Slide kỹ thuật điện tử bai1 diode

7/25/2018 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Diode BJT (Bipolar Junction Transistor) OpAmp (Operational Amplifier) Các linh kiện công suất Các hệ thống số đếm Cổng logic Mạch tổ hợp Mạch CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SMD (Surface mount devices) Through hold [Điện trở (Resistor)] Through hold [Tụ điện (Capacitor)] Through hold [Cuộn cảm (Inductor)] 7/25/2018 DIODE I Đại cương chất bán dẫn Các Vật Liệu Điện: Người ta chia vật liệu điện làm nhóm chính: Chất dẫn điện Chất cách điện Chất bán dẫn 7/25/2018 Phân biệt dựa vào đồ thị lượng chất rắn tinh thể a Phân biệt loại chất dựa vào đồ thị lượng chất rắn tinh thể Vùng (2): vùng dẫn Ở là: vùng cấm Vùng (1) gọi là: vùng hoá trị hay miền đầy Hình 1: Đồ thị lượng chất rắn tinh thể b Phân biệt loại chất dựa vào đồ thị lượng chất rắn tinh thể Eg < 2eV a Chất cách điện b Chất dẫn điện c Chất bán dẫn Hai chất bán dẫn điển hình Gemanium (Ge) Silicon (Si) với cấu trúc dải lượng vùng cấm: Ge: Eg = 0.72 eV Si: Eg = 1.12 eV thuộc nhóm bốn bảng tuần hồn Mendeleev 7/25/2018 c Ứng dụng chất bán dẫn Chất bán dẫn vật liệu để chế tạo loại linh kiện bán dẫn như: - Diode - BJT - FET - IC… mà ta thấy thiết bị điện tử ngày Chất bán dẫn tạp Chất bán dẫn TẠP có pha tạp chất Có loại: N P a Chất bán dẫn loại N: pha tạp chất nhóm V (Sb, P ) có đặc điểm: - Nồng độ hạt electron N (Negative) >> nồng độ lỗ trống P (Positive) - Dẫn điện mạnh Chất bán dẫn N 7/25/2018 b Chất bán dẫn loại P: pha tạp chất nhóm III (B, In), có đặc điểm: - Nồng độ hạt lỗ trống P (Positive) >> nồng độ electron N (Negative) - Dẫn điện mạnh Chất bán dẫn loại P KẾT LUẬN    Đối với bán dẫn thuần: Nồng độ electron = nồng độ lỗ trống (n = p) Đối với chất bán dẫn loại N : Nồng độ e- lớn nồng độ lỗ(n >> p) e- hạt đa số, lỗ hạt thiểu số Đối với chất bán dẫn loại P : Nồng độ lỗ trống lớn nồng độ e- (p >> n) e- hạt thiểu số, lỗ hạt đa số 7/25/2018 II Diode bán dẫn Lớp tiếp xúc p-n diode bán dẫn: Anode Cathode VD:1N 4001 ; 1N 4007; 1N 5406 ; 1N 1206 Dòng điện qua diode: = −1 Với: q = 1,6 10-19 C(Coulombs) VD: điện áp D (V) K: số Boltzmann K = 1,38 10-23 J/K T: nhiệt độ tuyệt đối (K) IS: Saturation- dòng bão hòa nghịch (A) η: hệ số phát xạ, thường η=1 (Ge, Si) = Vậy: = 25,7 = , −1 7/25/2018 • , = Dòng điện qua diode −1 Khi diode phân cực nghịch : VD < , ≪1 => ID = - Iosat ͌ bé • Khi diode phân cực thuận : VD ≥ , => = ≫1 , Đặc tuyến v-i diode bán dẫn: 7/25/2018 Ví dụ: Mạch khảo sát đặc tuyến V-I diode: Lưu ý: Đặc tuyến V-I diode bán dẫn Si Ge 7/25/2018 MƠ HÌNH DIODE LÝ TƯỞNG MƠ HÌNH DIODE SỤT ÁP HẰNG 7/25/2018 MƠ HÌNH DIODE ĐẦY ĐỦ BÀI TẬP 1.1 Xác định xem diode phân cực thuận hay nghịch hình vẽ sau +18V +18V -6V 1K - + 10V 10K +15V -16V -18V 10 7/25/2018 U 2m Utm 0V T T/2 Time Dạng sóng chỉnh lưu bán kỳ c Chỉnh lưu toàn kỳ (4 diode): 19 7/25/2018 c Chỉnh lưu toàn kỳ (4 diode): U2 m 10V U Tm 5V 0V NGUỒN SIN -5V SAU CHỈNH LƯU Time -10V d Mạch lọc N1:N2 + + + Vs (t) - D1 A - Vi Vo + D2 Vi C B RL - Vo A Vr,pp B Vom VDC ωt T1 - Điện áp ra: fRLC VODC  ( )Vo max  fRLC T2 T/2 - Độ gợn sóng: r%  fRL C 20 7/25/2018 Ví dụ: Cho mạch chỉnh lưu biến có điểm hình vẽ dưới, biến có tỉ số vịng quấn n = N1/N2 = 17/1, diode có V = 0,7V, RL =1K a Tính điện cuộn thứ cấp VAmax=? b Vẽ giải thích nguyên lý họat động VA, VB, Vo Vs(t) = 310sinωt Ví dụ: Biến có tỉ số vịng quấn n = N1:N2 = 22:1 Diode có V = 0,7V, Vs = 310sin 100πt (V) a Xác định Vomax, tần số ngõ vào (fin) ngõ (fout) b Để ngõ bớt gợn sóng người ta gắn tụ lọc C, chọn tụ C thích hợp tụ điện sau vẽ thêm tụ vào mạch (C1 = 1000 μF/16V; C2 = 2200 μF/10V; C3 = 2200 μF/25V) c Xác định điện áp VODC hệ số gợn sóng r% trường hợp b 21 7/25/2018 Ví dụ: Cho mạch chỉnh lưu tồn sóng hình vẽ Diode có V = 0,7V a Cho RL =100, f=50Hz, N1:N2 =1:1, Tính trị C để có hệ số gợn sóng r=2% b Với giá trị C tính, xác định VDC, Vm cuộn sơ cấp 9V -9/9V D1 N1:N2 Vi Vo D2 50.0Hz C R BÀI TẬP Thiết kế mạch chỉnh lưu bán kỳ có: - Ngõ vào: 220V/50Hz - Ngõ ra: V0DC =50V, cấp cho tải R=3,3K, độ gợn sóng r ≤ 1% Hướng dẫn: Bước 1: Vẽ sơ đồ khối mạch thiết kế - Chức khối Bước 2: Vẽ sơ đồ ngun lý Bước 3: Tính tốn thiết kế Chọn Tụ lọc C: Điện dung C ≥ ? ; điện áp làm việc WV? Chọn Diode: IDmax ≥ ?; VBRmax ≥ ? Chọn biến thế: (cuộn sơ cấp) Vs /Vi (cuộn thứ cấp)= ? ; Imax ≥ ? 22 7/25/2018 III Mạch nguồn ổn áp Sơ đồ khối: Giới thiệu số IC ổn áp tuyến tính Mã số Điện áp Mã số Điện áp (V) (V) 7805 7905 -5 7806 7906 -6 7808 7908 -8 7809 7909 -9 7810 10 7910 -10 7811 11 7911 -11 7812 12 7912 -12 7815 15 7915 -15 7818 18 7918 -18 23 7/25/2018 Mạch ứng dụng Hình1.21: Mạch nhân đơi điện áp kỳ Mạch nguồn ổn áp +5v 24 7/25/2018 Mạch nguồn ổn áp ± 5v A T AC1 D1 - + D3 D2 ~ 1 C3 0.33MF C1 2200/16V VIN GND U1 AC2 ~ D4 VOUT +5V HI 7805 C5 