điện tử tương tự chương 2 diode

tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ

Trang 1

Điện tử tương tự và ứng dụng

Chương 2

Diode

1 Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Trang 2

Diode

Trang 3

Hình dáng các diode

Trang 4

Phân cực thuận

4

Trang 5

Phân cực thuận

• Phía cực âm của nguồn điện áp phân cực đẩy các điện tử tự do

trong miền n về phía tiếp giáp, cung cấp luồng điện tử liên tục

thông qua kết nối bên ngoài (chất dẫn điện) vào trong miền n

• Phía cực dương của nguồn điện áp phân cực thu hút các điện tử

hóa trị về phía đầu cuối trái của miền p Các lỗ trong miền p di

chuyển về phía phải hướng đến tiếp giáp

Miền nghèo Miền n Miền p

5

Điện thế rào

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Trang 6

Phân cực thuận

(b) Phân cực thuận thu hẹp miền nghèo và tạo ra giảm áp ngang

qua tiếp giáp pn xấp xỉ bằng với điện thế rào

(a) Ở trạng thái cân bằng(không phân cực)

Miền nghèo

6

Điện thế rào

Trang 7

Phân cực nghịch

diode

– Miền nghèo hạt mang điện đa số rộng hơn nhiều so với khi

phân cực thuận

7

Miền n Miền p

Trang 8

Đặc tính V-I của diode

Đặc tính V-I khi phân cực thuận :

(a) Điện áp phân cực nhỏ (VF < 0.7 V),

dòng thuận rất nhỏ

(b) Điện áp thuận đạt đến và duy trì gần như

là hằng số xấp xỉ 0.7 V Dòng điện thuận tiếp tục tăng khi điện áp phân cực tăng 8

Trang 9

Đặc tính V-I khi phân cực thuận:

(a) Đường đặc tuyến V-I khi phân

cực thuận

(b) Mở rộng phần đường cong (chỗ uốn) của (a)

Điện trở động r d giảm khi ta di chuyển lên phía

trên đường cong, được chỉ ra bởi việc giảm giá trị

Chỗ uốn

Trang 10

Đặc tính V-I khi phân cực nghịch:

10

Chỗ uốn

Trang 11

Miền phân cực thuận

IS: dòng bão hòa nghịch

VT : điện áp nhiệt

(ở 25 o C)

k = hằng số Boltzmann

T = nhiệt độ tuyệt đối

q = điện tích của điện tử n: hệ số phát xạ (1 ≤ n ≤ 2 phụ thuộc vào vật liệu)

11

Miền phân cực nghịch

Phân cực thuận

Phân cực nghịch Đánh thủng

Trang 12

• Có 2 nguyên nhân gây ra đánh thủng (breakdown): nhiệt và điện

• Đánh thủng về nhiệt xảy ra do sự tích lũy nhiệt trong miền nghèo hạt

thủng xuyên hầm

• Đánh thủng thác lũ xảy ra trong các tiếp giáp P-N có bề dày lớn, trường điện trong miền nghèo hạt mang điện có trị số khá lớn Trường điện này gia tốc cho các hạt mang điện, gây ra hiện tượng ion hóa va chạm làm

sản sinh những cặp điện tử-lỗ Các hạt mang điện vừa sinh ra này lại

tiếp tục được gia tốc và ion hóa các nguyên tử khác làm số lượng hạt

mang điện tăng cao, dẫn đến dòng điện trong diode sẽ tăng vọt

• Đánh thủng xuyên hầm xảy ra ở những miền nghèo hạt mang điện

tương đối hẹp, tức là tiếp giáp của những bán dẫn có mật độ hạt mang điện đa số rất lớn Trường điện trong miền nghèo rất lớn, có khả năng

gây ra hiệu ứng “xuyên hầm”, tức là điện tử trong dải hóa trị của bán

dẫn P có khả năng chui qua hàng rào thế để chạy sang dải dẫn của bán

dẫn N, làm cho dòng điện tăng vọt

Trang 13

Hiệu ứng nhiệt độ:

Trang 14

Hoạt động lý tưởng của diode

(a) Phân cực thuận

(a) Phân cực nghịch

Mô hình diode lý tưởng

14

Phân cực nghịch Phân cực thuận

Trang 15

Bằng với điện

áp phân cực

15

Trang 16

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm dòng điện và điện áp của các diode

trong các mạch điện sau đây

Trang 17

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm giá trị của I và V trong các mạch

điện sau đây

17

Trang 18

Ứng dụng đơn giản: mạch nắn điện

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm điện áp ngõ ra ở mạch điện sau đây

Trang 19

Ứng dụng đơn giản: mạch nắn điện

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm phần của mỗi chu kỳ mà trong thời

gian của phần này diode dẫn điện, và giá trị đỉnh của dòng điện qua

diode

Trang 21

Mô hình giảm áp hằng số

0.7V

Trang 22

Mô hình tuyến tính từng đoạn

Trang 23

Mô hình hàm mũ

23

n: hệ số phát xạ (1 ≤ n ≤ 2 phụ thuộc vào vật liệu)

Trang 24

Mô hình hàm mũ

Với i >> IS:

hoặc

Trang 25

Đường tải DC

25

Phương trình đường tải

Đặc tuyến của diode

Trang 26

Mô hình tín hiệu nhỏ

Trang 28

Phân tích tín hiệu nhỏ

• Bước 1: Loại bỏ các nguồn AC, tìm lời giải DC (ID, VD) của mạch điện

(sử dụng mô hình giảm áp hằng số, trừ khi có chỉ rõ khác)

• Bước 2: Tính các thông số tín hiệu nhỏ (rd)

• Bước 3: Loại bỏ các nguồn DC, thay thế diode bằng mô hình tương

đương tín hiệu nhỏ và tìm lời giải tín hiệu nhỏ Thẩm tra các giả

định (vd ≪ nV T)

• Bước 4: Lời giải tổng là (lời giải DC + lời giải AC)

Trang 29

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

đủ nhỏ để có thể xem là tuyến tính

29

t sin A E

) t (

Trang 30

• Đối với nguồn DC:

Trang 31

e i

( r

R

t sin A R

V E i

I )

( r

R

t sin A r V

v

D

D )

026 0

Trang 33

Bài tập

Giả sử các diode là lý tưởng Tìm các giá trị của I và V trong những

mạch điện sau đây

33

Trang 34

Bài tập

34

Giả sử các diode là lý tưởng Tìm các giá trị của I và V trong những

mạch điện sau đây

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	1,51 MB