›

Bài giảng Diode

pdf 72 trang huongle 6060
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Diode", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_diode.pdf

Nội dung text: Bài giảng Diode

  1. Lession 3 : Diode ☺ 1/72
  2. Ni dung • Cấu tạo v nguyên lý lm việc của Điot bán dẫn • Các tham số chính của Điot bán dẫn • Sơ đồ t−ơng đ−ơng của Điot bán dẫn • Một số ứng dụng phổ biến của Điot bán dẫn 2/72
  3. Ti p giỏp PN 3/72
  4. Dũng khu ch tỏn I kt • Do chênh lệch nồng độ hạt dẫn giữa hai phía của khu vực mặt ghép PN: p p >> p n v nn >> n p nên xảy ra quá trình khuyếch tán lỗ trống từ bán dẫn P sang bán dẫn N v điện tử từ N sang P tạo thnh dòng khuyếch tán I kt •Ikt = I pkt + I nkt : dòng của hạt dẫn đa số 5/72
  5. ðin th ti p xỳc U tx 6/72
  6. Utx • Do tồn tại lớp điện tích kép Q, hình thnh một điện thế tiếp xúc U tx tại vùng tiếp giáp. Giá trị U tx tính theo công thức sau: KT  P  KT  n   p   n  U tx = ln   = ln   q  Pn  q  np  • Với chất bán dẫn Ge: Utx ≅ 0,3V Si: Utx ≅ 0,7V •Itrôi = I n trôi + I p trôi : dòng của hạt dẫn thiểu số •IΣ = I kt I trôi = 0 : ? 8/72
  7. Phõn c c cho diode 9/72
  8. Figure 1: Closeup of a diode, showing the square shaped semiconductor crystal Figure 2: Various Figure 3: Structure of a semiconductor vacuum tube diode diodes. Bottom: A bridge rectifier 11/72
  9. Light Emitting Diode 12/72
  10. Phân loại diode 14/72
  11. ðc tuy n V-A 15/72
  12. ðc tuy n V-A U D • I=I s[exp( ) -1] mU T •UD : ủin ỏp ủt vào ủit D •UT : th nhi t (=KT/q) •Is : dũng ủin ng ưc bóo hũa • m : h s t l (1ữ2) • K=1,38.10 -23 J/ oK • q= 1,6.10 -19 C • rD =m.U T/I D 16/72
  13. ðc tuy n V-A 17/72
  14. • Điện áp mở của Điot Ge nhỏ hơn so với Điot Si: UD0 = 0,3V (Ge) UD0 = 0,7V (Si) • Điot Si có điện áp ng−ợc đánh thủng lớn hơn Điot Ge, (Điot Si giá trị ny có thể đạt tới 1000V còn Điot Ge chỉ cỡ khoảng 400V.) • Điot Si có dải nhiệt độ lm việc lớn hơn Điot Ge (nhiệt độ cực đại của Điot Si có thể đạt tới 200 0C còn đối với Điot Ge l không quá 100 0C). • Dòng ng−ợc của Điot Si nhỏ hơn nhiều so với Điot Ge << IS (Si) IS (Ge). 18/72
  15. ảảảnh h−ởng của nhiệt độ lên đặc tuyến của Điot ID(mA) 20 100 oC 25 oC -75 oC 15 10 5 UD(V) 0 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0,3 0,5 0,7 0,1 àA 100 oC 25 oC -75 oC 19/72
  16. • Đối với Điot bán dẫn, cứ tăng nhiệt độ thêm 10 0C dòng IS sẽ tăng gấp đôi (điều ny sẽ không tốt, đặc biệt đối với Điot loại Ge). 0 ≈ à 0 Ví dụ ở 25 C, I S 1 A thì ở 100 C, I S > 0,1mA • Nhiệt độ tăng, điện áp ng−ợc đánh thủng tăng • Nếu giữ dòng I D thuận không đổi thì điện áp trên Điot sẽ phải giảm đi khi nhiệt độ tăng (ng−ời ta nói hệ số nhiệt điện áp l âm) v bằng khoảng: δ U D = - 2 mV 0 K δ T I =const D 21/72
  17. Các tham số chính của Điot bán dẫn • Các tham số giới hạn • Các tham số điện • Các tham số cơ khí • Các họ đ−ờng cong đặc tuyến của tham số điện • www.datasheetcatalog.com 22/72
  18. Các tham số giới hạn 23/72
  19. Các tham số điện 24/72
  20. Các họ đ−ờng cong đặc tuyến của tham số điện 25/72
