Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của Diode – TRI THỨC TỐT

Nguyên lý và cấu trúc

Diode được cấu trúc bằng mối nối P-N, lớp N thừa điện tử, lớp P thiếu điện tử đồng thờ chứa những thành phần mang điện dạng lỗ trống tạo ra hàng rào điện thế vào khoảng chừng 0,6 V .

Phân cực ngược:

Phân cực thuận:

Ở nhiệt độ thông thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện .
Loại P. : thành phần mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương .
Loại N : thành phần mang điện là những electron – mang điện tích âm .

Khi ta đặt một điện áp lên diode, cực dương gắn với lớp P. và cực âm gắn với lớp N, khi đó điện tử được chuyển từ lớp N qua lớp P. Còn những hạt mang điện được chuyển từ lớp P. sang lớp N và như vậy có một dòng điện chạy qua diode .
Khi điện áp ngược được đặt lên diode ( cực dương gắn với lớp N và cực âm gắn với lớp P. ), điện tử và thành phần mang điện dạng lỗ trống và những điện tử tự do bị kéo ra xa mối nối, hiệu quả chỉ có dòng điện rò vào khoảng chừng vài mA hoàn toàn có thể chạy qua .
Khi điện áp ngược liên tục tăng những điện tích cũng tăng gia tốc gây lên va chạm dây chuyền sản xuất làm hàng rào điện thế bị chọc thủng và diode mất đặc thù dẫn điện theo một chiều ( diode bị hỏng ) .
Trên hình vẽ, đầu ra của lớp P. gọi là Anode ( A ) và lớp N là Cathode ( K ) .

Đặc tính Volt – Ampere ( V – A )

Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện (nằm ở góc phần tư I) và nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm ở góc phần tư III). 
Giải thích các ký hiệu :

– U0 : điện áp khóa của diode, U0 = 0,3 V  0,6 V tùy theo chất bán dẫn .
– UF : điện áp thuận của diode
– UR : điện áp ngược của diode ( điện áp đánh thủng )
– IF : dòng điện thuận chạy qua diode .

Trạng thái đóng ngắt:

Khi điện áp đặt vào anode và cathode lớn hơn điện áp khóa của diode thì diode sẽ dẫn điện, ngược lại thì diode sẽ khóa ( không dẫn điện ) .
– UAK > U0 : diode dẫn điện .
– UAK < U0 : diode ngưng dẫn . Ta xét với trườg hợp diode ly tưởng : – UAK > 0 : diode dẫn điện .
– UAK < 0 : diode ngưng dẫn .

Các đặc thù động của Diode

Quá trình chuyển mạch là quy trình diode chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái ngắt .
Trong khoảng chừng [ 0 – t0 ] diode dẫn và dòng qua nó là dòng thuận IF .

Tại thờ điểm t0 diode ngắt, dòng qua diode (dòng thuận) giảm dần về 0.

Khi t = t1 : dòng thuận tiến tới 0, nhưng do hoạt động của những hạt dẫn nên diode liên tục dẫn với dòng có chiều ngược lại .
Khi t = t2 : những hạt dẫn tiêu tán hết, diode Phục hồi năng lực khoá áp ngược .
Khi t = t3 : dòng ngược giảm về 0. Qúa trình ngắt diode kết thúc .
Thờ gian phục sinh tính nghịch : trr = t3 – t1 ≤ 10-6 s .

Mạch bảo vệ Diode

Để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho diode công suất, ta
mắc song song với diode mạch lọc RC. Tuy nhiên, các diode công suất trên thực tế đã
tích hợp sẳn mạch RC.

Các đại lượng định mức của diode

Điện áp định mức : là điện áp ngược lớn nhất ( URM ) hoàn toàn có thể lặp lại tuần hoàn trên diode .
Dòng điện định mức : là dòng điện thuận lớn nhất ( IFM ) chạy qua diode mà không làm cho diode bị hỏng .
Để tăng năng lực chịu áp tải ta ghép nối tiếp những diode, để tăng năng lực chịu dòng tải ta ghép song song những diode .

Các thông số kỹ thuật chính của diode

Điện áp:

– Giá trị điện áp đánh thủng UBR
– Giá trị cực lớn điện áp ngược lập lại : URRM
– Giá trị cực lớn điện áp ngược không lập lại : URSM

Dòng điện:

– Giá trị trung bình cực lớn dòng điện thuận : IF ( AV ) M
– Giá trị cực lớn dòng điện thuận không lập lại : IFSM

Đặc tính phục sinh của diode

Khi chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái khóa, có khoảng chừng thời hạn ngắn diode dẫn dòng ngược gọi là thời hạn hồi sinh ngược trr ( rr : reverse recovery ) trước khi thật sự khóa. Dòng điện này ứng với việc xả và nạp nược lại những điện tích của mối nối ( tương ứng tụ điện mối nối ) khi diode bị phân cực nghịch .

– trr có trị số khá lớn ở diode tần số công nghiệp làm cho chúng không hề làm việc ở vài chục KHz, nhưng khá bé, cỡ vài micro giây ở diode hồi sinh nhanh ( fast recovery ). Ngoài trr, đặc tính phục sinh của diode còn đặc trưng qua điện tích Qrr là tích phân của dòng điện ngược theo t .
– Ảnh hưởng của đặc tính phục sinh : Diode phục sinh nhanh ( được dùng cho mạch đóng ngắt tần số cao ). