Khái niệm- Diode bán dẫn gọi tắt là diode là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại.- Có nhiều loại diode bán dẫn, như d
Trang 11 Diode chỉnh lưu
a Diode là gì
i Khái niệm
- Diode bán dẫn (gọi tắt là diode) là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại
- Có nhiều loại diode bán dẫn, như diode chỉnh lưu thông thường, diode 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 và được nối với 2 chân ra là anode và cathode
- Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874 Diode bán dẫn đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như galena Ngày nay hầu hết các diode được làm từ silic, nhưng các chất bán dẫn khác như selen hoặc germani thỉnh thoảng cũng được sử dụng
- Diode bán dẫn, loại sử dụng phổ biến nhất hiện nay, là các mẫu vật liệu bán dẫn kết tinh với cấu trúc p-n được nối với hai chân ra là anode và cathode
<Ảnh thực tế các loại diode>
ii Hoạt động * iii Đặc tuyến V-A
Trang 2<Đặc tính V-A của diode>
Đặc tuyến Volt-Ampere của diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua diode theo điện áp UAK đặt vào nó Có thể chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn: Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi diode phân cực thuận
Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V < 0 mô tả quan hệ dòng áp khi diode phân cực nghịch
(UAK lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các diode Si, với diode Ge thông số này khác) Khi diode 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 diode) Dòng điện phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của diode vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở của mạch điện
iv Ứng dụng
Vì diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode đến cathode khi phân cực thuận nên diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
Trang 3<Ứng dụng diode chỉnh lưu dòng xoay chiều>
Ngoài ra diode có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên diode được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp Diode 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 diode được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử
v Phân loại
- Phân loại diode theo đặc tính điện
o Diode chỉnh lưu: Diode chỉnh lưu là loại diode được sử dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Diode chỉnh lưu thường có dòng điện thuận lớn và điện áp rơi thuận thấp
o Diode Zener: Diode Zener là loại diode được sử dụng để ổn định điện
áp Diode Zener có điện áp đánh thủng ổn định, được sử dụng trong các mạch ổn áp
o Diode tín hiệu: Diode tín hiệu là loại diode được sử dụng trong các mạch xử lý tín hiệu Diode tín hiệu có tốc độ chuyển mạch nhanh, được sử dụng trong các mạch dao động, mạch khuếch đại,
o Diode Schottky: Diode Schottky là loại diode có cấu tạo khác với diode bán dẫn thông thường Diode Schottky có điện áp rơi thuận thấp hơn diode bán dẫn thông thường, được sử dụng trong các mạch
chuyển mạch tốc độ cao
o Diode quang: Diode quang là loại diode có thể chuyển đổi ánh sáng thành điện áp hoặc ngược lại Diode quang được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến ánh sáng, truyền dẫn dữ liệu quang,
o Diode Laser: Diode Laser là loại diode có thể phát ra ánh sáng laser Diode Laser được sử dụng trong các ứng dụng lưu trữ quang, truyền dẫn dữ liệu quang,
- Phân loại diode theo tần số hoạt động
Trang 4o Diode tần số thấp: Diode tần số thấp là loại diode có thể hoạt động ở tần số dưới 100 kHz Diode tần số thấp thường có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp
o Diode tần số trung bình: Diode tần số trung bình là loại diode có thể hoạt động ở tần số từ 100 kHz đến 1 MHz Diode tần số trung bình thường có cấu tạo phức tạp hơn diode tần số thấp, giá thành cao hơn
