Mạch điện từ-Chương 1

Chia sẻ: Tran Nghia | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

224
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất. Các loại diode: Diode chân không, Diode khí, Diode chỉnh lưu kim loại, Diode bán dẫn. Diode bán dẫn: Cấu tạo và tính chất,; phương pháp phân tích mạch, ứng dụng. Vật liệu bán dẫn thường dùng: Silico, germanium, gallium Arsenide

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mạch điện từ-Chương 1

KYÙ HIEÄU Giaù trò taïi tónh ñieåm Q (quiescent-point): IEQ, VCEQ Giaù trò moät chieàu (DC): IE, VCE Toång giaù trò töùc thôøi: iE, vCE Giaù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn thay ñoåi theo thôøi gian: ie, vce iE IE ie http://www.khvt.com Chöông 1 1
CHÖÔNG 1: DIODE BAÙN DAÃN 1.1 Giôùi thieâu 1.2 Vaät lieäu baùn daãn 1.3 Diode baùn daãn thoâng thöôøng 1.4 Chænh löu 1.5 Phaân tích maïch Diode 1.6 Maïch xeùn (Clippers) vaø maïch ghim ñieän aùp (Clampers) 1.7 Diode Zener 1.8 Caùc loaïi Diode khaùc 1.9 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø caùc thoâng soá kyõ thuaät http://www.khvt.com Chöông 1 2
1.1 GIÔÙI THIEÄU Diode laø moät linh kieän ñieän töû phi tuyeán ñôn giaûn nhaát. Caùc loaïi diode: Diode chaân khoâng, Diode khí, Diode chænh löu kim loaïi, Diode baùn daãn, vv. Diode baùn daãn: Caáu taïo vaø tính chaát. Phöông phaùp phaân tích maïch. ÖÙng duïng. 1.2 VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN Caùc vaät lieäu baùn daãn thöôøng duøng: Silicon (Si) Germanium (Ge) Gallium Arsenide (GaAs) http://www.khvt.com Chöông 1 3
1.2.1 Caáu truùc nguyeân töû vaø caáu truùc tinh theå http://www.khvt.com Chöông 1 4
1.2.2 Söï daãn ñieän Caùc möùc naêng löôïng Söï daãn ñieän trong chaát baùn daãn Doøng khueách taùn (diffusion current): Khi coù söï thay ñoåi maät ñoä electron (hole) Doøng chaûy (drift current): Khi coù ñieän tröôøng ngoaøi http://www.khvt.com Chöông 1 5
1.2.3 Baùn daãn loaïi p vaø baùn daãn loaïi n “Doping”: Laø quaù trình ñöa vaøo chaát baùn daãn caùc chaát khaùc caàn thieát. Baùn daãn loaïi p Chaát ñöa vaøo: Chaát nhaän (acceptor material). Ví duï: Boron (III) Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Loã troáng (positive): p-type material http://www.khvt.com Chöông 1 6
Baùn daãn loaïi n Chaát ñöa vaøo: Chaát cho (donor material). Ví duï: Phosphorus (V) Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Electron (negative): n-type material http://www.khvt.com Chöông 1 7
1.3 DIODE BAÙN DAÃN THOÂNG THÖÔØNG 1.3.1 Caáu truùc cuûa Diode baùn daãn Caáu truùc vaø kyù hieäu Lôùp tieáp xuùc pn (pn junction) http://www.khvt.com Chöông 1 8
Söï phaân cöïc cuûa Diode (bias) 1.3.2 Quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa Diode Diode lyù töôûng iD ri + vi vD _ vi > 0: iD > 0 vaø vD = 0 (Diode ngaén maïch: short circuit) vi < 0: vD < 0 vaø iD = 0 (Diode hôû maïch: open circuit) http://www.khvt.com Chöông 1 9
Ñaëc tuyeán Volt-Ampere (VA) cuûa Diode vD qv D mVT (e mkT 1) I o (e 1) iD Io Io: Doøng phaân cöïc nghòch baõo hoøa (reverse saturation current), A vD q = 1,6E-19 C mVT I oe k = 1,38E-23 J/ oK: Haèng soá Boltzmann T: Nhieät ñoä tuyeät ñoái, oK m: 1 m 2: Haèng soá thöïc nghieäm kT VT 25 mV, taïi nhieät ñoä phoøng q (27 oC) vD mVT mVT : iD I oe Phaân cöïc thuaän (vD > 0): Khi v D Phaân cöïc nghòch (vD < 0): Khi v D mVT : iD Io http://www.khvt.com Chöông 1 10
Diode thöïc teá vaø Xaáp xæ tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn (piecewise- linear approximation) 1.3.3 Maïch ñieän töông ñöông cuûa Diode 1.3.4 Caùc phöông phaùp phaân tích maïch duøng Diode http://www.khvt.com Chöông 1 11
1.4 CHÆNH LÖU (Rectification) Chænh löu laø quaù trình chuyeån ñoåi töø tín hieäu xoay chieàu (ac) thaønh tín hieäu moät chieàu (dc). Löu yù: Caùc ví duï trong phaàn naøy söû duïng ñaëc tuyeán Diode lyù töôûng. 1.4.1 Chænh löu baùn soùng (Half-wave rectification) + vD _ iD ri 1 Ideal diode + RL vi = Vimcos( ot) vL 9 _ Nguoàn (Source) Taûi (Load) vi vD Ñònh luaät Kirchhoff veà ñieän aùp (KVL): iD ri RL vi vi RL vi > 0: vD = 0 (Diode ngaén maïch), iD , vL RL i D ri RL ri RL 0 , vL 0 vi < 0: Diode hôû maïch: iD RL i D http://www.khvt.com Chöông 1 12
Ñieän aùp treân taûi vL (Chænh löu baùn soùng): Phaân tích tín hieäu chænh löu baùn soùng: 1 VLm v L (t )dt Giaù trò trung bình: VL , dc TT 2 2 1 1 cos 4 ... cos 2 cos Khai trieån Fourier: v L (t ) VLm ot ot ot 15 3 2 http://www.khvt.com Chöông 1 13
Loïc (filter) tín hieäu chænh löu baùn soùng: Maïch loïc duøng ñeå loïc boû caùc haøi xoay chieàu (harmonics) nhaèm giöõ laïi thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu vL(t): Loïc thoâng thaáp (lowpass filter – LPF). Caùc daïng maïch loïc cô baûn: R R L R L C C C C (a) (b) (c) Giaû söû duøng maïch loïc (a) vôùi RC = 100/ vaø R >> RL. o Bieân ñoä ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch loïc taïi taàn soá n (n 1) laø: o VLn VLn Von 100n 2 1 n o RC vôùi VLn laø bieân ñoä ñieän aùp ngoõ vaøo cuûa maïch loïc taïi taàn soá n o. Söû duïng nguyeân lyù choàng chaäp, ñieän aùp ngoõ ra: http://www.khvt.com Chöông 1 14
1 1 1 1 sin 4 ... sin 2 sin vo (t ) VLm ot ot ot 3000 300 200 Ñoä gôïn soùng (Ripple factor): VLm VL , dc Thaønh phaàn DC: 1 1 sin 2 ... sin vr VLm ot ot Thaønh phaàn gôïn soùng: 300 200 Giaù trò hieäu duïng (rms) cuûa thaønh phaàn gôïn soùng: 1/ 2 1 1 1 VLm VLm vr (t ) 2 dt (vr ) rms ... (200) 2 (300 ) 2 2 280 TT (vr ) rms 0.011 Ñoä gôïn soùng 280 VL , dc “Nothing is difficult to those who have the will.” - Dutch Poet's Society http://www.khvt.com Chöông 1 15
1.4.2 Chænh löu toaøn soùng (Full-wave rectification) Ri D1 5 _ 1 D1 1 D4 + 1 4- +2 6 9 vi vL vL RL vi RL 4 _ Ri D2 D3 D2 + 8 3 1 Hoaït ñoäng vaø ñieän aùp ra treân taûi vL (Chænh löu toaøn soùng) http://www.khvt.com Chöông 1 16
Phaân tích tín hieäu chænh löu toaøn soùng 2VLm Giaù trò trung bình: VL , dc 2 4 4 Khai trieån Fourier: v L (t ) cos 2 cos 4 ... VLm ot ot 3 15 Loïc tín hieäu chænh löu toaøn soùng Giaû söû duøng maïch loïc nhö ôû phaàn chænh löu baùn soùng, ñieän aùp ngoõ ra: 2 2 1 vo (t ) VLm sin 2 sin 4 o t ... ot 300 1500 VLm Giaù trò hieäu duïng cuûa thaønh phaàn gôïn soùng: (vr ) rms 210 1 0.0024 Ñoä gôïn soùng 420 http://www.khvt.com Chöông 1 17
1.4.3 Maïch loïc (Filtering) D1 5 + 1 vi C 6 vo RL 4 _ D2 8 Hoaït ñoäng Tuï C ñöôïc naïp nhanh ñeán giaù trò Vmax cuûa ñieän aùp vo(t). t RLC Khi vo(t) giaûm, tuï C phoùng ñieän qua RL vôùi quy luaät: vo (t ) Vmax e Quaù trình tuaàn hoaøn vôùi taàn soá cuûa ñieän aùp chænh löu fp: 2 fo fp : Chænh löu toaøn soùng fp fo : Chænh löu baùn soùng vôùi fo: Taàn soá cuûa nguoàn vi. http://www.khvt.com Chöông 1 18
Phaân tích vaø tính toaùn maïch Xaáp xæ tín hieäu ngoõ ra baèng daïng soùng raêng cöa (sawtooth wave) Vmax Tuï C: C Vf p RL Vmax Vmin Ñieän aùp gôïn soùng hieäu duïng: (vr ) rms 23 Chöùng minh: 1.4.4 Maïch nhaân ñoâi ñieän aùp (Voltage-doubling circuit) Ví duï 1: (Nhaân ñoâi ñieän aùp moät baùn chu kyø) C1 D2 + 1 5 + D1 C2 vS 4 8 Baùn kyø aâm cuûa vS: C1 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax Baùn kyø döông cuûa vS: Ñieän aùp choàng chaäp cuûa C1 vaø vS naïp ñieän cho C2 qua D2 ñeán ñieän aùp 2VSmax http://www.khvt.com Chöông 1 19
Ví duï 2: (Nhaân ñoâi ñieän aùp hai baùn chu kyø) + D1 D2 RL 1 5 _ vS 4 8 C2 C1 + + Baùn kyø döông cuûa vS: C2 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C1 (ñöôïc naïp töø baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D1 Baùn kyø aâm cuûa vS: C1 naïp ñieän qua D2 ñeán ñieän aùp VSmax Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C2 (ñöôïc naïp töø baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D2 1.4.5 Nhaân taàn soá (Frequency multiplication) Maïch chænh löu taïo ra tín hieäu (haøi – harmonics) taïi caùc taàn soá: n o. Söû duïng maïch loïc thích hôïp ñeå taùch laáy thaønh phaàn haøi caàn thieát. http://www.khvt.com Chöông 1 20