Bài giảng Mạch điện tử - Chương 1: Diode - Nguyễn Thanh Tuấn

 là giao của 2 đường này và đường 
thẳng chính là DCLL
Nguyễn Thanh Tuấn
 Khi ở tín hiệu AC thì Vth thay đổi theo thời gian. VD: sin
th m
V V t
Ứng với từng thời điểm khác nhau thì Vth có giá trị khác nhau nên có 
đường tải khác nhau. Tập hợp các đường tải này lại ta được họ các 
đường tải AC (ACLL)
Nguyễn Thanh Tuấn
Nguyễn Thanh Tuấn
Một nguồn thông thường gồm cả AC và DC: sin 
th DC m
V V V t
Khi thì nguồn AC sẽ không ảnh hưởng nhiều đến sự phân cực của 
Diode, điểm hoạt động Q sẽ di động trong một vùng rất nhỏ và trong vùng rất nhỏ 
này ta có thể xem nó như một phần tử tuyến tính.
m DCV V
Lúc này theo phương pháp đồ thị ta sẽ có được kết quả như sau:
b. Chế độ tín hiệu nhỏ:
Nguyễn Thanh Tuấn
Nguyễn Thanh Tuấn
Do đoạn ab có độ dài rất bé nên có thể coi nó như 1 đường thẳng, lúc bấy giờ 
quan hệ u và i là quan hệ tuyến tính (giải thích vì sao có thể coi Diode lúc này 
như một phần tử tuyến tính – coi như điện trở).
Giá trị điện trở này là: 
D
d
D Q
du
r
di

Từ phương trình .
0
D
T
u
m V
Di I e
T
d
CQ
mV
r
I
 
Do phụ thuộc vào giá trị nên điện trở này là điện trở thay đổi 
(động).
CQI
Nguyễn Thanh Tuấn
Ví dụ xét mạch sau:
Giả sử 
im dcV V
im DCV V
Do đó mạch được xét trong chế độ tín hiệu nhỏ và quan hệ u và i có 
thể coi là tuyến tính với nhau.
Xét DC: 
1
;
( );
DC D
DQ
i DQ
DQ D
V V
I
r R I
I f V

  
 
Nguyễn Thanh Tuấn
T
d
CQ
mV
r
I
 
Do lúc bấy giờ qua hệ của u và i là tuyến tính nên ta hoàn toàn 
có thể coi diode tương đương với điện trở dr
AC:
Dễ dàng tính được: 
1
i
AC
i d
v
i
r r R

 
Nguyễn Thanh Tuấn
Kết quả cuối cùng ta có:
C CQ ACi I i 
Nguyễn Thanh Tuấn
1.2.1 Diode Zener
 Ký hiệu và đặc tuyến thực tế
 Vùng ổn áp và các thông số
 Mô hình lý tưởng
 VZ không đổi
 VZ thay đổi tuyến tính: rZ
1.2.2 Mạch ổn áp
 Sơ đồ mạch
 Điều kiện ổn áp
 Đánh giá chất lượng 
Nguyễn Thanh Tuấn
 Ký hiệu và đặc tuyến thực tế:
Mạch căn bản dùng diode Zener
 Ký hiệu: 
Nguyễn Thanh Tuấn
 Đặc tuyến i – u của diode Zener
Nguyễn Thanh Tuấn
 Vùng ổn áp và các thông số
• Điện áp ổn định VZ khi dòng điện qua Zener thay
đổi trong khoảng IZmin đến Izmax .
• Điện trở động tại điểm làm việc: 
Diode Zener lí tưởng được coi có rd gần bằng 0.
• Điện trở tĩnh: 
• Hệ số ổn định:
Nguyễn Thanh Tuấn
 VZ không thay đổi:
- Khi Vi cố định, trạng thái ngưng hoặc dẫn của diode Zener
phụ thuộc vào điện trở tải RL. Theo mạch hình 1.30: 
- Trị số tối thiểu của RL để cho Zener có thể dẫn điện ứng với
V = VZ
- Ứng với RL = RLmin , dòng qua tải RL sẽ đạt cực đại và là ILmax
Nguyễn Thanh Tuấn
- Do R cố định, khi diode Zener dẫn điện, điện thế VR ngang qua 
điện trở R sẽ cố định: VR = Vi – VZ
- Do đó dòng IR cũng cố định:
- Dòng IZ sẽ nhỏ nhất khi IL lớn nhất. Dong IZ sẽ được giới hạn 
bởi IZM do nhà sản xuất cho biết, do đó dòng điện qua RL là ILmin
phải thỏa mãn:
- Sẽ ứng với RL lớn nhất RLmax :
Nguyễn Thanh Tuấn
 VZ thay đổi:
- Nếu ta giữ RL cố định, Vi phải đủ lớn thì Zener mới dẫn điện. Trị
số tối thiểu của Vi để Zener có thể dẫn điện được xác định:
- Trị số tối đa của Vi được giới hạn bởi dòng tối đa IZM qua Zener:
Vì: Vậy:
Nguyễn Thanh Tuấn
Nhờ vào tính chất duy trì được điện áp VZ ở 2 cực
thay đổi nhỏ khi có dòng điện ngược thay đổi
trong phạm vi cho phép IZmin  IZmax nên diode 
Zener được dùng khá phổ biến trong các mạch ổn
áp.
Nguyễn Thanh Tuấn
Nguyễn Thanh Tuấn
Phân tích mạch trên:
Ta có iR= iZ + iL = (vS – vZ)/ Ri
iZ = (vS – vZ)/ Ri – iL
Với vZ và Ri không đổi ta có :
iZIZminiLILmax và vSVSmin (1)
iZIZmaxiLILmin và vSVSmax (2)
 Ri = (vS – vZ)/(iZ+iL)
Với (1) và (2) ta có :
 Ri = (VSmin – VZ)/(IZmin + ILmax) (a)
hay
 Ri = (VSmax – VZ)/(IZmax + ILmin) (b)
Từ (a) và (b) ta có:
 (VSmin – VZ)/(IZmin + ILmax) = (VSmax – VZ)/(IZmax + ILmin)
 (VSmin – VZ)(IZmax + ILmin) = (VSmax – VZ)(IZmin + ILmax) 
Phương trình trên có 2 giá trị chưa xác định là IZmin và IZmax.
Nếu chọn IZmin = 0,1 IZmax, giải phương trình ta tìm được
IZmax tính theo công thức sau:
(c)
Thay (c) vào (a) hoặc (b) ta tính được điện trở hạn dòng Ri.
Nguyễn Thanh Tuấn
Ví dụ 1.2.2a: Thiết kế bộ ổn định điện áp dùng diode Zener có
vZ = 10v cho các điều kiện sau:
a) Dòng điện tải có tầm từ 100200mA và điện áp nguồn vs
thay đổi từ 14 20V.
b) Dòng điện tải có tầm từ 20 200mA và điện áp nguồn
thay đổi từ 10.2  14V.
Phân tích mạch: Thiết kế cần chọn giá trị thích
hợp cho Ri và mức công suất tiêu tán cho Zener. 
a) Từ công thức (c) ta có:
Từ công thức (b) ta có:
Cần xét đến công suất tiêu tán trên điện trở Ri:
Công suất tiêu tán trên diode Zener:
b) Tương tự câu a):
Giá trị âm của Izmax chứng tỏ rằng trong điều kiện xấu nhất của
ngõ vào 10,2V và dòng tải 200mA, diode Zener không duy trì
được điện áp 10V ở tải, nên không thể thiết kế cho trường hợp
này.
Nguyễn Thanh Tuấn
Ví dụ 1.2.2b: Cho Vdc =12V;VZ=7,2V dòng tải từ 10 
đến 100mA. Hãy tìm Ri cần thiết để duy trì dòng tải này.
Phân tích mạch trên
Chọn iZmin = 0,1ILmax = 10mA
Ta có :
Và : iZIZmin  iL ILmax

Khi mạch ổn áp: VL = VZ = 7,2V; 

