TÓM T T LÝ THUY T VÀ BÀI T P PH N DIODEẮ Ế Ậ Ầ

MÔN K THU T ĐI N TỸ Ậ Ệ Ử

Quan h gi a dòng đi n và đi n ápệ ữ ệ ệ)1( / −= TVV

S eII η

v i:ớ IS: dòng đi n (ng c) bão hòaệ ượVT: đi n th nhi tệ ế ệη: h s th c t , có giá tr t 1 đ n 2ệ ố ự ế ị ừ ế

Hình 1-1 Đ c tuy n diode phân c c thu nặ ế ự ậ

Đi n tr AC (đi n tr đ ng)ệ ở ệ ở ộ

I

mV

I

VrD

25=∆∆=

Ngoài rD, còn t n t i đi n tr ti p xúc (ồ ạ ệ ở ế bulk) rB,th ng có tr s r t nh và đ c bườ ị ố ấ ỏ ượ ỏ qua.

Đi n tr DCệ ở

I

VRD =

Phân tích m ch DC có diodeạTa có th thay th diode trong m ch b i m t ngu n áp 0,7V (n u là diode Si) ho cể ế ạ ở ộ ồ ế ặ 0,3V (n u là diode Ge) b t c khi nào mà diode có dòng phân c c thu n phía trênế ấ ứ ự ậ đi m ể knee.

Hình 1-2 Diode phân c c thu n (a) có th thay th b i m t ngu n áp (b)ự ậ ể ế ở ộ ồ

Trang 1/9

Vì v y, đ phân tích đi n áp và dòng di n DC trong m ch có ch a diode, ta có thậ ể ệ ệ ạ ứ ể thay th đ c tuy n V-A nh hình 1-3.ế ặ ế ư

Hình 1-3 Đ c tuy n lý t ng hóaặ ế ưởVí d 1-1ụGi s r ng diode Si trên hình 1-4 đòi h i dòng t i thi u là 1 mA đ n m trên đi mả ử ằ ỏ ố ể ể ằ ể knee.

Hình 1-4 (Ví d 1-1)ụ1. Tr s R là bao nhiêu đ dòng trong m ch là 5 mA?ị ố ể ạ2. V i tr s R tính câu (1), giá tr t i thi u c a E là bao nhiêu đ duy trì diode ớ ị ố ở ị ố ể ủ ể ở trên đi m knee?ểGi iả1. Tr s c a Rị ố ủ

Ω=−=−= 8605

7,057,0

mA

VV

I

VER

2. Giá tr t i thi u c a Eị ố ể ủ

mAR

VEI 1

7,0 ≥−=

VVmAE 56,17,01860 =+×Ω≥

Phân tích m ch diode v i tín hi u nhạ ớ ệ ỏM t cách t ng quát, các linh ki n th xem xét ho t đ ng hai d ng: tín hi u nhộ ổ ệ ể ạ ộ ở ạ ệ ỏ vá tín hi u l n. Trong các ng d ng tín hi u nh , đi n áp và dòng đi n trên linhệ ớ ứ ụ ệ ỏ ệ ệ ki n m t t m r t gi i h n trên đ c tuy n V-A. Nói cách khác, đ i l ng ệ ộ ầ ấ ớ ạ ặ ế ạ ượ ΔV và ΔI r t nh so v i t m đi n áp và dòng đi n mà linh ki n ho t đ ng.ấ ỏ ớ ầ ệ ệ ệ ạ ộVí d 1-2ụGi s r ng diode Si trên hình 1-5 đ c phân c c phía trên đi m knee và có ả ử ằ ượ ự ể rB là 0,1Ω, hãy xác đ nh dòng đi n và đi n áp trên diode. V đ th dòng đi n theo th iị ệ ệ ẽ ồ ị ệ ờ gian.

