Bài giảng Mạch điện tử 1 - Chương 1: Diode bán dẫn
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
KYÙ HIEÄU
Giaù trò taïi tónh ñieåm Q (quiescent-point): IEQ, VCEQ
Giaù trò moät chieàu (DC):
IE, VCE
Toång giaù trò töùc thôøi:
iE, vCE
Giaù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn thay ñoåi theo thôøi gian: ie, vce
iE IE ꢀ ie
Chöông 1
1
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
CHÖÔNG 1: DIODE BAÙN DAÃN
1.1 Giôùi thieâu
1.2 Vaät lieäu baùn daãn
1.3 Diode baùn daãn thoâng thöôøng
1.4 Chænh löu
1.5 Phaân tích maïch Diode
1.6 Maïch xeùn (Clippers) vaø maïch ghim ñieän aùp (Clampers)
1.7 Diode Zener
1.8 Caùc loaïi Diode khaùc
1.9 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø caùc thoâng soá kyõ thuaät
Chöông 1
2
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.1 GIÔÙI THIEÄU
x Diode laø moät linh kieän ñieän töû phi tuyeán ñôn giaûn nhaát.
x Caùc loaïi diode: Diode chaân khoâng, Diode khí, Diode chænh löu
kim loaïi, Diode baùn daãn, vv.
x Diode baùn daãn:Caáu taïo vaø tính chaát.
Phöông phaùp phaân tích maïch.
ÖÙng duïng.
1.2 VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN
Caùc vaät lieäu baùn daãn thöôøng duøng:
x Silicon (Si)
x Germanium (Ge)
x Gallium Arsenide (GaAs)
Chöông 1
3
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.2.2 Söï daãn ñieän
x Caùc möùc naêng löôïng
x Söï daãn ñieän trong chaát baùn daãn
Doøng khueách taùn (diffusion current): Khi coù söï thay ñoåi maät ñoä electron (hole)
Doøng chaûy (drift current): Khi coù ñieän tröôøng ngoaøi
Chöông 1
5
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.2.3 Baùn daãn loaïi p vaø baùn daãn loaïi n
x “Doping”: Laø quaù trình ñöa vaøo chaát baùn daãn caùc chaát khaùc caàn thieát.
x Baùn daãn loaïi p
9 Chaát ñöa vaøo: Chaát nhaän (acceptor material). Ví duï: Boron (III)
9 Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng
9 Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Loã troáng (positive): p-type material
Chöông 1
6
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Baùn daãn loaïi n
9 Chaát ñöa vaøo: Chaát cho (donor material). Ví duï: Phosphorus (V)
9 Caáu truùc tinh theå vaø sô ñoà möùc naêng löôïng
9 Phaàn töû mang ñieän chuû yeáu: Electron (negative): n-type material
Chöông 1
7
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.3 DIODE BAÙN DAÃN THOÂNG THÖÔØNG
1.3.1 Caáu truùc cuûa Diode baùn daãn
x Caáu truùc vaø kyù hieäu
x Lôùp tieáp xuùc pn (pn junction)
Chöông 1
8
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Söï phaân cöïc cuûa Diode (bias)
1.3.2 Quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa Diode
x Diode lyù töôûng
iD
ri +
vi
vD
_
9 vi > 0: iD > 0 vaø vD = 0 (Diode ngaén maïch: short circuit)
9 vi < 0: vD < 0 vaø iD = 0 (Diode hôû maïch: open circuit)
Chöông 1
9
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Ñaëc tuyeán Volt-Ampere (VA) cuûa Diode
v
qv
D
D
iD Io (emkT ꢁ1) Io (emV ꢁ1)
T
Io: Doøng phaân cöïc nghòch baõo hoøa
(reverse saturation current), A
q = 1,6E-19 C
k = 1,38E-23 J/ oK: Haèng soá
Boltzmann
v
D
IoemV
T
T: Nhieät ñoä tuyeät ñoái, oK
m: 1d m d 2: Haèng soá thöïc nghieäm
kT
VT
| 25 mV, taïi nhieät ñoä phoøng
q
(27 oC)
v
D
9 Phaân cöïc thuaän (vD > 0): Khi v !! mV : i | I emV
T
D
T
D
o
9 Phaân cöïc nghòch (vD < 0): Khi vD !! mVT : iD | ꢁIo
Chöông 1
10
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Diode thöïc teá vaø Xaáp xæ tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn (piecewise-
linear approximation)
1.3.3 Maïch ñieän töông ñöông cuûa Diode
<Xem Giaùo trình vaø TLTK [3]>
1.3.4 Caùc phöông phaùp phaân tích maïch duøng Diode
<Xem Giaùo trình vaø TLTK [3]>
Chöông 1
11
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.4 CHÆNH LÖU (Rectification)
Chænh löu laø quaù trình chuyeån ñoåi töø tín hieäu xoay chieàu (ac) thaønh tín
hieäu moät chieàu (dc).
