Công dụng Của Diode Bán Dẫn
Chất bán dẫn là một loại vật liệu có độ dẫn điện nằm giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Điốt là một loại dẫn điện đặc biệt sử dụng chất bán dẫn để dẫn dòng điện. Nhờ việc sử dụng chất bán dẫn, điốt có thêm các chức năng như kiểm soát dòng điện hoặc phát sáng. Điốt cũng có thể được kích thích bởi năng lượng bên ngoài để tạo ra dòng điện.
Điốt là gì?
Điốt là một linh kiện bán dẫn hai cực cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng. Một đầu của nó có điện trở cao trong khi đầu còn lại có điện trở thấp. Do đó, nếu điện cố gắng chảy ngược lại, nó sẽ gặp phải điện trở cao. Thông thường, điốt được làm từ Selenium hoặc Germanium.
Đôi khi điốt được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều, và trong trường hợp này, nó được gọi là bộ chỉnh lưu.
Hình ảnh trên là ký hiệu của một điốt trong đó một đầu được gọi là anốt và đầu còn lại được gọi là catốt. Hướng của mũi tên là hướng dòng điện chạy qua điốt.
Điốt được gọi là phân cực thuận khi điện áp tại anốt cao hơn điện áp tại catốt. Điốt phân cực nghịch là điốt có điện áp catốt cao hơn điện áp anốt. Trong cấu hình phân cực thuận, dòng điện dễ dàng chảy qua điốt trong khi trong cấu hình phân cực nghịch, điốt hoạt động như một chất không dẫn điện.
Các loại điốt
Có nhiều loại điốt khác nhau như sau:
- Điốt phát quang – LED là cả từ viết tắt và tên gọi phổ biến của điốt phát quang. Nó là một linh kiện bán dẫn phát ra ánh sáng khi electron chảy qua nó theo một hướng nhất định. Dưới đây là ký hiệu của một điốt phát quang.
- Điốt laser – Điốt laser là một điốt tương tự như LED, nhưng nó tạo ra bức xạ kết hợp trong đó tất cả các sóng điện từ (tia sáng) được tạo ra đều có cùng tần số và pha. Bức xạ kết hợp được tạo ra bằng phương pháp “Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng của bức xạ”, viết tắt là LASER.
- Điốt tràn – Là một điốt được chế tạo để trải qua sự đổ vỡ tràn ở một điện áp phân cực ngược cụ thể. Nó thường được sử dụng làm điện áp tham chiếu vì sau khi đổ vỡ, điện áp hầu như không đổi với dòng điện thay đổi.
- Điốt Zener – Điốt Zener là một điốt cho phép dòng điện chảy trong điều kiện phân cực ngược ở một điện áp cụ thể được gọi là điện áp Zener. Điện áp Zener có thể có các dải rộng khác nhau cho các điốt khác nhau và cũng có thể thay đổi cho một điốt Zener cụ thể.
- Điốt Schottky – Điốt Schottky là một loại điốt được tạo thành từ một tiếp giáp kim loại-bán dẫn và có tốc độ chuyển mạch rất nhanh.
- Quang điốt – Quang điốt là một điốt khi nhận đủ năng lượng ánh sáng sẽ tạo ra và dẫn dòng điện qua nó.
- Điốt tiếp giáp PN – Điốt tiếp giáp PN được tạo thành từ một bán dẫn loại P và loại N gắn kết với nhau. Dòng điện chỉ đi qua điốt tiếp giáp PN theo một hướng.
Kết nối trong điốt
Điốt có thể được kết nối cả nối tiếp và song song theo nhu cầu.
Điốt nối song song
Khi điốt được kết nối song song và dòng điện tải cao hơn dòng điện định mức của một điốt đơn, định mức dòng thuận cao hơn sẽ đạt được. Do đặc tính phân cực thuận khác nhau, các điốt nối song song không dẫn cùng một lượng dòng điện và điốt có điện áp thuận nhỏ nhất sẽ dẫn dòng điện lớn hơn. Do đó, các dòng điện khác nhau chảy trong cả hai điốt và tổng dòng điện là tổng của các dòng điện riêng lẻ chảy qua các điốt.
Điốt nối tiếp
Đối với các ứng dụng điện áp rất cao nơi điện áp đảo ngược của một điốt đơn lẻ có thể không đủ để điều khiển công suất tối đa, các điốt được kết nối nối tiếp để tăng khả năng xử lý công suất. Trong kết nối điốt nối tiếp, điện áp định mức tăng lên nhưng điện áp ngược không được chia đều giữa các điốt nối tiếp, điốt có dòng rò thấp nhất sẽ có điện áp ngược cao nhất trên nó.
Tầm quan trọng của điốt
Điốt, mặc dù chỉ là một linh kiện điện tử bán dẫn hai cực, nhưng rất quan trọng trong mạch điện để đảm bảo dòng điện chỉ chảy theo một hướng. Điốt cũng quan trọng trong các ứng dụng thực tế khi chúng có thể dẫn điện chỉ khi có ánh sáng hoặc tự phát sáng. Chúng quan trọng cả khi hoạt động riêng lẻ và khi hoạt động kết hợp với các linh kiện điện khác. Điốt đặc biệt quan trọng với vai trò chỉnh lưu, vì chúng được sử dụng trong việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện một chiều.
