›
›

Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode

pdf 66 trang phuongnguyen 4590
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_dien_tu_chuong_2_diode.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 2: Diode

  1. Kỹ thuật điện tử Hoàng Văn Hiệp Bộ môn Kỹ Thuật máy tính – Khoa Công nghệ thông tin Mob. 091 609 3209 Email: hiephv@it-hut.edu.vn hoangvanhiep1984@gmail.com Electronic Technique – HiepHV KTMT
  2. Kỹ thuật điện tử Chương 2. Diode Hoàng Văn Hiệp Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa công nghệ thông tin Trường đại học Bách khoa Hà nội Electronic Technique – HiepHV KTMT
  3. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  4. 1. Cấu tạo diode  Diode là gì?  Diode là một trong những linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi nhất và đóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử như mạch chỉnh lưu, mạch ghim Electronic Technique – HiepHV KTMT
  5. 1. Cấu tạo diode  Diode được tạo thành từ lớp bán dẫn pha tạp loại p và bán dẫn pha tạp loại n ghép tiếp xúc công nghệ với nhau như hình vẽ: p n  Các quá trình vật lý xảy ra giữa hai lớp bán dẫn này được sử dụng để tạo thành tính chất cho diode. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  6. Cấu tạo diode  Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong mạch điện được biểu diễn như sau: A K  Diode có hai cực:  Cực A (anốt) là cực nối với lớp bán dẫn p.  Cực A còn gọi là cực dương.  Điện thế tại anốt được ký hiệu là UA.  Cực K (katốt)là cực nối với lớp bán dẫn n.  Cực K còn gọi là cực âm.  Điện thế tại katốt được ký hiệu là UK. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  7. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  8. 2. Nguyên lý hoạt động  UA≥UK thì diode phân cực thuận(diode thông mạch). Dòng điện qua diode hoàn toàn, trở kháng diode bằng không, đoạn mạch chứa diode coi như ngắn mạch.  UA<UK thì diode phân cực ngược (diode hở mạch). Dòng điện đi qua diode bằng không, trở kháng diode bằng vô cùng, đoạn mạch chứa diode coi như hở mạch. Tính chất van dòng điện! Electronic Technique – HiepHV KTMT
  9. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  10. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Đặc tuyến vol-ampere là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện qua diode. Đặc tuyến vol- ampere của diode bán dẫn được mô tả như sau: Electronic Technique – HiepHV KTMT
  11. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Đặc tuyến Vol-Ampere của diode chia 3 vùng  Vùng 1: diode phân cực thuận. Khi một điện áp dương đặt tới hai đầu diode đủ lớn, diode sẽ cho dòng điện chảy qua hoàn toàn. Diode có thể coi như ngắn mạch  Vùng 2: diode phân cực ngược. Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện chảy qua diode là rất nhỏ. Khi điện áp âm lớn hơn vài phần trăm vol, dòng điện ngược sẽ không đổi và đạt tới dòng bão hòa ngược là ID=-I0. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  12. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Vùng 3: vùng đánh thủng. Khi điện áp âm đủ lớn đặt vào hai đầu diode (khoảng -100V), dòng điện ngược qua diode tăng đột ngột khi điện áp không thay đổi, tính chất van của diode bị phá hỏng. Hiện tượng này được gọi là Zener hay đánh thủng. Điện áp mà tại đó xảy ra hiện tượng trên gọi là điện áp đánh thủng, ký hiệu là VBR. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  13. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Công thức Shockley  Tại vùng 1 và 2 đặc tuyến Vol-Ampere tuân theo biểu thức Shockley q.VD nkT I D I 0 . e 1  q là điện tích electron, 1.6022 x 10-19 C.  k là hằng số Boltzmann, 1.3806 x 10-23 J/K. -16  I0 là dòng điện bão hòa ngược, giá trị từ 10 đến 1μA.  T là nhiệt độ ở thang Kelvins (K).  n là hằng số hiệu chỉnh, về lý thuyết lấy giá trị 1, trên thực tế lấy giá trị từ 1 đến 2 đối với diode thực. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  14. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Ở nhiệt độ chuẩn (25oC, 298.16K) có q 38.92V 1 kT  Suy ra 38.92.VD n I D I 0 .(e 1)  Đơn giản hơn biểu thức Shockley VD VT .n V kT I D I 0 . e 1 Với T q Electronic Technique – HiepHV KTMT
