Diode silicon coù PIV, doøng ñieän vaø daõy ñieän aùp hoaït ñoäng lôùn hôn diode germanium. Ñieän aùp PIV ñoái vôùi silicon khoaûng chöøng 1000V trong khi ñoù giaù trò lôùn nhaát cuûa germanium laø 400V. Silicon coù theå söû duøng trong caùc öùng duïng maø nhieät ñoä coù theå leân ñeán 200C trong khi ñoù nhieät ñoä chòu döïng lôùn nhaát cuûa germanium laø 100C. Tuy nhieân khuyeát ñieåm cuûa silicon so vôùi germanium ñöôïc xaùc ñònh ôû hình 1.2, trong ñoù ñieän aùp phaân cöïc thuaän yeâu caàu cao hôn ñeå ñaït ñeán vuøng hoaït ñoäng.
I ĐẠI CƯƠNG VỀ DIODE Cấu tạo Diode dụng cụ bán dẫn có tiếp xúc pn hai điện cực kim loại Hình 2.1: cấu trúc kí hiệu cùa diode Đặc tuyến vôn – ampe: Do cấu trúc diode chuyển tiếp pn, nên phương trình dòng điện qua diode phương trình 1.1: I D I S eVD VT Is = dòng điện bảo hòa : số phụ thuộc vào vật liệu 1≤≤2 VT: hiệu điện nhiệt kT VT k q Tk : nhiệt độ kelvin Tk = Tc +273 q: điện tích q = 1,6 x 10-19 C k: số Boltzman k = 1,38 x 10-23 J/0K V(Ge) V(Si) Hình 2.2: Đặc tuyến Vôn – Ampe diode Ge Si Điện tử Silicon germanium: - Diode silicon có PIV, dòng điện dãy điện áp hoạt động lớn diode germanium Điện áp PIV silicon khoảng chừng 1000V giá trò lớn germanium 400V Silicon sử dùng ứng dụng mà nhiệt độ lên đến 200C nhiệt độ chòu dựng lớn germanium 100C Tuy nhiên khuyết điểm silicon so với germanium xác đònh hình 1.2, điện áp phân cực thuận yêu cầu cao để đạt đến vùng hoạt động Điện áp thời điểm bắt đầu dẫn xem điện áp ngưỡng (threshold) kí hiệu Vγ Vγ = 0,7V (Silicon); Vγ = 0,3V (Germanium) Rõ ràng điện áp ngưỡng diode germanium lý tưởng silicon đặc tính khác silicon so với germanium quan trọng nhiều loại silicon thường dùng nhiều Các tham số diode: a Điện trở tónh (hay điện trở dc): Điện trở dc diode điểm hoạt động tìm thấy cách đơn giản cách tìm mức điện áp VD dòng điện ID tương ứng với điện áp nguồn cung cấp dc trình bày hình 1.3 áp dụng phương trình sau: V (2.1) RD D ID Các mức điện trở dc vò trí uốn cong phía lớn điện trở từ khúc uốn cong trở lên Các mức điện trở vùng phân cực nghòch lớn Hình 2.3 Xác đònh điện trở dc diode điểm làm việc b Điện trở động (điện trở ac): Rõ ràng phương trình 2.1 điện trở dc diode không phụ thuộc vào hình dạng đặc tính vùng xung quanh điểm tónh 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 Nếu tín hiệu biến thiên đưa đến 0, điểm hoạt động điểm Q xuất hình 1.4 xác đònh mức điện áp dc Điểm gán chữ Q rút từ chữ quiscent có nghóa mức không thay đổi hay gọi điểm tónh 14 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2.4 Dạng sóng diode có tín hiệu nhỏ ac Phương trình tính điện trở động diode là: VD rD I D (2.2) Hình 2.5 Xác đònh điện trở ac điểm Q Nếu vùng làm việc diode xem tuyến tính điện trở động diode phương trình 2.2 viết lại sau: dv rD D di D Từ phương trình (1.1) ta có: I D I S I S eVD VT ID IS I IS eVD VT hay VD VT ln D IS IS Vậy rD dv D VT di D I D I S (2.3) Do dòng ID phên cực thuận lớn dòng ró IS nhiều nên rD tính gần sau: V rD T (2.4) ID trường hợp η = xét nhiệt độ phòng TC 25o C VT = 26mV: 15 Điện tử