Kiểu Mẫu Một Chiều Của Diode. Diode Lý Tưởng (Ideal Diode) - 123doc

1. Trang chủ >
2. Giáo án - Bài giảng >
3. Cao đẳng - Đại học >

Kiểu mẫu một chiều của diode. Diode lý tưởng (Ideal diode)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.46 MB, 201 trang )

R− ID = 0R+≅VS -++VS VD = -VS--I⇒D Đặc tuyếnV-IVD0Phân cực nghịchHình 15Kiểu mẫu điện thế ngưỡng (Knee-Voltage model)Trong kiểu mẫu này, điện thế ngang qua diode khi được phân cực thuận là một hằngsố và được gọi là điện thế ngưỡng V K (khoảng 0,3V đối với diode Ge và 0,7 volt đối vớidiode Si).Như vậy, khi phân cực thuận, diode tương đương với một diode lý tưởng nối tiếpvới nguồn điện thế VK, khi phân cực nghịch cũng tương đương với một ngắt điện hở.ID+V -≅ + VK -≅IDVD≥VKVD0VDVK-VS −RVK = VD-Hình 17Kiểu mẫu diode với điện trở động:Khi điện thế phân cực thuận vượt quá điện thế ngưỡng VK, dòng điện qua diode tăngnhanh trong lúc điện thế qua hai đầu diode V D cũng tăng (tuy chậm) chứ không phải làhằng số như kiểu mẫu trên. Để chính xác hơn, lúc này người ta phải chú ý đến độ giảmthế qua hai đầu điện trở động r0.Giáo trình Linh Kiện ĐiệnTử+ VD –IDIDDiode thựcID -Q≅00VKVDDiode lý tưởng01r == ∆VDđộ dốc ∆IDV0VDV0: điện thế offset+ VD –+ r0 - + V 0 –IDVD= V0+r0IDID -Hình 18 - 19Thí dụ:Từ đặc tuyến V-I của diode 1N917(Si), xác định điện trở động r0 và tìm điểm điềuhành Q(ID và VD) khi nó được dùng trong mạch hình bên.ID (mA)65ID=4,77mAQ’4321ID=4,67mAQVs=15VR=3KID=?+VD=?-0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,9VD(volt)Hình 20Giải:Bước 1: dùng kiểu điện thế ngưỡng:I 'D =V −V0,7SKR15 −=3KΩVs=15VR=3K= 4,77mAI’D=?+V’D=0,7V-Giáo trình Linh Kiện ĐiệnTửHình 21Bước 2: với I’D =4,77mA, ta xác định được điểm Q’ (V’D=0,9V)Bước 3: vẽ tiếp tuyến tại Q’ với đặc tuyến để tìm điện thế offset V0.V0=0,74VBước 4: Xác định r0 từ công thức:∆VD 0,9 − 0,74 0,16r0 ===≈ 32Ω∆DI D4,774,77Bước 5: Dùng kiểu mẫu với điện trở động r0.V −VDI = RS + r 015 − 0,74= 3000 +32IDR= 0,00467Ar0=32Ω+VS=15V++ Vs(t)0V = 0,74V-ID=4,67mAK-Hình 22Và VD=V0+r0ID=0,74+0,00467x32=0,89VChú ý:Trong trường hợp diode được dùng với tín hiệu nhỏ, điện trở động r0 chính là điệntrở động rd mà ta đã thấy ở phần trước cộng với điện trở của hai vùng bán dẫn P và N.r0=rac=rp+rn+rd=rB+rd26mVvới rd=ηIDmAVí dụ: Xem mạch dùng diode 1N917 với tín hiệu nhỏ VS(t)=50 Sinωt (mV).Tìm điện thế VD(t) ngang qua diode, biết rằng điện trở rB của hai vùng bán dẫn P-N là10Ω.50mVVs=15V-50mVR=3K-+VD(t)?