DIODE 1 / 7
Chương 2. DIODE
1. Cấu tạo, kí hiệu và phân loại:
Diode c k hiu v hnh dng như (Hnh 2.1). Hai đu gi l Anode v Katod. Chiu phân cc thun k
hiu l F v chiu phân cc ngưc k hiu l R.

(a) K hiu diode chnh lưu

(b) Hnh dng Diode
Hnh 2.1 - K hiu v hnh dng Diode
Diode cấu tạo gồm 2 lớp bán dẫn P và N nối với nhau. Do có s chênh lch mt độ
1
đin tử giữa 2 lớp,
tại vùng tiếp giáp P-N (depletion region) có s dịch chuyển đin tử (electron) từ vùng N (mt độ đin tử
lớn) sang vùng P (mt độ lỗ trống lớn). S dịch chuyển ny lm cho vùng N tch đin dương (do mất
electron) v vùng P tch đin âm, v do đ hnh thnh nên một hiu đin thế tiếp giáp. S dịch chuyển
đin tử do chênh lch mt độ càng lớn th đin thế tiếp giáp càng lớn v đến một lúc no đ tạo ra s cân
bằng động: số lưng đin tử dịch chuyển từ N sang P (do chênh lch mt độ) bằng với số lưng đin tử
dịch chuyển từ P sang N (do đin thế tiếp giáp).

Hnh 2.2 - Mối nối P-N phân cc ngưc
Khi đặt đin áp âm vào cc P v dương vo cc N
(
2
)
: (Hnh 2.2) Đin thế đặt vào cùng chiu với đin
thế tiếp giáp, vùng tiếp gip đưc mở rộng ra. Khi p ngoi chưa đủ lớn, sẽ không c dòng đin qua
diode. Khi p ngoi đủ lớn
3
, c dòng đin qua diode nhưng đồng thời cũng đnh thủng diode.

1
Đin tử sẽ dịch chuyển từ nơi c mt độ cao sang nơi c mt độ thấp hơn.
2
Gi là phân cc ngưc.
3
Với diode chỉnh lưu đin p ny thường phải rất lớn vi trăm volt đến vài nghìn volt
DIODE 2 / 7

Hnh 2.3 - Mối nối P-N phân cc thun
Khi đặt đin p dương vo cc P v đin áp âm vào cc N: (Hnh 2.3) Vùng chuyển tiếp thu hẹp lại. Nếu
áp ngoài lớn hơn đin áp chuyển tiếp, sẽ c dòng đin qua diode. Lúc ny diode đưc gi l phân cc
thun.
Da vào ứng dụng của Diode, người ta chia Diode thành các loại sau:
 Line frequency Diode: Loại Diode ny thường đưc dùng trong các ứng dụng chỉnh lưu. Chúng
có thông số v đin áp (~5kV) v dòng đin (~5kA) hoạt động cao nhất trong các loại diode, đặc
tính chịu quá dòng, quá áp rất tốt (giá trị gai khoảng gấp 6 ln giá trị trung bình). Bù lại chúng có
cc đặc tính phục hồi ngưc lớn (Q
rr
và t
rr
).
 Fast recovery diodes: Loại Diode ny c đặc tính phục hồi ngưc bé (~1 us). Chúng có thể đạt
công suất cao v thường đưc dùng trong các ứng dụng đng ngắt nhanh như mạch DC-DC,
chỉnh lưu.
 Schottky rectifiers: Là loại diode chỉnh lưu nhanh nhất, không bị hin tưng phục hồi ngưc,
đin áp phân cc thun thấp (0.2V). Tuy nhiên chúng chỉ có thể đạt đin áp chịu đng hng trăm
volts. Chúng thường đưc sử dụng trong các ứng dụng đo lường.
2. Đặc tính hoạt động:
2.1. Đặc tính lý tưởng - Diode là một kha điện t:




Hình 2.4 - Mô hình diode lý tưởng
Đặc tnh lý tưởng Diode là một kha đin tử. Khóa hở khi phân cc ngưc, kha đng khi phân cc
thun. Khi đng (nối mạch), c rơi p qua diode. Với diode Si, rơi p khoảng 0.7V ; với diode Ge, rơi p
khoảng 0.2V.
Ví dụ: Tnh dòng đin và công suất chạy qua diode trong mạch đin sau:
DIODE 3 / 7
D1
DIODE
R1
2k2

2.2. Đặc tính thực tế:
- Khi phân cc thun: Đin áp phân cc thun càng lớn th rơi p cng lớn (do ảnh hưởng của đin trở
dẫn R
ON
.). Quan h dòng và áp lúc này gn như tuyến tính:
V
AK
= V
J
+ R
ON
.I
F
- Khi phân cc ngưc:
Luôn có dòng rò (leakage current) rất nhỏ đi qua diode. Dòng rò ny không phụ thuộc vo p ngưc
nhưng rất nhạy cảm với nhit độ mối nối P-N

Khi áp phân cc ngưc đủ lớn V
BR
thì diode bị đnh thủng, lúc ny dòng ngưc tăng nhanh gây hỏng
Diode

Hình 2.5 - Đặc tính thc tế của Diode
2.3. Đặc tính đng ngắt: (Switching Characteristics of Power Diodes)
Diode cn một khoảng thời gian để chuyển từ trạng thái ngừng dẫn (OFF) sang trái thái dẫn (ON) và
ngưc lại. Cn chú ý đến ảnh hưởng của khoảng thời gian chuyển tiếp này vì:
- Hin tưng quá dòng, quá áp lúc mới đng ngắt diode có thể gây hỏng hoặc kích dẫn không
mong muốn các linh kin khác.
- Dòng v p qua diode thay đổi lúc đng ngắt lm tăng công suất tiêu tán trên diode. Tn số đng
ngắt diode càng cao càng gây tiêu tốn công suất nhiu.
Đặc tnh đng (ON) theo thời gian t của Diode đưc cho trong hnh bên dưới.
DIODE 4 / 7

Hnh 2.6 – Đặc tnh đng (ON) của Diode
Đin áp phục hồi thun V
FR
(forward recovery voltage) thường lớn hơn đin áp phân cc thun V
F
nhiu
ln (có thể gây kích dẫn hoặc hư hỏng các thiết bị khác). Giá trị V
FR
khoảng 10-30V, và thời gian phục
hồi thun t
FR
khoảng 10us.
Đặc tính ngắt (OFF) theo thời gian t của Diode đưc cho trong hnh bên dưới.


Hình 2.7 – Đặc tính mở (OFF) của Diode [1]
Khi ngừng dẫn, đin tích
1
trên Diode đưc xả đin, làm Diode dẫn đin ngưc trong một khoảng thời
gian ngắn ngay sau khi mở (OFF).
Vy để đảm bảo không bị ảnh hưởng bởi cc xung đin p v dòng đin gây ra do đặc tnh đng v mở
của Diode như trên, trong ứng dụng đng ngắt diode, người ta phải “chờ” cho cc xung ny mất đi rồi
mới thay đổi trạng thi đng ngắt của Diode. Chnh điu này làm giới hạn tn số đng ngắt tối đa của
Diode
Một số lưu ý:
Khi cho Diode ngừng dẫn, dòng diode không ngừng giảm tại 0 mà bị dẫn ngưc với dòng I
RR
(peak
reverse recovery current). Trong một số mạch dòng này có thể chạy qua tải hoặc kích dẫn các thiết bị
đng ngắt khác.


1
Đin tích tại mối nối P-N của Diode. Đin tch ny cũng gây ra s rơi p qua Diode khi phân cc thun
DIODE 5 / 7
Tại cuối thời gian đng, nếu thời gian dẫn ngưc quá nhanh (giá trị S nhỏ) thì V
RR
lớn có thể gây hỏng
linh kin.
Thời gian dẫn ngưc t
rr
ảnh hưởng đến công suất tiêu tn trên diode. Đặc bit khi tn số đng ngắt càng
lớn thì công suất tiêu tán càng lớn.
2.4. Phân tích mạch Diode:
Vic phân tích mạch diode da vo đặc tính của diode: Kha đin tử với đin áp mở khóa V

k

Trong các ví dụ sau, cho V
f
= 0.7V, tính I
F
?
a)
VCC=5V
D1
DIODE
R1
10k

c)
VCC=4V
D1
DIODE
R1
5.1k
D2
DIODE




e)
R2
10k
R1

10k
D1
DIODE
VCC=5V

g)
D2
DIODE
R1
10k
R4
15k
V1=10V
D1
DIODE
V2= -15V

i)
R1
15k
R4
10k
D1
DIODE
V2= -10VV1=15V
D2
DIODE

b)
D1

DIODE
VCC=5V
R2
22K
R1
12k

d)
D2
DIODE
D1
DIODE
VCC=5V
R1
10k

f)
D2
DIODE
R4
5k
V1=15V V2= -10V
R1
10k
D1
DIODE

h)

