bài giảng diode bán dẫn

Diode Bán dẫnCấu tạo và đặc tuyến Các tham số và mô hình tương đương Các mạch chỉnh lưu dùng Diode 1... Diode Bán dẫnDiode bán dẫn là linh kiện 2 cực, cấu tạo cơ bản dựa trên chuyển ti

Diode Bán dẫn

Cấu tạo và đặc tuyến

Các tham số và mô hình tương đương

Các mạch chỉnh lưu dùng Diode

1

Diode Bán dẫn

Diode bán dẫn là linh kiện 2 cực, cấu tạo cơ bản

dựa trên chuyển tiếp p-n

Cấu tạo và đặc tuyến

2

Chiều khuếch tán điện tử

Chiều trôi điện tử

Chiều khuếch tán lỗ trốngChiều trôi lỗ trống

Chiều khuếch tán điện tửChiều trôi điện tử

Chiều khuếch tán lỗ trốngChiều trôi lỗ trống

Chiều khuếch tán điện tửChiều trôi điện tử

Etx

3

Vùng

Vùng phân

phân cực ngược

Đặc tuyến diode

bán dẫn

thủng

4

Tuyến tính hóa đường cong

Điện dung chuyển tiếp P-N

Các tham số và mô hình tương đương

Điện dung hàng rào Ch.rào

- Hình thành do hai miền điện

tích khác dấu nằm đối diện nhau

- Điện áp ngược tăng thì Ch.rào

giảm

o h.rào

Điện dung khuếch tán Ck.tán

- Hình thành do hiện tượng phunhạt dẫn giữa miền P và miền Nkhi phân cực thuận

- Với tín hiệu tầng số cao, Co ảnh hưởng làm

giảm trở kháng theo chiều nghịch ở tầng số cao,

2.2 Các tham số của diode bán dẫn

1 Điện trở một chiều (điện trở tĩnh):

- Theo chiều thuận:

(Có giá trị từ vài Ω đến vài chục Ω)

- Theo chiều ngược:

(Có giá trị rất lớn, hàng trăm KΩ)

th

th th

r I

026

0

- Ở nhiệt độ phòng:

9

2.2 Các tham số của diode bán dẫn

3 Điện dung tương đương:

C 0 = C hàng rào + C khuếch tán

4 Một vài tham số giới hạn khác:

- Điện áp ngược cực đại cho phép V ngược max

- Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax

- Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax

- Công suất tiêu hao cực đại cho phép Pmax

- Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều Fmax

10

2.3 Phân tích mạch DC chứa diode

Giả sử là diode silicon được phân cực thuận sao cho có đủ dòng điện

để điểm làm việc nằm trên điểm gián đoạn:

E = I.R + 0.7 (V) (V = 0.7 điện áp dẫn của diode Vγγγγ)

⇒ I = (E – 0.7)/R (A)

11

2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode

Tín hiệu nhỏ được xem là đoạn làm việc của diode trên đặc tuyến đủ nhỏ

A E

) t (

2.4 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode

- Đối với nguồn DC:

I = (E – 0.7) / R (A)

- Đối với nguồn AC:

)

( I

026

0

t sin

A

e

r R

A r

R

e i

DD

ω +

= +

2.5 Đường tải

Phân tích tín hiệu nhỏ có thể sử dụng pp đồ thị: đường tải DC biểu diễn mối quan hệ của I,V trên diode khi có phân cực của điện áp DC

14

2.5 Đường tải

- Điểm làm việc của diode chính là giao điểm của đường tải và đặc tuyến

- Giao điểm này được gọi là điểm làm việc tĩnh, ký hiệu là Q

15

2.5 Đường tải

16

2.6 Phân tích tín hiệu lớn cho diode

- Chế độ tín hiệu lớn khi sự thay đổi của dòng điện và điện áp của diode

mở rộng ra trên toàn bộ đặc tuyến

- Khi điện trở của một diode thay đổi từ rất nhỏ đến rất lớn, nó hoạt độnggiống như một công tắc (switch)

- Một công tắc lý tưởng có điện trở bằng không khi đóng và điện trở là vôcùng khi mở

- Diode có thể được xem như một công tắc được điều khiển bằng điệnáp: đóng khi được phân cực thuận và mở khi phân cực ngược

