Diode bán dẫn - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong2_Diode.pdf · Bộmôn KỹThuậtĐiệnTử- ĐHBK...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

11

CHƯƠNG 2

Diode bán dẫn

Bùi Minh Thành

Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Tài liệu tham khảo

[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and

Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991

[2] Lê Phi Yên, Nguyên Như Anh, Lưu Phu, Ky thuât

điên tư, NXB Khoa hoc ky thuât

[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:

Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition

(2007)

[4] Slide bài giảng môn Ky thuât điên tư cô Lê Thị Kim

Anh

2


Nội dung

1) Diode chỉnh lưu1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động

1.2) Các tham số

1.3) Phân tích mạch DC chứa diode

1.4) Phân tích mạch tín hiệu nhỏ

1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng

2) Diode zener2.1) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.2) Các tham số

2.3) Các ứng dụng

3



Diode là một chuyển tiếp PN được đặt vào trong vỏ linh kiện và được kết nối với bên ngoài thông qua các chân linh kiện

4

Một sô hinh dang cua cac loai diode


1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động

5

Chuyển tiếp PN

0 2

.ln( )A D

i

N NkTV V

q n

EtxP-type N-type

vùng nghèo

Chiều khuếch tán lỗ

trống

Chiều trôi lỗ trống

Chiều khuếch tán điện

tử

Chiều trôi điện tử

Điện thế hàng rào

V0 hay Vy: Điện thế hàng rào

K: Hằng số Boltzeman = 1.38x10-23J/K

T: Nhiệt độ K

q: Điện tích đơn vị = 1.6x10-19C

NA: Nồng độ tạp chất acceptor trong bán dẫn loại P

ND: Nồng độ tạp chất donor trong bán dẫn loại N:

ni: mật độ hạt dẫn trong bán dẫn thuần

- +

Vy



6


trống



tử



trống



tử


Phân cực

thuận

Phân cực

ngược



7

Biểu thức diode

/( 1)TV mV

sI I e

Trong đó:

I: dòng qua chuyển tiếp (mA)

V: Điện áp trên chuyển tiếp (dương khi phân cực thuận) (V)

Is: Dòng bão hòa ngược (mA)

m: Hệ số phát, phụ thuộc vào loại vật liệu

VT: Điện thế nhiệt (V)



8

1 ( )

s

n

BR

II

V

V

Biên độ dòng ngược khi V

xấp xĩ VBR (điện thế đánh

thủng) có thể được tính

theo biểu thức:

n: Hằng số xác định từ thực

nghiệm

Đặc tuyến


1.2) Các thông số

a) Điện trở 1 chiều (điện trở đối với dòng 1 chiều)

- Phân cực thuận:

9

thth

th

VR

I

Có giá trị rất bé từ vài

Ohm đến vài chục Ohm

- Phân cực ngược:

ng

ng

ng

VR

I

Có giá trị rất lớn (Hàng trăm K)



b) Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân)

10

Được xem xét khi ta quan tâm đến sự

thay đổi nhỏ của điện áp ∆V mà dẫn đến

sự thay đổi của dòng điện ∆I.

Sự thay đổi của ∆V và ∆I phải đủ nhỏ để

đảm bảo bảo đoạn làm việc có độ dốc

không thay đổi nhiều, lúc này có thể xem

diode như là một linh kiện tuyến tính

d

dV Vr

dI I

Với

/( 1)TV mV

sI I e Q

=>T

d

D

mVr

I Tuyến tính hoá

Q

Ở nhiệt độ phòng 25oC,

VT = 26mV



c) Điện dung

11

Điện dung chuyển tiếp P-N Co = Ch.rào + Ck.tán

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

o

S VC = (2.51)

l V V

Điện dung khuếch tán Ck.tán

- Hình thành do hiện tượng phun

hạt dẫn giữa miền P và miền N

khi phân cực thuận.

- Với tín hiệu tần số thấp, ảnh hưởng Co có

thể bỏ qua

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

giảm trở kháng theo chiều nghịch ở tần số cao,

làm chậm tốc độ đóng mở của diode.

Anode

Rth

rd

Co

Vγ



12

Trong thực tế, để dễ dàng trong việc phân tích mạch đặc tuyến của diode

được xem như thẳng đứng

Vy = 0.7V đối với diode Silicon

Vy = 0.3V đối với diode

Germanium

E

VD

ID Vo

ID = (E – Vy)/R

Vo = IDxR

Có thể xem diode hở mạch trong

trường hợp E < Vy và ngắn mạch trong

trường hợp ngược lại => hoạt động

như một khoá đóng ngắt

V

I

Vy

Diode dẫn

Diode tắt

O



13

Nói chung linh kiện điện tử có thể hoạt động ở hai chế độ: tính hiệu nhỏ và tín

hiệu lớn.