rD 26mV ID (2.5) Đến ta tính điện trở ac mà không cần phải vẽ đường tiếp tuyến Tuy nhiên, điều quan trọng cần phải nhớ phương trình 2.4 xác vùng hoạt động diode xem tuyến tính giá trò ID nằm vùng thẳng đứng đường cong Khi ID nằm từ điểm uốn trở xuống giá trò = (silicon) làm dòng ID giảm xuống phân kết điện trở rD nhân thêm hệ số Tất điện trở xác đònh từ trước đến không kể đến điện trở vật liệu bán dẫn điện trở đầu nối vật liệu bán dẫn dây dẫn kim loại bên Các điện trở cộng lại kí hiệu rB tính thêm vào điện trở ac, kết điện trở rd’ gồm có điện trở động điện trở rB: 26mV (2.6) rD' rB ID Điện trở rB nằm khoảng từ 0,1 linh kiện công suất lớn 2 linh kiện công suất thấp Mạch điện tương đương diode: Một mạch điện tương dương tổ hợp phần tử lựa chọn cách hợp lý để biểu diễn đặc tính linh kiện thật, hệ thống vùng hoạt động đặc biệt cách tốt Mạch điện tương đương tuyến tính phân đoạn: Một phương pháp để thành lập mạch điện tương đương cho diode cách kẽ đường thẳng gần giống đường đặc tính hình 2.6a Mạch điện tương đương có gọi mạch điện tương đương tuyến tính phân đoạn Đối với phần độ dốc đường cong tương điện trở ac trung bình điện trở có mạch điện tương hình 2.6b Do diode silicon dẫn điện áp phân cực thuận VD 0,7V (như hình 2.6a), nguồn pin Vγ thay tương đương, kết ta có mạch điện tương đương hình 2.6b (a) (b ) Hình 2.6: a Xác đònh mạch điện tương đương dùng đường thẳng gần với đường đặc tính b Mạch điện tương đương diode Mạch điện tương đương đơn giản: Trong hầu hết ứng dụng, điện trở trung bình rav nhỏ nên bỏ qua so sánh với phần tử khác mạch Khi bỏ điện trở rav khỏi mạch điện tương đương mạch điện đường đặc tính có dạng hình 2.7 16 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2.7: Mạch điện tương đương đơn giản diode Mạch điện tương đương lý tưởng: Sau bỏ qua giá trò điện trở trung bình rav khỏi mạch điện tương đương, ta thực thêm bước điện áp 0,7V bỏ qua so sánh với mức điện áp tín hiệu cung cấp lớn Trong trường hợp mạch điện tương đương lại diode lý tưởng đặc tính hình 2.8 Hình 2.8: Diode lý tưởng đặc tính c Điện dung: Các linh kiện điện tử nhạy với tần số cao Hầu hết ảnh hưởng điện dung nối tiếp bò bỏ qua làm việc tần số thấp Xc = 1/2fC có giá trò lớn (tương đương hở mạch) Tuy nhiên bỏ qua làm việc tần số cao Vì giá trò Xc giảm nhỏ ngắn mạch tín hiệu có tần số cao Trong diode bán dẫn pn, có ảnh hưởng điện dung cần phải xem xét điện dung chuyển tiếp điện dung khuếch tán CO CT C D CT điện dung chuyển tiếp (transistion) CD đệin dung khuếch tán (diffusion) Trong chuyển tiếp pn, vùng tiếp xúc mang tính chất chất cách điện lớp điện tích đối ngược tương đượng tụ điện có đòên dung gọi điện dung chuyển tiếp Độ rộng vùng nghèo tăng tỉ lệ với điện áp phân cực nghòch, điện dung chuyển tiếp bò thay đổi tuỳ thuộc vào điện áp phân cực nghòch cung cấp A CT (2.7) d 17 Điện tử Trong số điện môi chất cách điện cực A diện tích tiếp xúc hai chất bán dẫn n p d: bề dày vùng tiếp xúc Mặc dù ảnh hưởng xảy vùng phân cực thuận bò che lấp ảnh hưởng trực tiếp tụ điện phụ thuộc vào tốc độ điện