Các Đặc Điểm Cơ Bản Của Diode (Basic Characteristics Of Diode)

Hình 3.13: Mạch phân cực thuận cho Diode

 Phía bán dẫn P:

Các điện trường nội có sẵn có sẽ kéo các lỗ về phía p và trường ngoài sẽ đẩy các lỗ hướng tới n, vì điện trường ngoài lớn hơn nên lượng trôi dạt lỗ trống hướng về N hiệu quả hơn.

Vì vậy chúng ta có thể thấy các electron và các lỗ bị trôi dạt về phía mỗi lớp bán dẫn khác, làm suy giảm chiều rộng phân cách của mối nối P – N . Dẫn đến việc mối nối P – N dẫn điện

3.2.3 Phân cực ngược (Reverse bias)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.

Khi điện áp được áp dụng (theo hướng ngược lại) từ K đến A, dòng điện không chảy qua mối nối.

Hình 3.14: Sơ đồ tương đương của Diode

Tuy nhiên, một dòng ngược nhỏ thực sự chạy qua mối nối. Mất điện xảy ra do dòng ngược và dòng ngược nhỏ hơn là lý tưởng.

Như vậy tùy theo việc phân cực mối nối P – N mà ta thấy có dòng hoặc không có dòng qua mối nối.

3.2.2 Loại phẳng và loại Mesa (Planar Type and Mesa Type)

Trong chế tạo Diode người ta thực hiện theo hai loại sau:

Loại phẳng (Planar type)

Không cần phải tạo ra một rãnh trên loại phẳng, nhưng con chip Diode trở nên lớn hơn và quá trình khuếch tán cũng phức tạp.

Loại Mesa (Mesa type)

Một quá trình tạo rãnh là cần thiết trên loại mesa, nhưng chip Diode trở nên nhỏ hơn và quá trình khuếch tán cũng rất đơn giản.

3.2.3 Các đặc điểm cơ bản của Diode (Basic Characteristics of Diode)

 Đặc tính tĩnh của diode (Static characteristics of diode)

Hình 3. 0-1: Đồ thi V-A của Diode

Điện áp rơi VF được gọi là điện áp chuyển tiếp ứng với dòng IF chuyển tiếp, VF lý tưởng là rất nhỏ xem như bằng không volt.

Ngoài ra, dòng điện nhỏ chảy qua mối nối khi điện áp ngược VR được áp thì có dòng qua mối nối được gọi là dòng ngược IR và IR nhỏ là lý tưởng.

 Đặc tính động của diode (Dynamic characteristics of diode)

Đặc tính động hay còn gọi là đặc tính chuyển mạch (switching characteristics) lúc này Diode giống như 1 công tắc

Hình 3. 0-2 : Chế độ động của Diode

Như được chỉ ra trong các hình trên, khi trạng thái diode thay đổi từ dòng chảy thuận sang nghịch đột ngột, hiện tượng đảo chiều xảy ra. Dòng điện này được gọi là dòng hồi phục.

3.3. Phân loại Diode

Tất cả Diode được sử dụng đều cấu tạo từ Diode tiếp giáp P - N. Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm với Diode tiếp giáp P - N. Để bù đắp cho những nhược điểm này, các Diode phục hồi nhanh (FRD) và Diode hàng rào Schottky (SBD) đã được phát triển. Tuy nhiên, không có tên đặc biệt cho Diode tiếp giáp P – N vì vậy chúng được gọi là Diode chỉnh lưu.

3.3.1 Diode Zener

Một diode zener là một loại thiết bị đặc biệt được thiết kế để hoạt động trong vùng phân tích zener. Diode zener hoạt động giống như Diode tiếp giáp P – N bình thường trong điều kiện phân cực thuận. Khi điện áp phân cực thuận được áp dụng cho diode zener, nó cho phép một lượng lớn dòng điện chạy qua và chỉ chặn một lượng nhỏ dòng điện.

Tên diode zener được đặt tên theo nhà vật lý người Mỹ Clarance Melvin Zener, người đã khám phá ra hiệu ứng zener. Diode Zener được sử

dụng rộng rãi trong tất cả các loại thiết bị điện tử. Diode Zener được sử dụng chủ yếu để bảo vệ các mạch điện tử khỏi quá áp.

