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
1 Diode chỉnh lưu a Diode i Khái niệm - Diode bán dẫn (gọi tắt diode) loại linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà khơng theo chiều ngược lại - Có nhiều loại diode bán dẫn, diode chỉnh lưu thông thường, diode Zener, LED Chúng có nguyên lý cấu tạo chung khối bán dẫn loại P ghép với khối bán dẫn loại N nối với chân anode cathode - Diode linh kiện bán dẫn Khả chỉnh lưu tinh thể nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát năm 1874 Diode bán dẫn phát triển vào khoảng năm 1906 làm từ tinh thể khoáng vật galena Ngày hầu hết diode làm từ silic, chất bán dẫn khác selen germani sử dụng - Diode bán dẫn, loại sử dụng phổ biến nay, mẫu vật liệu bán dẫn kết tinh với cấu trúc p-n nối với hai chân anode cathode ii Hoạt động * iii Đặc tuyến V-A Đặc tuyến Volt-Ampere diode đồ thị mơ tả quan hệ dịng điện qua diode theo điện áp UAK đặt vào Có thể chia đặc tuyến thành hai giai đoạn: Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > mô tả quan hệ dòng áp diode phân cực thuận Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V < mô tả quan hệ dòng áp diode phân cực nghịch (UAK lấy giá trị 0,7V với diode Si, với diode Ge thông số khác) Khi diode phân cực thuận dẫn điện dịng điện chủ yếu phụ thuộc vào điện trở mạch (được mắc nối tiếp với diode) Dịng điện phụ thuộc vào điện trở thuận diode điện trở thuận nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở mạch điện iv Ứng dụng Vì diode có đặc tính dẫn điện theo chiều từ anode đến cathode phân cực thuận nên diode dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Ngồi diode có nội trở thay đổi lớn, phân cực thuận RD (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên diode dùng làm công tắc điện tử, đóng ngắt điều khiển mức điện áp Diode chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dịng điện chiều, điều có ý nghĩa lớn kĩ thuật điện tử Vì diode ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện điện tử v Phân loại - Phân loại diode theo đặc tính điện o Diode chỉnh lưu: Diode chỉnh lưu loại diode sử dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Diode chỉnh lưu thường có dịng điện thuận lớn điện áp rơi thuận thấp o Diode Zener: Diode Zener loại diode sử dụng để ổn định điện áp Diode Zener có điện áp đánh thủng ổn định, sử dụng mạch ổn áp o Diode tín hiệu: Diode tín hiệu loại diode sử dụng mạch xử lý tín hiệu Diode tín hiệu có tốc độ chuyển mạch nhanh, sử dụng mạch dao động, mạch khuếch đại, o Diode Schottky: Diode Schottky loại diode có cấu tạo khác với diode bán dẫn thơng thường Diode Schottky có điện áp rơi thuận thấp diode bán dẫn thông thường, sử dụng mạch chuyển mạch tốc độ cao o Diode quang: Diode quang loại diode chuyển đổi ánh sáng thành điện áp ngược lại Diode quang sử dụng ứng dụng cảm biến ánh sáng, truyền dẫn liệu quang, o Diode Laser: Diode Laser loại diode phát ánh sáng laser Diode Laser sử dụng ứng dụng lưu trữ quang, truyền dẫn liệu quang, - Phân loại diode theo tần số hoạt động o Diode tần số thấp: Diode tần số thấp loại diode hoạt động tần số 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 loại diode hoạt động tần số từ 100 kHz đến MHz Diode tần số trung bình thường có cấu tạo phức tạp diode tần số thấp, giá thành cao o Diode tần số cao: Diode tần số cao loại diode hoạt động tần số MHz Diode tần số cao thường có cấu tạo đặc biệt, giá thành cao - Phân loại diode theo công suất o Diode công suất nhỏ: Diode cơng suất nhỏ loại diode có công suất watt Diode công suất nhỏ thường sử dụng mạch điện tử dân dụng o Diode cơng suất trung bình: Diode cơng suất trung bình loại diode có cơng suất từ watt đến 100 watt Diode cơng suất trung bình thường sử dụng mạch điện tử công nghiệp o Diode công suất lớn: Diode công suất lớn loại diode có cơng suất 100 watt Diode cơng suất lớn thường sử dụng mạch điện tử công suất cao b Chọn diode chỉnh lưu 1N4148 - Nhóm định chọn Diode 1N4148 thay loại diode khác thị trường vì: o Diode 1N4148 bán nhiều thị trường o Diode 1N4148 ứng dụng nhiều toán thực tế o Giá thành rẻ, có tốc độ chuyển mạch cao - Các thơng số diode: o VRRM(repetitive peak reverse voltage) lượng điện áp tối đa mà diode chịu chế độ phân cực ngược, xung lặp lại o VR=VRDC(continuous reverse voltage) lượng điện áp tối đa mà diode chịu chế độ phân cực ngược liên tục o IF(continuous forward current) lượng dòng điện tối đa mà diode chịu phân cực thuận liên tục o IFRM(repetitive peak forward current) lượng dòng điện tối đa mà diode chịu phân cực ngược, xung lập lại o Ptot(total power dissipation): tổng công suất tiêu tán: max 500mW Yêu cầu toán - Đo đặc tính V-A diode chỉnh lưu - Xác định đầu vào, đầu toán toán - Dải đo điện áp dòng điện: o Dòng điện 5mA o Điện áp -12 V đến 12 V Tìm hiểu thiết bị đo sử dụng a Dao động ký (Oscillocope) (tối Hiếu gửi) b Tìm hiểu chế độ XY Oscillocope Lựa chọn thiết bị đo thực tế Xây dựng mạch đo a Sơ đồ khối mạch đo Sơ đồ khối mạch đo b Sơ đồ nguyên lý mạch đo i Nguồn máy biến áp - 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 thơng thấp RC - Do tín hiệu lấy từ máy biến áp nên xuất nhiễu, ta cần loại bỏ nhiễu để tín hiệu xuất dao động ký ổn định - Yêu cầu: cho tần số 50Hz qua loại bỏ tần số cao - Mạch lọc thơng thấp RC có tần số cắt tính fc= πRC - Chọn R = 1k, C = 3uF iii Mạch đo đầu vào kênh Oscillocope - Mơ tả o R1 có chức hạn dịng mạch qua diode o R2 có chức đo dịng qua diode thông qua áp qua trở R2 o Chọn đất chung kênh hình vẽ - Chọn thơng số trở theo yêu cầu thiết kế dải đo 12 12 Ta có: dịng IFRM = R 1+ R 2+ Rd = R 1+ R =5 mA Chọn R2 = 100R, => R1 = 2300R Lắp mạch thật kết đo a Các bước thao tác với Oscillocope Bước 1: lắp kênh X, Y vào mạch nguyên lý Lúc này, oscilloscope đường tín hiệu qua trở có dạng Tín hiệu qua Diode có dạng: Bước 2: Bật dao động ký, cài đặt chế độ XY Nhấn nút Display => đặt format YT sang chế độ XY Bước 3: xoay nút scale nút position Oscillocope để đường đặc tính hình vẽ dưới: b Kết đo Giá trị điện áp qua diode 0.68 V Kết luận, mở rộng so sánh với datasheet diode Kết luận: - Do nhiễu từ tín hiệu vào, chưa xử lý nên đường đặc tính khơng mong muốn: sai số đường đặc tính lớn, dải đo hạn chế khơng thể đánh giá giá trị thơng qua đường đặc tính hiển thị Oscillocope cách xác Mở rộng: -