Post on 03-Jul-2018
1
Fundamentals of Microelectronics
CH1 Why Microelectronics? CH2 Basic Physics of Semiconductors CH3 Diode Circuits CH4 Physics of Bipolar Transistors CH5 Bipolar Amplifiers CH6 Physics of MOS Transistors CH7 CMOS Amplifiers CH8 JFET Transistor
2
مدارهای ديودی: فصل سوم
3-1 ديود ايده آل
3-2 پيوندPN به عنوان ديود
3-3 کاربرد های ديود
CH3 Diode Circuits 3
مشخصه جريان برحسب ولتاژ ديود ايده آل
CH3 Diode Circuits 4
ديود ايده آل
در يک ديود ايده آل هرگاه ولتاژ دوسر ديود بخواهد از صفر ولت بيش تر شود در آن .صورت ديود به صورت اتصال کوتاه عمل کرده و از آن جريان می گذرد
عملکرد ديود همانند لوله آبی است که اجازه عبور آب را تنها در يک جهت می دهد.
CH3 Diode Circuits 5
1مثال
CH3 Diode Circuits 6
2مثال
mAImA
kI
mAk 1
25
)10(0I
110
010I
0VOnD2D1,:Assume
D2
D2
CH3 Diode Circuits 7
3مثال
mAImA
kI
mAk 1
11
)10(0I
25
010I
0VOnD2D1,:Assume
D2
D2
035.3035.3I510
33.115
)10(10I
on:D2off,:D1:Assume
1
D2
D2
VVVkV
mAk
D
CH3 Diode Circuits 8
)1مثال (مشخصه جريان برحسب ولتاژ
اگر دو ديود به صورت موازی و در خالف جهت يکديگر قرار گرفته باشند، در آن.صورت اين مدار همواره به صورت اتصال کوتاه عمل خواهد کرد
CH3 Diode Circuits 9
)2مثال (مشخصه جريان برحسب ولتاژ
CH3 Diode Circuits 10
)1مثال (مشخصه خروجی برحسب ورودی
When Vin is less than zero, the diode opens, so Vout = Vin. When Vin is greater than zero, the diode shorts, so Vout = 0.
CH3 Diode Circuits 11
)2مثال (مشخصه خروجی بر حسب ورودی
CH3 Diode Circuits 12
به عنوان ديود PNپيوند
21
1
n
eII TnVV
S
VT: ولتاژ حرارتی
Is: جريان اشباع معکوس
mVq
kTVT T 26300@
CH3 Diode Circuits 13
PN Junction as a Diode
CH3 Diode Circuits 14
ناحيه باياس مستقيم
when v > 0, we have:
Approximated equations:
mVq
kTVV
eII
TT
VV
ST
26voltage,thermal:
1
ST
VV
S IIVVeII T lnor
CH3 Diode Circuits 15
مثال
mVmVVVVV
IIVV
IIVV
T
ST
ST
603.22610ln1210ln2
ln1
?12 VVV
CH3 Diode Circuits 16
باياس مستقيم
،ولتاژی است که به ازای ولتاژ هایولتاژ برش کمتر از آن جريان بسيار کمی از ديود در جهت
.مستقيم عبور می کند.است V 0.5در ديود سيليکنی اين ولتاژ حدود –
،ناحيه ای است که در آن ناحيه هدايت کاملت تقريبا برابر با صفر اسdiodeRمقاومت ديود
ود و ديود از نظر الکتريکی رسانايی خوبی از خ.نشان می دهد
، V 0.8الی V 0.6در ديود سيليکنی به ازای ولتاژ –.ديود هدايت خوبی از خود نشان می دهد
fully conducting region
cut-in voltage: ولتاژ برش
CH3 Diode Circuits 17
وابستگی دمايی
صورت آن در يابد افزايش سانتيگراد درجه 1 اندازه به دما اگر مشخص، جريان يک ازای به 2 اندازه به ديود دوسر ولتاژ mV يابد می کاهش.
شود می روشن زودتر ديود دما، افزايش با ديگر عبارت به.
CH3 Diode Circuits 18
ناحيه باياس معکوس
when v<0, we have:
Approximated equation:
mVq
kTVVeII TTVV
ST 26voltage,thermal:,1
mVVVII TS 26
CH3 Diode Circuits 19
ناحيه شکست
ديود وقتی وارد ناحيه شکست می شود که: ZKV-<v–)ZKVKnee Voltage (-Zener ر غيعملکرد ديود در ناحيه شکست می تواند
باشد مشروط بر اينکه جريان ديود در مخرب.کنترل ما باشد
breakdown region
Si I Si IV
=-V
ZK
V =
-VT
V =
10V T
/( 1)Tv VSi I e
CH3 Diode Circuits 21
مدل های گوناگون برای ديود
ی و عالوه بر اين مدل، مدل نماي. تاکنون مدل ديود ايده آل مورد بررسی قرار گرفته است.ثابت نيز برای ديود وجود دارد-مدل ولتاژ
CH3 Diode Circuits 22
)1مثال (مشخصه خروجی بر حسب ورودی
مثال باال را يک بار با مدل ديود ايده آل و بارديگر با مدل ولتاژ ثابت حل کرده ايم. .مشاهده می شود که نقطه شکست دو منحنی متفاوت است
Ideal model is used for D1.
