CÁC DIODE CHUYÊN DỤNG (MẠCH điện tử SLIDE)

Hình 5-1 Diode Zener a Ký hiệu sơ đồ mạch; b Ký hiệu khác; c đặc tuyến Volt-Ampere I-V... Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Reverse Breakdown Increased reverse bias eventually

Chương 5 Các diode chuyên dụng

Từ Vựng (1)

• Back diode = diode ngược

• Common-anode display= Hiển thị anode

• Leakage region = miền rò (rỉ)

• Light-emitting diode (LED) = diode phát

quang

Từ Vựng (2)

• Negative resistance = điện trở âm

• Optocoupler = bộ ghép quang

• Optoelectronics = quang điện tử

• Photodiode = diode quang

• Preregulator = tiền ổn định

• Schottky diode

• Seven-segment display = hiển thị 7 đoạn

• Step-recovery diode = diode khôi phục

bước

Từ Vựng (3)

• Temperature coefficient = hệ số nhiệt

• Tunnel diode = diode đường hầm

• Varactor = varicap = diode biến dung

• Varistor

• Zener diode = diode ổn áp

• Zener effect = hiệu ứng Zener

• Zener regulator = mạch ổn định zener

• Zener resistance = điện trở zener

Nội dung chương 5

1 Diode ổn áp (Zener)

2 Mạch ổn áp Zener có tải

3 Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener

4 Điễm rời khỏi miền ổn (định điện) áp

Hình 5-1 Diode Zener (a) Ký hiệu sơ đồ mạch; (b)

Ký hiệu khác; (c) đặc tuyến Volt-Ampere (I-V)

Microelectronic Circuit Design

McGraw-Hill

Reverse Breakdown

Increased reverse bias

eventually results in the diode

entering the breakdown

region, resulting in a sharp

increase in the diode current

The voltage at which this

occurs is the breakdown

voltage, VZ

2 V < VZ < 2000 V

Reverse Breakdown Mechanisms

a) Zener breakdown occurs when the electric

field is sufficiently high to pull an electron out

of a covalent bond (to generate an hole pair)

electron-b) Avalanche breakdown occurs when electrons

and holes gain sufficient kinetic energy (due

to acceleration by the E-field) in-between

scattering events to cause electron-hole pair generation upon colliding with the lattice.

Zener Diodes – Regulation Ranges

The zener diode’s

Zener zone

Diode zone

Avalanch e

zone 5V.

Zener Diodes – Breakdown

Characteristics

Note very small reverse

current (before “knee”).

• IZMAX is achieved quickly

• Exceeding IZMAX is fatal

< 0 khi Zener có VZ < 4V (đánh thủng Zener)

> 0 khi Zener có VZ > 6V (đánh thủng thác lủ)

< 0, > 0, hoặc = 0 khi Zener có 4V < VZ < 6V

dT

dX X

Mô hình diode zener lý tưởng

Mô hình diode zener lý tưởng khi ở phân cực ngược > VZ

Microelectronic Circuit Design

McGraw-Hill

Breakdown Region Diode Model

In breakdown, the diode is modeled with a voltage source,

VZ, and a series resistance, RZ RZmodels the slope of the i-v

• Dòng Zener IZ = IS – IL ( chú ý điều kiện để Zener vẫn còn ổn áp!)

Hình 5-5 Mạch ổn áp có tải (a) Mạch cơ bản; (b) Mạch thực tế

Một số ứng dụng của diode Zener

• Mạch tiền ổn áp (zener 20V trong hình 5-7 trang 152)

• Mạch tạo dạng sóng (H.5-8, trang 152)

• Mạch tạo điện áp ra không chuẩn (H.5-9a, trang 153)

• Gánh bớt sụt áp cho rờ-le (H.5-9b)

• Gánh bớt sụt áp cho tụ hóa (H.5-9c)

Mạch xén dùng Zener

Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener

Hình 5-10 (a) Mạch tương đương

19Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener

Hình 5-10

Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener

• Hiệu ứng trên điện áp tải: (H.5-10c)

5-4 Điểm rời khỏi miền ổn áp

Trường hợp xấu nhất (H.5-14, trang 159)

• Giảm định mức: Hệ số giảm định mức (mW/ o C) cho

biết sự thay đổi của P ZM theo nhiệt độ!

