Bài giảng Điện tử căn bản - Bài 4: Diode bán dẫn

Chia sẻ: 8 8 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

261
lượt xem 83
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Điện tử căn bản - Bài 4: Diode bán dẫn giúp người học hiểu thế nào là chất bán dẫn, ứng dụng của diode, phương pháp đo kiểm tra diode. Tham khảo bài giảng sau đây để nắm thêm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử căn bản - Bài 4: Diode bán dẫn

Bài 4: DIODE BÁN DẪN
• I. Chất bán dẫn: • Chất bán dẫn không phải là chất cách điện, cũng không là chât dẫn điện, nhưng nó thuộc lớp vật liệu nằm giữa hai chất trên, nếu ta xét về tính dẫn điện thì chất bán dẫn sẽ có tính dẫn điện yếu hơn chất dẫn điện nhưng mạnh hơn chất cách điện và ngược lạ nếu ta xét về tính cách điện thì chất bán dẫn cách điện yếu hơn chất cách điện nhưng tốt hơn chất dẫn điện. • Chất bán dẫn có 4 điện tử hoá trị ở lớp ngoài cùng. • Những vật liệu bán dẫn điển hình như: • Gecmani (Ge) • Silic (Si)
1.Bán dẫn thuần: Bán dẫn thuần như là tinh thể Silic hoặc Gecmani tinh khiết+32SiGe+14 +14 +32 Si Ge Hình 3.1: Bán dẫn Si và Ge - Bán dẫn thuần có 4 điện tử ở lớp ngoài cùngnên ta chỉ xét đến lớp ngoài cùng. - Nồng độ lổ trống và điện tử bằng nhau.
2. Bán dẫn loại N: - Để hình thành bán dẫn loại N, ta cho vào bán dẫn thuần (Si, Ge) một lượng tạp chất hoá trị 5 (P, As) Ví dụ: Cho P (hoá trị 5) vào Si tạo thành bán dẫn N. Cho As (hoá trị 5) vào Ge tạo thành bán dẫn N. - Nồng độ điện tử ne> nP nồng độ lổ trống. - Điện tử là hạt mang điện đa số và lổ trống là hạt mang điện thiểu số. Điện tử tự do S i S P S i i S Liên kết đồng hóa i trị Hình 3.2: Hình thành bán dẫn N
3. Bán dẫn loại P: Để hình thành bán dẫn loại P, ta cho vào bán dẫn thuần (Si, Ge) một lượng tạp chất hoá trị 3. Ví dụ: Cho Bo (hoá trị 3) vào Si  bán dẫn loại P Cho In (hoá trị 3) vào Ge  bán dẫn loại P. Nồng độ điện tử ne< nP nồng độ lổ trống. Điện tử là hạt mang điện thiểu số và lổ trống là hạt mang điện đa số. Lỗ trống S i S B S i S Liên kết i đồng hóa trị Hình 3.3: Hình thành bán dẫn P
Mối nối diode: - Một diode được tạo ra từ sự kết hợp giữa bán dẫn loại P và bán dẫn loại N. - Mối nối diode là vùng nằm ở vị trí cuối của bán dẫn loại P và đầu bán dẫn loại N. P N Mối nối Diode Anot Catot P N A A K A K K(case) A K K A Hình 4.1: Hình thành mối nối Diode Ký hiệu và hình dáng thực tế Diode
Vùng nghèo của Diode: -Tại một thời điểm tức thời, khi mối nối hình thành thì quá trình khuếch tán diễn ra. -Một vài lổ trống sẽ dịch chuyển từ bán dẫn loại N sang bán dẫn loại P. -Trái lại một vài điện tử tự do sẽ dịch chuyển từ bán dẫn loại N sang bán dẫn loại P. -Những lổ trống và điện tử tự do này khi di chuyển ngang qua mối nối kết hợp lại và tạo ra vùng nghèo tạo chổ nối. -Vùng nghèo là nơi mà không có hạt mang điện đa số chuyển động. Hai bên mối nối hình thành nên những điện tích tích điện (+) và tích điện (-). P N Vùng nghèo Vùng nghèo Diode V = 0.2 – 0.6v tuỳ loại (Si, Ge)
P N Vùng nghèo Hình 4.3: Vùng nghèo Diode Sự chênh lệch điện thế rào cản (hàng rào điện thế) Những điện tích trái dấu hình thành ở hai bên mối nối tạo ra một hàng rào điện thế hay điện thế rào cản. Điện thế này chống lại không còn để những điện tử tự do và lổ trống ngang qua mối nối. Điện thế rào cản khoảng 0,2v (đối với mối nối Ge), và khoảng 0.7v (đối với mối nối Si).
1. Phân cực ngược:  Khi Diode phân cực nghịch, điện trở mối nối vô cùng lớn.  Khi Diode phân cực nghịch, dòng điện PCN rất nhỏ (dòng rò, dòng rĩ). Vùng nghèo Điện áp đánh thủng ngược P N ( V) Điện áp ngược PCN Dòng rò Phân cực ngược ( A) I (A) Phân cực nghịch mối nối Đặc tính ngược của Diode Khi bán dẫn loại P được nối với cực âm của nguồn và bán dẫn loại N nối với cực dương của nguồn thì được xem như diode phân cực ngược (PCN). Điện áp cung cấp sẽ làm cho những hạt đa số (những lổ trống ở bán dẫn loại P và điện tử ở bán dẫn loại N) ra xa khỏi mối nối. Kết quả là vùng nghèo của mối nối được mở rộng ra.
