Khi diode phân cực thuận thì có một dòng điện rất lớn chảy qua mối
nối được gọi là dòng điện thuận. Điều này có nghĩa rằng trở kháng
phân cực thuận của mối nối thì rất thấp.
Khi điện áp phân cực thuận chưa đủ lớn (nhỏ hơn điện thế rào cản)
thì xem như diode chưa phân cực thuận và dòng điện thuận lúc này
rất nhỏ xem như bằng 0. cho đến khi điện áp phân cực thuận đủ lớn,
từ giá trị điện áp rào cản trở đi thì dòng điện tăng vot, lúc này có thể
xem như không còn nữa mà mối nối dẫn dòng điện.3. Đặc tính của diode:
-Đầu Anod phía bán dẫn loại P của diode, Đầu catot phía bán dẫn loại N của diode
-Diode là một linh kiện phi tuyến (không tuyến tính).
-Khi diode được phân cực thuận, dòng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở
kháng rất thấp.
-Khi diode được phân cực nghịch, dòng điện không chảy qua nó vì lúc bấy giờ trở
kháng rất cao.
V
I
PCT
PCN
V
Điện áp
đánh thủng
ngược
Đặc tính của Diode
Khi diode được phân cực thuận, dịng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở
kháng rất thấp.
Khi diode được phân cực nghịch, dịng điện khơng chảy qua nĩ vì lúc bấy giờ
trở kháng rất cao.III. Ứng dụng của diode:
Ứng dụng diode trong mạch tách sóng của máy thu nhằm
lấy tín hiệu thông tin gốc từ tín hiệu phát.
Ứng dụng diode trong mạch chỉnh lưu nhằm thay đổi điện
áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
32 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 478 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Điện tử căn bản - Bài 4: Diode bán dẫn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Bài 4: DIODE BÁN DẪN
• I. Chất bán dẫn:
• Chất bán dẫn không phải là chất cách điện, cũng
không là chât dẫn điện, nhưng nó thuộc lớp vật liệu
nằm giữa hai chất trên, nếu ta xét về tính dẫn điện
thì chất bán dẫn sẽ có tính dẫn điện yếu hơn chất dẫn
điện nhưng mạnh hơn chất cách điện và ngược lạ
nếu ta xét về tính cách điện thì chất bán dẫn cách
điện yếu hơn chất cách điện nhưng tốt hơn chất dẫn
điện.
• Chất bán dẫn có 4 điện tử hoá trị ở lớp ngoài cùng.
• Những vật liệu bán dẫn điển hình như:
• Gecmani (Ge)
• Silic (Si)
1.Bán dẫn thuần:
Bán dẫn thuần như là tinh thể Silic hoặc Gecmani tinh
khiết+32SiGe+14
Hình 3.1: Bán dẫn Si và Ge
+14
Si
+32
Ge
- Bán dẫn thuần có 4 điện tử ở lớp ngoài cùngnên ta chỉ xét đến lớp ngoài cùng.
- Nồng độ lổ trống và điện tử bằng nhau.
2. Bán dẫn loại N:
- Để hình thành bán dẫn loại N, ta cho vào bán dẫn thuần (Si, Ge)
một lượng tạp chất hoá trị 5 (P, As)
Ví dụ: Cho P (hoá trị 5) vào Si tạo thành bán dẫn N.
Cho As (hoá trị 5) vào Ge tạo thành bán dẫn N.
- Nồng độ điện tử ne> nP nồng độ lổ trống.
- Điện tử là hạt mang điện đa số và lổ trống là hạt mang điện thiểu
số.
Hình 3.2: Hình thành bán dẫn N
Liên kết
đồng hóa
trị
Điện tử tự
do
P S
i
S
i
S
i
S
i
3. Bán dẫn loại P: Để hình thành bán dẫn loại P, ta cho vào bán dẫn
thuần (Si, Ge) một lượng tạp chất hoá trị 3.
Ví dụ:
Cho Bo (hoá trị 3) vào Si bán dẫn loại P
Cho In (hoá trị 3) vào Ge bán dẫn loại P.
