PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

KÝ HIỆU
Giá trị tại tónh điểm Q (quiescent-point):
IEQ, VCEQ
Giá trị một chiều (DC):
IE, VCE
Tổng giá trị tức thời:
iE, vCE
Giá trị tức thời của thành phần thay đổi theo thời gian: ie, vce

iE

Chương 1

I E  ie



1


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

CHƯƠNG 1: DIODE BÁN DẪN
1.1 Giới thiêu
1.2 Vật liệu bán dẫn

1.3 Diode bán dẫn thông thường
1.4 Chỉnh lưu
1.5 Phân tích mạch Diode
1.6 Mạch xén (Clippers) và mạch ghim điện áp (Clampers)
1.7 Diode Zener
1.8 Các loại Diode khác
1.9 nh hưởng của nhiệt độ và các thông số kỹ thuật

Chương 1



2


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.1 GIỚI THIỆU
x Diode là một linh kiện điện tử phi tuyến đơn giản nhất.
x Các loại diode: Diode chân không, Diode khí, Diode chỉnh lưu
kim loại, Diode bán dẫn, vv.
x Diode bán dẫn: Cấu tạo và tính chất.
Phương pháp phân tích mạch.
Ứng dụng.

1.2 VẬT LIỆU BÁN DẪN
Các vật liệu bán dẫn thường dùng:
x Silicon (Si)

x Germanium (Ge)
x Gallium Arsenide (GaAs)

Chương 1



3


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.2.1 Cấu trúc nguyên tử và cấu trúc tinh thể

Chương 1



4


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.2.2 Sự dẫn điện
x Các mức năng lượng


x 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

Chương 1



5


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.2.3 Bán dẫn loại p và bán dẫn loại n
x “Doping”: Là quá trình đưa vào chất bán dẫn các chất khác cần thiết.
x Bán dẫn loại p
9 Chất đưa vào: Chất nhận (acceptor material). Ví dụ: Boron (III)
9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng

9 Phần tử mang điện chủ yếu: Lỗ trống (positive): p-type material

Chương 1



6



PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Bán dẫn loại n
9 Chất đưa vào: Chất cho (donor material). Ví dụ: Phosphorus (V)
9 Cấu trúc tinh thể và sơ đồ mức năng lượng

9 Phần tử mang điện chủ yếu: Electron (negative): n-type material

Chương 1



7


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.3 DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG
1.3.1 Cấu trúc của Diode bán dẫn
x Cấu trúc và ký hiệu

x Lớp tiếp xúc pn (pn junction)

Chương 1




8


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Sự phân cực của Diode (bias)

1.3.2 Quan hệ giữa dòng điện và điện áp của Diode
x Diode lý tưởng

iD
ri

vi

+
vD
_

9 vi > 0: iD > 0 và vD = 0 (Diode ngắn mạch: short circuit)
9 vi < 0: vD < 0 và iD = 0 (Diode hở mạch: open circuit)
Chương 1



9



PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Đặc tuyến Volt-Ampere (VA) của Diode

iD

Io

qv D
(e mkT

 1)

I o (e

vD
mVT

 1)

Io: Dòng phân cực nghịch bão hòa

I oe

vD
mVT


(reverse saturation current), A
q = 1,6E-19 C
k = 1,38E-23 J/ oK: Hằng số
Boltzmann
T: Nhiệt độ tuyệt đối, oK
m: 1d m d 2: Hằng số thực nghiệm

VT

kT
| 25 mV, tại nhiệt độ phòng
q

(27 oC)
9 Phân cực thuận (vD > 0): Khi v D !! mVT : iD | I o e

vD
mVT

9 Phân cực nghịch (vD < 0): Khi v D !! mVT : iD |  I o
Chương 1



10


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ


x Diode thực tế và Xấp xỉ tuyến tính hóa từng đoạn (piecewiselinear approximation)

1.3.3 Mạch điện tương đương của Diode
<Xem Giáo trình và TLTK [3]>
1.3.4 Các phương pháp phân tích mạch dùng Diode
<Xem Giáo trình và TLTK [3]>
Chương 1