-Hình 23Giải:Theo ví dụ trước, với kiểu mẫu điện thế ngưỡng ta có VD=0,7V và ID=4,77mA.Từ đó ta tìm được điện trở nối rd:ID26mV26mVdr ==4,77mA= 5,45Ωrac=10 + 0,45=10,45ΩMạch tương đương xoay chiều:Điện thế đỉnh Vdm ngang qua diode là V=racGiáo trình Linh Kiện Điện.50TửV =ac15,45dm+3000Vd+mm=10,2556,Sin4ωt5(mV).Vậyđiện VD(t)thế 0,256mVtổngcộngngangquadiode là:VD(t)=700mV+0,256 Sinωt(mV).R=3K++Vs(t)-Vd(t)rac700mVtHình 24Kiểu mẫu tínhiệu rộng vàhiệu ứng tần số.Trang 63Biên soạn: Trương Văn TámVs(t)Hình sau đây mơ tả một diode được dùngvới tín hiệu hình sin có biên độ lớn.RLGiáo trình Linh Kiện ĐiệnTửvS(t)+ 30V+VL(t)--30V+Bán kỳ dương Diode Vs(t)dẫn+30V+RL+30V-30V-vS(t)iode ngưng+Vs(t)-D0+de-dẫnvL(VL(t)=0 RLt)Diode+30V Bán kỳ âmngưng0-30VHình25Trang 64Biên soạn: Trương Văn TámGiáo trình Linh Kiện ĐiệnTửKhi diode được dùng với nguồn tín hiệu xoay chiều tín hiệu biên độ lớn, kiểu mẫutín hiệu nhỏ khơng thể áp dụng được. vì vậy, người ta dùng kiểu mẫu một chiều tuyếntính.Kết quả là ở nữa chu kỳ dương của tín hiệu, diode dẫn và xem như một ngắt điệnđóng mạch. ở nửa chu kỳ âm kế tiếp, diode bị phân cực nghịch và có vai trò như một ngắtđiện hở mạch. Tác dụng này của diode được gọi là chỉnh lưu nửa sóng (mạch chỉnh lưusẽ được khảo sát kỹ ở giáo trình mạch điện tử).Đáp ứng trên chỉ đúng khi tần số của nguồn xoay chiều V S(t) thấp-thí dụ như điện50/60Hz, tức chu kỳ T=20ms/16,7ms-khi tần số của nguồn tín hiệu lên cao (chu kỳ ởhàng nano giây) thì ta phải quan tâm đến thời gian chuyển tiếp từ bán kỳ dương sang bánkỳ âm của tín hiệu.Khi tần số của tín hiệu cao, điện thế ngõ ra ngồi bán kỳ dương (khi diode đượcphân cực thuận), ở bán kỳ âm của tín hiệu cũng qua được một phần và có dạng như hìnhvẽ. Chú ý là tần số của nguồn tín hiệu càng cao thì thành phần bán kỳ âm xuất hiện ở ngõra càng lớn.vS(t)vS(t)t(ms)t(ms)vL(t)vL(t)t(ms)t(ms)Hình 26Hiệu ứng này do điện dung khuếch tán C D của nối P-N khá lớn khi được phân cựcthuận (CD có trị từ 2000pF đến 15000pF). Tác dụng của điện dung này làm cho diodecực nghịchkhông thể thay đổi tức thời từ trạng thái dẫn sang trạngthái ngưng dẫn mà phải mất đimột thời gian (thường được gọi là thời gian hồi phục, kiểu mẫu diode phải kể đến tácdụng của điện dung của nối.rBrdArBKPhân cực thuậnrrKAPhânCTCDTranHg5ìn1h 27Biên soạn: Trương Văn TámrB: Điện trở hai vùng bán dẫn P và Nrd: Điện trở động của nối P-N khi phân cực thuận (rất nhỏ)CD: Điện dung khuếch tánrr: Điện trở động khi phân cực nghịch (rất lớn)CT: Điện dung chuyển tiếpĐể thấy rõ hơn thời gian hồi phục, ta xem đáp ứng của diode đối với hàm nấc (dạngsóng chữ nhật) được mơ tả bằng hình vẽ sau.vS(t)vfi+ Vd -0+tRLVs(t)-vr-vd0,7Vt0-VrVfif RLHình 28irir  VrRLidI00ttrThơng thường, giá trị của tr có thể thay đổi từ nhỏ hơn 1 nano giây đến xấp xĩ 1µs.Hiệu ứng của tr trên diode chỉnh lưu (sóng sin) được diễn tả như hình sau. Người ta nhậnthấy rằng, có thể bỏ qua thời gian hồi phục trên mạch chỉnh lưu khi t r