  15. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Khi diode phân cực thuận với điện áp đủ lớn thì thành phần -1 có thể bỏ qua  Ví dụ, khi n=1, VD=0.1 ở nhiệt độ phòng, 38.92.VD e n e3.892 49.01  So với giá trị 1, nếu chấp nhận sai số 2% thì ta có thể bỏ qua giá trị -1 trong biểu thức tính ID khi vD>0.1V VD  VT .n (VD > 0.1V) I D I 0 . e Electronic Technique – HiepHV KTMT
  16. 3. Đặc tuyến Vol-Ampere của diode  Khi diode phân cực ngược với VD < -0.1 V thì 38.92.VD e n e 3.892 0.02  Chấp nhận sai số 2% thì 0.02 có thể bỏ qua so với 1 nên I I  D 0 (VD < -0.1V) Electronic Technique – HiepHV KTMT
  17. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  18. 4. Các tham số giới hạn diode  Điện áp ngược cực đại Ungcmax là điện áp ngược lớn nhất để diode còn thể hiện tính chất van (chưa bị đánh thủng). Ungcmax thường chọn bằng 80% điện áp đánh thủng VBR.  Dòng điện cực đại qua diode khi phân cực thuận IAcf .  Công suất tiêu hao cực đại trên cho phép trên diode để chưa bị hỏng vì nhiệt PAcf.  Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên diode để nó còn có tính chất van fmax. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  19. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  20. 5. Sơ đồ tương đương diode  Nhận xét: Đặc tuyến Vol-Ampere của diode là phi tuyến Tính toán khó khăn  Vì vậy, để đơn giản người ta đưa ra một số các sơ đồ tuyến tính tương đương của diode. Mỗi một sơ đồ có độ chính xác khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà người thiết kế quyết định chọn sơ đồ nào cho phù hợp  Sơ đồ tương đương tuyến tính của diode bán dẫn trong chế độ một chiều.  Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số thấp Electronic Technique – HiepHV KTMT
  21. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương 1  Sơ đồ tương đương đơn giản nhất cho diode bán dẫn gọi là diode lý tưởng. - Khi vD>0 thì diode cho dòng điện đi qua hoàn toàn. Diode coi như bị ngắn mạch. - Khi vD<0 thì diode ngăn không cho dòng điện đi qua. Diode coi như bị hở mạch. Hình biểu diễn của diode lý tưởng giống như diode bán dẫn nhưng có thêm chữ Ideal (lý tưởng) ở phía trên Electronic Technique – HiepHV KTMT
  22. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương 2:  Sơ đồ tương đương chính xác hơn.  Điện trở Rth cho phép điện áp phân cực thuận nhận giá trị khác 0.  Giá trị của Rth nằm trong khoảng 1 đến 50Ω. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  23. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương 3  Một nguồn điện 1 chiều V0 mắc nối tiếp với điện trở sẽ làm cho đặc tuyến vol-ampere gần với đặc tuyến thực hơn. Giá trị của V0 nằm trong khoảng 0.4 đến 0.7V.  Từ sơ đồ tương đương hình (c) ta có: Khi VD > V0 VD V0 I D .Rth Electronic Technique – HiepHV KTMT
  24. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương 4: Sơ đồ tương đương cho vùng đánh thủng Zener.Giá trị của nguồn 1 chiều đúng bằng điện áp đánh thủng VBR Electronic Technique – HiepHV KTMT
  25. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số thấp :  Ở đây, ta sẽ xem xét các mạch tín hiệu nhỏ, tức là tín hiệu có biên độ là nhỏ so với điện áp và dòng điện 1 chiều tại điểm làm việc. Khi các thành phần tần số của tín hiệu là thấp, chúng ta có thể bỏ qua tác động điện dung trong diode.  Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ chỉ là một điện trở động Electronic Technique – HiepHV KTMT
  26. 5. Sơ đồ tương đương diode  Giá trị điện trở động V .n r T I D I 0  Trong đó  VT là thế nhiệt, I0 là dòng điện ngược  Chú ý giá trị điện trở động chỉ phụ thuộc vào điểm làm việc 1 chiều (ID) và thế nhiệt (VT). Electronic Technique – HiepHV KTMT
  27. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao  Khi ở tần số cao, diode sẽ tạo ra giá trị điện dung tác động lên tín hiệu. Vì vậy, mô hình cuối cùng mà ta tìm hiểu sẽ cho thấy tác động của diode lên các tín hiệu tần số cao. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  28. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao khi phân cực ngược  Điện trở động r mắc song song với tụ có phân cực, thành phần C đặc trưng cho khả năng ảnh hưởng đến tín hiệu tần số cao của tiếp giáp p-n.  r có giá trị rất lớn Electronic Technique – HiepHV KTMT
  29. 5. Sơ đồ tương đương diode  Sơ đồ tương đương của diode ở chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ, tần số cao khi phân cực thuận  Khi phân cực thuận, cần phải chú ý tới giá trị điện dung khuếch tán CD, có giá trị lớn hơn điện dung tiếp giáp rất nhiều. Với dòng điện phân cực thuận là 1mA, giá trị của điện dung khuếch tán gấp vài trăm lần so với điện dung tiếp giáp, thường nằm trong khoảng từ 100 tới 1000pF. Giá trị điện trở nối tiếp RS đặc trưng cho trở kháng có giá trị khoảng vài Ohm. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  30. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  31. 6. Một số ứng dụng diode  Ứng dụng của Diode  Mạch chỉnh lưu  Mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ  Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ  Mạch ghim Electronic Technique – HiepHV KTMT
  32. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu :  Là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.  Mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ: Electronic Technique – HiepHV KTMT
  33. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu một nửa chu kì  Các linh kiện trong mạch:  V1 là điện áp lưới 220V, 50Hz.  T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành dòng xoay chiều có biên độ thay đổi.  D1 là diode bán dẫn, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng xoay chiều phía thứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  34. 6. Một số ứng dụng diode  Chỉnh lưu một nửa chu kì  Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn. 0 0 => diode phân cực thuận => U0=U2 T/2 diode phân cực ngược => U0=0. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  35. 6. Một số ứng dụng diode Electronic Technique – HiepHV KTMT
  36. 6. Một số ứng dụng diode  Chỉnh lưu một nửa chu kì  Nhận xét:  Tại đầu ra, điện áp luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Tuy nhiên, điện áp ra chỉ tồn tại trong nửa chu kỳ dương của điện áp vào. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  37. 6. Một số ứng dụng diode  Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U2 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2) ___ T T 1 2.U 2 cos(2 ft) 2 2.U 2 U 0 2.U 2 .sin( t)dt . 0.45U 2 0 T 0 T 2 f Electronic Technique – HiepHV KTMT
  38. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu một nửa chu kì  Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  39. 6. Một số ứng dụng diode D1 V1 T1 220 V R1 50 Hz U2 C1 0Deg Electronic Technique – HiepHV KTMT
  40. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kì D1 V1 T1 U 21 R1 220 V 10k 50 Hz 0Deg U 22 D2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  41. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kì  Các linh kiện trong mạch:  V1 là điện áp lưới, 220V, 50Hz.  T1 là biến áp có điểm đất chung ở giữa. Hai điện áp ra U21 và U22 sẽ ngược pha nhau.  Hai diode D1 và D2 phối hợp với nhau đảm bảo điện áp ra tồn tại trong cả hai chu kỳ. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  42. 6. Một số ứng dụng diode  Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kì  Tín hiệu vào là tín hiệu tuần hoàn theo chu kỳ T, do đó ta chỉ cần tính toán trên 1 chu kỳ từ 0 đến T. Các chu kỳ còn lại tín hiệu sẽ tuần hoàn.  0 0 => Diode 1 phân cực thuận  U22 Diode 2 phân cực ngược => U0=U21  T/2 Diode 1 phân cực ngược  U22>0 => Diode 2 phân cực thuận => U0=U22 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  43. 6. Một số ứng dụng diode Electronic Technique – HiepHV KTMT
