Diode là gì? Mạch điện tử cơ bản về Diode

Diode là gì? Mạch điện tử cơ bản về Diode

Nguyễn Thanh Tuấn (nttbk97@yahoo.com) NỘI DUNG  Diode chỉnh lưu  Lý tưởng  Thực tế  Diode Zener Nguyễn Thanh Tuấn  1.1.1 Diode lý tưởng Ký hiệu đặc tuyến hoạt động: phi tuyến Mạch chỉnh lưu bán kì (nửa sóng) Mạch chỉnh lưu toàn kì (toàn sóng)     1.1.2 Diode thực tế Cấu tạo Đặc tuyến hoạt động thông số Các mô hình tương đương (gần đúng)     1.1.3 Phân tích mạch diode Đường tải: DCLL ACLL Chế độ tín hiệu nhỏ: Tuyến tính  nguyên lý xếp chồng     Điều kiện Diode chế độ AC  điện trở động Nguyễn Thanh Tuấn a) Kí hiệu đặc tuyến hoạt động Kí hiệu Đặc tuyến hoạt động b) Giải tích mô hình dùng diode lý tưởng o Nếu diode phân cực thuận, sụt áp diode vD=0 với iD>o Ta mô hình tương đương : Nguyễn Thanh Tuấn o Nếu diode phân cực nghịch, dòng qua diode iD=0 với vD VD=0 với ID>0 ID >0 (đúng với giả thiết) Nguyễn Thanh Tuấn  Cho mạch hình vẽ, tìm dòng qua diode Giải Giả sử diode OFF => ID=0 với VDVD=-10v , ID=0 (đúng với giả thiết) d) Mạch chỉnh lưu bán kì (dùng diode lý tưởng) Sơ đồ mạch Ngõ vào Vi Nguyễn Thanh Tuấn  Khi ngõ vào Vi dương diode phân cực thuận Vo=Vi  Khi ngõ vào Vi âm diode phân cực nghịch Vo=0 Ta dạng sóng Vo (t) : Trị DC tính sau : (Giả sử Vi= Vim sint) Nguyễn Thanh Tuấn e) Mạch chỉnh lưu toàn kì (dùng diode lý tưởng)  Chỉnh lưu toàn kì dùng diode Sơ đồ mạch:  Ở bán kì dương ideal_1 phân cực thuận, ideal_2 phân cực nghịch =>Vo = Vi Nguyễn Thanh Tuấn  Ở bán kì âm ideal_1 phân cực nghịch, ideal_2 phân cực thuận => Vo=-Vi Từ ta có dạng sóng Vo(t) : Nguyễn Thanh Tuấn Chỉnh lưu toàn kì dùng diode Sơ đồ mạch:  Ở bán kì dương D1, D2 phân cực thuận D3,D4 phân cực nghịch =>Vo = Vi Nguyễn Thanh Tuấn  Mô hình mạch: i Sơ đồ mạch ghim áp Nguyễn Thanh Tuấn  Các tính chất: i + _ Khảo sát áp Diode Dạng sóng Vout_diode Nguyễn Thanh Tuấn •Nhận xét: + Vpp 2Vi + Mạch ghim áp với đỉnh âm + Thành phần DC bị dời xuống khỏi trục hoành (Đối với mạch mắc trên)  Các tính chất (tiếp theo): i + Khảo sát áp tụ Thực tế, Vc gần Vi sụt áp Vd=0.5 Dạng sóng tụ Vc Nguyễn Thanh Tuấn _  Mô hình mạch: + - Mạch tách sóng đường bao Nguyễn Thanh Tuấn  Hoạt động mạch:  Ở bán kỳ dương, D1 dẫn  Tụ C nhanh chong nạp tới giá trị Vi (tùy thuộc vào biên độ sóng AM)  Ở bán kỳ âm, D1 tắt, tụ C xả điện qua điện trở R  VC giảm Chú ý: Thời gian xả phụ thuộc vào thời  RC  Ở bán kỳ dương tiếp theo, tụ lại tiếp tục nạp đầy, trình tiếp tục lặp lại bán kỳ  - Mạch tách sóng đường bao Nguyễn Thanh Tuấn  Dạng sóng mạch: Dạng sóng V_out mạch Nguyễn Thanh Tuấn