DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG (ĐẦY ĐỦ

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN CHƯƠNG II DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG 2.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DIODE 2.1.1 Cấu tạo Diode linh kiện bán dẫn có cấu tạo chuyển tiếp P-N kết nối với bên thông qua hai điện cực kim loại Anode Kathode J J Eth Cng + + _ Cathode - - + + + + + - N JE E Anode P JC Hình 2.1 Cấu trúc kí hiệu diode chỉnh lưu Diode phân cực thuận: - + 0.7 V Diode phân cực nghịch: - + ID(mA) ID VD VD (V) Hình 2.3 Xác định điện trở RD diode điểm làm việc b.Điện trở động (điện trở rD) Trong phương trình (2.2) điện trở DC diode không phụ thuộc vào hình dạng đặc tính vùng xung quanh điểm tĩnh Q.Nếu xếp chồng nguồn tín hiệu sin lên nguồn điện áp DC tín hiệu vào thay đổi làm điểm hoạt động thay đổi lên xuống hình 2.4 Đường đặc tính Đường tiếp tuyến ∆ID Q point (dc operation) ∆VD Nếu tín hiệu biến thiên đưa đến 0,điểm hoạt động điểm Q xuất hình 2.4 xác định mức điện áp Dc.Điểm gán chữ Q rút từ chữ Quiscent có nghĩa mức không thay đổi hay gọi điểm tĩnh hay điểm làm việc mạch điện tử Phương trìnhtínhđiệntrởđộngcủa diode là: rD= ∆𝑉𝐷 ∆𝐼𝐷 (2.3) ID Qpt ∆ID ∆VD Hình 2.5 Xácđịnhđiệntrở AC Q Nếuvùnglàmviệccủa diode đượcxemlàtuyếntínhthìđiệntrởđộngcủa diode trongphươngtrình (2.3) cóthểđượcviếtlạinhưsau: rD= 𝑑𝑣𝐷 𝑑𝑖𝐷 Từphươngtrình (2.1) ta có: ID + IS = ISeVD/ηVT 𝐼𝐷+𝐼𝑆 𝐼𝑆 =eVD/ηVT hay VD=ηVTln 𝑑𝑣𝐷 Vậy rD= 𝑑𝑖𝐷 = 𝐼𝐷+𝐼𝑆 𝐼𝑆 η𝑉𝑇 𝐼𝐷+𝐼𝑆 Khi phâncựcnghịch, dòng ID>>ISnênrDcóthểtínhgầnđúngnhưsau: η𝑉𝑇 rD≅ (2.5) 𝐼𝐷 Trường hợpη=1 vàxéttạinhiệtđộphòng TC = 25℃ VT = 26mV 26𝑚𝑉 rD≅ (2.6) 𝐼𝐷 Đến ta tính điện trở AC mà không cần phải vẽ tiếp đường tiếp tuyến.Phương trình (2.6) xác vùng hoạt động diode xem tuyến tính giá trị ID nằm vùng thẳng đứng đường cong Khi IDnằmtừđiểmuốntrởxuốngthìgiátrị η = (Silicon) làmdòng ID giảmxuốngphânnửa Tất cảcácđiệntrởđãxácđịnhlàchưatínhđếnđiệntrởcủachínhvậtliệub ándẫnvàđiệntrởbởicácđầumốigiữavậtliệubándẫnvàcácdâydẫn kimloạibênngoài.CácđiệntrởnàyđượccộnglạivàkíhiệulàrBvàđư ợctínhthêmvàođiệntrở AC, kếtquảđiệntrởrD’ gồmcóđiệntrởđộngrDvàđiệntrởrB: rD’ = 26𝑚𝑉 𝐼𝐷 + rB(2.7) Điện trởrBnằmtrongkhoảngtừ0.1Ωđốivớicáclinhkiệncôngsuấtlớnhơ nchođến2Ωđốivớicáclinhkiệncôngsuấtthấp * Dùng biến áp đôi: _ _ + Vi 0V + T _ Vo + 0V T Điệnápngõra: Vdc= x (0,318 x Vm) = 0,636Vm(2.22) Nếusửdụng diode Si vớiVγ = 0,7V thìtạimỗibánkỳcómột diode dẫn, ápdụngđịnhluật Kirchhoff ta có: vi - Vγ – v0 = (2.23) Vậynếusửdụng diode Si vớiVγ = 0,7V: Vdc = x (0,318 x (Vm -Vγ) = 0,636 (Vm- Vγ) (2.24) * Điệnápphâncựcngược PIV: Áp dụngđịnhluật Kirchhoff ta có: PIV = VBA + VR = Vm+ Vm = 2Vm (2.25) Diode sửdụngkhichọnphảicóPIV≥2Vm 2.4.4 Mạch xén Mạch xén mạch cho tín hiệu ngõ bị xén phần so với tín hiệu ngõ vào Mạch chỉnh lưu bán kỳ khảo sát dạng mạch đơn giản mạch xén sử dụng diode điện trở Có hai loại mạch xén nối tiếp song song Mạch xén nối tiếp diode mạch mắc nối tiếp với tải, mạch xén song song diode mắc song song với tải a Mạch xén song song: Hình trình bày mạch xén đơn giản sử dụng diode điện trở R Tín hiệu vào sóng vuông sóng tam giác tín hiệu bị xén phần tín hiệu tải mắc song song với linh kiện bán dẫn nguồn xén Xét mạch xén có thêm nguồn điện áp DC với tín hiệu sin ngõ vào hình vẽ Theo định luật bảo toàn lượng Vi = VD + VDC + LR Để phân tích hoạt động mạch, ta xem diode lý tưởng tiến hành bước sau: Bước 1: Ở bán kỳ dương Vi VDC Diode dẫn Khi điệnápvào vilớnhơn VDC , diode trạngtháidẫn – xemnhưngắnmạch, vinhỏhơnđiệnáp VDC diode trạngtháingưngdẫn – xemnhưhởmạch Bước 2: Xácđịnhápra: Khi diode ngưngdẫn – xemnhưhởmạch – dòngđiện id = vàkếtquảđiệnápra: V0 = Vi – iD.R, màiD.R = Suyra: V0= Vi Khi diode dẫn – xemnhưngắnmạch– VD≈0 vàkếtquảđiệnápra : V0 = VD + VDC = + VCD = VCD ID.R≠0 Vi VD VR VR VD b Mạch xén nối tiếp: Hình trình bày mạch xén nối tiếp tải mắc nối tiếp với linh kiện bán dẫn nguồn vào tín hiệu xoay chiều Để phân tích hoạt động mạch ta xem diode lý tưởng tiến hành bước giống Bước 1: Phương trình Kirchhoff : Vi = VCD + VD + LR Từ đoạn [0,ta]: diode ngắt , ID.R = nên V0 = Trong đoạn [ta,tb]: Vi>VDC nên Diode dẫn, ta có V0 = LR Đoạn [tb,t1]Diode ngắt ta lại có V0= Bước 2: Nửa bán kỳ âm Diode luôn trạng thái ngắt, mạch bị hở (hìnhvẽ) ta có V0 = Quá trình lặp lại cho bán kỳ dương âm ta nhận kết sóng ngõ bị xén không dạng sóng ngõ vào Ví dụ: Cho hình 2.78, với sóng vào có dạng tam giác, vẽ dạng sóng ngõ mạch Ta có mạch xén song song : Vi = I.R + VD + VDC = LR + V0 Nửa bán kỳ đầu: [0, ta]: Diode dẫn Vi