  44. 6. Một số ứng dụng diode  Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều. Điện áp ra tồn tại trong cả hai nửa chu kỳ. Vì vậy, mạch được gọi là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ.  Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U21 và U22 là điện áp hình sin, có giá trị hiệu dụng là U2). Dễ thấy giá trị trung bình của điện áp ra trong mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh ___ lưu 1 nửa chu kỳ, vậy U 0 0.9U 2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  45. 6. Một số ứng dụng diode  Tín hiệu ra U0 là tín hiệu 1 chiều tuy nhiên tín hiệu này không ổn định. Tín hiệu 1 chiều mong muốn là tín hiệu bằng phẳng và ổn định. Để làm cho tín hiệu ra bằng phẳng hơn, ta mắc thêm tụ điện vào mạch D1 V1 U T1 21 220 V C1 R1 50 Hz 0Deg U 22 D2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  46. 6. Một số ứng dụng diode  Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn  Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình của điện áp ___ ra sẽ tăng U 2.U và hệ số gợn sóng giảm q1 ≤ 0.02. 0 2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  47. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch chỉnh lưu cầu V1 T1 D1 D2 220 V U0 50 Hz U2 0Deg D4 D3 R1  Các linh kiện trong mạch:  4 diode D1, D2, D3, D4 mắc như trên gọi là mắc theo hình cầu.  V1 là nguồn điện áp lưới.  T1 là biến áp. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  48. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch chỉnh lưu cầu  0 0 => D1, D3 phân cực ngược; D2, D4 phân cực thuận => U0 = U2  T/2 D1, D3 phân cực thuận; D2, D4 phân cực ngược => U0 = -U2 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  49. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch chỉnh lưu cầu  Nhận xét:  Điện áp tại đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu giống như mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ.  Tuy nhiên, do luôn có hai diode phân cực ngược nên điện áp ngược đặt lên mỗi diode khi phân cực ngược chỉ bằng một nửa so với trường hợp mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Điều này rất có ý nghĩa khi chọn linh kiện cho mạch. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  50. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim  Mạch ghim là mạch điện tử có chức năng hạn chế tín hiệu không cho vượt quá một ngưỡng nào đó.  Có hai loại mạch ghim :  mạch ghim trên  mạch ghim dưới.  Mạch ghim trên là mạch điện hạn chế không cho điện áp lớn hơn một ngưỡng nào đó, tức là khi điện áp lớn hơn ngưỡng đó, điện áp sẽ bị cắt.  Mạch ghim dưới là mạch điện hạn chế không cho điện áp nhỏ hơn một giá trị nào đó, tức là khi điện áp nhỏ hơn ngưỡng đó, điện áp sẽ bị cắt. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  51. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim trên nối tiếp D1 U0 U1 R E  Các linh kiện trong mạch:  U1 là tín hiệu vào  E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế trên.  D1 là diode. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  52. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim trên nối tiếp  Từ sơ đồ mạch, ta nhận xét thấy:  Điện áp vào U1 đặt tới đầu Katốt của diode.  Nguồn 1 chiều E đặt tới đầu Anốt của diode Electronic Technique – HiepHV KTMT
  53. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim trên nối tiếp  0 Diode phân cực thuận => U0 = U1  t1 E => Diode phân cực ngược => U0 = E  t2 Diode phân cực thuận => U0 = U1 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  54. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim trên nối tiếp  Nhận xét:  Khi điện áp vào nhỏ hơn E thì điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện áp vào lớn hơn E thì điện áp ra sẽ bị cắt và bằng E. Như vậy, mạch sẽ ghim không cho điện áp ra lớn hơn E. Đó chính là mạch ghim trên. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  55. 6. Một số ứng dụng của diode D1  Mạch ghim dưới nối tiếp U0 U1 R E  Các linh kiện trong mạch:  U1 là tín hiệu vào  E là nguồn 1 chiều, cũng là mức hạn chế dưới. Chú ý nguồn E mắc ngược lại so với trường hợp mạch ghim trên nối tiếp. Khi đó, mức ghim dưới bằng –|E|.  D1 là diode Electronic Technique – HiepHV KTMT
  56. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim dưới nối tiếp  0 -E => Diode phân cực thuận => U0 = U1  t1 Diode phân cực ngược => U0 = -E  t2 -E => Diode phân cực thuận => U0 = U1 Electronic Technique – HiepHV KTMT