Công suất tiêu tán trên Zener có thể đạt đến giá trị
lớn nhất khi IL= 0  IZ=110mA:
PZ = VZIZ = 7,2. 0,11 =0,792W
Nguyễn Thanh Tuấn
Trong ví dụ 1.2.2a nếu diode Zener được giả định thực tế hơn 
với điện trở RZ=2ohm như mạch sau:
Từ kết quả phân tích mạch ở ví dụ 1.2.2a, giả sử
IZmin = 0,1IZmax=0,0533A thì điện áp trên tải không còn
duy trì là hằng số 10V mà có thêm phần điện áp trên
RZ:
 Vomin = VZ + IZminRZ = 10 + 0,0533x2 = 10,1V
 Vomax = VZ + IZmaxRZ = 10 + 0,533x2 = 11,1V
Phần trăm độ điều hòa,%Reg được định nghĩa
như là tầm dao động điện áp so với danh định. Độ điều
hòa này càng bé thì mạch càng có khả năng ổn áp cao, 
với ví dụ này:
Nguyễn Thanh Tuấn
1.3.1 Mạch logic số
1.3.2 Mạch xén – kẹp
1.3.3 Mạch ghim
1.3.4 Mạch tách sóng đường bao
1.3.5 Mạch nhân đôi điện áp
Nguyễn Thanh Tuấn
MÔ HÌNH CỔNG OR VÀ AND
Cổng OR Cổng AND
+
-
+
-
Nguyễn Thanh Tuấn
a. Cổng OR
+
-
Cổng OR
• Giả sử D1, D2, D3 là các Diode lý 
tưởng:
 Khi V1 (hoặc V2, hoặc V3) >0
 D1 dẫn (hoặc D2, D3 dẫn)
Vout>0 – Ta có mức HIGH
 Khi V1 và V2 và V3 <= 0
 D1 và D2 và D3 tắt
Vout<= 0 – Ta có mức LOW
Biểu thức dạng logic: Yout=A + B + C
Nguyễn Thanh Tuấn
b. Cổng AND
+
-
Cổng AND
• Giả sử D1, D2, D3 là các Diode lý 
tưởng:
 Khi V1(hoặc V2, hoặc V3)< Vcc
 D1 dẫn (hoặc D2, D3 dẫn)
Vout =Vinput – Ta có mức LOW
 Khi V1 và V2 và V3 > Vcc 
 D1 và D2 và D3 tắt
Vout=Vcc – Ta có mức HIGH
Biểu thức dạng logic: Yout=A.B.C
Nguyễn Thanh Tuấn
- Mạch xén có nhiệm vụ chỉ cho 1 phần tín hiệu ngõ vào đi 
đến ngõ ra
- Có 3 loại mạch xén :
+ Mạch xén trên (mạch xén dương).
+ Mạch xén dưới ( mạch xén âm).
+ Mạch xén 2 mức độc lập (mạch xén kết hợp).
Nguyễn Thanh Tuấn
a) Mạch xén trên
+ Khi Vi < Vγ ,D tắt
=>Vo=Vi
+ Khi Vi > Vγ ,D dẫn
=>Vo=Vγ
Từ đó ta có đặc tuyến truyền đạt và dạng sóng Vo(t).
Nguyễn Thanh Tuấn
b) Mạch xén dưới
+ Khi Vi > -Vγ ,D tắt
=>V0=Vi
+ Khi Vi < -Vγ ,D dẫn
=>V0=-Vγ
Từ đó ta có đặc tuyến truyền đạt và dạng sóng Vo(t).
Nguyễn Thanh Tuấn
c) Mạch xén 2 mức độc lập(giả sử 2 diode giống nhau)
• Giả sử D1, D2 tắt =>Vo=Vi
+ uD1-Vγ - Vo Vi > -Vγ
+ uD2Vo – Vγ Vi < Vγ
Vậy –Vγ < Vi < Vγ thì Vo=Vi
• Giả sử D1 dẫn, D2 tắt =>Vo=-Vγ
+ iD1>0 =>-(Vi+Vγ )/R>0 =>Vi < -Vγ
+uD2Vo – Vγ -2Vγ < 0
Vậy Vi < -Vγ thì Vo=-Vγ
Nguyễn Thanh Tuấn
