0.3 Nối p-n và diode (p-n junction và diot)  (Page 6/7)

Điện thế đỉnh Vdm ngang qua diode là $V_{\text{dm}}=\frac{r_{\text{ac}}}{R+r_{\text{ac}}}{V}_m=\frac{\text{15},\text{45}}{\text{15},\text{45}+\text{3000}}\text{.}\text{50}$

Vdm=0,256 Sint (mV).

Vậy điện thế tổng cộng ngang qua diode là:

VD(t) = 700mV + 0,256 Sin t (mV).

Kiểu mẫu tín hiệu rộng và hiệu ứng tần số.

Hình sau đây mô tả một diode được dùng với tín hiệu hình sin có biên độ lớn.

Khi diode được dùng với nguồn tín hiệu xoay chiều tín hiệu biên độ lớn, kiểu mẫu tín hiệu nhỏ không thể áp dụng được. vì vậy, người ta dùng kiểu mẫu một chiều tuyến tính.

Kết quả là ở nữa chu kỳ dương của tín hiệu, diode dẫn và xem như một ngắt điện đóng mạch. ở nửa chu kỳ âm kế tiếp, diode bị phân cực nghịch và có vai trò như một ngắt điện hở mạch. Tác dụng này của diode được gọi là chỉnh lưu nửa sóng (mạch chỉnh lưu sẽ được khảo sát kỹ ở giáo trình mạch điện tử).

Đáp ứng trên chỉ đúng khi tần số của nguồn xoay chiều VS(t) thấp-thí dụ như điện 50/60Hz, tức chu kỳ T=20ms/16,7ms-khi tần số của nguồn tín hiệu lên cao (chu kỳ ở hàng nano giây) thì ta phải quan tâm đến thời gian chuyển tiếp từ bán kỳ dương sang bán kỳ âm của tín hiệu.

Khi tần số của tín hiệu cao, điện thế ngõ ra ngoài bán kỳ dương (khi diode được phân cực thuận), ở bán kỳ âm của tín hiệu cũng qua được một phần và có dạng như hình vẽ. Chú ý là tần số của nguồn tín hiệu càng cao thì thành phần bán kỳ âm xuất hiện ở ngõ ra càng lớn.

Hiệu ứng này do điện dung khuếch tán CD của nối P-N khá lớn khi được phân cực thuận (CD có trị từ 2000pF đến 15000pF). Tác dụng của điện dung này làm cho diode không thể thay đổi tức thời từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn mà phải mất đi một thời gian (thường được gọi là thời gian hồi phục, kiểu mẫu diode phải kể đến tác dụng của điện dung của nối.

rB: Điện trở hai vùng bán dẫn P và N

rd: Điện trở động của nối P-N khi phân cực thuận (rất nhỏ)

CD: Điện dung khuếch tán

rr: Điện trở động khi phân cực nghịch (rất lớn)

CT: Điện dung chuyển tiếp

Để thấy rõ hơn thời gian hồi phục, ta xem đáp ứng của diode đối với hàm nấc (dạng sóng chữ nhật) được mô tả bằng hình vẽ sau.

Thông thường, giá trị của tr có thể thay đổi từ nhỏ hơn 1 nano giây đến xấp xĩ 1s. Hiệu ứng của tr trên diode chỉnh lưu (sóng sin) được diễn tả như hình sau. Người ta nhận thấy rằng, có thể bỏ qua thời gian hồi phục trên mạch chỉnh lưu khi tr<0,1T, với T là chu kỳ của sóng sin được chỉnh lưu.

Diode tách sóng.

Cũng làm nhiệm vụ như diode chỉnh lưu nhưng thường với tín hiệu có biên độ nhỏ và tần số cao. Diode tách sóng thường được chế tạo có dòng thuận nhỏ và có thể là Ge hay Si nhưng diode Ge được dùng nhiều hơn vì điện thế ngưỡng VK nhỏ.

Diode schottky:

Ta đã thấy ảnh hưởng của thời gian hồi phục (tức thời gian chuyển mạch) lên dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu. Để rút ngắn thời gian hồi phục. Các hạt tải điện phải di chuyển nhanh, vùng hiếm phải hẹp. Ngoài ra, còn phải tạo điều kiện cho sự tái hợp giữa lỗ trống và điện tử dễ dàng và nhanh chóng hơn. Đó là nguyên tắc của diode schottky.

Mô hình sau đây cho biết cấu tạo căn bản của diode schottky.

Ta thấy trong diode schottky, thường người ta dùng nhôm để thay thế chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N là Si. Do nhôm là một kim loại nên rào điện thế trong diode schottky giảm nhỏ nên điện thế ngưỡng của diode schottky khoảng 0,2V đến 0,3V. Để ý là diode schottky có điện thế bảo hoà ngược lớn hơn diode Si và điện thế sụp đổ cũng nhỏ hơn diode Si.