17

2.7 Chỉnh lưu

- Mạch chỉnh lưu là mạch chỉ cho phép dòng điện chảy qua nó theo một chiều

- Biến điện xoay chiều thành điện một chiều

- Diode sử dụng trong mạch này gọi là diode chỉnh lưu

18

Ví dụ

Cho mạch điện như hình vẽ, diode Ge có Vγ= 0.2V, nội trở rD không đáng

kể Tải RL = 9Ω, nguồn tín hiệu vào có ri = 1Ω

1 Biết điện áp vào có dạng xung vuông hoặc hình sin, biên độ 10V Hãy

vẽ dạng sóng và xác định điện áp trên tải RL

2 Vẫn câu hỏi 1 nhưng khi vi(t) là hình sin có biên độ 1V Xác định giá trị điện áp trên tải tại thời điểm ωt = π/2

19

Hướng dẫn

1 - Dòng qua tải RL:

L i

i L

R r

V

v i

i

i

R r

V

v )

t (

x R r

v )

t (

L i

xRr

Vv

)t(

L i

Diode Bán dẫn

Mạch chỉnh lưu dùng Diode ( bán kỳ)

22

Diode Bán dẫn

Vγ

Mạch chỉnh lưu dùng Diode ( 2 bán kỳ)

23

Diode Bán dẫn

Mạch nguồn dùng Diode

25

Diode Zener

Vùngphâncực

Vùngphâncực

Vùng

ổn áp

cựcthuận

cựcngược

Đặc tuyến diode zener

26

Diode Zener

+ _

KK

Điện áp zener (VZ=

8,2 V)

Vz – điện áp ổn áp định mức của Zener)

Izmáx – dòng điện lớn nhất cho phép

Izmin – dòng điện nhỏ nhất cho phép

Pz – Công suất tiêu thụ của Zener (PZ = VZ x IZ)

27

Diode Zener

Zener lý tưởng Zener thực tế

Điện trở tương đương(điện trở động) của Zener

Điện trở tỉnh

Hệ số ổn định

28

ZENER DIODE RATINGS

• A zener spec sheet typically provides

- the maximum power rating Pz

- the nominal zener voltage Vz at test

current Iz T

Example:

nominal zener voltage of 5.6V at a test

current of 20 mA, a maximum zener

current of 80 mA.

29

ZENER DIODE CIRCUIT EXAMPLE

• In a zener diode voltage regulator circuit,

82Ω

30

100Ω 9V

31

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

82Ω

32

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

Q: If zener Pz = 500mW, is Iz safe ?

A: Iz M = Pz / Vz

= 500 mW / 9V

= 55 mA Since circuit Iz

= 44 mA (< 55mA),

zener is safe

33

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

Q: Suppose load changes from 100 Ω Ω Ω to 200 Ω Ω Ω.

Find new I L , Iz, I T Is Iz safe ?

A: I L = V L /R L = V Z /R L = 9V/200 Ω Ω Ω = 45 mA

200Ω 9V

20 V

34

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

A: I T = V Rs /R s = [V DC(IN) - Vz]/R s

= [20 - 9]/82 Ω Ω Ω = 134 mA (no change)

Iz = I T - I L = 134mA - 45mA = 89mA

Since Iz M = 55mA, zener is not safe.

20 V

35

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

Q: Suppose load changes from 100 Ω Ω Ω to 80 Ω Ω Ω.

Find new I L , Iz, I T Is Iz safe ?

A: I L = V L /R L = V Z /R L = 9V/80 Ω Ω Ω = 112.5 mA

20 V

36

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

A: I T = V Rs /R s = [V DC(IN) - Vz]/R s

= [20 - 9]/82 Ω Ω Ω = 134 mA (no change)

Iz = I T - I L = 134mA - 112.5mA = 21.5 mA

Since Iz M = 55 mA, zener is safe.

Since Iz M = 55 mA, zener is safe.

20 V

37

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

38

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

changes from 20V to 30V Is Iz safe ?

9V

82Ω

100Ω

39

ZENER DIODE EXAMPLE (CONT’D)

Q: Suppose V DC(IN) changes from 20V to 18V

82Ω

40

Ví dụ

Cho mạch điện như hình vẽ:

R1 = 300Ω; R2 = 1200Ω

Xác định phạm vi thay đổi của Vi để

có điện áp ra trên tải R2 ổn định ở

L Z

Z 1

R

V 5 21 V

; V 5 15

Vimin = imax =

41/41