tích phun vào vùng nằm vùng nghèo Dòng điện tăng làm tăng điện dung khuếch tán Tuy nhiên tăng dòng điện làm giảm điện trở kết thời = RC – quan trọng ứng dụng – trở nên thiếu dQ (2.8) CD dV Q: điện tích miền diode Hình 2.9 Điện dung chuyển tiếp khuếch tán tỉ lệ với điện áp phân cực Các ảnh hưởng vừa diễn tả minh họa tụ điện mắc song song với diode lý tưởng hình 2.10 Trong ứng dụng tần số từ trung bình trở xuống bỏ qua ảnh hưởng tụ Hình 2.10 d Thời gian khôi phục ngược: Một thông số chưa xét đến thời gian khôi phục ngược trr Trong trạng thái phân cực thuận trình bày trước có số lượng lớn hạt điện tử từ chất bán dẫn n khuếch tán sang chất bán dẫn loại p số lượng lớn lỗ trống từ chất bàn dẫn p khuếch tán sang chất bán dẫn n để thực trình dẫn điện Các điện tử chất bán dẫn loại p lỗ trống chất bán dẫn n trở thành hạt tải tiểu số chất bán dẫn số lượng lớn Nếu điện áp cung cấp đổi chiều làm diode chuyển sang trạng thái phân cực nghòch diode lý tưỏng chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn tức thời Tuy nhiên, số lượng lớn hạt tải tiểu số chất bán dẫn nên diode phân cực nghòch hình 2.11 thời gian lưu trữ ts, thời gian để hạt tải tiểu số trở trạng thái hạt tải đa số chúng chất bán dẫn đối diện Điều có ý nghóa diode trạng thái ngắn mạch với dòng Ireverse xác đònh thông số mạch Khi thời gian ts hết (các hạt tải trạng thái) dòng điện giảm ứng với trạng thái ngưng dẫn, khoảng thời gian chuyển trạng thái kí hiệu t t Thời gian khôi phục ngược tổng thông số thời gian: trr = ts + tt Thật vấn đề trở nên quan trọng 18 Chương 2: Diode mạch ứng dụng ứng dụng chuyển mạch tốc độ cao Hầu hết diode chuyển mạch có thời trr vào khoảng vài nano giây đến s Hình 2.11 Xác đònh thời gian khôi phục nghòch e nh hưởng nhiệt độ: Nhiệt độ làm ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính diode bán dẫn hình 2.12 Qua thí nghiệm người ta tìm mối liên hệ sau: “ Dòng điện bảo hòa nghòch IS tăng gấp nhiệt độ tăng lên 10C ” Hình 2.12: Các đặc tính khác diode nhiệt độ thay đổi Đối với diode Germanium với dòng IS vào khoảng A nhiệt độ 25C đạt đến 100A nhiệt độ 100C Giá trò IS diode silicon thấp so với germanium với công suất mức dòng điện trình bày hình 2.1 Kết nhiệt độ cao mức dòng điện IS diode silicon không mức dòng diode germanium – nguyên nhân mà linh kiện silicon sử dụng ứng dụng đòi hỏi dòng lớn Các thông số giới hạn diode: Bảng thông số linh kiện bán dẫn thường cung cấp nhà chế tạo Hầu hết bảng thông số cung cấp thông số giới hạn cho phép Ngoài ra, có thêm đặc tính kiểm tra thông qua hình ảnh, bảng biểu… Các thông số bao gồm: 19 Điện tử Điện áp phân cực thuận VF dòng nhiệt độ đònh Dòng phân cực thuận cực đại IF nhiệt độ đònh Dòng bảo hòa ngược IR điện áp nhiệt độ đònh Điện áp phân cực ngược đánh thủng PIV nhiệt độ đònh Mức công suất tiêu tán cực đại nhiệt độ đặc biệt Điện dung diode Thời gian khôi phục phân cực nghòch trr (reverse recover time) Dãy nhiệt độ cho phép làm việc Tùy thuộc vào loại diode sử dụng, bảng liệu cung cấp thêm thông số khác dãy tần số làm việc, mức nhiễu, thời