Nồng độ điện tử ne< nP nồng độ lổ trống.
Điện tử là hạt mang điện thiểu số và lổ trống là hạt mang điện đa số.
Hình 3.3: Hình thành bán dẫn P
Liên kết
đồng hóa trị
Lỗ trống
B S
i
S
i
S
S
i
Mối nối diode:
- Một diode được tạo ra từ sự kết hợp giữa bán dẫn
loại P và bán dẫn loại N.
- Mối nối diode là vùng nằm ở vị trí cuối của bán
dẫn loại P và đầu bán dẫn loại N.
NP
Mối nối Diode
Hình 4.1: Hình thành mối nối Diode
Anot Catot
P N
Ký hiệu và hình dáng thực tế Diode
A K
A K
A K
K(case)
A
K
A
-Tại một thời điểm tức thời, khi mối nối hình thành thì quá trình khuếch tán
diễn ra.
-Một vài lổ trống sẽ dịch chuyển từ bán dẫn loại N sang bán dẫn loại P.
-Trái lại một vài điện tử tự do sẽ dịch chuyển từ bán dẫn loại N sang bán dẫn
loại P.
-Những lổ trống và điện tử tự do này khi di chuyển ngang qua mối nối kết hợp
lại và tạo ra vùng nghèo tạo chổ nối.
-Vùng nghèo là nơi mà không có hạt mang điện đa số chuyển động.
Hai bên mối nối hình thành nên những điện tích tích điện (+) và tích điện (-).
P N
Vùng nghèo
Vùng nghèo Diode
V = 0.2 – 0.6v tuỳ loại (Si, Ge)
Vùng nghèo của Diode:
P N
Vùng nghèo
Sự chênh lệch điện thế rào cản (hàng rào điện thế)
Những điện tích trái dấu hình thành ở hai bên mối nối tạo ra
một hàng rào điện thế hay điện thế rào cản. Điện thế này
chống lại không còn để những điện tử tự do và lổ trống ngang
qua mối nối.
Điện thế rào cản khoảng 0,2v (đối với mối nối Ge), và khoảng
0.7v (đối với mối nối Si).
Hình 4.3: Vùng nghèo Diode
1. Phân cực ngược:
Khi bán dẫn loại P được nối với cực âm của nguồn và bán dẫn loại N nối với cực
dương của nguồn thì được xem như diode phân cực ngược (PCN).
Điện áp cung cấp sẽ làm cho những hạt đa số (những lổ trống ở bán dẫn loại P và
điện tử ở bán dẫn loại N) ra xa khỏi mối nối.
Kết quả là vùng nghèo của mối nối được mở rộng ra.
Điện áp đánh thủng
ngược
( V)
Điện áp ngược
I (A)
PCN
Đặc tính ngược của Diode
P N
Vùng nghèo
Phân cực ngược
Phân cực nghịch mối nối
Dòng rò
( A)
Khi Diode phân cực nghịch, điện trở mối nối vô cùng lớn.
Khi Diode phân cực nghịch, dòng điện PCN rất nhỏ (dòng rò, dòng rĩ).
Đường cong đặc tính của diode khi phân cực ngược (PCN).
(V)
Điện áp đánh
thủng ngược
Điện áp ngược
I (µA)
PCN
Hình 4.8: Đặc tính của Diode
Khi diode PCN thì chỉ có một dòng điện rất nhỏ (do những hạt mang
điện thiểu số) chảy qua được gọi là dòng điện nghịch hay dòng điện
rò. Điều này có nghĩa rằng trở kháng phân cực nghịch thí rất cao.
Khi điện áp phân cực ngược đủ lớn nó sẽ làm hư hỏng hoặc đánh
thủng mối nối PN. Điện áp ngược này gọi là điện áp đánh thủng. Đối
với bất kỳ loại diode, điện áp ngược đỉnh (PIV) là điện áp ngược lớn
nhất an toàn cho diode, thông số này được cung cấp bởi nhà chế tạo.
2. Phân cực thuận diode:
Nguồn cung cấp phân cực sẽ làm cho những lổ trống từ bán dẫn loại P và những điện tử
từ bán dẫn loại N tiến gần về phía mối nối.
