Các loại DIODE thông dụng

Các loại DIODE thông dụng Các loại DIODE thông dụng Bởi: Trương Văn Tám Diode nối P-N Thế nhưng, tùy theo mật độ chất tạp pha vào chất bán dẫn ban đầu, tùy theo phân cực diode số yếu tố khác mà ta có nhiều loại diode khác tầm ứng dụng chúng khác Diode chỉnh lưu: Là diode thông dụng nhất, dùng để đổi điện xoay chiều – thường điện 50Hz đến 60Hz sang điện chiều Diode tùy loại chịu đựng dòng từ vài trăm mA đến loại công suất cao chịu đến vài trăm ampere Diode chỉnh lưu chủ yếu loại Si Hai đặc tính kỹ thuật Diode chỉnh lưu dòng thuận tối đa điện áp ngược tối đa (Điện áp sụp đổ) Hai đặc tính nhà sản xuất cho biết 1/16 Các loại DIODE thông dụng 2/16 Các loại DIODE thông dụng Kiểu mẫu diode với điện trở động: Khi điện phân cực thuận vượt điện ngưỡng VK, dòng điện qua diode tăng nhanh lúc điện qua hai đầu diode VD tăng (tuy chậm) số kiểu mẫu Để xác hơn, lúc người ta phải ý đến độ giảm qua hai đầu điện trở động r0 3/16 Các loại DIODE thông dụng Thí dụ: Từ đặc tuyến V-I diode 1N917(Si), xác định điện trở động r0 tìm điểm điều hành Q(ID VD) dùng mạch hình bên Bước 2: với I’D =4,77mA, ta xác định điểm Q’ (V’D=0,9V) Bước 3: vẽ tiếp tuyến Q’ với đặc tuyến để tìm điện offset V0 V0=0,74V 4/16 Các loại DIODE thông dụng Ví dụ: Xem mạch dùng diode 1N917 với tín hiệu nhỏ VS(t)=50 Sinωt (mV) Tìm điện VD(t) ngang qua diode, biết điện trở rB hai vùng bán dẫn P-N 10? Giải: Theo ví dụ trước, với kiểu mẫu điện ngưỡng ta có VD=0,7V ID=4,77mA Từ ta tìm điện trở nối rd: rd = 26mV ID = 26mV 4,77mA = 5,45 Ω 5/16 Các loại DIODE thông dụng rac=10 + 0,45=10,45? Mạch tương đương xoay chiều: Điện đỉnh Vdm ngang qua diode Vdm = rac R + rac Vm = 15,45 15, 45+3000 50 Vdm=0,256 Sinωt (mV) Vậy điện tổng cộng ngang qua diode là: VD(t) = 700mV + 0,256 Sin ωt (mV) 6/16 Các loại DIODE thông dụng Kiểu mẫu tín hiệu rộng hiệu ứng tần số Khi diode dùng với nguồn tín hiệu xoay chiều tín hiệu biên độ lớn, kiểu mẫu tín hiệu nhỏ áp dụng vậy, người ta dùng kiểu mẫu chiều tuyến tính Kết chu kỳ dương tín hiệu, diode dẫn xem ngắt điện đóng mạch nửa chu kỳ âm kế tiếp, diode bị phân cực nghịch có vai trò ngắt điện hở mạch Tác dụng diode gọi chỉnh lưu nửa sóng (mạch chỉnh lưu khảo sát kỹ giáo trình mạch điện tử) Đáp ứng tần số nguồn xoay chiều VS(t) thấp-thí dụ điện 50/ 60Hz, tức chu kỳ T=20ms/16,7ms-khi tần số nguồn tín hiệu lên cao (chu kỳ hàng nano giây) ta phải quan tâm đến thời gian chuyển tiếp từ bán kỳ dương sang bán kỳ âm tín hiệu Khi tần số tín hiệu cao, điện ngõ bán kỳ dương (khi diode phân cực thuận), bán kỳ âm tín hiệu qua phần có dạng hình vẽ 7/16 Các loại DIODE thông dụng Chú ý tần số nguồn tín hiệu cao thành phần bán kỳ âm xuất ngõ lớn Hiệu ứng điện dung khuếch tán CD nối P-N lớn phân cực thuận (CD có trị từ 2000pF đến 15000pF) Tác dụng điện dung làm cho diode thay đổi tức thời từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn mà phải thời gian (thường gọi thời gian hồi phục, kiểu mẫu diode phải kể đến tác