bài giảng diode bán dẫn

Diode Bán dẫn Cấu tạo đặc tuyến Các tham số mô hình tương đương Các mạch chỉnh lưu dùng Diode Diode Bán dẫn Cấu tạo đặc tuyến Diode bán dẫn linh kiện cực, cấu tạo dựa chuyển tiếp p-n Diode Bán dẫn Cấu tạo đặc tuyến vùng nghèo P-type Etx N-type vùng nghèo Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều khuếch tán điện tử Chiều khuếch tán điện tử Chiều trôi điện tử Chiều trôi điện tử Chiều khuếch tán điện tử Chiều trôi điện tử Diode Bán dẫn Cấu tạo đặc tuyến Vùng đánh thủng Vùng phân cực ngược Vùng phân cực thuận Đặc tuyến diode bán dẫn Diode Bán dẫn Các tham số mô hình tương đương Điện trở chiều: Rth = Vth / Ith phân cực thuận Rng = Vng / Ing phân cực thuận ID Rng >> Rth rd = ϕT / I (ở 300°K ϕT =25mV) Diode Bán dẫn Các tham số mô hình tương đương Tuyến tính hóa đường cong rd ID = IS[exp(VD/ ϕT ) -1] Độ dốc Vγ => ID = VD Vγ Diode Bán dẫn Các tham số mô hình tương đương Điện dung chuyển tiếp P-N Co = Ch.rào + Ck.tán rd - Với tín hiệu tầng số thấp, ảnh hưởng Co bỏ qua - Với tín hiệu tầng số cao, Co ảnh hưởng làm giảm trở kháng theo chiều nghịch tầng số cao, làm chậm tốc độ đóng mở diode. Điện dung hàng rào Ch.rào - Điện áp ngược tăng Ch.rào giảm εo ε S Vγ lo Vγ − V Catode Rth Vγ Co Điện dung khuếch tán Ck.tán - Hình thành hai miền điện tích khác dấu nằm đối diện Ch.rào = Anode (2.51) - Hình thành tượng phun hạt dẫn miền P miền N phân cực thuận. 2.2 Các tham số diode bán dẫn 1. Điện trở chiều (điện trở tĩnh): - Theo chiều thuận: R th = Vth Ith (Có giá trị từ vài Ω đến vài chục Ω) - Theo chiều ngược: Rng = Vng Ing (Có giá trị lớn, hàng trăm KΩ) 2. Điện trở xoay chiều : rd = dV dI VT + rB (Ω) I 0.026 rD = + rB (Ω) I - Khi diode làm việc điểm gián đoạn: rD = - Ở nhiệt độ phòng: - Khi diode làm việc với dòng cao thì có thể bỏ qua rB. 2.2 Các tham số diode bán dẫn 3. Điện dung tương đương: C0 = C hàng rào + C khuếch tán 4. Một vài tham số giới hạn khác: - Điện áp ngược cực đại cho phép V ngược max. - Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax. - Công suất tiêu hao cực đại cho phép Pmax. - Tần số cực đại cho phép tín hiệu xoay chiều Fmax. 10 Diode Zener Vùng ổn áp Vùng phân cực ngược Vùng phân cực thuận Đặc tuyến diode zener 26 Diode Zener K K Điện áp zener (VZ= 27 V) + _ A K A A Điện áp zener (VZ= 8,2 V) Vz – điện áp ổn áp định mức Zener) Izmáx – dòng điện lớn cho phép Izmin – dòng điện nhỏ cho phép Pz – Công suất tiêu thụ Zener (PZ = VZ x IZ) 27 Diode Zener Zener lý tưởng I Zener thực tế Điện trở tương đương(điện trở động) Zener I V V Điện trở tỉnh Hệ số ổn định 28 ZENER DIODE RATINGS • A zener spec sheet typically provides - the maximum power rating Pz - the nominal zener voltage Vz at test current IzT - the maximum DC zener current IzM Example: - 1N752 has a power rating of 500mW, a nominal zener voltage of 5.6V at a test current of 20 mA, a maximum zener current of 80 mA. 29 ZENER DIODE CIRCUIT EXAMPLE • In a zener diode voltage regulator circuit, VDC(IN) = 20V, Vz = 9V, Rs = 82Ω Ω, RL = 100Ω Ω Q: Calculate IL. A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/100 Ω = 90 mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 30 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Calculate IT. A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 31 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Calculate