Chương này trình bày về linh kiện bán dẫn với những nội dung chính như: Vật liệu bán dẫn, chuyển tiếp P-N, cấu tạo của Diode, nguyên lý hoạt động, đặc tính Diode, mô hình Diode, ứng dụng. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm chi tiết.
CÁC THIẾT BỊ VÀ MẠCH ĐIỆN TỬ Chương Linh kiện bán dẫn Vật liệu bán dẫn Chuyển tiếp P-N Cấu tạo Diode Nguyên lý hoạt động Đặc tính Diode Mơ hình Diode Ứng dụng Bài tập TRỊNH LÊ HUY Vật liệu bán dẫn? ➢ Về tính chất điện, vật liệu phân làm loại bản: ➢ Vật liệu dẫn điện ➢ Vật liệu bán dẫn ➢ Vật liệu cách điện TRỊNH LÊ HUY Vật liệu bán dẫn? ➢ So sánh vật liệu bán dẫn vật liệu dẫn ➢ Silicon vs Đồng Lực hút core (+4) vs core (+1) Năng lượng etại lớp vỏ thứ vs lớp vỏ thứ Đồng dẫn điện tốt Silicon TRỊNH LÊ HUY Vật liệu bán dẫn? ➢ So sánh vật liệu bán dẫn vật liệu bán dẫn dẫn ➢ Silicon vs Germanium Lực hút core (+4) vs core (+4) Năng lượng etại lớp vỏ thứ vs lớp vỏ thứ Silicon hoạt đông ổn đinh Germanium TRỊNH LÊ HUY Vật liệu bán dẫn? ➢ Vật liệu bán dẫn dẫn điện nào? Khi ta cung cấp lượng (nhiệt độ), e- vỏ hóa trị “nhảy” vào vùng dẫn, vật liệu bán dẫn dẫn điện TRỊNH LÊ HUY Vật liệu bán dẫn? ➢ Dòng điện electron dòng điện lỗ trống (Electron current and Hole current) Dòng lỗ trống: Sau kích thích vật liệu nhiệt độ, e- “nhảy” lên vùng dẫn, đó, vị trí e- lúc trước xuất lỗ trống Việc kết hợp lại elân cận với lỗ trống tạo dòng lỗ trống Chú ý tượng xuất vùng vỏ hóa trị (valence shell) Conduction band Dòng electron: Sau kích thích vật liệu nhiệt độ, ta cung cấp nguồn điện đầu vật liệu bán dẫn Nguồn điện tạo điện trường khiến cho e- dịch chuyển – sang + TRỊNH LÊ HUY Chuyển tiếp P-N Neutral!!!! Trung hòa Điện ➢ Để tăng khả dẫn điện vật liệu bán dẫn, người ta thường pha tạp thêm loại vật liệu khác vào vật liệu bán dẫn để tăng số lượng e- số lượng lỗ trống TRỊNH LÊ HUY Chuyển tiếp P-N ➢Chất bán dẫn loại N (N-type semiconductor) ➢ Là chất có tạp chất nguyên tố thuộc nhóm V, nguyên tử dùng electron tạo liên kết electron lớp liên kết lỏng lẻo với nhân Vật liệu dẫn điện chủ yếu electron ➢ Vật liệu bán dẫn loại P (P-type semiconductor) ➢ Là chất có tạp chất nguyên tố thuộc nhóm III, nguyên tử dùng electron tạo liên kết Liên kết lại với nguyên tử Silicon bị thiếu electron hình thành lỗ trống Vật liệu dẫn điện chủ yếu lỗ trống TRỊNH LÊ HUY Chuyển tiếp P-N ➢ Chuyển tiếp P-N ➢ Quá trình hình thành chuyển tiếp P-N TRỊNH LÊ HUY Cấu tạo Diode ➢ Diode: ➢ Là thiết bị sử dụng vật liệu bán dẫn ➢ Diode bao gồm phần chính, ½ vật liệu bán dẫn loại N ½ vật liệu bán dẫn loại P ➢ Phần bán dẫn loại P gọi Anode, phần bán dẫn loại N gọi Cathode ➢ Diode dẫn theo chiều thuận khóa (điện trở vơ lớn – lý tưởng) theo chiều ngược lại + _ n p Depletion region Ký hiệu Diode TRỊNH LÊ HUY 10 Các vấn đề cần ý mạch chỉnh lưu ➢ Ví dụ: Vẽ lại hiệu điện đầu mạch chỉnh lưu Tính độ sai số giá trị hiệu điện đầu so với giá trị hiệu điện đầu vào? Cơng thức tính: 𝐸𝑟𝑟 = 𝑉𝑖𝑛 −𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 × 100% Kết luận: Ảnh hưởng hiệu điện ngưỡng bỏ qua hiệu điện đầu vào lớn TRỊNH LÊ HUY 33 Các vấn đề cần ý mạch chỉnh lưu ➢ Điện nghịch đảo cực đại (Peak Inverse Voltage) Khi mạch chỉnh lưu hoạt động, có thời điểm nhiều diode mạch bị phân cực nghịch Khi đó, hiệu điện đánh thủng diode bé hiệu điện cực đại nguồn điện xoay chiều vào, mạch chỉnh lưu không hoạt động bình thường (có nguy bị cháy, hỏng…) Điện nghịch đảo cực đại PIV định nghĩa hiệu điện cực đại mà nguồn điện áp lên diode diode phân cực nghịch Thông thường, người