Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Hoàng Văn Hiệp

Kỹ thuật điện tử
Hoàng Văn Hiệp
Bộ môn Kỹ Thuật máy tính – Khoa Công nghệ thông tin
Mob. 091 609 3209
Email:


Electronic Technique – HiepHV KTMT


Kỹ thuật điện tử

Chương 2. Diode
Hoàng Văn Hiệp
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa công nghệ thông tin
Trường đại học Bách khoa Hà nội

Electronic Technique – HiepHV KTMT


Nội dung chương 2
 1. Cấu tạo diode
 2. Nguyên lý hoạt động diode
 3. Đặc tuyến vol-ampere của diode
 4. Các tham số giới hạn diode
 5. Sơ đồ tương đương diode
 6. Một số ứng dụng diode
 7. Một số loại diode đặc biệt

Electronic Technique – HiepHV KTMT

1. Cấu tạo diode
 Diode là gì?

 Diode là một trong những linh kiện

điện tử được sử dụng rộng rãi
nhất và đóng vai trò quan trọng
trong các mạch điện tử như mạch
chỉnh lưu, mạch ghim...
Electronic Technique – HiepHV KTMT


1. Cấu tạo diode
 Diode được tạo thành từ lớp bán dẫn pha tạp loại

p và bán dẫn pha tạp loại n ghép tiếp xúc công
nghệ với nhau như hình vẽ:
p

n

 Các quá trình vật lý xảy ra giữa hai lớp bán dẫn

này được sử dụng để tạo thành tính chất cho
diode.

Electronic Technique – HiepHV KTMT

Cấu tạo diode
 Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong

mạch điện được biểu diễn như sau:
A
K
 Diode có hai cực:
 Cực A (anốt) là cực nối với lớp bán dẫn p.
 Cực A còn gọi là cực dương.
 Điện thế tại anốt được ký hiệu là UA.

 Cực K (katốt)là cực nối với lớp bán dẫn n.
 Cực K còn gọi là cực âm.
 Điện thế tại katốt được ký hiệu là UK.
Electronic Technique – HiepHV KTMT


Nội dung chương 2
 1. Cấu tạo diode
 2. Nguyên lý hoạt động diode
 3. Đặc tuyến vol-ampere của diode
 4. Các tham số giới hạn diode
 5. Sơ đồ tương đương diode
 6. Một số ứng dụng diode
 7. Một số loại diode đặc biệt

Electronic Technique – HiepHV KTMT


2. Nguyên lý hoạt động

 UA≥UK thì diode phân cực thuận(diode thông mạch).

Dòng điện qua diode hoàn toàn, trở kháng diode
bằng không, đoạn mạch chứa diode coi như ngắn
mạch.
 UADòng điện đi qua diode bằng không, trở kháng diode
bằng vô cùng, đoạn mạch chứa diode coi như hở
mạch.
Tính chất
van dòng
điện!
Electronic Technique – HiepHV KTMT


Nội dung chương 2
 1. Cấu tạo diode
 2. Nguyên lý hoạt động diode
 3. Đặc tuyến vol-ampere của diode
 4. Các tham số giới hạn diode
 5. Sơ đồ tương đương diode
 6. Một số ứng dụng diode
 7. Một số loại diode đặc biệt

Electronic Technique – HiepHV KTMT


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Đặc tuyến vol-ampere là đồ thị biểu diễn mối quan hệ

giữa điện áp và dòng điện qua diode. Đặc tuyến volampere của diode bán dẫn được mô tả như sau:

Electronic Technique – HiepHV KTMT


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Đặc tuyến Vol-Ampere của diode chia 3 vùng
 Vùng 1: diode phân cực thuận.

Khi một điện áp dương đặt tới hai đầu diode đủ lớn,
diode sẽ cho dòng điện chảy qua hoàn toàn. Diode có
thể coi như ngắn mạch
 Vùng 2: diode phân cực ngược.

Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện
chảy qua diode là rất nhỏ. Khi điện áp âm lớn hơn vài
phần trăm vol, dòng điện ngược sẽ không đổi và đạt
tới dòng bão hòa ngược là ID=-I0.
Electronic Technique – HiepHV KTMT


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Vùng 3: vùng đánh thủng.

Khi điện áp âm đủ lớn đặt vào hai đầu diode (khoảng
-100V), dòng điện ngược qua diode tăng đột ngột khi
điện áp không thay đổi, tính chất van của diode bị phá
hỏng. Hiện tượng này được gọi là Zener hay đánh
thủng. Điện áp mà tại đó xảy ra hiện tượng trên gọi là
điện áp đánh thủng, ký hiệu là VBR.

