chapter 1_Diode va ung dung Kỹ thuật điện tử cơ bản.pptx

KTDT

1. Bài giảng KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CN129 Giáo viên : NGUYỄN THỊ TRÂM Khoa Điện tử Viễn thông

2. Chương 1: Nối PN và Diode Chất bán dẫn Nối PN Phân cực nối PN Nội trở nối PN Diode Diode chỉnh lưu : - Diode trong mạch điện một chiều ; - Diode trong mạch điện xoay chiều : Mạch chỉnh lưu 1 bán kỳ , 2 bán kỳ , có tụ lọc . Diode zener

3. Chất bán dẫn Chất bán dẫn điện là gì? Là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, IC… được sử dụng trong các thiết bị điện tử. Là chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất không dẫn điện. Là những chất có 4 điện tử ngoài cùng (Si, Ge) Có tính chất tinh thể: 1 nguyên tử kết hợp với 4 nguyên tử xung quanh để tầng ngoài có đủ 8 điện tử  ở nhiệt độ thấp chất bán dẫn gần như không dẫn điện

4. Chất bán dẫn Chất bán dẫn loại N: - Khi pha một lượng nhỏ chất có hóa trị 5 (P: phospho) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P kết hợp với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị. - Ntử P chỉ có 4 e tham gia liên kết  còn thừa 1e và trở thành điện tử tự do  chất bán dẫn thừa e (mang điện âm) và được gọi là chất bán dẫn loại N (negative: N)

5. Chất bán dẫn Chất bán dẫn loại P: - Ngược lại, khi pha một lượng nhỏ chất B có hóa trị 3 (In: Indium) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử In kết hợp với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị. - Nhưng 1 liên kết bị thiếu 1e  nó trở thành lỗ trống (mang điện dương)  chất bán dẫn loại P (Positive: P)

6. Nối PN và các tính chất cơ bản Cấu tạo nối PN: - Khi nối PN được thành lập (tức là ghép 2 chất bán dẫn P và N lại với nhau (dùng kỹ thuật Epitaxial)  hiện tượng khuếch tán qua giữa lỗ trống trong vùng P với điện tử tự do ở vùng N. - Khi di chuyển chúng tạo thành các ion (-) trong vùng P và ion (+) trong vùng N. Các ion tạo ra một điện trường E i chống lại sự khuếch tán, tương ứng với điện trường E i có một rào điện thế V o ở hai bên mặt mối nối ( V o #0,7V/Si, #0,3V/Ge) - Lớp ion trung hòa về điện  gọi là miền cách điện. P N

7. Nối PN và các tính chất cơ bản Phân cực thuận nối PN: - Phân cực thuận là khi ta tác dụng một điện thế DC giữa 2 cực của nối PN sao cho điện thế vùng P lớn hơn điện thế vùng N một trị số là V. Khi chưa phân cực ngang mối nối ta có một rào điện thế V , khi phân cực bằng điện thế V thì rào điện thế V giảm đi một lượng V: V B = V – V  Nối PN mất cân bằng lỗ trống vùng P sẽ khuếch tán sang vùng N và e vùng N sẽ khuếch tán sang vùng P  tạo thành dòng điện I trong mạch  vùng hiếm bị thu hẹp

8. Nối PN và các tính chất cơ bản Phân cực thuận nối PN: Người ta chứng minh được: ɳ gọi là hằng số tỷ lệ Trong đó: ɳ = 1 khi I khá lớn (vài mA) ɳ = 1 khi I nhỏ đối với PN là Ge ɳ = 2 khi I nhỏ đối với PN là Si

9. Nối PN và các tính chất cơ bản Phân cực nghịch nối PN: - Phân cực nghịch cho nối PN là khi ta áp một hiệu điện thế một chiều vào nối PN sao cho điện thế vùng N lớn hơn điện thế vùng P một giá trị V

10. Nối PN và các tính chất cơ bản  

11. Nối PN và các tính chất cơ bản Đặc tuyến V/I của nối PN: Khi hiệu điện thế phân cực thuận còn nhỏ , dòng điện I tăng chậm , nhưng khi điện thế này đủ lớn , I tăng nhanh trong lúc hiệu điện thế hai đầu tăng chậm . Khi điện thế phân cực nghịch còn nhỏ thì chỉ có dòng điện rỉ I o chạy qua, khi điện thế phân cực nghịch đủ lớn thì hiện tượng phá hủy xảy ra  hỏng nối PN

12. Nối PN và các tính chất cơ bản Nội trở nối PN: 1./ Nội trở tĩnh : Nội trở tĩnh là điện trở nội của nối PN trong mạch điện DC. Nội trở tĩnh ở một điểm phân cực là tỷ số V/I ở thời điểm đó

13. Nối PN và các tính chất cơ bản 2/ Nội trở động : Giả sử dòng điện ngang qua nối PN là I Q ứng với điện thế phân cực thuận V Q Khi V biến thiên một lượng Δ V thì I cũng biến thiên một lượng Δ I

14. Nối PN và các tính chất cơ bản 2/ Nội trở động:

15. Diode bán dẫn – Cấu tạo

16. Các diode thông dụng Cấu tạo: Một số hình dáng của diode:

17. Diode bán dẫn – lý tưởng Linh kiện 2 cực: dẫn điện theo một chiều, ngăn dòng chiều ngược lại

18. Diode bán dẫn – Lý tưởng Vùng dẫn • điện áp qua diode bằng 0V, • điện trở thuận R F = 0 Ω , • diode coi như bị ngắn mạch Vùng không dẫn • toàn bộ điện áp đặt vào diode, • dòng điện bằng 0A, • điện trở ngược R D = ∞, • diode coi như hở mạch

19. Diode bán dẫn – Điện thế ngưỡng Không phân cực: V D = 0V và I D = 0A. Phân cực thuận: điện áp đặt vào V D ≈ 0.7V - Si V D ≈ 0.3V - Ge Phân cực ngược: dòng rò I

20. Diode bán dẫn – Thực tế

21. Diode bán dẫn – Thực tế Khoảng nhiệt độ hoạt động hẹp (nhỏ hơn 100 C) Khoảng nhiệt độ hoạt động rộng (đến 200 C) Chịu được dòng kém hơn Chịu được dòng lớn hơn PIV (  400V) nhỏ hơn * PIV (  1000V) lớn hơn Điện áp phân cực thuận nhỏ hơn (0.3V) Điện áp phân cực thuận lớn hơn (0.7V) Germanium Silicon * PIV - giá trị đỉnh của điện áp ngược

22. Diode bán dẫn – Thực tế 0.3(Ge) 0.7(Si) (Ge) (Si) V D (V) I D (mA) I s (Si)=10nA I =reverse saturation current I s (Ge)

23. Diode bán dẫn – Thực tế

24. Diode bán dẫn – Đo thử

25. Trị trung bình – trị hiệu dụng Trị trung bình - trị một chiều - Trị trung bình của một sóng tuần hoàn được định nghĩa bằng tổng đại số trong một chu kỳ của diện 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 v(t) được tính bằng công thức:

26. Trị trung bình- một vài ví dụ Dạng sóng Trị trung bình

27. Trị hiệu dụng Định nghĩa: Trị hiệu dụng của một sóng tuần hoàn là trị số tương đương của dòng điện một chiều I DC mà khi chạy qua một điện trở R trong một chu kì sẽ có năng lượng tỏa nhiệt bằng nhau.                  

28. Trị hiệu dụng- một vài ví dụ Dạng sóng Trị trung bình và trị hiệu dụng Hình 1.6

29. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ V i (t)>0 => D đóng V i (t)<0 => D ngắt