Điốt bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong điện tử và công nghiệp điện tử. Chúng được sử dụng độc lập và như một điểm nối p-n của các bóng bán dẫn và nhiều thiết bị khác. Là một thành phần rời rạc, điốt là bộ phận quan trọng của nhiều mạch điện tử. Họ tìm thấy nhiều ứng dụng khác nhau, từ ứng dụng công suất thấp đến chỉnh lưu.
Diode là gì?
Được dịch từ tiếng Hy Lạp, tên của phần tử điện tử này có nghĩa đen là "hai thiết bị đầu cuối". Chúng được gọi là cực dương và cực âm. Trong một đoạn mạch, dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. Diode bán dẫn là phần tử một phía và dòng điện chạy theo hướng ngược lại bị chặn.
Nguyên lý hoạt động
Thiết bị của điốt bán dẫn rất khác nhau. Đây là lý do mà có rất nhiều loại trong số chúng, khác nhau cả về mệnh giá và chức năng chúng thực hiện. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, nguyên tắc cơ bảnhoạt động của điốt bán dẫn là như nhau. Chúng chứa một đường nối p-n, cung cấp chức năng cơ bản của chúng.
Thuật ngữ này thường được sử dụng để chỉ hình dạng tiêu chuẩn của một diode. Trên thực tế, nó áp dụng cho hầu hết mọi loại chúng. Điốt tạo thành xương sống của ngành công nghiệp điện tử hiện đại. Mọi thứ - từ các yếu tố đơn giản và bóng bán dẫn đến bộ vi xử lý hiện đại - đều dựa trên chất bán dẫn. Nguyên lý hoạt động của Diode bán dẫn dựa trên các đặc tính của chất bán dẫn. Công nghệ này dựa trên một nhóm vật liệu, việc đưa các tạp chất vào mạng tinh thể để có thể thu được các vùng trong đó lỗ trống và điện tử là các hạt mang điện.
ngã ba P-n
Điốt loại p-n có tên như vậy vì nó sử dụng một điểm nối p-n cho phép dòng điện chạy theo một hướng. Phần tử có các thuộc tính khác cũng được sử dụng rộng rãi. Ví dụ: điốt bán dẫn có thể phát ra và phát hiện ánh sáng, thay đổi điện dung và điều chỉnh điện áp.
Tiếp giápP-n là một cấu trúc bán dẫn cơ bản. Như tên cho thấy, nó là điểm nối giữa các vùng loại p và n. Quá trình chuyển đổi cho phép các hạt mang điện chỉ di chuyển theo một hướng, chẳng hạn như giúp chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Điốt tiêu chuẩn thường được làm từ silicon, mặc dù germani và các vật liệu bán dẫn khác cũng được sử dụng, chủ yếu cho các mục đích đặc biệt.
Vôn-đặc tính ampe
Diode được đặc trưng bởi một đường cong dòng điện - điện áp, có thể chia thành 2 nhánh: thuận và ngược. Ở chiều ngược lại, dòng điện rò gần bằng 0, nhưng khi tăng điện áp, nó tăng từ từ và khi đạt đến điện áp đánh thủng, nó bắt đầu tăng mạnh. Theo chiều thuận, dòng điện tăng nhanh với điện áp đặt trên ngưỡng dẫn, là 0,7 V đối với điốt silic và 0,4 V đối với gecmani. Các tế bào sử dụng các vật liệu khác nhau có các đặc tính vôn-ampe khác nhau và ngưỡng dẫn và điện áp đánh thủng.
Diode tiếp giáp p-n có thể được coi là một thiết bị cấp cơ bản. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ mạch tín hiệu và bộ dò đến bộ giới hạn hoặc bộ triệt tiêu quá độ trong cuộn dây cảm ứng hoặc rơle và bộ chỉnh lưu công suất cao.
Tính năng và thông số
Thông số kỹ thuật diode cung cấp rất nhiều dữ liệu. Tuy nhiên, những lời giải thích chính xác về những gì chúng không phải lúc nào cũng có sẵn. Dưới đây là chi tiết về các đặc điểm và thông số khác nhau của diode, được nêu trong thông số kỹ thuật.
Vật liệu bán dẫn
Vật liệu được sử dụng trong các điểm nối p-n là cực kỳ quan trọng vì nó ảnh hưởng đến nhiều đặc tính cơ bản của điốt bán dẫn. Silicon được sử dụng rộng rãi nhất vì hiệu quả cao và chi phí sản xuất thấp. Thường xuyên sử dụng khácnguyên tố là germani. Các vật liệu khác thường được sử dụng trong các điốt mục đích đặc biệt. Việc lựa chọn vật liệu bán dẫn rất quan trọng vì nó xác định ngưỡng dẫn điện - khoảng 0,6 V đối với silicon và 0,3 V đối với gecmani.
Giảm điện áp ở chế độ dòng điện một chiều (U pr.)
