Giáo trình Điện tử công suất - Chương 2: Diode bán dẫn

Nội dung text: Giáo trình Điện tử công suất - Chương 2: Diode bán dẫn

1. Ch ươ ng 2 Một s ố hì nh d áng c ủa c ác l oạ i diode DIODE B ÁN D ẪN 2.1 Khá i ni ệm Diode l à một linh ki ện b án d ẫn 2 cực, cấu t ạo cơ bả n d ựa trên chuy ển ti ếp PN. Điện c ực n ối với b án d ẫn P g ọi l à Anode (A), điện c ực n ối với b án d ẫn N g ọi l à Cathode (K). Anode (P) Cathode (N) Ký hi ệu c ủa diode b án d ẫn 1 2 dV 2.2 Cá c tham s ố củ a diode b án d ẫn 2. Điện tr ở xoay chi ều : r === d dI 1. Điện tr ở một chi ều (điện tr ở tĩ nh): - Theo chiều thu ận: V th (Có giá trị từ và i ΩΩΩ đế n v ài c hụ c ΩΩΩ) Rth === Ith - Theo chiều ng ượ c: Vng R ng === (Có giá trị rất l ớn, hà ng tr ăm KΩΩΩ) I ng 3 4
2. - Khi diode là m vi ệc trên điểm g iá n đoạ n: 2.2 Cá c tham s ố củ a diode b án d ẫn VT 3. Điện dung t ươ ng đươ ng: rD === +++rB (ΩΩΩ) I C0 = C hà ng r ào + C khu ếch t án -VT: điện th ế nhi ệt; I : d òng qua diode 4. Một v ài tham s ố gi ới h ạn k há c: - rB :điện tr ở gộp (bulk resistance) bao g ồm điện tr ở củ a v ật li ệu b án d ẫn v à điện tr ở ti ếp x úc. - Điện áp ng ượ c c ực đại cho p hé p V ng ượ c max . .0026 - Ở nhi ệt độ phò ng: r === +++r (ΩΩΩ) - Dò ng điện thu ận c ực đại cho p hé p I max . D I B - Công suất tiêu hao c ực đại cho p hé p P max . - Khi diode là m vi ệc v ới d òng cao th ì có th ể bỏ - Tần s ố cực đại cho p hé p c ủa t ín hi ệu xoay chi ều qua r B. Fmax . 5 6 2.3 Phân t ích m ạch DC ch ứa diode 2.4 Phân t ích m ạch t ín hi ệu n hỏ cho diode Tí n hi ệu n hỏ đượ c xem l à đoạ n l àm vi ệc c ủa diode trên đặc tuy ến đủ nhỏ để có th ể xem l à tuy ến t ính. Gi ả sử là diode silicon được phân c ực thu ận sao cho có đủ dòng điện để điểm làm vi ệc n ằm trên điểm gián đoạn: )t(v === E +++ Asin ωωωt E = I.R + V γγγ (V) ⇒⇒⇒ I = (E – 0.7)/R (A) 7 8
3. Áp d ụng nguyên lý x ếp ch ồng cho mạ ch tuy ến - Đố i v ới ngu ồn AC: tí nh: .0 026 r === (ΩΩΩ) - Đố i v ới ngu ồn DC: D I e Asin ωωωt i === === R +++ rD R +++ rD - Tổng h ợp: E−−− 7.0 Asin ωωωt )t(i === I +++ i === +++ R R+++ rD A sin ωωωt I = (E – 0.7) / R (A) v ( D ) === 7.0 +++ rD R +++ rD 9 10 2.5 Đườ ng t ải Điểm l àm vi ệc Đườ ng t ải DC biểu di ễn m ối quan h ệ củ a I,V trên - Điểm l àm vi ệc c ủa diode chính là giao điểm diode khi c ó phân c ực c ủa điện áp DC. của đường t ải và đặc tuy ến. - Giao điểm này được g ọi là điểm làm vi ệc t ĩnh, ký hi ệu là Q. 11 12
