BT giai san ve diode

ĐHBK Tp HCM – Khoa ĐĐT–BMĐT
Môn: Vật lý bán dẫn –AY1516-S2
GVPT: Hồ Trung Mỹ
Một số BT giải sẵn
Cho trước:
q = 1.6 x 10–19 C; S = 11.9 x 8.85 x 10–14 F/cm; VT = kT/q = 0.026V ở T =300 K; ni (Si) = 1010 cm–3.
 Chương 4 – Chuyển tiếp pn
1. Kể tên theo thứ tự các bước chế tạo chuyển tiếp PN theo công nghệ planar. Tác dụng của lớp SiO2 là gì?
BG.


Các bước chế tạo chuyển tiếp pn theo cơng nghệ planar theo thứ tự là:
1.
Oxy hóa
2.
Quang khắc
3.
Khuếch tán hay cấy ion
4.
Kim loại hóa



Lớp SiO2 được dùng làm lớp cách điện trong một số cấu trúc dụng cụ hoặc làm các rào
chắn sự khuếch tán và cấy trong chế tạo dụng cụ.

2. Chuyển tiếp bước [một bên] pn+ có đặc điểm gì?
BG.
Chuyển tiếp bước [một bên] pn+ có đặc điểm:
 Nồng độ tạp chất bên N (ND) >> nồng độ tạp chất bên P (NA)
 Miền nghèo hầu như nằm bên P (vì WP/WN = ND/NA >> 1  WP >> WN).

3. Xác định xem các diode sau đang được phân cực như thế nào (thuận, cân bằng hay ngược) ở mỗi trường
hợp?

(a)

(b)

(c)

BG.
Loại BT này thường nhận xét hiệu điện thế của V1 – V2 của dạng tổng quát sau:

V1 – V2

Diode D

< 0

Được phân cực ngược

=0

Không phân cực

>0

Được phân cực thuận

Áp dụng vào câu này ta có:

Trường hợp

V1

V2

V1 – V2

Diode

(a)

–10

+5

–10 –5 = –15 < 0

Được phân cực ngược

(b)

–5

–12

–5 –(–12) = 7 > 0

Được phân cực thuận

(c)

14.73

0

14.73 > 0

Được phân cực thuận

Chú ý: Trong (c), dùng mạch tương đương Thévenin cho phần bên trái R ta tính được
V1 = 18 x10/(10 +1) – 18 x 1/(10+1) = 18 x 9/11 = 14.73

VLBD_AY1516-S2_BT giải sẵn – trang 1/5


4. Một chuyển tiếp P-N Si loại bước, bên miền P có NA= 3 x 1016cm-3 và miền N có ND =2 x 1016cm-3.
a) Khi khơng có phân cực, hãy tìm Vbi, W, WN và Em.
b) Hãy tìm W khi có phân cực ngược VA = –5 V.
BG.
a) Khi khơng có phân cực:



Vbi = VTln(NAND/ni2) = 0.026 ln(3x1016 x 2x1016/1020) = 0.76499 V  0.765 V
W



2 SVbi

q

 1
1 



 N A N D  = 28.969 x 10–6 cm  28.97 x 10–6 cm = W0



NAWP = NDWN và W0 = WN + WP
Suy ra:
WN = W0/(1+ ND/NA) = 28.97 x 10–6 cm / ( 1 + 2x1016/3x1016)  17.38 x 10–6 cm



Em = –2Vbi/W0 = – 52813.25 V/cm  –52813 V/cm

b) Khi có phân cực ngược VA = –VR = –5V

W(5)/W0 =

1

VR
= 2.734  W(VR = 5V) = W(5) = 2.734 x W0  79.2 x 10–6 cm
Vbi

>>> Hình vẽ cho 2 câu tiếp theo

Hình 1

Hình 2

5. Với mạch ở hình 1, ngõ vào vin = 5sint V, hãy vẽ dạng sóng ngõ ra vout với mơ hình: a) lý tưởng và b)
sụt áp hằng (VON=0.7V).
BG.

NX:



Ở bán kỳ dương của ngõ vào nếu vin > 3.3V + VON thì diode phía trên dẫn.
Ở bán kỳ âm của ngõ vào nếu –vin > VON thì diode phía dưới dẫn.

VLBD_AY1516-S2_BT giải sẵn – trang 2/5


6. Với mạch ở hình 2, hãy tìm I và V với mơ hình diode lý tưởng?
BG.
Hình 2 (a) D1 – OFF và D2 – ON
I = (2 + 5)V/2k = 3.5 mA
V = 2 Volt

Hình 2 (b) D1 – ON và D2 – OFF
I = ( 5 – 1)V/2k = 2 mA
V = 1 Volt

7. Cho trước các mạch diode sau:

Hình 3
Hình 4
a) Với mạch ở hình 3, hãy tìm I và V với mơ hình diode lý tưởng?
b) Với mạch ở hình 4, hãy tìm I và Vo với mơ hình diode:
(i) Sụt áp hằng với VON=0.7V
(ii) Tuyến tính từng bước với VON= 0.7V và rD = 20.
BG.
a) Giả sử cả 2 diode đều dẫn (khi đó V = 0 Volt) và ký hiệu dòng qua các điện trở 5k và 10k
tương ứng là IA và IB, ta có
IA = (3V – 0V)/5k = 0.6 mA
IB = (0V –(–3V))/10k = 0.3 mA
Suy ra I = IA – IB = 0.6 – 0.3 = 0.3 mA
Như vậy I = 0.3 mA và V = 0 Volt

b) NX: Cả 2 diode đều dẫn,
a) Sụt áp hằng VON = 0.7V
Ta có:
I = (15 – 2x0.7)/2k = 13.6V/2k = 6.8mA
VO = –IR = –6.8mA x 2k = –13.6V

b) VON= 0.7V và rD = 20
Ta có:
I = (15 – 2x0.7)/(2k + 2x20)
= 13.6V/2040 = 6.7mA
VO = –IR = –6.7mA x 2k = –13.4V

8. Với mạch ở hình 5, cho trước VS = 10V, L = 50 nH, R1 = 10 k, và varicap (dùng chuyển pn tiếp bước)
có Vbi = 0.8V và CJ0 = 120 pF. Hãy tìm giá trị của R2 để mạch cộng hưởng ở tần số f = 99 MHz?

VLBD_AY1516-S2_BT giải sẵn – trang 3/5


Hình 5
BG.




Hình 6

Hình 7

Mạch cộng hưởng có (2f)2 = 1/LC  CJ = C = 1/((2f)2L) = 51.689 pF  51.7 pF
Với varicap: (1 + VR/Vbi) = CJ0/CJ  VR = Vbi (CJ0/CJ – 1) = 1.053 V  1.05 V
Mạch chia áp có VR = R1VS/(R1+R2)  R2 = R1 (VS/VR – 1) = 84.585 k

9. Với mạch tạo các điện áp tham chiếu ở hình 6 hãy tìm
a) VO1, VO2, dịng qua các diode với LED trắng có VLED = 4V và diode thường có VON = 0.7V?
b) Công suất do nguồn điện cấp, công suất tiêu tán trên LED và công suất tiêu tán trên các Zener.
BG.
a) Vì các Zener dẫn ngược, diode thường ON và LED dẫn, ta có
 VO1 = 3.3 V + 0.7V = 4V
 VO2 = VO1 + 6V = 4 + 6 = 10 V
 I = (40 – VO2 – VLED)/1.3k = 40 – 10 – 4)/1.3k = 26/1.3k = 20 mA
b) Tính các cơng suất
 Cơng suất do nguồn điện cấp P = 40V x I = 40V x 20 mA = 800 mW
 Công suất tiêu tán trên LED: PLED = VLED x I = 4 x 20 mA = 80 mW
 Công suất tiêu tán trên các Zener Pzeners = (6 + 3.3) x I = 9.3 x 20 mA = 186 mW

10. Cho trước mạch ở hình 3, với VS = 8V, Zener có VZ = 5V và PZmax= 200mW.
a) Nếu RL = , tính trị số của R để Zener được phân cực với IZ = IZmax/2.
b) Nếu RL = 200 , tính lại trị của R để Zener được phân cực với IZ = IZmax/2.
c) Nếu dùng kết quả của a) thì RL phải thuộc dải giá trị nào để Zener vẫn ở miền ổn áp.
BG.
Theo đề bài thì ta có IZmax = PZmax/VZ = 200 mW/5V = 40 mA và chọn IZmin = IZmax/10 = 4 mA
a) R = (VS – VZ) /(IZmax/2) = (8V – 5V)/(40mA/2) = 3V/20mA = 150 .
b) R = (VS – VZ) /(IZmax/2 + VZ/RL) = (8V – 5V)/(40mA/2 + 5V/200) = 3V/45mA = 66.67 .
c) Từ yêu cầu để Zener vẫn trong miền ổn áp: IZmin < IZ < IZmax, ta tìm được điều kiện cho RL:
VZ/(IS – IZmin) < RL < VZ/(IS – IZmax) với IS = (VS – VZ)/150  = 20mA
Suy ra:

VLBD_AY1516-S2_BT giải sẵn – trang 4/5


312.5  < RL < –250 !
Tuy nhiên tính máy móc cho giới hạn trên trong trường hợp này sẽ khơng đúng vì với R =
150  thì RL=  dẫn đến IZ = IS = 20mA là dòng lớn nhất có thể đi qua Zener trong trường hợp này,
do đó vế phải của bất đẳng thức phải là .
Vậy nghiệm là RL > 312.5 

VLBD_AY1516-S2_BT giải sẵn – trang 5/5