11


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.4 CHỈNH LƯU (Rectification)
Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (ac) thành tín
hiệu một chiều (dc).
Lưu ý: Các ví dụ trong phần này sử dụng đặc tuyến Diode lý tưởng.
1.4.1 Chỉnh lưu bán sóng (Half-wave rectification)
+ vD _

ri
1

iD


Ideal diode
RL

vi = Vimcos(Zot)
Nguồn (Source)

Tải (Load)

x Định luật Kirchhoff về điện áp (KVL): iD
vi > 0: vD = 0 (Diode ngắn mạch), iD
vi < 0: Diode hở mạch: iD
Chương 1

0 , vL

9

+
vL
_

vi
, vL
ri  RL

RL i D

vi  v D
ri  RL
RL i D


vi RL
ri  RL

0



12


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Điện áp trên tải vL (Chỉnh lưu bán sóng):

x Phân tích tín hiệu chỉnh lưu bán sóng:
VLm
1
Giá trị trung bình: VL , dc
³ vL (t )dt S
TT
2
2
§1 1
·
 cos Zo t 
cos 4Zo t  ... ¸
cos 2Zo t 

15S
3S
âS 2
ạ

Khai trieồn Fourier: v L (t ) VLm ¨

Chương 1



13


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Lọc (filter) tín hiệu chỉnh lưu bán sóng:
9 Mạch lọc dùng để lọc bỏ các hài xoay chiều (harmonics) nhằm giữ
lại thành phần một chiều của tín hiệu vL(t): Lọc thông thấp (lowpass
filter – LPF).
9 Các dạng mạch lọc cơ bản:
R

R

L

R


C

(a)

C

L

C

(b)

C

(c)

9 Giả sử dùng mạch lọc (a) với RC = 100/Zo và R >> RL.
Biên độ điện áp ngõ ra của mạch lọc tại tần số nZo (nt1) laø:

Von

VLn
1  nZo RC
2

|

VLn
100n


với VLn là biên độ điện áp ngõ vào của mạch lọc tại tần số nZo.
Sử dụng nguyên lý chồng chập, điện áp ngõ ra:
Chương 1



14


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0FKLQW

1
1
1
Đ1
Ã
vo (t ) | VLm ă 
sin 4Zo t  ... á
sin 2Zo t 
sin Zo t 
3000S
300S
â S 200
¹
9 Độ gợn sóng (Ripple factor):
Thành phần DC:


VL , dc

Thành phan gụùn soựng:

vr

VLm

S

1
Đ 1
Ã
VLm ă
sin 2Zo t  ... á
sin Zo t 
300S
ạ
â 200

Giaự trũ hieọu duùng (rms) cuỷa thaứnh phan gụùn soựng:
1/ 2

(vr ) rms

ư1
ẵ
{ đ >vr (t )@2 dt ¾
¯T T
¿


(vr ) rms
S
Độ gợn sóng {
|
280
VL , dc

VLm
1
1
Đ VLm Ã
...


|
ă
á
2
280
â
ạ (200) 2 (300S ) 2

0.011

Nothing is difficult to those who have the will.”
- Dutch Poet's Society
Chương 1




15


1.4.2 Chỉnh lưu toàn sóng (Full-wave rectification)
Ri

D1

1

1
6

vi
4

8

_

1

5

9

RL
Ri


D2

+
vL
_

D1

D4
vi

4 -

+ 2

D3

D2

RL

vL
+

3

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ


1

x Hoạt động và điện áp ra trên tải vL (Chỉnh lưu toàn sóng)

Chương 1



16


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Phân tích tín hiệu chỉnh lưu toàn sóng
2VLm
Giá trị trung bình: VL , dc

S

Khai triển Fourier: v L (t )

4
Đ2 4
Ã
cos 2Zot 
cos 4Zot  ... á
VLm ă 
15S

ạ
â S 3S

x Loùc tớn hieọu chổnh lửu toaứn soựng
Giaỷ sử dùng mạch lọc như ở phần chỉnh lưu bán soựng, ủieọn aựp ngoừ ra:

2
1
Đ2
Ã
vo (t ) VLm ă 
sin 2Zo t 
sin 4Zo t  ... á
1500S
ạ
â S 300S
V
Giaự trị hiệu dụng của thành phần gợn sóng: (vr ) rms | Lm
210S
1
0.0024
Độ gợn sóng |
420

Chương 1



17



PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.4.3 Mạch lọc (Filtering)
D1

5
1

vi

C

6
4

_

D2

8

RL

+
vo

x Hoạt động

Tụ C được nạp nhanh đến giá trị Vmax của điện áp vo(t).
Khi vo(t) giảm, tụ C phóng điện qua RL với quy luật: vo (t )



Vmax e

t
RLC

Quá trình tuần hoàn với tần số của điện áp chỉnh lưu fp:

fp

2 fo

: Chỉnh lưu toàn sóng

fp

fo

: Chỉnh lưu bán sóng

với fo: Tần số của nguồn vi.

