Bài giảng môn Mạch điện tử - Chương 1: Mạch Diode
1
Page 1 of 22
MẠCH ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG I
MẠCH DIODE
1. Mục tiêu:
2. Kiến thức cơ bản cần có khi học chương này.
3. Tài liệu tham khảo liên quan đến chương.
4. Nội dung:
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Đường thẳng lấy điện.
Diode trong mạch điện một chiều.
Diode trong mạch điện xoay chiều.
Mạch cắt( Clippers).
Mạch ghim áp( Clampers).
Mạch dùng diode zener.
Mạch chỉnh lưu bội áp.
.
Bài tập cuối chương
.
5. Vấn đề nghiên cứu của chương kế tiếp
Trong chương này, chúng ta khảo sát một số mạch ứng dụng căn bản của diode bán dẫn (giớ
chỉnh lưu và diode zener - Các diode đặc biệt khác sẽ được bàn đến lúc cần thiết). Tùy theo nhu c
các mô hình lý tưởng, gần đúng hay thực sẽ được đưa vào trong công việc tính toán mạch.
I.1 ÐƯỜNG THẲNG LẤY ÐIỆN (LOAD LINE):
Xem mạch hình 1.1a
Nguồn điện một chiều E mắc trong mạch làm cho diode phân cực thuận. Gọi I là dòng đ
D
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 2 of 22
qua diode và V là hiệu thế 2 đầu diode, ta có:
D
Trong đó:
I là dòng điện rỉ nghịch
0
=1 khi I lớn (vài mA trở lên)
η
η
η
D
=1 Khi I nhỏ và diode cấu tạo bằng Ge
D
=2 Khi I nhỏ và diode cấu tạo bằng Si
D
Ngoài ra, từ mạch điện ta còn có:
E - V - V = 0
D
R
Tức
E = V + RI
(1.2)
D
D
Phương trình này xác định điểm làm việc của diode tức điểm điều hành Q, được gọi là
đường thẳng lấy điện. Giao điểm của đường thẳng này với đặc tuyến của diode I = f(V ) là điểm
D
D
1.2. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN MỘT CHIỀU
- Ngược lại khi E < V , mạch được xem như hở, nên:
K
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 3 of 22
I = I = 0mA ; V = R.I = 0V ; V = E - V = E
D
R
R
R
D
R
1.3. DIODE TRONG MẠCH ÐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH CHỈNH LƯU
1.3.1 Trị trung bình và trị hiệu dụng.
1.3.2 Mạch chỉnh lưu nữa sóng.
1.3.3 Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữa.
1.3.4 Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu Diode.
1.3.5 Chỉnh lưu với tụ lọc.
Mạch chỉnh lưu là ứng dụng thông dụng và quan trọng nhất của diode bán dẫn, có mục đ
xoay chiều (mà thường là dạng Sin hoặc vuông) thành điện một chiều.
1.3.1. Khái niệm về trị trung bình và trị hiệu dụng
1.3.1.1. Trị trung bình: Hay còn gọi là trị một chiều
Trị trung bình của một sóng tuần hoàn được định nghĩa bằng tổng đại số trong một c
tích nằm trên trục 0 (dương) và diện tích nằm dưới trục 0 (âm) chia cho chu kỳ.
Một cách tổng quát, tổng đại số diện tích trong một chu kỳ T của một sóng tuần hoàn
bằng công thức:
Một vài ví dụ:
Dạng sóng
Trị trung bình
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 4 of 22
1.3.1.2. Trị hiệu dụng:
Người ta định nghĩa trị hiệu dụng của một sóng tuần hoàn( thí dụ dòng điện) là trị số tư
dòng điện một chiều I mà khi chạy qua một điện trở R trong một chu kì sẽ có năng lượng
DC
nhau.
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 5 of 22
Vài thí dụ:
Dạng sóng
Trị trung bình và hiệu dụng
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 6 of 22
Hình 1.6
1.3.2. Mạch chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ)
Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode trong việc phân tích m
Dạng mạch căn bản cùng các dạng sóng (thí dụ hình sin) ở ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7
Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của v (t) đưa vào mạch
i
Ta có:
- Biên độ đỉnh của v (t)
o
V
= V - 0.7V
(1.6)
dcm
m
- Ðiện thế trung bình ngõ ra:
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 7 of 22
- Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch của diode là:
=V
V
(1.8)
RM
m
Ta cũng có thể chỉnh lưu lấy bán kỳ âm bằng cách đổi đầu diode.
