Điốt

Giới thiệu

Một khi bạn tốt nghiệp từ các thành phần đơn giản, thụ động là điện trở , tụ điện và cuộn cảm, đã đến lúc bước lên thế giới tuyệt vời của chất bán dẫn. Một trong những thành phần bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất là diode.

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ đề cập đến:

Diode là gì!?
Lý thuyết vận hành diode
Các thuộc tính diode quan trọng
Các loại điốt khác nhau
Điốt trông như thế nào
Ứng dụng diode điển hình

cách đọc được đề nghị

Một số khái niệm trong hướng dẫn này được xây dựng dựa trên kiến thức điện tử trước đây. Trước khi tham gia vào hướng dẫn này, hãy cân nhắc việc đọc (ít nhất là đọc lướt qua) những điều này trước:

Điốt lý tưởng

Chức năng chính của một diode lý tưởng là điều khiển hướng của dòng điện. Dòng điện đi qua một diode chỉ có thể đi theo một hướng, được gọi là hướng thuận. Hiện tại cố gắng để chảy theo hướng ngược lại bị chặn. Chúng giống như van một chiều của thiết bị điện tử.

Nếu điện áp trên một diode là âm, không có dòng điện nào có thể chạy * và diode lý tưởng trông giống như một mạch mở. Trong tình huống như vậy, diode được cho là tắt hoặc đảo ngược .

Miễn là điện áp trên diode không âm, nó sẽ "bật" và dẫn dòng điện. Lý tưởng nhất là * một diode sẽ đóng vai trò như một mạch ngắn (0V trên nó) nếu nó được tiến hành hiện nay. Khi một diode đang dẫn dòng điện, nó sẽ bị lệch về phía trước (biệt ngữ điện tử cho "bật").

Mối quan hệ điện áp hiện tại của một diode lý tưởng. Bất kỳ điện áp âm tạo ra dòng điện bằng không - một mạch mở. Miễn là điện áp không âm, diode trông giống như một mạch ngắn.

Đặc điểm Diode lý tưởng
Chế độ hoạt động	Bật (Chuyển tiếp thiên vị)	Tắt (Đảo ngược)
Hiện tại thông qua	Tôi> 0	Tôi = 0
Điện áp trên	V = 0	V <0
Diode trông giống như	Ngắn mạch	Mạch hở

Biểu tượng mạch

Mỗi diode có hai thiết bị đầu cuối - các kết nối ở mỗi đầu của thành phần - và các thiết bị đầu cuối đó được phân cực , có nghĩa là hai thiết bị đầu cuối khác nhau. Điều quan trọng là không trộn lẫn các kết nối trên một diode. Đầu cực dương của một diode được gọi là cực dương , và đầu âm được gọi là cực âm . Dòng điện có thể chảy từ đầu cực dương đến cực âm, nhưng không phải là hướng khác. Nếu bạn quên cách dòng điện chạy qua một diode, hãy cố gắng ghi nhớ ACID ghi nhớ : "dòng anode trong diode" (cũng là cực âm cực dương là diode ).

Ký hiệu mạch của một diode tiêu chuẩn là một hình tam giác hướng lên trên một đường thẳng. Như chúng ta sẽ trình bày ở phần sau của hướng dẫn này , có nhiều loại diode, nhưng thông thường biểu tượng mạch của chúng sẽ trông giống như thế này:

Thiết bị đầu cuối đi vào cạnh phẳng của tam giác đại diện cho cực dương. Dòng điện chạy theo hướng mà tam giác / mũi tên đang chỉ, nhưng nó không thể đi theo hướng khác.

Trên đây là một vài ví dụ mạch diode đơn giản. Ở bên trái, diode D1 được phân cực thuận và cho phép dòng điện chạy qua mạch. Về bản chất nó trông giống như một mạch ngắn. Ở bên phải, diode D2 bị phân cực ngược. Dòng điện không thể chạy qua mạch, và về cơ bản nó trông giống như một mạch mở.

