tài liệu điện tử cơ bản chương 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TS NGUYỄN LINH NAM Chương 2: DIODE BÁN DẪN VÀ MẠCH ỨNG DỤNG Mục tiêu chương: - Trình bày cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến, nguyên lý hoạt động tham số diode - Vẽ sơ đồ tương đương diode - Giải thích tính tốn mạch điện tử ứng dụng dùng diode bán dẫn, diode Zener - Áp dụng kiến thức diode bán dẫn thực tế DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG Cấu tạo ký hiệu Diode bán dẫn Sự phân cực Diode bán dẫn DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG Cấu tạo ký hiệu Diode bán dẫn Sự phân cực Diode bán dẫn Phân cực thuận: Diode dẫn Phân cực ngược: Diode tắt iD  vD  V  0.7 V(Si) VA VC VA > VC VA VC VA < VC Đặc tuyến Volt-Ampere diode Diode thực tế Sơ đồ mạch tương đương diode: (a) Diode lý tưởng (b) Mơ hình xoay chiều diode phân cực ngược (c) Mơ hình xoay chiều diode phân cực thuận Điện trở thuận Rf=V/I Điện trở động rD rD  dv D mVT mVT   di D i D  I iD Điện dung diode CD=Cj + Cd Cj: điện dung rào tiếp giáp p-n Cd: điện dung khuếch tán tiếp giáp p-n Phương trình đường tải diode mạch DC DCLL E  vD  VR  vD  RiD Trong mạch DC, ta dùng kiểu mẫu gần lý tưởng để phân tích mạch E  V E  V diode phân cực thuận, đó: vD  V VR E  V iD  I R   R R diode phân cực ngược, mạch xem hở: iD  I R  vD  E LED(Light Emitting Diode) Mạch lọc Tụ điện C nạp nhanh chóng đến giá trị đỉnh Vmax tín hiệu v0 Khi điện áp v0 tụt giảm, tụ C phóng điện với thời   RLC v0 t   Vmax e t   Vmax e  t RL C đến đạt giá trị nhỏ điện áp chỉnh lưu tồn sóng, tụ điện C nạp đến giá trị đỉnh trở lại Nguồn DC Mạch nguồn DC 6V dùng IC điều chỉnh điện áp (Voltage regulator) 7806 () Đặc tính vi mạch họ 78xx Loại vi mạch 7805 Điện áp ổn đònh (V) +5 Điện áp (V) 4,8 – 5,2 Điện áp vào (V) 7,5 – 10 7806 +6 5,75 – 6,25 8,5 - 11 7809 +9 8,7 – 9,3 10,5 – 14 7810 +10 9,6 – 10,4 12,5 – 17 7812 +12 11,5 – 12,5 14,5 – 19 7815 +15 14,5 -15,6 17,5 -23 7818 +18 17,3 – 18,7 20,5 -27 7824 +24 23 - 25 26,5 - 33 Mạch điện ổn áp dùng họ 78xx Cv + Uv + 78xx Cr Ur CV= 470F đến 2200 F Cr = 5F đến 100F Uv = (1,2÷1,8)Ur - Điện áp ổn đònh từ 5V đến 24 V tuỳ vào loại vi mạch - Điện áp xoay chiều qua biến áp hạ áp, qua cầu chỉnh lưu thành chiều, điện áp nối tới chân vi mạch, điện áp lấy từ chân 3, chân nối mass Uv Cv + + Mạch điện ổn áp dùng họ 79xx Cr Ur 79xx Họ 79xx giống họ 78xx dùng cho nguồn âm Mạch ổn áp dùng IC họ 78xx 79xx Bài tập 1:Cho sơ đồ mạch hình