gian chuyển mạch, mức điện trở ngưỡng giá trò đỉnh Công suất cực đại tính sau: PD max VD I D (2.9) Nếu sử dụng mô hình đơn giản ứng dụng thay VD = VT = 0,7V diode silicon II CÁC LOẠI DIODE Diode chỉnh lưu: Cấu tạo chuyển tiếp pn, tiếp xúc mặt Do diode chỉnh lưu có khả chòu dòng tải lớn Ứng dụng mạch chỉnh lưu Hình 2.13: kí hiệu diode chỉnh lưu Diode cao tần Cấu tạo chuyển tiếp pn, tiếp xúc điểm Do diode cao tần có điện dung tiếp xúc bé, hoạt động tần số cao ng dụng tách sóng cao tần Hình 2.14: Kí hiệu diode cao tần Diode zener: cấu tạo chuyển tiếp pn, chế tạo vật liệu chòu nhiệt tỏa nhòêt tốt, chòu dòng ngược lớn Hoạt động chủ yếu vùng phân cực ngược Ứng dụng mạch ổn áp, tạo điện áp chuẩn Vùng zener đề cập phần trước cách chi tiết có đường cong đặc tính rơi thẳng đứng VZ Vùng đặc tính zener sử dụng thiết kế chế tạo diode Zener Hình 2.15 Kí hiệu diode zener 20 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2.16: Đặc tuyến diode zener Vò trí vùng zener thay đổi công nghệ chế tạo cách thay đổi nồng độ tạp chất chất bán dẫn Diode zener chế tạo với mức điện áp thay đổi từ 1,8V đến 200V với công suất tiêu tán từ ¼ W đến 50W Do nhiệt độ cao khả chòu dòng lớn nên silicon chất bán dẫn chủ yếu để chế tạo diode zener Mạch điện tương đương diode zener vùng zener gồm điện trở động nhỏ nguồn pin tương đương với điện áp zener hình 2.16a Tuy nhiên ứng dụng xem điện trở bên lớn điện trở zener nhiều nên mạch điện tương đương đơn giản lại nguồn pin hình 2.16b Hình 2.16: Mạch điện tương đương diode zener Các thông số đặc trưng diode zener: - Điện áp VZ - Điện trở tương đương (điện trở động) điểm làm việc dV rD Z dI Z Điện trở tónh V RD Z IZ (2.10) - - Hệ số ổn đònh nhiệt VZ T VZ T (2.11) I Z const (2.12) Trong VZ thay đổi điện áp zener phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ Chú ý hệ số nhiệt dương, âm mức zener khác Với giá trò dương 21 Điện tử cho biết điện áp VZ vùng tăng theo nhiệt độ, giá trò âm VZ giảm nhiệt độ tăng Diode biến dung (varicap) Cấu tạo chuyển tiếp pm, chế tạo có điện dung thay đổi theo điện áp ngược đặt vào Ứng dụng mạch tự điều chỉnh tần số công hưởng… Hình 2.17: Diode biến dung a Mạch điện tương đương; b kí hiệu Hình 2.18: Đặc tuyến diode biến dung Diode tunnel (diode xuyên hầm) Cấu trúc chuyển tiếp pn, có nồng độ tạp chất cao Ứng dụng mạch tạo dao động siêu cao tần… Hình 2.19: Diode tunnel a.mạch điện tương đương; b kí hiệu Didoe Schottky Cấu tạo tiếp xúc schottky Ứng dụng mạch yêu cầu tốc độ chuyền mạch nhanh 22 Điện tử Chiều dòng điện điện áp E tạo chiều với kí hiệu diode nên diode dẫn, sơ đồ mạch xác đònh hình 2.44 V1=0,7 D1 I2 Hình 2.44 E ID2 Si V2=0,7 20V D2 Si I1 R1 3,3k R2 5,6k Xác đòng dòng điện I1: V2 I1 VT1 0, 7V 0, 212mA R1 3,3k p dụng đònh luật điện áp Kirchhoff xác đònh được: V2 E V1 V Hay V2 E V1 V 20V 0,7V 0,7V 18,6V Dòng điện I2 xác đònh: V 18, 6V I2 3,32mA R 5, 6k Dòng điện ID2 xác đònh: ID2 I2 I1 3,32mA 0, 212mA 3.108mA Cổng and/or: Mạch điện phân tích ví dụ 2.8 cổng OR có mức logic dương Mức logic trình bày hình 2.45: điện