1.3.3. Chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữa
Mạch cơ bản như hình 1.8a; Dạng sóng ở 2 cuộn thứ cấp như hình 1.8b
- Ở bán kỳ dương, diode D phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D phân cực nghịc
1
2
hở mạch (hình 1.9)
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 8 of 22
- Ở bán kỳ âm, diode D phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D phân cực nghịch nên xem
2
1
(Hình 1.10)
Ðể ý là trong 2 trường hợp, I đều chạy qua R theo chiều từ trên xuống và dòng điện đề
L
L
bán kỳ. Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu R là:
L
V
=V -0,7V
(1.9)
dcm
m
Và điện thế đỉnh phân cực nghịch ở mỗi diode khi ngưng dẫn là:
=V +V =2V -0,7V
V
(1.10)
RM
dcm
m
m
- Dạng sóng thường trực ở 2 đầu R được diễn tả ở hình 1.11
L
Người ta cũng có thể chỉnh lưu để tạo ra điện thế âm ở 2 đầu R bằng cách đổi cực của
L
1.3.4. Chỉnh lưu toàn sóng dùng cầu diode
Mạch cơ bản
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 9 of 22
- Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D và D phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D v
2
4
1
nghịch xem như hở mạch. Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng, mạch điện được vẽ lại như hình 1.13
- Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D và D phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D , D ph
1
3
2
4
xem như hở mạch (Hình 1.14)
Từ các mạch tương đương trên ta thấy:
- Ðiện thế đỉnh V
ngang qua hai đầu R là:
dcm
L
V
=V -2V =V -1.4V
(1.12)
dcm
m
D
m
- Ðiện thế đỉnh phân cực nghịch V
ở mỗi diode là:
RM
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 10 of 22
V
V
=V +V =V -V
dcm D m D
RM
RM
=V -0,7V
(1.13)
m
Ðể ý là dòng điện trung bình chạy qua mỗi cặp diode khi dẫn điện chỉ bằng 1/2 dòng
qua tải.
1.3.5. Chỉnh lưu với tụ lọc
Ta xem lại mạch chỉnh lưu toàn sóng với biến thế có điểm giữa. Như kết qủa phần trên:
- Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu R là: V =V -0,7V
L
dcm
m
- Ðiện thế trung bình ở 2 đầu R là: V =0,637V
L
DC
dcm
Nếu ta thay R bằng 1 tụ điện có điện dung C. Trong thời điểm từ t=0 đến t=T/4, tụ C sẽ
L
điện thế đỉnh V . Nếu dòng rỉ của tụ điện không đáng kể, tụ C sẽ không phóng điện và điện thế
dcm
giữ không đổi là V . Ðây là trường hợp lý tưởng. Thực tế, điện thế trung bình thay đổi từ 0
dcm
V
. Thực ra nguồn điện phải cung cấp cho tải, thí dụ R mắc song song với tụ C. Ở bán ký d
dcm
L
điện đến trị V . Khi nguồn điện bắt đầu giảm, tụ C phóng điện qua R cho đến khi gặp bán
dcm
L
mới nạp điện lại đến V
và chu kỳ này cứ lặp đi lặp lại. Hình 1.16 mô tả chi tiết dạng sóng ở
dcm
R ). Hiệu thế sóng dư đỉnh đối đỉnh được ký hiệu là V
.
r(p-p)
L
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 11 of 22
Do điện thế đỉnh tối đa là V
nên điện thế trung bình tối thiểu là
dcm
V
=V -V
dcm r(p-p)
dcmin
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 12 of 22
* Hệ số sóng dư: (ripple factor)
Ta xem lại dạng sóng ở 2 đầu R . Bằng nguyên lý chồng chất, ta có thể xem như điện thế
L
tổng của thành phần một chiều V với thành phần sóng dư xoay chiều có tần số gấp đôi tần số
DC
chỉnh lưu.