  21. Ví dụ 0 ϒ Ví dụ 21: PDmax = 500mW ở nhiệt độ 25 C. PDmax = 4mW/ 0C 0 Hy xác định P Dmax ở nhiệt độ 100 C. Giải: Theo công thức (263) sẽ có: 0 0 0 0 •PDmax (100 C) = 500mW 4mW/ C x (100 C 25 C) = 500mW 300mW = 200mW. • Nh− vậy khi nhiệt độ tăng từ 25 0C lên 100 0C công suất tiêu tán cực đại của Điot giảm đi chỉ còn 200mW (giảm đi 2,5 lần). 26/72
  22. Điện trở của Điot • Điện trở một chiều : U = D RD I D • Điện trở xoay chiều rD : hay còn gọi l điện trở động, đ−ợc xác định bởi đạo hm tại điểm Q: dU D UD rD = ≡ dI D ID  UD  UD 1 dI d  mU  mU  I  1 = D = I (e T -1) = I 1 e T = I 1  D +1 = ()I I+  S  S S mU I D S r dU dU   mU T  S  mU D D D   T T 27/72
  23. Sơ đồ t−ơng đ−ơng của điot • Điot lý t−ởng ID A K DLT 0 UD →→→ • D DLT nếu: Umth >> U D0 Rt + R th >>r D fmax của Điot >> f th 28/72
  24. Sơ đồ t−ơng đ−ơng ở tần số thấp 31/72
  25. Diode Zener 33/72
  26. Các tham số chính của Điot Zener • UZ: Điện áp danh định l điện áp trung bình tiêu biểu của Điot Zener ở vùng lm việc. Thông th−ờng đối với các loại Điot Zener UZ nằm trong khoảng từ 1,8V đến 200V, công suất tiêu tán ở chế độ Zener từ 0,25W đến 50W • IZ min : Dòng điện tối thiểu l dòng đủ để Điot duy trì đ−ợc ở chế độ Zener. • IZ max: Dòng điện tối đa cho phép nếu I > I Z max Điot sẽ chuyển sang vùng đánh thủng về nhiệt, tiếp giáp bị nóng cục bộ v Điot bị phá huỷ không hồi phục đ−ợc. • IZ 0 : Dòng danh định l dòng ứng với 1/4 công suất cực đại v đ−ợc tính bằng công thức I + I I = z max z min zo 2 34/72
  27. •RZ: Điện trở tĩnh • rZ: Điện trở xoay chiều (điện trở động) •Z: Hệ số ổn định dI dU R Z = z : z = z I z U z rz ϒ • TZ : Hệ số nhiệt đ−ợc xác định bằng sự thay đổi t−ơng đối 0 của điện áp U Z tính bằng % khi nhiệt độ thay đổi 1 C. U γ = Z x 100% %/ 0C TZ () UZ T - T0 •PZ max : Công suất tiêu tán cực đại trên Điot Zener PZ max = I Z max UZ •IS: Dòng ng−ợc bo ho cực đại 35/72
  28. Sơ ủ tương ủương 36/72
  29. Ví dụ 26: Cho Điot Zener 1N961 có các tham số sau (ở nhiệt độ 250C): UZ = 10V ; I Z min = 0,25mA ; I Z max = 32mA; Ω à ϒ rZ = 8,5 ; I S = 10 A ; TZ = + 0,072%/0C; a/ Tính điện áp trên Điot tại giá trị I Z max b/ Tính điện áp trên Điot ở nhiệt độ 65 0C G : a/ Với dòng I Z max = 32mA sẽ gây nên một gia tăng điện áp trên r Z l: Ω IZ max x r Z = 32mA x 8,5 = 272mV Vậy điện áp trên Điot Zener tại giá trị dòng I Z max sẽ bằng: U’Z = U Z + I Z max rZ = 10V + 272mV = 10,272V ϒ 0 b/ TZ ở nhiệt độ T = 65 C: ϒ UZ (T) = U Z (T 0) [1 + TZ (T T0)] 0 0 ở đây: T 0 = 25 C, T = 65 C Vậy UZ (65 0C) = 10V [1+ 0,072%/0C x (650C 250C)] = 10,288V 37/72
  30. Điot biến dung (Varicap hoặc Varactor) 38/72
  31. = ε A Cv d tx Trong đó: Cv l điện dung của Varicap ε l hằng số điện môi của chất bán dẫn A l diện tích mặt cắt ngang của lớp xúc PN dtx l độ rộng của lớp tiếp xúc Giá trị của C V th−ờng rất nhỏ, khoảng từ 2pF đến 100pF 39/72
  32. 1 f = 0 π 2 LC tủ 40/72
  33. Một số ứng dụng phổ biến của Điot bán dẫn • Chỉnh l−u • Hạn chế • ổn áp 41/72
  34. Chỉnh l−u nửa chu kỳ •U = 0,318U 0 m U0 = 0,318 (Um - UD0 ) U = o I o Rt 42/72