Kết quả là vùng nghèo của mối nối hẹp lại
P N
Vùng nghèo
Phân cực thuận
Ithuận
Phân cực thuận mối nối của Diode
V
I (mA)
V=0.3v-0.7v
PCT
Đặc tính thuận của Diode
Khi Diode phân cực thuận, điện trở mối nối rất bé.
Khi Diode phân cực thuận, dòng điện PCT tăng nhanh khi điện áp
PCT 0.7v (điện áp ngưỡng, điện áp rào cản).
Khi bán dẫn loại P được kết nối với cực dương của nguồn và bán dẫn loại N được
kết nối với cực âm của nguồn thì dIode được xem như phân cực thuận.
Đường cong đặc tính của diode khi phân cực thuận (PCT).
V = 0.3 – 0.7v
I (mA)
PCT
V
Hình 4.7: Đặc tính thuận của Diode
Khi diode phân cực thuận thì có một dòng điện rất lớn chảy qua mối
nối được gọi là dòng điện thuận. Điều này có nghĩa rằng trở kháng
phân cực thuận của mối nối thì rất thấp.
Khi điện áp phân cực thuận chưa đủ lớn (nhỏ hơn điện thế rào cản)
thì xem như diode chưa phân cực thuận và dòng điện thuận lúc này
rất nhỏ xem như bằng 0. cho đến khi điện áp phân cực thuận đủ lớn,
từ giá trị điện áp rào cản trở đi thì dòng điện tăng vot, lúc này có thể
xem như không còn nữa mà mối nối dẫn dòng điện.
3. Đặc tính của diode:
-Đầu Anod phía bán dẫn loại P của diode, Đầu catot phía bán dẫn loại N của diode
-Diode là một linh kiện phi tuyến (không tuyến tính).
-Khi diode được phân cực thuận, dòng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở
kháng rất thấp.
-Khi diode được phân cực nghịch, dòng điện không chảy qua nó vì lúc bấy giờ trở
kháng rất cao.
V
I
PCT
PCN
V
Điện áp
đánh thủng
ngược
Đặc tính của Diode
Khi diode được phân cực thuận, dịng điện dễ dàng chảy qua vì lúc bấy giờ trở
kháng rất thấp.
Khi diode được phân cực nghịch, dịng điện khơng chảy qua nĩ vì lúc bấy giờ
trở kháng rất cao.
III. Ứng dụng của diode:
Ứng dụng diode trong mạch tách sóng của máy thu nhằm
lấy tín hiệu thông tin gốc từ tín hiệu phát.
Ứng dụng diode trong mạch chỉnh lưu nhằm thay đổi điện
áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
t
VL
Vin
Tải
D
ac
Ứng dụng Diode trong mạch chỉnh lưu
Mạch và dạng sóng của chỉnh lưu bán kỳ
Dạng sóng ngõ ra biến
áp
Dạng sóng trên
tải
Ura
VL
VDC
VP
VDC =
VP
Điện áp trung bình một chiều trên tải sau khi chỉnh lưu
1. Chỉnh lưu bán kỳ:
BVgen
120Vrms
+
RL
-
A
D1
D2
A
B
+
RL
-
D1
D2
Vgen
120Vrms
2. Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode:
VDC =
2VP
Vp
Dạng sóng vào, ra của mạch chỉnh lưu
t
VL
Vp
t
VA
Vp
t
VB
Dạng sóng tại A
Dạng sóng tại B
Dạng sóng trên tải
VDC
Điện áp trung bình một chiều
trên tải sau khi chỉnh lưu
(VDC)
Dạng sóng chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode:
+ B
Vgen
120vrms
- A
+
RL
-