dụng điện dung nối 8/16 Các loại DIODE thông dụng Diode tách sóng Cũng làm nhiệm vụ diode chỉnh lưu thường với tín hiệu có biên độ nhỏ tần số cao Diode tách sóng thường chế tạo có dòng thuận nhỏ Ge hay Si diode Ge dùng nhiều điện ngưỡng VK nhỏ Diode schottky: Ta thấy ảnh hưởng thời gian hồi phục (tức thời gian chuyển mạch) lên dạng sóng ngõ mạch chỉnh lưu Để rút ngắn thời gian hồi phục Các hạt tải điện phải di chuyển nhanh, vùng phải hẹp Ngoài ra, phải tạo điều kiện cho tái hợp lỗ trống điện tử dễ dàng nhanh chóng Đó nguyên tắc diode schottky Ta thấy diode schottky, thường người ta dùng nhôm để thay chất bán dẫn loại P chất bán dẫn loại N Si Do nhôm kim loại nên rào điện diode schottky giảm nhỏ nên điện ngưỡng diode schottky khoảng 0,2V đến 0,3V Để 9/16 Các loại DIODE thông dụng ý diode schottky có điện bảo hoà ngược lớn diode Si điện sụp đổ nhỏ diode Si Diode ổn áp (diode Zener): Như khảo sát phần trước, điện phân cực nghịch diode lớn, hạt tải điện sinh tác dụng nhiệt bị điện trường mạnh vùng tăng vận tốc phá vỡ nối hoá trị chất bán dẫn Cơ chế chồng chất vầ sau ta có dòng điện ngược lớn Ta nói diode vùng bị phá huỷ theo tượng tuyết đổ gây hư hỏng nối P-N Ta có loại phá huỷ khác phá huỷ trực tiếp nối hoá trị tác dụng điện trường Sự phá huỷ có tính hoàn nghịch, nghĩa điện trường hết tác dụng nối hoá trị lập lại, ta gọi tượng hiệu ứng Zener 10/16 Các loại DIODE thông dụng * Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi, hạt tải điện sinh thay đổi theo: • Với diode Zener có điện Zener VZ < 5V nhiệt độ tăng, điện Zener giảm • Với diode có điện Zener VZ>5V (còn gọi diode tuyết đổ-diode avalanche) lại có hệ số nhiệt dương (VZ tăng nhiệt độ tăng) 11/16 Các loại DIODE thông dụng Kiểu mẫu lý tưởng diode Zener: Do tính chất trên, diode zener thường dùng để chế tạo điện chuẩn Thí dụ: mạch tao điện chuẩn 4,3V dùng diode zener 1N749 sau: 12/16 Các loại DIODE thông dụng Khi chưa mắc tải vào, thí dụ nguồn VS=15V, dòng qua zener là: I= VS − VZ R = 15 − 4,3 470 = 22,8mA * Kiểu mẫu diode zener điện trở động: Thực tế, vùng zener, dòng điện qua diode tăng, điện qua zener tăng chút cố định kiểu mẫu lý tưởng Người ta định nghĩa điện trở động diode là: r = ZZ = VZT − VZO IZT Trong đó: VZO điện nghịch bắt đầu dòng điện tăng VZT điện ngang qua hai đầu diode dòng điện sử dụng IZT Diode biến dung: (Varicap – Varactor diode) Phần ta thấy, phân bố điện tích dương âm vùng thay đổi điện phân cực nghịch thay đổi, tạo hai đầu diode điện dung: ΔQ A CT = ∣ ΔV ∣ = ε W d 13/16 Các loại DIODE thông dụng Điện dung chuyển tiếp CT tỉ lệ nghịch với độ rộng vùng hiếm, tức tỉ lệ nghịch với điện phân cực Đặc tính ứng dụng để chế tạo diode biến dung mà trị số điện dung thay đổi theo điện phân cực nghịch nên gọi VVC diode (voltage-variable capacitance diode) Điện dung thay đổi từ 5pF đến 100pF điện phân cực nghịch thay đổi từ đến 25V Diode hầm (Tunnel diode) Được chế tạo lần vào năm 1958 Leo-Esaki nên gọi diode Esaki Đây loại diode đặc