Iz A: Iz = IT - IL = 134mA - 90mA = 44mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 32 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: If zener Pz = 500mW, is Iz safe ? A: IzM = Pz / Vz = 500 mW / 9V = 55 mA Since circuit Iz = 44 mA (< 55mA), zener is safe 33 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose load changes from 100 Ω to 200 Ω. Find new IL, Iz, IT. Is Iz safe ? A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/200 Ω = 45 mA 20 V 9V 200Ω 34 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA (no change) Iz = IT - IL = 134mA - 45mA = 89mA Since IzM = 55mA, zener is not safe. 20 V 9V 200Ω 35 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose load changes from 100 Ω to 80 Ω. Find new IL, Iz, IT. Is Iz safe ? A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/80 Ω = 112.5 mA 20 V 9V 80Ω 36 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA (no change) Iz = IT - IL = 134mA - 112.5mA = 21.5 mA Since IzM = 55 mA, zener is safe. 20 V 9V 80Ω 37 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose zener regulator circuit has no load connected, is Iz safe ? A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA (no change) Iz = IT = 134 mA this is very Unsafe 20 V 9V 38 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: In the previous example, suppose VDC(IN) changes from 20V to 30V. Is Iz safe ? A: IL = 9V/100 Ω = 90 mA IT = [30-9]/82 Ω = 256 mA Iz = IT - IL = 256 mA - 90 mA = 166 mA Very Unsafe 82Ω 30 V 9V 100Ω 39 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose VDC(IN) changes from 20V to 18V. Is Iz safe ? A: IL = 9V/100 Ω = 90 mA IT = [18-9]/82 Ω = 110 mA Iz = IT - IL = 110 mA - 90 mA = 20 mA Safe 82Ω 18 V 9V 100Ω 40 Ví dụ Cho mạch điện hình vẽ: R1 = 300Ω; R2 = 1200Ω. Xác định phạm vi thay đổi Vi để có điện áp tải R2 ổn định mức 10V. IR IZ Vi+∆ ∆Vi IL VL (Chọn loại diode Zener có VZ = 10V, IZmin = 10mA, IZmax = 30mA.) Hướng dẫn - Dòng qua tải: VL IL = = 8.3 (mA ) R2 - Áp dụng định luật Ohm: Vi = IRR1 + VZ = (IZ + IL )R1 + VZ Vimin = 15.5 V ; Vi max = 21.5 V 41/41 [...]... 0 72 V ri + R L 10 vi 1V Vγ=0.2V t VL 0.72V t 21 Diode Bán dẫn Mạch chỉnh lưu dùng Diode ( bán kỳ) 22 Diode Bán dẫn Mạch chỉnh lưu dùng Diode ( 2 bán kỳ) Vγ 23 Diode Bán dẫn Mạch chỉnh lưu dùng Diode ( toàn kỳ) 2Vγ RL VO VO 24 Diode Bán dẫn Mạch nguồn dùng Diode 25 Diode Zener Vùng n áp Vùng phân c c ngư c Vùng phân c c thu n Đ c tuy n diode zener 26 Diode Zener K K Đi n áp zener (VZ= 27 V) + _ A K...2.3 Phân tích mạch DC chứa diode Gi s là diode silicon đư c phân c c thu n sao cho có đ dòng đi n đ đi m làm vi c n m trên đi m gián đo n: E = I.R + 0.7 (V) (V = 0.7 đi n áp d n c a diode Vγ) γ ⇒ I = (E – 0.7)/R (A) 11 2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode Tín hi u nh đư c xem là đo n làm vi c c a diode trên đ c tuy n đ nh đ có th xem là tuy n tính v ( t ) = E... 15 2.5 Đường tải 16 2.6 Phân tích tín hiệu lớn cho diode - Ch đ tín hi u l n khi s thay đ i c a dòng đi n và đi n áp c a diode m r ng ra trên toàn b đ c tuy n - Khi đi n tr c a m t diode thay đ i t r t nh đ n r t l n, nó ho t đ ng gi ng như m t công t c (switch) - M t công t c lý tư ng có đi n tr b ng không khi đóng và đi n tr là vô cùng khi m - Diode có th đư c xem như m t công t c đư c đi u khi... maximum zener current of 80 mA 29 ZENER DIODE