Diode là gì ? Cấu tạo & ứng dụng Diot

Diode là gì? Không phải là câu hỏi khó trả lời, nhưng để trả lời được đầy đủ và chính xác nhất thì không phải là đơn giản. Đó là lý do vì sao hôm nay mình chia sẻ bài viết này. Trong bài viết mình sẽ nói đến Diode là gì? Cấu tạo và ký hiệu diod, các loại diode… và nhiều kiến thức khác. Bây giờ chúng ta cùng tìm hiểu nhé!

Diode là gì?

Điốt (Diode) bán dẫn hay còn gọi là Điốt, là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không chạy ngược lại. Điốt bán dẫn thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode.

Nó cho phép dòng điện chạy theo hướng thuận và bị chặn theo hướng ngược lại. Chúng còn được gọi là diode chỉnh lưu được sử dụng để chỉnh lưu.

Có nhiều loại điốt khác nhau sử dụng tiếp giáp P-N với sự thay đổi nồng độ pha tạp. Cùng tìm hiểu ở phần nội dung bên dưới nhé!

Diốt tiếng Anh là gì?

Trong tiếng Anh người ta gọi điốt là Diode. Các bạn có thấy từ diốt chúng ta hay đọc là từ phiên âm tiếng Anh ra không nào!

Ký hiệu của diode

Trong các mạch điện, diode được ký hiệu rất riêng, nhìn vào mạch là chúng ta có thể nhận ra đây là linh kiện bán dẫn diode. Các bạn xem qua hình minh hoạ ký hiệu diode như bên dưới đây:

Cấu tạo của diốt

Diode bán dẫn có cấu tạo gồm hai lớp chất bán dẫn. Lớp chất bán dẫn loại P và lớp chất bán dẫn loại N.

Nguyên lý làm việc của diode

Với điốt, nguyên lý làm việc của chúng, ta có thể hiểu đơn giản như sau:

• Khi cấp nguồn cho diode theo mạch: Chân dương cấp vào chân dương anode của diode, chân âm nguồn cấp vào chân Cathode của diode. Khi nguồn cấp lớn hơn 0.7V với chất bán dẫn loại Si hay 0.2V với chất bán dẫn loại Ge, thì diode dẫn hay còn gọi là phân cực thuận. Lúc này dòng điện được đi qua diode.
• Ngược lại, khi chân dương nguồn cấp vào chân Cathode của diode và chân âm nguồn cấp vào chân Anode thì điốt không dẫn tức là không cho dòng điện chạy qua. Người ta gọi trường hợp này là phân cực ngược.
• Diode có cực tính, điốt chỉ dẫn theo chiều thuận cực.

Đặc tuyến vôn- ampe của diot

Đặc tuyến Vôn-Ampe của Diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua điốt và điện áp UAK đặt vào nó. Chúng ta xem xét đặc tuyến này trên điốt bán dẫn loại Si. Với Ud = 0.7V.

Để dễ hiểu hơn, người ta chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Khi điện áp UAK > Ud > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực thuận.
• Giai đoạn 2: Khi điện áp UAK <Ud < 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực nghịch.

Khi điốt được phân cực thuận và dẫn điện thì dòng điện chủ yếu phụ thuộc vào điện trở của mạch ngoài (được mắc nối tiếp với điốt). Dòng điện phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở của mạch điện.

Chức năng của diode – Diode dùng để làm gì

Diode bán dẫn có tác dụng gì? Chúng ta cùng điểm qua một vài chức năng của linh kiện bán dẫn cơ bản này nhé!

Trước kia, trong môn vật lý chúng ta đã được học về diode cùng với những chức năng của nó như: Dùng để chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, diode tách sóng, dùng để lọc tần số,…ngoài ra chúng còn được sử dụng cho mạch ghim áp phân cực cho các transistor hoạt động.

Cách đo diode

Việc đo diode, kiểm tra diode là công việc khá bình thường của các bạn học kỹ thuật điện tử nói chung.

