PHÁ V Ở PHÂN CỰ C NGƯỢC (REVERSE BREAKDOWN)
8.3. CÁC MÔ HÌNH CỦA DIODE
Trong hình H8.29 trình bày hình dạng của các diode dùng trong thực tế.
Mục tiêu chính của diode dùng thực hiện mạch chỉnh lưu.
Vùng n của mối nối pn được gọi là cathod, ký hiệu là K và vùng n được gọi là anod, ký hiệu là A
8.3.1.MÔ HÌNH DIODE LÝ TƯỜNG:
Mô hình diode lý tưởng được xem tương đương như khóa điện.
Khi diode phân cực thuận, nó tác động như khóa điện đóng kín mạch.
Khi diode phân cực nghịch, nó tác động như khóa điện làm hở mạch.
Điện thế rào cản, điện trở động và dòng điện ngược được bỏ qua không xét đến.
HÌNH H8.29: Hình dạng của một số mẫu diode thực.
A K
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
Trong hình H8.30 trình bày đặc tuyến Volt Ampere của diode lý tưởng. Khi bỏ qua điện thế rào cản và điện trở động của diode khi phân cực thuận diode điện áp đặt ngang qua 2 đầu diode là VF 0 V. Dòng điện phân cực thuận được xác định theo định luật Ohm như sau:
BIAS F
LIMIT
I V
R (8.14)
Khi bỏ qua dòng điện ngược, IR 0 A, điện áp phân cực ngược bằng giá trị áp VBIAS. Mô hình diode lý tưởng thường được áp dụng trong trường hợp cần xác định nguyên tắc hoạt động của mạch điện tử (xác định định tính) và chưa cần quan tâm đến các giá trị chính xác của áp và dòng trong mạch (chưa cần thiết xác định định lượng một cách chính xác).
8.3.2.MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM CỦA DIODE:
Mô hình thực nghiệm của diode chính là mô hình lý tưởng của diode được thêm vào điện thế rào cản.
Khi diode phân cực thuận, nó tác động như khóa điện đóng kín mạch. Trong trạng thái này mạch tương đương bao gồm khóa điện nối tiếp với nguồn áp rào cản VF 0,7 V. Điện áp này duy trì giá trị trong suốt quá trình phân cực thuận
Khi diode phân cực nghịch, nó tác động như khóa điện làm hở mạch. Điện thế rào cản không ảnh hưởng trạng thái phân cực nghịch.
Điện trở động và dòng điện ngược được bỏ qua không xét đến.
a./ Phân cực thuận diode b./ Phân cực nghịch diode c./ Đặc tuyến Volt Ampere của diode lý tưởng HÌNH H8.30
LIMIT
R : Điện trở giới hạn dòng trong mạch diode
Diode lý tưởng Diode lý tưởng
a./ Phân cực thuận diode b./ Phân cực nghịch diode c./ Đặc tuyến Volt Ampere của diode thực nghiệm HÌNH H8.31
Diode thực nghiệm Diode thực nghiệm
Dòng phân cực thuận xác định theo định luật K2 như sau, xem hình H8.31 a:
BIAS F LIMIT F
V V R .I Suy ra:
BIAS F F
LIMIT
V V
I R
(8.15)
Dòng điện ngược qua diode là IR 0 A, điện áp phân cực ngược bằng giá trị áp VBIAS. 8.3.3.MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH CỦA DIODE:
Mô hình hoàn chỉnh của diode bào gồm: mô hình của diode lý tưởng thêm vào điện thế rào cản, điện trở động phân cực thuận có giá trị nhỏ r 'd và điện trở nội phân cực nghịch
r 'R có giá trị lớn.
Khi diode phân cực thuận, nó tác động như khóa điện đóng kín mạch. Trong trạng thái này mạch tương đương bao gồm khóa điện nối tiếp với nguồn áp rào cản 0,7 V và nối tiếp với điện trở động r 'd .
Khi diode phân cực nghịch, nó tác động như khóa điện hở mạch, đấu song song với điện trở nội phân cực nghịch r 'R. Điện thế rào cản không ảnh hưởng trạng thái phân cực nghịch.
Đặc tuyến Volt Ampere của diode hoàn chỉnh trình bày trong hình H8.32c.
Điện áp xuất hiện ngang qua hai đầu diode lúc phân cực thuận xác định theo quan hệ sau:
F d F
V 0,7 V r ' .I (8.16)
Dòng qua diode tại trạng thái phân cực thuận xác định theo quan hệ:
BIAS F
LIMIT d
V 0,7 V
I R r '
(8.17)
Dòng điện ngược tại trạng thái diode phân cực nghịch :
BIAS R
LIMIT R
I V
R r '
(8.18)
a./ Phân cực thuận diode b./ Phân cực nghịch diode c./ Đặc tuyến Volt Ampere của diode hoàn chỉnh HÌNH H8.32
Diode hoàn chỉnh
Diode hoàn chỉnh Độ dốc phụ
thuộc vào giá trị điện trở thuận
Dòng điện ngược nhỏ tùy thuộc vào điện trở ngược có giá trị lớn
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
THÍ DỤ 8.2:
a./ Xác định điện áp và dòng phân cực thuận qua diode trong hình H8.33a. Suy ra áp đặt ngang qua hai đầu điện trở hạn dòng RLIMIT. Giả sử điện trở động của diode r 'd 10 tại dòng phân cực thuận của diode cần tìm.
b./ Tìm áp và dòng phân cực ngược của diode trong hình H8.33b theo từng dqạng mẫu của diode.
Suy ra điện áp đặt ngang qua hai đầu điện trở RLIMIT . Giả sử dòng phân cực ngược IR 1 A GIẢI:
a./ Với mẫu diode lý tưởng:
VF 0 V
BIAS F
LIMIT
V 10 V
I 10mA
R 1k
LIMIT
R F LIMIT
V I R 10mA 1k 10 V Với mẫu thực nghiệm của diode
VF 0,7 V
BIAS R
F
LIMIT
V V 10 V 0,7 V
I 9,3mA
R 1k
LIMIT
R F LIMIT
V I R 9,3mA 1k 9,3V Với mẫu diode hoàn chỉnh
BIAS F
LIMIT d
V 0,7 10 V 0,7 V 9,3V
I 0,00921 A 9,21mA
R r ' 1k 10 1010
F d F
V 0,7 V r ' .I 0,7 V 10 9,21mA 792mV
LIMIT
R F LIMIT
V I R 9,21mA 1k 9,21V
a./ Với mẫu diode lý tưởng:
IR 0 A VR VBIAS 5 V
LIMIT
VR 0 V Với mẫu thực nghiệm của diode
IR 0 A VR VBIAS 5 V
LIMIT
VR 0 V Với mẫu diode hoàn chỉnh
IR 1 A
LIMIT
R R LIMIT
V I R 1 A 1k 1mV
LIMIT
R BIAS R
V V V 5 V 1mV 4,999 V HÌNH H8.33