biệt dùng khác với nhiều loại diode khác Diode hầm có nồng độ pha chất ngoại lai lớn diode thường nhiều (cả vùng P lẫn vùng N) Đặc tuyến V-I có dạng sau: 14/16 Các loại DIODE thông dụng Khi phân cực nghịch, dòng điện tăng theo điện Khi phân cực thuận, điện thấp, dòng điện tăng theo điện lên đến đỉnh A (VP IP), dòng điện lại tự động giảm điện tăng Sự biến thiên nghịch đến thung lũng B (VV IV) Sau đó, dòng điện tăng theo điện diode thường có chất bán dẫn cấu tạo Đặc tính cụ thể diode hầm tùy thuộc vào chất bán dẫn cấu tạo Ge, Si, GaAs (galium Asenic), GaSb (galium Atimonic)… Vùng AB vùng điện trở âm (thay đổi từ khoảng 50 đến 500 mV) Diode dùng vùng điện trở âm Vì tạp chất cao nên vùng diode hầm hẹp (thường khoảng 1/100 lần độ rộng vùng diode thường), nên hạt tải điện xuyên qua mối nối theo tượng chui hầm nên gọi diode hầm Tỉ số Ip/Iv quan trọng ứng dụng Tỉ số khoảng 10:1 Ge 20:1 GaAs Mạch tương đương diode hầm vùng điện trở âm sau: Ls: Biểu thị điện cảm diode, có trị số từ 1nH đến 12nH RD: Điện trở chung vùng P N CD: Điện dung khuếch tán vùng Thí dụ, diode hầm Ge 1N2939: Ls=6nH, CD=5pF,Rd=-152?, RD=1,5? 15/16 Các loại DIODE thông dụng Diode có vùng hẹp nên thời gian hồi phục nhỏ, dùng tốt tần số cao Nhược điểm diode hầm vùng điện trở âm phi tuyến, vùng điện trở âm lại điện thấp nên khó dùng với điện cao, nồng độ chất pha cao nên muốn giảm nhỏ phải chế tạo mỏng manh Do đó, diode hầm bị diode schottky thay Ứng dụng thông dụng diode hầm làm mạch dao động tần số cao Bài tập cuối chương Dùng kiểu mẫu lý tưởng điện ngưỡng diode để tính dòng điện I1, I2, ID2 mạch điện sau: I2Tính dòng điện I1 VO mạch sau (dùng kiểu mẫu lý tưởng điện ngưỡng diode) Tính IZ, VO mạch điện sau R2 = 50? R2 = 200? Cho biết Zener sử dụng có VZ = 6V 16/16 [...].. .Các loại DIODE thông dụng * Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi, các hạt tải điện sinh ra cũng thay đổi theo: • Với các diode Zener có điện thế Zener VZ < 5V thì khi nhiệt độ tăng, điện thế Zener giảm • Với các diode có điện thế Zener VZ>5V (còn được gọi là diode tuyết đổ -diode avalanche) lại có hệ số nhiệt dương (VZ tăng khi nhiệt độ tăng) 11/16 Các loại DIODE thông dụng Kiểu mẫu... nghịch thay đổi từ 3 đến 25V Diode hầm (Tunnel diode) Được chế tạo lần đầu tiên vào năm 1958 bởi Leo-Esaki nên còn được gọi là diode Esaki Đây là một loại diode đặc biệt được dùng khác với nhiều loại diode khác Diode hầm có nồng độ pha chất ngoại lai lớn hơn diode thường rất nhiều (cả vùng P lẫn vùng N) Đặc tuyến V-I có dạng như sau: 14/16 Các loại DIODE thông dụng Khi phân cực nghịch, dòng điện tăng theo... là diode hầm Tỉ số Ip/Iv rất quan trọng trong ứng dụng Tỉ số này khoảng 10:1 đối với Ge và 20:1 đối với GaAs Mạch tương đương của diode hầm trong vùng điện trở âm như sau: Ls: Biểu thị điện cảm của diode, có trị số từ 1nH đến 12nH RD: Điện trở chung của vùng P và N CD: Điện dung khuếch tán của vùng hiếm Thí dụ, ở diode hầm Ge 1N2939: Ls=6nH, CD=5pF,Rd=-152?, RD=1,5? 