Chương 1




18


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Phân tích và tính toán mạch
Xấp xỉ tín hiệu ngõ ra bằng dạng sóng răng cưa (sawtooth wave)
Tụ C: C

Vmax
'Vf p RL

Điện áp gợn sóng hiệu dụng: (vr ) rms

Vmax  Vmin
2 3

Chứng minh: <Xem Giáo trình và TLTK [3]>

1.4.4 Mạch nhân đôi điện áp (Voltage-doubling circuit)

x Ví dụ 1: (Nhân đôi điện áp một bán chu kỳ)
C1
1

4

D2


+

5

vS

D1

+

C2

8

9 Bán kỳ âm của vS: C1 nạp điện qua D1 đến điện áp VSmax
9 Bán kỳ dương của vS: Điện áp chồng chập của C1 và vS nạp điện
cho C2 qua D2 đến điện áp 2VSmax
Chương 1



19


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Ví dụ 2: (Nhân đôi điện áp hai bán chu kỳ)

D1
1

5

4

8

D2

vS

9 Bán kỳ dương của vS:

+

C2

+

+
RL

_

C1

C2 nạp điện qua D1 đến điện áp VSmax
Tổng điện áp vS và VSmax trên C1 (được nạp từ

bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D1

9 Bán kỳ âm của vS:

C1 nạp điện qua D2 đến điện áp VSmax
Tổng điện áp vS và VSmax trên C2 (được nạp từ
bán kỳ trước) đặt lên tải RL thông qua D2

1.4.5 Nhân tần số (Frequency multiplication)
9 Mạch chỉnh lưu tạo ra tín hiệu (hài – harmonics) tại các tần số: nZo.
9 Sử dụng mạch lọc thích hợp để tách lấy thành phần hài cần thiết.

Chương 1



20


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.5 PHÂN TÍCH MẠCH DIODE
Lưu ý: Các ví dụ trong phần này sử dụng đặc tuyến Diode thực
1.5.1 Mạch Diode đơn giản – Đường tải một chiều (DC Load Line)
iD

ri
+ vD

vi

_

iD
+

RL

vL
_

RT
vT

+
vD
_

Diode hoặc
các phần tử
phi tuyến

Mạch tương đương Thevenin
của phần tuyến tính

x Phương pháp đồ thị
9 Phần tử phi tuyến được thể hiện bằng đặc tuyến VA: iD

f (v D )


9 Phần còn lại (tuyến tính) được thay thế bằng mạch tương đương
Thevenin: v D

vT  iD RT hay: iD



1
v
v D  T (DCLL)
RT
RT

x Tìm điểm hoạt động (tónh điểm Q – quiescent point)
Chương 1



21


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

x Điện áp tương đương Thevenin vT thay đổi (Ví dụ: vT = VTmsinZt)

Chương 1




22


PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

1.5.2 Phân tích tín hiệu nhỏ – Điện trở động (Dynamic resistance)

x Tín hiệu nhỏ
Thành phần thay đổi (ac) của tín hiệu là rất nhỏ so với thành phần dc.

vT

Vdc  vi

Vdc  Vim sin Zt

với Vim << Vdc

x Phương pháp kết hợp đồ thị – phân tích (graphical-analytical)

Chương 1



23



PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark

0ҥFKÿLӋQWӱ

Phân tích tín hiệu nhỏ:
Chuyển trục toạ độ về Q:

id

iD  I DQ

vd

v D  VDQ

Tín hiệu nhỏ: Xem ab là đoạn thẳng đi qua Q và có phương trình: id
Điện trở động (dynamic resistance): rd

Chương 1

'v D
'iD



vd
rd

Q


24