0.3 Nối p-n và diode (p-n junction và diot)  (Page 5/7)

Các loại diode thông dụng

Diode cơ bản là một nối P-N. Thế nhưng, tùy theo mật độ chất tạp pha vào chất bán dẫn thuần ban đầu, tùy theo sự phân cực của diode và một số yếu tố khác nữa mà ta có nhiều loại diode khác nhau và tầm ứng dụng của chúng cũng khác nhau.

Diode chỉnh lưu:

Là diode thông dụng nhất, dùng để đổi điện xoay chiều – thường là điện thế 50Hz đến 60Hz sang điện thế một chiều. Diode này tùy loại có thể chịu đựng được dòng từ vài trăm mA đến loại công suất cao có thể chịu được đến vài trăm ampere. Diode chỉnh lưu chủ yếu là loại Si. Hai đặc tính kỹ thuật cơ bản của Diode chỉnh lưu là dòng thuận tối đa và điện áp ngược tối đa (Điện áp sụp đổ). Hai đặc tính này do nhà sản xuất cho biết.

Trước khi xem qua một số sơ đồ chỉnh lưu thông dụng, ta xem qua một số kiểu mẫu thường dùng của diode.

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

Trong trường hợp này, người ta xem như điện thế ngang qua diode khi phân cực thuận bằng không và nội trở của nó không đáng kể. Khi phân cực nghịch, dòng rỉ cũng xem như không đáng kể.

Như vậy, diode lý tưởng được xem như một ngắt (switch): ngắt điện đóng mạch khi diode được phân cực thuận và ngắt điện hở mạch khi diode được phân cực nghịch.

Kiểu mẫu điện thế ngưỡng (Knee-Voltage model)

Trong kiểu mẫu này, điện thế ngang qua diode khi được phân cực thuận là một hằng số và được gọi là điện thế ngưỡng VK (khoảng 0,3V đối với diode Ge và 0,7 volt đối với diode Si).

Như vậy, khi phân cực thuận, diode tương đương với một diode lý tưởng nối tiếp với nguồn điện thế VK, khi phân cực nghịch cũng tương đương với một ngắt điện hở.

Kiểu mẫu diode với điện trở động:

Khi điện thế phân cực thuận vượt quá điện thế ngưỡng VK, dòng điện qua diode tăng nhanh trong lúc điện thế qua hai đầu diode VD cũng tăng (tuy chậm) chứ không phải là hằng số như kiểu mẫu trên. Để chính xác hơn, lúc này người ta phải chú ý đến độ giảm thế qua hai đầu điện trở động r0.

Thí dụ:

Từ đặc tuyến V-I của diode 1N917(Si), xác định điện trở động r0 và tìm điểm điều hành Q(ID và VD) khi nó được dùng trong mạch hình bên.

Giải:

Bước 1: dùng kiểu điện thế ngưỡng:

$I{\text{'}}_D=\frac{V_S-V_K}{R}=\frac{\text{15}-\mathrm{0,7}}{\mathrm{3K}\Omega }=\mathrm{4,}\text{77}\text{mA}$

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=0,74V

Bước 4: Xác định r0 từ công thức:

$r_0=\frac{{\mathrm{\Delta V}}_D}{\Delta {\text{DI}}_D}=\frac{\mathrm{0,9}-\mathrm{0,}\text{74}}{\mathrm{4,}\text{77}}=\frac{\mathrm{0,}\text{16}}{\mathrm{4,}\text{77}}\approx \text{32}\Omega$

Bước 5: Dùng kiểu mẫu với điện trở động r0.

$I_D=\frac{V_S-V{}_0}{R+r_0}=\frac{\text{15}-\mathrm{0,}\text{74}}{\text{3000}+\text{32}}=\mathrm{0,}\text{00467}A$

ID=4,67mA

Và VD=V0+r0ID=0,74+0,00467x32=0,89V

Chú ý:

Trong trường hợp diode được dùng với tín hiệu nhỏ, điện trở động r0 chính là điện trở 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+rd

với rd= $\frac{\text{26}\text{mV}}{I_D\text{mA}}$

Ví dụ: Xem mạch dùng diode 1N917 với tín hiệu nhỏ VS(t)=50 Sint (mV).

Tìm điện thế VD(t) ngang qua diode, biết rằng điện trở rB của hai vùng bán dẫn P-N là 10.

Giải:

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:

$r_d=\frac{\text{26}\text{mV}}{I_D}=\frac{\text{26}\text{mV}}{\mathrm{4,}\text{77}\text{mA}}=\mathrm{5,}\text{45}\Omega$

rac=10 + 0,45=10,45

Mạch tương đương xoay chiều: