Giáo trình Mạch điện tử - Chương 1: Mạch Diode - Trương Văn Tám

Chương 1: Mch Diode  
CHƯƠNG I  
MCH DIODE  
Trong chương này, chúng ta kho sát mt smch ng dng căn bn ca diode bán  
dn (gii hn diode chnh lưu và diode zener - Các diode đặc bit khác sẽ được bàn đến  
lúc cn thiết). Tùy theo nhu cu ng dng, các mô hình lý tưởng, gn đúng hay thc sẽ được  
đưa vào trong công vic tính toán mch.  
1.1 ÐƯỜNG THNG LY ÐIN (LOAD LINE):  
Xem mch hình 1.1a  
Ngun đin mt chiu E mc trong mch làm cho diode phân cc thun. Gi ID là  
dòng đin thun chy qua diode và VD là hiu thế 2 đầu diode, ta có:  
Trong đó:  
I0 là dòng đin rnghch  
η=1 khi ID ln (vài mA trlên)  
η=1 Khi ID nhvà diode cu to bng Ge  
η=2 Khi ID nhvà diode cu to bng Si  
Ngoài ra, tmch đin ta còn có:  
E - VD - VR = 0  
E = VD + RID  
Tc  
(1.2)  
Trương Văn Tám  
I-1  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Phương trình này xác định đim làm vic ca diode tc đim điu hành Q, được gi là  
phương trình đường thng ly đin. Giao đim ca đường thng này vi đặc tuyến ca diode  
ID = f(VD) là đim điu hành Q.  
1.2. DIODE TRONG MCH ÐIN MT CHIU  
- Ngược li khi E < VK, mch được xem như h, nên:  
ID = IR = 0mA ; VR = R.IR = 0V ; VD = E - VR = E  
1.3. DIODE TRONG MCH ÐIN XOAY CHIU - MCH CHNH LƯU  
Mch chnh lưu là ng dng thông dng và quan trng nht ca diode bán dn, có mc  
đích đổi từ đin xoay chiu (mà thường là dng Sin hoc vuông) thành đin mt chiu.  
1.3.1. Khái nim vtrtrung bình và trhiu dng  
1.3.1.1. Trtrung bình: Hay còn gi là trmt chiu  
Trtrung bình ca mt sóng tun hoàn được định nghĩa bng tng đại strong  
mt chu kca din tích nm trên trc 0 (dương) và din tích nm dưới trc 0 (âm)  
chia cho chu k.  
Mt cách tng quát, tng đại sdin tích trong mt chu kT ca mt sóng tun  
hoàn v(t) được tính bng công thc:  
Mt vài ví d:  
Trương Văn Tám  
I-2  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Dng sóng  
Trtrung bình  
1.3.1.2. Trhiu dng:  
Người ta định nghĩa trhiu dng ca mt sóng tun hoàn( thí ddòng đin) là trị  
stương đương ca dòng đin mt chiu IDC mà khi chy qua mt đin trR trong mt chu  
kì scó năng lượng ta nhit bng nhau.  
Trương Văn Tám  
I-3  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Vài thí d:  
Dng sóng  
Trtrung bình và hiu dng  
Trương Văn Tám  
I-4  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Hình 1.6  
Trương Văn Tám  
I-5  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.3.2. Mch chnh lưu na sóng (mt bán k)  
Trong mch này ta dùng kiu mu lý tưởng hoc gn đúng ca diode trong vic phân tích  
mch.  
Dng mch căn bn cùng các dng sóng (thí dhình sin) ngõ vào và ngõ ra như hình 1.7  
Diode chdn đin khi bán kdương ca vi(t) đưa vào mch  
Ta có:  
- Biên độ đỉnh ca vo(t)  
Vdcm = Vm - 0.7V  
(1.6)  
- Ðin thế trung bình ngõ ra:  
- Ðin thế đỉnh phân cc nghch ca diode là:  
VRM=Vm  
(1.8)  
Ta cũng có thchnh lưu ly bán kâm bng cách đổi đầu diode.  
