Tài liệu Chương 1: Diode bán dẫn ppt

Chương 1 1 KÝ HIỆU Giá trò tại tónh điểm Q (quiescent-point): I EQ , V CEQ Giá trò một chiều (DC): I E , V CE Tổng giá trò tức thời: i E , v CE Giá trò tức thời của thành phần thay đổi theo thời gian: i e , v ce e E E iIi  0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 2 CHƯƠNG 1: DIODE BÁN DẪN 1.1 Giới thiêu 1.2 Vật liệu bán dẫn 1.3 Diode bán dẫn thông thường 1.4 Chỉnh lưu 1.5 Phân tích mạch Diode 1.6 Mạch xén (Clippers) và mạch ghim điện áp (Clampers) 1.7 Diode Zener 1.8 Các loại Diode khác 1.9 nh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 3 1.1 GIỚI THIỆU x Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất. x Các loại diode: Diode chân không, Diode khí, Diode chỉnh lưu kim loại, Diode bán dẫn, vv. x Diode bán dẫn : Cấu tạo và tính chất. Phương pháp phân tích mạch. Ứng dụng. 1.2 VẬT LIỆU BÁN DẪN Các vật liệu bán dẫn thường dùng: x Silicon (Si) x Germanium (Ge) x Gallium Arsenide (GaAs) 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 4 1.2.1 Cấu trúc nguyên tử và cấu trúc tinh thể 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 5 1.2.2 Sự dẫn điện x Các mức năng lượng x Sự dẫn điện trong chất bán dẫn Dòng khuếch tán (diffusion current): Khi có sự thay đổi mật độ electron (hole) Dòng chảy (drift current): Khi có điện trường ngoài 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 6 1.2.3 Bán dẫn loại p và bán dẫn loại n x “Doping”: Là quá trình đưa vào chất bán dẫn các chất khác cần thiết. x Bán dẫn loại p 9 Chất đưa vào: Chất nhận (acceptor material). Ví dụ: Boron (III) 9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng 9 Phần tử mang điện chủ yếu: Lỗ trống (positive): p-type material 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 7 x Bán dẫn loại n 9 Chất đưa vào: Chất cho (donor material). Ví dụ: Phosphorus (V) 9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng 9 Phần tử mang điện chủ yếu: Electron (negative): n-type material 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 8 1.3 DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG 1.3.1 Cấu trúc của Diode bán dẫn x Cấu trúc và ký hiệu x Lớp tiếp xúc pn (pn junction) 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 9 x Sự phân cực của Diode (bias) 1.3.2 Quan hệ giữa dòng điện và điện áp của Diode x Diode lý tưởng 9 v i > 0: i D > 0 và v D = 0 (Diode ngắn mạch: short circuit) 9 v i < 0: v D < 0 và i D = 0 (Diode hở mạch: open circuit) v i r i v D i D + _ 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 10 x Đặc tuyến Volt-Ampere (VA) của Diode )1()1(   T D D mV v o mkT qv oD eIeIi I o : Dòng phân cực nghòch bão hòa (reverse saturation current), A q = 1,6E-19 C k = 1,38E-23 J/ o K: Hằng số Boltzmann T: Nhiệt độ tuyệt đối, o K m: 1d m d 2: Hằng số thực nghiệm q k T V T | 25 mV, tại nhiệt độ phòng (27 o C) 9 Phân cực thuận (v D > 0): Khi T D mVv !! : T D mV v oD eIi | 9 Phân cực nghòch (v D < 0): Khi TD mVv !! : oD Ii | T D mV v o eI 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com [...]... dụng đặc tuyến Diode lý tưởng 1.4.1 Chỉnh lưu bán sóng (Half-wave rectification) + vD _ ri 1 iD Ideal diode RL vi = Vimcos( ot) Nguồn (Source) Tải (Load) Đònh luật Kirchhoff về điện áp (KVL): iD vi > 0: vD = 0 (Diode ngắn mạch), iD vi < 0: Diode hở mạch: iD Chương 1 0 , vL 9 + vL _ vi , vL ri RL RL i D vi ri vD RL RL i D vi RL ri RL 0 http://www.khvt.com 12 Điện áp trên tải vL (Chỉnh lưu bán sóng): Phân... qua D1 đến điện áp VSmax Bán kỳ dương của vS: Điện áp chồng chập của C1 và vS nạp điện cho C2 qua D2 đến điện áp 2VSmax Chương 1 http://www.khvt.com 19 Ví dụ 2: (Nhân đôi điện áp hai bán chu kỳ) D1 1 5 4 8 D2 vS Bán kỳ dương của vS: + C2 + RL + _ C1 C2 nạp điện qua D1 đến điện áp VSmax Tổng điện áp vS và VSmax trên C1 (được nạp từ bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D1 Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện... và mạch tương đương Chương 1 http://www.khvt.com 28 1.6 MẠCH XÉN VÀ MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP 1.6.1 Mạch xén (Clippers) Mạch xén dùng để loại bỏ tín hiệu nằm dưới (hay trên) một mức chuẩn (reference level) Ví du 1: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB Ví dụ 2: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB Chương 1 http://www.khvt.com 29 Ví dụ 3: (Giả sử Diode lý tưởng) R vo vi VB1 VB2 1.6.2... giá trò cố đònh Ví dụ: Giả sử Diode lý tưởng, RC >> T và Vm > VB C VC = Vm -VB vi R vo VB Chương 1 http://www.khvt.com 30 1.7 DIODE ZENER Diode Zener: Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghòch Ký hiệu và Đặc tuyến VA Phân cực thuận: Như Diode thông thường Phân cực nghòch: I Z max iZ I Z min , vZ = VZ = constant VZ: Điện áp Zener IZmax: Dòng phân cực nghòch tối đa của Diode Zener IZmin: Dòng phân... 97.8mA 100mA 120mA Chọn IZmax = 100 mA Chương 1 http://www.khvt.com 34 43.5 Ri 40 : Chọn Ri = 43.5 Công suất tiêu tán cực đại: Trên Ri: PRimax = (Vdc – VZ)2/ Ri = 0.53W Trên Diode Zener: PDiode = IZmaxVZ = 0.72 W 1.7.2 Diode Zener thực tế và Độ thay đổi điện áp (percent regulation) Diode Zener thực tế: Đặc tuyến VA Dùng phương pháp đồ thò để phân tích mạch Chương 1 http://www.khvt.com 35 Độ... VSmax trên C2 (được nạp từ bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D2 1.4.5 Nhân tần số (Frequency multiplication) Mạch chỉnh lưu tạo ra tín hiệu (hài – harmonics) tại các tần số: n o Sử dụng mạch lọc thích hợp để tách lấy thành phần hài cần thiết Chương 1 http://www.khvt.com 20 1.5 PHÂN TÍCH MẠCH DIODE Lưu ý: Các ví dụ trong phần này sử dụng đặc tuyến Diode thực 1.5.1 Mạch Diode đơn giản – Đường tải... tán trên Diode Zener Ứng dụng: Thường dùng để tạo điện áp chuẩn (reference voltage) Chương 1 http://www.khvt.com 31 1.7.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zener (Zener regulator) iR iL Ri vS + VZ _ iZ RL vS và iL: Không ổn đònh Mục đích: Thiết kế mạch sao cho Diode Zener hoạt động trong vùng ổn áp (vùng gãy – breakdown region): IZmax Ri Phân tích: vS VZ vS VZ iR iZ i L Để IZmax iZ min(iZ ) và max(iZ ) Chương 1... lưu bán sóng với fo: Tần số của nguồn vi Chương 1 http://www.khvt.com 18 Phân tích và tính toán mạch Xấp xỉ tín hiệu ngõ ra bằng dạng sóng răng cưa (sawtooth wave) Tụ C: C Vmax Vf p RL Điện áp gợn sóng hiệu dụng: (vr ) rms Vmax Vmin 2 3 Chứng minh: 1.4.4 Mạch nhân đôi điện áp (Voltage-doubling circuit) Ví dụ 1: (Nhân đôi điện áp một bán chu kỳ) C1 1 + 5 vS 4 D2 + D1 C2 8 Bán. .. VS max VZ , thường chọn IZmin = 0.1 IZmax I L min I Z max Chọn Diode Zener sao cho: I Z max I L max (VS max VZ ) I L min (VS min VZ ) VS min 0.9VZ 0.1VS max và: I Z max I L max và: 0.1I Z max I Z min I L min I Z max 10 I L min Thiết kế: Làm theo thứ tự ngược lại để xác đònh IZmax của Diode Zener và Ri Ví dụ 1: Thiết kế mạch ổn áp dùng Diode Zener: VZ = 10 V a) vS : 14 20 V và iL: 100 I Z max I L max... (VS max VZ ) I L min (VS min VZ ) VS min 0.9VZ 0.1VS max và I Z max Chương 1 200 mA I L max 0.533 A 0.2 A http://www.khvt.com 33 và I Z max 10 I L min 1A Chọn IZmax = 0.533A Ri = 15.8 Cần xét đến công suất tiêu tán cực đại trên Ri và Diode Zener: PRimax = (VSmax – VZ)2 / Ri = 6.33 W Trên Ri: Trên Diode Zener: b) vS : 10.2 I Z max PDiode = IZmaxVZ = 5.33 W 14 V và iL: 20 200 mA I L max (VS max VZ ) . 0ҥFKÿLӋQWӱ http://www.khvt.com Chương 1 2 CHƯƠNG 1: DIODE BÁN DẪN 1.1 Giới thiêu 1.2 Vật liệu bán dẫn 1.3 Diode bán dẫn thông thường 1.4 Chỉnh lưu 1.5 Phân tích mạch Diode. bán dẫn, vv. x Diode bán dẫn : Cấu tạo và tính chất. Phương pháp phân tích mạch. Ứng dụng. 1.2 VẬT LIỆU BÁN DẪN Các vật liệu bán dẫn thường dùng: