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
Trang 1Hoạt động
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) 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 (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)
Điện áp tiếp xúc hình thành
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên 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 phi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài Đây 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
Tính chất
Trang 2điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở a-nốt một điện thế cao hơn ở ca-tốt Khi đó ta có UAK > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (UTX) Như vậy muốn có dòng điện qua điốt thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK >UTX Khi đó một phần của điện áp UAK dùng để cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V), phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua điốt
Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận và dòng điện qua điốt lúc đó gọi là dòng điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức IFORWARD hoặc ID tức IDIODE) Dòng điện thuận có chiều từ a-nốt sang ca-tốt
Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốt trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của điốt lúc đó rất thấp (khoảng vài chục Ohm) Do vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với UTX Thông thường phần điện áp dùng để cân bằng với UTX cần khoảng 0.6V và phần điện áp tạo dòng thuận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampere Như vậy giá trị của UAK đủ để có dòng qua điốt khoảng 0.6V đến 1.1V Ngưỡng 0.6V là ngưỡng điốt bắt đầu dẫn
và khi UAK = 0.7V thì dòng qua Diode khoảng vài chục mA
Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược ca-tốt sang a-nốt Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược với hiệu điện thế lớn Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp Mọi điốt chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR
là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh thủng, dòng điện qua điốt tăng nhanh và đốt cháy điốt Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây:
Dòng điện thuận qua điốt không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định)
Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của điốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp)
Ví dụ điốt 1N4007 có thông số kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp như sau: VBR=1000V, IFMAX = 1A, VF¬ = 1.1V khi IF = IFMAX Những thông số trên cho biết:
Điện áp thuận (tức UAK)có thể tăng đến 1.1V nếu dòng điện thuận bằng 1A Cũng cần lưu ý rằng đối với các điốt chỉnh lưu nói chung thì khi UAK = 0.6V thì điốt đã bắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0.7V thì dòng qua điốt đã đạt đến vài chục mA
[ sửa ]Đặc tuyến Volt-Ampere
Đặc tuyến Volt-Ampere của một điốt bán dẫn lý tưởng
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
[ sửa ]Ứng dụng
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòngđiện một chiều
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp Điốt chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, điều đó có ý nghĩa rất lớn trong kĩ thuật điện tử Vì vậy điốt được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử
Cấu Tạo
Cấu Tạo
+ o [P | N] o -
Biểu Tượng
Trang 3[ sửa ]Tính Chất I V
[ sửa ]Vd
Điện Thế Dẩn của Điốt được định nghỉa Điện thế nơi Dòng điện bằng 1 mA
Với Ge, Vd = 0.3v
Với Si, Vd = 0.6v
[ sửa ]Lối Hoạt Động
Khi mắc nguồn điện có Điện thế V
V < Vd I = 0 Không dẩn
V = Vd I = 1mA Bắt đầu dẩn
[ sửa ]Thể Loại Điốt
Trang 4 Điốt bán dẫn
cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm electron tự do Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách
sóng
Điốt Schottky
Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó,
sự ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này
Điốt Zener, còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp"
là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt
thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua (và ngắn mạch xuống đất bảo vệ mạch điện cần ổn áp) và đến khi điện áp mạch mắc bằng điện áp định mức của điốt - Đây là cốt lõi của
mạch ổn áp
Trang 5dẫn loại n.
Điốt quang (photodiode)
là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường sử dụng ở các máy ảnh (đo cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều khiển
(kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC
Điốt biến dung (varicap)
Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông
khác
Điốt ổn định dòng điện
là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener Trong mạch điện điốt này có tác dụng duy trì dòng điện không đổi
Điốt step-recovery
Ở bán kỳ dương, điốt này dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng sang bán kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng
điện ngược đột ngột giảm xuống còn 0
Điốt ngược
Là loại điốt có khả năng dẫn điện theo hai chiều, nhưng chiều nghịch tốt hơn chiều thuận
xuyê
n hầm
Nếu tăng nồng độ tạp chất của điốt ngược, có thể làm cho hiện tượng đảnh thủng xảy ra ở 0V, hơn nữa, nồng độ tạp chất sẽ làm biến dạng đường cong thuận chiều, điốt
đó gọi là điốt xuyên hầm.