Trương Văn Tám  
I-6  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.3.3. Chnh lưu toàn sóng vi biến thế đim gia  
Mch cơ bn như hình 1.8a; Dng sóng 2 cun thcp như hình 1.8b  
- bán kdương, diode D1 phân cc thun và dn đin trong lúc diode D2 phân cc  
nghch nên xem như hmch (hình 1.9)  
- bán kâm, diode D2 phân cc thun và dn đin trong lúc diode D1 phân cc nghch  
nên xem như hmch (Hình 1.10)  
Ðý là trong 2 trường hp, IL đều chy qua RL theo chiu ttrên xung và dòng đin  
đều có mt hai bán k. Ðin thế đỉnh 2 đầu RL là:  
Vdcm=Vm-0,7V  
(1.9)  
đin thế đỉnh phân cc nghch mi diode khi ngưng dn là:  
VRM=Vdcm+Vm=2Vm-0,7V  
(1.10)  
- Dng sóng thường trc 2 đầu RL được din tả ở hình 1.11  
Trương Văn Tám  
I-7  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Người ta cũng có thchnh lưu để to ra đin thế âm 2 đầu RL bng cách đổi cc ca  
2 diode li.  
1.3.4. Chnh lưu toàn sóng dùng cu diode  
Mch cơ bn  
- bán kdương ca ngun đin, D2 và D4 phân cc thun và dn đin trong lúc D1  
và D2 phân cc nghch xem như hmch. Dùng kiu mu đin thế ngưỡng, mch đin được  
vli như hình 1.13  
Trương Văn Tám  
I-8  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
- bán kâm ca ngun đin, D1 và D3 phân cc thun và dn đin trong lúc D2, D4  
phân cc nghch xem như hmch (Hình 1.14)  
Tcác mch tương đương trên ta thy:  
- Ðin thế đỉnh Vdcm ngang qua hai đầu RL là:  
Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V  
(1.12)  
(1.13)  
- Ðin thế đỉnh phân cc nghch VRM mi diode là:  
VRM=Vdcm+VD=Vm-VD  
VRM =Vm-0,7V  
Ðý là dòng đin trung bình chy qua mi cp diode khi dn đin chbng 1/2  
dòng đin trung bình qua ti.  
Trương Văn Tám  
I-9  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.3.5. Chnh lưu vi tlc  
Ta xem li mch chnh lưu toàn sóng vi biến thế đim gia. Như kết qa phn  
trên:  
- Ðin thế đỉnh 2 đầu RL là: Vdcm=Vm-0,7V  
- Ðin thế trung bình 2 đầu RL là: VDC=0,637Vdcm  
Nếu ta thay RL bng 1 tụ đin có đin dung C. Trong thi đim tt=0 đến t=T/4, tC  
snp nhanh đến đin thế đỉnh Vdcm. Nếu dòng rca tụ đin không đáng k, tC skhông  
phóng đin và đin thế 2 đầu tụ được gikhông đổi là Vdcm. Ðây là trường hp lý tưởng.  
Thc tế, đin thế trung bình thay đổi t0,637Vdcm đến Vdcm. Thc ra ngun đin phi cung  
cp cho ti, thí dRL mc song song vi tC. bán ký dương tC np đin đến trVdcm.  
Khi ngun đin bt đầu gim, tC phóng đin qua RL cho đến khi gp bán kkế tiếp tC  
mi np đin li đến Vdcm và chu knày clp đi lp li. Hình 1.16 mô tchi tiết dng sóng  
2 đầu tC (tc RL). Hiu thế sóng dư đỉnh đối đỉnh được ký hiu là Vr(p-p)  
.
Do đin thế đỉnh ti đa là Vdcm nên đin thế trung bình ti thiu là  
Vdcmin=Vdcm-Vr(p-p)  
Trương Văn Tám  
I-10  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
* Hssóng dư: (ripple factor)  
Ta xem li dng sóng 2 đầu RL. Bng nguyên lý chng cht, ta có thxem như đin  
thế 2 đầu ti bng tng ca thành phn mt chiu VDC vi thành phn sóng dư xoay chiu có  
tn sgp đôi tn sca ngun đin chnh lưu.  
Vì thi gian np đin thường rt nhso vi thi gian phóng đin nên dng ca thành  
phn sóng dư có thxem gn đúng như dng tam giác  
Trương Văn Tám  
I-11  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Hssóng dư quyết định cht lượng ca mch chnh lưu.  
* Phương trình đin thế sóng dư  
Nếu gi ic là dòng phóng đin ca tụ đin có đin dung C và VC đin thế 2 đầu tụ  
đin thì:  
Nếu sthay đổi đin thế 2 đầu tlà tuyến tính thì dòng đin ic là dòng đin mt  
chiu.  
Nếu coi sóng dư có dng tam giác thì dòng phóng ca tlà hng svà ký hiu là IDC.  
