Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode bán dẫn - Lê Thị Kim Anh

Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
1
Chương 2
DIODE BÁN DẪN
2.1 Khái niệm
Diode là một linh kiện bán dẫn 2 cực, cấu tạo
cơ bản dựa trên chuyển tiếp PN. ðiện cực nối
với bán dẫn P gọi là Anode (A), ñiện cực nối
với bán dẫn N gọi là Cathode (K). 
Anode (P) Cathode (N)
Ky
 hiệu của diode bán dẫn
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
2
Một sô
 hình dáng của các loại diode
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
3
2.2 Các tham sô; của diode bán dẫn
1. ðiện trơ" một chiều (ñiện trơ" tĩnh):
th
th
th I
V
R =
ng
ng
ng I
V
R =
- Theo chiều thuận:
(Có gia
 trị tư, vài Ω ñến vài chục Ω)
- Theo chiều ngược:
(Có gia
 trị rất lớn, hàng trăm KΩ)
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
4
2. ðiện trơ" xoay chiều :
dI
dV
rd =
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
5
- Khi diode làm việc trên ñiểm gián ñoạn:
)(r
I
V
r B
T
D Ω+=
- Khi diode làm việc với dòng cao thiC có thêE boE 
qua rB.
)(r
I
026.0
r BD Ω+= - Ở nhiệt ñôJ phòng: 
- rB :ñiện trơ gộp (bulk resistance) bao gồm ñiện
trơ của vật liệu bán dẫn va# ñiện trơ tiếp xúc. 
- VT: ñiện thê, nhiệt; I: dòng qua diode
ðiểm gián ñoạn là ñiểm trên ñặc tuyến mà ở ño, diode 
chuyển tư# gia, trị ñiện trơ cao sang ñiện trơ thấp.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
6
2.3 Các tham sô; của diode bán dẫn
3. ðiện dung tương ñương:
C0 = C hàng rào + C khuếch tán
4. Một vài tham sô
 giới hạn khác:
- ðiện áp ngược cực ñại cho phép V ngược max.
- Dòng ñiện thuận cực ñại cho phép Imax.
- Công suất tiêu hao cực ñại cho phép Pmax.
- Tần sô) cực ñại cho phép của tín hiệu xoay chiều
Fmax.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
7
2.4 Phân tích mạch DC chứa diode
Giả sử là diode silicon ñược phân cực thuận sao
cho có ñủ dòng ñiện ñể ñiểm làm việc nằm trên
ñiểm gián ñoạn:
E = I.R + Vγ (V)
⇒ I = (E – 0.7)/R (A)
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
8
2.5 Phân tích mạch tín hiệu nhoE cho diode
Tín hiệu nho" ñược xem là ñoạn làm việc của diode 
trên ñặc tuyến ñu" nho" ñê" có thê" xem là tuyến tính.
tsinAE)t(v ω+=
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
9
Áp dụng nguyên lý xếp chồng cho mạch tuyến
tính: 
I = (E – 0.7) / R (A)
- ðối với nguồn DC:
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
10
- ðối với nguồn AC:
)(
I
026.0
rD Ω=
DD rR
tsinA
rR
e
i
+
ω
=
+
=
DrR
tsinA
R
7.0E
iI)t(i
+
ω
+
−
=+=
- Tổng hợp:
D
D)D( rR
tsinA
r7.0v
+
ω
+=
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
11
2.6 ðường tải
ðường tải DC biểu diễn mối quan hê4 của I,V trên
diode khi có phân cực của ñiện áp DC.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
12
ðiểm làm việc
- ðiểm làm việc của diode chính là giao ñiểm
của ñường tải và ñặc tuyến.
- Giao ñiểm này ñược gọi là ñiểm làm việc tĩnh, 
ký hiệu là Q.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
13
Ảnh hưởng của nguồn ac
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
14
2.7 Phân tích tín hiệu lớn cho diode
- Chế ñộ tín hiệu lớn khi sự thay ñổi của dòng
ñiện và ñiện áp của diode mở rộng ra trên
toàn bộ ñặc tuyến.
- Khi ñiện trở của một diode thay ñổi từ rất
nhỏ ñến rất lớn, nó hoạt ñộng giống như một
công tắc (switch). 
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
15
- Một công tắc lý tưởng có ñiện trở bằng
không khi ñóng và ñiện trở là vô cùng khi
mở. 
- Diode có thể ñược xem như một công tắc
ñược ñiều khiển bằng ñiện áp: ñóng khi
ñược phân cực thuận và mở khi phân cực
ngược. 
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
16
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
17
2.8 Chỉnh lưu
-Mạch chỉnh lưu là mạch chỉ cho phép dòng
ñiện chảy qua nó theo một chiều. 
- Biến ñiện xoay chiều thành ñiện một chiều.
- Diode sưE dụng trong mạch này gọi là diode 
chỉnh lưu.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
18
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
19
Ví dụ
Cho mạch ñiện như hình ve<, diode Ge có Vγ= 0.2V, nội trơC rD
không ñáng kêC. Tải RL = 9Ω, nguồn tín hiệu vào có ri = 1Ω.
1. Biết ñiện áp vào có dạng xung vuông hoặc hình sin, biên
ñô4 10V. Hãy ve< dạng sóng vaP xác ñịnh ñiện áp trên tải RL.
2. Vẫn câu hỏi 1 nhưng khi vi(t) là hình sin có biên ñô4 1V. 
Xác ñịnh gia) trị ñiện áp trên tải tại thời ñiểm ωt = π/2.
VL
_+ Vi
ri
RL
D
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
20
Hướng dẫn
1. - Dòng qua tải RL:
Li
i
L Rr
Vv
i
+
−
=
γ
- Áp rơi trên tải:
L
Li
i
L RxRr
Vv
)t(v
+
−
=
γ
)t(v9.0Rx
Rr
v
)t(v iL
Li
i
L =
+
=
- Vì Vγ << vi, nên có thêE boE qua Vγ :
VL
_+ Vi
ri
RL
D
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
21
10
V
t
-10
9
vi
v
L
V
t
vi
v
L
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
22
2. Khi vi nhoE, không thêE boE qua Vγ. Diode 
chỉ dẫn ñiện trong khoảng thời gian vi > 
Vγ, tại ωt = π/2:
V72.09.
10
)2.0t(sin
Rx
Rr
Vv
)t(v L
Li
i
L =
−ω
=
+
−
=
γ
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
23
1V
Vγ=0.2V
VL
t
t
vi
0.72V
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
24
2.9 Diode ổn áp (Zener)
Ky; hiệu:
ðặc tính:
- Chê; tạo bằng vật liệu chịu nhiệt vaC tỏa nhiệt
tốt.
- Hoạt ñộng ở chê; ñôJ phân cực ngược.
- ðoạn làm việc trên phần ñặc tuyến song song
với trục tung.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
25
V
Z
I
Z
B •
•
Q
ng
max
max V
P
I =
ðc tuyn V-A c
a diode Zener
I
Zmax
A • IZmin
ðặc tuyến
V
1 V2
V1: ñiện áp 1 chiều chưa ổn ñịnh.
V2: ñiện áp lấy ra trên tải ña5 ổn ñịnh.
R1: ñiện trơ7 hạn dòng cho diode, 
sao cho Q nằm trên ñoạn AB.
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
26
2.10 Ứng dụng diode zener trong mạch ổn áp
a. Nguồn ổn ñịnh, tải thay ñổi
Ta có: IS
+
VZ
−
ðể áp ngõ ra ở tải ổn ñịnh ở VZ thì IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
S
ZDC
S R
VV
I
−
=
maxZ
S
ZDC
minL IR
VV
I −
−
=⇒
Mà: IL = IS - IZ
minZ
S
ZDC
maxL IR
VV
I −
−
=
minL
Z
maxL
maxL
Z
minL I
V
R;
I
V
R ==⇒
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
27
b. Nguồn thay ñổi, tải ổn ñịnh
IS
+
Vz
−
Ta có:
L
Z
L R
V
I =
Mà: IS = IZ + IL
maxZ
L
Z
maxS
minZ
L
Z
minS
I
R
V
I
I
R
V
I
+=
+=⇒
ZSmaxSmaxDC
ZSminSminDC
VR.IV
VR.IV
+=
+=⇒
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
28
c. Nguồn và tải ñều thay ñổi
IS
+
Vz
−
LSZ
S
ZDC
S III;R
VV
I −=
−
=
L
S
ZDC
Z IR
VV
I −
−
=⇒
ðiều kiện cực trị:
IZmin khi VDCmin và ILmax; IZmax khi VDCmax và ILmin
ZSmaxSmaxDCZSminSminDC VR.IV;VR.IV +=+=
minLmaxZ
ZmaxDC
2S
maxLminZ
ZminDC
1S II
VV
R;
II
VV
R
+
−
=
+
−
=⇒
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
29
V
i
+∆V
i VL
IZ
IR
IL
DZ
R1
R2
Ví duJ: Cho mạch ñiện như hình ve
R1 = 300Ω; R2 = 1200Ω.
Xác ñịnh phạm vi thay ñổi của Vi ñêE có ñiện áp ra
trên tải R2 ổn ñịnh ở mức 10V.
(Chọn loại diode Zener có VZ = 10V, IZmin = 10mA, 
IZmax = 30mA.)
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
30
Hướng dẫn
- Dòng qua tải:
)mA(3.8
R
V
I
2
L
L ==
- Áp dụng ñịnh luật Ohm:
Z1LZZ1Ri VR)II(VRIV ++=+=
V5.21V;V5.15V maximini ==
V
i
+∆V
i VL
IZ
IR
IL
DZ
R1
R2
Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử
GV: Lê Thị Kim Anh
31
Câu hỏi củng cô; bài
1. Cấu tạo vaC ky; hiệu của diode?
2. Các tham sô; cơ bản của diode? Phân cực cho diode?
3. Phân tích mạch DC của diode. 
4. Khái niệm vêC tín hiệu nhoE vaC lớn? ðường tải DC vaC ñiểm
làm việc? Phân tích mạch AC của diode?
5. Khái niệm vêC chỉnh lưu? ðặc tính của mạch chỉnh lưu?
6. Khái niệm vêC ổn áp? ðặc tính làm việc của diode Zener?