Chương 2 Diode bán dẫn của bài giảng Kỹ thuật điện tử C trình bày về khái niệm, các tham số của diode bán dẫn, phân tích mạch DC chứa diode, phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode,...
Chương Một số hình dáng loại diode 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 (N) Anode (P) Ký hiệu diode bán dẫn 2.2 Các tham số diode bán dẫn 2 Điện trở xoay chiều : r d = dV dI Điện trở chiều (điện trở tĩnh): - Theo chiều thuận: Rth = Vth Ith (Có giá trị từ vài Ω đến vài chục Ω) - Theo chiều ngược: R ng = Vng I ng (Có giá trị lớn, hàng trăm KΩ) 2.2 Các tham số diode bán dẫn - Khi diode làm việc điểm gián đoạn: rD = VT + rB (Ω) I - VT: điện nhiệt; I: dòng qua diode - rB :điện trở gộp (bulk resistance) bao gồm điện trở vật liệu bán dẫn điện trở tiếp xúc - Ở nhiệt độ phòng: rD = 0.026 + rB (Ω) I - Khi diode làm việc với dòng cao bỏ qua rB 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 2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode 2.3 Phân tích mạch DC chứa diode Tín hiệu nhỏ xem đoạn làm việc diode đặc tuyến đủ nhỏ để xem tuyến tính Giả sử diode silicon phân cực thuận cho có đủ dòng điện để điểm làm việc nằm điểm gián đoạn: E = I.R + Vγγ (V) ⇒ I = (E – 0.7)/R (A) v(t ) = E + A sin ωt Áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch tuyến tính: - Đối với nguồn DC: - Đối với nguồn AC: rD = i= 0.026 (Ω ) I e A sin ωt = R + rD R + rD - Tổng hợp: i(t) = I + i = I = (E – 0.7) / R (A) E − 0.7 A sin ωt + R R + rD v ( D ) = + rD A sin ω t R + rD 10 2.5 Đường tải Điểm làm việc Đường tải DC biểu diễn mối quan hệ I,V diode có phân cực điện áp DC - Điểm làm việc diode giao điểm đường tải đặc tuyến - Giao điểm gọi điểm làm việc tĩnh, ký hiệu Q 11 12 Ảnh hưởng nguồn ac 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) 13 14 - Một công tắc lý tưởng có điện trở khơng đóng điện trở vơ mở - Diode xem công tắc điều khiển điện áp: đóng phân cực thuận mở phân cực ngược 15 16 Ví dụ 2.7 Chỉnh lưu 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 vng 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 - 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 D ri VL RL _+ Vi 17 18 Hướng dẫn - Dòng qua tải RL: v i − Vγ iL = ri + R L - Áp rơi tải: v L (t ) = v i − Vγ ri + R L D ri VL V RL 10 _+ Vi -10 x RL V vL vi t vL t vi - Vì Vγγ vi 1V Vγ=0.2V Vγγ, ωt = π/2: vL (t ) = vi − Vγ ri + RL x RL = t (sinωt − 0.2) = 0.72V 10 VL 0.72V t 21 22 Đặc tuyến 2.8 Diode ổn áp (Zener) Ký hiệu: VZ Đặc tính: - Chế tạo vật liệu chịu nhiệt tỏa nhiệt tốt V1 IZmin A• IZ • Q - Hoạt động chế độ phân cực ngược IZmax B • - Đoạn làm việc phần đặc tuyến song song với trục tung V2 Imax = Pmax Vng V1: điện áp chiều chưa ổn định V2: điện áp lấy tải ổn định R1: điện trở hạn dòng cho diode, cho Q nằm đoạn AB Đ c n V-A c a diode Zener 23 24 Hướng dẫn Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ R1 = 300Ω Ω; R2 = 1200Ω Ω Xác định phạm vi thay đổi Vi để có điện áp tải R2 ổn định mức 10V (Chọn loại diode Zener có VZ = 10V, IZmin = 10mA, IZmax = 30mA.) IL = VL = 8.3 (mA) R2 - Áp dụng định luật Ohm: R1 Vi = I R R + V Z = ( I Z + I L ) R + V Z IR Vi+∆ ∆ Vi - Dòng qua tải: DZ IL R2 VL V i = 15 V IZ 25 ; V i max = 21 V 26 ... R L 19 20 Khi vi nhỏ, bỏ qua Vγγ Diode dẫn điện khoảng thời gian vi > vi 1V Vγ=0.2V Vγγ, ωt = π /2: vL (t ) = vi − Vγ ri + RL x RL = t (sinωt − 0 .2) = 0.72V 10 VL 0.72V t 21 22 Đặc tuyến 2. 8 Diode... chưa ổn định V2: điện áp lấy tải ổn định R1: điện trở hạn dòng cho diode, cho Q nằm đoạn AB Đ c n V-A c a diode Zener 23 24 Hướng dẫn Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ R1 = 300Ω Ω; R2 = 120 0Ω Ω Xác định.. .2. 2 Các tham số diode bán dẫn - Khi diode làm việc điểm gián đoạn: rD = VT + rB (Ω) I - VT: điện nhiệt; I: dòng qua diode - rB :điện trở gộp (bulk resistance) bao gồm điện trở vật