Hình 1-5 (Ví d 1-2)ụGi iảNg n m ch ngu n AC, xác đ nh dòng DC:ắ ạ ồ ị

mAV

I 63,19270

)7,06( =Ω

−=

Trang 2/9

Do đó, đi n tr AC làệ ở

Ω=Ω+=+= 42,11,063,19

2525

mA

mVr

I

mVr BD

Dòng đi n AC làệ

][sin37,742,1270

sin2mAt

t

rR

ei

D

ωω =+

=+

=

Đi n áp AC làệ

][sin01,0sin242,1270

42,1Vtte

rR

rv

D

DD ωω =

+=

+=

Nh v y dòng và áp t ng c ng làư ậ ổ ộ

][sin01,07,0)(

][sin37,763,19)(

Vttv

mAtti

ωω

+=+=

Đ th dòng đi n theo th i gian đ c cho hình 3-8ồ ị ệ ờ ượ ở

Hình 1-6 Thành ph n AC thay đ i ầ ổ ±7,37 mA xung quanh thành ph n DC 19,63mAầ

Đ ng t i (load line)ườ ảTa có th th c hi n vi c phân tích diode v i tín hi u nh b ng cách s d ng hìnhể ự ệ ệ ớ ệ ỏ ằ ử ụ v v i đ c tuy n V-A c a diode.ẽ ớ ặ ế ủXét m ch cho hình 1-7. Đây chính là m ch t ng đ ng v DC c a m ch đã choạ ở ạ ươ ươ ề ủ ạ

hình 1-5 (ng n m ch ngu n áp). Ta xem đi n áp trên diode là V (ch không làở ắ ạ ồ ệ ứ h ng s ).ằ ố

Hình 1-7 Dòng đi n qua diode I và đi p áp trên diode Vệ ệTheo đ nh lu t áp Kirchhoff, ta cóị ậ

VIRE +=Do đó, quan h gi a dòng và áp DC trên diode cho b i ph ng trìnhệ ữ ở ươ

R

E

R

VI +−=

Thay s vào, ta cóố

0222,0)107,3(

270

6

2703 +×−=

+−=

− VI

VI

Trang 3/9

Ph ng trình này có d ng ươ ạ y=ax+b và đ th c a nó là m t đ ng th ng có đ d cồ ị ủ ộ ườ ẳ ộ ố (slope) là -1/R và c t tr c I t i đi m ắ ụ ạ ể E/R (và c t tr c V t i đi m Vắ ụ ạ ể o=E). Đ ngườ th ng này đ c g i là đ ng t i DC (DC Load Line).ẳ ượ ọ ườ ảĐ ng t i DC c a m ch cho hình 1-7 đ c v trên hình 1-8. Đ ng t i này bi uườ ả ủ ạ ở ượ ẽ ườ ả ể di n t t c các t h p có th có c a dòng đi n qua diode ễ ấ ả ổ ợ ể ủ ệ I và đi p áp trên diode ệ V v i tr s ớ ị ố E và R xác đ nh. Giá tr hi n th i c a ị ị ệ ờ ủ I và V tùy thu c vào diode đ c sộ ượ ử d ng trong m ch.ụ ạ

Hình 1-8 Đ ng t i DCườ ảĐ c tính c a đ ng t i DC là m i t h p ặ ủ ườ ả ọ ổ ợ có th cóể c a dòng đi n ủ ệ I và đi n áp ệ V c a m ch hình 1-7 là m t đi m n m t i m t n i nào đó trên đ ng th ng. Choủ ạ ở ộ ể ằ ạ ộ ơ ườ ẳ tr c m t diode c th (mà ta đã bi t đ c tuy n V-A c a nó), m c tiêu c a ta làướ ộ ụ ể ế ặ ế ủ ụ ủ xác đ nh t h p dòng-áp hi n th i. Ta có th tìm đ c đi m này b ng cách vị ổ ợ ệ ờ ể ượ ể ằ ẽ đ ng t i DC trên cùng h tr c t a đ c a đ c tuy n Vôn-Ampe, giao đi m c aườ ả ệ ụ ọ ộ ủ ặ ế ể ủ đ ng t i DC và đ c tuy n V-A s cho ta giá tr dòng và áp qua diode hi n th i.ườ ả ặ ế ẽ ị ệ ờPh ng trình c a hai đ ng này làươ ủ ườ