* Hãy cẩn thận! Dấu hoa thị! Không hoàn toàn đúng ... Thật không may, không có thứ gọi là diode lý tưởng . Nhưng đừng lo lắng! Điốt thực sự là có thật, chúng chỉ có một vài đặc điểm khiến chúng hoạt động ít hơn một chút so với mô hình lý tưởng của chúng tôi ...

Đặc điểm Diode thực

Lý tưởng nhất là điốt sẽ chặn bất kỳ và tất cả dòng điện chạy ngược chiều, hoặc chỉ hoạt động như một mạch ngắn nếu dòng chảy về phía trước. Thật không may, hành vi diode thực tế không hoàn toàn lý tưởng. Điốt tiêu thụ một lượng điện năng khi dẫn dòng điện phía trước và chúng sẽ không chặn tất cả dòng điện ngược. Điốt trong thế giới thực phức tạp hơn một chút và tất cả chúng đều có các đặc điểm duy nhất xác định cách chúng thực sự hoạt động.

Mối quan hệ hiện tại-điện áp

Đặc tính diode quan trọng nhất là mối quan hệ hiện tại - điện áp ( iv ). Điều này xác định dòng điện chạy qua một thành phần là gì, với điện áp được đo trên nó. Chẳng hạn, điện trở có mối quan hệ iv tuyến tính đơn giản ... Định luật Ohm . Các iv đường cong của một diode, tuy nhiên, là hoàn toàn không -linear. Nó trông giống như thế này:

Mối quan hệ hiện tại-điện áp của một diode. Để phóng đại một vài điểm quan trọng trên cốt truyện, các thang đo ở cả hai nửa tích cực và tiêu cực không bằng nhau.

Tùy thuộc vào điện áp đặt trên nó, một diode sẽ hoạt động ở một trong ba vùng:

Chuyển tiếp phân cực : Khi điện áp trên diode dương, diode sẽ "bật" và dòng điện có thể chạy qua. Điện áp phải lớn hơn điện áp chuyển tiếp (V F ) để dòng điện có giá trị đáng kể.
Sai lệch ngược : Đây là chế độ "tắt" của diode, trong đó điện áp nhỏ hơn V F nhưng lớn hơn -V BR . Trong chế độ này, dòng điện hiện tại (phần lớn) bị chặn và diode bị tắt. Một lượng rất nhỏ dòng điện (theo thứ tự của nA) - được gọi là dòng bão hòa ngược - có thể chảy ngược qua diode.
Sự cố : Khi điện áp đặt trên diode rất lớn và âm, rất nhiều dòng điện sẽ có thể chạy theo hướng ngược lại, từ cực âm sang cực dương.

Điện áp chuyển tiếp

Để "bật" và dẫn dòng điện theo hướng thuận, một diode yêu cầu một lượng điện áp dương nhất định được đặt trên nó. Điện áp điển hình cần thiết để bật diode được gọi là điện áp thuận (V F ). Nó cũng có thể được gọi là điện áp cắt hoặc điện áp .

Như chúng ta đã biết từ đường cong iv , dòng điện qua và điện áp trên một diode phụ thuộc lẫn nhau. Nhiều dòng điện hơn có nghĩa là điện áp nhiều hơn, điện áp ít hơn có nghĩa là dòng điện ít hơn. Tuy nhiên, khi điện áp đạt được mức điện áp chuyển tiếp, tuy nhiên, dòng điện tăng lớn vẫn chỉ có nghĩa là điện áp tăng rất nhỏ. Nếu một diode hoàn toàn dẫn điện, thường có thể giả định rằng điện áp trên nó là định mức điện áp chuyển tiếp.

Một vạn năng với một khung cảnh diode có thể được sử dụng để đo (mức tối thiểu của) của diode điện áp thả về phía trước.