  35. Ví dụ 28: Cho mạch chỉnh l−u nh− hình 274a. UV = 220V; Rt = 1K Ω. Điot l loại Si Tính điện áp chỉnh l−u U0, dòng chỉnh l−u I0, điện áp ng−ợc đặt trên Điot ở nửa chu kỳ âm, chọn Điot thích hợp mạch ny. UVm = 220V x 2 = 310,2V U0 = 0,318 x 310,2V = 98,64V U0 98,64V I 0 = = = 98,64m Rt 1K Ung D = 310,2V 43/72
  36. •UngD <=2U m 44/72
  37. Ripple Full-wave ripple frequency is twice AC frequency 46/72
  38. Diode Bridge 47/72
  39. Diode Bridge 48/72
  40. • Điện áp chỉnh l−u: U0 = 0,636U m • Nếu tính đ−ợc hạ áp trên Điot U0 = 0,636 (U m - 2U D0 ) U = o • Dòng chỉnh l−u: Io Rt • Điện áp ng−ợc đặt trên Điot ở mức nửa chu kỳ âm: UngD = U m 49/72
  41. Cú t lc ≈ U0 Um 50/72
  42. Chỉnh l−u cả chu kỳ có điểm giữa • Các tham số cần chọn Điot nh− sau: I0(Điot) > I 0(tính toán) Không có tụ lọc Ungmax (Điot) > Um Ungmax (Điot) > 2U m Có tụ lọc 51/72
  43. Chỉnh l−u nhân điện áp • ở nửa chu kỳ d−ơng tụ C 1 nạp đến giá trị đỉnh U m qua D 1 (nếu coi D 1 l lý t−ởng) • ở nửa chu kỳ âm D 2 dẫn, D 1 khoá, nh− vậy C 2 đ−ợc nạp đến giá trị bằng tổng giá trị điện áp trên tụ C 1 v trên thứ cấp của biến áp52/72
  44. Voltage Doubler On negative half-cycle, D1 charges C1 to Vp. On positive half-cycle D2 adds AC peak to Vp on C1 and transfers it all to C2. 53/72
  45. Mạch nhân điện áp n lần 54/72
  46. Mạch hạn mức dùng Điot bán dẫn • Các kiểu hạn mức: – Hạn chế mức d−ới – Hạn chế mức trên – Hạn chế mức trên v d−ới • Hai cách mắc Điot trong mạch: mạch nối tiếp v mạch song song 55/72
  47. Mắc nối tiếp 56/72
  48. Mắc song song 59/72
  49. Mch h n ch 63/72
  50. Mạch dịch mức (Clamper) • Điều kiện : 65/72
  51. • Ví dụ 29: Vẽ tín hiệu ra đối với mạch dịch mức biết R = 100K Ω, C = 1 àF, ftín hiệu = 1000Hz. 66/72
  52. Mạch ổn áp dùng Điot Zener 67/72
  53. Mạch không tải • Ví dụ 210: Cho mạch ổn áp dùng Điot Zener không tải với các Ω thông số sau: R 0 = 1K , I Zmin = 0,5mA, I Zmax = 11,5mA, U Z = 10V. Coi Điot Zener l lý t−ởng, hy tìm điểm lm việc Q ứng với điểm giữa của vùng Zener. Hy tính điện áp đặt vo cực đại Emax , v cực tiểu E min ? Tính công suất tiêu tán trên Điot Zener tại điểm lm việc Q . • Nếu tính từ điểm Q thì sự thay đổi điện áp vo về 2 phía sẽ đ−ợc tính bằng một nửa ton bộ l−ợng thay đổi trên tức l bằng = 5,5V v th−ờng đ−ợc viết ∆E = ±5,5V 68/72
  54. Mạch có tải U Z + I Z r Z E = I Z R 0 + R 0 + U Z + I Z r Z R t ()r Z r Z ( R o ) E = IZ R 0 1 + + + U Z 1 + Ro R t R t ( R o ) E = I Z R 0 + U Z 1 + R t 69/72
  55. • Ví dụ 211: Xác định giá trị cực tiểu v cực đại của điện áp vo: E min , E max nếu biết I Zmin = 1mA, I Zmax = Ω Ω Ω 15mA, U Z = 5V, r Z = 10 , R 0 = 1K , R t = 1K . 70/72
  56. Tóm tắt ðIT BÁN D N 1. Khỏi ni m và phõn lo i 2. ðiot chnh l ưu t n s th p 5.2.1. C u t o, tham s và ủc tuy n 5.2.2. Mụ hỡnh t ươ ng ủươ ng 5.2.3. Vớ d ng d ng 3. ðit Zener 3.1. C u t o, tham s và ủc tuy n 3.2. Vớ d ng d ng 4. ðit bi n dung (Varicap) 4.1. C u t o, tham s , ủc tuy n 4.2. Vớ d ng d ng 5. M t s ủit ủc bi t 5.1. Nguyờn lý c u t o c a ủit Tunen, Schottky , ủit PIN, ủit thỏc, ủit Gunn 5.2. Tớnh ch t và ng d ng c a chỳng 71/72