Hoạt động,cấu tạo và một số loại điôt thông dụng

Chia sẻ: Nguyễn Tuấn Anh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

238
lượt xem 86
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

hoạt động,cấu tạo,và một số ví dụ về điốt

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hoạt động,cấu tạo và một số loại điôt thông dụng

Hoạt động Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuy ển sang. K ết qu ả là kh ối P tích đi ện âm (thi ếu h ụt l ỗ tr ống và d ư th ừa đi ện t ử) trong khi kh ối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử b ị lỗ trống thu hút và khi chúng ti ến l ại g ần nhau, chúng có xu h ướng k ết h ợp v ới nhau t ạo thành các nguyên t ử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). Điện áp tiếp xúc hình thành. Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là điện áp tiếp xúc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn v ới nhau thì quá trình chuy ển đ ộng khu ếch tán ch ấm d ứt và t ồn t ại đi ện áp ti ếp xúc. Lúc này ta nói ti ếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng kho ảng 0.6V đối v ới điốt làm b ằng bán d ẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge. Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng điện. Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống d ễ g ặp nhau nhất nên quá trình tái h ợp th ường x ảy ra ở vùng này hình thành các nguyên t ử trung hòa. Vì v ậy vùng biên gi ới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo. Vùng này không d ẫn đi ện t ốt, tr ừ phi đi ện áp ti ếp xúc đ ược cân b ằng b ởi đi ện áp bên ngoài. Đây là c ốt lõi hoạt động của điốt. Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện. Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán c ủa các đi ện tử và lỗ tr ống không b ị ngăn tr ở b ởi đi ện áp ti ếp xúc n ữa và vùng ti ếp giáp d ẫn đi ện t ốt. N ếu đ ặt đi ện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán c ủa các đi ện t ử và l ỗ tr ống càng b ị ngăn l ại và vùng nghèo càng tr ở nên nghèo h ạt d ẫn đi ện t ự do. Nói cách khác đi ốt ch ỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định. chất [sửa]Tính
Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt sang ca-tốt. Theo nguyên lý dòng điện chảy từ nơi có đi ện th ế cao đ ến n ơi có đi ện th ế th ấp, mu ốn có dòng đi ện qua đi ốt theo chi ều t ừ n ơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở a-nốt một đi ện thế cao hơn ở ca-t ốt. Khi đó ta có UAK > 0 và ng ược chi ều v ới đi ện áp ti ếp xúc (UTX). Nh ư v ậy mu ốn có dòng đi ện qua điốt thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường ti ếp xúc, tức là: UAK >UTX. Khi đó m ột ph ần c ủa đi ện áp UAK dùng đ ể cân b ằng v ới đi ện áp ti ếp xúc (kho ảng 0.6V), phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua điốt. Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận và dòng điện qua đi ốt lúc đó g ọi là dòng đi ện thu ận (th ường đ ược ký hi ệu là IF t ức IFORWARD ho ặc ID t ức IDIODE). Dòng đi ện thu ận có chi ều từ a-nốt sang ca-tốt. Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốt tr ở nên d ẫn đi ện rất tốt, t ức là đi ện tr ở của điốt lúc đó r ất th ấp (kho ảng vài ch ục Ohm). Do vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng v ới UTX. Thông thường phần điện áp dùng đ ể cân b ằng v ới UTX c ần kho ảng 0.6V và ph ần đi ện áp t ạo dòng thu ận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đ ến vài Ampere. Như vậy giá trị của UAK đủ để có dòng qua điốt khoảng 0.6V đ ến 1.1V. Ng ưỡng 0.6V là ng ưỡng điốt bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7V thì dòng qua Diode kho ảng vài chục mA. Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ng ược ca-tốt sang a-nốt. Thực tế là v ẫn tồn t ại dòng ng ược n ếu đi ốt b ị phân c ực ng ược v ới hi ệu đi ện th ế l ớn. Tuy nhiên dòng đi ện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan tâm trong các ứng d ụng công nghi ệp. Mọi điốt chỉnh lưu đ ều không d ẫn đi ện theo chi ều ng ược nh ưng n ếu đi ện áp ng ược quá l ớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh thủng, dòng đi ện qua đi ốt tăng nhanh và đ ốt cháy đi ốt. Vì v ậy khi s ử d ụng c ần tuân th ủ hai đi ều ki ện sau đây:  Dòng điện thuận qua điốt không được lớn hơn giá tr ị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, có th ể tra c ứu trong các tài li ệu c ủa hãng s ản xu ất đ ể xác đ ịnh).  Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng c ủa đi ốt, cũng do nhà s ản xuất cung c ấp). Ví dụ điốt 1N4007 có thông số kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp như sau: VBR=1000V, IFMAX = 1A, VF¬ = 1.1V khi IF = IFMAX. Nh ững thông s ố trên cho bi ết:  Dòng điện thuận qua điốt không được lớn hơn 1A.  Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt không được lớn hơn 1000V.  Điện áp thuận (tức UAK)có thể tăng đến 1.1V nếu dòng điện thuận b ằng 1A. Cũng cần l ưu ý r ằng đ ối v ới các đi ốt ch ỉnh l ưu nói chung thì khi UAK = 0.6V thì đi ốt đã b ắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0.7V thì dòng qua điốt đã đ ạt đ ến vài chục mA. [sửa]Đặc tuyến Volt-Ampere Đặc tuyến Volt-Ampere của một điốt bán dẫn lý tưởng. Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng đi ện qua điốt theo đi ện áp UAK đ ặt vào nó. Có th ể chia đ ặc tuy ến này thành hai giai đo ạn:  Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi đi ốt phân cực thuận.  Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V< 0 mô tả quan hệ dòng áp khi đi ốt phân c ực nghịch. (UAK lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các điốt Si, với điốt Ge thông số này khác) 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 tr ở thuận c ủa điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở c ủa mạch điện. [sửa]Ứng dụng Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đ ến ca-tốt khi phân c ực thuận nên điốt đ ược dùng đ ể ch ỉnh l ưu dòng điện xoay chiều thành dòngđiện một chiều. Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực ngh ịch RD (h ở m ạch), nên đi ốt đ ược dùng làm các công t ắc đi ện t ử, đóng ng ắt b ằng đi ều khi ển mức điện áp. Điốt chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng đi ện một chi ều, điều đó có ý nghĩa r ất l ớn trong kĩ thu ật đi ện t ử. Vì v ậy đi ốt đ ược ứng d ụng r ộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử. Cấu Tạo Cấu Tạo + o-- [P | N]--o - . Biểu Tượng
Chất I V [sửa]Tính [sửa]Vd Điện Thế Dẩn của Điốt được định nghỉa Điện thế nơi Dòng điện bằng 1 mA Với Ge, Vd = 0.3v Với Si, Vd = 0.6v [sửa]Lối Hoạt Động Khi mắc nguồn điện có Điện thế V V < Vd . I = 0 . Không dẩn V = Vd . I = 1mA . Bắt đầu dẩn . Điot dẩn điện V < Vd . [sửa]Thể Loại Điốt Nhìn gần một điốt
Một số loại điốt  Điốt bán dẫn cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một s ố chất để tăng thêm electron t ự do. Lo ại này dùng ch ủ y ếu đ ể chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng.  Điốt Schottky Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ng ưng d ẫn) khi chi ều phân c ực thay đ ổi từ thu ận sang ngh ịch, nh ưng khi t ần s ố tăng đ ến m ột ng ưỡng nào đó, sự ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần c ủa bán kỳ ng ược. Đi ốt Schottky kh ắc ph ục đ ược hi ện t ượng này.  Điốt Zener, còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp" là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Khi s ử d ụng đi ốt này mắc ng ược chi ều l ại, n ếu đi ện áp t ại m ạch l ớn h ơn đi ện áp đ ịnh m ức c ủa điốt thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua (và ng ắn mạch xuống đất b ảo v ệ mạch đi ện cần ổn áp) và đ ến khi đi ện áp m ạch m ắc b ằng đi ện áp đ ịnh m ức c ủa đi ốt - Đây là c ốt lõi của mạch ổn áp.  Điốt phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode)
là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngo ại, tử ngo ại. Cũng giống như đi ốt bán d ẫn, LED đ ược c ấu t ạo t ừ m ột kh ối bán d ẫn lo ại p ghép v ới m ột kh ối bán dẫn loại n.  Điốt quang (photodiode) là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đ ại lượng đi ện, thường s ử dụng ở các máy ảnh (đo c ường đ ộ sáng), s ử d ụng trong các m ạch đi ều khi ển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một c ặp), các modul đầu ra c ủa các PLC...  Điốt biến dung (varicap) Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhi ều thi ết bị truy ền thông khác.  Điốt ổn định dòng điện là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener. Trong mạch điện điốt này có tác d ụng duy trì dòng điện không đ ổi.  Điốt step-recovery Ở bán kỳ dương, điốt này dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng sang bán kỳ âm, dòng đi ện ng ược có th ể t ồn t ại m ột lúc do có l ưu tr ữ đi ện tích, sau đó dòng điện ngược đột ngột giảm xuống còn 0.  Điốt ngược Là loại điốt có khả năng dẫn điện theo hai chiều, nhưng chiều nghịch t ốt hơn chi ều thuận.  Điốt xuyê n hầm Nếu tăng nồng độ tạp chất của điốt ngược, có thể làm cho hiện tượng đ ảnh thủng x ảy ra ở 0 V, hơn nữa, nồng độ tạp chất sẽ làm biến dạng đường cong thuận chiều, điốt đó gọi là điốt xuyên hầm.