Điốt là gì? Cấu tạo phân loại và nguyên lý hoạt động của điốt?

Điốt là gì? Điốt là một trong những bộ phân quan trọng mạch điện, bài viết sau tìm hiểu cấu tạo phân loại và nguyên lý hoạt động của điốt. Các điốt bán dẫn được nối với các chất bán dẫn loại N hoặc loại P như hình sau:

Các sơ đồ này cho thấy dòng điện chạy qua một điốt như thế nào:
(1) Khi cực dương (+) của ắcquy được nối với phía p và cực âm (-) nối với phía N, các lỗ dương của chất bán dẫn loại P và cực dương của ắcquy đẩy lẫn nhau. Và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại N và cực âm của ắcquy đẩy lẫn nhau, vì vậy đẩy chúng về khu vực nối p-n. Do đó các điện tử tự do và các lỗ dương này hút lẫn nhau, như vậy làm cho dòng điện chạy qua khu vực nối p-n.

(2) Khi đảo ngược các cực ở ắcquy, các lỗ dương của chất bán dẫn loại p và cực âm của ắcquy hút lẫn nhau, và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại n và cực dương của ắcquy hút lẫn nhau, vì thế kéo xa khỏi khu vực nối p-n. Kết quả là, một lớp không chứa các điện tử tự do hoặc các lỗ dương được tạo nên ở khu vực nối p-n, vì vậy ngăn chặn dòng điện chạy qua.
Phân loại điốt:
- Điốt chỉnh lưu thường
- Điốt Zener
- LED (điốt phát sáng)
- Điốt quang

Điốt thường

Công dụng Điốt thường

Điốt thường làm cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều: từ phía p sang phía n. 

Cấu tạo điốt thường

Cần có một điện áp tối thiểu để dòng điện chạy từ phía p sang phía n. 

Đây là các thí dụ về các yêu cầu đối với điện áp: 

Điốt silic (A): khoảng 0,3V 

Điốt germani (B): khoảng 0,7V

Cấu tạo Điốt thường

Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ phía n sang phía p). 

Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của mạch thực.

Tuy nhiên nếu điện áp rò ngược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ của dòng điện cho phép đi qua bởi điốt sẽ tăng lên đột ngột. 

Hiện tượng này được gọi là đánh thủng điốt, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng 

Chức năng điốt thường

Điện áp chỉnh lưu nửa chu kỳ

(1) Điện áp chỉnh lưu nửa chu kỳ:

Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một điốt.

Vì điện áp được thể hiện giữa (a) và (b) được đặt vào điốt theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua điốt này.

Tuy nhiên vì điện áp được thể hiện giữa (b) và (c) được đặt vào điốt này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua điốt này.

Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua điốt này. 

Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một điốt.

Vì điện áp được thể hiện giữa (a) và (b) được đặt vào điốt theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua điốt này.

Tuy nhiên vì điện áp được thể hiện giữa (b) và (c) được đặt vào điốt này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua điốt này.

Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua điốt này. 

(2) Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: 

Khi cực A của máy phát là dương, cực B là âm, và dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ trên của hình minh họa (2).

Khi sự phân cực của các đầu này ngược lại, dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ dưới của hình minh họa (2). 

Điều này có nghĩa là dòng điện ra luôn luôn chỉ chạy về một chiều qua điện trở R. 

Ví dụ ứng dụng điốt thường

Các điốt nắn dòng thường được sử dụng như các bộ chỉnh lưu cho các máy phát điện xoay chiều.

Điốt Zener

Công dụng Điốt Zener

Trong khi điốt Zener cho phép dòng điện chạy theo chiều thuận, cùng chiều với một điốt thường, nó cũng cho phép dòng điện chạy theo chiều ngược lại trong một số trường hợp.

Cấu tạo nguyên lý Điốt Zener

Dòng điện chạy theo chiều thuận từ phía p sang phía n qua một điốt Zener cùng chiều với một điốt thường.
Một dòng điện chạy theo chiều ngược lại vượt quá điện áp được xác định trước chạy qua một điốt Zener.
Điều này được gọi là điện áp Zener, nó giữ nguyên không thay đổi trong thực tế, bất kể cường độ của dòng điện như thế nào.
Một điốt Zener có thể ấn định với các điện áp Zener khác nhau tuỳ theo sự áp dụng hoặc mục đích của nó.

Ví dụ về ứng dụng Điốt Zener

Các điốt Zener được sử dụng cho các mục đích khác nhau, một mục đích quan trọng nhất trong các mục đích này là bộ điều chỉnh điện áp cho một máy phát điện xoay chiều. 

Điện áp ra được điều chỉnh thường xuyên, bằng cách gắn điốt Zener vào một mạch điện.

LED (Điốt phát sáng)  

Chức năng đi ốt phát sáng

LED là một điốt nối p-n cũng giống như điốt thường. Nó phát sáng khi một dòng điện đi qua nó theo một chiều thuận.
Các LED có thể phát sáng với các màu khác nhau như màu đỏ, vàng và xanh lục.

Các đặc điểm điốt phát sáng

Các LED có các đặc điểm sau:
 Phát nhiệt ít hơn và có tuổi thọ dài hơn các bóng điện thường.
 Phát ánh sáng chói với mức tiêu thụ điện thấp.
 Phản ứng với điện áp thấp (tốc độ phản ứng nhanh). 

Ví dụ về ứng dụng Led

Các LED được sử dụng trong các loại đèn phanh lắp trên cao và các đèn báo, v.v.... 

Điốt quang 

Cấu tạo điốt quang

Điốt quang là điốt nối p-n gồm có một chất bán dẫn và một thấu kính. 

Nếu đặt một điện áp ngược chiều vào điốt quang được chiếu ánh sáng, thì một dòng điện ngược chiều sẽ chạy qua. 

Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi trên điốt quang này. 

Nói khác đi, điốt quang có thể xác định được ánh sáng bằng cách phát hiện cường độ của dòng điện ngược khi đặt điện áp ngược. 

Điốt quang  

Ví dụ về ứng dụng điốt quang

Các điốt quang được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng mặt trời cho các máy điều hòa không khí, v.v....