Diode là gì?

Mặc dù trong thế giới thực, điốt không thể đạt được điện trở bằng 0 hoặc vô hạn. Thay vào đó, một diode sẽ có điện trở không đáng kể theo một hướng (để cho phép dòng điện) và điện trở rất cao theo hướng tháp giải nhiệt nước ngược lại (để ngăn dòng chảy). Một diode có hiệu quả giống như một van cho một mạch điện .

điện áp ngưỡng nhất định xuất hiện theo hướng thuận (tức là hướng điện trở thấp của đường sắt). Các diode được gọi là chuyển tiếp thiên về hướng trước khi tiến hành dòng điện theo hướng này. Khi được kết nối trong một mạch theo hướng ngược lại (tức là hướng có sức đề kháng cao của thang máy), diode được gọi là lệch ngược lại .

Một diode chỉ chặn dòng điện theo hướng ngược lại (nghĩa là khi nó bị phân cực ngược) trong khi điện áp ngược nằm trong một phạm vi chỉ định. Trên phạm vi này, các rào cản ngược phá vỡ. Điện áp tại đó xảy ra sự cố này được gọi là điện áp sự cố đảo ngược. Khi điện áp của mạch cao hơn điện áp đánh thủng ngược, diode có thể dẫn điện theo hướng ngược lại (tức là hướng điện trở cao của đường sắt). Đây là lý do tại sao trong thực tế, chúng ta nói rằng điốt có điện trở cao theo hướng ngược lại - không phải là điện trở vô hạn.

Một tiếp giáp PN là hình thức đơn giản nhất của diode bán dẫn hay còn gọi là động cơ servo. Trong điều kiện lý tưởng, đường giao nhau PN này hoạt động như một mạch ngắn khi nó bị lệch về phía trước và như một mạch mở khi nó ở phía ngược lại. Tên diode có nguồn gốc từ di di di ode có nghĩa là một thiết bị có hai điện cực. Điốt thường được sử dụng trong nhiều dự án điện tử và được bao gồm trong nhiều bộ khởi động Arduino tốt nhất .

Biểu tượng điốt

Biểu tượng của một diode được hiển thị dưới đây. Các đầu mũi tên chỉ theo hướng của dòng chảy thông thường trong điều kiện phân cực thuận. Điều đó có nghĩa là cực dương được kết nối với phía p và cực âm được kết nối với phía n.

Chúng ta có thể tạo ra một diode tiếp giáp PN đơn giản bằng cách pha tạp tạp chất pentavalent hoặc nhà tài trợ trong một phần và tạp chất hóa trị ba hoặc chấp nhận trong phần khác của khối tinh thể silicon hoặc gecmani. Các dopings này tạo ra một ngã ba PN ở phần giữa của khối. Chúng ta cũng có thể tạo thành một điểm nối PN bằng cách nối một chất bán dẫn loại p và n cùng với một kỹ thuật chế tạo đặc biệt. Thiết bị đầu cuối được kết nối với loại p là cực dương. Thiết bị đầu cuối được kết nối với phía loại n là cực âm.

Nguyên lý làm việc của Diode

Nguyên lý làm việc của một diode phụ thuộc vào sự tương tác của loại n và loại p bán kếtchỉ dẫn. Một chất bán dẫn loại n có rất nhiều electron tự do và rất ít lỗ trống. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng nồng độ của các electron tự do cao và các lỗ trống rất thấp trong chất bán dẫn loại n. Các electron tự do trong chất bán dẫn loại n được gọi là chất mang điện tích đa số và các lỗ trống trong chất bán dẫn loại n được gọi là chất mang điện tích thiểu số.

Một chất bán dẫn loại p có nồng độ lỗ lớn thanh trượt vuông và nồng độ electron tự do thấp. Các lỗ trống trong chất bán dẫn loại p là các hạt mang điện đa số và các electron tự do trong chất bán dẫn loại p là các hạt mang điện tích thiểu số.

Nếu bạn muốn giải thích video về diode là gì, hãy xem video dưới đây:

Diode không thiên vị

Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra khi một khu vực loại n và một khu vực loại p tiếp xúc. Ở đây do sự khác biệt về nồng độ, phần lớn chất mang khuếch tán từ bên này sang bên khác. Vì nồng độ của các lỗ cao ở vùng loại p và thấp ở vùng loại n, nên các lỗ bắt đầu khuếch tán từ vùng loại p sang vùng loại n.

Một lần nữa, nồng độ của các electron tự do cao ở vùng loại n và nó thấp ở vùng loại p và vì lý do này, các electron tự do bắt đầu khuếch tán từ vùng loại n sang vùng loại p.

Các electron tự do khuếch tán vào vùng loại p từ vùng loại n sẽ kết hợp lại với các lỗ trống có sẵn ở đó và tạo ra các ion âm không được phát hiện trong vùng loại p. Theo cách tương tự, các lỗ khuếch tán vào vùng loại n từ vùng loại p sẽ kết hợp lại với các electron tự do có sẵn ở đó và tạo ra các ion dương không được phát hiện ở vùng loại n.

