TÓM T T LÝ THUY T VÀ BÀI T P PH N DIODEẮ Ế Ậ Ầ
MÔN K THU T ĐI N TỸ Ậ Ệ Ử
Quan h gi a dòng đi n và đi n ápệ ữ ệ ệ
)1( /−= T
VV
SeII
η
v i:ớIS: dòng đi n (ng c) bão hòaệ ượ
VT: đi n th nhi tệếệ
η: h s th c t , có giá tr t 1 đ n 2ệ ố ự ế ị ừ ế
Hình 1-1 Đ c tuy n diode phân c c thu nặ ế ự ậ
Đi n tr AC (đi n tr đ ng)ệ ở ệ ở ộ
I
mV
I
V
rD
25
=
∆
∆
=
Ngoài rD, còn t n t i đi n tr ti p xúc (ồ ạ ệ ở ế bulk) rB,th ng có tr s r t nh và đ c bườ ị ố ấ ỏ ượ ỏ
qua.
Đi n tr DCệ ở
I
V
RD=
Phân tích m ch DC có diodeạ
Ta có th thay th diode trong m ch b i m t ngu n áp 0,7V (n u là diode Si) ho cể ế ạ ở ộ ồ ế ặ
0,3V (n u là diode Ge) b t c khi nào mà diode có dòng phân c c thu n phía trênế ấ ứ ự ậ
đi m ểknee.
Hình 1-2 Diode phân c c thu n (a) có th thay th b i m t ngu n áp (b)ự ậ ể ế ở ộ ồ
Trang 1/9
Vì v y, đ phân tích đi n áp và dòng di n DC trong m ch có ch a diode, ta có thậ ể ệ ệ ạ ứ ể
thay th đ c tuy n V-A nh hình 1-3.ế ặ ế ư
Hình 1-3 Đ c tuy n lý t ng hóaặ ế ưở
Ví d 1-1ụ
Gi s r ng diode Si trên hình 1-4 đòi h i dòng t i thi u là 1 mA đ n m trên đi mả ử ằ ỏ ố ể ể ằ ể
knee.
Hình 1-4 (Ví d 1-1)ụ
1. Tr s R là bao nhiêu đ dòng trong m ch là 5 mA?ị ố ể ạ
2. V i tr s R tính câu (1), giá tr t i thi u c a E là bao nhiêu đ duy trì diode ớ ị ố ở ị ố ể ủ ể ở
trên đi m knee?ể
Gi iả
1. Tr s c a Rị ố ủ
Ω=
−
=
−
=860
5
7,057,0
mA
VV
I
VE
R
2. Giá tr t i thi u c a Eị ố ể ủ
mA
R
VE
I1
7,0 ≥
−
=
VVmAE 56,17,01860 =+×Ω≥
Phân tích m ch diode v i tín hi u nhạ ớ ệ ỏ
M t cách t ng quát, các linh ki n th xem xét ho t đ ng hai d ng: tín hi u nhộ ổ ệ ể ạ ộ ở ạ ệ ỏ
vá tín hi u l n. Trong các ng d ng tín hi u nh , đi n áp và dòng đi n trên linhệ ớ ứ ụ ệ ỏ ệ ệ
ki n m t t m r t gi i h n trên đ c tuy n V-A. Nói cách khác, đ i l ng ệ ộ ầ ấ ớ ạ ặ ế ạ ượ ΔV và ΔI
r t nh so v i t m đi n áp và dòng đi n mà linh ki n ho t đ ng.ấ ỏ ớ ầ ệ ệ ệ ạ ộ
Ví d 1-2ụ
Gi s r ng diode Si trên hình 1-5 đ c phân c c phía trên đi m knee và có ả ử ằ ượ ự ể rB là
0,1Ω, hãy xác đ nh dòng đi n và đi n áp trên diode. V đ th dòng đi n theo th iị ệ ệ ẽ ồ ị ệ ờ
gian.
