Điện tử cơ bản - Điốt

Sau khi đã biết về các thành phần khác nhau, chúng ta hãy tập trung vào một thành phần quan trọng khác trong lĩnh vực điện tử, được gọi là Diode. Diode bán dẫn là một linh kiện điện tử hai đầu cuối có mối nối PN. Điều này cũng được gọi làRectifier.

Các anode cái nào là positive terminal của một diode được biểu diễn bằng A và cathode, đó là negative terminal được đại diện với K. Để biết cực dương và cực âm của một diode thực tế, một đường nhỏ được vẽ trên diode có nghĩa là cực âm, trong khi đầu kia đại diện cho cực dương.

Như chúng ta đã thảo luận về các chất bán dẫn loại P và loại N, và hoạt động của các hạt tải điện của chúng, bây giờ chúng ta hãy thử kết hợp các vật liệu này lại với nhau để xem điều gì sẽ xảy ra.

Sự hình thành của một Diode

Nếu vật liệu loại P và vật liệu loại N được đưa lại gần nhau, cả hai chúng sẽ tham gia tạo thành một đường giao nhau, như thể hiện trong hình bên dưới.

Vật liệu loại P có holes như là majority carriers và vật liệu loại N có electrons như là majority carriers. Khi các điện tích trái dấu thu hút, một số lỗ trống ở loại P có xu hướng đi về phía n, trong khi một số electron ở loại N có xu hướng đi về phía P.

Khi cả hai di chuyển về phía đường giao nhau, các lỗ trống và các điện tử tái kết hợp với nhau để trung hòa và tạo thành các ion. Bây giờ, trong đường giao nhau này, tồn tại một vùng mà các ion âm và dương được hình thành, được gọi là đường giao nhau PN hoặc rào cản đường giao nhau như thể hiện trong hình.

Sự hình thành các ion âm ở phía P và các ion dương ở phía N dẫn đến việc hình thành một vùng tích điện hẹp ở hai bên của điểm nối PN. Khu vực này hiện không có các nhà cung cấp dịch vụ di chuyển phí. Các ion hiện diện ở đây đã đứng yên và duy trì một vùng không gian giữa chúng mà không có bất kỳ hạt mang điện tích nào.

Vì vùng này hoạt động như một rào cản giữa các vật liệu loại P và N, vùng này còn được gọi là Barrier junction. Tên này có một tên gọi khác làDepletion regioncó nghĩa là nó làm cạn kiệt cả hai khu vực. Xảy ra sự khác biệt tiềm tàng VD do sự hình thành các ion, qua đường giao nhau được gọi làPotential Barrier vì nó ngăn cản sự di chuyển thêm của các lỗ trống và các electron qua đường giao nhau.

Xu hướng của một Diode

Khi một diode hoặc bất kỳ thành phần hai đầu cuối nào được kết nối trong mạch, nó có hai điều kiện phân cực với nguồn cung cấp cho trước. họ đangForward biased điều kiện và Reverse biasedtình trạng. Hãy cho chúng tôi biết chúng một cách chi tiết.

Điều kiện thiên vị chuyển tiếp

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the positive thiết bị đầu cuối và cathode to the negative đầu cuối của nguồn cung cấp, khi đó kết nối như vậy được cho là forward biasedtình trạng. Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng phân cực thuận hơn và giúp dẫn truyền nhiều hơn. Một diode dẫn điện tốt trong điều kiện phân cực thuận.

Điều kiện thiên vị ngược

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the negative thiết bị đầu cuối và cathode to the positive đầu cuối của nguồn cung cấp, khi đó kết nối như vậy được cho là Reverse biasedtình trạng. Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng bị phân cực ngược và giúp giảm thiểu và ngăn chặn sự dẫn điện. Một diode không thể dẫn trong điều kiện phân cực ngược.

Bây giờ chúng ta hãy thử để biết điều gì sẽ xảy ra nếu một diode được kết nối trong điều kiện phân cực thuận và phân cực ngược.

Làm việc theo Thiên vị Chuyển tiếp

Khi một điện áp bên ngoài được đặt vào một diode sao cho nó loại bỏ rào cản tiềm năng và cho phép dòng điện chạy được gọi là forward bias. Khi cực dương và cực âm được nối tương ứng với cực dương và cực âm, các lỗ trống ở loại P và các electron ở loại N có xu hướng di chuyển qua đường giao nhau, phá vỡ rào cản. Tồn tại một dòng điện tự do với điều này, gần như loại bỏ rào cản.