Theo cách này, sẽ có một lớp các ion âm ở phía loại p và một lớp các ion dương ở vùng loại n xuất hiện dọc theo đường giao nhau của hai loại chất bán dẫn này. Các lớp của các ion dương không được phát hiện và các ion âm không được phát hiện tạo thành một khu vực ở giữa diode nơi không có chất mang điện tích tồn tại do tất cả các hạt mang điện được kết hợp lại ở đây trong vùng này. Do thiếu chất mang điện tích, vùng này được gọi là vùng cạn kiệt.

Sau khi hình thành vùng cạn kiệt, không còn sự khuếch tán của các hạt mang điện từ bên này sang bên khác trong diode. Điều này là do điện trường xuất hiện trên toàn khu vực cạn kiệt sẽ ngăn cản sự di chuyển thêm của các hạt mang điện từ bên này sang bên khác.

Tiềm năng của lớp các ion dương không được phát hiện ở phía loại n sẽ loại bỏ các lỗ ở phía loại p và tiềm năng của lớp các ion âm không được phát hiện ở phía loại p sẽ loại bỏ các electron tự do ở n- loại bên. Điều đó có nghĩa là một rào cản tiềm năng được tạo ra trên đường giao nhau để ngăn chặn sự khuếch tán thêm của các hạt mang điện.

Diode chuyển tiếp

Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra nếu một cực dương của nguồn được kết nối với phía loại p và cực âm của nguồn được kết nối với phía loại n của diode và nếu chúng ta tăng điện áp của nguồn này từ từ số không.

Ban đầu, không có dòng điện chạy qua diode. Điều này là do mặc dù có một trường điện bên ngoài được áp dụng trên diode, các hạt mang điện đa số vẫn không có đủ ảnh hưởng của trường bên ngoài để vượt qua vùng cạn kiệt. Như chúng tôi đã nói rằng khu vực cạn kiệt hoạt động như một rào cản tiềm năng chống lại các tàu sân bay đa số.

Rào cản tiềm năng này được gọi là rào cản tiềm năng phía trước. Các hạt mang điện đa số bắt đầu vượt qua rào cản tiềm năng phía trước chỉ khi giá trị của điện áp bên ngoài trên đường giao nhau lớn hơn tiềm năng của rào cản phía trước. Đối với điốt silicon, điện thế rào cản phía trước là 0,7 volt và đối với điốt Germanium, nó là 0,3 volt.

Khi điện áp chuyển tiếp bên ngoài qua diode trở nên nhiều hơn tiềm năng rào cản phía trước, các hạt mang điện đa số tự do bắt đầu vượt qua rào cản và đóng góp dòng diode phía trước. Trong tình huống đó, diode sẽ hoạt động như một đường dẫn ngắn mạch và dòng điện phía trước bị giới hạn bởi chỉ các điện trở được kết nối bên ngoài với diode.

Diode ngược

Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra nếu chúng ta kết nối cực âm của nguồn điện áp với phía loại p và cực dương của nguồn điện áp với phía loại n của diode. Ở điều kiện đó, do lực hút tĩnh điện của điện thế âm của nguồn, các lỗ trong vùng loại p sẽ bị dịch chuyển ra xa khỏi điểm nối để lại nhiều ion âm không được phát hiện tại điểm nối.

Theo cách tương tự, các electron tự do trong vùng loại n sẽ bị dịch chuyển ra xa hơn khỏi điểm nối về phía cực dương của nguồn điện áp để lại nhiều ion dương không được phát hiện trong điểm nối. Do hiện tượng này, vùng cạn kiệt trở nên rộng hơn. Điều kiện này của một diode được gọi là điều kiện sai lệch ngược. Ở điều kiện đó, không có tàu sân bay nào đi qua ngã ba, và thay vào đó họ di chuyển ra khỏi ngã ba. Theo cách này, một diode chặn dòng điện khi nó bị phân cực ngược.

Như chúng ta đã nói ở đầu bài viết này, luôn có một số electron tự do trong chất bán dẫn loại p và một số lỗ trống trong chất bán dẫn loại n. Các sóng mang điện tích trái dấu này trong một chất bán dẫn được gọi là các hạt mang điện thiểu số. Trong điều kiện thiên vị ngược, các lỗ hổng nằm ở phía loại n sẽ dễ dàng vượt qua vùng suy giảm phân cực ngược vì trường trên vùng cạn kiệt không xuất hiện thay vào đó giúp các tàu sân bay thiểu số vượt qua vùng cạn kiệt.

Kết quả là, có một dòng điện nhỏ chạy qua diode từ cực dương sang cực âm. Biên độ của dòng điện này rất nhỏ vì số lượng hạt tải điện thiểu số trong diode rất nhỏ. Dòng điện này được gọi là dòng bão hòa ngược.

Nếu điện áp ngược trên một diode tăng vượt quá giá trị an toàn, do lực tĩnh điện cao hơn và do động năng cao hơn của các hạt mang điện tích thiểu số va chạm với các nguyên tử, một số liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ để tạo ra một số lượng lớn lỗ trống điện tử tự do các cặp trong diode và quá trình được tích lũy.

Số lượng lớn các hạt mang điện được tạo ra như vậy sẽ đóng góp một dòng ngược lớn trong diode. Nếu dòng điện này không bị giới hạn bởi điện trở bên ngoài được kết nối với mạch diode, thì diode có thể bị phá hủy vĩnh viễn.