V F của một diode cụ thể phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn mà nó tạo ra. Thông thường, một diode silicon sẽ có V F khoảng 0,6-1V . Một diode dựa trên Germanium có thể thấp hơn, khoảng 0,3V. Các loại của diode cũng có một số tầm quan trọng trong việc xác định điện áp thả về phía trước; điốt phát sáng có thể có V F lớn hơn nhiều , trong khi điốt Schottky được thiết kế đặc biệt để có điện áp chuyển tiếp thấp hơn nhiều so với thông thường.

Sự cố điện áp

Nếu một điện áp âm đủ lớn được đặt vào diode, nó sẽ cho vào và cho phép dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Điện áp âm lớn này được gọi là điện áp đánh thủng . Một số điốt thực sự được thiết kế để hoạt động trong khu vực sự cố, nhưng đối với hầu hết các điốt bình thường, chúng không bị ảnh hưởng bởi điện áp âm lớn.

Đối với điốt bình thường, điện áp sự cố này là khoảng -50V đến -100V, hoặc thậm chí âm hơn.

Diode Datasheets

Tất cả các đặc điểm trên phải được chi tiết trong biểu dữ liệu cho mỗi diode. Ví dụ: biểu dữ liệu này cho diode 1N4148 liệt kê điện áp chuyển tiếp tối đa (1V) và điện áp sự cố (100V) (trong số rất nhiều thông tin khác):

Một biểu dữ liệu thậm chí có thể cung cấp cho bạn một biểu đồ điện áp hiện tại trông rất quen thuộc, để biết thêm chi tiết về cách thức hoạt động của diode. Biểu đồ này từ biểu dữ liệu của diode mở rộng phần cong về phía trước của đường cong iv . Lưu ý cách dòng điện yêu cầu nhiều điện áp hơn:

Biểu đồ đó chỉ ra một đặc tính diode quan trọng khác - dòng chuyển tiếp tối đa. Cũng giống như bất kỳ thành phần nào, điốt chỉ có thể tiêu tan rất nhiều năng lượng trước khi chúng thổi. Tất cả các điốt nên liệt kê dòng điện tối đa, điện áp ngược và tản điện. Nếu một diode phải chịu nhiều điện áp hoặc dòng điện hơn mức có thể xử lý, hãy hy vọng nó sẽ nóng lên (hoặc tệ hơn; tan chảy, khói, ...).

Một số điốt rất phù hợp với dòng điện cao - 1A trở lên - một số khác như diode tín hiệu nhỏ 1N4148 được hiển thị ở trên có thể chỉ phù hợp với khoảng 200mA.

1N4148 đó chỉ là một mẫu nhỏ của tất cả các loại điốt khác nhau hiện có. Tiếp theo chúng ta sẽ khám phá những loại điốt tuyệt vời có những gì và mỗi loại phục vụ mục đích gì.

Các loại điốt

Điốt bình thường

Điốt tín hiệu

Điốt tín hiệu tiêu chuẩn là một trong những thành viên cơ bản nhất, trung bình, không rườm rà của họ diode. Chúng thường có điện áp chuyển tiếp trung bình cao và đánh giá dòng điện tối đa thấp. Một ví dụ phổ biến của một diode tín hiệu là 1N4148 .

Tín hiệu nhỏ Diode - 1N4148

COM-08588

0,15 ĐÔ LA

Mục đích rất chung, nó có mức giảm điện áp chuyển tiếp điển hình là 0,72V và xếp hạng dòng chuyển tiếp tối đa 300mA.

Một diode tín hiệu nhỏ, 1N4148. Lưu ý vòng tròn màu đen xung quanh diode, đánh dấu điểm nào của cực là cực âm.

Điốt điện

Một bộ chỉnh lưu hoặc diode công suất là một diode tiêu chuẩn có xếp hạng dòng tối đa cao hơn nhiều. Đánh giá hiện tại cao hơn này thường đi kèm với chi phí của điện áp chuyển tiếp lớn hơn. Các 1N4001 là một ví dụ của một diode điện.

Bộ chỉnh lưu Diode - 1A, 50V (1N4001)

COM-08589

0,15 ĐÔ LA

1N4001 có xếp hạng hiện tại là 1A và điện áp chuyển tiếp là 1.1V.

