Đi ốt, chắc hẳn bạn đã từng nghe về nó nhưng chưa hiểu đây là gì và cấu tạo hoạt động ra sao. Để tìm hiểu xem diode là gì thì phải làm từng bước một, từ khái niệm đến cách phân loại thế nào. Cùng chúng tôi tìm hiểu nội dung bài viết dưới đây để hiểu hơn về nó.
Tìm hiểu khái niệm cơ bản của đi ốt
Đi ốt (Diode) hay còn gọi là Điốt được biết đến là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua theo duy nhất một chiều. Vật dụng này đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.
Đi ốt được nối 2 khối bán dẫn này là anode và cathode tạo ra mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử. Tác dụng của đi ốt là biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều trong các thiết bị để giúp chúng hoạt động được.
Bên trong cách mạch chỉnh lưu thường chứa các đi ốt bán dẫn giúp điều khiển dòng điện và các đèn chỉnh lưu thủy ngân cùng những linh kiện khác. Điốt là linh kiện bán dẫn đầu tiên cho khả năng chỉnh lưu của tinh thể. Vật dụng này được phát triển vào khoảng năm 1906.
Được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874 và làm từ các tinh thể khoáng vật như galena. Ngày nay hầu hết các đi ốt được làm từ silic và các chất bán dẫn khác như selen.
Chúng ta sẽ có một số loại điốt thường sử dụng trên thị trường được phân loại như sau:
- Đi ốt chỉnh lưu chủ yếu để dùng chỉnh lưu dòng điện xoay chiều sang một chiều nhiều nhất xuất hiện trong các bóng đèn.
- Đi ốt phát quang (đèn LED) được sử dụng nhiều làm đèn chiếu sáng, đèn báo hiệu hay các đèn quảng cáo ngoài ra còn rất nhiều loại khác nhưng không mấy phổ biến.
Tìm hiểu về cấu tạo và thông số đi ốt
Các điốt tín hiệu và chuyển mạch nhỏ có dòng điện tối đa 500mW so với điốt chỉnh lưu, nhưng chúng có thể hoạt động tốt ở tần số cao hoặc trong các ứng dụng cắt và chuyển đổi xử lý sóng trong thời gian ngắn.
Như đã nói ở trên, cấu tạo của các đi ốt không có gì đặc biệt với hai khối được kết nối với nhau với tác dụng tạo ra dòng điện một chiều mà không được chạy ngược lại. Cụ thể hiểu về cấu tạo của nó là một khối bán dẫn đặt tiên là loại P ghép với một khối bán dẫn có tên là loại N.
Diot hoạt động như thế nào với nguyên lý của nó?
Khối bán dẫn loại P bên trong đi ốt nó là các lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N có dòng điện tự do tạo thành lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Đó là lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang.
Từ đó tạo ra khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và thừa điện tử) trong khi khối N lúc này tích điện dương. Ở biên giới của hai mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút. Khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau để tạo ra các nguyên tử trung hòa.
Đây là quá trình giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hoặc các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó. Sự tích điện âm của khối P và dương của khối N hình thành ra điện áp là điện áp tiếp xúc (UTX). Đó là quá trình cơ bản của nguyên lý và nếu bạn muốn tìm hiểu cụ thể phải đi vào chi tiết cách hoạt động.
Tiếp xúc khối P và khối N trong đi ốt
Điện trường sinh ra bởi điện áp chạy theo hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán dòng điện. Như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt. Lúc này tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng và điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng.
Nếu đi ốt làm bằng bán dẫn Si điện áp khoảng 0.7V và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn là Ge. Khi đó hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất. Vì thế mà quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa.
Đó cũng là lý do vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên thường được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ khi điện áp tiếp xúc được cân bằng là cốt lõi hoạt động của đi ốt.
Quá trình tạo ra dòng điện
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc thì khả năng khuếch tán của các điện tử và lỗ trống sẽ không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc. Còn nếu chúng ta đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán sẽ càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt tự do.
Nói cách khác đi ốt sẽ chỉ cho phép dòng điện qua nó nếu ta đặt điện áp đi theo một hướng nhất định. Đi ốt sẽ chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode sang cathode theo đúng nguyên lý dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
Đó là lý do cần đặt ở anode một điện thế cao hơn ở cathode khi đó sẽ có UAK > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc. Như vậy muốn có dòng điện qua điốt thì điện trường do UAK trong quá trình sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK >UTX.