ta chọn diode có hiệu điện đánh thủng lớn 20% PIV TRỊNH LÊ HUY 34 Các vấn đề cần ý mạch chỉnh lưu ➢ Điện nghịch đảo cực đại (Peak Inverse Voltage) Cho mạch hình vẽ, tính giá trị PIV diode mạch sau? 10:1 TRỊNH LÊ HUY 35 Mạch lọc nguồn chiều ➢ Mạch lọc nguồn có tác dụng nâng cao giá trị trung bình tín hiệu đầu ra, đặc biệt, mạch lọc góp phần làm mượt tín hiệu với mục đích tạo dòng điện chiều ổn định TRỊNH LÊ HUY 36 Mạch lọc nguồn chiều ➢ Cách thức hoạt động: ➢ Khi Vin tăng từ -> Vp, Vout tăng từ -> Vp - 0.7 V Đồng thời tụ điện nạp đến giá trị Vp – 0.7 V ➢ Khi Vin giảm từ Vp, diode khơng dẫn Tụ điện xả xem nguồn cho tải Giá trị hiệu điện đầu giảm dần ➢ Sau thời gian t, Vin > Vout + 0.7 V, lúc diode chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái dẫn, nhờ đó, Vout tăng từ -> Vp - 0.7 V tụ điện nạp đến giá trị Vp – 0.7 V ➢ TRỊNH LÊ HUY 37 Các vấn đề cần ý mạch lọc nguồn chiều ➢ Hệ số nhấp nhô: thông số thể chất lượng mạch lọc, mạch lọc mượt hệ số nhấp nhơ thấp T=1/f Vp(rect): hiệu điện đỉnh tới đỉnh (peak-peak) tín hiệu sau chỉnh lưu Vr(pp): Là hiệu điện đỉnh tới đỉnh (peak-peak) tín hiệu sau lọc VDC: hiệu điện trung bình tín hiệu sau lọc f: tần số tín hiệu TRỊNH LÊ HUY 38 Các vấn đề cần ý mạch lọc nguồn chiều ➢ Hệ số nhấp nhơ: Ví dụ: Thay đổi linh kiện mạch lọc để chuyển đổi tín hiệu đầu từ hình (a) thành hình (b) (a) (b) TRỊNH LÊ HUY 39 Các vấn đề cần ý mạch lọc nguồn chiều ➢ Hệ số nhấp nhơ: Ví dụ: Tính hệ số nhấp nhơ (ripple factor) mạch sau Biết hiệu điện ngưỡng 1N4001 0.7 V TRỊNH LÊ HUY 40 Các vấn đề cần ý mạch lọc nguồn chiều ➢ Ảnh hưởng dòng điện tăng vọt (surge current): Khi khởi động cấp nguồn chiều, người ta gặp vấn đề dòng điện lúc khởi động có giá trị cao gây ảnh hưởng đến linh kiện mạch Ngoài mạch điện sử dụng dòng điện xoay chiều, tượng thường xuyên xảy khiến cho mạch bị reset TRỊNH LÊ HUY 41 Các vấn đề cần ý mạch lọc nguồn chiều ➢ Ảnh hưởng dòng điện tăng vọt (surge current): Thảo luận: Cầu chì (Fuse) nên đặt đâu sao? TRỊNH LÊ HUY 42 Diode Zener ➢ Diode Zener chế tạo với mục đích hạn chế điện đánh thủng mức vừa phải để giảm cường độ dòng điện mạch xuất hiện tượng đánh thủng, nhờ thiết bị mạch hoạt động bình thường ➢ Khi diode Zener bị đánh thủng, cho dù cường độ dòng điện mạch thay đổi, hiệu điện hai đầu diode Zener thay đổi vơ bé khoảng ➢ Vì vậy, diode Zener hay sử dụng mạch ổn áp nhờ vào ổn định hiệu điện bị đánh thủng TRỊNH LÊ HUY 43 Diode Zener ➢ Khi phân cực nghịch, diode Zener biểu diễn nguồn điện chiều nối tiếp với điện trở Zz IZK: cường độ dòng điện bé diode Zener hoạt động ổn định IZM: cường độ dòng điện lớn mà diode Zener chịu TRỊNH LÊ HUY 44 Diode Zener IZK: cường độ dòng điện bé diode Zener hoạt động ổn định IZM: cường độ dòng điện lớn mà diode Zener chịu TRỊNH LÊ HUY 45 Mạch ổn áp sử dụng Diode Zener ➢ Tính hiệu điện VIN hiệu điện VOUT mạch ổn áp hoạt động? TRỊNH LÊ HUY 46 Thank you! TRỊNH LÊ HUY 47 ... HUY 22 Các mơ hình Diode ➢ Mơ hình diode thực: ➢ a Phân tích mạch vẽ đồ thị IF phụ thuộc vào biến thiên VF ➢ b Phân tích mạch vẽ đồ thị IF phụ thuộc vào biến thiên V (a) (b) TRỊNH LÊ HUY 23 Các. .. TRỊNH LÊ HUY 26 Biến áp (Transformer) ➢ Là thiết bị truyền tín hiệu điện xoay chiều mạch điện thông qua cảm ứng điện từ ➢ Trong mạch cấp nguồn chiều, biến áp có tác dụng truyền hiệu điện xoay chiều... với dòng điện chiều ➢ Có hai loại mạch chỉnh lưu: ➢ Mạch chỉnh lưu bán chu kì ➢ Mạch chỉnh lưu tồn chu kì TRỊNH LÊ HUY 28 Mạch chỉnh lưu bán chu kì ➢ Cách hoạt động: TRỊNH LÊ HUY 29 Mạch chỉnh