Bài giảng Dụng cụ bán dẫn: Chương 4 (Phần 3) - GV. Hồ Trung Mỹ

Chia sẻ: Lộ Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 4 - Chuyển tiếp PN (PN Junction). Chương này cung cấp cho người học các kiến thức: Các loại diode bán dẫn khác, giới thiệu các ứng dụng của diode bán dẫn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Dụng cụ bán dẫn: Chương 4 (Phần 3) - GV. Hồ Trung Mỹ

ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Dụng cụ bán dẫn Chương 4 Chuyển tiếp PN (PN Junction) 1
Nội dung chương 4 1. Chuyển tiếp PN – Giới thiệu các khái niệm 2. Điều kiện cân bằng nhiệt 3. Miền nghèo 4. Điện dung miền nghèo 5. Đặc tuyến dòng-áp 6. Các mô hình của diode bán dẫn 7. Điện tích chứa và quá trình quá độ 8. Đánh thủng chuyển tiếp 9. Chuyển tiếp dị thể (Heterojunction) 10. Các loại diode bán dẫn khác 11. Giới thiệu các ứng dụng của diode bán dẫn 2
4.10 Các diode bán dẫn khác • Diode chỉnh lưu (rectifier) • Diode ổn áp • Diode biến dung • Diode phát quang (LED) • Diode quang (Photodiode=PD) • Diode Schottky • Diode Tunnel (đường hầm) • ... 3
Các ký hiệu diode (diode thường) (diode ổn áp) (diode Schottky) (diode đánh thủng 2 chiều) (diode biến dung = varactor) (diode phát quang) 4
4.10.1 Diode chỉnh lưu (Rectifier) • Diode chỉnh lưu là dụng cụ 2 cực cho điện trở rất thấp với dòng điện theo 1 chiều và điện trở rất cao ở chiều ngược lại. nghĩa là cho chỉ 1 cho phép dòng điện chạy theo 1 chiều (đặc tính chỉnh lưu). • Điện trở thuận và ngược của diode chỉnh lưu có thể được suy từ quan hệ dòng-áp của diode thật: • Với I0 là dòng bão hòa ngược và  là hệ số lý tưởng, tổng quát có giá trị từ 1 (với dòng khuếch tán) đến 2 (với dòng tái hợp) 5
Điện trở thuận và ngược • Điện trở thuận DC (hay tĩnh) RF và điện trở tín hiệu nhỏ (hay động) rF: • Điện trở ngược DC RR và điện trở ngược tín hiệu nhỏ rR: 6
• Các diode PN chỉnh lưu về tổng quát có tốc độ chuyển mạch chậm; nghĩa là nó cần thời gian trì hoãn để có được tổng trở cao sau khi chuyển mạch từ trạng thái dẫn thuận sang trạng thái tắt. Trì hoãn này tỉ lệ với thời gian sống của hạt dẫn thiểu số, với tần số thấp thì nó không ảnh hưởng nhiều. Tuy nhiên ở những ứng dụng tần số cao nó ảnh hưởng đến hiệu suất chỉnh lưu. • Phần lớn các diode chỉnh lưu có tiêu tán công suất từ 0.1W đến 10W, điện áp đánh thủng từ 50 đến 2500V(với các diode chỉnh lưu cao áp, người ta mắc nối tiếp từ 2 chuyển tiếp P-N trở lên), và thời gian chuyển mạch từ 50ns (với diode công suất thấp) đến khoảng 500ns (với diode công suất cao) . • Diode chỉnh lưu có nhiều ứng dụng: – Biến đổi tín hiệu AC thành dạng sóng đặc biệt. TD: chỉnh lưu bán kỳ, toàn sóng, mạch xén, mạch kẹp, mạch tách sóng đỉnh (giải điều chế). – Mạch bảo vệ tĩnh điện 7 – Khóa điện tử . . .
Diode specification sheets 8
9
1N4148 10
1N4148 11
1N4148 12
Diode • A diode is formed by joining an n-type semiconductor with a p-type semiconductor. • A pn junction is the interface between n and p Diode symbol regions. Slides From Microelectronic Circuit Design 13 Jaeger/Blalock McGraw-Hill
Phương trình diode  qv D     v   i D  I S exp  1 I S exp D  1  nkT    nVT   với IS = dòng bão hòa ngược (A) vD = điện áp đặt trên diode (V) q = điện tích điện tử (1.60 x 10-19 C) k = hằng số Boltzmann (1.38 x 10-23 J/K) T = nhiệt độ tuyệt đối Kelvin n = hệ số không lý tưởng VT = kT/q = điện áp nhiệt (V) (25 mV nhiệt độ phòng [T=300K]) IS có trị tiêu biểu trong tầm từ 10-18 đến 10-9 A, và phụ thuộc nhiều nhiệt độ do nó phụ thuộc vào ni2. Hệ số không lý tưởng có trị tiêu biểu gần 1, nhưng gần với 2 với dụng có mật độ dòng cao. 14
Dòng diode với các cách phân cực • Phân cực ngược:   v   iD  I S exp D  1 I S 0 1  I S  nVT   • Phân cực Zero: (không phân cực)   v   iD  I S exp  D  1 I S 1  1  0  nVT   • Phân cực thuận:   v    v  iD  I S exp D  1 I S exp D   nVT   nVT  Microelectronic Circuit Design 15 McGraw-Hill
Giải tích mạch diode: Cơ sở Phương trình vòng của mạch bên: V  I D R  VD Nó cũng được gọi là đường tải (load line) của diode (DCLL=DC Load Line). Nghiệm của phương trình này có thể tìm bằng: V và R có thể biểu diễn tương • Giải tích đồ thị dùng phương đương Thévenin của 1 mạng 2 cực pháp đường tải. phức tạp hơn. Đối tượng của giải • Giải tích với mô hình toán của tích mạch diode là tìm điểm [làm diode. việc] tĩnh (quiescent operating • Giải tích đơn giản hóa với mô point) Q của diode, nghĩa dòng và hình diode lý tưởng. áp DC ở diode. • Giải tích đơn giản hóa với mô hình sụt áp hằng. 16
Giải tích đường tải (thí dụ) Vấn đề: Tìm điểm Q Cho trước: V=10 V, R=10kW. Giải tích: 10  I 10 4  V D D Để định nghĩa đườg tải, ta dùng, VD= 0 I D  (10 V / 10 kW )  1mA VD= 5 V, ID =0.5 mA Giao của 2 đường này cho nghiệm: Điểm Q = (0.95 mA, 0.6 V) 17
Đường tải DC (DC Load Line) Phương trình đường tải: VS  VF 1.5V  VF I  R1 25Ω 18
Giải tích dùng mô hình toán cho Diode Vấn đề: Tìm điểmQ với đặc tuyến diode Bằng cách đoán các giá trị lặp lại cho cho trước. VD và tăng hay giảm VD cho đến khi Dữ liệu: IS = 10-13 A, n = 1, VT = 0.025 V vế phải của phương trình bằng 10: Giải tích: Điểm Q= (0.943 mA, 0.574 V) 10  I D104  VD thường thì 2 hay 3 số có nghĩa cho VD   VD   vì IS, n, VT, và R hiếm khi có độ chính I D  I S exp   1  10 exp40VD   1 xác tốt hơn. 13   nVT   10  1041013 exp40VD   1  VD Ta sẽ SPICE nếu ta muốn dùng mô hình toán đầy đủ. Muốn giải hệ này ta phải dùng phương pháp tính số. 19
Newton’s Iteration Method for f (vD) = 0 20