều khiển dòng qua diode, đồng thời điện áp diode ghi lại điểm Các kết trình bày bảng hình 2-3 4/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-3 Ví dụ 2-1 Tìm điện trở dc diode điện áp diode 0.56 V , 0.62 V 0.67 V Tìm điện trở ac diode điện áp diode thay đổi 0.55 V 0.57 V , 0.61 V 0.63 V 0.66 V 0.68 V Tìm điện trở ac xấp xỉ điện áp diode 0.56 V , 0.62 V 0.67 V Giả sử điện trở bulk tương ứng 0.8 Ω , 0.5 Ω 0.1 Ω Hướng dẫn Trước tiên cần phải tính dòng điện qua diode cho trường hợp Ta biết điện áp rơi điện trở VR = − VD , với VD điện áp rơi diode Dòng qua diode dòng qua điện trở I = ( − VD ) R I1 = ( − 0.55) V = 0.705 I6 = ( − 0.63) V = 15.9 mA I2 = ( − 0.56 ) V = 1.04 mA I7 = ( − 0.66 ) V = 51.1 mA I3 = ( − 0.57 ) V = 1.54 mA I8 = ( − 0.67 ) V = 75.3 mA I4 = ( − 0.61) V = 7.33 mA I9 = ( − 0.68) V = 110.8 I5 = ( − 0.62 ) V = 10.8 mA 6312 Ω 4269 Ω 2877 Ω 599 Ω 405 Ω mA 274 Ω 85 Ω 57.5 Ω 39.0 Ω mA Điện trở dc điểm điện áp đo tính biểu thức 2-5 Tại V = 0.56 V , RD = 0.56 V = 538.5 Ω 1.04 ×10-3 A 5/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Tại V = 0.62 V , RD = 0.62 V = 57.4 Ω 10.8 ×10-3 A Tại V = 0.67 V , RD = 0.67 V = 8.9 Ω 75.3 ×10-3 A Điện trở ac tính biểu thức 2-4 rD = ( 0.57 − 0.55) V = 0.02 V = 23.95 Ω (1.54-0.705 ) ×10−3 A 0.835 ×10-3 A 0.02 V = 3.92 Ω 5.1× 10-3 A 0.02 V rD = = 0.34 Ω 59.7 ×10-3 A rD = Điện trở ac tính gần dùng biểu thức 2-6 Tại V = 0.56 V , rD = 0.026 V 0.026 V + rB = + 0.8 Ω =25.8 Ω 1.04 ×10-3 A I2 Tại V = 0.62 V , rD = 0.026 V 0.026 V + rB = + 0.5 Ω=2.91 Ω 10.8 ×10-3 A I5 Tại V = 0.67 V , rD = 0.026 V 0.026 V + rB = + 0.1 Ω=0.445 Ω 75.3 ×10-3 A I8 2-4 Phân tích mạch dc có chứa diode Trong thực tế, để dễ dàng q trình phân tích mạch với sai số cho phép, đặc tuyến diode thường xem thẳng đứng điểm làm việc nằm phía điểm gián đoạn Việc sử dụng đặc tuyến gần cho phép ta xem điện áp rơi diode không đổi bất chấp dịng điện chảy qua Đối với diode silicon, phụ thuộc vào thay đổi nhỏ trình chế tạo vào dòng điện chảy qua diode, điện áp rơi hai đầu diode xấp xỉ khoảng 0.6 V đến 0.7 V Trong thực tế, ta thường sử dụng giá trị 0.7 V cho tính tốn Đối với diode germanium, điện áp rơi thường chọn 0.3 V Do đó, tính tốn, ta thay diode nguồn điện áp 0.7 V 0.3 V diode phân cực cho điểm làm việc nằm điểm gián đoạn Tuy nhiên, cần phải lưu ý diode không chứa lượng nguồn điện khơng thể tạo dịng điện Hình 2-4 minh họa khái niệm Hình 2-4 Để phân tích, diode phân cực thuận (a) thay nguồn áp (b) Trong hình 2-4(a), giả sử diode silicon phân cực thuận cho có đủ dịng điện để điểm làm việc nằm điểm gián đoạn, đó, điện áp rơi diode 0.7 V Khi E = IR + 0, (2-7) 6/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Từ tính dịng điện I = ( E − 0.7 V) R Hình 2-4(b) vẽ sơ đồ mạch tương đương, đó, diode thay