Diode và mạch ứng dụng

Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng Diode và mạch ứng dụng

I Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng:

- Diode là dụng cụ bán dẫn có một tiếp xúc p-n và 2 điện cực kim koại

diode chỉnh lưu diode chỉnh lưu cầu diode led diode tách sóng

Chương 2 Diode và mạch ứng dụng

Hình 1.1 Cấu trúc và ký hịêu của diode

Phân cực thuận Phân cực ngược

II Đặc tuyến V-A của diode:

Được chia làm 3 vùng:

Vùng 1: vùng phân cực thuận Vùng 2: vùng phân cực ngược Vùng 3: vùng đánh thủng

Hình 1.2 Đặc tuyến V-A của diode

III Các ứng dụng của diode:

1 Diode trong mạch điện 1 chiều (DC):

1.1 Diode phân cực thuận:

* Xác định điểm làm việc của diode:

Ta có mạch điện như hình vẽ:

- Gọi ID là dòng điện chạy trong chạy qua diode và VD là hiệu điện thế 2 đầu diode, ta có:

D T

V V

η = 1 khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Ge

η = 2 khi ID nhỏ và diode cấu tạo bằng Si

- Phương trình này được gọi là đường thẳng lấy điện Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode I D =f(V D ) là điểm Q(quiescent)

* Từ mạch điện ta có:

1.2 Diode phân cực ngược:

- Khi D mắc như hình vẽ thì D phân cực ngược, nên:

ID = IR = 0mA ; VR = IR.R = 0V ; VD = E-VR = E

2 Diode trong mạch điện xoay chiều(AC) – mạch chỉnh lưu:

- Mạch chỉnh lưu là ứng dụng thông dụng và quan trọng nhất của diode bán dẫn, có mục đích đổi từ điện xoay chiều(AC) thành điện

1 chiều(DC)

( ).

T DC

T

2.2 Trị hiệu dụng:

- Ví dụ dòng điện là trị số tương đương của dòng điện 1 chiều IDC

mà khi chạy qua 1 điện trở R trong 1 chu kì sẽ có năng lượng tỏa nhiệt bằng nhau:

T DC

0

2 0

T rms

1

( ).

T rms

T

= ∫

DC

m rms

V

V V

m rms

V V

V V

m rms

V V

V V

π

=

=03

DC

m rms

V

V V

2.3 Ứng dụng:

2.3.1 Mạch chỉnh lưu nửa sóng(một bán kỳ):

Giả sử ta có Vi(t)=Vmsinωt.dt

Ta có dạng mạch căn bản cùng dạng sóng ngõ vào và ra như sau:

Bán kỳ dương, D dẫn, lúc này biên độ đỉnh của Vo(t):

Vdcm = Vm - 0,7v

Điện áp trung bình ngõ ra:

0 0

1

( )

T DC

L

V I

R

=

Trị đỉnh dòng qua tải:

dcm dcm

L

V I

2.3.2 Mạch chỉnh lưu tòan kỳ với biến áp có điểm giữa:

Mạch cơ bản và dạng sóng 2 đầu cuộn thứ cấp như hình vẽ:

Bán kỳ dương, D1 dẫn, D2 ngắt, ta có dạng mạch như hình vẽ:

Bán kỳ âm, D1 ngắt, D2 dẫn, ta có dạng mạch như hình vẽ:

Ta để ý trong 2 trường hợp IL đều chạy qua RL theo chiều từ trên xuống và dòng điện đều có mặt ở 2 bán kỳ, lúc này điện áp trên 2 đầu RL là:

Vdcm = Vm - 0,7v

Điện áp trung bình ngõ ra:

0 0

1

( ).