Electronic Technique – HiepHV KTMT


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Công thức Shockley
 Tại vùng 1 và 2 đặc tuyến Vol-Ampere tuân theo biểu

thức Shockley

ID

I0. e

q .VD

nkT

1

 q là điện tích electron, 1.6022 x 10-19 C.
 k là hằng số Boltzmann, 1.3806 x 10-23 J/K.
 I0 là dòng điện bão hòa ngược, giá trị từ 10-16 đến 1μA.
 T là nhiệt độ ở thang Kelvins (K).
 n là hằng số hiệu chỉnh, về lý thuyết lấy giá trị 1, trên

thực tế lấy giá trị từ 1 đến 2 đối với diode thực.
Electronic Technique – HiepHV KTMT

3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Ở nhiệt độ chuẩn (25oC, 298.16K) có

q
kT
 Suy ra

ID

1

38.92V

I 0 .(e

38.92.VD

n

1)

 Đơn giản hơn biểu thức Shockley
VD

ID

I0. e

VT .n

1

Electronic Technique – HiepHV KTMT

V
Với T

kT

q


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Khi diode phân cực thuận với điện áp đủ lớn thì thành

phần -1 có thể bỏ qua
 Ví dụ, khi n=1, VD=0.1 ở nhiệt độ phòng,

e

38.92.VD

n

e

3.892

49.01

 So với giá trị 1, nếu chấp nhận sai số 2% thì ta có thể

bỏ qua giá trị -1 trong biểu thức tính ID khi vD>0.1V


VD

ID

I0. e

VT .n

Electronic Technique – HiepHV KTMT

(VD > 0.1V)


3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode
 Khi diode phân cực ngược với VD < -0.1 V thì

e

38.92.VD

n

e

3.892

0.02

 Chấp nhận sai số 2% thì 0.02 có thể bỏ qua

so với 1 nên


ID

I0

(VD < -0.1V)

Electronic Technique – HiepHV KTMT


Nội dung chương 2
 1. Cấu tạo diode
 2. Nguyên lý hoạt động diode
 3. Đặc tuyến vol-ampere của diode
 4. Các tham số giới hạn diode
 5. Sơ đồ tương đương diode
 6. Một số ứng dụng diode
 7. Một số loại diode đặc biệt

Electronic Technique – HiepHV KTMT


4. Các tham số giới hạn diode

 Điện áp ngược cực đại Ungcmax là điện áp ngược

lớn nhất để diode còn thể hiện tính chất van
(chưa bị đánh thủng). Ungcmax thường chọn bằng
80% điện áp đánh thủng VBR.
 Dòng điện cực đại qua diode khi phân cực thuận
IAcf .
 Công suất tiêu hao cực đại trên cho phép trên
diode để chưa bị hỏng vì nhiệt PAcf.
 Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên
diode để nó còn có tính chất van fmax.
Electronic Technique – HiepHV KTMT


Nội dung chương 2
 1. Cấu tạo diode
 2. Nguyên lý hoạt động diode
 3. Đặc tuyến vol-ampere của diode
 4. Các tham số giới hạn diode
 5. Sơ đồ tương đương diode
 6. Một số ứng dụng diode
 7. Một số loại diode đặc biệt

Electronic Technique – HiepHV KTMT


5. Sơ đồ tương đương diode
 Nhận xét: Đặc tuyến Vol-Ampere của diode là phi

tuyến

 Tính toán khó khăn
 Vì vậy, để đơn giản người ta đưa ra một số các sơ đồ
tuyến tính tương đương của diode. Mỗi một sơ đồ có
độ chính xác khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng
mà người thiết kế quyết định chọn sơ đồ nào cho phù
hợp
 Sơ đồ tương đương tuyến tính của diode bán dẫn
trong chế độ một chiều.
 Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín
hiệu nhỏ, tần số thấp
Electronic Technique – HiepHV KTMT


5. Sơ đồ tương đương diode
 Sơ đồ tương đương 1
 Sơ đồ tương đương đơn giản nhất cho diode

bán dẫn gọi là diode lý tưởng.
- Khi vD>0 thì diode cho dòng điện đi qua hoàn
toàn. Diode coi như bị ngắn mạch.
- Khi vD<0 thì diode ngăn không cho dòng điện
đi qua. Diode coi như bị hở mạch.
Hình biểu diễn của diode lý tưởng giống như
diode bán dẫn nhưng có thêm chữ Ideal (lý
tưởng) ở phía trên

Electronic Technique – HiepHV KTMT


5. Sơ đồ tương đương diode

 Sơ đồ tương đương 2:
 Sơ đồ tương đương chính xác

hơn.
 Điện trở Rth cho phép điện áp
phân cực
thuận nhận giá trị khác 0.
 Giá trị của Rth nằm trong
khoảng 1 đến 50Ω.

Electronic Technique – HiepHV KTMT


5. Sơ đồ tương đương diode
 Sơ đồ tương đương 3
 Một nguồn điện 1 chiều V0 mắc nối tiếp với điện trở sẽ

làm cho đặc tuyến vol-ampere gần với đặc tuyến thực
hơn.
Giá trị của V0 nằm trong khoảng 0.4 đến 0.7V.
 Từ sơ đồ tương đương hình (c) ta có:
Khi VD > V0

VD

V0

I D .Rth

Electronic Technique – HiepHV KTMT

5. Sơ đồ tương đương diode
 Sơ đồ tương đương 4:

Sơ đồ tương đương cho vùng đánh thủng
Zener.Giá trị của nguồn 1 chiều đúng bằng điện
áp đánh thủng VBR

Electronic Technique – HiepHV KTMT


5. Sơ đồ tương đương diode
 Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu

nhỏ, tần số thấp :
 Ở đây, ta sẽ xem xét các mạch tín hiệu nhỏ, tức là tín hiệu có

biên độ là nhỏ so với điện áp và dòng điện 1 chiều tại điểm
làm việc. Khi các thành phần tần số của tín hiệu là thấp,
chúng ta có thể bỏ qua tác động điện dung trong diode.
 Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu
nhỏ chỉ là một điện trở động

Electronic Technique – HiepHV KTMT