Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode bán dẫn

Chia sẻ: Năm Tháng Tĩnh Lặng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

598
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Diode là một linh kiện bán dẫn 2 cực, cấu tạo cơ bản dựa trên chuyển tiếp PN. Trong chương 2 của bài giảng Kỹ thuật điện tử, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Diode bán dẫn, đặc tuyến Volt-Ampe (V-A) của diode, các mô hình mạch diode tương đương,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt các nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode bán dẫn

Chương 2 Diode bán dẫn 2.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Diode là một linh kiện bán dẫn 2 cực, cấu tạo cơ bản dựa trên chuyển tiếp PN. Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anode (A), điện cực nối với bán dẫn N gọi là Cathode (K). Etx
Ký hiệu A iD → K + vD - Ký hiu ca diode bán dn Mt sô hình dáng ca các loi diode
2.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Vùng nghèo
2.2 Đặc tuyến Volt-Ampe (V-A) của diode  qv D   vD  iD = I 0  e ηkT − 1 = I 0  e ηVT − 1     Trong đó: I0: dòng điện ngược bão hòa kT VT = : điện thế nhiệt q: điện tích electron, q=1.6×10-19C q k: hằng số Boltzmann, k=1.38×10-23J/K Ở nhiệt độ phòng (T=300K), VT≈26mV T: nhiệt độ tuyệt đối Kelvin (K) η: hằng số có giá trị trong khoảng từ 1 đến 2
2.2 Đặc tuyến Volt-Ampe (V-A) của diode vD ηVT I 0e v D η V I0e
2.3 Các mô hình mạch diode tương đương Mô hình tương đương của diode ở chế độ DC Mô hình sụt áp hằng với điện trở Rf: Vγ Vγ Mô hình sụt áp hằng: V Vγ Vγ Mô hình lý tưởng:
2.4 Các tham sôZ của diode bán dẫn 1. Đin tr" mt chi$u (đin tr" tĩnh): Vth -Theo chiều thuận: Rth = Rf = I th (Có giá vài Ω đ+n vài ch,c Ω) Vng -Theo chiều ngược: Rng = Rr = I ng (Có giá tr. r/t l0n, hàng trăm KΩ) ∆V 2. Đin tr" xoay chi$u : rd = ∆I VT - Khi diode làm việc trên điểm gián đoạn: rd = + rB (Ω) I 0.026 - Ở nhiệt đô^ phòng: rd = + rB (Ω) I - Khi diode làm việc với dòng cao thì có thể bỏ qua rB .
2.4 Các tham sôZ của diode bán dẫn 3. Đin dung t5ơng đ5ơng: C0 = C hàng rào + C khu+ch tán 4. Mt vài tham sô gi0i hn khác: - Điện áp ngược cực đại cho phép V ngược max. - Dòng điện thuận cực đại cho phép Imax. - Công suất tiêu hao cực đại cho phép Pmax. - Tần sôZ cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều fmax.
2.5 Phân tích mạch DC chứa diode Trong thực tế, để dễ dàng trong việc phân tích mạch, đặc tuyến của diode được xem như thẳng đứng. VD I(mA) Diode dẫn ID Vo Diode tắt E V(V) ID = (E – Vγ)/R 0 Vγ Vo = ID.R Vγ = 0.6V ÷0.7V đối với diode Silicon Có thể xem diode hở mạch trong trường hợp E < Vγγ và ngắn mạch Vγ = 0.2V÷0.3V đối với diode Germanium trong trường hợp ngược lại => hoạt Diode lý tưởng: Vγ = 0V động như một khóa đóng ngắt.
2.5 Phân tích mạch DC chứa diode Ví dụ: Cho mạch điện dùng diode loại Si có Vγ =0.7V như hình vẽ. Tìm dòng điện I1, I2 và ID2 I(mA) V(V) 0 0.7 ĐS: I1=0.212mA I2=3.32mA ID2=3.108mA
2.6 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode Chế độ tín hiệu nhỏ được xem là chế độ mà dòng và áp của linh kiện thay đổi trên một đoạn đủ nhỏ của đặc tuyến để có thể xem linh kiện như phần tử tuyến tính. v( t ) = E + A sin ωt Tìm dòng và áp trên diode? → Dùng nguyên lý x+p ch?ng (ch@ dùng cho phAn tB tuy+n tính).
2.6 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode - Đối với nguồn DC: I = (E – 0.7) / R (A) - Đối với nguồn AC: 0.026 rd = (Ω ) (Giả sử bỏ qua điện trở rB) ID E − Vγ A iD (t ) = I D + id = + sin ωt ( A) R R + rd A.rd vD (t ) = VD + vd = Vγ + sin ωt (V ) R + rd
2.6 Phân tích mạch tín hiệu nhỏ cho diode Ví dụ: Cho mạch điện dùng diode loại Si có ωt (V), Vγ=0.7 như hình vẽ. Cho vs(t)=0.1cosω Vb=2V. Tìm vD và iD ĐS: iD(t)=6+0.92cosωt (mA) vD(t)= 0.7+0.004cosωt (V)
2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL) Phân tích tín hiệu nhỏ có thể sử dụng phương pháp đôv thị: đường tải DC biểu diễn mối quan hê^ của I,V trên diode khi có phân cực của điện áp DC.
2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL) - Điểm làm việc của diode chính là giao điểm của đường tải và đặc tuyến. - Giao điểm này được gọi là điểm làm việc tĩnh, ký hiệu là Q.
2.7 Phương trình đường tải DC (DCLL)
2.8 Phân tích tín hiệu lớn cho diode Một diode được xem là hoạt động dưới chế độ tín hiệu lớn khi sự thay đổi của dòng điện và điện áp của diode mở rộng ra trên toàn bộ đặc tuyến. Khi điện trở của một diode thay đổi từ rất nhỏ đến rất lớn, nó hoạt động giống như một công tắc (switch). Diode có thể được xem như một công tắc được điều khiển bằng điện áp: đóng khi được phân cực thuận và mở khi phân cực ngược.
2.9 Phân tích mạch chỉnh lưu dùng diode - Mạch chỉnh lưu là mạch chỉ cho phép dòng điện chảy qua nó theo một chiều. - Biến điện xoay chiều thành điện một chiều. - Diode sử dụng trong mạch này gọi là diode chỉnh lưu.
2.9 Phân tích mạch chỉnh lưu dùng diode Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ, diode Ge có Vγγ= 0.2V, điện trở rd không đáng kê{. Tải RL = 9Ω Ω, nội trở nguồn tín hiệu vào ri = 1Ω Ω. 1. Biết điện áp vào có dạng xung vuông hoặc hình sin, biên đô^ 10V. Hãy vẽ dạng sóng và xác định điện áp trên tải RL. 2. Làm lại câu 1 với vi(t) là tín hiệu sin có biên đô^ 1V. Xác định giá trị điện áp trên tải tại thời điểm ωt = π/2.
2.9 Phân tích mạch chỉnh lưu dùng diode v i − Vγ 1. - Dòng qua tải RL: iL = ri + R L ↓iL + - Áp rơi trên tải: vi − Vγ vL vL (t ) = ⋅ RL − ri + RL - Vì Vγγ