Kỹ thuật điện tử - Phân tích mạch chứa diode - Võ Kỳ Châu

Diode là một chuyển tiếp PN được đặt vào trong một vỏ linh kiện và kết nối với bên ngoài thông qua các chân linh kiện. Diode bán dẫn cũng có thể là một phần của một mạch tích hợp (integrated circuit) lớn hơn, trong trường hợp này, diode có thể có hoặc không có các chân nối với bên ngoài.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật điện tử - Phân tích mạch chứa diode - Võ Kỳ ChâuBiên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn 2 Phân tích mạch chứa diode2-1 Giới thiệu Trong chương 1 ta đã học về cấu trúc và tính chất của chuyển tiếp PN và đã tìm hiểu qua linhkiện diode. Diode là một chuyển tiếp PN được đặt vào trong một vỏ linh kiện và kết nối với bênngoài thông qua các chân linh kiện. Diode bán dẫn cũng có thể là một phần của một mạch tích hợp(integrated circuit) lớn hơn, trong trường hợp này, diode có thể có hoặc không có các chân nối vớibên ngoài. Trong chương này, ta sẽ xây dựng mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong diode. Dựa vàođó, chúng ta sẽ học các phân tích mạch chứa diode bằng cách thay diode bằng một mạch tươngđương đơn giản hơn. Ta sẽ thấy rằng việc chọn phần tử mạch tương đương là phụ thuộc vào điện ápvà dòng điện qua diode, tức là phụ thuộc vào điểm làm việc của diode, và phụ thuộc vào độ chínhxác mà ta cần khi phân tích mạch.2-2 Diode là một linh kiện phi tuyến Sự tuyến tính là một khái niệm quan trọng trong điện tử. Khái niệm này rất rộng, tuy nhiên,trong khía cạnh mà ta đang xem xét, ta có thể xem một linh kiện tuyến tính là một linh kiện mà đồthị quan hệ của điện áp và dòng điện của linh kiện là một đường thẳng. Quan hệ này có thể đượcbiểu diễn dưới dạng V = K1 I + K 2 (2-1) I = K1V + K 2 (2-2) Trong mối quan hệ này, tần số được giả sử là không đổi. Hình 2-1 là đồ thị vẽ điện áp trên mộtđiện trở 200 Ω và dòng điện qua nó. Đây là một quan hệ tuyến tính với V = 200 I . Cần lưu ý rằng ∆Vđộ dốc của đặc tuyến là r = = 200 , và mối quan hệ tuyến tính là đúng cho cả phần âm lẫn phần ∆Idương của đặc tuyến. Việc thay đổi cực tính của điện áp trên điện trở và dòng điện ngang qua nókhông làm thay đổi tính chất tuyến tính. Cũng cần chú ý là độ dốc của đặc tuyến (nghịch đảo củađạo hàm) tại mọi điểm trên đặc tuyến là không đổi. 1/14Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-1 Đồ thị điện áp – dòng điện của điện trở. Điện trở là linh kiện tuyến tính, và giá trị ∆V ∆I là như nhau tại mọi điểm. Thông thường, trong điện tử, khi biểu diễn mối quan hệ của điện áp – dòng điện, người tathường vẽ dòng điện là trục tung và điện áp là trục hoành, đảo ngược so với hình 2-1. Dĩ nhiêntrong trường hợp này đồ thị vẫn là đường thẳng; dạng biểu diễn của nó tương đương với biểu thức ∆I2-2, với độ dốc có đơn vị là điện dẫn, G = = 1/ R (siemens) , thay vì điện trở. ∆V Trong chương 1 ta đã biết là mối quan hệ của dòng điện và điện áp trên diode (tức là trênchuyển tiếp PN) có dạng I = I s (eV ηVT − 1) (2-3) với I S = dòng ngược bão hòa VT = điện thế nhiệt (xem biểu thức 2-11) η = hệ số phát, là hàm của V, có giá trị từ 1 đến 2 Biểu thức 2-3 không có dạng của biểu thức 2-1 hoặc 2-2, vì vậy mối quan hệ dòng – áp củadiode không đạt tiêu chuẩn của một linh kiện tuyến tính. Ta kết luận diode là một linh kiện phituyến. Hình 2-2 là đặc tuyến I − V của một diode silicon thông thường trong vùng phân cực thuận.Đồ thị rõ ràng không phải là một đường thẳng. 2/14Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 2-2 Đặc tuyến phân cực thuận của diode. Giá trị ∆V ∆I phụ thuộc vào điểm được tính. Hình 2-2 trình bày cách tìm ∆V và ∆I tại hai điểm khác nhau của đặc tuyến I − V . Dùng các ∆Vgiá trị này ta có thể tính điện trở của diode tại hai điểm từ r = . Tại điểm V = 0.65 V và ∆II = 30 mA , ta có ∆V 0.015 V r= = = 0.75 Ω ∆I 20 × 10−3 A Tại điểm V = 0.58 V và I = 2.2 mA , ta có ∆V 0.04 V r= = = 10 Ω ∆I 4 × 10-3 A Ta thấy rằng điện trở của diode thay đổi hơn 10 lần khi điện áp trên diode thay đổi từ 0.65 Vđến 0.58 V . Không giống như một linh kiện tuyến tính, điện trở của một linh kiện phi tuyến phụthuộc vào điện áp trên linh kiện hoặc dòng điện qua linh kiện, có nghĩa là điện trở phụ thuộc vàođiểm mà tại đó ∆V và ∆I được tính. Trong trường hợp của diode ta cần phải lưu ý hơn nữa là đặctuyến I − V gần như trở nên nằm ngang ở dòng điện thấp và trong vùng phân cực ngược. Do đó,trong các vùng này, một sự thay đổi lớn trong điện áp, ∆V , chỉ tạo ra một thay đổi rất nhỏ trong ...