vẽ: 1.Phân tích tác dụng linh kiện nguyên lý hoạt động mạch 2.Vẽ dạng điện áp: u2, tụ C1 ur u1 u2 ur Bài tập 2: Thiết kế nguồn ổn áp cho điện áp không đổi 12V, vẽ giải thích ngun lý hoạt động sơ đồ mạch ZENER DIODE: Mạch ổn áp dùng diode Zenner Hai điều kiện cực trị iZ: Dòng iZ cực tiểu (IZmin) iL cực đại (ILmax) điện áp nguồn VS cực tiểu (VSmin) Dòng iZ cực đại (IZmax) iL cực tiểu (ILmin) điện áp nguồn VS cực đại (VSmax) Ri  VSmin  VZ I Zmin  I Lmax VSmax  VZ Ri  I Zmax  ILmin Sau xác định giá trị IZmax điện trở Ri xác định Bài tập: Thiết kế ổn định điện áp dùng diode Zener có VZ=10V cho điều kiện sau: a Dòng điện tải khoảng 100mA đến 200mA điện áp nguồn thay đổi từ 14V đến 20V b Dòng điện tải khoảng 20mA đến 200mA điện áp nguồn thay đổi từ 10.2V đến 14V Thiết kế: thiết kế cần chọn giá trị hợp lý cho Ri mức công xuất tiêu tán cho Zener a Từ giá trị dòng tải điện áp nguồn, dòng IZmax xác định: I Zmax  ILmin VZ  VSmin   ILmax VSmax  VZ  0.110  14  0.220  10   0.53A VSmin  0.9VZ  0.1VSmax 14  0.910   0.120  I Zmax  ILmax  0.2A I Zmin  0.1I Zmax  I Lmin  I Zmax  10I Lmin  1A Suy Ri sau: Ri  VSmax  VZ 20  10   15.8 I Zmax  ILmin 0.53  0.1 Khi cơng xuất tiêu tán Ri là: PRi  IZmax  ILmin VSmax  VZ   6.3W Còn cơng suất tiêu tán Zener: PZ  I ZmaxVZ  0.53 10  5.3W b Lặp lại bước ta có: 0.0210  10.2  0.214  10  I Zmax   4 A 10.2  0.910   0.114  Giá trị âm IZmax chứng tỏ khoảng dự trữ VSmin VZ chưa đủ lớn để thỏa mãn thay đổi dòng điện tải Giải pháp tăng điện áp nguồn giảm dòng điện yêu cầu ngõ Diode Zener thực tế ổn định điện áp: Theo ví dụ giả sử IZmin=0.1IZmax=0.053A, điện trở động rd điện áp ngõ tải xác định sau: v0min=VZ+rd.IZmin=10 + 2(0.053)=10.1V v0max=VZ+rd.IZmax=10 + 2(0.53)=11.1V Khi ta xác định phần trăm độ điều hòa (%Reg), định nghĩa tầm dao động điện áp so với danh định %Reg  v0max  v0min 11.1  10.1   0.1 v0 danh dinh 10 ... -15,6 17,5 -23 7818 +18 17,3 – 18,7 20 ,5 -27 7 824 +24 23 - 25 26 ,5 - 33 Mạch điện ổn áp dùng họ 78xx Cv + Uv + 78xx Cr Ur CV= 470F đến 22 00 F Cr = 5F đến 100F Uv = (1 ,2 1,8)Ur - Điện áp ổn... mạch 7805 Điện áp ổn đònh (V) +5 Điện áp (V) 4,8 – 5 ,2 Điện áp vào (V) 7,5 – 10 7806 +6 5,75 – 6 ,25 8,5 - 11 7809 +9 8,7 – 9,3 10,5 – 14 7810 +10 9,6 – 10,4 12, 5 – 17 78 12 + 12 11,5 – 12, 5 14,5... thức: VS  A cos t T2 2 Vaverage   VL dt  T T T2  A costdt  2A  Mạch lọc Tụ điện C nạp nhanh chóng đến giá trị đỉnh Vmax tín hiệu v0 Khi điện áp v0 tụt giảm, tụ C phóng điện với thời  