nguồn áp 0.7 V Kết tính mạch hình 2-4(b) tương tự Trong thực tế, giả sử điện áp rơi diode cố định thường dùng kèm với giả sử dịng điện qua diode khơng điện áp nhỏ điện áp ngưỡng Do đó, để phân tích mạch lúc này, dùng đặc tuyến hình 2-5 Hình 2-5 Đặc tuyến diode lý tưởng Diode xem hở mạch điểm ngưỡng Đường đặc tuyến lý tưởng hình 2-5 cho thấy diode xem hở mạch điện áp nhỏ 0.3 V 0.7 V ngắn mạch trường hợp ngược lại Những giả sử phù hợp tính tốn thực tế Ví dụ 2-2 Giả sử diode silicon hình 2-6 cần có dịng mA để làm việc điểm gián đoạn đặc tuyến Hình 2-6 Ví dụ 2-2 Tìm R để mạch có dịng mA Với giá trị R vừa tìm được, tính điện áp nguồn E tối thiểu để diode làm việc điểm gián đoạn Hướng dẫn R = E − 0.7 (5 − 0.7) V = = 860 Ω ×10−3 A I Để trì dịng qua diode phải diểm gián đoạn, I phải tối thiểu mA Do đó, E − 0.7 E − 0.7 ≥ 10−3 A , tức E ≥ 1.56 V I= ≥ 10−3 A Vì R = 860 Ω , 860 R Trong số trường hợp, điện áp rơi diode nhỏ so với điện áp dc, đó, ta bỏ qua điện áp rơi diode 2-5 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode Nói chung, linh kiện điện tử hoạt động hai chế độ: tín hiệu nhỏ tín hiệu lớn Trong chế độ tín hiệu nhỏ, thay đổi dịng áp linh kiện xảy đoạn giới hạn đặc tuyến I − V Nói cách khác, đại lượng ∆V , ∆I nhỏ so sánh với toàn giới hạn làm việc linh kiện Trong thực tế, chế độ tín hiệu nhỏ xem chế độ đó, dịng áp linh kiện thay đổi đoạn đủ nhỏ đặc tuyến để xem tuyến tính Trái lại, chế độ tín hiệu lớn chế độ dịng áp linh kiện thay đổi toàn đường cong đặc tuyến linh kiện Trong chế độ này, đoạn đặc tuyến tương ứng với vùng làm việc linh kiện có độ dốc thay đổi nhiều, nói cách khác linh kiện làm việc vùng phi 7/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn tuyến Ví dụ, mạch điện điện áp diode thay đổi −5 V +0.7 V xem chế độ tín hiệu lớn Trong trường hợp này, diode thay đổi chất nó, từ linh kiện có điện trở lớn phân cực ngược sang linh kiện có điện trở nhỏ phân cực thuận điểm gián đoạn Trong phần ta xem xét mạch tín hiệu nhỏ cho diode, phân tích tín hiệu lớn trình bày phần Xét mạch điện hình 2-7(b) Lưu ý mạch chứa nguồn dc có giá trị E nguồn ac tạo tín hiệu hình sin có biên độ A tần số góc ω Do đó, điện áp tổng cộng nguồn lúc v(t ) = E + A sin ω t Điện áp gọi điện áp ac có mức dc E , volts, vẽ hình 2-7(a) Hình 2-7 Điện áp v ( t ) (b) tổng thành phần ac dc: v ( t ) = E + A sin ωt Trong (a), v ( t ) có giá trị tối thiểu E − A tối đa E + A Điện áp v(t ) có giá trị tối đa E + A điện áp tối thiểu E − A Bây ta thử tính điện áp dịng điện diode với giả sử diode làm việc chế độ tín hiệu nhỏ Để phân tích mạch ta dùng nguyên lý xếp chồng, điện áp dòng điện tổng cộng hai nguồn gây tổng điện áp dòng điện nguồn gây Lưu ý nguyên lý áp dụng tất linh kiện mạch tuyến tính Đầu tiên ta xác định dịng dc qua diode hình 