4. Ảnh h ưở ng c ủa ngu ồn ac 2.6 Phân t ích t ín hi ệu l ớn cho diode - Ch ế độ tín hi ệu l ớn khi s ự thay đổi c ủa dòng điện và điện áp c ủa diode m ở rộng ra trên toàn b ộ đặc tuy ến. - Khi điện tr ở của m ột diode thay đổi t ừ rất nh ỏ đến r ất l ớn, nó ho ạt động gi ống nh ư m ột công t ắc (switch). 13 14 -Một công t ắc lý t ưởng có điện tr ở bằng không khi đóng và điện tr ở là vô cùng khi mở. - Diode có th ể được xem nh ư m ột công t ắc được điều khi ển b ằng điện áp: đóng khi được phân c ực thu ận và mở khi phân c ực ng ược. 15 16
5. 2.7 Ch ỉnh l ưu Ví dụ - Mạch ch ỉnh l ưu là mạch ch ỉ cho phép dòng Cho m ạch điện nh ư hì nh v ẽ, diode Ge c ó Vγ= 0.2V, nội tr ở rD không đáng k ể. T ải R L = 9 Ω, ngu ồn t ín hi ệu v ào c ó ri = 1 Ω. điện ch ảy qua nó theo m ột chi ều. 1. Biết điện áp v ào c ó dạ ng xung vuông ho ặc h ình sin, biên - Biến điện xoay chi ều t hà nh điện m ột chi ều. độ 10V. H ãy v ẽ dạ ng s óng v à xá c định điện áp trên t ải R L. - Diode sử dụ ng trong m ạch n ày g ọi l à diode 2. Vẫn câu h ỏi 1 nhưng khi vi (t) là hì nh sin c ó biên độ 1V. chỉ nh l ưu. Xá c định gi á trị điện áp trên t ải t ại th ời điểm ωt = π/2. D ri VL RL _+ Vi 17 18 Hướng d ẫn 1. - Dò ng qua t ải R L: D ri vi −−− Vγγγ V R V V iL === L L r + R 10 i ++ L + _ Vi 9 v v L - Á p r ơi trên tả i: L t t vi vi vi −−− Vγγγ -10 vL )t( === x R L ri +++ R L - Vì Vγγγ << v i, nên c ó th ể bỏ qua Vγγγ : v i v L )t( === x R L === 9.0 v i )t( ri +++ R L 19 20
6. v 2. Khi v i nhỏ , không th ể bỏ qua V γγγ. Diode i 1V chỉ dẫn điện trong k hoả ng th ời gian v i > Vγ=0.2V Vγγγ, t ại ωωωt = πππ/2: t VL vi −−− Vγ (sin ωωωt −−− )2.0 v )t( === γγ x R === 9. === 0.72V 0.72V L r +++ R L 10 i L t 21 22 2.8 Diode ổn áp (Zener) Đặ c tuy ến Ký hi ệu: VZ V V Đặ c t ính : 1 2 - Chế tạ o b ằng v ật li ệu c hị u nhi ệt v à tỏ a nhi ệt I A • Zmin tốt. ••• IZ Q V1 : điện áp 1 chiều ch ưa ổn định. - Hoạ t động ở ch ế độ phân c ực ng ượ c. B • IZmax V2 : điện áp l ấy ra trên t ải đã ổ n định. P R1 đ ệ ở hạ ò - Đoạ n l àm vi ệc trên ph ần đặc tuy ến song song I = max : i n tr n d ng cho diode, max V với t rụ c tung. ng sao cho Q nằm trên đoạ n AB. Đ c tuy n V-A c a diode Zener 23 24
7. Ví dụ : Cho m ạch điện nh ư hì nh v ẽ Hướ ng d ẫn R1 = 300 ΩΩΩ; R2 = 1200 ΩΩΩ. Xá c định ph ạm vi thay đổi c ủa Vi để có điện áp ra - Dò ng qua t ải: trên t ải R2 ổ n định ở mức 10V. VL IL === === (3.8 mA ) (Ch ọn l oạ i diode Zener c ó VZ = 10V, I Zmin = 10mA, R2 IZmax = 30mA.) R1 - Á p d ụng định lu ật Ohm: IR Vi === I R R 1 +++ VZ === I( Z +++ I L )R 1 +++ VZ V + V DZ R i ∆∆∆ i IL 2 VL V = 15 5. V ; V = 21 5. V IZ i min == i max == 25 26