Đường cong đặc tính của diode khi phân cực ngược (PCN). Điện áp đánh thủng ngược (V) Điện áp ngược PCN I (µA) Hình 4.8: Đặc tính của Diode Khi diode PCN thì chỉ có một dòng điện rất nhỏ (do những hạt mang điện thiểu số) chảy qua được gọi là dòng điện nghịch hay dòng điện rò. Điều này có nghĩa rằng trở kháng phân cực nghịch thí rất cao. Khi điện áp phân cực ngược đủ lớn nó sẽ làm hư hỏng hoặc đánh thủng mối nối PN. Điện áp ngược này gọi là điện áp đánh thủng. Đối với bất kỳ loại diode, điện áp ngược đỉnh (PIV) là điện áp ngược lớn nhất an toàn cho diode, thông số này được cung cấp bởi nhà chế tạo.
2. Phân cực thuận diode:  Khi Diode phân cực thuận, điện trở mối nối rất bé.  Khi Diode phân cực thuận, dòng điện PCT tăng nhanh khi điện áp PCT  0.7v (điện áp ngưỡng, điện áp rào cản). I (mA) Vùng nghèo P N PCT Ithuận V V=0.3v-0.7v Phân cực thuận Đặc tính thuận của Diode Phân cực thuận mối nối của Diode Nguồn cung cấp phân cực sẽ làm cho những lổ trống từ bán dẫn loại P và những điện tử từ bán dẫn loại N tiến gần về phía mối nối. Kết quả là vùng nghèo của mối nối hẹp lại Khi bán dẫn loại P được kết nối với cực dương của nguồn và bán dẫn loại N được kết nối với cực âm của nguồn thì dIode được xem như phân cực thuận.
Đường cong đặc tính của diode khi phân cực thuận (PCT). I (mA) PCT V V = 0.3 – 0.7v Hình 4.7: Đặc tính thuận của Diode Khi diode phân cực thuận thì có một dòng điện rất lớn chảy qua mối nối được gọi là dòng điện thuận. Điều này có nghĩa rằng trở kháng phân cực thuận của mối nối thì rất thấp. Khi điện áp phân cực thuận chưa đủ lớn (nhỏ hơn điện thế rào cản) thì xem như diode chưa phân cực thuận và dòng điện thuận lúc này rất nhỏ xem như bằng 0. cho đến khi điện áp phân cực thuận đủ lớn, từ giá trị điện áp rào cản trở đi thì dòng điện tăng vot, lúc này có thể xem như không còn nữa mà mối nối dẫn dòng điện.
I 3. Đặc tính của diode: PCT Điện áp đánh thủng V ngược V PCN Đặc tính của Diode Khi diode được phân cực thuận, dịng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở kháng rất thấp. Khi diode được phân cực nghịch, dịng điện khơng chảy qua nĩ vì lúc bấy giờ trở kháng rất cao. -Đầu Anod phía bán dẫn loại P của diode, Đầu catot phía bán dẫn loại N của diode -Diode là một linh kiện phi tuyến (không tuyến tính). -Khi diode được phân cực thuận, dòng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở kháng rất thấp. -Khi diode được phân cực nghịch, dòng điện không chảy qua nó vì lúc bấy giờ trở kháng rất cao.
III. Ứng dụng của diode:  Ứng dụng diode trong mạch tách sóng của máy thu nhằm lấy tín hiệu thông tin gốc từ tín hiệu phát.  Ứng dụng diode trong mạch chỉnh lưu nhằm thay đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Vin D ac Tải VL t Ứng dụng Diode trong mạch chỉnh lưu
1. Chỉnh lưu bán kỳ: VP Điện áp trung bình một chiều trên tải sau khi chỉnh lưu VDC =  Dạng sóng ngõ ra biến Ura áp VL VP VDC Dạng sóng trên Mạch và dạng sóng của chỉnh lưu bán kỳ tải
2. Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode: A A D1 D1 Vgen + Vgen + 120Vrms RL 120Vrms RL - - D2 D2 B B
Dạng sóng chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode: VA Dạng sóng tại A Vp t VB Dạng sóng tại B Điện áp trung bình một chiều trên tải sau khi chỉnh lưu Vp (VDC) t 2VP Dạng sóng trên tải Vp VL VDC = VDC  t Dạng sóng vào, ra của mạch chỉnh lưu
3. Chỉnh lưu toàn kyø dùng 4 diode (chỉnh lưu cầu): + A - A D1 D2 D1 D2 Vgen + Vgen + 120vrms RL 120vrms C C RL- D3 D4 - D3 D4 - B + B