D1 D2
D3 D4
C
- B
Vgen
120vrms
+ A
+
-
D1 D2
D3 D4
C RL
3. Chỉnh lưu toàn kyø dùng 4 diode (chỉnh lưu cầu):
+
1
2
3
4
+
1
2
3
4
Vp
Vin
VL
Dạng sóng vào và ra của mạch chỉnh lưu
D2,D3 PCT D1,D4 PCT D2,D3 PCT
D1,D4 PCT
VDC
Dạng sóng mạch chỉnh lưu cầu:
4. Mạch lọc RC:
Ngõ vào
ac
RL
Chỉnh lưu RA B
Mạch lọc RC
C1 C2
V'r(p-p)
t
t
t
Vdc
V'dc
Vr(p-p)
Đường xả của tụ
Dạng sóng vào, ra của mạch chỉnh lưu có tụ lọc
Dạng sóng chưa qua tụ
T2
(c)
t
V’’dc V’’r(p-p)
Daïng soùng maïch loïc RC:
Dạng sĩng ngõ ra chỉnh lưu sau khi qua mạch lọc RC
Dạng sóng ra mạch chỉnh lưu có tụ lọc trong trường hợp chỉnh lưu bán
kỳ, toàn kỳ:
V'r(p-
p)
Đường xả của
tụ
Dạng sóng vào, ra của mạch chỉnh lưu có tụ
Dạng sóng chưa
qua tụ
t
Dạng sóng chưa
qua tụ
t
Dạng sóng đã qua tụ
Dạng sóng đã qua tụ
Đường xả của
tụ
VDC
VDC
5.Mạch lọc RL:
C2C1 RL
Từ chỉnh lưu
đến
L
Mạch lọc RL
.
Ưu điểm của mạch dùng LC
Cả hai cuộn cảm và tụ đều làm cho giảm điện áp gợn sĩng ngõ ra.
Giảm nhiệt cho mạch chỉnh lưu và biến áp.
Khi gia tăng dịng điện tải thì điện áp ngõ ra ít bị ảnh hưởng hơn.
Nhược điểm của mạch dùng LC
Cuộn cảm thì nặng, cồng kềnh và đắt tiền.
Nếu mạch cơng suất cao thì dùng cuộn cảm sẽ bị hạn chế.
Điện áp gợn sóng
Sự biến đổi của ngõ ra DC sau khi lọc
% Gợn sóng = (Vripple/ VDC) x 100%
Vr(p-p)
t
Vdc
IV. Thông số kỹ thuật của diode:
Thông số
Ký
hiệ
u
IN40
0
1
IN4
0
0
2
IN4
0
0
3
IN4
0
0
4
IN4
0
0
5
IN4
0
0
6
IN40
0
7
Đơn vị
Điện áp ngược cực đại VRM 50 100 200 400 600 800 1000 V
Điện áp ngược hiệu dụng VR(rms) 35 70 140 280 420 560 700 V
Dòng điện thuận trung
bình đã chỉnh lưu ( 1
pha, tải trở, 60 Hz)
I0 1.0 A
Khoảng nhiệt độ mối nối
hoạt động
Tj -65 đến +175
0C
Đặc tuyến vol_ampere của diode zenner
I
Ký hiệu
Khi phân cực thuận giống như Diode thường.
Khi phân cực nghịch, nếu Vnghịch < VZ thì điện áp trên zener
gần như bằng điện áp vào.
Khi phân cực nghịch, nếu Vnghịch VZ thì điện áp trên zener
sẽ bằng điện áp danh định của zener VZ.
V. Diode zener - Đặc tính:
Một số diode zener thường gặp:
Tên gọi
Công suất tiêu tán
cực đại
Vt Dòng điện ngược danh định
1N702 0.25 2.6 5
1N703 0.25 3.4 5
1N706 0.25 5.8 5
1N707A 0.25 8 5
1N708 0.25 5.6 25
1N711A 0.25 7.5 25
1N714 0.25 10 12
1N758 0.4 10 20
1NH1525 1 15 13
Ví dụ: Cho mạch điện như
hình trên với R1 = 300,
R2 = 1200. Hãy xác định
phạm vi biến thiên cho
phép của Vi để điện áp trên
tải ổn định ở mức 10v.
Mạch ổn áp dùng diode zener
Ứng dụng Diode zener:
•
PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM TRA DIODE
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_dien_tu_can_ban_bai_4_diode_ban_dan.pdf