T DC

T

Dòng trung bình qua tải:

DC DC

L

V I

R

=

Vậy dạng sóng thường trực trên 2 đầu RL có dạng như sau:

Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy điện áp âm bằng cách đổi đầu diode

2.3.3 Mạch chỉnh lưu tòan kỳ dùng cầu diode:

Bán kỳ dương, D2,D4 dẫn, D1, D3 ngắt, ta có dạng mạch như hình vẽ:

Bán kỳ âm, D2,D4 ngắt, D1, D3 dẫn, ta có dạng mạch như hình vẽ:

Vdcm = Vm - 1,4v

Điện áp trung bình ngõ ra:

0 0

1

( )

T DC

T

= ∫

Điện áp trên 2 đầu RL là:

Dòng trung bình qua tải:

DC DC

L

V I

R

=

2.3.5 Mạch cắt:

2.3.5.1 Mạch cắt nối tiếp:

Mạch này dùng cắt 1 phần tín hiệu xoay chiều

Nếu ta mắc thêm nguồn 1 chiều V nối tiếp với diode, giả sử tín hiệu vào có dạng Sin với điện thế đỉnh là Vm, thì ngõ ra sẽ có dạng như hình vẽ với điện thế đỉnh Vm-V tức V0=Vi-V (coi diode lý tưởng)

2.3.5.2 Mạch cắt song song:

Dạng sóng Đáp ứng

* Mạch có phân cực:

Ta có thể mắc thêm nguồn 1 chiều V nối tiếp với diode, dạng sóng ngõ ra sẽ tùy thuộc vào cực tính của nguồn điện 1 chiều và D

Ví dụ: Ta xác định V0 của mạch khi Vi có dạng tam giác và diode xem như lý tưởng

- Khi diode dẫn điện: V0=V=4v

- Khi Vi = V = 4v , diode đổi trang

thái từ ngưng dẫn sang dẫn điện

hoặc ngược lại

- Khi Vi < V = 4v , diode dẫn điện

=> V0 = V = 4v

- Khi Vi > V = 4v , diode ngưng

dẫn => V = V

2.3.6 Mạch ghim áp:

Đây là mạch đổi mức DC của tín hiệu Mạch có 1 tụ điện, 1 diode và 1 điện trở Trị số của R và C phải lựa chọn sao cho thời hằng τ=RC đủ lớn để hiệu thế 2 đầu tụ giảm không đáng kể khi tụ phóng điện (trong suốt thời gian D không dẫn điện).

2.3.7 Mạch dùng diode Zener:

Ký hiệu:

Diode zener làm việc ở chế độ ngược so với diode chỉnh lưu

2.3.7.1 Với điện áp vào V i và tải R L cố định:

2.3.7.2 Với điện áp vào V i cố định và tải R L thay đổi:

2.3.7.3 Với điện áp vào V i thay đổi và tải R L cố định:

2.3.8 Mạch chỉnh lưu tăng áp:

2.3.8.1 Mạch chỉnh lưu tăng đôi điện áp:

Mạch chỉnh lưu tăng đôi điện áp 1 bán kỳ:

Sơ đồ mạch:

Đáp ứng ngõ ra:

Ta cũng có thể mắc mạch tăng đôi điện áp theo chiều dương:

Mạch chỉnh lưu tăng đôi điện áp 2 bán kỳ dùng rất phổ biến:

- Ở bán kỳ dương thì D1 dẫn, C1 nạp điện VC1=Vm, trong lúc D2 ngưng dẫn

- Ở bán kỳ âm D2 dẫn, C2 nạp điện

VC2=Vm, trong lúc D1 ngưng dẫn

- Điện áp ngõ ra V0=VC1+VC2

2.3.8.2 Mạch chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn điện áp:

Ta có:

điện áp 2 đầu C2 là 2Vm

điện áp 2 đầu C1+C3 là 3Vm

điện áp 2 đầu C2+C4 là 4Vm

2.3.9 Mô phỏng các dạng mạch của diode:

- Ta dùng phần mềm Electronics Wokbench và Proteus để mô phỏng các dạng mạch ứng dụng của diode

2.3.9.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ:

2.3.9.2 Mạch chỉnh lưu tòan kỳ:

2.3.9.3 Mạch chỉnh lưu dùng cầu diode:

2.3.9.4 Mạch ổn áp dùng diode zener:

2.3.9.5 Mạch cắt nối tiếp:

2.3.9.6 Mạch cắt song song:

2.3.9.7 Mạch ghim áp: