Bộ Hạn Chế điốt Hoặc Mạch Cắt (clipper)

Các mạch được sử dụng để cắt các phần điện áp tín hiệu trên hoặc dưới mức nhất định được gọi là bộ hạn chế hoặc bộ cắt.

Mạch cắt diode

Các loại mạch cắt

Mạch cắt dương
Mạch cắt âm

Mạch cắt dương

Mạch giới hạn hoặc cắt phần dương của điện áp đầu vào được gọi là bộ giới hạn dương hoặc bộ cắt dương.

Bộ hạn chế điốt hoặc mạch cắt (clipper) — Mạch cắt dương

Nguyên lý hoạt động của mạch cắt dương

Khi điện áp đầu vào dương, diode sẽ phân cực thuận và dẫn dòng điện.
Vì cực âm có điện thế nối đất (0V) nên cực dương không thể vượt quá 0,7V (đối với Si).
Vì vậy điểm A bị giới hạn ở mức +0,7V khi điện áp đầu vào vượt quá giá trị này
Khi điện áp đầu vào giảm xuống dưới 0,7V, diode bị phân cực ngược và xuất hiện dưới dạng hở.
Điện áp đầu ra trông giống như phần âm của điện áp đầu vào, nhưng có cường độ được xác định bởi bộ chia điện áp được hình thành bởi R1 và điện trở tải RL

Mạch cắt âm

Mạch giới hạn hoặc cắt phần âm của điện áp đầu vào, được gọi là bộ giới hạn âm hoặc bộ cắt âm.

Nguyên lý hoạt động của mạch cắt âm

Nếu quay diode của mạch cắt dương ngược lại, phần âm của điện áp đầu vào sẽ bị cắt đi.
Khi diode phân cực thuận trong phần âm của điện áp đầu vào, điểm A được giữ ở -0,7V do độ sụt của diode.
Khi điện áp đầu vào vượt quá –0,7V, diode không còn phân cực thuận nữa; và một điện áp xuất hiện trên RL tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào.

Mạch kẹp diode

Kẹp là quá trình đưa mức DC vào tín hiệu AC. Bộ kẹp còn được gọi là bộ phục hồi DC.

Các loại mạch kẹp diode

Mạch kẹp âm.
Mạch kẹp dương.

Mạch kẹp diode dương

Mạch kẹp một mức DC dương vào dạng sóng đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của mạch kẹp diode dương

Khi điện áp đầu vào ban đầu trở nên âm, diode được phân cực thuận, cho phép tụ điện tích điện đến gần đầu vào (Vp(in) – 0,7V).
Ngay sau cực đại âm, diode bị phân cực ngược. Điều này là do cực âm được giữ gần Vp(in) – 0,7V bởi điện tích trên tụ điện.
Tụ điện chỉ có thể phóng điện qua điện trở R_L cao. Vì vậy, từ đỉnh của nửa chu kỳ âm này đến nửa chu kỳ âm tiếp theo, tụ điện phóng điện rất ít.
Để hoạt động kẹp tốt, hằng số thời gian RC phải gấp ít nhất 10 lần chu kỳ của tần số đầu vào.

Hiệu ứng thực của hành động kẹp là tụ điện giữ lại điện tích xấp xỉ bằng giá trị cực đại của đầu vào trừ đi độ sụt diode.
Điện áp của tụ điện về cơ bản hoạt động như một cục pin nối tiếp với điện áp đầu vào.
Điện áp một chiều của tụ điện cộng vào điện áp đầu vào bằng cách xếp chồng lên nhau.

Mạch kẹp diode âm

Mạch kẹp diode âm sẽ chèn một mức DC âm vào dạng sóng đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của mạch kẹp diode âm

Nếu quay diode ngược lại, điện áp một chiều sẽ được thêm vào V_in để tạo ra điện áp đầu ra.

Diode zener

Điốt tiếp giáp pn pha tạp chất phân cực ngược hoạt động trong vùng đánh thủng.

Vùng đánh thủng của diode zener

Bằng cách tăng điện áp phân cực ngược, điểm đạt đến là điểm đánh thủng điểm nối và dòng điện ngược tăng mạnh đến giá trị chỉ bị giới hạn bởi điện trở bên ngoài mắc nối tiếp với điểm nối.
Điện áp đánh thủng này phụ thuộc vào độ rộng của vùng cạn kiệt, phụ thuộc vào mức độ pha tạp.

Các kiểu tràn điện áp của diode zener

Có 2 kiểu tràn điện áp trong diode zener:

Hiệu ứng tuyết lở: Nó xảy ra ở cả diode chỉnh lưu và diode zener ở điện áp ngược đủ cao.
Hiệu ứng zener: Nó xảy ra trong một diode zener ở điện áp ngược thấp

Hiệu ứng tuyết lở

Nó xảy ra ở các điểm nối có lớp suy giảm rộng do mức độ pha tạp nhẹ.
Các hạt tải điện thiểu số (được gia tốc bởi trường này) va chạm với các nguyên tử bán dẫn trong vùng cạn kiệt.
Khi va chạm với các electron hóa trị, liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ và các cặp electron-lỗ trống được tạo ra.
Những hạt mang điện mới được tạo ra này cũng được gia tốc bởi điện trường dẫn đến nhiều va chạm hơn và do đó tạo ra nhiều hạt mang điện hơn.
Điều này dẫn đến sự xuất hiện (một loạt) các hạt mang điện.
Lưu ý: – Mối nối có điện trở ở vùng đánh thủng rất thấp.