áp 10v gán cho mức logic “1” 0V gán cho mức logic “0” Cổng OR trình bày với mức điện áp mức ngõ vào mức Ngõ mức ngõ vào mức Ví dụ 2.8: Hãy xác đònh điện áp Vo mạch điện hình 2.45 D1 (1) E=10V Hình 2.45 (0) 0V Si D2 VO Si R 1k Giải: Trong mạch điện hình 2.45: điện áp ngõ vào 10V, điện áp ngõ vào 0V xem nối mass, mạch điện vẽ lại hình 2.46 Trong hình 2.46: D1 dẫn, D2 ngưng dẫn xem hở mạch mạch điện tương đương hình 2-47 Hình 2.46 30 Hình 2-47 Chương 2: Diode mạch ứng dụng VD D1 Si D2 E I VO Si 10V E R 1k 0,7 10V R 1k 0V Điện áp VO xác đònh sau: VO IR E VD 10V 0,7V 9,3V Ví dụ 2.9: Hãy xác đònh điện áp Vo mạch điện cổng AND hình 2.48 D1 (1) E1=10V (0) E2 =0V Si D2 VD VO Si 0,7V R 1k D E =10V Hình 2-48 E1 10V R 1k I D E=10V Hình 2-49 Giải: Với điện áp ngõ vào E1= 10V làm cho D1 không dẫn (phân cực ngược) xem hở mạch, điện áp ngõ vào E2=0V làm cho D2 dẫn điện áp rơi D2 0,7V Mạch điện tương đương hình 2-49 Điện áp VO xác đònh điện áp diode D2: VO VD 0,7V Dòng điện I xác đònh: E VD 10V 0, 7V I 9,3mA R 1k Mạch chỉnh lưu: 31 Điện tử a mạch chỉnh lưu bán kì VI Vm D I” T/2 T t VO R VI chu kỳ vi Vm sin t Hình 2-50 Mạch chỉnh lưu bán kỳ Trong khoảng thời gian [0, T/2], tín hiệu vào vI dương nên diode D dẫn xem ngắn mạch mạch điện tương đương (dùng mô hình tương đương lý tưởng) hình 2.51 VO D Vm R R VI VO VI VO =VI t T/2 Hình 2.51 Khoảng thời gian dẫn diode [0,T/2] Trong khoảng thời gian [T/2, T], tín hiệu vào vI âm nên diode D ngưng dẫn xem hở mạch mạch điện tương đương hình 2.52 D VO=0V VO Vm R R VI VO VI VO =0 T/2 T Hình 2.55 Khoảng thời gian ngưng dẫn diode [T/2, T] Dạng sóng tín hiệu VI VO vẽ chu kỳ có dạng hình 2.56 Tín hiệu VO có giá trò dương giá trò trung bình điện áp tính sau: Vdc 32 T 2 T V 2t T 2 Vm sin dt Vm cos cos 0 m 0,318Vm T T T 2 2 T T (2.15) t Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2-56 Dạng sóng tín hiệu mạch chỉnh lưu bán kỳ nh hưởng điện áp ngưỡng VT = 0,7V diode Si đến dạng sóng tín hiệu trình bày hình 2.57 vùng phân cực thuận Trong hình vẽ cho thấy tín hiệu vào nhỏ 0,7V diode chưa dẫn, điện áp vO 0V, điện áp vào vI lớn 0,7V diode dẫn điện áp vO = vI – 0,7 +V V=0,7V V Hình 2.57: nh hưởng Vy Khi điện áp trung bình dc tính sau: Vdc 0,318(Vm V ) (2.16) Điện áp phân cực ngược PIV: Giá trò điện áp PIV diode thông số quan trọng thiết kế hệ thống chỉnh lưu Điện áp phân cực ngược diode sử dụng không vượt điện áp PIV cho phép diode Điện áp PIV yêu cầu mạch chỉnh lưu bán kỳ xác đònh từ hình 2.58, áp dụng đònh luật Kirchhoff ta tính điện áp PIV diode phải lớn giá trò điện áp cung cấp PIV Vm (2.17) Hình 2.58 Xác đònh điện áp PIV b Mạch chỉnh lưu toàn kỳ: Mạch cầu: Mạch điện chỉnh lưu có dạng hình 2.59 sử dụng diode kết nối theo cấu hình cầu 33 Điện tử Hình 2.59 Mạch chỉnh lưu cầu Trong khoảng thời gian [0,T/2], tín hiệu vào có giá trò dương làm diode D2, D3 dẫn (xem ngắn mạch) diode D1, D4 ngưng dẫn (xem hở mạch) hình 2.60 Hình 2.60 Mạch cầu trạng thái [0,T/2] Khi sơ đồ mạch tương đương dạng sóng vào hình 2.61 Nếu xem diode lý tưởng điện áp vO = vI Hình 2.61 