Khi đó một phần của điện áp UAK có tác dụng cân bằng với điện áp tiếp xúc và phần còn lại mang nhiệm vụ tạo dòng điện thuận qua đi ốt. Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận và dòng điện qua điốt là dòng thuận.
Điều kiện có dòng điện bên trong
Để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với U tiếp xúc. Thường thì phần điện áp dùng để cân bằng với U tiếp vào khoảng 0.6V và phần điện áp tạo dòng thuận thường từ 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận nhỏ mA đến lớn Ampere.
Như vậy giá trị của UAK vừa đủ để đi ốt có dòng điện đi qua là 0.6V đến 1.1V. Ngưỡng 0.6V là ngưỡng đi ốt bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7V thì dòng qua Diode sẽ chỉ vài chục mA.
Những chức năng cơ bản của đi ốt
Các chức năng cơ bản của điốt khi sử dụng có lẽ nhiều bạn chưa biết về điều này trong thiết bị điện. Sau khi tham khảo nguyên lý hoạt động bên trên khá khó hiểu thì các bạn có thể chỉ cần quan tâm đến chức năng của vật dụng này này nhé.
Sử dụng giúp chỉnh lưu dòng điện
Đây là chức năng quan trọng nhất và nhiều người biết đến nhất của đi ốt trong cuộc sống. Các bạn chỉ cần tưởng tượng bóng đèn thắp sáng của chúng ta, đặc biệt là bóng đèn dài huỳnh quang ngày xưa chắc chắn có một bộ phận gọi lại điốt để hỗ trợ chuyển dòng điện thành một chiều hay người ta gọi nó là cái chấn lưu.
Hỗ trợ giảm áp dòng điện
Như đã nói ở trên, sau khi dòng điện đi qua Diode sẽ gây ra một sụt áp trên nó và ở một một số trường hợp, người ta áp dụng đặc tính này của chúng để giảm áp dòng điện.
Bảo vệ chống cắm nhầm cực
Rất nhiều thiết bị điện tử hiện nay là thiết bị một chiều nên nó không cho phép cấp nguồn ngược cực. Vì thế nếu cắm ngược cực thì thiết bị đấy sẽ hỏng đó là lý do sử dụng đi ốt để bảo vệ những thiết bị này được an toàn hơn.
Dùng đi ốt giúp cho việc dòng điện chỉ cho phép đi theo một chiều duy nhất nên dù bạn có cấp nguồn ngược cực thì thiết bị vẫn hoạt động an toàn.
Những diot phổ biến hiện nay trên thị trường
Như đã nêu ở phần định nghĩa, chúng ta có một vài loại đi ốt đang được dùng nhiều trên thị trường. Dưới đây là chỉ tiết những cách phân loại để bạn nắm được và phục vụ cho quá trình sử dụng.
Đi ốt Zener
Cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P – N của chúng được ghép với nhau. Chúng được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược vì chúng ghim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.
Diode thu quang
Diode thu quang hay còn được gọi là Photo Diode hoạt động ở chế độ phân cực nghịch. Vỏ của diode loại này có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N. Khi đó dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ mà ánh sáng chiếu vào diode. Đây là loại đang được sử dụng khá nhiều hiện nay xuất hiện ở nhiều máy móc, thiết bị khác nhau.
Diode phát quang
Diode phát quang là đi ốt phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận trong điều kiện điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V. Dòng điện qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA là chúng có thể hoạt động được và ổn định. Đó là lý do chúng được sử dụng để làm đèn báo nguồn, báo trạng thái có điện….
Diode Varicap
Diode varicap hay đi ốt biến dung là Diode có điện dung như tụ điện. Điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode biến dung Varicap trong mạch cộng hưởng.
- Ở đi ốt này có các đặc điểm của triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi thì điện dung của diode sẽ thay đổi theo làm thay đổi tần số cộng hưởng mạch.
- Diode biến dung sẽ được sử dụng trong các bộ kênh Tivi màu là nhiều mà các bạn có thể lưu ý quan sát sẽ thấy.
Lời kết
Đi ốt là một thiết bị hay vật dụng không thể thiếu giúp biến đổi dòng điện một chiều hay hỗ trợ giảm áp. Một vật dụng trong cuộc sống với kích thước rất nhỏ nhưng lại mang tác dụng vô cùng lớn. Hy vọng rằng bài viết đã giúp các bạn khám phá nhiều hơn thông tin về sản phẩm này để hiểu về nó và chọn được các sản phẩm phù hợp.