Ứng dụng của điốt
Điốt được sử dụng trong mạch điện cho nhiều mục đích như:
- Cách ly tín hiệu khỏi nguồn cấp
- Dùng trong mạch chỉnh lưu
- Dùng trong bộ nghịch lưu chuyển mạch
- Trong mạch chuyển đổi
Chúng ta cũng có các loại điốt cụ thể được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như sau:
- Điốt Zener: Trong hệ thống điện, điốt Zener được sử dụng để ổn định điện áp và dòng điện.
- Quang điốt: Quang điốt là thiết bị phát hiện ánh sáng.
- Điốt chỉnh lưu: Điốt chỉnh lưu là một loại điốt được sử dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều (A.C).
- LED: Đèn LED là điốt phát quang.
- Điốt chuyển mạch: Điốt chuyển mạch được sử dụng trong mạch điện để cung cấp khả năng chuyển mạch nhanh.
- Điốt đường hầm: Điốt đường hầm là một loại điốt đặc biệt được sử dụng trong vùng điện trở âm.
Câu hỏi Tham Khảo
H1. Điốt làm gì? Điốt hoạt động như thế nào?
Điốt là một linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện đi theo một hướng trong khi chặn dòng điện theo hướng ngược lại. Nó bao gồm một tiếp giáp P-N, trong đó một bên là vùng tạp chất tích điện âm (loại N) và bên kia là vùng tạp chất tích điện dương (loại P). Khi đặt một điện áp thuận vào điốt (từ anốt đến catốt), các điện tích được sắp xếp thẳng hàng, giúp electron di chuyển dễ dàng hơn và giảm rào cản dòng điện. Điều kiện này cho phép điốt dẫn điện. Ở trạng thái phân cực ngược, điốt tạo ra một rào cản điện trở cao, ngăn chặn dòng điện chảy qua. Điốt đóng vai trò cơ bản trong việc kiểm soát hướng của dòng điện, được sử dụng trong chỉnh lưu, điều chế tín hiệu và làm thiết bị bảo vệ trong mạch điện tử.
H2. Làm thế nào để kiểm tra điốt? Bạn kiểm tra điốt bằng đồng hồ vạn năng như thế nào?
Để kiểm tra điốt bằng đồng hồ vạn năng: Đặt đồng hồ vạn năng ở chế độ kiểm tra điốt (thường có ký hiệu điốt hoặc ký hiệu độ sụt áp). Tắt nguồn cấp điện cho mạch điốt. Đặt các đầu dò của đồng hồ vạn năng ngang qua các cực của điốt, đảm bảo đúng cực tính (dương vào anốt, âm vào catốt). Một điốt tốt thường hiển thị giá trị độ sụt áp khoảng 0,6 đến 0,7 volt khi phân cực thuận và chỉ báo mạch hở khi phân cực ngược. Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị điện trở rất cao hoặc ngắn mạch ở cả hai hướng, điốt có thể bị hỏng. Luôn tham khảo hướng dẫn sử dụng của đồng hồ vạn năng để biết cách kiểm tra cụ thể và tuân thủ các biện pháp an toàn khi kiểm tra linh kiện điện tử.
H3. Điều nào sau đây mô tả chính xác về điốt bán dẫn?
Điốt bán dẫn là linh kiện điện tử hai cực đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dòng điện. Được cấu tạo từ các vật liệu như silicon hoặc germanium, chúng có một tiếp giáp PN – ranh giới giữa hai vùng tạp chất khác nhau. Tiếp giáp này cho phép chúng thực hiện các chức năng chính: cho phép dòng điện chảy theo một hướng trong khi hạn chế dòng điện theo hướng ngược lại, thể hiện đặc tính chỉnh lưu. Khi điện áp được đặt qua điốt theo hướng thuận, nó dễ dàng dẫn điện, tạo ra điện trở thấp cho dòng điện chảy qua. Tuy nhiên, theo hướng ngược, nó thể hiện điện trở cao, cản trở dòng điện. Điốt được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như chỉnh lưu, điều chế tín hiệu, ổn áp và chuyển mạch trong mạch điện tử, nhờ khả năng kiểm soát hiệu quả hướng dòng điện của chúng.
H4. Ai đã phát minh ra điốt phát quang?
Khi làm việc tại General Electric, Nick Holonyak Jr. được công nhận là người đã phát minh ra điốt phát quang (LED) có thể nhìn thấy được đầu tiên vào năm 1962. Phát minh đột phá của ông sử dụng gallium arsenide phosphide để phát ra ánh sáng đỏ nhìn thấy được, đặt nền móng cho công nghệ LED hiện đại. Công trình tiên phong của Holonyak là một bước tiến quan trọng trong công nghệ chiếu sáng và hiển thị, cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp nhờ hiệu suất, độ bền và tính linh hoạt của LED.