Sơ đồ mạch nhân đôi điện áp Nguyễn Thanh Tuấn a Xét nửa bán kỳ âm: X i X Mạch bán kỳ âm Nguyễn Thanh Tuấn X Ở bán kỳ âm D2 phân cực ngược Không có dòng qua i nhánh bên phải D1 phân cực thuận  D1 dẫn  Tụ C1 nạp nhanh chóng đến giá trị VC1=Vi=2V VC1=-(-Vi) (Thực tế, VC1 ≈ Vi sụt áp Vγ  VC1 ≈ Vi – Vγ = 2-0.1=1.6 V ) X Mạch bán kỳ âm Nguyễn Thanh Tuấn b Xét nửa bán kỳ dương: i + - Mạch bán kỳ dương Nguyễn Thanh Tuấn Ở bán kỳ dương i + D1 phân cực ngược Tụ C1 đường xả (VC1=Vi) D2 phân cực thuận  D2 dẫn  Tụ C2 nạp nhanh chóng đến giá trị VC2= VC1+ Vi=2Vi (vì VC1=Vi) (Thực tế, VC2 ≈2Vi sụt áp Vγ D2 VC1 ≈Vi )  VC  VC1  Vi  1.6   0.4  3.2V Chú ý: Mạch bán kỳ dương Áp phân cực ngược VD1 (Vreverse) lúc VC1+Vi Nguyễn Thanh Tuấn c Dạng sóng mạch: Khảo sát dạng sóng Nhận xét: Dạng sóng V_out Nguyễn Thanh Tuấn  Thực tế, VC2≈2Vi ≈4V sụt áp Vγ D2 VC1≈Vi nên VC2≈3.2V (xem slide trước)  Dạng sóng gần giống với mạch ghim áp Tóm tắt Nguyễn Thanh Tuấn Bài tập Nguyễn Thanh Tuấn Đáp án Nguyễn Thanh Tuấn [...]... -Khi ta nối điện áp(+) vào Anôt và điện áp (-) vào Katôt, dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, Vf đạt 0,7V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,4V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng Đặc tuyến Von-Ampe của Diode không => Diode bắt đầu dẫn điện Nguyễn Thanh Tuấn • Phân cực ngược iD(mA) Phân cực nghịch 0 Vz I0 Khi ta nối điện áp (+) vào Katôt, điện áp(-) vào... của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp.Kết quả dòng điện qua D=0A Vùng gãy - Điện áp ngược (Vz ) lớn hơn mức cho Đặc tuyến Von-Ampe của Diode phép diode sẽ bị đánh thủng KẾT LUẬN : Diode chỉ dẫn điện theo một chiều nhất định(khi phân cực thuận) Nguyễn Thanh Tuấn c) Các mô phỏng tương đương của mạch diode thực tế (gần đúng) a) Mô hình gần đúng thứ 1: mạch. .. đúng thứ 2 là 1 công tắc mắc nối tiếp với Vf và điện trở của diode rD Nguyễn Thanh Tuấn c Mô hình 3 với tín hiệu xoay chiều * Mô hình đơn giản cho kiểu xoay chiều của diode phân cực ngược.(hình a) * Mô hình xoay chiều của diode phân cực thuận (hình b) - rD : điện trở động của diode -Rr : điện trở phân cực ngược, Rr >= 2.106 Ohm -Cj : điện dung tiếp xúc - CD : điện dung khuyếch tán của diode - Nguyễn... vD nVT  1) *) Điện trở của diode vD nVT I 0 (e ) diD  dvD nVT - Điện trở động của diode: Từ biểu thức: iD  I 0 (e vD nVT  1) e vD nVT (2) iD  1 I0 nVT nVT n.25mV rD    I 0  iD iD iD Thế (2) vào (1) ở nhiêt độ phòng 250c (1) : VT  25mV Nguyễn Thanh Tuấn - Điện trở tĩnh của diode: RD = VD/ID - Điện trở thực của diode : R’D = RD + rB ( rB = 0,1 với Diode công suất ; rB = 2 với Diode nhỏ) -... ngưỡng: VZ (VPIV) Điện áp mở: Vf Nguyễn Thanh Tuấn *) Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của diode i D  I 0 (e qvD nKT  1) I0 : Dòng điện bão hòa ngược, amperes (A) iD : Dòng điện diode, amperes (A) K : Hằng số Bosman K=1.38x10-23 [J/K] T : Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin q : Điện tích electron , 1.6x10-19 [C] n : Hằng số có giá trị trong khoảng từ 1 đến 2 vD: hiệu điện thế giữa 2 đầu diode, volt (V)... suất tiêu hao cực đại : Pmax = ID.VD *) Sự ảnh hưởng điện dung của diode X C  1 2 p f t C0 = CJ +CD Tần số cao XC nhỏ gây ngắn mạch Tần số thấp  XC lớn hở mạch CJ : diện dung tiếp xúc: CJ = .A/d ảnh hướng lớn đến diode chưa dẫn CD = dQ/dV Điện dung khuyếch tán do điện tích phun vào vùng dẫn khi diode dẫn Nguyễn Thanh Tuấn b) Đặc tuyến của diode iD(mA) • Phân cực thuận Phân cực thuân qvD nKT iD... làm ngăn cản sự chuyển động của các e- từ N tràn sang P (hai lớp ion này hình thành một lớp điện trường ngăn cản sự chuyển động của các r từ N sang P)  Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối sẽ tạo thành một điện áp tiếp xúc, gọi là hàng rào điện thế hay trường điện trường tiếp xúc hướng từ NP Nguyễn Thanh Tuấn 1.1.2.2) Đặc tuyến hoạt động và các thông số a) Các thông số quan trọng của diode Điện. .. lúc này như một phần tử tuyến tính – coi như điện trở) Giá trị điện trở này là: duD rd  diD Từ phương trình Q iD  I 0e Do phụ thuộc vào giá trị (động) I CQ uD m.VT mVT  rd  I CQ nên điện trở này là điện trở thay đổi Nguyễn Thanh Tuấn Ví dụ xét mạch sau: Vim  Vdc Giả sử Vim  VDC Do đó mạch được xét trong chế độ tín hiệu nhỏ và quan hệ u và i có thể coi là tuyến tính với nhau Xét DC: VDC  VD ... tán của diode - Nguyễn Thanh Tuấn a Đường tải: DCLL và ACLL Ta xét mạch DC cơ bản sau (các mạch khác cũng có thể chuyển về dạng này bằng cách biển đổi Thevenin): Ta có đặc tuyến Diode như hình vẽ với iD  f (uD )  Vth  uD  i  D  Rth  Nguyễn Thanh Tuấn Ta có điểm tỉnh hoạt động Q chính là giao của 2 đường này và đường thẳng chính là DCLL Nguyễn Thanh Tuấn  Khi ở tín hiệu AC thì Vth thay đổi theo... qua hệ của u và i là tuyến tính nên ta hoàn toàn có thể coi diode tương đương với điện trở rd AC: Dễ dàng tính được: iAC vi  ri  rd  R1 Nguyễn Thanh Tuấn Kết quả cuối cùng ta có: iC  ICQ  iAC Nguyễn Thanh Tuấn  1.2.1 Diode Zener  Ký hiệu và đặc tuyến thực tế  Vùng ổn áp và các thông số  Mô hình lý tưởng   VZ không đổi VZ thay đổi tuyến tính: rZ  1.2.2 Mạch ổn áp  Sơ đồ mạch  Điều kiện