5.1. Diode Varicap ( Diode biến 5.2. Diode xung.
5.3. Diode tách sĩng
BÀI 6. Mạch ứng dụng của diode
6.1. Mạch chỉnh lưu.
6.2. Mạch ổn áp dùng Zener. 6.3. Mạch ứng dụng khác.
dung)
BÀI 1. CHẤT BÁN DẪN ----- 0O0---- ----- 0O0----
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Tính dẫn điện__________________________________________
Tính dẫn điện của chất bán dẫn trong điều kiện nhiệt độ
bình thường:
Phần ghi chép
Chất cách điện Chất bán dẫn Chất dẫn điện
Chất bán dẫn {Semiconductor), thường là các nguyên tố ở
nhĩm IV như: Silicon (Si),Germani (Ge) và Galium Arsenide
(GaAs). Germani (Ge)
Bán dẫn loại N được tạo ra bằng cách pha thêm nguyên tố
hĩa trị V (thường là As hoặc P,Sn): thừa điện tử, thiếu lỗ trổng
Bán dẫn loại p được tạo ra bằng cách pha thêm nguyên tố
hĩa trị III (thường là In hoặc Bo ): thừa lồ trống, thiếu điện tử. .................................
VỊ trí chất bán dẫn trong bâng tuần hồn hĩa học Phân ghi chép
Represéii tàíỊ vé Reprvsentat j ve VIIIA Ne >3.»» Ar Kr 54 Xe IV?* N Rn ilì
Copyright >2000 Benjarnin.'Cummin^ an impr.nl 0# Aodtson Wesley Longman. ìnc
1.2. Chất bán dẫn tinh khiết.
Chất bán dân thuần (tinh khiết)__________________________
Là chất bán dẫn mà trong đĩ cĩ số hạt dẫn cơ bản là điện tử tự do N (Negative) và lổ trơng p (Positive) bằng nhau, nghĩa là
N = p.
Phân ghi chép
Hình 6: Chất bán dẫn tinh khiết
1.3. Chất bán dẫn loại p.
Bán dẫn loại p ( Positive- dương) Phân ghi chép
Được tạo ra bằng cách pha tạp chất hĩa trị 3 (như Bo, In ...) được pha vào nguyên tố silic hoặc germani, kết quả thiếu 1 điện
tử trong các mối liên kết cộng hĩa trị nên sẽ cĩ 1 mối liên kết
khơng thành (bỏ trống).
Chỉ cần một kích thích nhỏ là một trong những điện tử của mối liên kết hồn chỉnh kế cận sẽ đến thế vào liên kết bỏ trơng nĩi trên, để lại một lỗ trống mang điện tích dương khác.
1.4. Chất bán dẫn loai N.
Châì Bán dẫn loại N (Negative- âm) Phần ghi chép
Được tạo ra bằng cách pha tạp chất hĩa trị 5 (như Sb, p...) ................................. vào nguyên tố" silic hoặc germani, kết quả dư 1 điện tử trong các ................................. mối liên kết cộng hĩa trị. .................................
Điện tử thứ 5 liên kết rất yếu với hạt nhân và với các nguyên tử xung quanh. Vì vậy chỉ cần cung cấp 1 năng lượng rất
nhỏ (nhờ nhiệt độ, ánh sáng vv...), điện tử này sẽ tách khỏi mối
liên kết và trở thành điện tử tự do. .................................
e • • ^1--- » • < • • 4--4: • 4----* • 4-2 Hình 8: Chất bán dẫn loại N 1.5. Tiếp xúc PN.