Một diode PTH 1N4001. Lần này một dải màu xám cho biết pin nào là cực âm.

Và, tất nhiên, hầu hết các loại diode cũng có nhiều loại gắn trên bề mặt. Bạn sẽ nhận thấy rằng mọi diode đều có một số cách (cho dù nhỏ hay khó nhìn) để chỉ ra cái nào trong hai chân là cực âm.

Điốt phát sáng (LED!)

Thành viên hào nhoáng nhất của họ diode phải là diode phát sáng (LED) . Các điốt này hoàn toàn sáng lên khi một điện áp dương được áp dụng.

Một số ít các đèn LED thông qua lỗ. Từ trái sang phải: một đèn màu vàng 3 mm , xanh lam 5 mm , xanh lục 10 mm , đỏ siêu sáng 5 mm , đèn LED RGB 5 mm và đèn LED 7 đoạn màu xanh .

Giống như điốt bình thường, đèn LED chỉ cho phép dòng điện qua một hướng. Họ cũng có một đánh giá điện áp chuyển tiếp, đó là điện áp cần thiết để họ sáng lên. Xếp hạng V F của đèn LED thường lớn hơn so với diode thông thường (1,2 ~ 3V) và nó phụ thuộc vào màu sắc mà đèn LED phát ra. Ví dụ, điện áp chuyển tiếp định mức của đèn LED Super Bright Blue là khoảng 3,3V, trong khi điện áp của đèn LED Super Bright Red có kích thước tương đương chỉ là 2,2V.

Rõ ràng bạn sẽ thường xuyên tìm thấy đèn LED trong các ứng dụng chiếu sáng. Chúng thật vui nhộn và thú vị! Nhưng hơn thế nữa, hiệu quả cao của chúng đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trong đèn đường, màn hình hiển thị, đèn nền, và nhiều hơn nữa. Các đèn LED khác phát ra ánh sáng mà mắt người không nhìn thấy được, như đèn LED hồng ngoại, là xương sống của hầu hết các điều khiển từ xa. Một cách sử dụng phổ biến khác của đèn LED là cách ly quang học một hệ thống điện áp cao nguy hiểm khỏi mạch điện áp thấp. Bộ cách ly quang kết hợp một đèn LED hồng ngoại với bộ cảm quang, cho phép dòng điện chạy khi phát hiện ánh sáng từ đèn LED. Dưới đây là một mạch ví dụ của một bộ cách ly quang. Lưu ý cách ký hiệu sơ đồ cho diode thay đổi so với diode bình thường. Biểu tượng LED thêm một vài mũi tên kéo dài ra từ biểu tượng.

Điốt Schottky

Một diode rất phổ biến khác là diode Schottky .

Đèn Schottky

COM-10926

0,15 ĐÔ LA

Thành phần bán dẫn của diode Schottky hơi khác so với diode thông thường và điều này dẫn đến việc giảm điện áp chuyển tiếp nhỏ hơn nhiều , thường nằm trong khoảng từ 0,15V đến 0,45V. Họ vẫn sẽ có một điện áp sự cố rất lớn mặc dù.

Điốt Schottky đặc biệt hữu ích trong việc hạn chế tổn thất, khi mỗi bit điện áp cuối cùng phải được tiết kiệm. Chúng đủ độc đáo để có được một biểu tượng mạch của riêng chúng, với một vài chỗ uốn cong ở cuối đường cực âm.

Điốt Zener

Điốt Zener là sự ruồng bỏ kỳ lạ của gia đình diode. Chúng thường được sử dụng để cố tình dẫn dòng điện ngược .

Diode Zener - 5.1V 1W

COM-10301

Zener được thiết kế để có điện áp đánh thủng rất chính xác, được gọi là sự cố zener hoặc điện áp zener . Khi đủ dòng chạy ngược qua zener, điện áp rơi trên nó sẽ giữ ổn định ở điện áp đánh thủng.