o Diode tần số cao: Diode tần số cao là loại diode có thể hoạt động ở tần
số trên 1 MHz Diode tần số cao thường có cấu tạo đặc biệt, giá thành rất cao
- Phân loại diode theo công suất
o Diode công suất nhỏ: Diode công suất nhỏ là loại diode có công suất dưới 1 watt Diode công suất nhỏ thường được sử dụng trong các mạch điện tử dân dụng
o Diode công suất trung bình: Diode công suất trung bình là loại diode
có công suất từ 1 watt đến 100 watt Diode công suất trung bình
thường được sử dụng trong các mạch điện tử công nghiệp
o Diode công suất lớn: Diode công suất lớn là loại diode có công suất trên 100 watt Diode công suất lớn thường được sử dụng trong các mạch điện tử công suất cao
b Chọn diode chỉnh lưu 1N4148
- Nhóm quyết định chọn Diode 1N4148 thay vì các loại diode khác trên thị trường vì:
o Diode 1N4148 bán nhiều trên thị trường
o Diode 1N4148 ứng dụng nhiều trong các bài toán thực tế
o Giá thành rẻ, có tốc độ chuyển mạch cao
- Các thông số cơ bản của diode:
Trang 5<các thông số cơ bản của 1N4148 trong data sheet>
o VRRM(repetitive peak reverse voltage) là lượng điện áp tối
đa mà diode có thể chịu được ở chế độ phân cực ngược, trong các xung lặp lại
o VR=VRDC(continuous reverse voltage) là lượng điện áp tối
đa mà diode có thể chịu được ở trong chế độ phân cực ngược liên tục
o IF(continuous forward current) là lượng dòng điện tối đa mà
diode chịu được khi phân cực thuận liên tục
o IFRM(repetitive peak forward current) là lượng dòng điện
tối đa mà diode chịu được khi phân cực ngược, trong các xung lập lại
Trang 6o Ptot(total power dissipation): tổng công suất tiêu tán: max
500mW
2 Yêu cầu bài toán
- Đo đặc tính V-A của diode chỉnh lưu
- Xác định đầu vào, đầu ra của bài toán của bài toán
- Dải đo điện áp và dòng điện:
o Dòng điện 5mA
o Điện áp -12 V đến 12 V
3 Tìm hiểu về các thiết bị đo được sử dụng
a Dao động ký (Oscillocope) (tối Hiếu gửi)
b Tìm hiểu về chế độ XY trên Oscillocope<tối Tùng gửi>
4 Lựa chọn thiết bị đo thực tế
<tối Nam gửi>
5 Xây dựng mạch đo
a Sơ đồ khối mạch đo
Sơ đồ khối mạch đo
b Sơ đồ nguyên lý mạch đo
i Nguồn và máy biến áp
Trang 7- Sử dụng nguồn điện lưới 220V, 50Hz hình Sin làm điện áp cung cấp cho mạch
- Cho nguồn điện qua máy biến áp 220 - 12V
ii Bộ lọc thông thấp RC
- Do tín hiệu được lấy từ máy biến áp nên sẽ xuất hiện nhiễu, ta cần loại bỏ các nhiễu này để tín hiệu xuất hiện trên dao động ký được ổn định
- Yêu cầu: chỉ cho tần số dưới 50Hz đi qua và loại bỏ các tần số cao hơn nó
- Mạch lọc thông thấp RC có tần số cắt được tính bởi fc= 1
2 πRC
- Chọn R = 1k, C = 3uF
iii Mạch đo và đầu vào các kênh của Oscillocope
Trang 8<Mạch đo đặc tính V-A>
- Mô tả
o R1 có chức năng hạn dòng của mạch qua diode
o R2 có chức năng đo dòng qua diode thông qua áp qua trở R2
o Chọn đất chung của 2 kênh như hình vẽ
- Chọn các thông số của trở theo yêu cầu thiết kế về dải đo
Ta có: dòng IFRM= 12
R 1 +R 2+Rd=
12
R 1 +R 2 =5 mA
Chọn R2 = 100R, => R1 = 2300R
Trang 96 Lắp mạch thật và kết quả đo
a Các bước thao tác với Oscillocope
Bước 1: lắp kênh X, Y vào mạch nguyên lý như trên
Lúc này, trên oscilloscope đường tín hiệu qua trở có dạng
Tín hiệu qua Diode có dạng:
Trang 10Bước 2: Bật dao động ký, cài đặt chế độ XY
Nhấn nút Display => đặt format YT sang chế độ XY
Bước 3: xoay các nút scale và nút position trên Oscillocope để được đường đặc tính như hình vẽ dưới:
Trang 11b Kết quả đo
Trang 12<ảnh trên mạng>
Giá trị điện áp qua diode là 0.68 V
7 Kết luận, mở rộng và so sánh với datasheet của diode
Trang 13Kết luận:
- Do nhiễu từ tín hiệu vào, chưa được xử lý nên đường đặc tính không được như mong muốn: sai số đường đặc tính lớn, dải đo hạn chế do đó không thể đánh giá được các giá trị thông qua đường đặc tính hiển thị trên Oscillocope một cách chính xác
Mở rộng: