Từ câc nội dung trín, ta đê có thông tin cơ bản cần thiết để phđn tích câc mạch có diode. Giả sử cho một mạch gồm câc cấu kiện tuyến tính thụđộng, câc nguồn cung cấp vă câc diode, cần phải tính mức dòng vă âp liín quan. Băi toân cũng có thể giải quyết ở phòng thí nghiệm điện tử, chọn câc cấu kiện thích hợp vă nối dđy cho mạch, đo câc mức dòng vă âp bằng câc đồng hồđo / hoặc mây hiện sóng. Dĩ nhiín lă câc điều kiện của phòng thí nghiệm phải đâp ứng phù hợp câc điều kiện của băi toân đê cho. Trong thực tế, có thể có câc quy trình đo chính xâc câc đại lượng mă
BIÍN SO N DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CH NG 2: TI P GIÂP PN & DIODE BÂN D N
không phải ngắt mạch để có kết quảđúng so với tính toân lý thuyết, khi chưa có sự rõ răng về mô hình đúng của câc cấu kiện, tức lă giả sử câc mô hình ở phần trước không mô tảđược bản chất vật lý của câc cấu kiện một câch thích hợp. Trong trường hợp như vậy, sẽ không lời giải để cho kết quảđúng. Thực ra mục đích xuyín suốt trong nghiín cứu lă cho khả năng dựđoân vă giải thích nguyín lý hoạt động thực tế.
Nếu không muốn mất nhiều thời gian, vă tình trạng chưa biết rõ răng của giải phâp cứng (mạch thực nghiệm), thì có thể dựa văo phđn tích thuần túy bằng câch sử dụng câc phương trình cho từng phần tử (chẳng hạn như định luật Ohm vă phương trình diode). Hoặc có thể dựa văo câc mô hình diode ở phần trín thay cho câc diode vă sau đó thực hiện việc phđn tích mạch thông thường. Câc phđn tích như vậy cần phải có câc gần đúng vì tự câc mô hình lă câc xấp xĩ. Ngoăi ra, cũng có thể không đưa văo tính toân nhiều điều kiện vật lý khâc như biến thiín về nhiệt độ vă sai số của câc cấu kiện.
Ngoăi câc phương phâp phđn tích mạch trín, câc chương trình mô phỏng bằng mây tính đê trở nín phổ biến trín câc PC. Khả năng vă tốc độ của PC thường sử dụng mô phỏng dùng cho việc
phđn tích mạch đúng hơn lă thiết kế mạch, nghĩa lă thường kiểm chứng hiệu suất của mạch mă trong đó có câc cấu kiện điện tử khâc nhau đê được chọn sẳn.
Câc chương trình mô phỏng cũng có thể dùng để thiết kế bằng câch sử dụng kỹ thuật lặp, chẳng hạn như nếu ta muốn chọn một trị sốđiện trở, ta có thể phđn tích mạch theo câc trị số khâc nhau vă chọn một trị sốđể nhận được câc thông số thiết kế.
Đường tải của diode: Do diode lă cấu kiện phi tuyến, cần phải thay đổi kỹ thuật phđn tích mạch thông thường. Không thể viết câc phương trình một câch đơn giản vă giải theo câc biến, vì câc phương trình chỉ có thể âp dụng trong phạm vi vùng lăm việc cụ thể.
Một mạch thường bao gồm cả hai điện âp nguồn dc vă nguồn thay đổi theo thời gian. Nếu ta thiết lập nguồn biến thiín theo thời gian bằng 0, thì năng lượng chỉđược cung cấp đến mạch từ nguồn điện âp dc. Loại bỏ nguồn biến thiín theo thời gian ra khỏi mạch, sẽ xâc định được điện âp vă dòng của diode được gọi lă điểm lăm việc tĩnh (điểm - Q).
Hình 2.21a, lă mạch gồm một diode, tụ, nguồn cung cấp vă 2 điện trở. Nếu chọn dòng chảy qua diode vă điện âp diode lă đại lượng cần tìm của mạch, thì cần phải có hai phương trình độc lập có câc đại lượng cần tính đó để có lời giải duy nhất cho điểm lăm việc. Một trong hai phương trình được suy ra từ mạch nối với diode. Phương trình thứ hai lă quan hệ dòng – âp thực tế của diode. Hai phương trình cần phải được giải đồng thời, tức lă có thể thực hiện bằng đồ thị.
BIÍN SO N DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CH NG 2: TI P GIÂP PN & DIODE BÂN D N
(tức lă trở khâng của tụ lă vô cùng tại tần số bằng 0). Vậy phương trình cho mạch dc có thể lập được lă: 1 D D R1 D S V V V I R V = + = + (2.52) hay: VD=VS−IDR1 (2.53) Đđy lă phương trình thứ nhất trong hai phương trình đồng thời có điện âp vă dòng của diode. Ta
cần phải kết hợp phương trình (2.53) với đặc tuyến của diode để xâc định điểm lăm việc. Đồ thị của phương trình như ở hình 2.21b, gọi lă “đường tải dc”. Đặc tuyến của diode cũng được thể hiện trín cùng một trục tọa độ. Giao điểm của hai đặc tuyến lă nghiệm chung của hai phương trình nín ký hiệu lă “điểm tĩnh – Q” [Q – quiescent] trín hình vẽ. Đđy lă điểm mă tại đó mạch sẽ lăm việc với tín hiệu văo biến thiín theo thời gian thiết lập mức 0.
Nếu đặt bổ sung tín hiệu biến thiín theo thời gian đến đầu văo dc, thì một trong hai phương trình đồng thời sẽ thay đổi. Nếu cho rằng, tín hiệu văo biến thiín theo thời gian lă tín hiệu có tần số đủ cao để cho phĩp coi tụđiện như một ngắn mạch, thì sẽ cho phương trình mới như sau:
) ( 1 L d d s v i R R v = + (2.54) ) ( 1 L d s d v i R R v = − (2.55) Ta đang chỉ xĩt câc thănh phần biến thiín theo thời gian của câc tham số khâc nhau (lưu ý việc sử dụng câc ký tự viết thường cho câc biến số). Vậy câc giâ trị của tham số toăn bộ sẽ lă:
DQd d D v V v = + DQ d D i I i = +
vă phương trình (1.37) sẽ trở thănh:
s DQ D L 1 DQ D V (R R )(i I ) v v − =− − +
Phương trình cuối cùng có tín gọi lă “đường tải ac” ở hình 2.21b. Do phương trình liín qua chỉ với câc đại lượng biến thiín theo thời gian nín không biết điểm cắt trục tọa độ. Tuy nhiín, đường tải ac cần phải đi qua điểm – Q, vì tại câc thời điểm khi phần tín hiệu văo biến thiín theo thời gian đi qua điểm 0, hai trạng thâi lăm việc (dc vă ac) cần phải đồng nhất. Vậy đường tải ac
xâc định được lă duy nhất.
Ví dụ 2.2: Cho mạch như ở hình 2.22, vă điện âp nguồn lă: vs =1,1+0,1sin1000t (V)
Hêy tính mức dòng chảy qua diode iD. Biết rằng, nVT
= 40mV; Vγ = 0,7V.
Lặp lại phĩp tính bằng câch sử dụng chương trình mô phỏng trín mây tính.
Giải: Âp dụng KVL để có phương trình dc, ta có:
LD D γ S V I R V = + , suy ra: 4mA L γ S D = − = R V V I
Mức dòng năy sẽ thiết lập điểm lăm việc của diode. Ta
cần phải xâc định điện trởđộng (sử dụng ký hiệu Rf thay cho rd do bỏ qua điện trở tiếp xúc giữa bân dẫn vă điện cực kim loại), để có thể xâc lập điện trở của tiếp giâp được phđn cực thuận đối với tín hiệu ac, ta có: 0Ω 1 D T f = = I nV R
Lúc năy ta có thể thay thế diode bằng một điện trở 10Ω với điều kiện lă diode sẽ duy trì phđn cực thuận trong chu kỳ văo của tín hiệu ac. Âp dụng trở lại KVL, ta có:
d L d f s Ri R i v = + ; 0,91sin1000 mA L f S d t R R v i = + =
Dòng chảy qua diode sẽ lă: iD =(4+0,91sin1000t) mA. Vì iD luôn luôn dương, diode sẽ luôn luôn được phđn cực thuận.
Nếu biín độ của dòng ac trở nín lớn hơn so với giâ trịdc của dòng iD, thì iD sẽ không phải luôn luôn dương, vă giả thiết lă diode được phđn cực thuận lă không chính xâc. Do vậy, lời giải cần phải được sửa đổi, trong đó khi biín độ dòng ac theo chiều đm trở nín lớn hơn so với giâ trịdc,
BIÍN SO N DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CH NG 2: TI P GIÂP PN & DIODE BÂN D N
thì diode sẽ trở nín bị phđn cực ngược vă dòng sẽ ngưng.