D1

DIODE
D3
DIODE
V1= 10V
V2= -20V V3= -10V
R2
10k
R3
10k
R1
10k
D2
DIODE

j)
R2
10k
D2
DIODE
V1= 10V
V2= 5V
V4= -5V
D3 DIODE
R1
10k
D1
DIODE
V3= 0V
R3
12k


DIODE 6 / 7
Bi giải gi ý: Xét mạch i. Giả sử Diode D1 v D2 cùng dẫn. Rơi p qua D1, D2 l 0.7V. Ta c:
Dòng đin qua R1 l
mA
kR
V
I
R
953.0
15
7.015
1
7.01
1






Dòng đin qua R2 là
mA
kR
V
I
R
07.1
10
)10(7.0

4
27.0
2






Dòng đin qua D2 là
mAIII
RRD
117.007.1953.0
212

. Như vy giả thiết không hp lý
Giải thiết D1 dẫn và D2 không dẫn. Dòng qua D1 là
mA
kRR
VV
I
D
972.0
25
)10(7.015
41
27.01
1








Rơi p qua R1 l
VkRIVV
RD
42.0972.0.15151
112

. Đin áp qua D2 là 0.42V<0.7 nên D2 không
dẫn, điu này phù hp với giả thiết. Vy kết lun I
D1
=0.972mA; I
D2
= 0mA
2.5. Các thông số quan trọng của Diode:
 Đin áp phân cc thun - Forward Voltage Drop , Vf
Khi đưc phân cc thun vưt quá 0.7V với diode Silison và 0.3 với diode Germanium. Diode bắt đu
cho dòng đin đi qua n. Trong tnh trạng phân cc thun: Rơi p V
f
gn như không đổi. Dòng đin qua
diode phụ thuộc vào quan h áp - tải bên ngoài.
 Dòng rò: Leakage current - Dòng đin nhỏ chạy qua diode khi phân cc nghịch.
 DC Blocking Voltage (VRDC): L đin áp một chiu phân cc ngưc Diode không làm hỏng
diode
 RMS Reverse Voltage (VRMS): Là giá trị hiu dụng của đin áp xoay chiu đặt vào diode mà
không dây hư hỏng diode do đnh thủng phân cc ngưc.
 Peak Repetitive Reverse Voltage (VRRM): L đin p ngưc đặt vào diode chịu đng trong

ngắn hạn có lặp lại theo chu kỳ (thường là nửa chu k dòng đin, ví dụ 10ms).
Bài tập tính toán và mô phỏng:
01. Phân tính các mạch trong phn 2.4 (bài giảng chương 2) v tnh ton dòng đin, công suất qua mỗi
Diode. Giả sử rơi p qua Diode khi phân cc thun là 0.7V
02. Sử dụng công cụ (proteus, matlab,…) mô phỏng mạch như hnh bên dưới (dòng đin hình sin tn số
50Hz, áp hiu dụng 23V) trong hai trường hp có tải R và không có tải R.
R1
2
D1
DIODE
C1
10uF
V1
VSINE
V1(+) D1(K)

(a) Đưa ra cc đồ thị (tất cả 6 đồ thị)
 Đin áp nguồn
 Đin áp V
AK
qua diode
 Đin áp qua tải
(b) Từ cc đồ thị cho biết giá trị V
RRM
của Diode là bao nhiêu ? (trong hai trường hp)
DIODE 7 / 7

Bài tập đọc tài liệu:
[1] Fast Recovery Epitaxial Diodes for use in High Frequency Rectification - Philips Semiconductors
(10 trang)

[2] Rectifier Diode Specifications and Ratings - ON semiconductor (13 trang)
[3] Basic Diode Functions in Power Electronics - ON semiconductor (17 trang)
[4] Datasheet Ratings for Diodes – Semikron (8 trang)
[5] Lecture notes on Snubber Circuits - William P.Robbins (Mạch RC snubber là gì và tại sao cn mạch
này? Qui trình thiết kế mạch RC Snubber cho Diode? Ví dụ cụ thể ?)
[6] Designing an RC Snubber - CORNELL DUBILIER (3 trang)

Lưu ý: tải tài liu tại web khoa: