Bai 4- DIODE ban dan-LKDT.pptx

BÀI 4: DIODE BÁN DẪN
1. Đại cương về chất bán dẫn
2. Diode bán dẫn
3. Ứng dụng của Diode bán dẫn

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT BÁN DẪN
Chất cách điện Chất bán dẫn
Chất dẫn điện
1. Các Vật Liệu Điện:
Người ta chia các vật liệu điện ra làm 3 nhóm chính là:

Cấu trúc của nguyên tử:
Các điện tử chuyển động quanh nhân theo từng lớp,
với thứ tự từ trong ra ngoài, ký hiệu K, L, M, N, O, P,
Q. Số điện tử tối đa trên mỗi lớp được tính bởi công
thức: 2m2 (m: thứ tự của lớp)
- Ví dụ:
Lớp K (1) : có số e tối đa là:
Lớp L (2):
Lớp M (3):

 Phân biệt 3 loại chất dựa vào đồ thị năng lượng chất rắn tinh thể
Đồ thị năng lượng chất rắn tinh thể
Vùng (1) được gọi là: vùng hoá trị
hay miền đầy
Vùng (2): vùng dẫn
Ở giữa là: vùng cấm

 Phân biệt 3 loại chất dựa vào đồ thị năng lượng chất rắn tinh thể
Vùng dẫn: là vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ
linh động (như các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn.
Vùng cấm: Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức
năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm.
Vùng hóa trị: Là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng,
là vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động.

Phân biệt 3 loại chất dựa vào đồ thị năng lượng chất rắn tinh thể
a. Chất cách điện b. Chất dẫn điện
Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Gemanium (Ge) và Silicium
(Si) với cấu trúc dãi năng lượng vùng cấm:
Ge: Eg = 0.72 eV và Si: Eg = 1.12 eV
thuộc nhóm bốn trong bảng tuần hoàn Mendeleep.
c. Chất bán dẫn
Eg < 2eV

CHẤT BÁN DẪN
Chất bán dẫn là vật liệu để chế tạo ra các loại linh kiện bán dẫn như:
- Diode
- Transistor
- FET
- IC… mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay.

 Chất bán dẫn (Semi – conductor) là chất có điện trở suất
trung bình giữa chất dẫn điện (kim loại) và chất cách điện (điện
môi).

a. CHẤT BÁN DẪN THUẦN (TINH KHIẾT)
Chất bán dẫn thuần có đặc điểm:
- Nồng độ hạt electron N (Negative) = nồng độ lỗ trống P (Positive)
- Dẫn điện yếu
Chất bán dẫn thuần

- CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN CỦA HẠT DẪN:
a. Chất bán dẫn thuần
Si
Si
Si Si
Si

b. CHẤT BÁN DẪN TẠP
Chất bán dẫn TẠP có pha tạp chất. Có 2 loại: N và P
 Chất bán dẫn loại N, pha tạp chất nhóm V (Sb, P..) có đặc
điểm:
Chất bán dẫn N
- - Nồng độ hạt electron N >> nồng độ lỗ trống P
- - Dẫn điện mạnh

2. CHẤT BÁN DẪN TẠP
Chất bán dẫn loại P
b. Chất bán dẫn loại P, pha tạp chất nhóm III (B, In), có đặc điểm:
- Nồng độ hạt lỗ trống P >> nồng độ electron N
- Dẫn điện mạnh

KẾT LUẬN
• Đối với bán dẫn thuần:
Nồng độ electron = nồng độ lỗ trống (n = p)
• Đối với chất bán dẫn loại N:
Nồng độ e- lớn hơn nồng độ lỗ trống(n >> p)
e- là hạt đa số, lỗ trống là hạt tải thiểu số
• Đối với chất bán dẫn loại P:
Nồng độ lỗ trống lớn hơn nồng độ e- (p >> n)
e- là hạt thiểu số, lỗ trống là hạt đa số.

1.2 DIODE BÁN DẪN
 TIẾP XÚC P-N (CHUYỂN TIẾP P-N):
a. Cấu trúc vật lý
b. Ký hiệu
c. Hình dáng

 TIẾP XÚC P-N (CHUYỂN TIẾP P-N):
Ví dụ: 1N 4001 ; 1N 4007; 1N 5406 ; 1N 1206
A K

 TIẾP XÚC P-N KHI CÓ ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI:
a. Phân cực thuận
b. Phân cực nghịch

Dòng điện qua diode:
Với: q = 1,6. 10-19 Culông
VD: điện áp trên D (V)
K: hằng số Boltzmann K = 1,38. 10-23 J/K
T: nhiệt độ tuyệt đối (0K)
IS: Saturation- dòng bão hòa nghịch (A)
η: hệ số phát xạ, thường η=1 (Ge, Si)
Vậy:

Dòng điện qua diode:
• Khi diode phân cực nghịch : VD < 0
=> ID = - Iosat ͌ rất bé
• Khi diode phân cực thuận : VD ≥ 0

1.2 DIODE CHỈNH LƯU
 Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode:

 Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode:

Ví dụ: Mạch khảo sát đặc tuyến V-I của diode:
a. Mạch khảo sát diode
khi phân cực nghịch
b. Mạch khảo sát diode
khi phân cực thuận

Lưu ý: Đặc tuyến V-I của diode bán dẫn Si và Ge

Bảng 1.1: So sánh giữa hai loại diode Si và Ge
Ge Si
Nhạy (Do V nhỏ) Ít nhạy
Rỉ nhiều Ít rỉ
Phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ít phụ thuộc vào nhiệt độ

 Các thông số kỹ thuật của Diode:
- Chất bán dẫn chế tạo để có điện áp ngưỡng V .
- Idmax (hoặc IFmax): dòng điện thuận tối đa
- VBRmax hay VPIV (peak reverse voltge): điện áp ngược tối đa.
- Iosat (IRmax): dòng điện bảo hòa ngược tối đa
Thí dụ: bảng tra các diode nắn điện thông dụng.
Mã số Chất IFmax IS VRmax
1N4004 Si 1A 5A 500V
1N4007 Si 1A 5A 1000V
1N5408 Si 3A 5A 1000V

 Hình dạng một số loại diode

 Điện trở và tụ của Diode:
a. Điện trở tĩnh(R một chiều): RDC
Tại điểm hoạt động trên đặc tuyến, điện trở
tĩnh của diode được xác định theo công
thức:
Ở điểm Q: RDC = 0.8V/20mA = 40Ω
Tại Q’: RDC = 0.5/2mA = 250Ω (pc thuận)
TạiQ”: RDC = -10/-2µA = 5MΩ (pc nghịch)
Nhận xét:
Khi phân cực thuận: ID tăng lên mạnh => RDC nhỏ
Khi phân cực nghịch: ID rất nhỏ => RDC lớn
=> Người ta lợi dụng tính chất này để đo thử diode bằng đồng hồ VOM.

 Cách đo thử - kiểm tra Diode:
 Để VOM ở giai R x 100
Lưu ý:
Do trong ôm kế có nguồn DC là pin 1,5V hay 3V nên nguồn DC sẽ phân
cực thuận hay phân cực ngược cho diode.
Cực âm và cực dương của pin nối ra ngoài ngược với đầu dây đo của VOM

b. Điện trở động của Diode:
Ở nhiệt độ phòng (250C), ta có KT/q = 25mV, nên:

Testing a diode on an analogue meter

Cách đo thử - kiểm tra diode bằng DVM

Bai 4- DIODE ban dan-LKDT.pptx

BÀI TẬP
+15V
+18V
-16V
+18V
-
10K
-18V
-6V
10V
+
1K
1.1 Xác định xem diode nào được phân cực thuận hay
nghịch trong các hình vẽ sau

