Tài liệu thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất, chương 1 doc

Diện tích mặt ghép có khi đạt tới hàng chục cm2 , mật độ dòng điện 10A/mm2 và khi diode cho dòng định mức chảy qua, điện áp rơi trên diode khoảng 12 V.. Khi ta áp lên cực Anode A của di

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

1 Cấu Tạo.

Diode được cấu tạo bởi tinh thể Silicium hay Germanium, gồm

2 lớp bán dẫn P_N có sự nhạy cảm với nhiệt, điện và quang Diện tích mặt ghép có khi đạt tới hàng chục cm2

, mật độ dòng điện 10A/mm2 và khi diode cho dòng định mức chảy qua, điện áp rơi trên diode khoảng 12 V

Ký hiệu : Diode được viết tắt là :D

2 Nguyên lý hoạt động

Khi ta áp lên cực Anode (A) của diode một điện áp cao hơn ở cực Cathode (K) thì diode bắt đầu dẫn và cho dòng chạy qua Thường khi diode dẫn thì UAK =0.7V

Khi ta tác động lên diode một điện áp xoay chiều thì ½ chu kỳ dương của điện áp nguồn, diode được phân cực thuận cho dòng chạy qua, ở chế độ này là bảo hoà (ON) Trong ½ chu kỳ âm của nguồn, diode được phân cực ngược trở thành vật cách điện gọi là chế độ khoá (OFF)

a Từ chế độ ON sang OFF (Hình I.2a).

Khi VA >VK, nhiều điện tử từ vùng N vượt qua mặt ghép J sang vùng P để đến cực dương của nguồn Nếu diode bị đặt dưới điện áp ngược (âm) các điện tử đang có mặt ở vùng P quay trở về vùng N Sự di động quay trở về này của các điện tử tạo nên dòng điện ngược chạy qua diode từ K đến A, trong khoảng thời gian ngắn

Hình I.1

Cấu tạo và ký hiệu của diode.

P N

Hàng rào điện thế

P -+ N

Cường độ này lúc đầu thì lớn rồi suy giảm và sau một khoảng thời gian, nó giảm xuống bằng 0 Thời gian này gọi là TOFF(turn offtime) và được tính bằng s

b Từ chế độ OFF sang ON (hình I.2b)

Diode đang ở chế độ khoá, dòng điện ngược rất nhỏ, không đáng kể Nếu diode được đặt dưới điện áp thuâïn, dòng điện cũng không thể đạt giá trị U/R ngay mà phải sau một khoảng thời gian (ký hiệu Ton) để các điện tích đa số đồøng loạt di động

Chú ý : khi điện áp nguồn biến thiên ở tần số cao vào khoảng f

= 100khz thì diode bình thường sẽ không còn chế độ khoá nữa

Quá Trình Quá Độ của Diode :

Hình I.3 dưới đây cho ta thấy được dạng sóng thể hiện quá trình quá độ của Diode

+u

Hình I.2

Các chế độ phân cực cho diode.

UD

+

U

V D

+u

+v

0

-v

0

-u

3 Đặc tuyến volt_ ampe của diode.

U  Udmax Umax

Hình I.3

Sơ đồ và các dạng sóng của diode.

0

I(mA )

4 Các thông số kỹ thuật cơ bản để lựa chọn diode.

-Điện áp rơi U (V)

-Chất bán dẫn chế tạo để có điện áp thềm (U ) và

Công thức tính :

Id = Is (eUd/26mv-1) (1_1)

Khi UAK > U  thì Id = Is eUd/26mv (1_2)

Khi UAK < 0V thì Id = Is (1_3)

5 Tổn hao trong diode.

-Tổn hao do dòng điện thuận (1)

-Tổn hao do dòng điện ngược (2)

-Tổn hao do chuyển mạch (3)

(1), (2) có giá trị tổn hao lớn và thường tính toán bằng dựa

vào tuyến tính hóa từng đoạn đặc tính V_A của diode

Đối với nhánh đặc tính thuận của diode được tính bằng biểu

thức

Uth = Uo + RdIth (1_4)

Uo là giá trị sụt áp ban đầu của diode

Uth, Ith là giá trị áp và dòng tức thời chiều thuận của

diode

Công suất tổn hao trung bình của diode trong một chu kỳ :

Hình I.4

Đặt tuyến volt – ampe của diode.

Pth =UoIth + Rd I2

th (1_6)

Đối với nhánh đặc tính theo hướng ngược của diode thì biểu thức tính như sau :

ing = Io + Gdung (1_7)

Với u ng : là giá trị tức thời của điện áp ngược

Công suất tổn hao trung bình trong một chu kỳ là :

Utb, Ung là giá trị trung bình và hiệu dụng của điêïn áp ngược trên diode

6 Ứng dụng của diode

- Trong các mạch chỉnh lưu

- Là nhiệm vuç ghim áp trong mạch …

0

2

1T

ng d tb ng ng

u T