15/16 Các loại DIODE thông dụng Diode. .. tưởng của diode Zener: Do tính chất trên, diode zener thường được dùng để chế tạo điện thế chuẩn Thí dụ: mạch tao điện thế chuẩn 4,3V dùng diode zener 1N749 như sau: 12/16 Các loại DIODE thông dụng Khi chưa mắc tải vào, thí dụ nguồn VS=15V, thì dòng qua zener là: I= VS − VZ R = 15 − 4,3 470 = 22,8mA * Kiểu mẫu của diode zener đối với điện trở động: Thực tế, trong vùng zener, khi dòng điện qua diode tăng,... của diode là: r = ZZ = VZT − VZO IZT Trong đó: VZO là điện thế nghịch bắt đầu dòng điện tăng VZT là điện thế ngang qua hai đầu diode ở dòng điện sử dụng IZT Diode biến dung: (Varicap – Varactor diode) Phần trên ta đã thấy, sự phân bố điện tích dương và âm trong vùng hiếm thay đổi khi điện thế phân cực nghịch thay đổi, tạo ra giữa hai đầu diode một điện dung: ΔQ A CT = ∣ ΔV ∣ = ε W d 13/16 Các loại DIODE. .. số cao Nhược điểm của diode hầm là vùng điện trở âm phi tuyến, vùng điện trở âm lại ở điện thế thấp nên khó dùng với điện thế cao, nồng độ chất pha cao nên muốn giảm nhỏ phải chế tạo mỏng manh Do đó, diode hầm dần dần bị diode schottky thay thế Ứng dụng thông dụng của diode hầm là làm mạch dao động ở tần số cao Bài tập cuối chương 1 Dùng kiểu mẫu lý tưởng và điện thế ngưỡng của diode để tính dòng điện... DIODE thông dụng Điện dung chuyển tiếp CT tỉ lệ nghịch với độ rộng của vùng hiếm, tức tỉ lệ nghịch với điện thế phân cực Đặc tính trên được ứng dụng để chế tạo diode biến dung mà trị số điện dung sẽ thay đổi theo điện thế phân cực nghịch nên còn được gọi là VVC diode (voltage-variable capacitance diode) Điện dung này có thể thay đổi từ 5pF đến 100pF khi điện thế phân cực nghịch thay đổi từ 3 đến 25V Diode. .. thế như diode thường có cùng chất bán dẫn cấu tạo Đặc tính cụ thể của diode hầm tùy thuộc vào chất bán dẫn cấu tạo Ge, Si, GaAs (galium Asenic), GaSb (galium Atimonic)… Vùng AB là vùng điện trở âm (thay đổi từ khoảng 50 đến 500 mV) Diode được dùng trong vùng điện trở âm này Vì tạp chất cao nên vùng hiếm của diode hầm quá hẹp (thường khoảng 1/100 lần độ rộng vùng hiếm của diode thường), nên các hạt... ngưỡng của diode để tính dòng điện I1, I2, ID2 trong mạch điện sau: 1 I2Tính dòng điện I1 và VO trong mạch sau (dùng kiểu mẫu lý tưởng và điện thế ngưỡng của diode) 1 Tính IZ, VO trong mạch điện sau khi R2 = 50? và khi R2 = 200? Cho biết Zener sử dụng có VZ = 6V 16/16 .. .Các loại DIODE thông dụng 2/16 Các loại DIODE thông dụng Kiểu mẫu diode với điện trở động: Khi điện phân cực thuận vượt điện ngưỡng VK, dòng điện qua diode tăng nhanh lúc điện qua hai đầu diode. .. Để 9/16 Các loại DIODE thông dụng ý diode schottky có điện bảo hoà ngược lớn diode Si điện sụp đổ nhỏ diode Si Diode ổn áp (diode Zener): Như khảo sát phần trước, điện phân cực nghịch diode lớn,... 8/16 Các loại DIODE thông dụng Diode tách sóng Cũng làm nhiệm vụ diode chỉnh lưu thường với tín hiệu có biên độ nhỏ tần số cao Diode tách sóng thường chế tạo có dòng thuận nhỏ Ge hay Si diode