Chúng ta có thể đo diode bằng đồng hồ điện tử, đồng hồ VOM vạn năng,…

Việc đo diode, kiểm tra điốt cho chúng ta biết tình trạng của điốt như thế nào. Ví dụ như: điốt hoạt động tốt, diode bị chập, diode bị đứt, hay bị dò…

Về cơ bản, các bước tiến hành đo như sau:

Chỉnh thang đo đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo của đồng hồ VOM vào hai đầu của diode. Sẽ có các trường hợp xảy ra như sau:

• Trường hợp 1: Đặt que đen vào chân anode, que đỏ vào chân cathode. Kim lên. Sau đó chúng ta đảo ngược que đo vào 2 chân diode. Tức là que đen lúc này đặt vào chân cathode, que đỏ vào chân anode. Kim không nhảy. Kết luận diode vẫn còn hoạt động tốt.
• Trường hợp 2: Khi đo cả 2 chiều như trong trường hợp 1 mà kim đồng hồ đều nhảy về 0Ω. Kết luận diode bị chập
• Trường hợp 3: Khi đo như trường hợp 1 mà kim đồng hồ không nhảy khi que đen đặt vào chân anode và que đỏ đặt vào cathode. Kết luận: Diốt bị đứt.
• Trường hợp 4: Khi thao tác đo như trường hợp 1 nhưng chỉnh thang đo ở mức thang 1KΩ. Kim Vom vẫn nhảy lên một ít khi đặt que đen vào chân cathode, que đỏ vào anode. Kết luận: diốt khả năng cao là bị dò. Không nên sử dụng.

Cách kiểm tra Diode Zener

Để kiểm tra một diode zener với đồng hồ vạn năng kỹ thuật số hoặc analog, chúng ta thực hiện các bước như sau:

• Ngắt kết nối diode zener khỏi mạch và nguồn điện nếu nó đã được kết nối trong mạch.
• Tìm các cực của diode zener, tức là cực dương và cực âm vì nó giống như các điốt tiếp giáp P-N và LED bình thường
• Kết nối diode zener qua một nguồn điện áp DC điều chỉnh được, nối tiếp với điện trở 100Ω
• Sau đó kết nối que đỏ với cực âm, que đen với cực dương diode zener

Trong cả hai đồng hồ vạn năng kỹ thuật số hoặc tương tự, chọn thang đo điện áp DC

• Tăng dần điện áp cấp cho diode zener và lưu ý đọc đồng hồ hiển thị trên màn hình. Chỉ số sẽ tăng cho đến điện áp đánh thủng của diode zener (trong trường hợp điện áp cấp 12VDC, điện áp đánh thủng là 6V) khi bạn tăng điện áp cấp từng bước từ thấp lên cao. Khi đồng hồ dừng ở giá trị cụ thể và không hiển thị giá trị khác khi bạn vẫn tăng điện áp nguồn, bạn không nên tiếp tục tăng điện áp cấp nếu không, diode có thể bị phá hủy.
• Kết luận diode zener ở trong tình trạng tốt, nếu không, diode zener bị lỗi và cần phải thay thế.

Các loại diot thường gặp

Nội dung này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu xem có bao nhiêu loại diode và các đặc điểm của từng loại nhé!

Diode tín hiệu nhỏ

Là một loại diode tiếp giáp P-N hoạt động trên tín hiệu điện áp thấp. Khu vực tiếp giáp của nó rất nhỏ. Do đó, lớp tiếp giáp có điện dung ít hơn và khả năng lưu trữ điện tích thấp. Điều này giúp các diode tín hiệu nhỏ có tốc độ chuyển mạch cao với thời gian phục hồi rất nhanh. Tuy nhiên, hạn chế của nó là điện áp thấp và các thông số về dòng điện.

Do tốc độ chuyển mạch cao, các loại điốt này được sử dụng trong các mạch có tần số cao.

Diode chỉnh lưu

Diode chỉnh lưu là một loại diode tiếp giáp P-N, có diện tích tiếp giáp P-N rất lớn. Điều này dẫn đến điện dung cao theo hướng ngược lại. Vì vậy nó có tốc độ chuyển đổi thấp.

