bài giảng Kỹ thuật điện tử và tin học phần 2

thuộc vào nồng độ hạt thiểu số lúc cân bằng, vào độ dài và hệ số khuếch tán tức là vào bản chất cấu tạo chất bán dẫn tạp chất loại n và p và do đó phụ thuộc vào nhiệt độ. UT = KT/q gọi là thế nhiệt; ở T= 300 0K với q = 1,6.10 – 19 C, k = 1,38.10-23 J/K UT có giá xấp xỉ 25,5mV; m = (1 ¸ 2) là hệ số hiệu chỉnh giữa lí thuyết và thực tế -
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
bài giảng Kỹ thuật điện tử và tin học phần 2thuộc vào nồng độ hạt thiểu số lúc cân bằng, vào độ dài và hệ số khuếch tán tức làvào bản chất cấu tạo chất bán dẫn tạp chất loại n và p và do đó phụ thuộc vào nhiệtđộ.UT = KT/q gọi là thế nhiệt; ở T= 300 0K với q = 1,6.10 – 19 C, k = 1,38.10-23 J/KUT có giá xấp xỉ 25,5mV; m = (1 ¸ 2) là hệ số hiệu chỉnh giữa lí thuyết và thực tế- Tại vùng mở (phân cực thuận): UT và Is có phụ thuộc vào nhiệt độ nên dạng đườngcong phụ thuộc vào nhiệt độ với hệ số nhiệt được xác định bởi đạo hàm riêng UAKtheo nhiệt độ. ¶UAK mV » -2 IA =const ¶T Knghĩa là khi giữ cho đòng điện thuận qua van không đổi, điện áp thuận giảm tỉ lệ theonhiệt độ với tốc độ -2mV/K.- Tại vùng khóa (phân c ực ngược) giá trị dòng bão hòa Is nhỏ (10- 12 A/cm2 với Si và10-6 A/cm2 với Ge và phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ với mức độ +10% giá trị/0k:DIs (DT = 100K) = Is tức là đòng điện ngược tăng gấp đôi khi gia số nhiệt độ tăng IOOC- Các kết luận vừa nêu đối với Is và UAK chỉ rõ hoạt động của điôt bán dẫn phụ thuộcmạnh vào nhiệ độ và trong thực tế các mạch điện tử có sử dụng tới điốt bán dẫn hoặctranzito sau này, người ta cần có nhiều biện pháp nghiêm ngặt để duy trì sự ổn địnhcủa chúng khi làm việc, chống (bù) lại các nguyên nhân kể trên do nhiệt độ gây ra.- Tại vùng đánh thủng (khi UAK < 0 và có trị số đủ lớn) dòng điện ngược tăng đột ngộttrong khi điện áp giữa anốt và katốt không tăng. Tính chất van của điốt khi đó bị pháhoại. Tồn tại hai đang đánh thủng chính:· Đánh thủng vì nhiệt do tiếp xúc p-n bị nung nóng cục bộ, vì va chạm của hạt thiểusố được gia tốc trong trường mạnh. Điều này dẫn tới quá trình sinh hạt ồ ạt (ion hóanguyên tử chất bán dẫn thuần, có tính chất thác lũ) làm nhiệt độ nơi tiếp xúc tiếp tụctăng. Dòng điện ngược tăng đột biến và mặt ghép p-n bị phá hỏng.· Đánh thủng vì điện do hai hiệu ứng: ion hóa do va chạm giữa hạt thiểu số đượcgia tốc trong trường mạnh cỡ 105V/cm với nguyên tử của chất bán dẫn thuần thườngxảy ra ở các mặt ghép p-n rộng (hiệu ứng Zener) và hiệu ứng xuyên hầm (Tuner) xảyra ở các tiếp xúc p-n hẹp do pha tạp chất với nồng độ cao liên quan tới hiện tượngnhảy mức trực tiếp của điện tử hóa trị bên bán dẫn p xuyên qua rào thế tiếp xúc sangvùng dẫn bên bán dẫn n. Khi phân tích hoạt động của điốt trong các mạch điện cụ thể, người ta thường sửdụng các đại lượng (tham số) đặc trưng cho nó. Có hai nhóm tham số chính với mộtđiốt bán dẫn là nhóm các tham số giới hạn đặc trưng cho chế độ làm việc giới hạn củađiốt và nhóm các tham số định mức đặc trưng cho chế độ làm việc thông thường. - Các tham số giới hạn là: · Điện áp ngược cực đại để điốt còn thể hiện tính chất van (chưa bị đánh thủng): Ungcmax (thường giá trị Ungcmax chọn khoảng 80% giá trị điện áp đánh thủng Uđt) · Dòng cho phép cực đại qua van lúc mở: IAcf. · Công suất tiêu hao cực đại cho phép trên van để chưa bị hỏng vì nhiệt: PAcf. 24 · Tần số giới hạn của điện áp (dòng điện) đặt lên van để nó còn tính chất van: fmax. Các tham số định mức chủ yếu là: - · Điện trở 1 chiều của điốt: UAK UT æ IA ö lnç + 1÷ Rd = = (2-13) çI ÷ IA IA è S ø · Điện trở vi phân (xoay chiều) của điốt: ¶UAK UT rđ = = (2-14) ¶IA IA + IS UT » rdth do IA lớn nên giá trị rd nhỏ và giảm nhanh theo mức tăng Với nhánh thuận IA U của IA; với nhánh ngược T » rdngc lớn và ít phụ thuộc vào dòng giá trị rđth và rđngc IS càng chênh lệch nhiều thì tính chất van càng thể hiện rõ. · Điện dung tiếp giáp p-n: lớp điện tích khối l0 tương đương như 1 tụ điện gọi là điện dung của mặt ghép p-n: Cpn = Ckt + Crào. Trong đó Crào là thành phần điện dung chỉ phụ thuộc vào điện áp ngược (vài phầnchục pF) và Ckt là thành phần chỉ phụ thuộc vào điện áp thuận (vài pF). Hình 2.6a: Kí hiệu và dạng đóng gói thực tế của điốt Ở những tần số làm việc cao, người ta phải để ý tới ảnh hưởng của Cpn tới cáctính chất của mạch điện. Đặc biệt khi sử dụng điốt ở chế độ khóa điện tử đóng mở với 25nhịp cao, điốt cần một thời gian quá độ để hồi phục lại tính chất van lúc chuyển từ mởsang khóa. Điện áp mở van UD là giá trị điện áp thuận đặt lên van tương ứng để dòngthuận đạt được giá trị 0,1Imax. Người ta phân loại các điốt bán dẫn theo nhiều quan điểm khác nhau: · Theo đặc điểm cấu tạo có loại điốt tiếp điểm, điốt tiếp mặt, loại vật liệu sử dụng: Ge hay Si. · Theo tần số giới hạn fmax có loại điốt tần số cao, điốt tần số thấp. · Theo công suất pAcf có loại điốt công suất lớn, công suất trung bình hoặc công suất nhỏ (IAcf < 300mA) · Theo nguyên lý hoạt động hay phạm vi ứng dụng có các loại điôt chỉnh lưu, điôt ổn định điện áp (điôt Zener), điôt biến dung (Varicap), điôt sử dụng hiệu ứng xuyên hầm (điôt Tunen)…. Chi tiết hơn, có thể xem thêm trong các tài liệu chuyên ngành về dụng cụ bán dẫnđiện. Hình2.6b: Điôt phát quang ( light – emitting diode: LED) Khi xét điôt trong mạch thực tế, người ta thường sử dụng sơ đồ tương đương củađiốt tương ứng với 2 trường hợp mở và khóa của nó (xem h.2.7) ...