Thứ Hai, 8 tháng 12, 2014

Tìm hiểu Diode chỉnh lưu và diode chuyển mạch

Đường đặc tuyến của diode

Cấu tạo của điôt và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện.
Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu là A) và catốt (ký hiệu là K). Anốt được nối tới bán dẫn P, catốt được nối với bán dẫn N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp.
Cấu tạo và ký hiệu của điốt bán dẫn trên sơ đồ mạch
Sơ đồ nguyên lý của diode
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của diode
Khi đưa điện áp ngoài có cực dương vào anốt, âm vào catốt (UAK > 0) thì điốt sẽ dẫn điện và trong mạch có dòng điện chạy qua vì lúc này tiếp xúc P-N được phân cực thuận.

Đặc tính giá trị của diode

Đặc tuyến vôn-ampe của điốt bán dẫn.
Đặc tuyến vôn- ampe của điốt biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện qua điốt với điện áp đặt giữa hai chân cực anốt và catốt (UAK). Đây chính là đặc tuyến vôn-ampe của lớp tiếp xúc P-N, do vậy dòng điện chạy qua điôt được tính theo công thức sau:
Đặc tuyến V-A của điốt bán dẫn
Phần thuận của đặc tuyến (khi UAK > 0):
Khi điốt được phân cức thuận thì dòng điện thuận tăng rất nhanh. Ta phải chú ý đến giá trị dòng điện thuận cực đại Ithuận max, điôt không được làm việc với dòng điện cao hơn trị số này.
Khi UAK >0 nhưng trị số nhỏ thì dòng điện thuận quá nhỏ nên đi ốt chưa được coi là phân cực thuận. Chỉ khi điện áp thuận UAK ≥ UD thì đi ốt mới được tính là phân cực thuận và điốt mới dẫn điện. Điện áp UD được gọi là điện áp thuận ngưỡng của điôt. Khi UAK = UD thì dòng điện thuận có trị số bằng khoảng 0,1Ith.max. và khi UAK > UD thì dòng điện thuận tăng nhanh và tăng gần như tuyến tính với điện áp. UD có giá trị bằng (0,1 ÷ 0,3)V đối với điốt gecmani và bằng (0,4 ÷ 0,8)V đối với điốt silic.
Điện trở một chiều hay còn gọi là điện trở tĩnh: R0
Là điện trở của điôt khi làm việc ở chế độ nguồn một chiều hoặc tại chế độ tĩnh:
R0 = U/I [Ω]
Điện trở một chiều R0 chính là nghịch đảo góc nghiêng của đặc tuyến Vôn-Ampe tại điểm làm việc tĩnh M (góc θ1).
Thông thường, do tính dẫn điện một chiều của điôt nên R0thuận << R0ngược.
Điện trở động Ri :
Là một tham số quan trọng và Ri tỉ lệ với cotang góc nghiêng của đường tiếp tuyến với đặc tuyến Vôn-Ampe tại điểm làm việc tĩnh M của điôt (cotg θ2).
Do tính dẫn điện một chiều nên I >> I0 và I
Ri =d U/dI [Ω]
Do tính dẫn điện một chiều nên I >> I0 và U/VT
>>=1 do đó:
R0 = VT/I
Ta thấy rằng tại một điểm làm việc thì R0 > Ri (vì có góc θ2 > θ1).
Ta thấy rằng tại một điểm làm việc thì R > R (vì có góc θ > θ ).

Mạch chỉnh lưu

Có nhiều cách phân loại điốt: có thể dựa vào vật liệu chế tạo, vào ứng dụng, vào công nghệ chế tạo, v.v.. có các loại điốt tiếp mặt, điốt tiếp điểm, điốt chỉnh lưu, điốt ổn áp, điốt tách sóng, điốt âm tần, điốt cao tần, v.v.. Sau đây ta nói đến một số loại điốt thường sử dụng.

Mạch chỉnh lưu nửa sóng

a. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ và dạng điện áp trên tải b. Mạch chỉnh lưu toàn sóng (cả chu kỳ) và dạng điện trên tải
Hiện nay điốt chỉnh lưu phổ biến nhất là điốt Silic vì có nhiệt độ làm việc cao. Điốt chỉnh lưu Gemani dùng cho các chỉnh lưu công suất nhỏ. Dòng điện chỉnh lưu và điện áp ngược cho phép phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nên các điốt công suất thường được gắn trên các bộ tỏa nhiệt.
Điốt chỉnh lưu Gecmani: Là điốt chế tạo từ chất bán dẫn Ge.
Điốt chỉnh lưu gecmani có dòng điện ngược bão hòa khá nhỏ khoảng vài trăm micrôampe. Điện áp ngược tối đa cho phép không vượt quá 400 V. Đặc tuyến phần ngược có đoạn bão hòa và hiện tượng đánh thủng xẩy ra thường là đánh thủng về nhiệt nên đặc tuyến có đoạn điện trở âm.
Nhiệt độ làm việc giới hạn của điốt chỉnh lưu Ge là 75°C. Các điốt chỉnh lưu Ge công suất lớn thường phải dùng các phương pháp tỏa nhiệt tốt.
Điện dung của điốt khá lớn (hàng chục pF) nên điốt Ge thường dùng ở tần số thấp.
Điốt chỉnh lưu Silic: Là các điốt được chế tạo từ chất bán dẫn Si Phần ngược của đặc tuyến V-A của điốt Si không có đoạn bão hòa rõ rệt. Điện áp ngược tối đa cho phép cao hơn nhiều so với điốt Ge và khi chưa bị đánh thủng thì làm việc khá ổn định. Nhiệt độ làm việc giới hạn của điốt Silic là 125°C.
Điốt Silic có điện áp đánh thủng có thể lên tới 2500 V và hiện tượng đánh thủng về điện là chủ yếu.
Điốt chỉnh lưu đa tinh thể
Là loại điốt được dùng khá rộng rãi. Thông thường các điốt này được lắp ghép sẵn theo một sơ đồ nhất định tạo thành các cột chỉnh lưu.
Điốt chỉnh lưu đa tinh thể thường gặp là điốt Sêlen, điốt ôxit đồng.
Cấu tạo và hình ảnh một số loại diode trên thực tế