- Chế độ tín hiệu nhỏ: là chế độ trong đó dòng và áp của linh kiện thay đổi

trong một đoạn đủ nhỏ của đặc tuyến để có thể xem như là tuyến tính

- Chế độ tín hiệu lớn: là chế độ trong đó dòng và áp của linh kiện thay đổi trên

toàn bộ đường cong đặc tuyến của linh kiện.

wt

vI(t)

EE + A

E - A

O

Xét mạch sau: A << E

vi

D

E

R

VI(t)

vi = Asin(wt)

iD(t)

vD(t)



14

Quy ước:

- iD(t), vD(t): giá trị dòng điện và điện áp tức thời qua

diode

- ID, VD: giá trị dòng điện và điện áp DC qua diode

- id(t), vd(t): giá trị dòng điện và điện áp xoay chiều (ac)

qua diode

iD(t) = ID + id(t)

vD(t) = VD + vd(t)

- Xét DC: (ngắn mạch ac)

ID = (E – Vy)/R

VD = Vy

vi

D

E

R

V(t)

Vi = Asin(wt)

iD(t)

vD(t)

- Xét ac: (ngắn mạch DC, thay diode bằng

điện trở có giá trị là rd)

rd = mVT/ID

id = Asin(wt)/(R + rd)

vd = idxrd = Asin(wt)xrd/(R + rd)



15

vi

D

E

R

V(t)

Vi = Asin(wt)

iD(t)

vD(t)

Xếp chồng:

iD(t) = ID + id(t)

= (E – Vy)/R + Asin(wt)/(R + rd)

vD(t) = VD + vd(t)

= Vy + Asin(wt)x rd/(R + rd)



16

- Mạch chỉnh lưu dùng diode (bán

kỳ)

(d)



17

- Mạch chỉnh lưu dùng diode (2 bán kỳ):

(d)



18

- Mạch chỉnh lưu dùng diode (2 bán kỳ):dùng cầu chỉnh lưu (bridge

rectifier):

RL

VO VO



19

- Mạch nguồn dùng diode:

- Mạch nguồn dùng IC ổn áp 7805:


Nội dung


1.2) Các tham số




2) Diode zener2.1) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.2) Các tham số

2.3) Các ứng dụng

20


2) Diode Zener

2.1) Cấu tạo và đặc tuyến

21

- Vẫn là chuyển tiếp PN, nhưng được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt và

tỏa nhiệt tốt.


2) Diode Zener


22

Trong vùng phân cực

thuận, Zener hoạt động

như diode thường, điện áp

rơi trên diode là Vy khi

diode dẫn.



23

Trong vùng phân cực ngược, zener

có dòng ngược nhỏ khi áp ngược <

áp đánh thủng (breakdown)

Tại điểm áp ngược = áp breakdown,

dòng ngược bắt đầu tăng nhanh,

dòng Iz, và áp ngược rơi trên diode

thay đổi không đáng kể, áp Vz..

+

Vz

_


2.2) Các tham số

24

/

/

tZ Z

Z Z d

RdI IS

dV V r

- Công suất max Pzmax

- Điện áp ổn định Vz.

- Điện trở tương đương: rd = dVZ / dIZ

- Điện trở tĩnh: Rt = VZ / IZ

- Hệ số ổn định:

VR

IR


2.3) Các ứng dụng: dùng trong mạch ổn áp

25

a) Nguồn ổn định tải thay đổi

DC ZS

S

V VI

R

IS

Để áp ngõ ra ở tải ổn định ở VZ thì IZmin < IZ < IZmax

L S ZI I I

min maxDC Z

L Z

S

V VI I

R

max minDC Z

L Z

S

V VI I

R

min

max

ZL

L

VR

I max

min

ZL

L

VR

I

Ta có

mà

=>

=>

Vậy khi tải RL thay đổi trong khoảng (RLmin – RLmax) thì áp trên nó vẩn ổn định

ỏ VZ



26

ZL

L

VI

R IS


S Z LI I I

min minZ

S Z

L

VI I

R

max maxZ

S Z

L

VI I

R min min .DC S S ZV I R V

Ta có

mà

=>

=>

Vậy khi tải VDC thay đổi trong khoảng (VDCmin – VDCmax) thì áp trên nó vẩn ổn định

ỏ VZ

max max .DC S S ZV I R V

b) Nguồn thay đổi, tải ổn định



27

c) Nguồn và tải đều thay đổi

DC ZS

S

V VI

R

IS


Z S LI I I

DC ZZ L

S

V VI I

R

với

=>

Điều kiện cực trị:

- IZmin khi VDCmin và ILmax

- IZmax khi VDCmax và ILmin

min1

min max

DC ZS

Z L

V VR

I I

max2

max min

DC ZS

Z L

V VR

I I

Vậy với Rs nằm trong khoảng Rs1 và Rs2 trên thì áp trên tải vẫn ổn định ở VZ

=>

Diode bán dẫn - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong2_Diode.pdf · Bộmôn KỹThuậtĐiệnTử- ĐHBK...

Documents

Transcript of Diode bán dẫn - HCMUTbmthanh/KTDT/Chuong2_Diode.pdf · Bộmôn KỹThuậtĐiệnTử- ĐHBK...