Bài tập Diode có lời giải

TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP PHẦN DIODE
MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Quan hệ giữa dòng điện và điện áp


với: IS: dòng điện (ngược) bão hòa
VT: điện thế nhiệt
η: hệ số thực tế, có giá trị từ 1 đến 2



Hình 1-1 Đặc tuyến diode phân cực thuận
Điện trở AC (điện trở động)


Ngoài rD, còn tồn tại điện trở tiếp xúc (bulk) rB,thường có trị số rất nhỏ và được bỏ qua.
Điện trở DC


Phân tích mạch DC có diode
Ta có thể thay thế diode trong mạch bởi một nguồn áp 0,7V (nếu là diode Si) hoặc 0,3V (nếu là diode Ge) bất cứ khi nào mà diode có dòng phân cực thuận phía trên điểm knee.


Hình 1-2 Diode phân cực thuận (a) có thể thay thế bởi một nguồn áp (b)
Vì vậy, để phân tích điện áp và dòng diện DC trong mạch có chứa diode, ta có thể thay thế đặc tuyến V-A như hình 1-3.


Hình 1-3 Đặc tuyến lý tưởng hóa
Ví dụ 1-1
Giả sử rằng diode Si trên hình 1-4 đòi hỏi dòng tối thiểu là 1 mA để nằm trên điểm knee.


Hình 1-4 (Ví dụ 1-1)
1. Trị số R là bao nhiêu để dòng trong mạch là 5 mA?
2. Với trị số R tính ở câu (1), giá trị tối thiểu của E là bao nhiêu để duy trì diode ở trên điểm knee?
Giải
1. Trị số của R


2. Giá trị tối thiểu của E




Phân tích mạch diode với tín hiệu nhỏ
Một cách tổng quát, các linh kiện thể xem xét hoạt động ở hai dạng: tín hiệu nhỏ vá tín hiệu lớn. Trong các ứng dụng tín hiệu nhỏ, điện áp và dòng điện trên linh kiện một tầm rất giới hạn trên đặc tuyến V-A. Nói cách khác, đại lượng ΔV và ΔI rất nhỏ so với tầm điện áp và dòng điện mà linh kiện hoạt động.
Ví dụ 1-2
Giả sử rằng diode Si trên hình 1-5 được phân cực phía trên điểm knee và có rB là 0,1Ω, hãy xác định dòng điện và điện áp trên diode. Vẽ đồ thị dòng điện theo thời gian.


Hình 1-5 (Ví dụ 1-2)
Giải
Ngắn mạch nguồn AC, xác định dòng DC:


Do đó, điện trở AC là


Dòng điện AC là


Điện áp AC là


Như vậy dòng và áp tổng cộng là


Đồ thị dòng điện theo thời gian được cho ở hình 3-8


Hình 1-6 Thành phần AC thay đổi ±7,37 mA xung quanh thành phần DC 19,63mA
Đường tải (load line)
Ta có thể thực hiện việc phân tích diode với tín hiệu nhỏ bằng cách sử dụng hình vẽ với đặc tuyến V-A của diode.
Xét mạch cho ở hình 1-7. Đây chính là mạch tương đương về DC của mạch đã cho ở hình 1-5 (ngắn mạch nguồn áp). Ta xem điện áp trên diode là V (chứ không là hằng số).


Hình 1-7 Dòng điện qua diode I và điệp áp trên diode V
Theo định luật áp Kirchhoff, ta có


Do đó, quan hệ giữa dòng và áp DC trên diode cho bởi phương trình


Thay số vào, ta có


Phương trình này có dạng y=ax+b và đồ thị của nó là một đường thẳng có độ dốc (slope) là -1/R và cắt trục I tại điểm E/R (và cắt trục V tại điểm Vo=E). Đường thẳng này được gọi là đường tải DC (DC Load Line).
Đường tải DC của mạch cho ở hình 1-7 được vẽ trên hình 1-8. Đường tải này biểu diễn tất cả các tổ hợp có thể có của dòng điện qua diode I và điệp áp trên diode V với trị số E và R xác định. Giá trị hiện thời của I và V tùy thuộc vào diode được sử dụng trong mạch.


Hình 1-8 Đường tải DC
Đặc tính của đường tải DC là mọi tổ hợp có thể có của dòng điện I và điện áp V của mạch ở hình 1-7 là một điểm nằm tại một nơi nào đó trên đường thẳng. Cho trước một diode cụ thể (mà ta đã biết đặc tuyến V-A của nó), mục tiêu của ta là xác định tổ hợp dòng-áp hiện thời. Ta có thể tìm được điểm này bằng cách vẽ đường tải DC trên cùng hệ trục tọa độ của đặc tuyến Vôn-Ampe, giao điểm