CIRCUIT EXAMPLE • In a zener diode voltage regulator circuit, VDC(IN) = 20V, Vz = 9V, Rs = 82Ω, RL = 100Ω Ω Ω Q: Calculate IL A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/100 Ω = 90 mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 30 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Calculate IT A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 31 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Calculate Iz... biên đ 1V Xác đ nh giá tr đi n áp trên t i t i th i đi m ωt = π/2 VL 19 Hướng dẫn 1 - Dòng qua t i RL: iL = v i − Vγ ri + RL - Áp rơi trên t i: vL (t) = v i − Vγ ri + RL x RL - Vì Vγ Vγ, t i ωt = π/2: v − Vγ (sin... cho diode - Đ i v i ngu n DC: I = (E – 0.7) / R (A) - Đ i v i ngu n AC: 0.026 rD = (Ω) I e A i= = sin ωt R + rD R + rD - T ng h p: i (t ) = I + i = v (D ) E − 0.7 A + sin ω t R R + rD = 0 7 + rD A s i n ω t R + rD 13 2.5 Đường tải Phân tích tín hi u nh có th s d ng pp đ th : đư ng t i DC bi u di n m i quan h c a I,V trên diode khi có phân c c c a đi n áp DC 14 2.5 Đường tải - Đi m làm vi c c a diode. .. m khi phân c c ngư c 17 2.7 Chỉnh lưu - M ch ch nh lưu là m ch ch cho phép dòng đi n ch y qua nó theo m t chi u - Bi n đi n xoay chi u thành đi n m t chi u - Diode s d ng trong m ch này g i là diode ch nh lưu 18 Ví dụ Cho m ch đi n như hình v , diode Ge có Vγ= 0.2V, n i tr rD không đáng k T i RL = 9Ω, ngu n tín hi u vào có ri = 1Ω 1 Bi t đi n áp vào có d ng xung vuông ho c hình sin, biên đ 10V Hãy... - 90mA = 44mA 82Ω 20 V 9V 100Ω 32 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: If zener Pz = 500mW, is Iz safe ? A: IzM = Pz / Vz = 500 mW / 9V = 55 mA Since circuit Iz = 44 mA (< 55mA), zener is safe 33 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose load changes from 100 Ω to 200 Ω Find new IL, Iz, IT Is Iz safe ? A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/200 Ω = 45 mA 20 V 9V 200Ω 34 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN)... nh m c c a Zener) Izmáx – dòng đi n l n nh t cho phép Izmin – dòng đi n nh nh t cho phép Pz – Công su t tiêu th c a Zener (PZ = VZ x IZ) 27 Diode Zener Zener lý tư ng I Zener th c t Đi n tr tương đương(đi n tr đ ng) c a Zener I V V Đi n tr t nh H s n đ nh 28 ZENER DIODE RATINGS • A zener spec sheet typically provides - the maximum power rating Pz - the nominal zener voltage Vz at test current IzT - the... 200Ω 34 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) A: IT = VRs/Rs = [VDC(IN) - Vz]/Rs = [20 - 9]/82 Ω = 134 mA (no change) Iz = IT - IL = 134mA - 45mA = 89mA Since IzM = 55mA, zener is not safe 20 V 9V 200Ω 35 ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D) Q: Suppose load changes from 100 Ω to 80 Ω Find new IL, Iz, IT Is Iz safe ? A: IL = VL/RL = VZ/RL = 9V/80 Ω = 112.5 mA 20 V 9V 80Ω 36 . Diode Bán dẫn Cấu tạo và đặc tuyến Các tham số và mô hình tương đương Các mạch chỉnh lưu dùng Diode 1 Diode Bán dẫn Diode bán dẫn là linh kiện 2 cực, cấu tạo. Rng = Vng / Ing phân cực thuận Diode Bán dẫn Các tham số và mô hình tương đương Vγ Vγ = => Vγ << V D I D Diode lý tưởng Rth <<Rng >> 5 Diode Bán dẫn Các tham số và mô hình tương. tử E tx P - type N - type vùng nghèo 3 Vùng Vùng phân Vùng đánh Diode Bán dẫn Cấu tạo và đặc tuyến Vùng phân cực thuận phân cực ngược Đặc tuyến diode bán dẫn thủng 4 I D Điện trở 1 chiều: Rth = Vth / Ith