Bất kỳ mạch điện nào mà dòng điện đi qua đều gây ra sụt áp và thông số này của diode bán dẫn có tầm quan trọng rất lớn, đặc biệt là đối với chỉnh lưu, khi tổn thất điện tỷ lệ với U. Ngoài ra, các linh kiện điện tử thường cần cung cấp một sự sụt giảm điện áp nhỏ, vì tín hiệu có thể yếu, nhưng chúng vẫn cần phải khắc phục.
Điều này xảy ra vì hai lý do. Đầu tiên nằm ở bản chất của điểm tiếp giáp p-n và là kết quả của điện áp ngưỡng dẫn cho phép dòng điện đi qua lớp suy giảm. Thành phần thứ hai là tổn thất điện trở bình thường.
Chỉ thị có tầm quan trọng lớn đối với điốt chỉnh lưu, có thể mang dòng điện lớn.
Điện áp ngược đỉnh (tối đa U)
Đây là điện áp ngược cao nhất mà một diode bán dẫn có thể chịu được. Nó không được vượt quá, nếu không phần tử có thể bị lỗi. Nó không chỉ là điện áp RMS của tín hiệu đầu vào. Mỗi mạch phải được xem xét dựa trên giá trị của nó, nhưng đối với một bộ chỉnh lưu nửa sóng đơn giản với một tụ điện làm mịn, hãy nhớ rằng tụ điện sẽ giữ một điện áp bằng đỉnh của đầu vàodấu hiệu. Khi đó, diode sẽ chịu đỉnh của tín hiệu đến theo hướng ngược lại, và do đó trong các điều kiện này sẽ có điện áp ngược cực đại bằng giá trị đỉnh của sóng.
Dòng chuyển tiếp tối đa (U pr. Max)
Khi thiết kế mạch điện, hãy đảm bảo không vượt quá mức dòng điốt tối đa. Khi dòng điện tăng lên, nhiệt lượng bổ sung được tạo ra, nhiệt này phải được loại bỏ.
Rò rỉ hiện tại (tôi là)
Trong một diode lý tưởng, không được có dòng điện ngược. Nhưng trong các tiếp giáp p-n thực, đó là do sự hiện diện của các hạt tải điện thiểu số trong chất bán dẫn. Lượng dòng rò phụ thuộc vào ba yếu tố. Rõ ràng, đáng kể nhất trong số này là điện áp ngược. Ngoài ra, dòng điện rò rỉ phụ thuộc vào nhiệt độ - với sự phát triển của nó, nó sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu bán dẫn. Về mặt này, silicon tốt hơn nhiều so với germanium.
Dòng rò rỉ được xác định ở một điện áp ngược nhất định và một nhiệt độ nhất định. Nó thường được chỉ định bằng microamps (ΜA) hoặc picoamps (pA).
Điện dung chuyển tiếp
Tất cả các điốt bán dẫn đều có điện dung tiếp giáp. Vùng suy giảm là một hàng rào điện môi giữa hai tấm hình thành ở rìa của vùng suy giảm và vùng có các hạt mang điện tích lớn. Giá trị điện dung thực tế phụ thuộc vào điện áp ngược dẫn đến sự thay đổi vùng chuyển tiếp. Sự gia tăng của nó mở rộng vùng cạn kiệt và do đó,làm giảm công suất. Thực tế này được khai thác trong varactor hoặc varicaps, nhưng đối với các ứng dụng khác, đặc biệt là các ứng dụng RF, ảnh hưởng này phải được giảm thiểu. Tham số thường được chỉ định bằng pF ở một điện áp nhất định. Điốt điện trở thấp đặc biệt có sẵn cho nhiều ứng dụng RF.
Loại vỏ
Tùy thuộc vào mục đích, điốt bán dẫn được sản xuất trong các gói với nhiều loại và hình dạng khác nhau. Trong một số trường hợp, đặc biệt là khi được sử dụng trong các mạch xử lý tín hiệu, gói là yếu tố quan trọng trong việc xác định các đặc tính tổng thể của phần tử điện tử đó. Trong các mạch nguồn mà việc tản nhiệt là quan trọng, gói có thể xác định nhiều thông số chung của một diode. Các thiết bị công suất cao cần có thể được gắn vào một bộ tản nhiệt. Các mặt hàng nhỏ hơn có thể được sản xuất trong hộp chì hoặc thiết bị gắn trên bề mặt.
Các loại điốt
Đôi khi rất hữu ích khi làm quen với việc phân loại các điốt bán dẫn. Tuy nhiên, một số mặt hàng có thể thuộc một số danh mục.
Diode đảo ngược. Mặc dù nó không được sử dụng rộng rãi nhưng nó là một loại phần tử kiểu p-n, hoạt động của nó rất giống với đường hầm. Tính năng giảm điện áp trên trạng thái thấp. Tìm kiếm ứng dụng trong máy dò, bộ chỉnh lưu và công tắc tần số cao.
Diode chuyển tiếp tiêm. Nó có nhiều điểm chung với kiểu bay qua tuyết phổ biến hơn. Được sử dụng trong máy phát vi sóng và hệ thống báo động.
Diode Gunn. Nó không thuộc loại p-n, mà là một linh kiện bán dẫn có hai đầu cuối. Nó thường được sử dụng để tạo và chuyển đổi tín hiệu vi sóng trong phạm vi 1-100 GHz.
Đèn phát sáng hay còn gọi là đèn LED là một trong những loại linh kiện điện tử phổ biến nhất. Trong phân cực thuận, dòng điện chạy qua điểm nối gây ra ánh sáng được phát ra. Chúng sử dụng chất bán dẫn hợp chất (ví dụ như arsenide gali, gallium phosphide, indium phosphide) và có thể phát sáng với nhiều màu sắc khác nhau, mặc dù ban đầu chúng chỉ giới hạn ở màu đỏ. Có rất nhiều sự phát triển mới đang thay đổi cách thức hoạt động và sản xuất màn hình, OLED là một ví dụ.
Điốt quang. Dùng để phát hiện ánh sáng. Khi một photon chạm vào tiếp giáp p-n, nó có thể tạo ra các electron và lỗ trống. Điốt quang thường hoạt động trong điều kiện phân cực ngược, nơi có thể dễ dàng phát hiện ra ngay cả dòng điện nhỏ do ánh sáng tạo ra. Điốt quang có thể được sử dụng để tạo ra điện. Đôi khi các phần tử dạng pin được sử dụng làm bộ tách sóng quang.
Pin-diode. Tên của phần tử điện tử mô tả tốt thiết bị của một diode bán dẫn. Nó có các vùng loại p và n tiêu chuẩn, nhưng có một vùng bên trong không có tạp chất giữa chúng. Nó có tác dụng làm tăng diện tích của vùng cạn kiệt, có thể hữu ích cho việc chuyển mạch, cũng như trong các điốt quang, v.v.
Tiếp giáp p-n tiêu chuẩn có thể được coi là bình thườnghoặc loại diode tiêu chuẩn đang được sử dụng ngày nay. Chúng có thể được sử dụng trong RF hoặc các ứng dụng điện áp thấp khác, cũng như các bộ chỉnh lưu điện áp cao và công suất cao.
Điốt Schottky. Chúng có độ sụt điện áp chuyển tiếp thấp hơn so với chất bán dẫn silicon loại p-n tiêu chuẩn. Ở dòng điện thấp, nó có thể từ 0,15 đến 0,4 V chứ không phải 0,6 V như với điốt silicon. Để làm được điều này, chúng không được chế tạo như bình thường - chúng sử dụng tiếp điểm kim loại-bán dẫn. Chúng được sử dụng rộng rãi như bộ giới hạn, bộ chỉnh lưu và trong thiết bị vô tuyến.
Diode tích lũy điện tích. Nó là một loại diode vi sóng được sử dụng để tạo ra và định hình các xung ở tần số rất cao. Hoạt động của nó dựa trên đặc tính vấp ngã rất nhanh.
Diode laser. Nó khác với sự phát ra ánh sáng thông thường vì nó tạo ra ánh sáng mạch lạc. Điốt laser được sử dụng trong nhiều thiết bị, từ ổ đĩa DVD và CD đến con trỏ laser. Chúng rẻ hơn nhiều so với các dạng laser khác, nhưng đắt hơn đáng kể so với đèn LED. Chúng có thời hạn sử dụng hạn chế.
Diode đường hầm. Mặc dù ngày nay nó không được sử dụng rộng rãi nhưng trước đây nó đã được sử dụng trong bộ khuếch đại, bộ tạo dao động và thiết bị chuyển mạch, mạch định thời của máy hiện sóng, khi nó hiệu quả hơn các phần tử khác.
Varactor hoặc varicap. Được sử dụng trong nhiều thiết bị RF. Đối với diode này, phân cực ngược thay đổi chiều rộng của lớp suy giảm tùy thuộc vào điện áp đặt vào. Trong cấu hình này, nóhoạt động như một tụ điện với vùng suy giảm hoạt động như một chất điện môi cách điện và các bản được tạo thành bởi các vùng dẫn. Được sử dụng trong bộ dao động điều khiển điện áp và bộ lọc RF.
Điốt Zener. Nó là một loại diode rất hữu ích vì nó cung cấp điện áp chuẩn ổn định. Do đó, diode zener được sử dụng với số lượng rất lớn. Nó hoạt động trong các điều kiện phân cực ngược và đột phá khi đạt đến một mức chênh lệch tiềm năng nhất định. Nếu dòng điện được giới hạn bởi một điện trở, thì điều này cung cấp một điện áp ổn định. Được sử dụng rộng rãi để ổn định nguồn điện. Có 2 loại đánh thủng ngược trong điốt zener: phân hủy Zener và ion hóa tác động.
Vì vậy, các loại điốt bán dẫn khác nhau bao gồm các phần tử cho các ứng dụng công suất thấp và công suất cao, phát ra và phát hiện ánh sáng, với độ sụt điện áp chuyển tiếp thấp và điện dung thay đổi. Ngoài ra, còn có một số loại được sử dụng trong công nghệ vi sóng.