Hiệu ứng zener

Nó xảy ra ở các điểm nối có lớp suy giảm hẹp do pha tạp nặng.
Điện áp đánh thủng thiết lập một điện trường rất mạnh trên lớp hẹp này.
Trường này làm đứt hoặc phá vỡ liên kết cộng hóa trị; từ đó tạo ra các cặp electron-lỗ trống.
Điện áp ngược tăng thêm một chút có khả năng tạo ra số lượng lớn hạt tải điện.
Lưu ý: – Mối nối có điện trở ở vùng đánh thủng rất thấp.

Xu hướng zener

Diode zener nên được:

Phân cực ngược.
Có điện áp ngược cao hơn V_Z của nó
Ở trong mạch có dòng điện nhỏ hơn I_zmax

Lưu ý: – Nếu diode zener phân cực thuận thì nó hoạt động giống như diode chỉnh lưu.

Đặc tuyến IV của diode zener

V_Z= Điện áp đánh thủng zener.

I_ZMIN= Dòng điện tối thiểu để duy trì zener hoạt động bình thường

I_ZMAX= Dòng zener tối đa bị giới hạn bởi công suất tiêu tán tối đa

Đối với một diode zener lý tưởng, điện áp không thay đổi khi nó bị hỏng. Điều đó có nghĩa là V_z không đổi ngay cả khi I_z tăng đáng kể.

Khi điện áp ngược (V_R) tăng lên, dòng điện ngược (I_R) vẫn cực kỳ nhỏ cho đến “đầu gối” của đường cong.
Dòng điện ngược còn được gọi là dòng zener, I_Z
Tại thời điểm này, hiệu ứng tuyết lở bắt đầu; Điện trở zener bên trong, còn được gọi là trở kháng zener (Z_Z), bắt đầu giảm khi dòng điện ngược tăng nhanh.
Lưu ý rằng từ phía dưới đầu gối, điện áp đánh thủng zener (V_Z) gần như không đổi.

Trở kháng Zener

Một sự thay đổi trong dòng điện zener (ΔI_Z ) tạo ra một sự thay đổi nhỏ về điện áp zener (ΔV_Z ). Điều này được biểu diễn dưới dạng trở kháng zener (Z_Z ), như

Điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp là thước đo khả năng của mạch để duy trì điện áp đầu ra không đổi ngay cả khi điện áp đầu vào hoặc dòng điện tải thay đổi.

Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp

Điện áp Zener (V_z) không đổi ngay cả khi dòng điện zener (I_z) tăng đáng kể.

V_IN = Điện áp một chiều đầu vào có các biến thể cần được điều chỉnh

R_L = Điện trở tải yêu cầu điện áp không đổi V_out, được kết nối song song với diode

Điều kiện để điều chỉnh điện áp

Áp dụng Định luật Kirchhoff hiện hành;

Trong mọi điều kiện:

Trường hợp 1

Để R được giữ nguyên nhưng điện áp cung cấp V_in tăng nhẹ. Nó sẽ tăng I.
Sự tăng I này sẽ được diode zener hấp thụ mà không ảnh hưởng đến I_L.
Mức tăng V_in sẽ giảm trên R do đó giữ cho V_out(hoặc V_z ) không đổi.

Trường hợp 2

V_in cố định nhưng I_L thay đổi.
Khi I_L tăng, dòng điốt I_z giảm do đó giữ cho I và do đó IR giảm không đổi. Bằng cách này, Vout không đổi.
Khi I_L giảm, I_z tăng để giữ nguyên I và do đó I_R giảm không đổi. Một lần nữa Vout vẫn không bị ảnh hưởng.

Khi dòng điốt đạt giá trị cực đại thì I_L trở thành 0;

Nguyên lý hoạt động của đèn LED

Khi thiết bị được phân cực thuận, các electron đi qua tiếp giáp pn từ vật liệu loại n và kết hợp lại với các lỗ trong vật liệu loại p.
Khi quá trình tái hợp diễn ra, các electron tái hợp sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và ánh sáng.
Quá trình này được gọi là “điện phát quang”.

Nhiều tạp chất khác nhau được thêm vào trong quá trình pha tạp để thiết lập bước sóng của ánh sáng phát ra (tức là màu của ánh sáng).
Các vật liệu bán dẫn LED:
- Gallium Arsenide (GaAs) (phát ra bức xạ hồng ngoại)
- Gallium Arsenide Phosphate (GaAsP) (ánh sáng đỏ hoặc vàng)
- Gallium Phosphate (GaP) (đèn đỏ hoặc xanh)

Khi phân cực thuận cho đèn LED

Điện áp chuyển tiếp trên một đèn LED lớn hơn đáng kể so với một diode silicon (thường là V_ftối đa cho đèn LED là từ 1,2V đến 3,2V).
Điện áp ngược chịu đựng của đèn LED ít hơn nhiều so với diode chỉnh lưu silicon (3V đến 10V).

Điểm đặc biệt của ánh sáng LED

Đèn LED phát ra ánh sáng khi có dòng điện đủ lớn.
Lượng năng lượng đầu ra được chuyển thành ánh sáng tỷ lệ thuận với dòng điện thuận.

Ứng dụng của đèn LED

Hiển thị LED 7 đoạn:

Sự kết hợp của các phân đoạn tạo thành mười chữ số thập phân.
Mỗi đoạn trong màn hình là một đèn LED.
Bằng cách kết hợp các phân đoạn được chọn trước, bất kỳ chữ số thập phân và dấu thập phân nào cũng có thể được hình thành.

Xem thêm tại diencobacninh.com

Mục Lục