1.3. ỨNG DỤNG CỦA DIODE
A K
Nguyeân taéc hoaït ñoäng: Döïa vaøo tính chaát chænh löu
cuûa lôùp chuyeån tieáp p - n.
1.3.1. Mạch chỉnh lưu điện áp:

1.3.2 Chỉnh lưu bán kỳ (Half wave rectifier):

D1
D2
0
u2
Va
AC 220V
Vb
u2
ut
+
-
Rt
1.3.3 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode (Full wave rectifier):
U2m
T/2
T
Time
0V
Utm

1.3.3 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode (Full wave rectifier):

 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 diode (Full wave rectifier):
 Ở bán kỳ dương (+)
 Ở bán kỳ âm (-)

 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 4 diode (Cầu Diode):
-10V
-5V
0V
5V
10V
U
T
m
U
2
m
NGUOÀ
N SIN
Time
SAU CHÆNH
LÖU CAÀU

 Mạch lọc:
Theo định luật bảo toàn điện tích: Qnạp = Qxả
Nên:

 Mạch lọc: (tt)
 Từ công thức (1.3) và (1.4) cho thấy khi RL hay C tăng thì điện áp một
chiều ngõ ra tăng và hệ số gợn sóng giảm. Các công thức này cho phép
chọn được trị số C để đạt được điện áp DC ở ngõ ra và dòng tải theo
yêu cầu với hệ số gợn sóng cho phép

 Ví dụ 1-3-1: Cho mạch chỉnh lưu toàn sóng như hình vẽ:

 Ví dụ 1-3-1: Cho mạch chỉnh lưu toàn sóng như hình vẽ:
Giải:
a. Khi RL = 10, và C =1000F, áp dụng công thức (1.3) ta tính được:

 Ví dụ 1-3-1: (tt)
c. Khi tăng tải RL và tụ lọc C thì độ gợn sóng r sẽ giảm và điện áp
ra VLDC sẽ tăng.
Trên thực tế khi sử dụng các loại tải khác nhau thì điện áp ra không
ổn định, do đó người ta cải tiến bằng cách sử dụng các IC ổn áp
chuyên dùng 78xx (nguồn dương) và 79xx (nguồn âm) mắc cùng
các tụ lọc như hình vẽ sau:

BỘ NGUỒN ĐƠN GIẢN
Bieán theá Ch.löu Loïc Taûi
VAC

BÀI TẬP
Thiết kế mạch chỉnh lưu bán kỳ có:
- Ngõ vào: 220V/50Hz.
- Ngõ ra: V0DC =50V, cấp cho tải R=3,3K, độ gợn sóng r ≤ 1%.
Hướng dẫn:
Bước 1: Vẽ sơ đồ khối mạch thiết kế- Chức năng từng khối.
Bước 2: Vẽ sơ đồ nguyên lý.
Bước 3: Tính toán thiết kế.
Chọn Tụ lọc C: Điện dung C ≥ ? ; điện áp làm việc WV?
Chọn Diode: IDmax ≥ ?; VBRmax ≥ ?
Chọn biến thế: (cuộn sơ cấp) Vs /Vi (cuộn thứ cấp)= ? ; Imax ≥ ?

2. Giới thiệu một số IC ổn áp tuyến tính

Hình1.21: Mạch nhân đôi điện áp kỳ
3. Mạch ứng dụng

Mạch nguồn ổn áp ± 5v
D4
0V
T
B
U1
7805
1 3
2
VIN VOUT
GND
AC2
C5
0.1MF
C1
2200/16V
AC1
0
C6
0.1MF
HI
HI
~
A
LO
U2
7905
2 3
1
VIN VOUT
GND
- +
2
1
3
4
C3
0.33MF
C2
2200/25V
~
D1
+5V
D2
C4
0.33MF
D3
-5V

Ổn áp tuyến tính điều chỉnh được:

MẠCH NHÂN ÁP
 Mạch nhân đôi bán kỳ:

 Mạch nhân đôi toàn kỳ:

 Mạch nhân ba điện áp:
 Mạch nhân bốn điện áp:

 Mạch nhân bốn điện áp:

IV. DIODE ZENER (DIODE ỔN ÁP)
DIODE ZENER DIODE ZENER
- Khi phân cực thuận: diode Zener hoạt động giống diode
chỉnh lưu, khi VD  V: diode dẫn điện.
- Khi phân cực nghịch:
Nếu V < VZ: IZ = 0.
Nếu V  VZ : IZ tăng, và VD = VZ = const.

