Điốt là một trong những thiết bị bán dẫn phổ biến nhất được sử dụng trong các thiết bị điện tử ngày nay.
Họ cũng là một trong những hiểu lầm nhất.
Xét cho cùng, đi-ốt thường được gọi là “cổng một chiều” hoặc “cổng ăn cắp” khi nói về hoạt động của chúng.
Khi một diode bị cắt khỏi điện áp bên ngoài, các electron bên trong nó bị mắc kẹt bên trong và không thể thoát ra được nữa.
Như vậy, điều này bẫy dòng điện chạy qua phần cụ thể đó của mạch bên trong mà không có lối thoát nào ngoại trừ qua đầu cuối đối diện hoặc đường dẫn trở lại (do đó, tên này được chuyển qua tên).
Tuy nhiên, khi điốt được đề cập cùng với thiết bị điện tử, chúng có thể gây nhầm lẫn.
Điều này là do nhiều người nghĩ về chúng như các thiết bị tuyến tính—trong khi thực tế chúng có hành vi phi tuyến tính khiến chúng trở nên linh hoạt hơn nhiều so với chỉ một công tắc bật/tắt đơn giản.
Giống như cách một nhạc cụ có nhiều công dụng ngoài việc chơi các nốt nhạc, một diode phục vụ nhiều mục đích ngoài việc bật và tắt dòng điện.
Chúng ta hãy xem cách hoạt động của điốt để bạn hiểu cách chúng có thể được sử dụng và những đặc tính độc đáo mà chúng sở hữu khiến chúng trở thành những phần tử hữu ích như vậy trong mạch điện tử.
Đi-ốt là gì?
Điốt là shunt điện một chiều.
Đi-ốt là một công tắc hai chiều được điều khiển bằng điện tử, cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng trong những điều kiện nhất định.
Khi dòng điện chỉ chạy theo một hướng qua một đi-ốt, hai “ngón tay” bán dẫn của nó được nối với nhau.
Khi dòng điện chạy theo chiều ngược lại, hai ngón tay được cách ly với nhau và không có dòng điện chạy qua.
Điốt được làm từ hai vật liệu bán dẫn thường được sắp xếp theo kiểu “bánh mì kẹp” để chặn các electron chảy theo cả hai hướng.
Một lượng nhỏ dòng điện trong những điều kiện nhất định có thể tiêu tán năng lượng dư thừa của nó dưới dạng nhiệt, cho phép các electron chạy qua đi-ốt theo một hướng—ngay cả khi điện áp trên đi-ốt cao hơn nhiều so với điện áp đặt vào phía bên kia.
Bởi vì vùng hoạt động của diode chỉ cho phép các electron chạy theo một hướng trong khi vùng bên ngoài ngăn chúng chảy ngược lại, nên nó được mô tả là một shunt điện một chiều.
Điốt có cực dương và cực âm
Hai đầu của một diode được dán nhãn + và – để chỉ ra rằng nó không có cực bên trong.
Khi đặt một điện áp vào các đầu của đi-ốt, quá trình này được gọi là thử nghiệm ngắn mạch hoặc “âm”.
Điốt không được phân cực giống như hệ thống dây điện phân cực thông thường—các đầu chỉ được sử dụng để thử nghiệm và phần giữa của điốt là trung tính (“không có cực”) và được kết nối với các phần tử mạch.
Trong điện tử, cực dương của diode thường là cực dương và cực âm là cực âm.
Tuy nhiên, quy ước không được thiết lập trong đá.
Trong một số mạch, cực âm là cực âm và cực dương là cực dương.
Ví dụ, trong một Mạch đèn LED, cực âm là cực âm, nhưng trong mạch pin, cực âm là cực dương.
Có nhiều loại điốt
Có nhiều loại điốt khác nhau có sẵn để sử dụng trong điện tử.
Hầu hết các điốt đều thuộc loại bán dẫn, nhưng cũng có các bộ chỉnh lưu, điốt quang và bóng bán dẫn hoạt động giống như điốt.
Việc chọn loại điốt thích hợp cho một mạch cụ thể là rất quan trọng để có được kết quả mong muốn.
Một số loại đi-ốt quan trọng bao gồm: – Bộ chỉnh lưu nhanh: Những đi-ốt này dẫn điện rất nhanh, cho phép thực hiện các ứng dụng tần số cao.
– Bộ chỉnh lưu tiêu chuẩn: Các điốt này dẫn điện chậm hơn, cho phép sử dụng các ứng dụng tần số thấp.
– Bộ chỉnh lưu hàng rào Schottky: Những điốt này có một điốt Schottky tích hợp ngăn không cho chúng dẫn ngược.
– Đi-ốt quang: Những thiết bị này chuyển đổi ánh sáng thành điện năng, làm cho chúng trở nên hữu ích trong các ứng dụng cảm biến.
