›
›

Giáo trình Điện tử 1 - Chương 1: Diode bán dẫn - Nguyễn Thy Linh

pdf 31 trang huongle 3751
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử 1 - Chương 1: Diode bán dẫn - Nguyễn Thy Linh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_dien_tu_1_chuong_1_diode_ban_dan_nguyen_thy_linh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Điện tử 1 - Chương 1: Diode bán dẫn - Nguyễn Thy Linh

  1. ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG ĐIỆN TỬ 1 ThS. Nguyễn Thy Linh 1
  2. Tài liệu tham khảo [1] Lê Tiến Thường, Mạch Điện Tử 1, NXB ĐH Quốc gia TP.HCM. [2] Lê Tiến Thường, Mạch Điện Tử 2, NXB ĐH Quốc gia TP.HCM. [3] Lê Tiến Thường, Tuyển Tập Bài Tập Mạch Điện Tử Tương Tự, NXB ĐH Quốc gia TP.HCM. 2
  3. CẤU TRÚC MÔN HỌC 1. Diode bán dẫn 2. Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT) 3. Thiết kế và phân tích tín hiệu nhỏ 4. Transistor trường (FET) 5. Mạch transistor ghép liên tầng 6. Mạch khuếch đại thuật toán 3
  4. Nội dung: Chương 1: Diode Bán Dẫn 1.1. Giới thiệu; 1.2. Diode bán dẫn thông thường; 1.2.1. Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của diode; 1.2.2. Giải tích mạch dùng diode 1.2.3. Chỉnh lưu điện áp xoay chiều 1.2.4. Mạch lọc 1.2.5. Mạch xén 1.3. Diode Zener. 4
  5. 1.1. Giới thiệu Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất. Các loại diode bán dẫn:  Diode thông thường:  Dùng trong các mạch chỉnh lưu và tách sóng;  Dùng làm các công tắc điện tử.  Diode Zener:  dùng để tạo các điện áp chuẩn.  LED (light emitting diode – Diode phát quang):  Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị để điều khiển từ xa trong điện tử dân dụng;  Làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông. 5
  6. Các vật liệu bán dẫn thường dùng:  Silicon (Si)  Germanium (Ge)  Gallium Arsenide (GaAs) Cấu trúc nguyên tử: 6
  7.  Cấu trúc tinh thể  Các mức năng lượng 7
  8. Sự dẫn điện trong chất bán dẫn  Dòng khuếch tán (diffusion current): Khi có sự thay đổi mật độ electron (hole)  Dòng chảy (drift current): Khi có điện trường ngoài 8
  9. Bán dẫn loại P  Chất đưa vào: Chất nhận (acceptor material). Ví dụ: Boron (III)  Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng  Phần tử mang điện chủ yếu: Lỗ trống (positive): p-type material 9
  10. Bán dẫn loại N  Chất đưa vào: Chất cho (donor material). Ví dụ: Phosphorus (V)  Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng  Phần tử mang điện chủ yếu: Electron (negative): n-type material 10
  11. 1.2. Diode bán dẫn thông thường  Cấu trúc, ký hiệu:  Lớp tiếp xúc pn: 11
  12. Phân cực của diode 12
  13. 1.2.1. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp Diode lý tưởng _ +  vi > 0: iD > 0 và vD = 0 (Diode ngắn mạch: short circuit)  vi < 0: vD < 0 và iD = 0 (Diode hở mạch: open circuit) 13
  14. Đặc tuyến volt-ampere của diode v qvD D mkT mVT iD Io (e 1) Io (e 1) 14
  15.  Diode thực tế và Xấp xỉ tuyến tính hóa từng đoạn 15