2-7(b) dịng cần để tính điện trở động rD (biểu thức 2-6) Ngắn mạch nguồn áp hình 2-7(b), ta có mạch điện hình 2-4, đó, 0.026 V I = ( E − 0.7 V) R Dùng cơng thức 2-6 để tính điện trở ac: rD = Bây bỏ nguồn dc I cách ngắn mạch nó, ta có mạch tương đương hình 2-8 Lưu ý mạch này, diode thay điện trở tương đương ac e A i= = sin ω t R + rD R + rD Điện áp ac diode tính cơng thức vD = rD i Do đó, dịng áp tổng cộng diode E − 0.7 A i (t ) = I + i = + sin ωt (2-8) R R + rD r A sin ωt v( D ) = 0.7 + D (2-9) R + rD Hình 2-8 Mạch tương đương Thevenin hình 2-7(b) Chú ý diode thay điện trở ac, rD Ví dụ 2-4 8/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Giả sử diode silicon hình 2-9 phân cực cho điểm làm việc nằm điểm gián đoạn, điện trở bulk 0.1 Ω , tìm dịng áp tổng cộng diode Vẽ dạng sóng dịng điện theo thời gian Hình 2-9 Ví dụ 2-4 Hướng dẫn Ngắn mạch nguồn ac, ta có dịng dc là: I = Điện trở ac là: rD = Dòng ac là: i = ( − 0.7 ) V = 19.63 mA 270 Ω 0.026 0.026 + rB = + 0.1 Ω = 1.42 Ω 19.63 ×10−3 A I e 2sin ωt = = 7.37 sin ωt mA R + rD 271.42 Và điện áp ac vD = rD ⎛ 1.42 ⎞ e=⎜ ⎟ 2sin ωt = 0.01sin ωt V R + rD ⎝ 271.42 ⎠ Cuối cùng, dòng áp tổng cộng là: i ( t ) = 19.63 + 7.37 sin ωt mA vD ( t ) = 0.7 + 0.01 sin ωt V Hình 2-10 vẽ dòng điện tổng cộng Lưu ý dòng tối đa 27 mA dòng tối thiểu 12.26 mA Đối với điện áp thay đổi thành phần ac ±10 mV , khó vẽ dạng sóng Hình 2-10 Dịng mạch hình 2-9 Thành phần ac thay đổi ±7.37 mA xung quanh thành phần dc 19.63 mA 2-5-1 Đường tải Phân tích diode tín hiệu nhỏ thực cách sử dụng đồ thị Mặc dù phương pháp không thường sử dụng thực tế, nhiên, lại cho ta nhìn vào bên hoạt động mạch Xét mạch hình 2-11 Đây mạch tương đương dc ngắn mạch nguồn ac, điện áp diode lúc không xem số mà đại lượng thay đổi V độ thay đổi 9/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-11 Dịng I áp V diode xem biến Ta có: I= −V E + R R (2-10) Trong biểu thức 2-10, ta xem I V biến E R số Ví dụ, biểu thức 2-10 áp dụng cho hình 2-9, ta có −V I= + 270 270 I = − ( 3, ×10−3 ) V + 0, 0222 (2-11) hay Biểu thức cho thấy quan hệ I V tuyến tính Như ta biết, dạng tổng quát cho đồ thị đường thẳng hệ tọa độ x − y y = mx + b (2-12) với m độ dốc b tung độ gốc Chúng ta thấy biến I 2-10 tương ứng đến biến y 2-12, biến V tương ứng đến x Độ dốc biểu thức 2-10 −1 R tung độ gốc E R Ta kết luận biểu thức 2-10 có đồ thị đường thẳng hệ trục I − V Đường thẳng gọi đường tải dc Hình 2-12 vẽ đồ thị đường tải 2-11 Trong hình 2-12, đường tải giao với trục V V0 = E = V Hình 2-12 Đồ thị đường tải I = − ( 3.7 × 10−3 ) V + 0.0222 Đường tải tập hợp tất dịng I áp V giá trị E , R cố định Giá trị thực I , V phụ thuộc vào diode mạch Đường tải dc đường tập hợp tất cặp giá trị I V có mạch hình 211 Với diode cho trước, đặc tuyến diode xác định, công