Điốt có các ngưỡng điện áp, đặc tính và điện áp đánh thủng khác nhau
Mặc dù điốt vẫn là shunt điện một chiều, nhưng chúng thường có điện áp đánh thủng rất cao (lớn hơn 1 megavolt) và ngưỡng điện áp đánh thủng (giảm điện áp cần thiết để bắt đầu đánh thủng) khiến chúng phù hợp với một số loại ứng dụng nhất định.
Các tham số ngưỡng này phụ thuộc vào loại đi-ốt đang được sử dụng và có thể được thay đổi để tạo ra nhiều loại đi-ốt khác nhau.
Ví dụ, một diode chỉnh lưu nhanh có ngưỡng điện áp đánh thủng khoảng 0.3 volt.
Điều này có nghĩa là nếu điện áp trên diode thấp hơn 0.3 volt, diode sẽ không dẫn điện và mạch sẽ ở trạng thái ban đầu.
Nếu mạch cố gắng thu thêm dòng điện và điện áp trên toàn mạch tăng lên, ngưỡng điện áp đánh thủng của đi-ốt được đáp ứng và đi-ốt bắt đầu dẫn dòng điện theo hướng ngược lại.
Điốt có thể được sử dụng trong các ứng dụng tuyến tính hoặc phi tuyến tính
Một tính năng độc đáo của điốt là chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng tuyến tính hoặc phi tuyến.
Khi được sử dụng trong các ứng dụng tuyến tính, diode được sử dụng như một công tắc.
Nói cách khác, nó dẫn dòng điện theo một hướng tùy thuộc vào điện áp đặt vào mạch.
Khi một điện áp được đặt trên mạch, các electron bắt đầu chạy qua đi-ốt và mạch được cấp nguồn.
Đi-ốt có thể được coi là “công tắc một chiều”.
Khi mạch được cấp nguồn, diode sẽ dẫn dòng điện, bật mạch.
Khi không có điện áp đặt vào mạch, đi-ốt không dẫn điện và mạch bị tắt.
Trong các ứng dụng phi tuyến tính, diode được sử dụng để khuếch đại hoặc tăng biên độ hoặc cường độ của tín hiệu.
Ví dụ: nếu một mạch sử dụng tín hiệu tần số thấp để điều khiển một thứ gì đó (chẳng hạn như bật hoặc tắt động cơ), bản thân mạch có thể bị tắt bởi tín hiệu đó.
Nhưng nếu tín hiệu đủ cao (chẳng hạn như âm quay số điện thoại hoặc âm nhạc từ đài phát thanh), đi-ốt có thể được sử dụng để khuếch đại và bật nguồn mạch, cho phép nó được điều khiển bằng tín hiệu tần số cao hơn.
Điốt điện áp cao hoạt động như thế nào?
Khi đặt một hiệu điện thế cao trên một diode, nó bắt đầu tiến hành.
Tuy nhiên, do điện áp quá cao, các electron bị mắc kẹt bên trong đi-ốt không thể giải phóng đủ năng lượng để thoát ra khỏi sự giam cầm của chúng.
Kết quả là diode dẫn điện một chút nhưng không đủ để cấp nguồn cho mạch.
Khi một điện áp thấp được đặt vào các cổng của một cặp bóng bán dẫn điều khiển điện áp đặt trên một mạch (gọi là mạch bậc thang), tín hiệu được phép đi qua không được kiểm soát.
Tuy nhiên, khi có quá ít điện áp trên mạch bậc thang và điốt không dẫn đủ dòng, tín hiệu không được phép đi qua và mạch bị tắt.
Điều này có thể được sử dụng để cấp nguồn cho các mạch đơn giản và có thể hữu ích cho máy phân loại, máy tính và bộ hẹn giờ.
Cách tính ngưỡng điện áp cho một điốt
Giả sử bạn kết nối một đi-ốt với nguồn điện 12 vôn và muốn biết liệu nó có dẫn điện (cung cấp điện) ở điện áp thấp hay không.
Phương trình tính điện áp đánh thủng (VOM) của thiết bị bán dẫn như sau: Trong phương trình này, “VOH” là điện áp trên thiết bị khi nó đánh thủng, “VOHSC” là điện áp ngưỡng của đi-ốt khi nó dẫn điện, “I” là cường độ dòng điện chạy qua diode, “E” là hiệu điện thế của điện trường trên diode và “n” là số lượng electron trong diode.
Để xác định ngưỡng điện áp của diode, bạn cần biết điện áp đánh thủng của diode.
Bạn có thể tìm thấy giá trị này bằng cách sử dụng phương trình trên.
Điện áp đánh thủng của một diode tiếp giáp silicon pn điển hình là 1.5 volt.
Điều này có nghĩa là khi điện áp trên diode là 1.5 volt, diode sẽ bị hỏng và bắt đầu dẫn điện.