mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có 11 Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. Cấu tạo Diode là linh kiện bán dẫn ứng dụng trong điện tử công suất có cấu tạo đơn giản nhất, bao gồm 2 điện cực Anode (A) và K (Cathode) và có chứa một lớp tiếp xúc P-N.
Diode là linh kiện bán dẫn không điều khiển. Khi điện thế cực Anode lớn hơn so với điện thế cực Cathode, lớp tiếp xúc phân cực thuận và dòng điện thuận IF chạy theo chiều như hình vẽ, lúc này điện áp trên linh kiện sẽ có giá trị rất nhỏ (<1V) đối với linh kiện lý tưởng giá trị này bằng 0. Ngược lại, khi điện thế cực Anode nhỏ hơn so với điện thế cực Cathode, diode phân cực ngược linh kiện không dẫn, dòng điện ngược chạy qua diode được gọi là dòng rò, với linh kiện lý tưởng giá trị này bằng 0 Khi điện cực dương của nguồn điện được gắn vào cực Anode và cực âm- cực Cathode ta có tiếp xúc phân cực thuận. Điện tử từ cực âm vào vùng n, vùng tiếp xúc, một phần kết hợp với phần tử mang điện lỗ hổng phần còn lại qua vùng p tới cực dương của nguồn điện: Diode dẫn Hình 1-1: Cấu tạo Diode Khác với diode thường, về mặt cấu tạo diode công suất bao gồm 3 vùng bán dẫn silic với mật độ tạp chất khác nhau gọi là cấu trúc PsN, giữa hai vùng bán dẫn PN là một vùng có mật độ tạp chất rất thấp (vùng S) 1.
Ký hiệu và hình dạng Hình 1-2: Ký hiệu và hình dạng của diode bán dẫn 12 Hình 1-3: Các loại diode 1. Đặc tuyến Đặc tính V-I của diode được chia làm 3 vùng Hình 1-4: Đặc tính V-A của diode (a-diode thực, b-diode lý tưởng) Vùng phân cực thuận: Khi 0 < VD < VTD: Diode bắt đầu dẫn dòng điện qua diode ID rất nhỏ. Khi VD > VTD dòng điện tăng nhanh và diode đạt trạng thái dẫn điện ổn định. VTD gọi là điện áp đóng.
13 Vùng phân cực ngược: khi VD < 0; dòng điện qua diode giảm dần về 0, dòng điện qua diode không tắt ngay và tiếp tục dẫn theo chiều ngược lại với tốc độ giảm ban đầu. Sau một thời gian ngắn, khả năng dẫn điện theo chiều nghịch bị mất. Vùng đánh thủng: khi VD < -VBR: Trong đó VBR - điện áp đánh thủng (Breakdown voltage), làm cho diode bị phá hủy Đường đặc tính diode công suất rất gần với đặc tính lý tưởng (hình 1-5a), trong đó đoạn đặc tính thuận có độ dốc rất thẳng đứng (hình 1-5b) vì vây, nhiệt độ trên diode xem như không đổi, điện áp thuận trên diode là tổng giữa điện áp ngưỡng U ( TO ) không phụ thuộc dòng điện với thành phần điện áp tỉ lệ với dòng điện thuận chảy qua diode. Giả sử nhiệt độ là hằng số, điện áp thuận trên diode được tính theo công thức gần đúng sau : ΔU F r F : Điện trở động theo chiều thuận r F= Với ΔI F Các ký hiệu thường dùng trong thiết kế : F = Forward để chỉ trạng thái dẫn theo chiều thuận, R = Reverse để chỉ trạng thái khóa trong vùng nghịch Hình 1-5: a) Đặc tính diode lý tưởng ; b) đặc tính diode thực tế Ví dụ: Một diode công suất có đặc tính như sau: Điện áp ngưỡng U(TO) = 0,85v Điện trở động r F = 8mΩ Với dòng chảy qua cố định I F = 50A, suy ra điện áp thuận trên diode là: U F = U ( TO ) + r F.