Đây là loại phổ biến nhất và được sử dụng nhiều nhất. Những loại điốt này có thể xử lý dòng điện nặng và được sử dụng để chuyển đổi AC thành DC (Chỉnh lưu).

Diode Schottky

Diode Schottky, được đặt theo tên của một nhà vật lý người Đức Walter H. Schottky, là một loại diode bao gồm một điểm nối nhỏ giữa chất bán dẫn loại N và kim loại. Nó không có lớp tiếp giáp P-N.

Điểm cộng của diode Schottky là nó có điện áp chuyển tiếp rất thấp và chuyển mạch nhanh. Vì không có đường giao nhau P-N, tốc độ chuyển mạch diode Schottky rất nhanh.

Hạn chế của diode Schottky là nó có điện áp đánh thủng thấp và dòng rò ngược cao.

Điốt SBR

Điốt SBR cũng là điốt chỉnh lưu nhưng chúng có điện áp chuyển tiếp thấp giống như một diode Schottky. Chúng có dòng rò ngược thấp giống như một diode tiếp giáp P-N bình thường.

SBR sử dụng MOSFET bằng cách thực hiện liên lạc ngắn giữa cổng và nguồn của nó.

SBR có điện áp chuyển tiếp thấp, dòng rò ngược ít hơn và khả năng chuyển mạch nhanh.

Điốt phát sáng (LED)

Diode phát sáng cũng là một loại diode tiếp giáp P-N phát ra ánh sáng trong phân cực thuận.

Khi các hạt mang điện (electron) vượt qua lớp tiếp giáp và kết hợp với các lỗ electron ở phía bên kia, chúng phát ra các hạt photon (ánh sáng). Trong khi màu sắc của ánh sáng phụ thuộc vào khoảng cách năng lượng của chất bán dẫn.

LED chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.

Điốt thu quang Photodiode

Photodiode là một loại diode tiếp giáp P-N có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện. Hoạt động của nó là ngược lại với đèn LED.

Mỗi diode bán dẫn bị ảnh hưởng bởi các hạt mang điện quang. Đó là lý do tại sao chúng được đóng gói trong một vật liệu chặn ánh sáng.

Trong photodiode, có một lỗ mở đặc biệt cho phép ánh sáng đi vào phần cảm biến của nó.

Khi ánh sáng (hạt Photon) chiếu vào tiếp giáp P-N, nó sẽ tạo ra cặp lỗ electron. Những electron và lỗ trống chảy ra như dòng điện. Để tăng hiệu quả, cần sử dụng thêm một diode tiếp giáp PIN.

Photodiode được sử dụng trong phân cực ngược và chúng có thể được sử dụng trong pin mặt trời.

Điốt laser

Diode laser tương tự như LED vì nó chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng. Nhưng không giống như LED, diode laser tạo ra ánh sáng kết hợp.

Các diode laser có một điểm nối PIN, trong đó electron và lỗ kết hợp với nhau trong khu vực (I). khi chúng kết hợp, nó tạo ra một chùm tia laser.

Điốt laser được sử dụng trong cáp quang, ổ đĩa CD và máy in laser, …

Diode tunnel

Diode tunnel được Leo Esaki phát minh vào năm 1958 và ông đã nhận được giải thưởng Nobel năm 1973, đó là lý do tại sao nó còn được gọi là diode Esaki.

Diode tunnel là một diode có tiếp giáp P-N pha tạp nặng. Nó hoạt động trên nguyên tắc của hiệu ứng tunnel. Do nồng độ pha tạp nặng, lớp tiếp giáp trở nên rất mỏng. Điều này cho phép các electron dễ dàng thoát qua. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng tunnel hay hiệu ứng đường hầm.

Diode tunnel có khả năng dẫn ngược và nó được xem là một thiết bị chuyển mạch nhanh. Chúng được dùng trong các ứng dụng như bộ tạo dao động và bộ khuếch đại vi sóng.

Diode Zener là gì

Diode Zener được đặt theo tên của Clarence Malvin Zener, người đã phát hiện ra hiệu ứng zener.