Vì thời gian nạp điện thường rất nhỏ so với thời gian phóng điện nên dạng của thành phần
xem gần đúng như dạng tam giác
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 13 of 22
Hệ số sóng dư quyết định chất lượng của mạch chỉnh lưu.
* Phương trình điện thế sóng dư
Nếu gọi i là dòng phóng điện của tụ điện có điện dung C và V là điện thế 2 đầu tụ điện
c
C
Nếu sự thay đổi điện thế 2 đầu tụ là tuyến tính thì dòng điện i là dòng điện một chiều.
c
Nếu coi sóng dư có dạng tam giác thì dòng phóng của tụ là hằng số và ký hiệu là I . Ðó
DC
điện qua tải
Với f là tần số của nguồn điện chỉnh lưu.
Nếu gọi f là tần số sóng dư, ta có
r
Như vậy sóng dư tỉ lệ thuận với dòng điện trung bình qua tải và tỉ lệ nghịch với điện dung
tăng gấp đôi khi chỉnh lưu nửa sóng vì lúc đó f=f
r
1.4. MẠCH CẮT (Clippers)
1.4.1 Mạch cắt nối tiếp.
1.4.2 Mạch cắt song song.
Mạch này dùng để cắt một phần tín hiệu xoay chiều. Mạch chỉnh lưu nửa sóng là một thí
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 14 of 22
mạch cắt.
1.4.1. Mạch cắt nối tiếp
Dạng căn bản như hình 1.20. Hình 1.21 cho thâý đáp ứng của mạch cắt căn bản đối với
thông dụng khi coi diode là lý tưởng.
Bây giờ nếu ta mắc thêm một nguồn điện thế một chiều V nối tiếp với diode như hình 1.22
vào v (t) có dạng hình sin với điện thế đỉnh là Vm thì ngõ ra sẽ có dạng như hình vẽ 1.22c vớ
i
V -V tức V =V -V (coi diode lý tưởng)
m
0
i
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 15 of 22
1.4.2. Mạch cắt song song
* Mạch căn bản có dạng
Hình 1.24 là đáp ứng của mạch cắt song song căn bản với các dạng sóng thông dụng (diode
* Mạch có phân cực
Ta cũng có thể mắc thêm một nguồn điện thế 1 chiều V nối tiếp với diode. Dạng sóng ngõ
thuộc vào cực tính của nguồn điện một chiều và diode.
: ta xác định v của mạch điện hình 1.25 khi v có dạng tam giác và diode xem như
Thí dụ
0
i
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 16 of 22
- Khi diode dẫn điện: v =V=4V
0
- Khi v =V=4V, Diode đổi trạng thái từ ngưng dẫn sang dẫn điện hoặc ngược lại
i
- Khi v <V=4V, diode dẫn điện ⇒ vo=V=4V
i
- Khi v >V=4V, diode ngưng dẫn V = v
⇒
i
o
i
Hình 1.26 là dạng và biên độ của ngõ ra v0
1.5. MẠCH GHIM ÁP (Mạch kẹp - clampers)
Ðây là mạch đổi mức DC (một chiều) của tín hiệu. Mạch phải có một tụ điện, một diode v
Nhưng mạch cũng có thể có một nguồn điện thế độc lập. Trị số của điện trở R và tụ điện C phải
sao cho thời hằng =RC đủ lớn để hiệu thế 2 đầu tụ giảm không đáng kể khi tụ phóng điện (trong
τ
diode không dẫn điện). Mạch ghim áp căn bản như hình 1.27
Dùng kiểu mẫu diode lý tưởng ta thấy:
- Khi t: 0 T/2 diode dẫn điện,tụ C nạp nhanh đến trị số V và v =0V
→
0
- Khi t: T/2
T, diode ngưng, tụ phóng điện qua R. Do =RC lớn nên C xả điện không đá
τ
→
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 17 of 22
người ta chọn T 10 ).
≤ τ
Lúc này ta có: v =-2V
0
Ðiểm cần chú ý là trong mạch ghim áp biên độ đỉnh đối đỉnh của vi và v luôn bằng nhau.
o
Sinh viên thử xác định v của mạch điện hình 1.29
0
1.6. MẠCH DÙNG DIODE ZENER:
1.6.1 Diode zener với điện thế ngõ vào v và tải R cố định.
L
i
i
L
1.6.2 Nguồn v cố định và R thay đổi.
L
i
1.6.3 Tải R cố định, điện thế ngõ vào v thay đổi.
Cũng tương tự như diode chỉnh lưu, với diode zener ta cũng dùng kiểu mẫu gần đúng trong
mạch: Khi dẫn điện diode zener tương đương với một nguồn điện thế một chiều v (điện thế
z
ngưng nó tương đương với một mạch hở.
1.6.1. Diode zener với điện thế ngõ vào v và tải R cố định
i
L
Mạch căn bản dùng diode zener có dạng như hình 1.30
Khi v và R cố định, sự phân tích mạch có thể theo 2 bước:
i
L
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 18 of 22
- Xác định trạng thái của diode zener bằng cách tháo rời diode zener ra khỏi mạch và tính hiệu
đầu của mạch hở
Công suất tiêu tán bởi diode zener được xác định bởi
P =V .I
(1.23)
z
z z
Công suất này phải nhỏ hơn công suất tối đa P =V I
của diode zener (I : dòng đ
ZM
Z ZM
ZM
zener mà không làm hỏng)
Diode zener thường được dùng trong các mạch điều hòa điện thế để tạo điện thế chuẩn. Mạ
1 mạch điều hòa điện thế đơn giản để tạo ra điện thế không đổi ở 2 đầu R . Khi dùng tạo điện t
L
thế zener như là một mức chuẩn để so sánh với một mức điện thế khác. Ngoài ra diode zener còn
rộng rãi trong các mạch điều khiển, bảo vệ...
1.6.2. Nguồn V cố định và R thay đổi
i
L
Khi V cố định, trạng thái ngưng hoặc dẫn của diode zener tùy thuộc vào điện trở tải R
i
L
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 19 of 22
Do R cố định, khi Diode zener dẫn điện, điện thế V ngang qua điện trở R sẽ cố định: V =
R
R
Do đó dòng I cũng cố định:
R
Dòng I sẽ nhỏ nhất khi I lớn nhất. Dòng I được giới hạn bởi I
do nhà sản xuất cho biế
Z
L
Z
ZM
điện nhỏ nhất qua R là I
phải thỏa mãn:
Lmin
L
Cuối cùng khi V cố định, R phải được chọn trong khoảng R
và R
Lmax
i
L
Lmin
1.6.3. Tải R cố định, điện thế ngõ vào V thay đổi
L
i
Xem lại hình 1.30
Nếu ta giữ R cố định, vi phải đủ lớn thì zener mới dẫn điện. Trị số tối thiểu của V để ze
L
i
điện được xác định bởi:
1.7. MẠCH CHỈNH LƯU BỘI ÁP
1.7.1. Chỉnh lưu tăng đôi điện thế.
1.7.2. Mạch chỉnh lưu tăng ba, tăng bốn.
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
1
Page 20 of 22
1.7.1. Chỉnh lưu tăng đôi điện thế
Hình 1.31 mô tả một mạch chỉnh lưu tăng đôi điện thế một bán kỳ
- Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D dẫn và D ngưng. Tụ C nạp điện đến điện thế đỉnh V
1
2
1
- Ở bán kỳ âm D ngưng và D dẫn điện. Tụ C nạp điện đến điện thế V =V +V =2V
m
1
2
2
C2
m
C1
- Bán kỳ dương kế tiếp, D ngưng, C phóng điện qua tải và đến bán kỳ âm kế tiếp C lại
2
2
2
Vì thế mạch này gọi là mạch chỉnh lưu tăng đôi điện thế một bán kỳ. Ðiện thế đỉnh nghịch ở
2V .
m
- Ta cũng có thể dùng mạch ghim áp để giải thích hoạt động của mạch chỉnh lưu tăng đôi đi
- Ta cũng có thể mắc mạch chỉnh lưu tăng đôi điện thế theo chiều dương
file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\1.... 1/23/2000
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
24860
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Mạch điện tử - Chương 1: Mạch Diode", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_mon_mach_dien_tu_chuong_1_mach_diode.pdf