Löu yù: Caùc ví duï trong phaàn naøy söû duïng ñaëc tuyeán Diode lyù töôûng.
1.4.1 Chænh löu baùn soùng (Half-wave rectification)
vD
iD
_
ri
1
+
Ideal diode
+
RL
vi = Vimcos(Zot)
Nguoàn (Source)
9
vL
_
Taûi (Load)
vi ꢁ vD
x Ñònh luaät Kirchhoff veà ñieän aùp (KVL): iD
r ꢀ RL
i
vi
vi RL
vi > 0: vD = 0 (Diode ngaén maïch), iD
, vL RLiD
r ꢀ RL
r ꢀ RL
i
i
vi < 0: Diode hôû maïch: i 0, v Ri 0
Chöông 1
12
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Ñieän aùp treân taûi vL (Chænh löu baùn soùng):
x Phaân tích tín hieäu chænh löu baùn soùng:
VLm
S
1
T T
Giaù trò trung bình: V v (t)dt
³
L,dc
L
1 1
2
2
15S
§
©
·
¸
¹
Khai trieån Fourier: vL (t) VLm
ꢀ cosZot ꢀ cos2Zot ꢁ
S 2 3S
cos4Z t ꢀ ...
¨
o
Chöông 1
13
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Loïc (filter) tín hieäu chænh löu baùn soùng:
9 Maïch loïc duøng ñeå loïc boû caùc haøi xoay chieàu (harmonics) nhaèm giöõ
laïi thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu vL(t): Loïc thoâng thaáp (lowpass
filter – LPF).
9 Caùc daïng maïch loïc cô baûn:
R
R
L
R
L
C
C
C
C
(a)
(b)
(c)
9 Giaû söû duøng maïch loïc (a) vôùi RC = 100/Zo vaø R >> RL.
Bieân ñoä ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch loïc taïi taàn soá nZo (nt1) laø:
VLn
VLn
100n
Von
|
ꢂ
ꢃ2
1ꢀ nZoRC
vôùi VLn laø bieân ñoä ñieän aùp ngoõ vaøo cuûa maïch loïc taïi taàn soá nZo.
Söû duïng nguyeân lyù choàng chaäp, ñieän aùp ngoõ ra:
Chöông 1
14
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1 1
S 200
1
1
§
¨
©
·
¸
¹
vo (t) | VLm
ꢀ
sinZot ꢀ
sin 2Zot ꢁ
sin 4Z t ꢀ ...
o
300S
3000S
9 Ñoä gôïn soùng (Ripple factor):
VLm
S
Thaønh phaàn DC:
VL,dc
1
200
1
§
©
·
¹
Thaønh phaàn gôïn soùng: vr VLm
sinZot ꢀ
sin 2Z t ꢁ...
¨
¸
o
300S
Giaù trò hieäu duïng (rms) cuûa thaønh phaàn gôïn soùng:
1/ 2
-
®
¯
½
¾
¿
V
VLm
280
1
T
1
1
§
¨
©
·
¸
¹
2 dt
ꢀ
ꢀ ... |
Lm
(v ) {
>
v (t)
@
³
r rms
r
(200)2 (300S )2
2
T
(vr )rms
VL,dc
S
280
Ñoä gôïn soùng {
|
0.011
“Nothing is difficult to those who have the will.”