• Giả sử D1 tắt, D2 dẫn =>Vo=Vγ
+ uD1-Vγ - Vo -2Vγ<0
+ iD2>0 =>(Vi – Vγ)/R >0 =>Vi > Vγ
Vậy Vi > Vγ thì Vo=Vγ
Từ đó ta có đặc tuyến truyền đạt và dạng sóng Vo(t).
Nguyễn Thanh Tuấn
 1. Mô hình mạch:
i
Sơ đồ mạch ghim áp
Nguyễn Thanh Tuấn
i
+
_
 2. Các tính chất:
•Nhận xét:
+ Vpp luôn bằng 2Vi
+ Mạch ghim áp với
đỉnh âm
+ Thành phần DC bị
dời xuống khỏi trục
hoành (Đối với mạch
mắc như trên)Dạng sóng ra Vout_diode
Khảo sát áp trên Diode
Nguyễn Thanh Tuấn
i
+
_
 2. Các tính chất (tiếp theo):
Dạng sóng ra trên tụ Vc
Thực tế, Vc gần 
bằng Vi vì sụt áp 
trên Vd=0.5
Khảo sát áp ra trên tụ
Nguyễn Thanh Tuấn
 Mô hình mạch:
Mạch tách sóng đường bao
-
+
Nguyễn Thanh Tuấn
 Hoạt động của mạch:
-
 Ở bán kỳ dương, D1 dẫn  Tụ 
C nhanh chong được nạp tới giá 
trị Vi nào đó (tùy thuộc vào biên 
độ sóng AM)
 Ở bán kỳ âm, D1 tắt, tụ C xả 
điện qua điện trở R  VC giảm
Chú ý: Thời gian xả phụ thuộc vào 
thời hằng
 Ở bán kỳ dương tiếp theo, tụ lại 
tiếp tục nạp đầy, quá trình tiếp 
tục lặp lại ở các bán kỳ tiếp theo.
RC  Mạch tách sóng đường bao
Nguyễn Thanh Tuấn
 Dạng sóng ra của mạch:
Dạng sóng ra V_out của mạch
Nguyễn Thanh Tuấn
Sơ đồ mạch nhân đôi điện áp
Nguyễn Thanh Tuấn
Mạch ở bán kỳ âm
X
X
i
a. Xét nửa bán kỳ âm:
Nguyễn Thanh Tuấn
X
X
i
Mạch ở bán kỳ âm
D2 phân cực ngược
Không có dòng qua
nhánh bên phải
D1 phân cực thuận 
 D1 dẫn
 Tụ C1 được nạp nhanh chóng đến 
giá trị bằng VC1=Vi=2V vì VC1=-(-Vi)
(Thực tế, VC1 ≈ Vi do sụt áp Vγ
 VC1 ≈ Vi – Vγ = 2-0.1=1.6 V ) 
Ở bán kỳ âm
Nguyễn Thanh Tuấn
Mạch ở bán kỳ dương
b. Xét nửa bán kỳ dương:
i
+
-
Nguyễn Thanh Tuấn
Chú ý: Áp phân cực ngược trên VD1 (Vreverse) lúc này cũng bằng VC1+Vi
i
+
-
Mạch ở bán kỳ dương
D1 phân cực ngược
Tụ C1 không có đường xả 
(VC1=Vi) 
D2 phân cực thuận
 D2 dẫn
 Tụ C2 được nạp nhanh chóng đến 
giá trị bằng VC2= VC1+ Vi=2Vi (vì VC1=Vi)
(Thực tế, VC2 ≈2Vi do sụt áp Vγ trên D2 và
VC1 ≈Vi ) 

2 1
1 6 2 0 4 3 2
C C i
V V V V     . . .
Ở bán kỳ dương
Nguyễn Thanh Tuấn
Nhận xét:
 Thực tế, VC2≈2Vi ≈4V
nhưng do sụt áp Vγ trên
D2 và VC1≈Vi nên
VC2≈3.2V (xem slide
trước)
 Dạng sóng ra gần
giống với mạch ghim
áp
Khảo sát dạng sóng ra
Dạng sóng ra V_out
c. Dạng sóng ra của mạch:
Nguyễn Thanh Tuấn
Tóm tắt
Nguyễn Thanh Tuấn
Bài tập
Nguyễn Thanh Tuấn
Đáp án