R

E

R

VI +−= (đ ng t i DC)ườ ả

)1( / −= TVVS eII η (đ c tuy n V-A c a diode)ặ ế ủ

Giao đi m c a chúng đ c g i là ể ủ ượ ọ đi m tĩnh Q (Quiescent point)ể hay còn g i làọ đi m ho t đ ngể ạ ộ c a diode. Nó đ i di n cho dòng và áp DC trong m ch khi ch cóủ ạ ệ ạ ỉ ngu n áp DC ồ E=6V, hay nói cách khác là khi ngu n áp AC trong m ch 1-5 b ng 0.ồ ạ ằ

Hình 1-9 Giao đi m c a đ ng t i v i đ c tuy n c a diode (đi m Q) xác đ nhể ủ ườ ả ớ ặ ế ủ ể ị đi n áp trên diode (0,66 V) và dòng đi n qua diode (19,8 mA)ệ ệ

L u ý r ng các phân tích ta v a làm là d a vào đi u ki n ngu n AC đ c ng nư ằ ừ ự ề ệ ồ ượ ắ m ch. Đi m tĩnh Q còn đ c g i là ạ ể ượ ọ đi m phân c c (bias point)ể ự b i vì nó đ i di nở ạ ệ cho dòng và áp trên diode khi nó đ c phân c c b i ngu n DC.ượ ự ở ồKhi xét đ n c ngu n AC trong m ch hình 1-5, thì đi n áp t ng c ng làế ả ồ ạ ệ ổ ộ

tEeEtv ωsin2)( +=+=

Trang 4/9

Nh v y, đi n áp s thay đ i theo th i gian v i tr t i thi u là ư ậ ệ ẽ ổ ờ ớ ị ố ể E – 2 [V] và t i đa làố E + 2 [V]. Đi n áp này s t o ra m t lo t các đ ng t i (đ c minh h a trên hìnhệ ẽ ạ ộ ạ ườ ả ượ ọ 1-10).

Hình 1-10 Tác đ ng c a ngu n AC lên m ch diode có th phân tích theo cách nóộ ủ ồ ạ ể t o ra m t lo t các đ ng t i song song. V i cách này, ta có th giá tr t i đa vàạ ộ ạ ườ ả ớ ể ị ố

t i thi u c a áp và dòng.ố ể ủ

Phân tích m ch diode v i tín hi u l nạ ớ ệ ớTrong m i ng d ng th c t v i tín hi u l n, ta có th xem diode ho t đ ng haiọ ứ ụ ự ế ớ ệ ớ ể ạ ộ ở vùng: vùng phân c c thu n và vùng phân c c ng c (ho c phân c c g n 0V). Khiự ậ ự ượ ặ ự ầ đi n tr c a diode thay đ i t r t nh đ n r t l n, thì diode ho t r t gi ng v i m tệ ở ủ ổ ừ ấ ỏ ế ấ ớ ạ ấ ố ớ ộ công t c ắ (switch). M t diode lý tộ ư ng trong các ng d ng tín hi u l n đở ứ ụ ệ ớ ư c xem làợ m t công t c có đi n tr b ng không khi đóng và b ng vô cùng khi h . Nh v y,ộ ắ ệ ở ằ ằ ở ư ậ khi phân tích các m ch nh v y, ta có th xem diode là m t công t c đ c đi uạ ư ậ ể ộ ắ ượ ề khi n b ng đi n áp, khi phân c c thu n thì đóng, khi phân c c ng c ho c phânể ằ ệ ự ậ ự ượ ặ c c v i áp g n b ng 0 thì h m ch. Tùy theo đ l n c a đi n áp trong m ch màự ớ ầ ằ ở ạ ộ ớ ủ ệ ạ đi n áp r i trên diode (0,3 V đ n 0,7 V) có th b qua hay không.ệ ơ ế ể ỏVí d 1-3ụGi s diode Si trong m ch hình 1-11 là lý t ng và có ả ử ạ ở ưở Vγ = 0,7 V. Hãy xác đ nhị dòng đi n ệ i(t) và đi n áp ệ v(t) trên đi n tr n uệ ở ế1. e(t) = 20sinωt2. e(t) = 1,5sinωt

