tài liệu Diode bán dẫn hay nhất

Chương 2. Điôt bán dẫn
2.1. Chất bán dẫn

Chất bán dẫn (Semiconductor) là
chất nằm giữa chất dẫn điện và chất
cách điện về khả năng dẫn dòng điện.
Chất bán dẫn hoạt động như một chất
cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn
điện ở nhiệt độ phòng, khi ở nhiệt độ
phòng: ρ = 10-4 ÷ 107 Ω.m.
1


2.1.3. Chất bán dẫn thuần
Chất bán dẫn mà ở mỗi nút của mạng tinh thể của
nó chỉ có nguyên tử của một loại nguyên tố thì chất
đó gọi là chất bán dẫn thuần (Intrinsic).
Hai chất bán dẫn thuần hay được sử dụng nhất
trong kỹ thuật điện tử là Silic và Gecmani. Trong đó
Si được sử dụng nhiều hơn Ge.

Silicon

Germanium

Hình 2.2. Cấu trúc nguyên tử của Si và Ge

2


Hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần

các electron góp chung

Hình 2.3. a)Cấu trúc mạng tinh thể; b)Liên kết cộng hoá trị trong Si.

n = p = ni
Đối với Silic:
3


2.1.4. Chất bán dẫn loại P và loại N
Có hai chất bán dẫn tạp chất đó là loại N và loại P.
2.1.4.1. Chất bán dẫn loại N
Ở chất bán dẫn tạp loại N: nồng độ hạt dẫn điện tử (nn)
nhiều hơn nhiều nồng độ lỗ trống pn và điện tử được gọi
là hạt dẫn đa số, lỗ trống được gọi là hạt dẫn thiểu số:
nn >> pn

4


2.1.4.2. Chất bán dẫn loại P
Để tạo ra chất bán dẫn loại P, người ta pha các nguyên
tử có hoá trị III,ví dụ như các nguyên tử Al(nhôm), B(Bo),
In(Indi), Ga(Gali), vào chất bán dẫn thuần Silic hoặc
Gemani.

Mức năng
lượng tạp
chất

Vùng dẫn

lỗ trống từ
nguyên tử B

Vùng hoá trị

Hình 2.6. Đồ thị vùng năng lượng và cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn loại
P.

Trong chất bán dẫn loại P: pP >> nP
5


2.2. Nguyên lý hoạt động của mặt ghép P – N
2.2.1. Mặt ghép P-N khi chưa phân cực

6


2.2.2. Mặt ghép P-N khi phân cực thuận
Hiện tượng tái hợp

Vùng dẫn
Dòng lỗ trống
Dòng điện tử
Vùng hoá trị
R

Uth
Hình 2.9. Tiếp xúc PN khi phân cực thuận và đồ thị vùng năng lượng .

7


2.2.4. Tiếp xúc P-N khi phân cực ngược

Vùng hoá trị
Vùng dẫn
R
Ung
Hình 2.10. Tiếp xúc PN khi phân cực ngược và đồ thị vùng năng lượng .

8


2.2. ®ièt b¸n dÉn

9


Néi dung
1.
2.
3.
4.
5.

CÊu t¹o

Nguyªn lý ho¹t ®éng
§Æc tuyÕn V«n- Ampe
Mét sè lo¹i ®ièt th-êng gÆp
Mét sè øng dông cña ®ièt

10


2.2.1. CÊu t¹o
Điôt có cấu tạo là một tiếp xúc PN với hai
điện cực nối với hai miền P và N. Điện cực
nối với miền N gọi là catốt và điện cực nối
với miền P gọi là anốt.
Anốt (A)

Catốt(K)

A

K

11


2.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng
Ph©n cùc thuËn:
UAK>0, ®ièt dÉn ®iÖn: ID>0


Ph©n cùc ng-îc :

UAK ≤ 0, ®ièt kh«ng dÉn :
ID=0


12


2.2.3.§Æc tuyÕn v«n- ampe

13


2.2.4. Mét sè lo¹i ®ièt th-êng gÆp

KÝ HIÖU MéT Sè loai §IèT

14




§Ièt chØnh l-u
* Th-êng ®-îc sö dông trong
c¸c m¹ch chØnh l-u.
* §iÖn ¸p sôt trªn ®ièt khi ph©n
cùc thuËn th-êng = 0,7V(Si) vµ
0,3V(Ge)

15

ĐIốt ổn áp
Trong mạch ổn áp, th-ờng làm việc ở chế độ ánh thng
ng-ợc. Khi phan cực thuận diốt zener hoạt động giống
nh- diode chỉnh l-u.
IF

VF

Min n ỏp

Hỡnh 3.11. Ký hiu v c tuyn V-A ca iụt Zener.

16


Điốt tunnel(điốt đ-ờng
hầm): là một điốt có tốc độ
chuyển trạng tháI rất nhanh
Nó có một đặc điểm đặc biệt là
Vùng điện trở âm, nghĩa là khi
điện áp phân cực
tăng thì dòng điện chạy qua
điốt lại giảm.

17


H×nh d¹ng thùc tÕ cña diode tunnel (asaki diode)

Tunnel diodes are usually
made from germanium,
but can also be made
ingallium
arsenide and silicon materials.
They can be used
as oscillators, amplifiers,
frequency
convertersand detectors. [3]

18


varactor diode
Khi điốt phân cực ngược, vùng nghèo có xu hướng mở rộng ra,
thực chất đó là hai khối điện tích trái dấu, khi đó tiếp xúc p-n
được coi như một tụ điện. Điện áp phân cực ngược càng tăng,
điện dung tụ càng lơn. Như vậy có thể dùng điện áp để điều khiển
điện dung . điện dung (C­T) thay đổi từ 40pF đến 4pF khi điện áp
ngược thay đổi từ 1V đến 40V

19










§ièt ph¸t quang
(Led)
§ièt thu quang
§ièt lase
§ièt t¸ch sãng
§ièt Shotky
...

20






Varactors are operated reversebiased so no current flows, but since
the thickness of the depletion
zonevaries with the applied bias
voltage, the capacitance of the diode
can be made to vary .
They are commonly used in parametric
amplifiers, parametric
oscillators and voltage-controlled
oscillators as part of phase-locked
loops and frequency synthesizers.
21

MỘT SỐ THAM SỐ CỦA ĐIỐT
Type

Maximum
Breakdown
Voltage
(Điện áp đánh
thủng)

Maximum
Current Rating
(Dòng cực đại)

Forward
Voltage
Drop(Điện áp
ghim khi phân
cực thuận)

Switching
Speed
(Tốc độ
chuyển
mạch)

Applications
(Ứng dụng)

High Voltage Rectifier
Diodes

30kV

~500mA

~10V

~100nS

HV circuits

General Purpose
diodes

~5kV

~10kA

0.7 - 2.5 V

~25mS

50 Hz Rectifiers

Fast Recovery

~3kV

~2kA

0.7 - 1.5 V

<5uS

SMPS. Inverters,
Resonant ckts.

Schottky Diodes

~100V

~300A

0.2 - 0.9 V

~30nS

LV HF Rectification

Power Zener Diodes

Operates in
break down
~300 V

~75 W

-

-

References, Voltage
Clamps

22


2.2.4. Mét sè øng dông cña ®ièt
1. ChØnh l-u ®iÖn ¸p
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ

23


b. Chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 2 điốt
U2

U21

U22

A
U1

t

U21
U22

Rt

C

Ur
Ur

D2

Khi kh«ng tô

B

Ur

Khi cã tô

t
C n¹p

C phãng

Hình3.19. Mạch chỉnh lưư hai nửa chu kỳ

24


c. Chỉnh lưu cả chu kỳ-( mạch chỉnh lưu cầu)

U2
A

t

D4
U1

D1

U2

Ur
D3

D2

Khi kh«ng tô

Rt

C Ur

B

Ur

Khi cã tô

t

Hình 3.20. Mạch chỉnh lưu cầu.
C n¹p

C phãng

25