Hình 1-5 (Ví d 1-2)ụ
Gi iả
Ng n m ch ngu n AC, xác đ nh dòng DC:ắ ạ ồ ị
mA
V
I63,19
270
)7,06( =
Ω
−
=
Trang 2/9
Do đó, đi n tr AC làệ ở
Dòng đi n AC làệ
][sin37,7
42,1270
sin2 mAt
t
rR
e
i
D
ω
ω
=
+
=
+
=
Đi n áp AC làệ
][sin01,0sin2
42,1270
42,1 Vtte
rR
r
v
D
D
D
ωω
=
+
=
+
=
Nh v y dòng và áp t ng c ng làư ậ ổ ộ
][sin01,07,0)(
][sin37,763,19)(
Vttv
mAtti
ω
ω
+=
+=
Đ th dòng đi n theo th i gian đ c cho hình 3-8ồ ị ệ ờ ượ ở
Hình 1-6 Thành ph n AC thay đ i ầ ổ ±7,37 mA xung quanh thành ph n DC 19,63mAầ
Đ ng t i (load line)ườ ả
Ta có th th c hi n vi c phân tích diode v i tín hi u nh b ng cách s d ng hìnhể ự ệ ệ ớ ệ ỏ ằ ử ụ
v v i đ c tuy n V-A c a diode.ẽ ớ ặ ế ủ
Xét m ch cho hình 1-7. Đây chính là m ch t ng đ ng v DC c a m ch đã choạ ở ạ ươ ươ ề ủ ạ
hình 1-5 (ng n m ch ngu n áp). Ta xem đi n áp trên diode là V (ch không làở ắ ạ ồ ệ ứ
h ng s ).ằ ố
Hình 1-7 Dòng đi n qua diode I và đi p áp trên diode Vệ ệ
Theo đ nh lu t áp Kirchhoff, ta cóị ậ
VIRE
+=
Do đó, quan h gi a dòng và áp DC trên diode cho b i ph ng trìnhệ ữ ở ươ
R
E
R
V
I+
−
=
Thay s vào, ta cóố
0222,0)107,3(
270
6
270
3+×−=
+
−
=
−VI
V
I
Trang 3/9
Ph ng trình này có d ng ươ ạ y=ax+b và đ th c a nó là m t đ ng th ng có đ d cồ ị ủ ộ ườ ẳ ộ ố
(slope) là -1/R và c t tr c I t i đi m ắ ụ ạ ể E/R (và c t tr c V t i đi m Vắ ụ ạ ể o=E). Đ ngườ
th ng này đ c g i là đ ng t i DC (DC Load Line).ẳ ượ ọ ườ ả
Đ ng t i DC c a m ch cho hình 1-7 đ c v trên hình 1-8. Đ ng t i này bi uườ ả ủ ạ ở ượ ẽ ườ ả ể
di n t t c các t h p có th có c a dòng đi n qua diode ễ ấ ả ổ ợ ể ủ ệ I và đi p áp trên diode ệV
v i tr s ớ ị ố E và R xác đ nh. Giá tr hi n th i c a ị ị ệ ờ ủ I và V tùy thu c vào diode đ c sộ ượ ử
d ng trong m ch.ụ ạ
Hình 1-8 Đ ng t i DCườ ả
Đ c tính c a đ ng t i DC là m i t h p ặ ủ ườ ả ọ ổ ợ có th cóể c a dòng đi n ủ ệ I và đi n áp ệV
c a m ch hình 1-7 là m t đi m n m t i m t n i nào đó trên đ ng th ng. Choủ ạ ở ộ ể ằ ạ ộ ơ ườ ẳ
tr c m t diode c th (mà ta đã bi t đ c tuy n V-A c a nó), m c tiêu c a ta làướ ộ ụ ể ế ặ ế ủ ụ ủ
xác đ nh t h p dòng-áp hi n th i. Ta có th tìm đ c đi m này b ng cách vị ổ ợ ệ ờ ể ượ ể ằ ẽ
đ ng t i DC trên cùng h tr c t a đ c a đ c tuy n Vôn-Ampe, giao đi m c aườ ả ệ ụ ọ ộ ủ ặ ế ể ủ
đ ng t i DC và đ c tuy n V-A s cho ta giá tr dòng và áp qua diode hi n th i.ườ ả ặ ế ẽ ị ệ ờ
Ph ng trình c a hai đ ng này làươ ủ ườ
R
E
R
V
I+
−
=
(đ ng t i DC)ườ ả
)1( /−= T
VV
