Hoạt động của diode

• Diode được hình thành khi ghép nối hai phần tử bán dẫn loại n và loại p với nhau tạo nên 1 tiếp p‐n Æ diode • Trước khi ghép nối: – Điện tử là majority trong kiểu‐n ND và là minority t

Nguyễn Quốc Cường – 3i

• Diode được hình thành khi ghép nối hai phần tử bán dẫn loại n và loại p với nhau tạo nên 1 tiếp  p‐n Æ diode

• Trước khi ghép nối:

– Điện tử là majority trong kiểu‐n (ND) và là minority trong kiểu‐p (ni2 / NA) – Lỗ trống là majority trong kiểu‐p (NA) và là minority trong kiểu‐n (ni2 /ND)

ni : nồng độ điện tử và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết

– Không có sự khuếch tán qua lại giữa 2 vật liệu

• Các hạt mang điện sẽ trao đổi qua vùng tiếp giáp p‐n

• Có sự chênh lệch lớn về nồng độ các hạt mang điện tại vùng tiếp giáp 

là dòng diffusion) ở đây sẽ diễn ra sự tái hợp các lỗ trống và điện tử (np > ni2 ).

• Quá trình phun và tái hợp sẽ diễn ra liên tục nhờ năng lượng của nguồn cung cấp.

• Tương tự các điện tử phun từ n sang p làm tăng nồng độ các điện tử trong p và khi đi vào  vùng trung tính trong p các điện tử sẽ tái hợp với các lỗ trống.

tồn tại gradient nồng độ

Ædòng diffusion

Phân cực ngược – nồng độ các hạt 

• Các lỗ trống phun từ n sang p sẽ làm tăng (không đáng kể) nồng độcác lỗ trống trong p và làm giảm (một cách đáng kể) nồng độ các lỗtrống của miền n gần với vùng nghèo. Do vậy các lỗ trống trong 

vùng n sẽ khuếch tán đến gần vùng nghèo và được cuốn qua vùng nghèo nhờ điện trường tiếp giáp

• Tương tự các điện tử sẽ dịch chuyển từ n qua p

nV

V I

nkT

qV I

I

V I

Phụ thuộc nhiệt độ

• Dòng điện qua tiếp giáp p‐n phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ:

– Dòng Is phụ thuộc nhiệt độ

– ID phụ thuộc Is và cả VT thay đổi theo nhiệt độ

• Hình vẽ chỉ ra đặc tính quan hệ I‐V phụ thuộc nhiệt độ:

– Khi nhiệt độ tăng nếu giữ cho điện áp trên diode cố định thì dòng điện  qua diode tăng

– Khi giữ cho dòng điện qua diode cố định thì khi nhiệt độ tăng điện áp  rơi trên diode sẽ giảm.

I(mA)

V(V)

100 o 70 o 27 o

• Khi phân cực cho diode (ngược và thuận) thì có một lượng điện tích được cất giữ trong diode Æ diode cũng có tác dụng như tụ điện. Cóhai kiểu tụ điện:

Mô hình khoá với điện áp lệch

• Nếu coi dòng điện khi V < Von (cỡ 0.7V) là nhỏ có thể bỏ qua, thì ta có thể áp dụng mô hình sau cho diode trong  khi tính toán.

• Trong một số trường hợp yêu cầu độ chính xác cao hơn, người ta cóthể sử dụng mô hình diode có điện trở:

– Khi V < Vcut‐in dòng điện qua diode có thể coi bằng không (diode hở

mạch), thường thì Vcut‐in được lấy xấp xỉ 0.6V

– Khi V > Vcut‐in thì diode được mô hình bởi nguồn áp với điện trở thuận  của diode

– Vcut‐in là điện áp mà tại đó dòng điện bằng 1/100 dòng điện tại Von

– RF là điện trở thuận của diode khi xấp xỉ đường cong hàm e mũ bằng  đường thẳng.

• Khi diode dẫn dòng, để có mô hình chính xác đối với các 

sự thay đổi V‐I rất nhỏ quanh điểm phân cực diode thì  người ta sử dụng mô hinh fín hiệu nhỏ:

• LED (Light‐Emitting Diode): là một diode tiếp giáp pn  được chế tạo đặc biệt để khi có đủ điện áp phân cực 

thuận thì diode có thể phát ra các ánh sáng.

• Việc phát sáng của LED là do sự tái hợp của các hạt 

mang điện tại gần vùng nghèo.

• Thường điện áp phân cực thuận khi LED phát sáng là từ  1.5V cho đến 1.7V với dòng điện từ 10 đến 20mA.

Ví dụ 1

• Vì V1 và V2 đều lớn hơn Vs nên ta chỉ có thể có hai giả thiết:

– Giả thiết cả hai diode dẫn, như vậy ta sẽ có dòng qua 2 diode là dòng forward (luôn dương)Æ tuy nhiên giải phương trình mạch 

ta sẽ có dòng điện qua D1 là dòng điện âm Æ loại 

– Giả thiết D2 khóa và D1 dẫn khi đó dòng D2 sẽ bằng

E M >>V on và R >> R F

• Khi đó có thể sử dụng diode với mô hình lý tưởng

e(t)