Nó là một loại diode, không chỉ cho phép dòng điện chạy theo hướng thuận mà còn theo hướng ngược lại. Khi điện áp ngược đạt đến điện áp đánh thủng được gọi là điện áp Zener, nó cho phép dòng điện đi qua.

Diode Zener có nồng độ pha tạp nặng hơn so với diode tiếp giáp P-N bình thường. Do đó, nó có một khu vực tiếp giáp rất mỏng.

Trong phân cực thuận, nó hoạt động như một diode tiếp giáp P-N đơn giản (Bộ chỉnh lưu).

Trong phân cực ngược, nó chặn cho đến khi điện áp ngược đạt đến ngưỡng điện áp zener. Sau đó, nó cho phép dòng điện đi qua với sự sụt giảm điện áp không đổi.

Sự cố đảo ngược Zener được gây ra do hai lý do, đó là sự phá hủy lượng tử điện tử và hiệu ứng thác.

Một diode Zener chủ yếu được sử dụng trong cấu hình phân cực ngược. Nó cung cấp một điện áp ổn định để bảo vệ các mạch khỏi quá điện áp.

Diode ngược

Diode ngược là một diode tiếp giáp P-N, có hoạt động tương tự như diode tunnel và diode Zener. Nhưng điện áp hoạt động thấp hơn nhiều.

Một diode ngược về cơ bản là một diode tunnel, có một bên của lớp tiếp giáp có nồng độ pha tạp tương đối ít hơn so với phía bên kia.

Trong phân cực thuận, nó hoạt động như một diode tunnel nhưng hiệu quả tunnel của nó giảm đi nhiều so với diode tunnel. Mặt khác, nó hoạt động như một diode tiếp giáp P-N bình thường.

Trong phân cực ngược, nó hoạt động như một diode Zener nhưng điện áp ngưỡng thấp hơn nhiều.

Nó không được sử dụng rộng rãi nhưng nó có thể được sử dụng để chỉnh lưu tín hiệu điện áp nhỏ (0,1 đến 0,6V). Do tốc độ chuyển đổi nhanh, nó có thể được sử dụng như một công tắc trong bộ trộn và bộ nhân RF.

Diode thác

Diode thác Avalanche là một diode tiếp giáp P-N được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong vùng sự cố thác.

Diode Avalanche hoạt động tương tự như diode Zener. Tuy nhiên, nồng độ pha tạp của một diode Zener tương đối cao hơn so với một diode thác.

Bên trong diode Zener tạo ra một điểm nối nhỏ & điện áp thấp có thể dễ dàng phá vỡ nó. Tuy nhiên, diode thác có một điểm nối rộng vì nồng độ pha tạp ít. Vì vậy, nó đòi hỏi một điện áp cao cho đánh thủng. Lớp tiếp giáp rộng này làm cho nó trở thành một bộ bảo vệ tốt hơn so với một diode Zener đơn giản.

Diode PIN

Diode PIN là một diode ba lớp, tức là lớp P, lớp I & lớp N. Lớp bán dẫn nội tại I được đặt giữa P và một chất bán dẫn loại N.

Các electron và lỗ trống từ vùng N và P lần lượt chảy đến vùng nội tại (I). Một khi vùng I lấp đầy hoàn toàn với các lỗ electron, diode bắt đầu dẫn.

Trong phân cực ngược, lớp nội tại rộng trong diode có thể chặn và chịu được điện áp ngược cao.

Ở tần số cao hơn, diode PIN sẽ hoạt động như một điện trở tuyến tính. Đó là do thực tế là các diode PIN có thời gian phục hồi ngược kém. Lý do là vì lớp tiếp giáp rộng, nên không có đủ thời gian để xả nhanhtrong 1 chu kỳ.

Trong khi ở tần số thấp, nó hoạt động như một diode chỉnh lưu. Bởi vì nó có đủ thời gian để xả và tắt trong 1 chu kỳ.

