Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 4.3 - Hồ Trung Mỹ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý bán dẫn - Chương 4.3: Chuyển tiếp PN (tiếp theo), cung cấp cho người học những kiến thức như Diode chỉnh lưu (rectifier); Diode ổn áp; Diode biến dung; Diode phát quang (LED); Diode [thu] quang (Photodiode=PD); Diode Schottky; Diode Tunnel (đường hầm). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 4.3 - Hồ Trung Mỹ

ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Vật lý bán dẫn (EE1013) Chương 4 Chuyển tiếp PN (PN Junction) 1
Nội dung 1. Các bước chế tạo cơ bản 2. Điều kiện cân bằng nhiệt 3. Miền nghèo 4. Điện dung miền nghèo 5. Đặc tuyến dòng-áp (I-V) 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 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 [thu] 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 η 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 – Khóa điện tử . . . 7
Các tham số thông dụng khi tra cứu diode 1. VF, điện áp thuận (forward voltage) ở dòng điện và nhiệt độ cụ thể. 2. IF, dòng điện thuận (forward) cực đại ở nhiệt độ cụ thể. 3. IR, dòng điện ngược (reverse) cực đại ở nhiệt độ cụ thể. 4. PIV hay PRV hay VBR hay VR(max) điện áp ngược cực đại (hay điện áp đánh thủng ngược) ở nhiệt độ cụ thể. 5. Tiêu tán công suất, công suất cực đại bị tiêu thụ ở nhiệt độ cụ thể. 6. C, điện dung ở phân cực ngược. 7. trr, thời gian hồi phục ngược. 8. Các nhiệt độ, dải nhiệt độ hoạt động và lưu trữ. Ref: Paul Horowitz, Winfield Hill - The Art of Electronics 3E - 2015 Notes: (a) SMT, surface-mount technology 8
9
1N4148 10
1N4148 11
1N4148 12
4.10.2 Diode ổn áp (Zener) • Diode ổn áp được chế tạo dựa theo cơ chế đánh thủng (ở miền phân cực ngược) thác lũ và/hoặc đường hầm (hay Zener).(VZ = 2  1000V) IZmin IZmax Diode Zener: (a) Ký hiệu sơ đồ mạch; (b) Ký hiệu khác; (c) đặc tuyến Volt-Ampere (I-V). 13
Đặc tuyến đánh thủng của diode Zener Chú ý dòng ngược rất nhỏ Zener zone Diode zone (trước “knee” [đầu gối]). Đánh thủng xảy ra @ knee. (dòng gối Zener) Đặc tính đánh thủng: • VZ giữ gần như là hằng số Avalanche • VZ cung cấp: zone (dòng thử Zener) -Điện áp chuẩn -Ổn định điện áp • IZ tăng nhanh • IZM AX đạt được nhanh chóng (dòng Zener cực đại) • Nếu tăng dòng vượt quá IZM AX thì diode Zener bị hư 14
Hệ số nhiệt TC • Định nghĩa: Hệ số nhiệt của đại lượng X là TCX (đơn vị là 1/oC hay ppm/oC [ppm=10-6]) 1 dX TCX = X dT • TCVZ có giá trị: < 0 khi Zener có VZ < 4V (đánh thủng Zener) > 0 khi Zener có VZ > 6V (đánh thủng thác lủ) < 0, > 0, hoặc = 0 khi Zener có 4V < VZ < 6V 15
Mạch ổn áp Zener Mạch ổn áp zener. (a) Mạch cơ bản; (b) có nối đất; (c) nguồn cấp điện lái mạch ổ áp Chú ý:  Izmin < IS < IZmax  Thường chọn IS = (Izmin + Izmax)/2 16
Mô hình diode zener lý tưởng Mô hình diode zener lý tưởng khi ở phân cực ngược > VZ 17
Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener Mạch tương đương 18
Mạch ổn áp Zener có tải • Hoạt động đánh thủng với điện áp Thévenin đặt ở Zener là: VTH = VSRL/(RS+RL) • Dòng điện nối tiếp IS • Dòng tải IL = VL/RL=VZ/RL • Dòng Zener IZ = IS – IL ( chú ý điều kiện để Zener vẫn còn ổn áp!) Mạch ổn áp có tải (a) Mạch cơ bản; (b) Mạch thực tế 19
Xấp xỉ bậc 2 của diode Zener Hiệu ứng trên điện áp tải: VL = VZ + IZRZ  ∆VL = IZRZ Vì RZ thường nhỏ  ∆VL nhỏ!. 20