Constant-voltage model is used for D1.
CH3 Diode Circuits 23
)2مثال (مشخصه خروجی بر حسب ورودی
For D1: OFF, we have:
CH3 Diode Circuits 24
)3مثال (مشخصه خروجی بر حسب ورودی
For Vin=-∞, D1 is on.
For Vin=+∞, D1 is off.
CH3 Diode Circuits 25
مدل نمايی
ز مدل در اين مثال به دليل متفاوت بودن جريان اشباع معکوس ديود ها، صرفا استفاده ا.نمايی می تواند در حل مساله راه گشا باشد
2
12
1
21
1
1
s
s
inD
s
s
inD
II
II
II
II
Is1 Is2
CH3 Diode Circuits 26
تحليل سيگنال کوچک
د به تحليل سيگنال کوچک به اين صورت انجام می شود که حول نقطه کار، ولتاژ ديوتناسب اندازه جزيی تغيير می کند و به تبع آن تغييرات جريان ديود به صورت خطی و م
.با تغييرات ولتاژ مشاهده می شود
1DT
D IV
VI )اين رابطه در اساليد بعد اثبات می شود(
CH3 Diode Circuits 27
جزئيات تحليل سيگنال کوچک
اگر دو نقطه از مشخصهIV مثال نقاط (ديود به اندازه کافی به هم نزديک باشندA وB(شيب. ، مسيری که اين دو نقطه را به هم متصل می کند همانند يک خط خواهد بود
.استD∆Vو D∆Iاين خط بيانگر ضريب تناسب بين
T
D
T
D
T
s
VDVDD
D
D
D
VI
VV
VI
dVdI
VI
1
1
1
exp
|
CH3 Diode Circuits 28
مقاومت سيگنال کوچک
بطه هرگاه صرفا عالقمند به محاسبه سيگنال های کوچک باشيم، به دليل وجود يک را، در تحليل سيگنال کوچک می توان ديود را همانند يک مقاومت D∆Vو D∆Iخطی بين
. خطی در نظر گرفت
D
Td I
Vr
CH3 Diode Circuits 29
)ادامه(تحليل سيگنال کوچک
اگر به ديود يک ولتاژ سينوسی با دامنه کوچک حول يک ولتاژdc اعمال شود، در اينخواهيم dcحول يک جريان صورت در خروجی نيز جريان سينوسی با دامنه کوچک
.داشت
0 00( ) cos exp cosD p s p
T T
V II t I I t I V tV V
tVVtV p cos)( 0
CH3 Diode Circuits 30
مثالی از آداپتور
Ω38.58mA26mV
IVr
0mA8.58III
mA0.425k2.1I
mA90.1k
2.1-3I
V2.1dcV
D
Td
LD
L
out
VonVD 7.0)(
DC Analysis:
CH3 Diode Circuits 31
ادامه مثال قبل
ωtsin8.3mVωt0.1sin0.1k3r
3rωt0.1sin0.1k5k3r
5k3racV
3r
d
d
d
dout
d
AC Analysis:
Superposition:
ωtsin8.3mVV2.1acVdcVtV outoutout
CH3 Diode Circuits 32
ديود زنر
CH3 Diode Circuits 33
مدل ديود زنر
at breakdown region
CH3 Diode Circuits 34
مدل ساده شده برای ديود زنر
at breakdown region
CH3 Diode Circuits 35
1مثال
Vo=?
CH3 Diode Circuits 36
2مثال
Vo. FindΩ 20r mA, 5Iat V 6.8V : thatknow We zzz
VVVkmA
VrIV
z
z
zzzz
7.602.058.6
0
0
0
Vkk
kkk
kVo 90.67.65.002.0
5.0125.002.0
02.0
V
kkk
kkkVo 82.67.6
5.002.05.010
5.002.002.0
CH3 Diode Circuits 37
3مثال
V10<sV<V8Izk=0.2 mA, Izmax=100mA,
Vz0=5 V
خروجی به dcرا به گونه ای تعيين کنيد که تنظيم ولتاژ maxLRو minlRمقادير maxLR<LR<minl(R(. خوبی انجام شود
max
5
51
5
zzzk
LLz
IIIIVsIII
Vsk
VsI
mAImAImAI
IVsIIVsI LL
LzkLLzk 8.2
8.48.2
55
mAImAImAI
IVsIIIVs LL
LzLzL 95
9597
55 maxmax
mAImA L 8.295 In practice:
mAIL 8.20
LRk785.1