I. Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP:
1. DIODE DÙNG NHƯ MỘT CHUYỂN MẠCH:
Kí hiệu và đặc tuyến của diode như hình 3-1 và 3-2
Hình 3-1. Cấu tạo, kí hiệu. Hình 3-2. Đặc tuyến diode.
Trong mối nối P-N thì quan hệ dịng điện và điện áp theo phương trình sau:
1
VD VTS S
D I e
I (3-1)
Is = dịng điện bảo hịa ngược.
: hằng số phụ thuộc vào vật liệu. 1≤≤2 VT: là hiệu điện thế nhiệt
q kT V k T Tk : nhiệt độ Kelvin Tk = Tc +273 q: điện tích. q = 1,6 x 10-19 C k: hằng số Boltzman. k = 1,38 x 10-23 J/0K
Khi phân cực thuận: mạch điện và đặc tuyến như hình 3-3 và 3-4:
Hình 3-3. Phân cực thuận diode Hình 3-4. Đặc tuyến PCT của diode.
a. Phân cực thuận diode và điện áp ngưỡng V :
Khi phân cực thuận (PCT) thì diode chỉ bắt đầu dẫn khi điệN áp phân cực VD VAK V
Chương 3. Chuyển mạch điện tử. SPKT – Nguyễn Đình Phú
Với V là điện áp ngưỡng: với diode Si thì V 0,7V(hoặc nằm trong khoảng
V V
V 0,6 0,8 ), với diode Ge thì V 0,2V (hoặc nằm trong khoảng V 0,1V0,3V ). Ảnh hưởng nhiệt độ lên V : khi nhiệt độ tăng thì V giảm khoảng
C mV
2 2
cho cả Si và Ge.
Hình 3-5. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
b. Điện trở ac trong diode rd:
Điện trở dc của diode tại điểm hoạt động cĩ thể được tìm thấy một cách đơn giản bằng cách tìm các mức điện áp VD và dịng điện ID tương ứng với điện áp nguồn cung cấp dc được trình bày trong hình 3-6 và áp dụng phương trình sau:
DD D D I V R (3-2)
Các mức điện trở dc tại vị trí uốn cong và phía dưới sẽ lớn hơn điện trở từ khúc uốn cong trở lên. Các mức điện trở trong vùng phân cực nghịch rất lớn.
Hình 3-6. Xác định điện trở dc của diode tại điểm làm việc.
Trong phương trình (3-2) điện trở dc của diode khơng phụ thuộc vào hình dạng đặc tính trong vùng xung quanh điểm tĩnh Q. Nếu xếp chồng một nguồn tín hiệu sin lên nguồn điện áp dc ở trên thì tín hiệu vào thay đổi sẽ làm điểm hoạt động thay đổi lên và xuống như hình 3-7.
Nếu tín hiệu biến thiên đưa đến bằng 0, điểm hoạt động sẽ là điểm Q xuất hiện trên hình 3-8 được xác định bởi các mức điện áp dc. Điểm gán chữ Q được rút ra từ chữ quiscent cĩ nghĩa là mức khơng thay đổi hay cịn gọi là điểm tĩnh.
Chương 3. Chuyển mạch điện tử. SPKT – Nguyễn Việt Hùng
Hình 3-7. Khi cĩ tín hiệu nhỏ ac. Hình 3-8. Xác định điện trở ac tại điểm Q
Phương trình tính điện trở động của diode là:
DD D D I V r (3-3)
Trường hợp η = 1 và xét tại nhiệt độ phịng TC 25oCthì VT = 26mV:
DD D
I mV
r 26 (2-6)
Giá trị của điện trở thuận của diode khoảng rD510
c. Mạch tương đương:
Khi phân cực thuận, ở chế độ xác lập, ta cĩ mạch điện tương đương (TĐ) của diode như các hình 3-9, 3-10, 3-11. Khi sử dụng diode làm chuyển mạch thì tuỳ trường hợp ta cĩ thể sử dụng 1 trong 3 mạch tương đương của diode.
Hình 3-9. Mạch TĐ của diode thường.
Hình 3-10. Mạch TĐ của diode nếu bỏ qua điện trở nội.
Chương 3. Chuyển mạch điện tử. SPKT – Nguyễn Đình Phú
Hình 3-11. Mạch TĐ của diode lý tưởng.
d. Diode khi phân cực ngược:
Khi diode phân cực ngược (PCN) thì xuất hiện dịng điện rỉ bảo hồ Io và hầu như khơng phục thuộc vào điện áp phân cực ngược. Sơ đồ phân cực ngược và đặc tuyến như hình 3-12
Hình 3-12. Mạch PCN diode và đặc tuyến.
Đối với diode Si thì dịng Io cĩ giá trị khoảng nA, với diode Ge thì dịng Io cĩ giá trị khoảng µA. Dịng Io rất nhạy với nhiệt độ: với diode Si thì dịng Iotăng gấp đơi khi nhiệt độ tăng thêm 6 ∙C, với diode Ge thì dịng Iotăng gấp đơi khi nhiệt độ tăng thêm 10 ∙C,
Mạch tương đương khi diode phân cực ngược như hình 3-7:
Hình 3-13. Mạch TĐ khi diode PCN.
Mạch tương đương đối với diode lý tưởng khi phân cực ngược như hình 3-14:
Hình 3-14. Mạch TĐ khi diode PCN của diode lý tưởng.
Khi sử dụng diode chúng ta cần phải biết các thơng số sau:
Chương 3. Chuyển mạch điện tử. SPKT – Nguyễn Việt Hùng
Điện áp ngược lớn nhất mà diode chịu đựng được: Vngmax
Dịng điện thuận lớn nhất mà diode chịu đựng được: Ithmax
Tần số hoạt động lớn nhất của diode: fmax