Tiếp giáp P-N Phần ghi chép
Được tạo ra bằng các
tiếp xúc nhau. Khi hai lĩp 1
trống của chúng khuếch tán
+Khi chưa cĩ đtên trường n
â â 0 â QQ o 0 â đ đ © QOOO
® © © ®j|0Q Q Q Chưa tiếp xúc
-t-Khi cĩ điên trường ngồi:
p N
- -
—0
WBSBSBI ©J
h cho 2 chất bán dẫn loại p và loại N
sán dẫn p và N đặt kế nhau các e và lổ
ại vùng tiếp xúc gọi là vùng nghèo.
gồi:
Vùng nghèo
® ® CTTOEq o o p ® © ©e©:® Q Q N
đ IQraEI Q
Sau khi tip xỳc
.@|e<a0Q0l ------õ â1â 0O: 0 op—
Phân cực nghịch: lon dương ở p
đi về cực âm , ion âm ở N đi về cực
dương , vùng nghèo mở rộng , điện trở suất của vùng nghèo tăng rất lớn , cĩ một
dịng điện rỉ rất nhỏ nên xem như khơng cĩ dịng điện chạy trong mạch
Phân cực thuận: lon dương và ion
âm ở p và N bị đẩy về vùng nghèo nên vùng nghèo thu hẹp , điện trờ suất của vùng nghèo giảm đáng kể , dịng điện
trong mạch tăng nhanh theo điện áp
1.6. ứng dụng.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của chất bán dẫn là chế tạo ra các linh kiện bán dẫn, các linh kiện này ứng dụng hầu hết trong tất cả các lĩnh vực điện
BÀI 2. DIODE CHỈNH LƯU — 0O0 —
2.1. Giới thiệu chung.
Giĩi thiệu
Diode (di electrode: nghĩa là 2 điện cực): cấu tạo của diode gồm hai lổp bán dẫn p và N tiếp xúc với nhau.
Phần ghi chép
Hình 9: Diode
ưng dụng________________________________________________Phân ghi chép
Ký hiệu Phân ghi chép
° K Diode chỉnh lưu Diode khác: .................................... A 3 K Diode Zener A HK Led ....................................
A ° ►!(- - K Diode biến dung (Varicap)
° " K Diode Schoky ....................................
ứng dụng trong các bộ nguồn đế chỉnh lưu dịng điện AC thành DC
ứng dụng ở các mạch tách sĩng trong Radio , TV ...
ứng dụng làm phần tử ổn áp cho các mạch tiêu thụ dịng nhỏ
, hoặc phần tử tạo áp chuẩn trong mạch
ứng dụng hiển thị đèn báo, phát quang...
..........................................
..........................................
2.2. Cấu tạo và phân loại.
Diode chỉnh hru thường________________ _______'
Câu tạo: là một chuyên tiêp P-N được pha nhiêu tạp chât nên
rất giàu hạt dẫn, cĩ hai điện cực nối ra ngồi là A (A nối với P) và K (K nối với N)
Nguyên lý hoạt động: giống như van đĩng mở dịng điện, khi
phân cực thuận diode cho dịng điện qua từ A sang K, khi phân cực
ngược diode khơng cho dịng điện đi qua xem như hở mạch
Phân ghi chép
Diode chỉnh lưu cầu__________________,
Cấu tạo gồm một khối tích họp 4 diode chình lưu kết nối như sơ đồ hình bên.
Diode cơng suất Phần ghi chép
Diod cĩ vỏ bọc bằng nhơm, đầu Anot bắt bu lơng, đầu catot
dây dẫn nối dài cĩ lồ bắt bu lơng. Chịu được điện áp ngược khoảng vài ngàn V, dịng khoảng vài trăm A.
ứng dụng: phù hợp nhất với các ứng dụng tần số chỉnh lưu đầu vào cho các 0 đĩa tốc độ thay đổi, chuyển đổi lực kéo, các trạm biến áp, hàn và nguồn cung cấp điện HDC
Polarity —
ic II g g g II
X . 1 I 1
................................................................................
I DO-4 d DO-5 1 00-8 9 DO-9 (glass) 1 DO-9 (ceramic) (ỆI B-8
2.3. Nguyên tắc hoạt động
Đặc tuyến V- A của diode (loại Ge và Si).Phân ghi chép
________________ Hĩnh 10: Đặc tuyến Diode____________________ _________
Mổỉ nơĩ P-N Hằng tào điện ĩhế( vùng nghèo)
Khi đặt 2 bán dẫn p và N tiếp xúc nhau thì sẽ cĩ 1 điện tử
từ N qua mối nối tái hợp với p làm cho vùng N bị mất điện tử
nên vùng N gần mối nối thành điện tích dương. Cịn p nhận điện tử làm cho vùng p gần mối nối cĩ điện tích âm.
Hiện tượng này diễn ra đến khi điện tích âm ở vùng p đủ
lơn khơng cho điện tử vùng N sang. Sự chênh lệch giữa 2 mối
nơi gọi là hàng rào điện thế ( vùng nghèo).
Bình thường khi chưa phân cực (chưa cấp nguồn) cho diode
thì hàng rào điện thế lớn và điện trở của diode cao nên diode
khơng dẫn. Để diode dẫn ta phải phân cực cho diode.
Phân cực thuận
Id
Đặt nguồn 1 chiều cĩ cực dương (+) của nguồn nơi với cực
A, cịn cực âm (-) của nguồn nơi với cực K của diode thì làm cho
hàng rào điện thế nhỏ lại và điện trở của diode giảm, sẽ cĩ dịng Id xuất hiện qua diode.
Phân cực ngựực
Id
Đặt nguồn 1 chiều cĩ cực dương (+) của nguồn nối với
cực A, cịn cực âm (-) của nguồn nốì với cực K của diode thì cực âm sẽ hút lổ ưống p, cịn cực dương hút điện tử N làm cho hàng rào điện thế lớn lên và điện trở của diode tăng sẽ khơng cĩ dịng Id qua diode.
Phần ghi chép Phần ghi chép
2.4. Các thơng số kỹ thuật.
Thơng số kỹ thuật Phần ghi chép
Vd: là điện áp phân cực thuận rơi trên diode phụ thuộc vào chất bán dẫn là Si (0,7V) hay Ge (0,2V).
Ipmax: dịng tối đa qua diode khi phân cực thuận mà khơng làm
cho diode bị hỏng.
Is: dịng rỉ khi diode phân cực ngược.
VRmax: điện áp phân cực ngược tối đa đặt lên diode mà khơng làm cho nĩ bi hỏns.
....................................
....................................
A/d :
Mã số Chất liệu Ipmax Is V Rmax
ln4004 Si 1A 5pA 500V
1N4007 Si 1A 5pA 1000V
BÀI 3. DIODE ZENER. — oOo —
3.1. Giĩi thiệu chung.
Giới thiệu Phần ghi chép Diode zener là loại diode khi phân cực nghịch với điện áp
cung cấp cho 2 đầu zener > Vz (điện áp Zener) thì điện áp Uka > vz và gần như khơng đổi.
Hình 11: Diode zener
3.2. Cấu tao và phân loai.
cấu tạo
*Câu tạo: diode zener được câu tạo từ tiêp giáp P-N nhưng cĩ
nồng độ tạp chất cao hon bình thường, chịu nhiệt tốt, thường là Si.
*ứng dụng: dùng làm phần tử ổn áp cho các mạch tiêu thụ
dịng nhỏ, hoặc phần tử tạo áp chuẩn trong mạch .
Phân ghi chép
*Đọc ký hiệu giá trị điện áp ghim của Diode Zener:
- Ký hiệu được ghi trực tiếp trên thân Zener
----(dZ5.6 I )--
Zener cĩ điện áp ghim 5.6V
----[dZ9.1 I )
3.3. Nguyên tắc hoạt độngNguyên tắc hoạt độngNguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động
Diode Zener, cịn gọi là "điơt đánh thủng" hay "điơt ơn áp".
Khi được phân cực thuận diode Zener hoạt động giống diode
bình thường Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ cĩ dịng điện thật nhỏ qua diode.
Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị thích ứng:
Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) thì dịng qua diode tăng mạnh,
nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như khơng thay đổi, gọi là hiệu thế Zener.
Đặc tính volt - Ampere:
Phần ghi chép
*Thơng sơ' của diode Zener :
+ Điện áp ổn áp vz..
+ Dịng điện ngược cực đại IzMax (A).
+ Cơng quất tiêu tán P(W).
3.4. Các thơng số kỹ thuật.
Các thơng số kỹ thuật Phần ghi chép
vz: là điện áp ngược ghim trên zener (điện áp zener) VRmax: điện áp phân cực ngược tối đa đặt lên diode mà khơng làm cho nĩ bị hỏng.
4.1. Giới thiệu chung.
BÀI 4. LED —oOo —
Giới thiệu
Led (viêt tăt của Light Emitting Diode, cĩ nghĩa là diode phát quang) là các diode cĩ khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như diode, Led được cấu tạo từ mối
nối P-N.
Tuổi thọ Led khoảng 25.000 cho đến 100.000 giờ sáng liên
Phần ghi chép
tục.
Thanh led Led sỗ 7 đoạn Led số chữ Led đỉểm ma trận
Hình 12: Led
4.2. Cấu tạo và phân loại:
cấu tạo Phần ghi chép
Cấu tạo: được làm từ GaAS, GaP, GaAs-P..., khi cĩ dịng
điện thuận đi qua LED sẽ phát ra ánh sáng.
..........................................
Điện áp [AV] Cấu tạo từ vật liệu
sac
Lăng kính Soi nổi Phin sầng Chất hãn đán Hồng ngoại AE< 1.63
Aluminium gallium arsenide
(AlGaAs)
Đỏ 1.63 <AE< 2.03 Aluminium gallium indium phosphide
(AlGalnP)
] Cam 2.03 < AE< 2.10 Gallium arsenide phosphide (GaAsP) ] Vàng 2.10 < AF< 2.18 Gallium(III) phosphide (GaP)
1 Xanh
|lá 1.9<AL<4.0 Indium gallium nitride (InGaN) Xanh
da trời 2.48 <AE< 3.7 Zinc selenide (ZnSe)
Tím 2.76 <AE< 4.0 Indium gallium nitride (InGaN)
Tia
cực
tím
3.1 <AL<4.4 Aluminium gallium nitride (AlGaN)
Trắng AE=3.5
LED phát ánh sáng trắng được chế tạo
từ diode xanh gallium nitride bằng cách phủ ngồi chất bán dẫn lớp chất
phơtpho.
Đề gắn
Cãc chân cực ....................................................
ứng dụng: thường dùng chỉ chị các trạng thái mạch, báo
nguồn, đèn quảng cáo, đèn giao thơng, chiếu sáng...Các LED hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điện tử điều khiển từ xa.
Phân loại
*Đĩng gĩi dạng bê mặt (SMD led): SMD led: (Surface-
mount Device Led) lả 1 dạng module, cĩ kích thước nhỏ, gĩc chiếu
sáng rộng từ 90-160°, độ dày từ 2-10mm.
1. Dạng PCB (2 chân kim loại thẳng được nối tới mạch in).
' Ị ' Ả J J > ì À.1
r * ị Ị + Ị K
í'
2. Dạng phát sáng trên bề mặt (TOP LED):.
ỉ k’ ” 1 1 k 2 « L' t_i
3. Dạng phát sáng mặt cạnh, mép:
*"'*'**
* Đĩng gĩi vuơng gĩc DIP LED (Duel In-Line Package) là dạng
led thường dụng gồm 2 chân kim loại thẳng được nối tới mạch in (PCB) 1 4 J , ■ i 1 ■ n in iHnnn ............................................ ............................................
* Đĩng gĩi dạng cơng suất lĩn:
- Led 2 màu: là loại LED đơi gồm 2 LED nằm song song và
nguỢc chiều nhau. Trong đĩ cĩ 1 LED đỏ và 1 Led xanh lá (
Tivi,...) hay 1 LED vàng và 1 LED xanh ( máy vi tính, PLC).
Led đĩi
- LED 3 màu: cũng là LED đơi nhưng khơng ghép song
song mà nốì chung cực Cathode xuống mass. Trong đĩ Led đỏ ra chân ngắn, Led xanh lá ra chân dài và chân giữa là Cathode.
Khi chân A] dương thì Led dỏ sáng, khi chân A2 dương thì led xanh lá sáng, khi 2 chân A1 và A2 cùng dương thì 2 led cùng sáng và cho ra màu vàng.
