Diode là gì? Kí hiệu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của Đi ốt

Ngày nay, có rất nhiều các thiết bị điện tử được ra đời, nhờ công nghệ bán dẫn phát triển, làm có mọi thứ nhỏ gọn, thuận tiện. Trong đó, một loại linh kiện không thể thiếu và rất đặc trưng, đó chính là Diode (đi ốt). Vậy diode bán dẫn là gì? Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của nó ra sao?

Diode là gì?

Diode (đọc là đi ốt) hay diod là một linh kiện điện tử bán dẫn  được chế tạo bởi hợp chất giữa Silic, Photpho và Bori, nó chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều và chặn dòng điện chạy ngược lại.

Kí hiệu điện của diode

Các loại diode

Có rất nhiều loại đi ốt được sử dụng tuy vào từng mục đích khác nhau.

• Diode phát quang (LED)
• Diode quang (photodiode)
• Diode Schottky
• Diode hạn xung 2 chiều
• Diode biến dung
• Diode zener
• Diode Laser

Cấu tạo nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Cấu tạo của diode gồm có 2 khối bán dẫn loại P và N ghép với nhau nối ra ngoài là anode và cathode, ở giữa là miền cách điện (ion trung hòa về điện)

Nguyên lý hoạt động

Khối bán dẫn P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N 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 chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối 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 bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hình thành điện áp tiếp xúc.

Sự tích điện âm khối P và Dương 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 với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn 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 dễ gặp nhau nhất nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ khi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây chính là cốt 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 của các điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.

Đặc tuyến volt-Ampere của diode

Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua điốt theo điện áp UAK đặt vào nó. Có thể chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn:

• Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực thuận.
• Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V< 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực 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 trở thuận của điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở của mạch điện.

Các thông số quan trọng của diode cần nhớ

Dòng điện định mức đi qua diode: Đây là thông số cần quan tâm đầu tiên trước khi chúng ta sử dụng diode trong mạch điện. Mỗi một diode chỉ cho phép một dòng điện tối đa nào đó đi qua. Dòng điện định mức này còn được gọi là IF. Nếu mắc diode trong mạch điện có dòng điện lớn hơn IF của nó thì diode sẽ chết. Ví dụ diode chỉnh lưu 1n4007 có IF =1A. Xem bảng ở dưới .

Điện áp ngược chịu đựng: Khi phân cực ngược, diode sẽ không cho dòng điện đi qua nhưng đồng nghĩa nó phải chịu một điện áp ngược dồn vào giữa hai đầu Katot và Anot. Giả sử bạn có một nguồn điện một chiều  có giá trị điện áp khoảng 60V.  Bạn chỉ cần cho một diode 1n4001 đấu Anot với (-) nguồn và đấu Katot với (+) nguồn thì diode này sẽ bị phá hủy ngay mặc dù nó không dẫn điện vì phân cực ngược nhưng điện áp ngược chịu đựng của nó chỉ là 50V (xem ở bảng dưới).  Điện áp ngược chịu đựng của mỗi diode được ghi trong datasheet và ký hiệu là VRRM.

 Tần số đáp ứng của diode: Mỗi một diode chỉ hoạt động ở một tần số tín hiệu cho phép. Nếu một diode chỉ chịu được ở tần số thấp mà mắc vào mạch điện cao tần thì diode sẽ hỏng.

Ứng dụng của diode trong đời sống

Vì tính chất chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều nên đi ốt dùng để chỉnh lưu, chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều. Ngoài ra còn sử dụng trong mạch sóng, mạch ghim áp phân cực cho transistor hoạt động.