Các loại diode và công dụng 1.1 Diode Zener Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P- N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode. Hình 1-6: Diode zener Diode zener có tính ổn áp. Trong mạch diode zener luôn ở trạng thái phân cực nghịch và làm việc ở trạng thái bị đánh thủng. Khi diode zener bị đánh thủng, nó sẽ có tính ghim áp, lúc này mức áp đưa vào có thay đổi nhưng mức áp lấy ra trên diode zener là không đổi.
Trong mạch diode zener luôn dùng với một điện trở hạn dòng để tránh bị quá công suất. Trong nhiều mạch điện người ta dùng diode zener không có điện trở hạn dòng để làm mạch bảo vệ tránh trường hợp thiết bị bị quá áp. Trong mạch này, người ta dùng diode cho mắc ngang cuộn dây của relay để bảo vệ transistor. Bảo vệ ra sao? Chúng ta biết, khi transistor dẫn điện, nó cấp dòng cho cuộn dây để tạo ra sức hút nam châm, hút lá kim để thay đổi vị trí của tiếp điểm.
Nhưng khi transistor ngưng dẫn, nó cắt dòng cấp cho cuộn dây của relay, chính ngay lúc này, từ cuộn dây của relay sẽ "bung ra điện áp ứng", mức áp này thường có biên độ rất cao và dễ đánh thủng làm hư các mối nối bán dẫn. Để tránh điều tai hại này, người ta mắc ngang cuộc dây một diode dùng chống mức áp 15 nghịch, diode sẽ vào trạng thái dẫn điện do có tính ghim áp, diode đã giữ cho mức áp ngang cuộn dây không thể tăng cao.2 Diode Thu quang. (Photo Diode) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N, dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode Hình 1-8: Hình ảnh minh họa của diode thu quang 1.3 Diode Phát quang (Light Emiting Diode: LED) Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện. vv… 16 Hình 1-9: Hình ảnh diode phát quang Cách mắc đèn led Bảng tham khảo thường dùng cho các loại led 17 Led 7 đoạn và led ma trận Cách hiển thị led 7 đoạn 1.
Diode Varicap (Diode biến dung) Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode. Hình 1-10: Ứng dụng của diode biến dung trong mạch cộng hưởng Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch. 18 Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp. Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu.
diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần. Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng Hình 1-11: Ký hiệu của diode xung 1. Đo và kiểm tra diode Hình 1-12: Hướng dẫn cách đo diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu : Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập. Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.
Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò. Nối tiếp: Trong phần này mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu các cấu hình mạch mắc nối tiếp các diode với tín hiệu vào dc. Hình 1-13: Cấu hình diode mắc nối tiếp Mạch điện nối tiếp trong hình 1-13, ta thay diode bằng một điện trở R, khi đó chiều dòng điện chạy trong điện trở R cùng chiều với chiều dòng điện thuận của diode và E>V γ nên diode ở trạng thái dẫn. Cấu hình song song Hình 1-14: Cấu hình song song 1.
Lắp mạch nguồn một chiều đơn giản. Lựa chọn sơ đồ thiết kế Hình 1-15: Sơ đồ mạch nguồn một chiều 20 Khi thiết kế mạch nguồn điện một chiều, việc lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu là quan trọng nhất. Trong thực tế nguời ta thường chọn mạch chỉnh lưu cầu để chỉnh lưu trong mạch nguồn điện một chiều 2. Cấu tạo, ký hiệu R I 0 , 3 3 k I D 1 I D 2 V S i S i E1 10 D D V O 1 2 a, b.
Kí hiệu quy ước Hình 1-16: Cấu tạo và kí hiệu quy ước của SCR Thyristo được chế tạo từ bốn lớp bán dẫn P 1 - N1 - P2 - N2 đặt xen kẻ nhau (trên đế N1 điện trở cao, tạo ra hai lớp P 1++ và P2+, sau đó tiếp N 2++). Giũa các lớp bán dẫn này hình thành các chuyển tiếp p - n lần lượt là J 1, J2, J3 và lấy ra ba cực là anốt (A), catốt (K), và cực khống chế (G).