SeII
η
(đ c tuy n V-A c a diode)ặ ế ủ
Giao đi m c a chúng đ c g i là ể ủ ượ ọ đi m tĩnh Q (Quiescent point)ể hay còn g i làọ
đi m ho t đ ngể ạ ộ c a diode. Nó đ i di n cho dòng và áp DC trong m ch khi ch cóủ ạ ệ ạ ỉ
ngu n áp DC ồE=6V, hay nói cách khác là khi ngu n áp AC trong m ch 1-5 b ng 0.ồ ạ ằ
Hình 1-9 Giao đi m c a đ ng t i v i đ c tuy n c a diode (đi m Q) xác đ nhể ủ ườ ả ớ ặ ế ủ ể ị
đi n áp trên diode (0,66 V) và dòng đi n qua diode (19,8 mA)ệ ệ
L u ý r ng các phân tích ta v a làm là d a vào đi u ki n ngu n AC đ c ng nư ằ ừ ự ề ệ ồ ượ ắ
m ch. Đi m tĩnh Q còn đ c g i là ạ ể ượ ọ đi m phân c c (bias point)ể ự b i vì nó đ i di nở ạ ệ
cho dòng và áp trên diode khi nó đ c phân c c b i ngu n DC.ượ ự ở ồ
Khi xét đ n c ngu n AC trong m ch hình 1-5, thì đi n áp t ng c ng làế ả ồ ạ ệ ổ ộ
tEeEtv
ω
sin2)( +=+=
Trang 4/9
Nh v y, đi n áp s thay đ i theo th i gian v i tr t i thi u là ư ậ ệ ẽ ổ ờ ớ ị ố ể E – 2 [V] và t i đa làố
E + 2 [V]. Đi n áp này s t o ra m t lo t các đ ng t i (đ c minh h a trên hìnhệ ẽ ạ ộ ạ ườ ả ượ ọ
1-10).
Hình 1-10 Tác đ ng c a ngu n AC lên m ch diode có th phân tích theo cách nóộ ủ ồ ạ ể
t o ra m t lo t các đ ng t i song song. V i cách này, ta có th giá tr t i đa vàạ ộ ạ ườ ả ớ ể ị ố
t i thi u c a áp và dòng.ố ể ủ
Phân tích m ch diode v i tín hi u l nạ ớ ệ ớ
Trong m i ng d ng th c t v i tín hi u l n, ta có th xem diode ho t đ ng haiọ ứ ụ ự ế ớ ệ ớ ể ạ ộ ở
vùng: vùng phân c c thu n và vùng phân c c ng c (ho c phân c c g n 0V). Khiự ậ ự ượ ặ ự ầ
đi n tr c a diode thay đ i t r t nh đ n r t l n, thì diode ho t r t gi ng v i m tệ ở ủ ổ ừ ấ ỏ ế ấ ớ ạ ấ ố ớ ộ
công t c ắ(switch). M t diode lý tộ ư ng trong các ng d ng tín hi u l n đở ứ ụ ệ ớ ư c xem làợ
m t công t c có đi n tr b ng không khi đóng và b ng vô cùng khi h . Nh v y,ộ ắ ệ ở ằ ằ ở ư ậ
khi phân tích các m ch nh v y, ta có th xem diode là m t công t c đ c đi uạ ư ậ ể ộ ắ ượ ề
khi n b ng đi n áp, khi phân c c thu n thì đóng, khi phân c c ng c ho c phânể ằ ệ ự ậ ự ượ ặ
c c v i áp g n b ng 0 thì h m ch. Tùy theo đ l n c a đi n áp trong m ch màự ớ ầ ằ ở ạ ộ ớ ủ ệ ạ
đi n áp r i trên diode (0,3 V đ n 0,7 V) có th b qua hay không.ệ ơ ế ể ỏ
Ví d 1-3ụ
Gi s diode Si trong m ch hình 1-11 là lý t ng và có ả ử ạ ở ưở Vγ = 0,7 V. Hãy xác đ nhị
dòng đi n ệi(t) và đi n áp ệv(t) trên đi n tr n uệ ở ế
1. e(t) = 20sinωt
2. e(t) = 1,5sinωt
Hình 1-11 (Ví d 1-3)ụ
Gi iả
Trang 5/9