Với lực đẩy do đầu cực dương cung cấp cho các lỗ trống và do đầu cực âm cung cấp cho các điện tử, sự tái hợp diễn ra trong đường giao nhau. Điện áp cung cấp phải cao đến mức nó buộc chuyển động của các electron và lỗ trống qua hàng rào và băng qua nó để cung cấpforward current.

Dòng điện chuyển tiếp là dòng điện do diode tạo ra khi hoạt động trong điều kiện phân cực thuận và nó được biểu thị bằng I_f.

Làm việc theo thiên vị ngược

Khi một điện áp bên ngoài được đặt vào một diode để nó làm tăng rào cản tiềm năng và hạn chế dòng điện được gọi là Reverse bias. Khi cực dương và cực âm được nối tương ứng với cực âm và cực dương, các electron bị hút về phía cực dương và các lỗ trống bị hút về phía cực âm. Do đó cả hai sẽ tránh xa rào cản tiềm ẩnincreasing the junction resistance và ngăn cản bất kỳ điện tử nào đi qua đường giao nhau.

Hình sau giải thích điều này. Biểu đồ dẫn truyền khi không có trường nào được áp dụng và khi có trường bên ngoài nào đó cũng được vẽ.

Với xu hướng ngược ngày càng tăng, đường giao nhau có ít sóng mang thiểu số vượt qua đường giao nhau. Dòng điện này bình thường không đáng kể. Dòng điện ngược này hầu như không đổi khi nhiệt độ không đổi. Nhưng khi điện áp ngược này tăng hơn nữa, thì một điểm được gọi làreverse breakdown occurs, nơi có dòng điện lở qua đường giao nhau. Dòng điện ngược cao này làm hỏng thiết bị.

Reverse current là dòng điện được tạo ra bởi diode khi hoạt động trong điều kiện phân cực ngược và nó được biểu thị bằng I_r. Do đó một diode cung cấp đường dẫn điện trở cao trong điều kiện phân cực ngược và không dẫn điện, nơi nó cung cấp đường dẫn điện trở thấp trong điều kiện phân cực thuận và dẫn điện. Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng một diode là một thiết bị một chiều dẫn theo phân cực thuận và hoạt động như một chất cách điện trong phân cực ngược. Hành vi này làm cho nó hoạt động như một bộ chỉnh lưu, chuyển đổi AC thành DC.

Điện áp nghịch đảo đỉnh

Điện áp nghịch đảo đỉnh được gọi ngắn gọn là PIV. Nó cho biết điện áp tối đa được áp dụng trong phân cực ngược. Điện áp nghịch đảo đỉnh có thể được định nghĩa là “The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Do đó, điện áp này được coi là trong điều kiện phân cực ngược. Nó biểu thị cách một diode có thể được vận hành an toàn trong phân cực ngược.

Mục đích của Diode

Một diode được sử dụng để chặn dòng điện chạy theo một hướng, tức là theo chiều thuận và để chặn theo chiều ngược lại. Nguyên tắc này của diode làm cho nó hoạt động như mộtRectifier.

Đối với một mạch cho phép dòng điện chạy theo một hướng nhưng lại dừng theo hướng khác, điốt chỉnh lưu là lựa chọn tốt nhất. Do đóoutput sẽ là DCloại bỏ các thành phần AC. Các mạch như bộ chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng được thực hiện bằng cách sử dụng điốt, có thể được nghiên cứu trongElectronic Circuits hướng dẫn.

Một diode cũng được sử dụng như một Switch. Nó giúp BẬT và TẮT nhanh hơn cho đầu ra sẽ xảy ra với tốc độ nhanh.

V - I Đặc điểm của Diode

Một cách sắp xếp mạch thực tế cho một diode tiếp giáp PN như thể hiện trong hình sau. Một ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế song song, còn nguồn điện được điều khiển qua một biến trở.

Trong quá trình hoạt động, khi diode ở điều kiện phân cực thuận, ở một số điện áp cụ thể, rào cản tiềm năng sẽ bị loại bỏ. Điện áp như vậy được gọi làCut-off Voltage hoặc là Knee Voltage. Nếu điện áp phía trước vượt quá giới hạn, dòng điện phía trước tăng lên theo cấp số nhân và nếu điều này được thực hiện thêm nữa, thiết bị sẽ bị hỏng do quá nóng.

Đồ thị sau đây cho thấy trạng thái dẫn điện của diode trong điều kiện phân cực thuận và nghịch.

Trong xu hướng ngược lại, dòng điện được tạo ra qua các sóng mang thiểu số tồn tại được gọi là “Reverse current”. Khi điện áp ngược tăng lên, dòng điện ngược này tăng lên và nó đột ngột bị phá vỡ tại một điểm, dẫn đến sự phá hủy vĩnh viễn của đường giao nhau.