Lợi dụng đặc tính phá vỡ của chúng, điốt Zener thường được sử dụng để tạo ra một điện áp tham chiếu đã biết ở chính xác điện áp Zener của chúng. Chúng có thể được sử dụng như một bộ điều chỉnh điện áp cho các tải nhỏ, nhưng chúng không thực sự được chế tạo để điều chỉnh điện áp cho các mạch sẽ kéo một lượng đáng kể dòng điện.

Zeners đủ đặc biệt để có được biểu tượng mạch riêng, với các đầu lượn sóng trên đường cực âm. Biểu tượng thậm chí có thể định nghĩa chính xác điện áp zener của diode là gì. Đây là một diode zener 3,3V hoạt động để tạo ra một tham chiếu điện áp 3,3V vững chắc:

Photodiod

Photodiod là các điốt được chế tạo đặc biệt, thu năng lượng từ các photon ánh sáng (xem Vật lý, lượng tử) để tạo ra dòng điện. Loại hoạt động như một đèn LED chống.

Pin mặt trời thu nhỏ - BPW34

PRT-09541

$ 1,50

Một photodiode BPW34 (không phải là quý, điều nhỏ ở trên đó). Nhận nó dưới ánh mặt trời và nó có thể tạo ra khoảng vài sức mạnh của!

Pin mặt trời là ân nhân chính của công nghệ photodiode. Nhưng các điốt này cũng có thể được sử dụng để phát hiện ánh sáng, hoặc thậm chí giao tiếp quang học.

Ứng dụng điốt

Đối với một thành phần đơn giản như vậy, điốt có một phạm vi sử dụng rất lớn. Bạn sẽ tìm thấy một diode của một số loại chỉ trong mỗi mạch. Chúng có thể được đặc trưng trong bất cứ thứ gì, từ logic kỹ thuật số tín hiệu nhỏ đến mạch chuyển đổi điện áp cao. Hãy cùng khám phá một số ứng dụng này.

Bộ chỉnh lưu

Bộ chỉnh lưu là mạch chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) . Chuyển đổi này là rất quan trọng cho tất cả các loại thiết bị điện tử gia dụng. Tín hiệu AC phát ra từ các ổ cắm trên tường của nhà bạn, nhưng DC là nguồn cung cấp năng lượng cho hầu hết các máy tính và các vi điện tử khác.

Dòng điện trong các mạch xoay chiều thay thế theo nghĩa đen - nhanh chóng chuyển đổi giữa việc chạy theo hướng tích cực và tiêu cực - nhưng dòng điện trong tín hiệu DC chỉ chạy theo một hướng. Vì vậy, để chuyển đổi từ AC sang DC, bạn chỉ cần đảm bảo dòng điện không thể chạy theo hướng tiêu cực. Âm thanh như một công việc cho DIODES!

Một bộ chỉnh lưu nửa sóng có thể được tạo ra chỉ từ một diode. Nếu một tín hiệu AC, như sóng hình sin chẳng hạn, được gửi qua một diode thì bất kỳ thành phần âm nào đến tín hiệu đều bị cắt bỏ.

Dạng sóng điện áp đầu vào (đỏ / trái) và đầu ra (xanh / phải), sau khi đi qua mạch chỉnh lưu nửa sóng (giữa).

Bộ chỉnh lưu cầu sóng toàn phần sử dụng bốn điốt để chuyển đổi các bướu âm trong tín hiệu AC thành các bướu dương.

Mạch chỉnh lưu toàn sóng dạng sóng vào / ra

Mạch chỉnh lưu cầu (giữa) và dạng sóng đầu ra mà nó tạo ra (màu xanh / phải).

Các mạch này là một thành phần quan trọng trong các bộ nguồn AC-DC, biến tín hiệu 120 / 240VAC của ổ cắm trên tường thành tín hiệu DC 3,3V, 5V, 12V, v.v. Nếu bạn xé một cái mụn cóc trên tường , rất có thể bạn sẽ thấy một số điốt trong đó, khắc phục nó.

