ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TS. NGUYỄN LINH NAM

Chương 2:

DIODE BÁN DẪN VÀ MẠCH

ỨNG DỤNG

Mục tiêu của chương: - Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, đặc tuyến, nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của diode

- Vẽ được sơ đồ tương đương của diode

- Giải thích và tính toán được các mạch điện tử ứng dụng cơ bản dùng diode bán dẫn, diode Zener

- Áp dụng được các kiến thức về diode bán dẫn trong thực tế

DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG

Cấu tạo và ký hiệu Diode bán dẫn

Sự phân cực Diode bán dẫn

DIODE BÁN DẪN THÔNG THƯỜNG

Cấu tạo và ký hiệu Diode bán dẫn

Sự phân cực Diode bán dẫn

Phân cực thuận: Diode dẫn Phân cực ngược: Diode tắt

VA VC VA VC

VA > VC VA < VC

)V(Si7.0 VvD0Di

Đặc tuyến Volt-Ampere của diode

Diode thực tế

Sơ đồ mạch tương đương của diode:

(a) Diode lý tưởng. (b) Mô hình xoay chiều của diode phân cực ngược. (c) Mô hình xoay chiều của diode phân cực thuận.

Điện trở thuận Rf=V/I

Điện trở động rD

D

T

D

T

D

DD

i

mV

Ii

mV

i

vr

0d

d

Điện dung của diode CD=Cj + Cd

Cj: là điện dung rào thế của tiếp giáp p-n

Cd: là điện dung khuếch tán của tiếp giáp p-n

Phương trình đường tải của diode trong mạch DC

DDRD RivVv E

DCLL

Trong mạch DC, ta dùng kiểu mẫu gần đúng hoặc lý tưởng để phân tích mạch.

VE diode được phân cực thuận, khi đó:

VvD

R

E V

R

VIi R

RD

VE diode phân cực ngược, mạch được xem như hở:

0 RD Ii

EDv

LED(Light Emitting Diode)

BÀI TẬP Bài tập 1

Bài tập 2

Bài tập 3

Bài tập về nhà 1

Bài tập về nhà 2

Diode trong mạch xoay chiều-Mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu (Rectification): là một quá trình chuyển đổi tín hiệu AC (alternative curent) thành tín hiệu DC (direct curent).

chỉnh lưu bán sóng (half-wave rectification)

Khi ngõ vàoVS >0 diode được phân cực thuận, điện áp trên tải RL:

VS

VL = RL.VS

RL + RS

=RL

RL + RS

VS

Khi điện ápVS <0 diode bị phân cực ngược , điện áp trên tải RL:

VL = 0giá trị trung bình:

SL

L

SL

L

SL

L

RR

RAtdt

RR

RAdt

RR

R

sinT

1V

T

1V

2T

0

2T

0

Saverage

tA sinVS

chỉnh lưu toàn sóng (full-wave rectification)

Mạch trong hình a: - Ở bán kỳ dương, D1 dẫn D2 tắt điện qua tải RL tạo nên bán chu kì dương ở ngõ ra. - Ở bán chu kỳ âm, D1 tắt D2 dẫn điện tạo thành bán chu kỳ dương thứ hai trên tải RL do đó dạng sóng ra là những bán chu kỳ dương nối tiếp nhau như hình c.

chỉnh lưu toàn sóng (full-wave rectification)

Mạch trong hình b: - Ở bán chu kỳ dương D1 và D3 dẫn tạo thành mạch vòng kín 1-D1-2-RL-4-D3-3 cung cấp bán kỳ dương trên tải RL. - Ở bán chu kỳ âm D2 và D4 dẫn tạo thành mạch vòng kín 3-D2-2-RL-4-D4-1 cung cấp bán kỳ dương thứ hai trên tải RL. Do đó dạng sóng ra là những bán chu kỳ dương nối tiếp nhau như hình d.

Trị trung bình của tín hiệu qua tải RL được xác định bởi công thức:

AtdtAtdVL

2cos

T

2

T

2V

2T

0

2T

0

average

tA cosVS

Mạch lọc

Tụ điện C sẽ được nạp nhanh chóng đến giá trị đỉnh Vmax của tín hiệu v0.

Khi điện áp v0 tụt giảm, tụ C sẽ phóng điện với thời hằng CRL

CRtt

Leetv

maxmax0 VV

đến khi đạt giá trị nhỏ hơn điện áp chỉnh lưu toàn sóng, tụ điện C sẽ được nạp đến giá trị đỉnh trở lại.

