Bài giảng Điện tử tương tự và ứng dụng - Chương 2: Diode

Điện tử tương tự và ứng dụng

Chương 2

Diode

1

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Diode

Tiếp xúc kim loại

2

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Hình dáng các diode

3

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Phân cực thuận

Phân cực thuận: trạng thái cho phép dòng điện chạy ngang qua tiếp giáp pn.

• Phía cực âm của V_BIASđược kết nối với miền n.

• Phía cực dương của V_BIASđược kết nối với miền p.

• Điện áp phân cực V_BIASphải lớn hơn điện thế rào (barrier potential) V_BARRIER

.

Miền p

Miền n

4

Phân cực thuận

Miền p

Miền nghèo

Miền n

Điện thế rào

• Phía cực âm của nguồn điện áp phân cực đẩy các điện tử tự do

trong miền n về phía tiếp giáp, cung cấp luồng điện tử liên tục

thông qua kết nối bên ngoài (chất dẫn điện) vào trong miền n.

• Phía cực dương của nguồn điện áp phân cực thu hút các điện tử

hóa trị về phía đầu cuối trái của miền p. Các lỗ trong miền p di

chuyển về phía phải hướng đến tiếp giáp.

5

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Phân cực thuận

Miền nghèo

(a) Ở trạng thái cân bằng(không phân cực)

Điện thế rào

Miền nghèo

(b) Phân cực thuận thu hẹp miền nghèo và tạo ra giảm áp ngang

qua tiếp giáp pn xấp xỉ bằng với điện thế rào.

6

Phân cực nghịch

Phân cực nghịch: trạng thái, về bản chất, ngăn cản dòng điện chạy qua

diode.

– Phía cực dương của V_BIASđược kết nối với miền n

– Phía cực âm của V_BIASđược kết nối với miền p.

– Miền nghèo hạt mang điện đa số rộng hơn nhiều so với khi

phân cực thuận.

Miền n

Miền p

7

Đặc tính V-I của diode

Đặc tính V-I khi phân cực thuận :

(a) Điện áp phân cực nhỏ (V_F< 0.7 V),

dòng thuận rất nhỏ.

(b) Điện áp thuận đạt đến và duy trì gần như

là hằng số xấp xỉ 0.7 V. Dòng điện thuận tiếp

tục tăng khi điện áp phân cực tăng.

8

Đặc tính V-I của diode

Đặc tính V-I khi phân cực thuận:

Chỗ uốn

(b) Mở rộng phần đường cong (chỗ uốn) của (a).

Điện trở động r_dgiảm khi ta di chuyển lên phía

trên đường cong, được chỉ ra bởi việc giảm giá trị

của r_d= ΔV_F/ ΔI_F.

(a) Đường đặc tuyến V-I khi phân

cực thuận.

9

Đặc tính V-I của diode

Đặc tính V-I khi phân cực nghịch:

Chỗ uốn

10

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Đặc tính V-I của diode

Miền phân cực thuận

(nV_T)

Miền phân cực nghịch

I_S: dòng bão hòa nghịch

V_T: điện áp nhiệt

Phân cực thuận

Tỉ lệ đã nén

(ở 25^oC)

k = hằng số Boltzmann

T = nhiệt độ tuyệt đối

q = điện tích của điện tử

Phân cực nghịch

Đánh thủng

n: hệ số phát xạ (1 ≤ n ≤ 2

phụ thuộc vào vật liệu).

Tỉ lệ đã giãn

11

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Đặc tính V-I của diode

• Có 2 nguyên nhân gây ra đánh thủng (breakdown): nhiệt và điện.

• Đánh thủng về nhiệt xảy ra do sự ꢀch lꢁy nhiệt trong miền nghèo hạt

mang điện. Dꢀng I_Stăng gꢁp đôi khi nhiꢂt đꢃ tăng 10C

• Đánh thủng về điện được phân làm 2 loại: đánh thủng thác lꢁ và đánh

thủng xuyên hầm

• Đánh thủng thác lꢁ xảy ra trong các ꢂếp giáp P-N có bề dày lớn, trường

điện trong miền nghèo hạt mang điện có trị số khá lớn. Trường điện này

gia tốc cho các hạt mang điện, gây ra hiện tượng ion hóa va chạm làm

sản sinh nhꢃng cặp điện tử-lỗ. Các hạt mang điện vừa sinh ra này lại

ꢂếp tục được gia tốc và ion hóa các nguyên tử khác làm số lượng hạt

mang điện tăng cao, dẫn đến dòng điện trong diode sꢄ tăng vꢅt.

• Đánh thủng xuyên hầm xảy ra ở nhꢃng miền nghèo hạt mang điện

tương đối hẹp, tức là ꢂếp giáp của nhꢃng bán dẫn có mật độ hạt mang

điện đa số rất lớn. Trường điện trong miền nghèo rất lớn, có khả năng

gây ra hiệu ứng “xuyên hầm”, tức là điện tử trong dải hóa trị của bán

dẫn P có khả năng chui qua hàng rào thế để chạy sang dải dẫn của bán

dẫn N, làm cho dòng điện tăng vꢅt.

12

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Đặc tính V-I của diode

Hiệu ứng nhiệt độ:

13

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Hoạt động lý tưởng của diode

Mô hình diode lý tưởng

Phân cực thuận

Phân cực nghịch

(a) Phân cực thuận

Mô hình diode lý tưởng

(a) Phân cực nghịch

14

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Hoạt động lý tưởng của diode

Phân cực thuận

Phân cực nghịch

Phân cực

Chuyển mạch

tương đương

Điện trở

Vô cùng

Dòng điện A đến K được

xác định bởi điện trở và

điện áp bên ngoài

Dòng điện

Bằng với điện

áp phân cực

Điện áp A đến K

15

Hoạt động lý tưởng của diode

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm dòng điện và điện áp của các diode

trong các mạch điện sau đây.

16

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Hoạt động lý tưởng của diode

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm giá trị của I và V trong các mạch

điện sau đây.

17

Ứng dụng đơn giản: mạch nắn điện

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm điện áp ngõ ra ở mạch điện sau đây.

18

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Ứng dụng đơn giản: mạch nắn điện

TD: Giả sử diode là lý tưởng, tìm phần của mỗi chu kỳ mà trong thời

gian của phần này diode dẫn điện, và giá trị đỉnh của dòng điện qua

diode.

19

Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM

Mô hình giảm áp hằng số

(a) Phân cực thuận

(c) Đường đặc tuyến V-I (silicon)

Điện áp 0.7 V được gꢅi tên là V , V_DOhoặc V_F

ɤ

(b) Phân cực nghịch

20

Bài giảng Điện tử tương tự và ứng dụng - Chương 2: Diode - Tống Văn On