Mạch chỉnh lưu cả sóng

Sơ đồ lắp ráp như được chỉ ra ở hình 4.4b. Mạch chỉnh lưu cả sóng chỉnh lưu được cả 2 nửa chu kỳ, cho công suất lớn hơn.

Mạch lọc điện áp ra

Sau khi chỉnh lưu, điện áp ra được đưa qua mạch lọc để loại bỏ các tín hiệu quá phạm vi khai thác.

Mạch nhân đôi điện áp và nhân n

Diode chuyển mạch

Nguyên lý cơ bản

Mạch lôgic

Một số loại diode khác

Diode Zener

Cơ sở nguyên lý và các chế độ hoạt động

Như đã khảo sát ở phần trước, khi điện thế phân cực nghịch của diode lớn, những hạt tả điện sinh ra dưới tác dụng nhiệt bị điện trường mạnh trong vùng hiếm tăng vận tốc và phá vỡ các nối hoá trị trong chất bán dẫn. Cơ chế này cứ chồng chất và sau cùng ta có dòng iện ngược rất lớn. Ta nói diode đang ở trong vùng bị phá huỷ theo hiện tượng tu hư hỏng nối P-N.
Ta cũng có một loại phá huỷ khác do sự phá huỷ trực tiếp các nối hoá trị dưới tác dụng của điện trường. Sự phá huỷ này có tính hoàn nghịch, nghĩa là khi điện trường hết tác dụng thì các hóa trị được lập lại, ta gọi hiện tượng này là hiệu ứng Zener.
Hiệu ứng này được ứng dụng để các diode Zener. Bằng cách thay đổi nồng độ chất pha, người ta có thể chế tạo được các diode Zener có điện thế Zener khoảng vài volt đến vài hàng trăm volt. Để ý là khi phân cực thuận, đặc tuyến của diode Zener giống hệt đặc tuyến được dùng của diode Zener là khi phân cực nghịch ở vùng Zener, điện thế ngang qua diode gần như không thay đôi trong khi dòng điện qua nó biến thiên một khoảng rộng.

Đặc tính giá trị

Có nhiều mức điện áp ổn áp khác nhau, công suất. Hai thông số cần chú ý quan tâm đó là:
  • Điện áp ổn áp
  • Công suất của diode

Các ứng dụng cơ bản

Ứng dụng chính là dùng trong mạch ổn định điện áp (mạch ổn áp)

Diode biến dung

Cơ sở nguyên lý và các chế độ hoạt động

Phần trên ta đã thấy, sự phân bố điện tích dương và âm trong vùng hiếm thay đổi khi điện thế phân cực nghịch thay đổi, tạo ra giữa hai đầu diode một điện dung:
C= |ρQ/ρV| =ε A/Wd
Điện dung chuyển tiếp CT tỉ lệ nghịch với độ rộng của vùng hiếm, tức tỉ lệ nghịch với điện thế phân cực.
Đặc tính trên được ứng dụng để chế tạo diode biến dung mà trị số điện dung sẽ thay đổi theo điện thế phân cực nghịch nên còn được gọi là VVC diode (voltage-variable capacitance diode). Điện dung này có thể thay đổi từ 5pF đến 100pF khi điện thế phân cực nghịch thay đổi từ 3 đến 25V.
Đặc tuyến của diode biến dung

Các ứng dụng cơ bản

Một ứng dụng của diode là dùng nó như một tụ điện thay đổi. Thí dụ như muốn thay đổi tần số cộng hưởng của một mạch, người ta thay đổi điện thế phân cực nghịch của một diode biến dung.
Ứng dụng của diode biến dung

1 nhận xét:

  1. Minh có một con biến áp vào 220v ra 12v mình lắp diode để tạo điện một chiều nhưng khi ra thì đo dược dòng một chiều tận 19v vậy là bị làm sao?nếu cứ để thế mà nạp bình acquy 12v có bị sao ko.

    Trả lờiXóa