  16. 1.2.2. Phân tích mạch diode  Phần tử phi tuyến được thể hiện bởi đặc tuyến VA của diode iD f (vD )  Phần tử tuyến tính là mạch tương đương Thevenin vDTDT v i R (DCLL) Điểm tĩnh Q là giao điểm của đặc tuyến diode và DCLL 16
  17. Phương trình đường tải Giả sử: 1/C << RL và Vim << Vdc  Tín hiệu DC: Điện trở tương đương Thevenin Độ dốc DCLL:  Tín hiệu AC: Điện trở tương đương Thevenin Độ dốc ACLL: RTac r i R1 // R L 11 slopeAC RTac r i R1 // R L 18 11 slopeDC RTdc r i R1
  18. Phân tích đồ thị 19
  19. Ví dụ: Xét mạch dùng diode (Vγ=0.7V) sau R  Giả sử diode tắt: VL< Vγ i 1K + R L 1 VVV RL L i i Vi D 1K VL RLi R 2 _ VLi 0.7 V 1.4V V 4 i  Khi V ≥1.4V: Diode dẫn i 1.4 0 VL 0.7V t -4 V 0.7 L 0 t -2 20
  20. 1.2.3. Chỉnh lưu điện áp xoay chiều Chỉnh lưu: là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (AC) thành tín hiệu một chiều (DC). Có 2 loại chỉnh lưu: Chỉnh lưu bán kỳ (Half-wave rectification) Chỉnh lưu toàn kỳ (Full-wave rectification) 21
  21. Chỉnh lưu bán kỳ vi vD  Định luật Kirchhoff về điện áp: iD ri RL  vi > 0: vD = 0 (Diode ngắn mạch) v i i vi RL D r R vL RLiD i L ri RL  vi < 0: Diode hở mạch: v R i 0 iD 0 L L D 22
  22. Chỉnh lưu bán kỳ Điện áp trên tải vL  Giá trị trung bình 1 VLm VL,dc vL (t)dt T T  Khai triển Fourier 1 1 2 2 v (t) V cos t cos 2 t cos 4 t L Lm 2 o 3 o 15 o 23
  23. Chỉnh lưu toàn kỳ 24
  24. Phân tích tín hiệu chỉnh lưu toàn kỳ 2VLm  Giá trị trung bình: VL,dc  Khai triển Fourier: 2 4 4 v (t) V cos 2 t cos 4 t L Lm 3 o 15 o  Giá trị điện áp ngõ ra của mạch lọc: 2 2 1 v (t) V sin 2 t sin 4 t o Lm 300 o 1500 o  Giá trị hiệu dụng của thành phần gợn sóng:  Độ gợn sóng 1 0.0024 420 25
  25. Mạch nhân đôi điện áp một bán kỳ  Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện qua D1 đến điện áp Vsmax  Bán kỳ dương của vS: Điện áp chồng chập của C1 và vS nạp điện cho C2 qua D2 đến điện áp 2VSmax 26
  26. 1.2.4. Mạch lọc  Để tạo điện áp DC ở ngõ ra thì cần sử dụng mạch lọc thông thấp (LPF)  Các bộ lọc LPF thường dùng: 27
  27. 1.2.5. Mạch xén Dùng để loại bỏ tín hiệu nằm dưới (hay trên) một mức chuẩn. (reference level)  Xén trên:  Xén dưới:  Xén 2 biên: 28
  28. 1.3. Diode zener Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghịch.  Đặc tuyến VA: •Phân cực thuận: Như Diode thông thường •Phân cực nghịch: vZ = VZ = constant •VZ: Điện áp Zener •Izmax: Dòng phân cực nghịch tối đa •Izmin: Dòng phân cực nghịch tối thiểu để vZ = VZ , thường IZmin = 0.1 Izmax •Pzmax=VzIzmax: Công suất tiêu tán tối đa 29
  29. Mạch ổn áp dùng diode zener Thiết kế mạch sao cho Diode Zener hoạt động trong vùng ổn áp: IZ min i Z I Zmax , vZZ V const vSZSZSZ V v V v V Ri i Z i L (1) iR i Z i L R i iZSRLZSRLmin khiv min ( i min ) i max ; i max khiv max ( i max ) i min i i i RZLmin min max (2) iRZLmax i max i min 30
  30. Mạch ổn áp dùng diode zener  Để IZ min i Z I Zmax VVSZmin IIZLmin max Ri VVSZmax IIZLmax min Ri VVVVSZSZmax min Ri IIIILZLZmin max max min 31