Diode là gì? Mạch điện tử cơ bản về Diode

Nguyễn Thanh Tuấn
()


NỘI DUNG
 Diode chỉnh lưu
 Lý tưởng
 Thực tế

 Diode Zener

Nguyễn Thanh Tuấn


 1.1.1 Diode lý tưởng
Ký hiệu và đặc tuyến hoạt động: phi tuyến
Mạch chỉnh lưu bán kì (nửa sóng)
Mạch chỉnh lưu toàn kì (toàn sóng)





 1.1.2 Diode thực tế
Cấu tạo
Đặc tuyến hoạt động và các thông số
Các mô hình tương đương (gần đúng)





 1.1.3 Phân tích mạch diode
Đường tải: DCLL và ACLL
Chế độ tín hiệu nhỏ: Tuyến tính  nguyên lý xếp chồng






Điều kiện
Diode ở chế độ AC  điện trở động
Nguyễn Thanh Tuấn


a) Kí hiệu và đặc tuyến hoạt động
Kí hiệu

Đặc tuyến hoạt động

b) Giải tích mô hình dùng diode lý tưởng
o Nếu diode được phân cực thuận, sụt áp trên diode là 0.
vD=0 với iD>o .Ta được mô hình tương đương :
Nguyễn Thanh Tuấn


o Nếu diode được phân cực nghịch, dòng qua diode là 0.
iD=0 với vD<0 .Ta được mô hình tương đương :

c) Bài tập ví dụ

 Cho mạch như hình vẽ,
tìm dòng qua diode.
Giải
Giả sử diode ON => VD=0 với ID>0
ID >0 (đúng với giả thiết)
Nguyễn Thanh Tuấn


 Cho mạch như hình vẽ, tìm dòng

qua diode.

Giải
Giả sử diode OFF => ID=0 với VD<0
10=104.ID - VD =>VD=-10v , ID=0 (đúng với giả thiết)
d) Mạch chỉnh lưu bán kì (dùng diode lý tưởng)
Sơ đồ mạch
Ngõ vào Vi

Nguyễn Thanh Tuấn


 Khi ngõ vào Vi dương diode được phân cực thuận
Vo=Vi
 Khi ngõ vào Vi âm diode được phân cực nghịch

Vo=0

Ta được dạng sóng Vo (t) :

Trị DC được tính như sau : (Giả sử Vi= Vim sint)

Nguyễn Thanh Tuấn


e) Mạch chỉnh lưu toàn kì (dùng diode lý tưởng)
 Chỉnh lưu toàn kì dùng 2 diode.
Sơ đồ mạch:

 Ở bán kì dương ideal_1 phân cực thuận, ideal_2 phân cực
nghịch =>Vo = Vi

Nguyễn Thanh Tuấn


 Ở bán kì âm ideal_1 phân cực nghịch, ideal_2 phân cực
thuận => Vo=-Vi

Từ đó ta có dạng sóng Vo(t) :

Nguyễn Thanh Tuấn


Chỉnh lưu toàn kì dùng 4 diode.

Sơ đồ mạch:

 Ở bán kì dương D1, D2 phân cực thuận và D3,D4 phân
cực nghịch =>Vo = Vi

Nguyễn Thanh Tuấn


 Ở bán kì âm D1, D2 phân cực nghịch và D3,D4 phân cực
thuận => Vo = -Vi

Từ đó ta có dạng sóng Vo(t) :

Nguyễn Thanh Tuấn


 Trị DC được tính như sau :(Giả sử Vi= Vim sint)

Nhận xét:

Chỉnh lưu toàn kì có ưu điểm là không gây thất thoát áp ở
bán kì âm, vì vậy trị DC của áp ra gấp 2 lần so với chỉnh
lưu bán kì.

Nguyễn Thanh Tuấn


1.1.2.1) Cấu tạo của diode thực tế
Trên một miến bán dẫn tạo
ra một vùng loại P và một
vùng loại N. Thì ngay tại
mặt tiếp xúc sẽ có sự
khuyếch tán điện tử : các etừ lớp N sẽ nhảy sang lớp P
lấp vào lỗ trống của vùng
P. . Như vậy bên lớp N bị

mất e- trở thành ion dương
còn bên lớp P nhận thêm etrở thành ion âm.

A+

Nguyễn Thanh Tuấn

CT

P

N
Tiếp giáp p-n

K-


 Hiện tượng này kết thúc khi hai lớp ion trái dấu này đạt
đến giá trị đủ lớn làm ngăn cản sự chuyển động của các
e- từ N tràn sang P (hai lớp ion này hình thành một lớp
điện trường ngăn cản sự chuyển động của các r từ N
sang P)

 Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối sẽ tạo thành
một điện áp tiếp xúc, gọi là hàng rào điện thế hay
trường điện trường tiếp xúc hướng từ NP
Nguyễn Thanh Tuấn


