Giáo trình CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Chương 2 pptx

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN

34

thì diode sẽ trở nên bị phân cực ngược và dòng sẽ ngưng.

g) Khả năng xử lý công suất

Các diode được đánh giá tùy theo khả năng xử lý công suất. Các thông số được quy định theo

cấu trúc vật lý của diode (tức là, kích thước của tiếp giáp, kiểu vỏ, và kích thước của diode). Các

chỉ tiêu kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp, dùng để xác định khả năng về công suất của diode

trong khoảng nhiệt độ cho trước. Một số diode như các diode công suất đánh giá theo khả năng

tải dòng của diode.

Mức công suất tức thời tiêu tán bởi diode xác định bằng biểu thức ở phương trình (2.56),

D D D p = v i (2.56)

Khi các diode dẫn dòng tương đối lớn, thì diode cần phải được lắp đặt sao cho nhiệt tạo ra trong

diode có thể tiêu tán ra khỏi diode. Để tiêu tán nhiệt năng phát ra từ bên trong diode, thì phải lắp

cánh tản nhiệt cho các diode.

h ) Điện dung của diode

Mạch tương đương của diode gồm có một tụ nhỏ. Điện dung của tụ tùy thuộc vào biên độ và cực

tính của điện áp đặt vào diode cũng như các đặc tính của tiếp giáp hình thành trong suốt quá

trình chế tạo.

Trong mô hình đơn giản của tiếp giáp diode thể hiện ở hình 2.23, vùng tại tiếp giáp đã được rút

hết cả điện tử và lỗ trống. Ở phía p của tiếp giáp có nồng độ lỗ trống cao, còn ở phía n có nồng

độ điện tử cao. Sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống xảy ra lân cận tiếp giáp tạo ra dòng

khuyếch tán ban đầu. Khi các lỗ trống khuyếch tán qua tiếp giáp vào vùng n, các lỗ trống nhanh

chóng kết hợp với các điện tử đa số có trong vùng n và triệt tiêu. Tương tự như vậy, các điện tử

khuyếch tán ngang qua tiếp giáp, tái hợp và biến mất, tức là tạo ra vùng nghèo (còn gọi là vùng

điện tích không gian) lân cận tiếp giáp, vì rất ít các điện tử và lỗ trống. Khi đặt điện áp phân cực

ngược ngang qua tiếp giáp, vùng nghèo sẽ mở rộng, tức là làm tăng kích thước của vùng nghèo.

Vùng nghèo đóng vai trò như vùng cách điện, do đó diode phân cực ngược hoạt động giống như

một tụ điện có điện dung thay đổi nghịch đảo với căn bậc hai của mức sụt áp ngang vật liệu bán

dẫn.

Điện dung tương đương của các diode tần số cao nhỏ hơn 5pF, và có thể trở thành điện dung lớn

khoảng 500pF ở các diode dòng lớn (tần số thấp). Các thông số của nhà sản xuất cần phải được

lưu ý để xác định mức điện dung cho trước theo điều kiện làm việc đã cho.

2.5 MẠCH NGUỒN CHỈNH LƯU

Ứng dụng cơ bản trước tiên của diode là chỉnh lưu. Chỉnh lưu (hay nắn) là quá trình chuyển tín

hiệu xoay chiều (ac) thành một chiều (dc). Chỉnh lưu được phân loại thành chỉnh lưu bán kỳ

hoặc chỉnh lưu toàn kỳ.

a) Chỉnh lưu bán kỳ

Do một diode lý tưởng có thể duy trì dòng điện chảy chỉ theo một chiều, nên diode có thể dùng

để chuyển đổi tín hiệu ac thành tín hiệu dc.

Hình 2.24, là mạch chỉnh lưu bán kỳ đơn giản. Khi điện áp vào dương, diode được phân cực

thuận nên có thể được thay bằng một ngắn mạch (giả sử diode là lý tưởng). Khi điện áp vào âm,

diode được phân cực ngược nên có thể thay bằng một mạch hở. Vậy, khi diode được phân cực

CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 2: TIẾP GIÁP PN & DIODE BÁN DẪN

35

thuận, điện áp ra trên điện trở tải có thể xác định từ quan hệ mạch phân áp. Mặt khác, ở trạng

thái phân cực ngược, dòng điện bằng 0 nên điện áp ra cũng bằng 0.

Hình 2.24, thể hiện ví dụ của dạng sóng ra khi cho dạng sóng vào sin có biên độ khoảng 100V,

Rs = 10Ω, và RL = 90Ω.

Mức điện áp trung bình của hàm tuần hoàn được tính theo tích phân của hàm số trong một chu

kỳ của hàm tuần hoàn, tức là bằng số hạng thứ nhất trong khai triển chuổi Fourier của hàm số.

Lưu ý rằng, khi tín hiệu vào sin có trị trung bình bằng 0, thì dạng sóng ra có trị trung bình là,

∫ = = /2

0 oavg π

2 90 90sin 1 T

dt

T

t

T

V π

Mạch chỉnh lưu bán kỳ có thể dùng để tạo ra tín hiệu ra dc gần như không đổi nếu dạng sóng ra

ở hình 2.24, được lọc (xem mục 2.5c). Lưu ý mạch chỉnh lưu bán kỳ có hiệu suất rất thấp. Trong

suốt nữa bán kỳ của mỗi chu kỳ tín hiệu vào bị cắt bỏ hoàn toàn khỏi tín hiệu ra. Nếu có thể

truyền năng lượng vào đến đầu ra trong suốt bán kỳ đó cần phải tăng mức công suất ra.

b) Chỉnh lưu toàn kỳ

Mạch chỉnh lưu toàn kỳ sẽ chuyển đổi năng lượng vào đến đầu ra trong cả hai bán kỳ của tín

hiệu vào và sẽ làm cho mức dòng trung bình tăng lên trong một chu kỳ. Có thể sử dụng biến áp

trong mạch chỉnh lưu bán kỳ để có được cả hai cực tính âm và dương. Mạch tương đương và

dạng sóng ra như ở hình 2.25. Mạch chỉnh lưu bán kỳ sẽ tạo ra mức dòng trung bình gấp đôi

mức dòng trung bình của mạch chỉnh lưu bán kỳ (tự kiểm chứng phát biểu này).

Chỉnh lưu toàn kỳ có thể không sử dụng biến áp, chẳng hạn như mạch chỉnh lưu cầu ở hình

2.26, cũng thực hiện việc chỉnh lưu toàn kỳ.

Khi điện áp nguồn có bán kỳ dương, các diode 1 và 4 sẽ dẫn còn các diode 2 và 3 là hở mạch.

Khi điện áp nguồn chuyển sang bán kỳ âm, xảy ra trạng thái ngược lại nên các diode 2 và 3 dẫn,

như chỉ rõ ở hình 2.26b. Xét mạch ở hình 2.26a, sẽ cho thấy có thể ngắn mạch thực tế của mạch