Tài liệu thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất, chương 1 doc

TRANG : 5
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
I.
DIODE.
1. Cấu Tạo.
Diode được cấu tạo bởi tinh thể Silicium hay Germanium, gồm
2 lớp bán dẫn P_N có sự nhạy cảm với nhiệt, điện và quang. Diện
tích mặt ghép có khi đạt tới hàng chục cm
2
,
mật độ dòng điện
10A/mm
2
và khi diode cho dòng đònh mức chảy qua, điện áp rơi
trên diode khoảng 12 V.
Ký hiệu : Diode được viết tắt là :D

2. Nguyên lý hoạt động .
Khi ta áp lên cực Anode (A) của diode một điện áp cao hơn ở
cực Cathode (K) thì diode bắt đầu dẫn và cho dòng chạy qua.
Thường khi diode dẫn thì U
AK
=0.7V.
Khi ta tác động lên diode một điện áp xoay chiều thì ½ chu kỳ
dương của điện áp nguồn, diode được phân cực thuận cho dòng
chạy qua, ở chế độ này là bảo hoà (ON). Trong ½ chu kỳ âm của
nguồn, diode được phân cực ngược trở thành vật cách điện gọi là
chế độ khoá (OFF).
a. Từ chế độ ON sang OFF (Hình I.2a).
Khi V
A

>V
K
, nhiều điện tử từ vùng N vượt qua mặt ghép J sang
vùng P để đến cực dương của nguồn. Nếu diode bò đặt dưới điện áp
ngược (âm) các điện tử đang có mặt ở vùng P quay trở về vùng N.
Sự di động quay trở về này của các điện tử tạo nên dòng điện
ngược chạy qua diode từ K đến A, trong khoảng thời gian ngắn
nhưng cường độ lớn hơn nhiều so với dòng điện ngược bình thường.
Hình I.1
Cấu tạo và ký hiệu của diode.
P N
Hàng rào điện thế
P -+ N
TRANG : 6
Cường độ này lúc đầu thì lớn rồi suy giảm và sau một khoảng thời
gian, nó giảm xuống bằng 0. Thời gian này gọi là T
OFF
(turn offtime)
và được tính bằng s.
b. Từ chế độ OFF sang ON (hình I.2b)
Diode đang ở chế độ khoá, dòng điện ngược rất nhỏ, không
đáng kể. Nếu diode được đặt dưới điện áp thuâïn, dòng điện cũng
không thể đạt giá trò U/R ngay mà phải sau một khoảng thời gian
(ký hiệu Ton) để các điện tích đa số đồøng loạt di động.
Chú ý : khi điện áp nguồn biến thiên ở tần số cao vào khoảng f
= 100khz thì diode bình thường sẽ không còn chế độ khoá nữa.
Quá Trình Quá Độ của Diode :
Hình I.3 dưới đây cho ta thấy được dạng sóng thể hiện quá
trình quá độ của Diode.

+u
0
-u


Hình I.2
Các chế độ phân cực cho diode.
UD
UR
_
+
U
DIODE
1k
t
t
U
a.
b.
TRANG : 7
V
D
+u
+v
0
-v

0

-u

3. Đặc tuyến volt_ ampe của diode.

U  Udmax
Umax
Hình I.3
Sơ đồ và các dạng sóng của diode.
0
I(mA
)
TRANG : 8
4. Các thông số kỹ thuật cơ bản để lựa chọn diode.
-Dòng điện đònh mức I
đm
(A).
-Điện áp ngược cực đại U
ng
max.
-Điện áp rơi
U (V).
-Chất bán dẫn chế tạo để có điện áp thềm (U
) và
U
dmax
-Dòng điện bảo hoà nghòch I
s
.
Công thức tính :
Id = Is (e

Ud/26mv
-1) (1_1)
Khi U
AK
> U  thì I
d
= I
s
e
Ud/26mv
(1_2)

Khi U
AK
< 0V thì I
d
= I
s
(1_3)
5. Tổn hao trong diode.
-Tổn hao do dòng điện thuận. (1)
-Tổn hao do dòng điện ngược. (2)
-Tổn hao do chuyển mạch. (3)
(1), (2) có giá trò tổn hao lớn và thường tính toán bằng dựa
vào tuyến tính hóa từng đoạn đặc tính V_A của diode.
Đối với nhánh đặc tính thuận của diode được tính bằng biểu
thức
U
th
= U

o
+ R
d
I
th
(1_4)
U
o
là giá trò sụt áp ban đầu của diode.
U
th
, I
th
là giá trò áp và dòng tức thời chiều thuận của
diode.
Công suất tổn hao trung bình của diode trong một chu kỳ :
T là chu kỳ điện áp cung cấp,
 là thời gian dẫn của dòng
thuận
Từ (1-4),(1_5) ta có :
Hình I.4
Đặt tuyến volt – ampe của diode.
(1_5)
TRANG : 9
Pth =U
o
I
th
+ R
d

I
2
th
(1_6)
I
tb
, I
th
là dòng điện trung bình và hiệu dụng đi qua diode.
Đối với nhánh đặc tính theo hướng ngược của diode thì biểu
thức tính như sau :
i
ng
= I
o
+ G
d
u
ng
(1_7)
Với
u
ng
: là giá trò tức thời của điện áp ngược .
Công suất tổn hao trung bình trong một chu kỳ là :
U
tb
, U
ng
là giá trò trung bình và hiệu dụng của điêïn áp ngược

trên diode.
6.
Ứng dụng của diode .
- Trong các mạch chỉnh lưu.
- Là nhiệm v ghim áp trong mạch …



1
0
2
1
T
ng
dtbngngng
UGUIdtiu
T
P
(1_8)