việc ta tìm xem tổ hợp điện áp dòng điện số điểm đường tải thỏa mãn cho đặc tuyến diode Điểm thực giao điểm đường tải đặc tuyến, tính cách giải hệ I = − (1 R ) V + E R 10/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn I = I S (eV ηVT − 1) Hình 2-13 cho thấy kết có cách vẽ đường tải cho mạch hình 2-9, tức biểu thức 2-11, hệ trục với đặc tuyến diode Trong hình, ta thấy điện áp diode 0.66 V dòng điện 19.8 mA Giao điểm gọi điểm làm việc tĩnh, ký hiệu Q Hình 2-13 Giao điểm đường tải đặc tuyến (ký hiệu Q ) xác định điện áp ( 0.66 V ) dòng điện ( 19.8 mA ) diode Cho đến giờ, ta giả sử nguồn ac bị ngắn mạch Điểm làm việc tĩnh cịn gọi điểm phân cực tĩnh biểu diễn dịng áp diode phân cực thuận nguồn dc Bây giờ, đặt nguồn ac vào mạch, nối tiếp với nguồn dc Như thấy, điện áp tổng cộng nguồn lúc v(t ) = E + A sin ω t Do đó, ta xem thời điểm tức thời, tương ứng với giá trị nguồn áp, ta có đường tải hồn tồn Vì điện áp nguồn thay đổi liên tục theo thời gian, nên đường tải liên tục chuyển động với độ dốc không đổi, tức song song với đường tải tĩnh, có điểm giao đường tải với trục hoành thay đổi liên tục E + A E − A Hình 2-14 minh họa điều trình bày cho mạch hình 2-9 11/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-14 Ảnh hưởng nguồn ac mạch diode phân tích cách xem tập hợp đường tải song song Trong cách này, dịng áp tối thiểu xác định đồ thị Điện áp v(t ) tổng cộng thay đổi V V , giao điểm tất đường tải với đặc tuyến tạo tất tổ hợp có điện áp dòng điện diode Kết ta thấy điểm làm việc di chuyển A B hình 2-14 Khi điểm làm việc di chuyển, dòng điện mạch thay đổi 12.5 mA đến 27 mA , điện áp rơi diode thay đổi 0.65 V đến 0.67 V 2-6 Phân tích tín hiệu lớn cho diode Như ta biết phần 2-5, diode xem hoạt động chế độ tín hiệu lớn thay đổi dòng điện điện áp diode mở rộng toàn đặc tuyến, bao gồm phần mà đặc tuyến thay đổi độ dốc cách đáng kể Trong ứng dụng tín hiệu lớn thực tế, diode hoạt động vùng phân cực thuận (trên điểm gián đoạn) lẫn phân cực ngược điện áp phân cực gần không Khi điện trở diode thay đổi từ nhỏ đến lớn, hoạt động giống cơng tắc (switch) Một cơng tắc lý tưởng có điện trở khơng đóng điện trở vơ mở Khi phân tích mạch dạng này, diode xem công tắc điều khiển điện áp: đóng phân cực thuận mở phân cực ngược Tùy theo điện áp khác mạch, giá trị điện áp rơi diode ( 0.3 V 0.7 V ) bỏ qua khơng Hình 215 trình bày đặc tuyến diode silicon lý tưởng bỏ qua điện áp rơi (a), không bỏ qua điện áp rơi (b) 12/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-15 Đặc tuyến diode silicon lý tưởng sử dụng để phân tích tín hiệu lớn 2-6-1 Chỉnh lưu Một ứng dụng thường gặp diode chế độ tín hiệu lớn mạch chỉnh lưu (rectifier) Mạch chỉnh lưu mạch cho phép dịng điện chảy qua theo chiều Diode linh kiện mạch dạng Khi điện áp anode