Bạn có thể nhận ra bốn điốt làm một bộ chỉnh lưu cầu trong bức tường này không?

Bảo vệ hiện tại ngược

Bao giờ dính pin sai cách? Hoặc chuyển lên dây điện màu đỏ và đen? Nếu vậy, một diode có thể là để cảm ơn cho mạch của bạn vẫn còn sống. Một diode được đặt nối tiếp với mặt tích cực của nguồn cung cấp được gọi là diode bảo vệ ngược. Nó đảm bảo rằng dòng điện chỉ có thể chạy theo chiều dương và nguồn điện chỉ áp dụng một điện áp dương cho mạch của bạn.

Ứng dụng diode này rất hữu ích khi đầu nối nguồn không bị phân cực, khiến nó dễ bị rối và vô tình kết nối nguồn cung cấp âm với cực dương của mạch đầu vào.

Hạn chế của một diode bảo vệ ngược là nó sẽ gây ra một số tổn thất điện áp do sụt áp phía trước. Điều này làm cho điốt Schottky là một lựa chọn tuyệt vời cho điốt bảo vệ ngược.

Cổng logic

Quên các bóng bán dẫn! Các cổng logic kỹ thuật số đơn giản , như AND hoặc OR, có thể được xây dựng từ các điốt.

Ví dụ, một cổng OR hai đầu vào diode có thể được xây dựng từ hai điốt với các nút cực âm dùng chung. Đầu ra của mạch logic cũng nằm ở nút đó. Bất cứ khi nào đầu vào (hoặc cả hai) là logic 1 (cao / 5V), đầu ra cũng trở thành logic 1. Khi cả hai đầu vào là logic 0 (thấp / 0V), đầu ra được kéo thấp qua điện trở.

Một cổng AND được xây dựng theo cách tương tự. Các cực dương của cả hai điốt được kết nối với nhau, đó là nơi đặt đầu ra của mạch. Cả hai đầu vào phải là logic 1 buộc dòng điện chạy về phía chân đầu ra và kéo nó lên cao. Nếu một trong hai đầu vào thấp, dòng điện từ nguồn 5V chạy qua diode.

Đối với cả hai cổng logic, có thể thêm nhiều đầu vào bằng cách thêm chỉ một diode.

Điốt Flyback và ức chế tăng điện áp

Điốt rất thường được sử dụng để hạn chế thiệt hại tiềm tàng từ điện áp lớn bất ngờ. Điốt ức chế điện áp thoáng qua (TVS) là các điốt đặc biệt, giống như điốt zener - điện áp đánh thủng thấp (thường khoảng 20V) - nhưng có xếp hạng công suất rất lớn (thường trong phạm vi kilowatt). Chúng được thiết kế để cắt dòng điện và hấp thụ năng lượng khi điện áp vượt quá điện áp đánh thủng.

Điốt Flyback làm một công việc tương tự như triệt tiêu các xung điện áp, đặc biệt là các cảm ứng được tạo ra bởi một thành phần cảm ứng, như một động cơ. Khi dòng điện qua một cuộn cảm đột ngột thay đổi, một xung điện áp được tạo ra, có thể là một xung cực âm rất lớn. Một diode flyback được đặt trên tải cảm ứng, sẽ cung cấp cho tín hiệu điện áp âm đó một đường dẫn an toàn để phóng điện, thực sự lặp đi lặp lại qua cuộn cảm và diode cho đến khi cuối cùng nó chết.

Đó chỉ là một số ít các ứng dụng cho thành phần bán dẫn nhỏ tuyệt vời này.

Điốt mua hàng

Bây giờ, hiện tại của bạn đang đi đúng hướng, đã đến lúc đưa kiến thức mới của bạn vào sử dụng tốt. Cho dù bạn đang tìm kiếm một điểm khởi đầu hay chỉ là dự trữ, chúng tôi đã có Bộ công cụ của Nhà phát minh cũng như các điốt riêng lẻ để lựa chọn.