1.1.2.2) Đặc tuyến hoạt động và các thông số

a) Các thông số quan trọng của diode

Điện áp ngưỡng: VZ (VPIV)
Điện áp mở: Vf

Nguyễn Thanh Tuấn


*) Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của diode

i D  I 0 (e

qvD
nKT

 1)

I0 : Dòng điện bão hòa ngược, amperes (A)
iD : Dòng điện diode, amperes (A)
K : Hằng số Bosman K=1.38x10-23 [J/K]
T : Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin
q : Điện tích electron , 1.6x10-19 [C]
n : Hằng số có giá trị trong khoảng từ 1 đến 2
vD: hiệu điện thế giữa 2 đầu diode, volt (V)
Nguyễn Thanh Tuấn


KT
VT 
q

Khi định nghĩa :

Từ biểu thức:

iD  I 0 (e

qvD
nKT

i D  I 0 (e

 1)

vD
nVT

)

ở nhiêt độ phòng 250c V
: T  25mV
Nguyễn Thanh Tuấn

iD  I 0 (e

vD
nVT

 1)

*) Điện trở của diode
vD
nVT

I 0 (e
)
diD

dvD
nVT

- Điện trở động của diode:

Từ biểu thức:

iD  I 0 (e

vD
nVT

 1)

e

vD
nVT

(2)

iD
 1
I0

nVT
nVT n.25mV
rD 


I 0  iD
iD
iD

Thế (2) vào (1)
ở nhiêt độ phòng 250c

(1)

:

VT  25mV
Nguyễn Thanh Tuấn


- Điện trở tĩnh của diode:

RD = VD/ID

- Điện trở thực của diode : R’D = RD + rB ( rB = 0,1 với
Diode công suất ; rB = 2 với Diode nhỏ)

- Công suất tiêu hao cực đại :

Pmax = ID.VD

*) Sự ảnh hưởng điện dung của diode
X

C

 1

2 .p . f .t

C0 = CJ +CD

Tần số cao XC nhỏ gây ngắn mạch
Tần số thấp  XC lớn hở mạch
CJ : diện dung tiếp xúc: CJ = .A/d . ảnh hướng
lớn đến diode chưa dẫn

CD = dQ/dV. Điện dung khuyếch tán do điện tích phun
vào vùng dẫn khi diode dẫn
Nguyễn Thanh Tuấn


b) Đặc tuyến của diode
iD(mA)

• Phân cực thuận

Phân cực
thuân

qvD
nKT

iD  I 0 (e )

VD
(V)

0
I0

Vf
Vf = 0.7v (Si)
Vf = 0.4v (Ge)

-Khi ta nối điện áp(+) vào Anôt và điện áp (-)
vào Katôt, dưới tác dụng tương tác của điện
áp, miền cách điện thu hẹp lại, Vf đạt 0,7V (
với Diode loại Si ) hoặc 0,4V ( với Diode loại
Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng Đặc tuyến Von-Ampe của Diode
không => Diode bắt đầu dẫn điện.
Nguyễn Thanh Tuấn


• Phân cực ngược
iD(mA)
Phân cực nghịch

0

Vz

I0

Khi ta nối điện áp (+) vào Katôt, điện
áp(-) vào Anôt, dưới sự tương tác của
điện áp ngược, miền cách điện càng
rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối
tiếp giáp.Kết quả dòng điện qua D=0A

Vùng gãy

- Điện áp ngược (Vz ) lớn hơn mức cho
Đặc tuyến Von-Ampe của Diode
phép diode sẽ bị đánh thủng.
KẾT LUẬN : Diode chỉ dẫn điện theo một chiều nhất định(khi phân cực thuận)
Nguyễn Thanh Tuấn


c) Các mô phỏng tương đương của mạch diode thực tế (gần đúng)
a) Mô hình gần đúng thứ 1: mạch tương đương như 1 công tắc có Vf

-Nếu V(nguồn) lớn hơn Vf thì công tắc đóng lại .
-Nếu V(nguồn) nhỏ hơn Vf thì công tắc mở ra.

Nguyễn Thanh Tuấn

b)Mô hình gần đúng thứ 2:
Mô hình tương đương cho phép tính gần đúng thứ 2 là 1 công tắc mắc nối
tiếp với Vf và điện trở của diode rD .

Nguyễn Thanh Tuấn


c. Mô hình 3 với tín hiệu xoay chiều

* Mô hình đơn giản cho kiểu xoay chiều của diode phân cực
ngược.(hình a)
* Mô hình xoay chiều của diode phân cực thuận. (hình b)

- rD : điện trở động của diode.
-Rr : điện trở phân cực ngược, Rr >= 2.106 Ohm
-Cj : điện dung tiếp xúc.
- CD : điện dung khuyếch tán của diode
-

Nguyễn Thanh Tuấn


a. Đường tải: DCLL và ACLL
Ta xét mạch DC cơ bản sau (các mạch khác cũng có thể
chuyển về dạng này bằng cách biển đổi Thevenin):
Ta có đặc tuyến Diode như hình vẽ với

iD  f (uD )


Vth  uD

i

D

Rth

Nguyễn Thanh Tuấn