Mạch tương đương dạng sóng vào mạch chỉnh lưu cầu bán kì dương Trong khoảng thời gian [T/2, T], tín hiệu vào có cực tính âm làm cho diode D2, d3 ngưng dẫn (xem hở mạch) diode D1, D4 dẫn (xem ngắn mạch) Khi sơ đồ mạch tương đương dạng sóng vào hình 2-62 34 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2-62 Mạch tương đương dạng sóng vào mạch chỉnh lưu cầu bán kì âm Vậy dạng sóng vào chu tín hiệu vào hình 2.63 là: Hình 2.63.Dạng sóng vào chu kì mạch chỉnh lưu cầu Do dạng sóng mạch chỉnh lưu toàn kỳ gấp đôi bán kỳ nên giá trò điện áp trung bình tính Vdc (0,318 Vm ) 0,636Vm (2-10) Nếu sử dụng diode si với VT = 0,7V bán kì có hai diode dẫn, áp dụng đònh luật Kirchhoff ta có: vi V vo V Hay vo vi 2V Vdc (0,318 (Vm 2V ) 0,636(Vm 2V ) (2.11) Điện áp phân cực ngược PIV: Điện áp phân cực ngược diode: PIV Vm Dùng biến áp đôi: Hình 2.64: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp đôi 35 Điện tử Một mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình 2.64 sử dụng diode phải sử dụng biến áp đôi Khi vI dương diode D1 dẫn D2 ngưng dẫn hình 2-65 Hình 2-65 Dạng sóng vào mạch tương đương ứng với bán kì dương vi Khi vI âm diode D1 ngưng dẫn D2 dẫn hình 2-66 Hình 2-66 Dạng sóng tín hiệu vào sơ đồ mạch tương đương bán kì âm vi Vậy điện áp ngõ gồm hai bán kì điện áp ngõ vào, bán kì âm chỉnh lưu thành điện áp dương ngõ Hình 2.67: dạng sóng vào mạch chỉnh lưu toàn kì dùng biến áp đôi Điện áp ngõ ra: Vdc (0,318 Vm ) 0,636Vm Nếu sử dụng diode si với VT = 0,7V bán kì có diode dẫn, áp dụng đònh luật Kirchhoff ta có: vi V vo Vậy sử dụng diode si với V = 0,7V : Vdc (0,318 (Vm V ) 0,636(Vm V ) (2.12) Điện áp phân cực ngược PIV: Điện áp phân cực ngược diode xác đònh theo hình 2-68 p dụng đònh luật Kirchhoff ta có: 36 Chương 2: Diode mạch ứng dụng PIV VBA VR Vm Vm 2Vm (2.13) Diode sử dụng chọn phải có PIV 2Vm Hình 2.68.Sơ đồ mạch tương đương bán kì âm Vi Mạch xén: Mạch xén mạch cắt bỏ phần tín hiệu ngõ vào mà không làm méo dạng phần tín hiệu lại Mạch chỉnh lưu bán kỳ khảo sát dạng mạch đơn giản mạch xén sử dụng diode diode Có 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 nối tiếp: Hình 2-69 trình bày mạch xén đơn giản sử dụng diode điện trở R Tín hiệu vào sóng vuông sóng tam giác tín hiệu bò cắt bỏ phần tín hiệu âm Hình 2.69: Mạch xén nối tiếp đơn giản Xét mạch xén có thêm nguồn điện áp dc với tín hiệu sin ngõ vào hình 2.70 Hình 2.70: Mạch xén nối tiếp Để phân tích hoạt động mạch ta xem diode lý tưởng tiến hành bước sau: 37 Điện tử Bước 1: xác đònh điện áp cung cấp làm thay đổi trạng thái diode – trạng thái tương ứng với dòng id = điện áp vd = mạch hình 2.71 Hình 2.71 Kết tìm được: vi = V Khi điện áp vào vi lớn V diode trạng thái dẫn – xem ngắn mạch, vi nhỏ điện áp V diode trạng thái ngưng dẫn – xem hở mạch Bước 2: xác đònh điện áp ra: Khi diode ngưng dẫn – xem hở mạch – dòng điện id = kết điện áp ra: vO i R R id R (0)R 0V Khi diode dẫn – xem ngắn mạch – mạch tương đương hình 2-72 – điện áp rơi diode V – áp dụng đònh luật Kirchhofff để xác đònh điện áp ra: vi V v O Hay v O vi