5-7 Đường tải của diode Zener

Phương trình đường tải:

IZ = (VS – VZ) / RS

TD một số ứng dụng của diode Zener

25

5-8 Dụng cụ quang điện tử

LED

• Cấu tạo: tiếp xúc PN với các vật liệu GaAs,

GaP,…, Ge, Si.

• Nguyên tắc hoạt động: dựa trên sự tái hợp

điện tử-lỗ (ở phân cực thuận) sinh ra quang

tử (photon) với bước sóng

λ [nm] = 1240/EG[eV]

• Đặc tuyến I-V: tương tự didoe thường, nhưng

VF> 0.7V (tiêu biểu 2V), điện áp đánh thủng nhỏ (VBR ~ 3  5V)

• Ánh sáng phát ra tỉ lệ thuận với dòng qua

LED (nếu dòng qua LED chưa đến bão hòa)

LED – Spectral Curves

Note the wavelengths of the

various colors and infrared

Note lead designations to the

right

Mạch lái LED đơn giản

H.5-17 Mạch chỉ thị dùng LED: (a) Mạch cơ bản; (b) mạch thực tế

Điện trở hạn dòng RS được tính như sau:

RS = (VS - VD) / IS

Với các giá trị tiêu biểu của LED là: VD=2V, ID=10mA

Hiển thị LED 7 đoạn

EX: loại CA

32

Photodiode (diode quang)

• Cấu tạo: tiếp xúc PN

• Nguyên tắc hoạt động: dựa

trên sinh cặp điện tử-lỗ làm thay đổi sự dẫn điện

• Đặc tuyến I-V: góc phần tư III

ứng dụng thu quang, góc

phần tư IV làm pin mặt trời

Photodiode (tt)

35

Optocoupler

5-9 Diode (rào thế) Schottky

One semiconductor region of the pn

junction diode is replaced by a

non-ohmic rectifying metal contact.A

Schottky contact is easily added to

n-type silicon,metal region becomes

anode n + region is added to ensure

that cathode contact is ohmic

Schottky diode turns on at lower

voltage than pn junction diode, has

significantly reduced internal charge storage under forward bias

Đặc điểm: tiếp xúc M-S (kim loại-bán dẫn), VON thấp, chuyển mạch nhanh

Phân cực ngược ít (điện dung nhiều)

Ký hiệu của Varactor Phân cực ngược nhiều

(điện dung ít)

Varactor Diodes

Bias adjust

Varactor Diodes

Capacitance Tolerance Range

- This is the equivalent of the value tolerance range of a

resistor

ie: 1N5148 – Nominal value = 47pFd

- Tolerance range is 42.3pFd to 51.7pFd

Tuning Ratio (TR) or (Capacitance Ratio)

- Refers to Rangeability (value @ Bias Vmax vs Bias Vmin)

- Vmin is 4V bias (C4) (for the 1N5139, C4 = 6.8pFd)

- Vmax is 60V bias (C60) (for the 1n5139, C60 = 2.3pFd)

5-11 Các diode khác

• Varistor (bộ triệt quá độ): hạn biên bảo

vệ tải.

• Diode ổn dòng ( Current-regulator diode )

• Diode hồi phục bước: có dòng ở phân

cực ngược và thay đổi đột ngột về 0 với

áp ngược thích hợp tạo hài, tạo sóng

• Diode ngược: đánh thủng ngược ở điện

áp thấp gần 0V (~0.1V) chỉnh lưu tín hiệu AC thấp (yếu) (ngược: do dẫn

ngược tốt hơn dẫn thuận!)

• Diode tunnel (đường hầm): đặc tuyến có

vùng điện trở âm  tạo dao động.

“varistor diode” có thể được dùng để bảo vệ

thiết bị điện không bị hư khi có đột biến điện áp.

Constant-Current Diodes

Tunnel Diodes

Tunnel Diodes

Tank circuits oscillate but “die out” due to the

internal resistance A tunnel diode will provide

“negative resistance” that overcomes the loses and maintains the oscillations.