Ký hiệu của diode zener (Symbol of zener diode)

Diode zener bao gồm hai thiết bị đầu cuối: cathode và anode. Ký hiệu của diode zener tương tự như diode nối tiếp P - Nbình thường, nhưng với các cạnh cong trên thanh dọc. Ký hiệu của diode zener được thể hiện trong hình bên dưới

Hình 3.0-3 : Hình dáng và ký hiệu của Diode Zener

Trong diode zener, dòng điện chạy từ cả hai hướng từ cực dương tới cực âm và từ cực âm đến cực dương.

Diode Zener được pha tạp nhiều hơn so với diode chỉnh lưu. Do đó, nó có vùng suy giảm rất mỏng. Do đó, Diode zener cho phép nhiều dòng điện hơn các Diode tiếp giáp P – N bình thường.

Diode Zener cho phép dòng điện theo hướng thuận giống như một diode bình thường nhưng cũng cho phép dòng điện theo hướng ngược lại nếu điện áp đảo ngược được áp dụng lớn hơn điện áp zener. Zener diode luôn

được kết nối theo hướng ngược lại bởi vì nó được thiết kế đặc biệt để hoạt động theo hướng ngược lại.

Điện áp đánh thủng (breakdown voltage) của diode zener phụ thuộc vào lượng doping được áp dụng. Nếu diode bị pha tạp nặng, sự cố zener xảy ra ở điện áp ngược thấp. Mặt khác, nếu diode được pha tạp nhẹ, thì sự cố zener xảy ra ở điện áp ngược cao. Diode zener có sẵn với điện áp zener trong khoảng 1.8V đến 400V.

Hình 3. 0-4: Đặc tuyến volt-ampere của diode zener Ưu điểm của diode zener (Advantages of zener diode)

- Công suất tản điện rất cao

- Độ chính xác cao

- Kích thước nhỏ

- Giá thấp

Ứng dụng diode zener (Applications of zener diode)

- Nó thường được sử dụng như điện áp tham chiếu (voltage reference)

- Diode zener được sử dụng trong bộ ổn áp điện áp hoặc bộ điều chỉnh shunt.

- Diode Zener được sử dụng trong các hoạt động chuyển mạch (switching)

- Diode zener được sử dụng trong cắt và kẹp mạch (clipping and clamping circuits).

- Diode Zener được sử dụng trong các mạch bảo vệ (protection circuits)

3.3.2 Diode trượt tuyết (Diode Avalanche)

Một diode avalanche là một loại thiết bị bán dẫn đặc biệt được thiết kế để hoạt động trong vùng ngược. Avalanche Diode được sử dụng như van xả (một loại van được sử dụng để kiểm soát áp lực trong một hệ thống) để bảo vệ hệ thống điện từ điện áp dư thừa.

Ký hiệu của diode trượt tuyết

Ký hiệu của avalanche và zener diode là như nhau. Avalanche diode bao gồm hai cực: cực dương và cực âm. Diode avalanche như hình bên dưới.

Hình 3. 0-5: Hình ảnh thật về Avalanche diode Các ứng dụng của Diode tuyết lở

Avalanche Diode có thể được sử dụng như máy phát tiếng ồn trắng.

Avalanche Diode được sử dụng trong việc bảo vệ các mạch.

3.3.3 Diode laser

Một diode laser là một thiết bị quang điện, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng để tạo ra ánh sáng mạch với cường độ cao. Trong diode laser, mối nối P – N của diode hoạt động như môi trường laser hoặc môi trường hoạt động.

Hoạt động của diode laser gần giống với diode phát sáng (LED). Sự khác biệt chính giữa diode LED và laser là LED phát ra ánh sáng không mạch lạc trong khi diode laser phát ra ánh sáng kết hợp.

Ưu điểm của Diode laser

- Cấu tạo đơn giản

- Nhẹ

- Rất rẻ

- Kích thước nhỏ

- Độ tin cậy cao so với các loại laser khác.

- Tuổi thọ lâu

- Hiệu quả cao

- Gương không bắt buộc trong laser bán dẫn.

- Sự tiêu thụ ít điện năng

Nhược điểm của Diode laser

- Không thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi công suất cao.

- Laser bán dẫn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.

Các ứng dụng Diode laser

- Diode laser được sử dụng trong con trỏ laser.

- Diode laser được sử dụng trong truyền thông sợi quang.

- Diode laser được sử dụng trong đầu đọc mã vạch.