V (2.14) Hình 2.72 Bước 3: vẽ dạng sóng tín hiệu ra: Dựa vào kết bước để vẽ dạng sóng tín hiệu – kết dạng sóng tín hiệu hình 2-73 Hình 2.73 b Mạch xén song: Hình 2-74 trình bày mạch xén song song đơn giản sử dụng diode điện trở R Tín hiệu vào sóng vuông sóng tam giác tín hiệu bò cắt bỏ phần tín hiệu dương 38 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2.74: Mạch xén song song đơn giản Xét mạch xén có thêm nguồn điện áp dc với tín hiệu xung tam giác ngõ vào hình 2-75 Để phân tích hoạt động mạch ta xem diode lý tưởng tiến hành bước giống Hình 2-75 Mạch xén song song có thêm nguồn dc Bước 1: cho dòng id = vd = hình 2-76 – áp dụng đònh luật Kirchhoff tìm giá trò điện áp vào làm thay đổi trạng thái dẫn diode vi = V= 4V Hình 2-76 Bước 2: xác đònh điện áp Khi diode dẫn – xem ngắn mạch – mạch tương đương hình 2.77 – kết điện áp ra: vo V 4V Hình 2.77 Khi diode ngưng dẫn – xem hở mạch – mạch tương đương hình 2-78 – kết điện áp ra: v0 = vi 39 Điện tử Hình 2.78 Bước 3: vẽ dạng sóng tín hiệu hình 2-79 Hình 2.79 Mạch kẹp: Mạch kẹp mạch dời tín hiệu đến mức điện áp dc khác Một mạch kẹp phải có tụ điện, diode, điện trở thêm nguồn điện áp dc Giá trò R C phải lựa chọn cho thời = RC đủ lớn để đảm bảo điện áp rơi tụ điện C xả không đáng kể khoảng thời gian diode ngưng dẫn Trong phân tích mạch ta xem tụ nạp đầy xả hết lượng điện tích sau khoảng thời gian 5 Mạch điện hình 2-80 mạch kẹp mức 0V (xem diode lý tưởng) Hình 2.80: Mạch kẹp Trong khoảng thời gian từ [0,T/2], tín hiệu vào dương – mạch tương đương hình 2-81, diode trạng thái dẫn xem ngắn mạch điện trở R – dẫn đến thời có giá trò nhỏ tụ C nạp đầy điện áp V cách nhanh chóng điện áp 0V 40 Chương 2: Diode mạch ứng dụng Hình 2.81: Mạch tương đương bán kì dương tín hiệu Trong khoảng thời gian từ [T/2, T], tín hiệu vào âm – mạch tương đương hình 2-82, diode phân cực ngược – xem hở mạch – thời = RC có giá trò lớn – áp dụng đònh luật Kirchhoff đểm tìm điện áp ra: V V v O Hay v o 2V Chú ý dấu trừ kết ngược với dấu trừ xác đònh mạch Hình 2.82: Mạch tương đương bán kì âm tín hiệu Kết dạng sóng vào hình 2-83 Hình 2.83 Mạch ổn áp Hình 2.84: Mạch ổn áp dùng diode zener 41 Điện tử Lưu ý: để mạch hoạt động ổn áp dòng qua diode zener phải thỏa: I Z I Z I Z max Dòng IZ phụ thuộc vào thông số: Vi, R, RL 7.Mạch nhân áp: a Mạch nhân áp bán kì: Hình 2.85: Mạch nhân áp bán kì 42 Chương 2: Diode mạch ứng dụng b.Mạch nhân áp toàn kì: Hình 86: Mạch nhân áp toàn kì 43 Điện tử 44 ... số cao Trong diode bán dẫn pn, có ảnh hưởng điện dung cần phải xem xét điện dung chuyển tiếp điện dung khuếch tán CO CT C D CT điện dung chuyển tiếp (transistion) CD đệin dung khuếch tán... độ tăng Diode biến dung (varicap) Cấu tạo chuyển tiếp pm, chế tạo có điện dung thay đổi theo điện áp ngược đặt vào Ứng dụng mạch tự điều chỉnh tần số công hưởng… Hình 2.17: Diode biến dung a Mạch... tụ điện có đòên dung gọi điện dung chuyển tiếp Độ rộng vùng nghèo tăng tỉ lệ với điện áp phân cực nghòch, điện dung chuyển tiếp bò thay đổi tuỳ thuộc vào điện áp phân cực nghòch cung cấp A CT