Nguồn DC

Mạch nguồn DC 6V dùng IC điều chỉnh điện áp (Voltage regulator) 7806 ()

Ñaëc tính chính cuûa caùc vi maïch hoï 78xx

Loaïi vi maïch

Ñieän aùp oån ñònh (V)

Ñieän aùp ra (V)

Ñieän aùp vaøo (V)

7805 +5 4,8 – 5,2 7,5 – 10

7806 +6 5,75 – 6,25 8,5 - 11

7809 +9 8,7 – 9,3 10,5 – 14

7810 +10 9,6 – 10,4 12,5 – 17

7812 +12 11,5 – 12,5 14,5 – 19

7815 +15 14,5 -15,6 17,5 -23

7818 +18 17,3 – 18,7 20,5 -27

7824 +24 23 - 25 26,5 - 33

Maïch ñieän oån aùp duøng hoï 78xx

- Ñieän aùp oån ñònh töø 5V ñeán 24 V tuyø vaøo loaïi vi maïch - Ñieän aùp xoay chieàu qua bieán aùp haï aùp, qua caàu chænh löu thaønh 1 chieàu, ñieän aùp naøy noái tôùi chaân 1 cuûa vi maïch, ñieän aùp laáy ra töø chaân 3, chaân 2 noái mass.

78xx 1

3

2 Uv

Ur +

Cr

+

Cv

CV= 470F đến 2200 F

Cr = 5F đến 100F

Uv = (1,2÷1,8)Ur

Maïch ñieän oån aùp duøng hoï 79xx

Uv

+

Cr

+

Cv

79xx

3

1 Ur

2

Họ 79xx cũng giống như họ 78xx nhưng duøng

cho nguồn aâm

Maïch oån aùp duøng IC hoï 78xx vaø 79xx

u1 u2

ur

Bài tập 1:Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:

1.Phân tích tác dụng các linh kiện và nguyên lý hoạt động của mạch.

2.Vẽ dạng điện áp: u2, trên tụ C1 và ur.

Bài tập 2: Thiết kế bộ nguồn ổn áp cho điện áp ra không đổi 12V, vẽ

và giải thích nguyên lý hoạt động của sơ đồ mạch đó.

ZENER DIODE:

Mạch ổn áp dùng diode Zenner

Hai điều kiện cực trị của iZ: 1. Dòng iZ cực tiểu (IZmin) khi iL cực đại (ILmax) và điện áp nguồn VS cực tiểu (VSmin). 2. Dòng iZ cực đại (IZmax) khi iL cực tiểu (ILmin) và điện áp nguồn VS cực đại (VSmax).

LmaxZmin

ZSmin

II

VV

iR

LminZmax

ZSmax

II

VV

iR

Sau khi xác định được giá trị IZmax thì điện trở Ri cũng sẽ được xác định.

Bài tập: Thiết kế bộ ổn định điện áp dùng diode Zener có VZ=10V cho các điều kiện sau: a. Dòng điện tải trong khoảng 100mA đến 200mA và điện áp nguồn thay đổi từ 14V đến 20V. b. Dòng điện tải trong khoảng 20mA đến 200mA và điện áp nguồn thay đổi từ 10.2V đến 14V.

Thiết kế: thiết kế cần chọn giá trị hợp lý cho Ri và mức công xuất tiêu tán cho Zener.

a. Từ giá trị của dòng tải và điện áp nguồn, dòng IZmax được xác định:

A53.0201.0109.041

01022.041011.0

V1.0V9.0V

VVIVVII

SmaxZSmin

ZSmaxLmaxSminZLminZmax

A2.0II LmaxZmax

A1I10III1.0I LminZmaxLminZmaxZmin

Suy ra Ri như sau:

8.15

1.053.0

1020

II

VV

LminZmax

ZSmaxiR

Khi đó công xuất tiêu tán trên Ri sẽ là:

W3.6VVIIP ZSmaxLminZmax iR

Còn công suất tiêu tán trên Zener:

W3.51053.0VIP ZZmaxZ

b. Lặp lại các bước trên ta có:

A4141.0109.0.201

01142.0.2010102.0IZmax

Giá trị âm của IZmax chứng tỏ rằng khoảng dự trữ giữa VSmin và VZ chưa đủ lớn để thỏa mãn sự thay đổi của dòng điện tải. Giải pháp có thể tăng điện áp nguồn hoặc giảm dòng điện yêu cầu ở ngõ ra.

Diode Zener trên thực tế và ổn định điện áp:

Theo ví dụ 1 giả sử rằng IZmin=0.1IZmax=0.053A, khi đó do điện trở động rd điện áp ngõ ra trên tải được xác định như sau:

v0min=VZ+rd.IZmin=10 + 2(0.053)=10.1V v0max=VZ+rd.IZmax=10 + 2(0.53)=11.1V

Khi đó ta có thể xác định phần trăm độ điều hòa (%Reg), được định nghĩa như là tầm dao động điện áp so với danh định.

1.010

1.101.11

v

vv%Reg

dinhdanh 0

0min0max