Hình 1-11 (Ví d 1-3)ụGi iả

Trang 5/9

Hình 1-12 Dòng và áp trên đi n tr khi e(t)ệ ở = 20sinωt

Hình 1-13 Dòng và áp trên đi n tr khi e(t)ệ ở = 1,5sinωt

Bài t pậ1-1 S d ng đ c tuy n V-A hình 1-14, hãy xác đ nh (b ng hình v ) giá tr đi nử ụ ặ ế ở ị ằ ẽ ị ệ tr AC g n đúng khi dòng qua diode là 0,1 mA. Làm l i v i đi n áp trên diode làở ầ ạ ớ ệ 0,64 V. Diode này là silicon hay germanium?

Trang 6/9

Hình 1-14 (Bài t p 1-1)ậĐS ≈320 Ω; ≈16 Ω; silicon.1-2 Xác đ nh đi n tr DC c a diode t i các đi m đị ệ ở ủ ạ ể ư c ch ra bài t p 1-1.ợ ỉ ở ậĐS 5,4 kΩ; 183 Ω1-3 Xác đ nh (b ng công th c) đi n tr AC g n đúng c a diode t i các đi m đ cị ằ ứ ệ ở ầ ủ ạ ể ượ ch ra bài t p 1-1 (b qua đi n tr ỉ ở ậ ỏ ệ ở bulk).ĐS 260 Ω; 7,43 Ω1-4 M t diode có dòng đi n 440 nA ch y t cathode sang anode khi phân c cộ ệ ạ ừ ự ng c v i đi n áp là 8V. Tìm đi n tr DC c a diode?ượ ớ ệ ệ ở ủĐS 18,18 MΩ1-5 Cho m ch hình 1-15. Khi ch nh đi n tr có giá tr 230 Ω thì đo đ c đi n ápạ ở ỉ ệ ở ị ượ ệ là 0,68 V. Khi ch nh đi n tr có giá tr 150 Ω thì đo đ c đi n áp là 0,69 V. Trongỉ ệ ở ị ượ ệ cá hai tr ng h p, ngu n áp DC c đ nh là 10 V.ườ ợ ồ ố ị

a. H i đi n tr DC c a diode là bao nhiêu m i l n đo?ỏ ệ ở ủ ở ỗ ầb. H i đi n tr AC c a diode là bao nhiêu khi thay đ i đi n áp trên diode tỏ ệ ở ủ ổ ệ ừ

0,68 V lên 0,69 V?

Hình 1-15 (Bài t p 1-5)ậĐS (a) 36,20 Ω; 24,01 Ω (b) 1,005 Ω1-6 Cho m ch hình 1-16. Xác đ nh đi n áp r i trên diode và đi n tr DC? Bi tạ ở ị ệ ơ ệ ở ế r ng đi n tr R = 220 Ω và I = 51,63 mAằ ệ ở

Hình 1-16 (Bài t p 1-6)ậĐS 0,6414 V; 12,42 Ω1-7 Cho m ch nh hình 1-17. Cho đi n áp r i trên diode Si phân c c thu n là 0,7 Vạ ư ệ ơ ự ậ và đi n áp r i trên diode Ge phân c c thu n là 0,3 V. Giá tr ngu n áp là 9V.ệ ơ ự ậ ị ồ

a. N u diode Dế 1 và D2 là diode Si. Tìm dòng I?b. Làm l i câu (a) n u Dạ ế 1 là Si và D2 là Ge.

Hình 1-17 (Bài t p 1-7)ậĐS (a) 7,6 mA; (b) 8 mA1-8 Cho m ch nh hình 1-18. Cho diode lo i germanium (đi n áp r i phân c cạ ư ạ ệ ơ ự thu n là 0,3 V). Hãy xác đ nh sai s ph n trăm do vi c b qua đi n áp r i trên diodeậ ị ố ầ ệ ỏ ệ ơ khi tính dòng I trong m ch. Bi t r ng áp là 3V và đi n tr là 470 Ω.ạ ế ằ ệ ở

Trang 7/9