0.1MF B LO 0V C2 2200/25V C4 0.33MF C6 VIN 7905 GND 0.1MF VOUT HI -5V U2 Ổn áp tuyến tính điều chỉnh được: 25 7/25/2018 IV Diode zener (diode ổn áp) DIODE ZENER DIODE ZENER - Khi phân cực thuận: diode Zener hoạt động giống diode chỉnh lưu, VD  V: diode dẫn điện - Khi phân cực nghịch: Nếu V < VZ: IZ ~ Nếu V  VZ : IZ tăng, VD = VZ = const Đặc tuyến Volt-Ampere diode Zener 26 7/25/2018 CÁC THÔNG SỐ QUAN TÂM - Công suất tiêu tán cực đại PZM (PZM = Vz IZM) - Điện áp ổn áp Vz : Ví dụ : Zener (1W, 5.6V) 2,4V; 3.3V; 3.6V; 3.9V; 4.7V; 5.1V; 5.6V; 6.2V; 6.8V; 7.5V; 8.2V; 9.1V; 10V; 11V; 12V; 13V; 14V,15V; 16V; 18V; 19V; 20V; 22V   Cho ViDC = 10V, Ri= 200 a Tính Vo Vz = 11V b Tính Vo Vz= 8,4V Tính Iz , IRi,? 27 7/25/2018 Cho ViDC = 11V, Ri= 1K, Vz=8,4V Ri Vo V Vz iDC RL a Nếu RL= 1K Tính Vo Hỏi diode Zener có hoạt động ổn áp khơng? b Nếu RL= 10K Tính Vo ? Tính IRi, IL, Iz ? Ri= 2K Vi + 12V + Vo Vz RL = 10K Cho mạch dùng diode zener hình: a Nếu Vz= 11V Hỏi mạch có hoạt động ổn áp khơng? Tính điện áp VO b Nếu Vz= 8,2V Tính điện áp Vo, dòng qua Ri (IRi), dòng qua tải RL (IL), dòng qua diode Zener (Iz) 28 7/25/2018 R IR IL IZ Vin D1 RL Vin = 15V, IL =  2A, VZ = 10V, Izmin = 500 mA Tính R, PR, PZmax Vin = VR + Vz  VR = 5V  IR = VR/R không đổi IR = IL + IZ không đổi  IR = ILmax + IZmin = + 0,5 = 2,5 A R = VR/IR = 2 IR = IL + IZ không đổi  IR = ILmin + IZmax  IZmax = 2,5 – = 1,5 A PR = URIR = 12,5 W PZmax = VZIZmax = 15 W 57 R IR Vin IL IZ D1 a Vin = 10  15V, IL = 1A, VZ = 7V, Izmin = 500 mA Tính R, PRmax, PZmax RL b Vin = 10  15V, IL =  2A, VZ = 5V, Izmin = 500 mA Tính R, PRmax, PZmax IRmin = IZmin + ILmax IRmax = IZmax + ILmin 58 29 7/25/2018  Mạch kẹp DIODE SCHOTTKY (High frequency diode) 30 7/25/2018 LED (Light Emitting Diode ) LED nguồn phát sáng bán dẫn hai cực, có cấu trúc tương tự diode, phát ánh sáng bị kích thích Khi điện áp thích hợp áp vào hai cực LED, electrons tái hợp với lỗ trống (holes) giải phóng lượng dạng photons Màu sắc ánh sáng phụ thuộc vào mức lượng chất bán dẫn LED đoạn ma trận LED 31 7/25/2018 KÝ HIỆU VÀ HÌNH DẠNG CỦA MỘT SỐ LOẠI DIODE TÊN DIODE HÌNH DẠNG KÝ HIỆU D DIODE NẮN ĐIỆN Dạng đóng gói cầu Diode TÊN DIODE DIODE ZENER HÌNH DẠNG KÝ HIỆU Dz (Diode ổn áp) LED(Diode phát quang) 32 7/25/2018 3)KÝ HIỆU VÀ HÌNH DẠNG CỦA MỘT SỐ LOẠI DIODE TÊN DIODE HÌNH DẠNG KÝ HIỆU DIODE THU QUANG (Photo Diode) DIODE XUNG DIODE BIẾN DUNG (Varicap) 33