Nếu một photon đi vào khu vực I của một diode PIN phân cực ngược, nó sẽ tạo ra một cặp lỗ electron. Cặp lỗ electron này chảy ra như dòng điện. Vì vậy, nó cũng được sử dụng trong các bộ tách sóng quang và tế bào quang điện.

Điốt PIN được sử dụng trong chỉnh lưu điện áp cao, trong ứng dụng RF làm phần tử suy hao & chuyển mạch.

Diode công suất SCR

SCR là thiết bị chuyển mạch bán dẫn P-N-P-N bốn lớp. Nó có ba cực là Anode, Cathode và Gate.

SCR về cơ bản là một diode với đầu vào điều khiển bên ngoài được gọi là cổng gate. Nó cho phép dòng chảy theo một hướng.

Khi SCR được phân cực thuận, nó chặn nhưng vẫn cho phép dòng chảy. Điều này được gọi là chế độ chặn chuyển tiếp.

Để làm cho SCR hoạt động ở chế độ chuyển tiếp, nó cần điện áp đủ để vượt qua ngưỡng ngắt hoặc bằng cách áp một xung dương vào chân gate của nó.

Để tắt SCR, hãy giảm dòng điện hoặc tắt chân gate và ngắn mạch cực dương-cực âm trong giây lát.

Trong phân cực ngược, SCR ngăn dòng điện đi qua ngay cả khi kích chân gate. Nhưng nếu điện áp ngược đạt đến điện áp đánh thủng, SCR bắt đầu dẫn điện do hiện tượng thác.

SCR được sử dụng để điều khiển các mạch công suất cao, chỉnh lưu AC công suất cao

Diode hạn xung hai chiều (TVS)

Diode hạn xung hai chiều hoặc diode TVS là một loại diode thác bảo vệ mạch điện áp cao

Diode TVS có khả năng xử lý điện áp cao so với diode thác.

Diode TVS đơn hướng hoạt động tương tự như diode thác. Nó hoạt động như một bộ chỉnh lưu trong phân cực thuận & bảo vệ tăng trong phân cực ngược.

Diode TVS hai chiều hoạt động như hai điốt thác đối nghịch nhau. Nó hoạt động cả hai cách và cung cấp bảo vệ đột biến khi được sử dụng song song với một mạch.

Diode biến dung – Varicap

Diot biến dung có tính chất đặc biệt, đó là khi phân cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho mạch phân tần số như máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông khác.

Diode xung là gì

Là những diode có tần số đáp ứng cao từ vài chục kilo hertz đến cả mega hertz. Diode thường có vòng đánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng. Chúng thường được sử dụng trong các nguồn xung, trong mạch cao tần.

Diode cầu là gì

Diode cầu là diode dùng trong các mạch chỉnh lưu, nắn điện AC thành điện DC trong toàn kỳ. Chúng có cấu tạo gồm 4 diode chỉnh lưu thường nối với nhau thành một cầu.

Diode tách sóng

Là loại Diode nhỏ. Chúng có vỏ bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh. Chúng thường được dùng để tách sóng tín hiệu trong các mạch cao tần.

Ứng dụng của diode

Diode là một linh kiện bán dẫn được dùng rất nhiều trong các mạch chỉnh lưu điện, dùng trong nhiều thiết bị điện tử, các bộ chuyển đổi tín hiệu, chia tín hiệu… Một số mạch ứng dụng của diode mà chúng ta đã có dịp tìm hiểu trong vật lý như:

• Mạch logic số

• Mạch xén – kẹp
  • Được sử dụng trong các máy phát FM để giảm tiếng ồn
  • Để giới hạn đầu vào điện áp cho một thiết bị
  • Để sửa đổi dạng sóng hiện có thành sóng ra mong muốn
• Mạch ghim
• Mạch tách sóng đường bao
• Mạch nhân đôi điện áp

Lời kết:

Bài viết đã trình bày chi tiết về các loại diode thường thấy trong các thiết bị điện tử hiện nay. Hy vọng rằng sẽ giúp ích cho các bạn đang tìm hiểu về các linh kiện điện tử. Rất mong nhận được những góp ý và chia sẻ của các bạn.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Xin cảm ơn!