Ðó chính là dòng đin qua ti  
Vi f là tn sca ngun đin chnh lưu.  
Nếu gi fr là tn ssóng dư, ta có  
Như vy sóng dư tlthun vi dòng đin trung bình qua ti và tlnghch vi đin  
dung C. Sóng dư stăng gp đôi khi chnh lưu na sóng vì lúc đó f=fr  
1.4. MCH CT (Clippers)  
Mch này dùng để ct mt phn tín hiu xoay chiu. Mch chnh lưu na sóng là mt  
thí dụ đơn gin vmch ct.  
Trương Văn Tám  
I-12  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.4.1. Mch ct ni tiếp  
Dng căn bn như hình 1.20. Hình 1.21 cho thy đáp ng ca mch ct căn bn đối  
vi các dng sóng thông dng khi coi diode là lý tưởng.  
Bây ginếu ta mc thêm mt ngun đin thế mt chiu V ni tiếp vi diode như hình  
1.22b. Nếu tín hiu vào vi(t) có dng hình sin vi đin thế đỉnh là Vm thì ngõ ra scó dng  
như hình v1.22c vi đin thế đỉnh Vm-V tc V0=Vi-V (coi diode lý tưởng)  
1.4.2. Mch ct song song  
* Mch căn bn có dng  
Trương Văn Tám  
I-13  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Hình 1.24 là đáp ng ca mch ct song song căn bn vi các dng sóng thông dng  
(diode lý tưởng)  
* Mch có phân cc  
Ta cũng có thmc thêm mt ngun đin thế 1 chiu V ni tiếp vi diode. Dng  
sóng ngõ ra stùy thuc vào cc tính ca ngun đin mt chiu và diode.  
Thí d: ta xác định v0 ca mch đin hình 1.25 khi vi có dng tam giác và diode xem như lý  
tưởng  
- Khi diode dn đin: v0=V=4V  
- Khi vi=V=4V, Diode đổi trng thái tngưng dn sang dn đin hoc ngược li  
- Khi vi<V=4V, diode dn đin vo=V=4V  
- Khi vi>V=4V, diode ngưng dn Vo= vi  
Hình  
1.26 là dng và biên độ  
ca ngõ ra  
v0  
Trương Văn Tám  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.5. MCH GHIM ÁP (Mch kp - clampers)  
Ðây là mch đổi mc DC (mt chiu) ca tín hiu. Mch phi có mt tụ đin, mt  
diode và mt đin tr. Nhưng mch cũng có thcó mt ngun đin thế độc lp. Trsca  
đin trR và tụ đin C phi được la chn sao cho thi hng τ=RC đủ ln để hiu thế 2 đầu  
tgim không đáng kkhi tphóng đin (trong sut thi gian diode không dn đin). Mch  
ghim áp căn bn như hình 1.27  
Dùng kiu mu diode lý tưởng ta thy:  
- Khi t: 0 T/2 diode dn đin,tC np nhanh đến trsV và v0=0V  
- Khi t: T/2 T, diode ngưng, tphóng đin qua R. Do τ=RC ln nên C xả đin  
không đáng k, (thường người ta chn T10τ).  
Lúc này ta có: v0=-2V  
Ðim cn chú ý là trong mch ghim áp biên độ đỉnh đối đỉnh ca vi và vo luôn bng  
nhau.  
Sinh viên thxác định v0 ca mch đin hình 1.29  
Trương Văn Tám  
I-15  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
1.6. MCH DÙNG DIODE ZENER:  
Cũng tương tnhư diode chnh lưu, vi diode zener ta cũng dùng kiu mu gn đúng  
trong vic phân gii mch: Khi dn đin diode zener tương đương vi mt ngun đin thế  
mt chiu vz (đin thế zener) và khi ngưng nó tương đương vi mt mch h.  
1.6.1. Diode zener vi đin thế ngõ vào vi và ti RL cố định  
Mch căn bn dùng diode zener có dng như hình 1.30  
Khi vi và RL cố định, sphân tích mch có ththeo 2 bước:  
- Xác định trng thái ca diode zener bng cách tháo ri diode zener ra khi mch và  
tính hiu thế V hai đầu ca mch hở  
Trương Văn Tám  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Công sut tiêu tán bi diode zener được xác định bi  
Pz=Vz.Iz  
(1.23)  
Công sut này phi nhhơn công sut ti đa PZM=VZIZM ca diode zener (IZM: dòng  
đin ti đa qua zener mà không làm hng)  
Diode zener thường được dùng trong các mch điu hòa đin thế để to đin thế  
chun. Mch hình 1.30 là 1 mch điu hòa đin thế đơn gin để to ra đin thế không đổi ở  
2 đầu RL. Khi dùng to đin thế chun, đin thế zener như là mt mc chun để so sánh vi  
mt mc đin thế khác. Ngoài ra diode zener còn được sdng rng rãi trong các mch  
điu khin, bo v...  
