Thiết bị và nguyên lý hoạt động của diode

Đi-ốt là thiết bị bán dẫn đơn giản nhất có thể tìm thấy trên bảng mạch in của bất kỳ thiết bị điện tử nào hiện nay. Tùy thuộc vào cấu trúc bên trong và đặc tính kỹ thuật, điốt được phân thành nhiều loại: vạn năng, chỉnh lưu, xung, điốt zener, điốt đường hầm và varicaps. Chúng được sử dụng để chỉnh lưu, giới hạn điện áp, phát hiện, điều chế, v.v. — tùy thuộc vào mục đích của thiết bị mà chúng được sử dụng.

Cơ sở của diode là ngã ba p-nđược hình thành bởi vật liệu bán dẫn có hai loại độ dẫn điện khác nhau. Hai dây được kết nối với tinh thể diode gọi là cực âm (điện cực âm) và cực dương (điện cực dương). Có một vùng bán dẫn loại p ở phía cực dương và vùng bán dẫn loại n ở phía cực âm. Thiết bị đi-ốt này mang lại cho nó một đặc tính duy nhất — dòng điện chỉ chạy theo một hướng (thuận), từ cực dương sang cực âm. Ngược lại, một diode hoạt động bình thường không dẫn điện.

Ở vùng cực dương (loại p), các hạt mang điện chính là các lỗ trống tích điện dương và ở vùng cực âm (loại n) các electron mang điện tích âm. Các dây dẫn đi-ốt là các bề mặt kim loại tiếp xúc mà dây được hàn vào.

Khi diode dẫn dòng điện theo chiều thuận, điều đó có nghĩa là nó ở trạng thái mở. Nếu dòng điện không đi qua tiếp giáp p-n, thì diode đóng lại. Do đó, diode có thể ở một trong hai trạng thái ổn định: mở hoặc đóng.

Bằng cách kết nối điốt trong mạch nguồn điện áp DC, cực dương với cực dương và cực âm với cực âm, chúng ta thu được độ lệch thuận của tiếp giáp pn. Và nếu điện áp nguồn là đủ (0,7 volt là đủ cho một diode silicon), thì diode sẽ mở ra và bắt đầu dẫn dòng điện. Độ lớn của dòng điện này sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện áp đặt vào và điện trở trong của diode.

Tại sao diode chuyển sang trạng thái dẫn điện? Bởi vì với việc bật điốt chính xác, các electron từ vùng n, dưới tác động của EMF của nguồn, đã lao đến điện cực dương của nó, đến các lỗ từ vùng p, hiện đang di chuyển sang điện cực âm của nguồn đến các êlectron.

Tại ranh giới của các vùng (tại chính điểm nối p-n) lúc này có sự tái hợp của các electron và lỗ trống, sự hấp thụ lẫn nhau của chúng. Và nguồn buộc phải liên tục cung cấp các electron và lỗ trống mới cho vùng tiếp giáp p-n, làm tăng nồng độ của chúng.

Nhưng nếu diode được đảo ngược, với cực âm là cực dương của nguồn và cực dương là cực âm thì sao? Các lỗ trống và electron tán xạ theo các hướng khác nhau—về phía các cực—từ điểm nối, và một vùng cạn kiệt các hạt mang điện—một rào cản tiềm ẩn—xuất hiện gần điểm nối. Dòng điện do hầu hết các hạt mang điện (electron và lỗ trống) gây ra sẽ không xảy ra.

Nhưng tinh thể diode không hoàn hảo; ngoài các hạt mang điện chính, nó còn có các hạt mang điện nhỏ bên trong sẽ tạo ra dòng điện ngược đi-ốt rất không đáng kể được đo bằng microampe. Nhưng diode ở trạng thái này đóng vì tiếp giáp p-n của nó bị phân cực ngược.

Điện áp tại đó diode chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở được gọi là điện áp chuyển tiếp của diode (xem - Các thông số cơ bản của điốt), về cơ bản là sự sụt giảm điện áp trên đường giao nhau p-n. Điện trở của diode đối với dòng điện phía trước không phải là hằng số, nó phụ thuộc vào cường độ dòng điện qua diode và có giá trị khoảng vài ôm. Điện áp phân cực ngược tại đó diode tắt được gọi là điện áp ngược diode. Điện trở ngược của một diode trong điều kiện này được đo bằng hàng nghìn ôm.

Rõ ràng, một diode có thể chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái đóng và ngược lại khi cực tính của điện áp đặt vào nó thay đổi. Hoạt động của bộ chỉnh lưu dựa trên tính chất này của diode. Vì vậy, trong mạch điện xoay chiều hình sin, diode sẽ chỉ dẫn dòng điện trong nửa sóng dương và sẽ bị chặn trong nửa sóng âm.

Xem thêm về chủ đề này:Sự khác biệt giữa điốt xung và bộ chỉnh lưu là gì