dương so với cathode, tức diode phân cực thuận, diode đóng dịng chảy qua từ anode đến cathode Ngược lại, điện áp anode âm so với cathode, diode hở mạch khơng có dịng điện mạch Dĩ nhiên thực tế, diode phân cực ngược, diode xuất dịng điện ngược với cường độ bé Hình 2-16 Diode dùng mạch chình lưu Dịng điện chảy qua bán kỳ dương Xét mạch chỉnh lưu hình 2-16 Ta thấy khơng có nguồn dc mạch Do đó, suốt bán kỳ dương điện áp nguồn e(t ) , diode phân cực thuận dịng chảy qua diode với chiều hình vẽ Trong bán kỳ âm e(t ) , diode bị phân cực ngược mạch khơng có dịng điện i (t ) chuỗi liên tiếp xung dòng dương cách khoảng dòng điện không Nếu diode mạch 2-16 xoay ngược lại, dịng điện mạch chảy theo chiều ngược lại, tức tương ứng với bán chu kỳ âm nguồn Ví dụ 2-6 Giả sử diode silicon hình 2-17 có đặc tuyến hình 2-15(b) Tìm giá trị đỉnh dịng i (t ) điện áp vR (t ) điện trở khi: e(t ) = 20sin ω t e(t ) = 1.5sin ω t Trong trường hợp, vẽ dạng sóng e(t ) , i (t ) , vR (t ) Hình 2-17 Ví dụ 2-6 Hướng dẫn 13/14 Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tử Email: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Khi e(t ) = 20sin ωt , điện áp dương đỉnh 20 V Tức thời thời điểm e(t ) = 20 V , điện áp rơi điện trở 19.3 V dòng điện qua diode i = 19.3 (1.5 kΩ ) = 12.87 mA Hình 2-18 vẽ dạng sóng kết Hình 2-18 Dịng áp diode mạch hình 2-17 Lưu ý diode không dẫn e ( t ) đến 0.7 V , đó, bán kỳ dương có khoảng nhỏ diode khơng dẫn Cần lưu ý ta dùng đặc tuyến hình 2-15(b), diode khơng dẫn e(t ) đạt đến 0.7 V Khoảng thời gian hai điểm e(t ) = V e(t ) = 0.7 V ngắn so sánh với tồn chu kỳ tín hiệu Từ đó, ta giả sử đặc tuyến diode có dạng hình 215(a), nghĩa bỏ qua điện áp rơi 0.7 V Khi e(t ) = 1.5sin ωt , điện áp dương đỉnh 1.5 V , vR (t ) = 1.5 − 0.7 = 0.8 V i (t ) = ( 0.8 V ) (1.5 kΩ ) = 0.533 mA Dạng sóng biểu diễn hình 2-19 Ta thấy diode không dẫn điện áp nhỏ 0.7 V , nhiên, trường hợp khoảng thời gian e(t ) thay đổi V 0.7 V đáng kể so với chu kỳ tín hiệu nên ta khơng thể dùng đặc tuyến gần hình 2-15(a) Hình 2-19 Dịng áp diode mạch hình 2-17 đỉnh hình sin giảm xuống 1.5 V Lưu ý khoảng khơng dẫn lúc lớn nhiều so với hình 2-18 14/14 ... Biểu thức 2- 3 khơng có dạng biểu thức 2- 1 2- 2, mối quan hệ dịng – áp diode khơng đạt tiêu chuẩn linh kiện tuyến tính Ta kết luận diode linh kiện phi tuyến Hình 2- 2 đặc tuyến I − V diode silicon... 0. 02 V = 23 .95 Ω (1.54-0.705 ) ×10−3 A 0.835 ×10-3 A 0. 02 V = 3. 92 Ω 5.1× 10-3 A 0. 02 V rD = = 0.34 Ω 59.7 ×10-3 A rD = Điện trở ac tính gần dùng biểu thức 2- 6 Tại V = 0.56 V , rD = 0. 026 V 0. 026 ... điện theo thời gian Hình 2- 9 Ví dụ 2- 4 Hướng dẫn Ngắn mạch nguồn ac, ta có dịng dc là: I = Điện trở ac là: rD = Dòng ac là: i = ( − 0.7 ) V = 19.63 mA 27 0 Ω 0. 026 0. 026 + rB = + 0.1 Ω = 1. 42 Ω