- Led 7 đoạn:
í'
ị ' ị -
Led số chữ trí như sau :
+ CĨ 2 loại LED 7 đoạn : loại Cathode chung và Anode
chung.
a b c d e f
SỆSỄITTTTTTTGN
LED ca tốt chung LED Anot chung
Thanh led Led số 7 đoạn Led diêm ma trận
d
b c e f
a
Led thu phát hồng ngoại:
- Loại phát cĩ 2 chân, thường ứng dụng trong các loại
Remote TV, đầu máy... Loại này đon giản chỉ cần cấp nguồn (phân
cực thuận), hoặc cấp xung là nĩ phát ra tia hồng ngoại.
- Loại thu (2 chân hoặc 3 chân). Khi nhận được tín hiệu hồng ngoại thì dẫn (giống như 1 cơng tắc đĩng mở mạch điện)
4.3. Nguyên tắc hoạt động:Nguyên lý Nguyên lý
Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dưoug, ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do). Khi phân cực thuận tại lớp tiếp giáp, điện tử bị lỗ trống di chuyển và tiến lại gần nhau, chúng cĩ xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hịa. Quá trình này cĩ thể giải phĩng năng lượng
dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ cĩ bước sĩng gần đĩ).
Phần ghi chép
Nguổn cấp đống cho Led
LỖ (nổ! ĩrồng) Hat điẻn tữ
4.4. Các thơng sỗ kỹ thuật.
Phân loại Phân ghi chép
- Điện áp ngược của LED thấp khoảng vài Volt nên khi sử .................................
dụng Led trong nguồn xoay chiều phải cĩ 1 diode ghép song ................................. song và ngược chiều để nốì tắt điện áp ngược lên diode. .................................
- Khi sử dụng Led quan trọng nhất là phải tính điện trở nơì
tiếp với LED để tránh dịng qua LED quá lớn sẽ làm hư LED. * Thí dụ về cách tính điện trở:
BÀI 5. MỘT SỐ LOẠI DIODE KHÁC. — 0O0 —
5.1. Diode Varicap ( Diode biến dung)
Diode Varicap_________________________________________
Diode biên dung là Diode cĩ điện dung như tụ điện, và điện
dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode.
Phần ghi chép
ứng dụng của Diode biên dung Varicap ( VD )
trong mạch cộng hưởng
Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi, điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số cơng hưởng của mạch.
Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu,
trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp.
5.2. Diode xung:
Diode xung Phần ghi chép
Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta
phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở
tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thơng thường khơng thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại
diode xung cĩ thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung cĩ
giá thành cao hom diode thường nhiều lần.
về đặc
biệt với Diode th dấu đứt nét hoặc điểm , hì ường, tu đánh dấL Kyi nh dáng thì Dio y nhiên Diode > bằng hai vịng
liệu của Diode J
de xung k íung thười y S R cung hơng cĩ gì khác ng cĩ vịng đánh .................... 5.3. Diode tách sĩng: Diode tách sĩng
Hay cịn gọi là diode tiếp điểm, loại này thường dùng làm
việc ở tần số cao, để cĩ độ nhạy cao khi làm việc ở tần số cao thì
diode phải cĩ điện dung ký sinh nhỏ, nên mối nối tiếp xúc p - N nhỏ. Loại này thường là Ge.
- Ký hiệu của nĩ giống như diode thường nhưng võ cách
điện thường là thủy tinh trong suốt.
BÀI 6. MẠCH ỨNG DỤNG CỦA DIODE — oOo
6.1. Mạch chỉnh lưu.
Mạch chỉnh lưu 1 pha bán kỳ Phần ghi chép
Ở bán kỳ dương, giả sử điểm a (+), điểm b (-): diode được phân cực thuận, dịng điện đi từ a qua diode qua Rj sang b.
ở bán kỳ âm, điểm a (-), điểm b (+): diode phân cực ngược và khơng dẫn điện.
Kết quả ta cĩ mạch chỉnh lưu 1 bán kỳ dương (muốn cĩ