19-Feb-11 Chương DIODE BÁN DẪN 2.1 Khái niệm Diode linh kiện bán dẫn cực, cấu tạo dựa chuyển tiếp PN Điện cực nối với bán dẫn P gọi Anode (A), điện cực nối với bán dẫn N gọi Cathode (K) Cathode Anode (N) Ký hiệu diode bán dẫn (P) Một số hình dáng loại diode 2.2 Các tham số diode bán dẫn Điện trở chiều (điện trở tĩnh): - Theo chiều thuận: R th = V th Ith (Có giá trị từ vài Ω đến vài chục Ω) - Theo chiều ngược: R ng = Vng Ing (Có giá trị lớn, hàng trăm KΩ) Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân): rd = dV dI V T - Khi diode làm việc điểm gián đoạn: rD = I + rB ( Ω ) 026 + rB ( Ω ) - Ở nhiệt độ phòng: rD = I - Khi diode làm việc với dòng cao bỏ qua rB 19-Feb-11 2.2 Các tham số diode bán dẫn Điện dung tương đương: C0 = C hàng rào + C khuếch tán 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 2.3 Phân tích mạch DC chứa diode Giả sử diode silicon phân cực thuận cho có đủ dòng điện để điểm làm việc nằm điểm gián đoạn (the knee): E = I.R + 0.7 (V) ⇒ (V = 0.7 điện áp dẫn diode Vγγ) I = (E – 0.7)/R (A) 19-Feb-11 2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode Tín hiệu nhỏ xem đoạn làm việc diode đặc tuyến đủ nhỏ để xem tuyến tính v ( t ) = E + A sin ω t Áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch tuyến tính: E − A i (t ) = I + i = + s in ω t R R + rD v (D ) = + rD A s i n ω t R + rD 2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode - Đối với nguồn DC: I = (E – 0.7) / R (A) - Đối với nguồn AC: rD = i= 0.026 (Ω) I e A = sin ω t R + rD R + rD - Tổng hợp: E − A + s in ω t R R + rD r A s in ω t = + D R + rD i (t ) = I + i = v (D ) 19-Feb-11 2.5 Đường tải Phân tích tín hiệu nhỏ sử dụng pp đồ thị: đường tải DC biểu diễn mối quan hệ I,V diode có phân cực điện áp DC 2.5 Đường tải - Điểm làm việc diode giao điểm đường tải đặc tuyến - Giao điểm gọi điểm làm việc tĩnh hay điểm phân cực, ký hiệu Q 19-Feb-11 2.5 Đường tải 2.6 Phân tích tín hiệu lớn cho diode - Chế độ tín hiệu lớn thay đổi dòng điện điện áp diode mở rộng toàn đặc tuyến - Khi điện trở diode thay đổi từ nhỏ đến lớn, hoạt động giống công tắc (switch) - Một công tắc lý tưởng có điện trở không đóng điện trở vô mở - Diode xem công tắc điều khiển điện áp: đóng phân cực thuận mở phân cực ngược 10 19-Feb-11 2.7 Chỉnh lưu - Mạch chỉnh lưu mạch cho phép dòng điện chảy qua theo chiều - Biến điện xoay chiều thành điện chiều - Diode sử dụng mạch gọi diode chỉnh lưu 11 Ví dụ Cho mạch điện hình vẽ, diode Ge có Vγ= 0.2V, nội trở rD không đáng kể Tải RL = 9Ω, nguồn tín hiệu vào có ri = 1Ω Biết điện áp vào có dạng xung vuông hình sin, biên độ 10V Hãy vẽ dạng sóng xác định điện áp tải RL Vẫn câu hỏi vi(t) hình sin có biên độ 1V Xác định giá trị điện áp tải thời điểm ωt = π/2 VL 12 19-Feb-11 Hướng dẫn - Dòng qua tải RL: iL = v i − Vγ ri + RL - Áp rơi tải: v L (t) = v i − Vγ ri + RL x RL - Vì Vγ Vγ, ωt = π/2: v L (t) = vi v i − Vγ ri + R L x RL = (sin ω t − ) = 72 V 10 1V Vγ=0.2V t VL 0.72V t 14 19-Feb-11 2.8 Diode ổn áp (Zener) Ký hiệu: Đặc tính: - Chế tạo vật liệu chịu nhiệt tỏa nhiệt tốt - Hoạt động chế độ phân cực ngược - Đoạn làm việc phần đặc tuyến song song với trục tung 15 2.8 Diode ổn áp (Zener) V1 VZ V2 IZmin A• • IZ V1: điện áp chiều chưa ổn định IZmax V2: điện áp lấy tải ổn định Q B • Imax = Pmax Vng R1: điện trở hạn dòng cho diode, cho Q nằm đoạn AB Đặc tuyến V-A diode Zener 16 19-Feb-11 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: IL = VL = 8.3 (mA ) R2 - Áp dụng định luật Ohm: Vi = IRR1 + VZ = (IZ + IL )R1 + VZ Vimin = 15.5 V ; Vi max = 21.5V 17 ... tắc lý tưởng có điện trở không đóng điện trở vô mở - Diode xem công tắc điều khiển điện áp: đóng phân cực thuận mở phân cực ngược 10 19-Feb-11 2. 7 Chỉnh lưu - Mạch chỉnh lưu mạch cho phép dòng điện. .. vi nhỏ, bỏ qua Vγ Diode dẫn điện khoảng thời gian vi > Vγ, ωt = π /2: v L (t) = vi v i − Vγ ri + R L x RL = (sin ω t − ) = 72 V 10 1V Vγ=0.2V t VL 0.72V t 14 19-Feb-11 2. 8 Diode ổn áp (Zener) Ký... song song với trục tung 15 2. 8 Diode ổn áp (Zener) V1 VZ V2 IZmin A• • IZ V1: điện áp chiều chưa ổn định IZmax V2: điện áp lấy tải ổn định Q B • Imax = Pmax Vng R1: điện trở hạn dòng cho diode,