Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 4: Chuyển tiếp PN (PN Junction) (Phần 3) - Hồ Trung Mỹ
ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT
BMĐT
GVPT: Hồ Trung Mỹ
Môn học: Dụng cụ bán dẫn
Chương 4
Chuyển tiếp PN
(PN Junction)
1
Nội dung chương 4
1. Chuyển tiếp PN – Giới thiệu các khái niệm
2. Điều kiện cân bằng nhiệt
3. Miền nghèo
4. Điện dung miền nghèo
5. Đặc tuyến dòng-áp
6. Các mô hình của diode bán dẫn
7. Điện tích chứa và quá trình quá độ
8. Đánh thủng chuyển tiếp
9. Chuyển tiếp dị thể (Heterojunction)
10. Các loại diode bán dẫn khác
11. Giới thiệu các ứng dụng của diode bán dẫn
2
4.10 Các diode bán dẫn khác
• Diode chỉnh lưu (rectifier)
• Diode ổn áp
• Diode biến dung
• Diode phát quang (LED)
• Diode quang (Photodiode=PD)
• Diode Schottky
• Diode Tunnel (đường hầm)
• . . .
3
Các ký hiệu diode
(diode thường)
(diode ổn áp)
(diode Schottky)
(diode đánh thủng 2 chiều)
(diode biến dung = varactor)
(diode phát quang)
4
4.10.1 Diode chỉnh lưu (Rectifier)
• Diode chỉnh lưu là dụng cụ 2 cực cho điện trở rất thấp
với dòng điện theo 1 chiều và điện trở rất cao ở chiều
ngược lại. nghĩa là cho chỉ 1 cho phép dòng điện chạy
theo 1 chiều (đặc tính chỉnh lưu).
• Điện trở thuận và ngược của diode chỉnh lưu có thể
được suy từ quan hệ dòng-áp của diode thật:
• Với I0 là dòng bão hòa ngược và là hệ số lý tưởng,
tổng quát có giá trị từ 1 (với dòng khuếch tán) đến 2 (với
dòng tái hợp)
5
Điện trở thuận và ngược
• Điện trở thuận DC (hay tĩnh) RF và điện trở tín hiệu nhỏ
(hay động) rF:
• Điện trở ngược DC RR và điện trở ngược tín hiệu nhỏ
rR:
6
• Các diode PN chỉnh lưu về tổng quát có tốc độ chuyển mạch
chậm; nghĩa là nó cần thời gian trì hoãn để có được tổng trở
cao sau khi chuyển mạch từ trạng thái dẫn thuận sang trạng
thái tắt. Trì hoãn này tỉ lệ với thời gian sống của hạt dẫn thiểu
số, với tần số thấp thì nó không ảnh hưởng nhiều. Tuy nhiên
ở những ứng dụng tần số cao nó ảnh hưởng đến hiệu suất
chỉnh lưu.
• Phần lớn các diode chỉnh lưu có tiêu tán công suất từ 0.1W
đến 10W, điện áp đánh thủng từ 50 đến 2500V(với các diode
chỉnh lưu cao áp, người ta mắc nối tiếp từ 2 chuyển tiếp P-N
trở lên), và thời gian chuyển mạch từ 50ns (với diode công
suất thấp) đến khoảng 500ns (với diode công suất cao) .
• Diode chỉnh lưu có nhiều ứng dụng:
– Biến đổi tín hiệu AC thành dạng sóng đặc biệt. TD: chỉnh lưu
bán kỳ, toàn sóng, mạch xén, mạch kẹp, mạch tách sóng đỉnh
(giải điều chế).
– Mạch bảo vệ tĩnh điện
7
– Khóa điện tử . . .
Diode specification sheets
8
9
1N4148
10
1N4148
1N4148
12
Diode
• A diode is formed
by joining an n-type
semiconductor with
a p-type
semiconductor.
• A pn junction is
the interface
between n and p
regions.
