điốt điện

Hợp chất lỗ trống điện tử

Nguyên tắc hoạt động của hầu hết các thiết bị bán dẫn dựa trên các hiện tượng và quá trình xảy ra ở ranh giới giữa hai vùng của chất bán dẫn với các loại dẫn điện khác nhau - điện tử (loại n) và lỗ trống (loại p). Ở vùng loại n, các electron chiếm ưu thế, là hạt mang điện chính, ở vùng p, đây là các điện tích dương (lỗ trống). Ranh giới giữa hai vùng có các loại độ dẫn điện khác nhau được gọi là tiếp giáp pn.

Về mặt chức năng, đi-ốt (Hình 1) có thể được coi là một công tắc điện tử không điều khiển được dẫn một chiều. Một diode ở trạng thái dẫn điện (công tắc đóng) nếu đặt một điện áp thuận vào nó.

Cơm. 1. Ký hiệu đồ họa thông thường của diode

Dòng điện qua diode iF được xác định bởi các tham số của mạch ngoài và sự sụt giảm điện áp trong cấu trúc bán dẫn ít quan trọng. Nếu một điện áp ngược được đặt vào điốt, thì nó ở trạng thái không dẫn điện (công tắc mở) và một dòng điện nhỏ chạy qua nó. Điện áp rơi trên diode trong trường hợp này được xác định bởi các tham số của mạch ngoài.

Bảo vệ điốt

Các nguyên nhân điển hình nhất gây ra sự cố về điện của diode là tốc độ tăng cao của dòng điện thuận diF / dt khi bật, quá điện áp khi tắt, vượt quá giá trị tối đa của dòng điện thuận và phá vỡ cấu trúc với điện áp ngược cao không thể chấp nhận được.

Ở các giá trị cao của diF / dt, nồng độ các hạt mang điện tích không đồng đều xuất hiện trong cấu trúc diode và kết quả là quá nhiệt cục bộ dẫn đến hư hỏng cấu trúc. Lý do chính cho các giá trị cao của diF / dt là nhỏ độ tự cảm trong một mạch chứa nguồn điện áp chuyển tiếp và điốt bật. Để giảm các giá trị của diF / dt, một cuộn cảm được mắc nối tiếp với diode, giúp hạn chế tốc độ tăng của dòng điện.

Để giảm các giá trị biên độ của điện áp đặt vào diode khi tắt mạch, một điện trở R mắc nối tiếp được sử dụng và tụ điện C là cái gọi là mạch RC được kết nối song song với diode.

Để bảo vệ điốt khỏi tình trạng quá tải hiện tại ở chế độ khẩn cấp, cầu chì điện tốc độ cao được sử dụng.

Các loại điốt điện chính

Theo các thông số chính và mục đích, điốt thường được chia thành ba nhóm: điốt mục đích chung, điốt phục hồi nhanh và điốt Schottky.

Mục đích chung điốt

Nhóm điốt này được phân biệt bởi các giá trị cao của điện áp ngược (từ 50 V đến 5 kV) và dòng điện thuận (từ 10 A đến 5 kA). Cấu trúc bán dẫn khổng lồ của điốt làm suy giảm hiệu suất của chúng. Do đó, thời gian phục hồi ngược của điốt thường nằm trong khoảng 25-100 μs, điều này hạn chế việc sử dụng chúng trong các mạch có tần số trên 1 kHz.Theo quy định, chúng hoạt động trong các mạng công nghiệp có tần số 50 (60) Hz. Điện áp rơi liên tục trên các điốt của nhóm này là 2,5-3 V.

Điốt điện có các gói khác nhau. Phổ biến nhất là hai loại thực thi: ghim và máy tính bảng (Hình 2 a, b).

Cơm. 2. Cấu tạo thân điốt: a — chốt; b — máy tính bảng

Điốt phục hồi nhanh. Trong quá trình sản xuất nhóm điốt này, các phương pháp công nghệ khác nhau được sử dụng để giảm thời gian phục hồi ngược. Đặc biệt, sử dụng pha tạp silicon bằng phương pháp khuếch tán vàng hoặc bạch kim, giúp giảm thời gian phục hồi xuống còn 3-5 μs. Tuy nhiên, điều này làm giảm các giá trị cho phép của dòng điện thuận và điện áp ngược. Giá trị dòng điện cho phép là từ 10 A đến 1 kA, điện áp ngược — từ 50 V đến 3 kV. Các điốt nhanh nhất có thời gian phục hồi ngược là 0,1-0,5 μs. Các điốt như vậy được sử dụng trong các mạch xung và tần số cao có tần số từ 10 kHz trở lên. Thiết kế của điốt trong nhóm này tương tự như thiết kế của điốt mục đích chung.

Đi-ốt Schottky

Nguyên lý hoạt động của điốt Schottky dựa trên tính chất của vùng chuyển tiếp giữa kim loại và vật liệu bán dẫn. Đối với điốt nguồn, một lớp silicon suy giảm loại n được sử dụng làm chất bán dẫn. Trong trường hợp này, có một điện tích âm trong vùng chuyển tiếp ở phía kim loại và một điện tích dương ở phía bán dẫn.

Một điểm đặc biệt của điốt Schottky là dòng điện thuận là do chuyển động của chỉ các hạt tải điện chính - các electron. Việc thiếu tích lũy sóng mang thiểu số làm giảm đáng kể quán tính của điốt Schottky.Thời gian phục hồi thường không quá 0,3 μs, điện áp chuyển tiếp giảm khoảng 0,3 V. Giá trị dòng điện ngược trong các điốt này cao hơn 2-3 bậc so với điốt tiếp giáp p-n. Điện áp ngược giới hạn thường không quá 100 V. Chúng được sử dụng trong các mạch xung tần số cao và điện áp thấp.