Diode Bán Dẫn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.55 MB, 48 trang )
Chương 1:
Diode bán dẫn
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-1
Nội dung
Diode bán dẫn thông thường
Chỉnh lưu
Mạch xén (clippers) và mạch ghim điện
áp
(Clampers)
Phân tích mạch diode chế độ tín hiệu nhỏ
Diode zener
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-2
Ký hiệu
Giá trị tại điểm tĩnh Q (quiescent-point):
IE V C
EQ
QGiá
, trị một VC
E
chiều:
Giá trị
I
E,tức vC
Giá trị tức thời củaEthành phần thay đổi
thời: iE,
theo thời vc
e
gian: ie,
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-3
Ký hiệu
iE = I E
+ ie
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-4
Giới thiệu
Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến
đơn giản nhất.
Các loại diode: diode chân không,
khí, diode chỉnh lưu kim loại, diode bán
diode
dẫn, v.v.
Diode bán dẫn:
Cấu tạo và tính chất
Phương pháp phân tích mạch
Ứng dụng
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-5
Vật liệu bán dẫn
Các loại vật liệu bán dẫn thường dùng:
Silicon (Si)
Germanium (Ge)
Gallium Arsenide (GaAs)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-6
Cấu trúc nguyên tử
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-7
Cấu trúc tinh thể
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-8
Các mức năng lượng
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-9
Sự dẫn điện trong chất bán dẫn
Dòng khuếch tán (diffusion current): Khi có sự
thay đổi mật độ electron (hole)
Dòng chảy (drift current): Khi có điện trường
ngoài
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-10
Bán dẫn loại p
“Doping”: Là quá trình đưa vào chất bán
dẫn các chất khác cần thiết.
Bán dẫn loại p
Chất đưa vào: chất nhận (acceptor material).
Ví dụ: Boron (III)
Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng
(xem trang sau)
Phần tử mạng điện chủ yếu: Lỗ trống
(positive): p-type material
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-11
Cấu trúc
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-12
Bán dẫn loại n
Chất đưa vào: chất cho (donor material).
Ví dụ: Phosphorus (V).
Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng
lượng (xem trang sau).
Phần tử mang điện chủ yếu: Electron
(negative) n-type material
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-13
Cấu trúc
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-14
Diode bán dẫn
Cấu trúc và ký hiệu
Lớp tiếp xúc pn (pn junction)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-15
Phân cực diode
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-16
Quan hệ giữa dòng điện và điện áp
Diode lý tưởng
iD
v
i
r
i
+
v_
D
vi > 0: iD > v
D
0 và
vshort
i < 0: vD <
circuit)
0 và iD
circuit)
= 0 (Diode ngắn mạch:
= 0 (Diode hở mạch: open
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-17
Đặc tuyến Volt Ampere
v
qv
(VA)
iD = I o (eD − 1) = o (eD −
I
1)
mV
T
mkT
I0: Dòng phân cực nghịch
bảo hoà (reverse
saturation current), A
q = 1,6E-19 C
k = 1,38E-23 J/
T: Nhiệt độ tuyệt đối, 0K
0
K:1≤Hằng
m:
m ≤ 2: Hằng số thực
nghiệm
số
≈ 25 Boltzmann
mV, tại nhiệt độ
Phân cực thuận (vD >0): Khi :vD >>
v
mV
T
iD ≈ IDmV
T
Phân cực nghịch (vD < 0): Khi :
>>
oe
Khoa Điện – Điện tử
(27 0C)
1-18
Diode thực tế và Xấp xỉ
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-19
Phương pháp phân tích mạch diode
Đối với mạch tín hiệu lớn
Xem như diode lý tưởng
Đối với mạch tín hiệu bé
Xem diode như một điện trở
động
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-20
Chỉnh lưu
Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi tín hiệu xoay
chiều (ac) thành tín hiệu một
chiều
(dc)
tuyến
diode
lý tưởng.
Chỉnh
sóng
(Half-wave
Lưu ý: lưu
Cácbán
ví dụ
trong
phần nàyrectification)
sử dụng đặc
+ v _ iD
r
i
vi =
Vimcos(ωot
)
1
D
Ideal diode
+
R
L
Nguoàn
(Source)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
9
v
L
Taûi _
(Load)
1-21
Chỉnh lưu bán kỳ (bán sóng)
Định luật Kirchhoff về điện áp (KVL): iD =
vi − vD
ri +
vR
i L
i
=
vi > 0: vD = 0 (Diode ngắn mạch), D
,
ri +
v L = R L i D = vi
RL
ri + RL
vi < 0: Diode hở mạch:
R
L
iD
, v
=0
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
L
= RL i D
=0
1-22
Chỉnh lưu bán kỳ (bán sóng)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-23
Chỉnh lưu toàn sóng
(Full wave rectification)
Ri
D1
5
vi
4
Ri
8
_
1
6
D2
+
9
vL
RL _
1
D4
v
i
4
D
1
+ 2
-
D3
RL
D2
vL
+
3
1
1
Hoạt động và điện áp ra trên tải v (chỉnh lưu toàn sóng)
L
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK Tp.HCM
1-24
Mạch lọc
5
D1
+
1
v
i
6
4
8
D2
C RL
v
o
_
Hoạt động
Tụ C được nạp nhanh đến giá trị
V
m của điện
luật:
Khi v0(t) giảm, tụ điện ax
quav0R(t).
L
R L quy
C phóng o
với
max e
C tchỉnh lưu fp:
Quá trình tuần hoàn với tần−số
v (t )lưu
= Vtoàn sóng
:
Chỉnh
fp =
f2fp0= f0 : Chỉnh lưu
với f0: tần ngKuhoồa Đniệnv–
áp
1-25