Diode symbol
Slides From
Jaeger/Blalock
Microelectronic Circuit Design
McGraw-Hill
13
Phương trình diode
qvD
vD
i I exp
1 I exp
1
S
S
D
nkT
nV
T
với
IS = dòng bão hòa ngược (A)
vD = điện áp đặt trên diode (V)
q = điện tích điện tử (1.60 x 10-19 C)
k = hằng số Boltzmann (1.38 x 10-23 J/K)
T = nhiệt độ tuyệt đối Kelvin
n = hệ số không lý tưởng
VT = kT/q = điện áp nhiệt (V) (25 mV nhiệt độ phòng [T=300K])
IS có trị tiêu biểu trong tầm từ 10-18 đến 10-9 A, và phụ thuộc
nhiều nhiệt độ do nó phụ thuộc vào ni2. Hệ số không lý tưởng
có trị tiêu biểu gần 1, nhưng gần với 2 với dụng có mật độ
dòng cao.
14
Dòng diode với các cách phân cực
• Phân cực ngược:
S
vD
i I exp
1 I 0 1 I
S
D
S
nV
T
• Phân cực Zero: (không phân cực)
vD
i I exp
1 I 11 0
S
D
S
nV
T
• Phân cực thuận:
S
vD
vD
i I exp
1 I exp
nV
D
S
nV
T
T
Microelectronic Circuit Design
McGraw-Hill
15
Giải tích mạch diode: Cơ sở
Phương trình vòng của mạch
bên:
V ID R VD
Nó cũng được gọi là đường tải
(load line) của diode (DCLL=DC
Load Line). Nghiệm của phương
trình này có thể tìm bằng:
• Giải tích đồ thị dùng phương
pháp đường tải.
• Giải tích với mô hình toán của
diode.
• Giải tích đơn giản hóa với mô
hình diode lý tưởng.
V và R có thể biểu diễn tương
đương Thévenin của 1 mạng 2 cực
phức tạp hơn. Đối tượng của giải
tích mạch diode là tìm điểm [làm
việc] tĩnh (quiescent operating
point) Q của diode, nghĩa dòng và
áp DC ở diode.
• Giải tích đơn giản hóa với mô
hình sụt áp hằng.
16
Giải tích đường tải (thí dụ)
Vấn đề: Tìm điểm Q
Cho trước: V=10 V, R=10kW.
4
Giải tích:
10 ID10 VD
Để định nghĩa đườg tải, ta dùng,
ID (10V /10kW) 1mA
VD= 0
VD= 5 V, ID =0.5 mA
Giao của 2 đường này cho
nghiệm:
Điểm Q = (0.95 mA, 0.6 V)
17
Đường tải DC (DC Load Line)
Phương trình đường tải:
VS VF
1.5V VF
I
R
25Ω
1
18
Giải tích dùng mô hình toán cho Diode
Vấn đề: Tìm điểmQ với đặc tuyến diode Bằng cách đoán các giá trị lặp lại cho
cho trước.
VD và tăng hay giảm VD cho đến khi
Dữ liệu: IS = 10-13 A, n = 1, VT = 0.025 V vế phải của phương trình bằng 10:
Giải tích:
Điểm Q= (0.943 mA, 0.574 V)
10 ID104 VD
thường thì 2 hay 3 số có nghĩa cho VD
vì IS, n, VT, và R hiếm khi có độ chính
xác tốt hơn.
VD
I I exp
1 10
13 exp
40VD
1
S
D
nVT
13
4
10 10 10 exp 40VD 1 VD
Ta sẽ SPICE nếu ta muốn dùng mô
hình toán đầy đủ.
Muốn giải hệ này ta phải dùng phương
pháp tính số.
19
Newton’s Iteration Method for f (vD) = 0
20
Tải về để xem bản đầy đủ
73 trang
19520
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 4: Chuyển tiếp PN (PN Junction) (Phần 3) - Hồ Trung Mỹ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dung_cu_ban_dan_chuong_4_chuyen_tiep_pn_pn_junctio.pdf