- Dutch Poet's Society
Chöông 1
15
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.4.2 Chænh löu toaøn soùng (Full-wave rectification)
Ri
D1
5
6
8
_
1
D1
D4
1
4
+
vL
_
-
+
4
2
RL9
vi
vL
+
RL
vi
Ri
1
D2
D3
D2
x Hoaït ñoäng vaø ñieän aùp ra treân taûi vL (Chænh löu toaøn soùng)
Chöông 1
16
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Phaân tích tín hieäu chænh löu toaøn soùng
2VLm
Giaù trò trung bình: VL,dc
S
2 4
4
15S
§
¨
©
·
¸
¹
Khai trieån Fourier: vL (t) VLm
ꢀ cos2Zot ꢁ
S 3S
cos4Z t ꢀ ...
o
x Loïc tín hieäu chænh löu toaøn soùng
Giaû söû duøng maïch loïc nhö ôû phaàn chænh löu baùn soùng, ñieän aùp ngoõ ra:
2
2
1
§
¨
©
·
¸
¹
vo (t) VLm
ꢀ
sin 2Zot ꢁ
sin 4Z t ꢀ ...
o
S 300S
1500S
VLm
210S
Giaù trò hieäu duïng cuûa thaønh phaàn gôïn soùng: (vr )rms |
1
Ñoä gôïn soùng |
0.0024
420
Chöông 1
17
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
1.4.3 Maïch loïc (Filtering)
D1
5
1
+
6
vi
C
vo
RL
4
_
D2
8
x Hoaït ñoäng
Tuï C ñöôïc naïp nhanh ñeán giaù trò Vmax cuûa ñieän aùp vo(t).
t
Khi vo(t) giaûm, tuï C phoùng ñieän qua RL vôùi quy luaät: v (t) V eꢁ
R C
L
o
max
Quaù trình tuaàn hoaøn vôùi taàn soá cuûa ñieän aùp chænh löu fp:
f p 2 fo
f p fo
: Chænh löu toaøn soùng
: Chænh löu baùn soùng
vôùi fo: Taàn soá cuûa nguoàn vi.
Chöông 1
18
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Phaân tích vaø tính toaùn maïch
Xaáp xæ tín hieäu ngoõ ra baèng daïng soùng raêng cöa (sawtooth wave)
Vmax
'Vf p RL
Tuï C: C
Vmax ꢁVmin
Ñieän aùp gôïn soùng hieäu duïng: (vr )rms
2 3
Chöùng minh: <Xem Giaùo trình vaø TLTK [3]>
1.4.4 Maïch nhaân ñoâi ñieän aùp (Voltage-doubling circuit)
x Ví duï 1: (Nhaân ñoâi ñieän aùp moät baùn chu kyø)
C1
D2
1
5
+
+
D1
C2
vS
4
8
9 Baùn kyø aâm cuûa vS: C1 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax
9 Baùn kyø döông cuûa vS: Ñieän aùp choàng chaäp cuûa C1 vaø vS naïp ñieän
cho C2 qua D2 ñeán ñieän aùp 2VSmax
Chöông 1
19
0ҥFKꢀÿLӋQꢀWӱꢀꢁ
x Ví duï 2: (Nhaân ñoâi ñieän aùp hai baùn chu kyø)
+
_
D1
D2
RL
1
4
5
vS
8
C2
C1
+
+
9 Baùn kyø döông cuûa vS: C2 naïp ñieän qua D1 ñeán ñieän aùp VSmax
Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C1 (ñöôïc naïp töø
baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D1
9 Baùn kyø aâm cuûa vS:
C1 naïp ñieän qua D2 ñeán ñieän aùp VSmax
Toång ñieän aùp vS vaø VSmax treân C2 (ñöôïc naïp töø
baùn kyø tröôùc) ñaët leân taûi RL thoâng qua D2
1.4.5 Nhaân taàn soá (Frequency multiplication)
9 Maïch chænh löu taïo ra tín hieäu (haøi – harmonics) taïi caùc taàn soá: nZo.
9 Söû duïng maïch loïc thích hôïp ñeå taùch laáy thaønh phaàn haøi caàn thieát.
Chöông 1
20
Tải về để xem bản đầy đủ
39 trang
23320
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạch điện tử 1 - Chương 1: Diode bán dẫn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_mach_dien_tu_1_chuong_1_diode_ban_dan.pdf