  57. 6. Một số ứng dụng của diode  Mạch ghim dưới nối tiếp  Nhận xét:  Khi điện áp vào lớn hơn -E thì điện áp ra bằng điện áp vào. Khi điện áp vào nhỏ hơn -E thì điện áp ra sẽ bị cắt và bằng -E. Như vậy, mạch sẽ ghim không cho điện áp ra nhỏ hơn -E. Đó chính là mạch ghim dưới. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  58. Nội dung chương 2  1. Cấu tạo diode  2. Nguyên lý hoạt động diode  3. Đặc tuyến vol-ampere của diode  4. Các tham số giới hạn diode  5. Sơ đồ tương đương diode  6. Một số ứng dụng diode  7. Một số loại diode đặc biệt Electronic Technique – HiepHV KTMT
  59. 7. Một số loại diode đặc biệt  Diode Zener  Diode Zener là diode đặc biệt được chế tạo để hoạt động trong vùng đánh thủng. Trong miền phân cực thuận, diode Zener hoạt động như một diode chỉnh lưu bình thường. Trong miền phân cực ngược, khi điện áp phân cực ngược đạt tới giá trị điện áp đánh thủng VD=VBR thì dòng điện ngược qua diode sẽ tăng mạnh và nhưng điện áp VD=const, nên diode Zener thường được sử dụng để ổn áp 1 chiều Electronic Technique – HiepHV KTMT
  60. 7. Một số loại diode đặc biệt  PhotoDiode  PhotoDiode là thiết bị chuyển hóa quang năng thành điện năng. PhotoDiode hoạt động ở chế độ phân cực ngược. Các photon ánh sáng khi chiếu vào photodiode sẽ tạo ra dòng điện phân cực ngược tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếu vào. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  61. 7. Một số loại diode đặc biệt  LED  LED là diode bán dẫn đặc biệt có khả năng phát quang khi phân cực thuận. Cường độ sáng của diode tỷ lệ với dòng phân cực thuận. LED thường được sử dụng để hiển thị số trong các loại máy tính cầm tay hoặc các thiết bị hiển thị số khác. Ký hiệu của LED giống như diode bán dẫn có thêm hai mũi tên ra, ý nghĩa là ánh sáng phát ra khi có phân cực thuận. Electronic Technique – HiepHV KTMT
  62. 7. Một số loại diode đặc biệt  Varactor Diode (Diode biến dung)  Diode khi được phân cực ngược có thể được coi tương đương như một tụ điện, giá trị điện dung của tụ điện thay đổi theo giá trị điện áp phân cực ngược. Diode biến dung thường được ứng dụng trong các mạch cộng hưởng chọn tần: Mạch điều chỉnh tần số tự động - AFC (Automatic frequency Controller) hay VCO (Voltage- Controlled Oscillator) Electronic Technique – HiepHV KTMT
  63. 7. Một số loại diode đặc biệt  Schottky Diode  Schottky Diode được cấu thành từ lớp tiếp xúc giữa lớp bán dẫn và lớp kim loại. Dạng đặc tuyến của Schottky Diode giống với diode bán dẫn nhưng có 2 điểm khác như sau:  Thời gian chuyển mạch từ phân cực thuận sang phân cực ngược của Schottky Diode là rất ngắn so với diode bán dẫn.  Dòng điện phân cực thuận cho cùng 1 điện áp của Schottky Diode lớn hơn so với diode bán dẫn.  Nhờ những đặc điểm trên, Schottky Diode thường được ứng dụng trong các chuyển mạch có thời gian chuyển đổi nhanh Electronic Technique – HiepHV KTMT
  64. Bài tập 1  Cho mạch điện như hình vẽ:  Giả thiết diode là lý tưởng. Cho U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua gốc tọa độ, có biên độ ±6V, chu kỳ T=30ms. Biết E=+2V.  a. Phân tích hoạt động của mạch và xác định dạng đặc tuyến truyền đạt của mạch U2(U1).  b. Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) phù hợp với dạng tín hiệu vào U1(t).  c. Tính các tham số của điện áp ra U2(t). Electronic Technique – HiepHV KTMT
  65. Bài tập 2  Cho mạch điện như hình vẽ sau:  Giả thiết các diode là lý tưởng. Biết E1=2V, E2=-3V. Cho điện áp vào U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua trục tung, có biên độ ±5V, chu kỳ T=20ms. Cho R=1KΩ.  a. Phân tích hoạt động của mạch và xác định dạng đặc tuyến truyền đạt của mạch U2(U1).  b. Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) phù hợp với dạng tín hiệu vào U1(t).  c. Tính các tham số của điện áp ra U2(t). Electronic Technique – HiepHV KTMT
  66. Bài tập 3  Mạch điện trong hình vẽ sau được dùng để xấp xỉ tín hiệu hình sin bằng một điện áp tam giác kiểu dùng đường gãy khúc. U1 R1 U2 +E1 R3 D1 D2 R4 -E1 R2  Giả thiết các diode là lý tưởng. U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua gốc tọa độ. a. Phân tích hoạt động của mạch. b. Cho U1(t) là điện áp tam giác đối xứng qua gốc có biên độ ±6V, R1=R2=4R3=4R4, E1=±3V. Vẽ dạng tín hiệu ra U2(t) theo thời gian phù hợp với tín hiệu vào. Electronic Technique – HiepHV KTMT