1.6.2. Ngun Vi cố định và RL thay đổi  
Khi Vi cố định, trng thái ngưng hoc dn ca diode zener tùy thuc vào đin trti RL  
Do R cố định, khi Diode zener dn đin, đin thế VR ngang qua đin trR scố định:  
VR=Vi - Vz  
Do đó dòng IR cũng cố định:  
Dòng IZ snhnht khi IL ln nht. Dòng IZ được gii hn bi IZM do nhà sn xut cho  
biết, do đó dòng đin nhnht qua RL là ILmin phi tha mãn:  
Trương Văn Tám  
I-17  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Cui cùng khi Vi cố định, RL phi được chn trong khong RLmin và RLmax  
1.6.3. Ti RL cố định, đin thế ngõ vào Vi thay đổi  
Xem li hình 1.30  
Nếu ta giRL cố định, vi phi đủ ln thì zener mi dn đin. Trsti thiu ca Vi để  
zener có thdn đin được xác định bi:  
1.7. MCH CHNH LƯU BI ÁP  
1.7.1. Chnh lưu tăng đôi đin thế  
Hình 1.31 mô tmt mch chnh lưu tăng đôi đin thế mt bán kỳ  
- bán kdương ca ngun đin, D1 dn ,D2 ngưng. TC1 np đin đến đin thế đỉnh Vm  
- bán kâm D1 ngưng và D2 dn đin. TC2 np đin đến đin thế C2=Vm+VC1=2Vm  
- Bán kdương kế tiếp, D2 ngưng, C2 phóng đin qua ti và đến bán kâm kế tiếp C2 li  
np đin 2Vm. Vì thế mch này gi là mch chnh lưu tăng đôi đin thế mt bán k. Ðin thế  
đỉnh nghch 2 đầu diode là 2Vm.  
- Ta cũng có thdùng mch ghim áp để gii thích hot động ca mch chnh lưu tăng đôi  
đin thế.  
Trương Văn Tám  
I-18  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
- Ta cũng có thmc mch chnh lưu tăng đôi đin thế theo chiu dương  
- bán kdương ca ngun đin D1 dn, C1 np đin VC1=Vm trong lúc D2 ngưng.  
- bán kâm D2 dn, C2 np đin VC2=Vm trong lúc D1 ngưng.  
- Ðin thế ngõ ra V0=VC1+VC2=2Vm  
1.7.2. Mch chnh lưu tăng ba, tăng bn  
Trương Văn Tám  
I-19  
Mch Đin Tử  
Chương 1: Mch Diode  
Ðu tiên C1 np đin đến VC1=Vm khi D1 dn đin bán kdương. Bán kâm D2 dn  
đin, C2 np đin đến VC2=2Vm (tng đin thế đỉnh ca cun thcp và tC1). Bán kỳ  
dương kế tiếp D2 dn, C3 np đin đến VC3=2Vm (D1 và D2 dn, D2 ngưng nên đin thế  
2Vm ca C2 np vào C3). Bán kâm kế tiếp D2, D4 dn, đin thế 2Vm ca C3 np vào C4 ...  
Ðin thế 2 đầu C2 là 2Vm  
2 đầu C1+C= là 3Vm  
2 đầu C2+C4 là 4Vm  
BÀI TP CUI CHƯƠNG 1  
******  
Dùng kiu mu đin thế ngưỡng để gii các bài tp t1 đến 8  
Bài 1: Xác định VD, VR và ID trong mch đin hình 1.36  
Bài 2: Xác định VD2 và ID trong mch đin hình 1.37  
Bài 3: Xác định V0, và ID trong mch đin hình 1.38  
Bài 4: Xác định I, V1, V2 và V0 trong mch hình 1.39  
Bài 5: Xác định V0, V1, ID1 và ID2 trong mch hình 1.40  
Trương Văn Tám  
I-20  
Mch Đin Tử  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 23 trang baolam 29/04/2022 3680
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử - Chương 1: Mạch Diode - Trương Văn Tám", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_mach_dien_tu_chuong_1_mach_diode_truong_van_tam.pdf