Đặc tuyến Volt-Ampere của diode Zener

CAÙC THOÂNG SOÁ QUAN TAÂM KHI SÖÛ
DUÏNG
DIODE ZENER
• - Coâng suaát tieâu taùn cöïc ñaïi PZM (PZM
= Vz . IZM)
• - Ñieän aùp oån aùp Vz : Ví duï : Zener
(1W, 5.6V)
• Ví duï: 2,4V; 3.3V; 3.6V; 3.9V; 4.7V; 5.1V;
5.6V; 6.2V; 6.8V; 7.5V; 8.2V; 9.1V; 10V; 11V;
12V; 13V; 14V,15V; 16V; 18V; 19V; 20V;
22V

VÍ DỤ 1:
a. Tính Vo nếu Vz = 11V.
b. Tính Vo nếu Vz= 8,4V. Tính Iz , IRi,?
Cho ViDC = 10V, Ri= 200

VÍ DỤ 2:
Vo
RL
iDC Vz
Ri
V
a. Nếu RL= 1K. Hỏi diode Zener có hoạt động ổn áp
không? Tính Vo.
b. Nếu RL= 10K. Tính Vo ? Tính IRi, IL, Iz ?
Cho ViDC = 11V, Ri= 1K, Vz=8,4V

Thiết kế mạch ổn áp cho IC nhạc UM 66
Biết ngõ ra điều khiển Vi= 5V.
IC nhạc sử dụng nguồn ổn áp 3V3.
Tra cứu ta được Dz 1N4728A
có IZT= 76mA
Izmin= Izk= 1mA
Izmax= 1380 mA
0 0
LOA
1
2
Vi =5V Ri UM66
GND
1 2
VIN VOUT
Vz = 3V3

• CÂU 1: (2đ) Cho mạch ổn áp dùng Diode Zener
tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh
trong Ti vi màu như hình 1.
• Với nguồn ngõ vào 110V không ổn định. Hãy
xác định giá trị nhỏ nhất của điện trở hạn dòng
R1 và công suất của R1 (PR1), để tạo điện áp ra
ổn định 33V cung cấp cho mạch dò kênh. Biết
rằng dòng ngược cực đại qua Dz là Izmax= 20
mA.

 MẠCH ỔN ÁP DÙNG DIODE ZENER

KÝ HIỆU VÀ HÌNH DẠNG CỦA MỘT SỐ LOẠI DIODE
TÊN DIODE HÌNH DẠNG KÝ HIỆU
DIODE
NẮN
ĐIỆN
Dạng đóng gói của cầu Diode
D

TÊN
DIODE
HÌNH DẠNG KÝ HIỆU
Dz
DIODE
ZENER
(Diode
ổn áp)
DIODE
LED(Diode
phát
quang)

TÊN
DIODE
HÌNH DẠNG KÝ HIỆU
DIODE
THU
QUANG
(Foto
Diode)
DIODE
XUNG
DIODE
BIẾN DUNG
(Varicap)
3)KÝ HIỆU VÀ HÌNH DẠNG CỦA MỘT SỐ LOẠI DIODE

• Diode phát quang LED (Light emitting
diode):
LED

Màn hình tinh thể lỏng hay LCD (Liquid crystal display)
Ưu điểm là: phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệm năng lượng

Bai 4- DIODE ban dan-LKDT.pptx

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Bai 4- DIODE ban dan-LKDT.pptx (20)

Bai 4- DIODE ban dan-LKDT.pptx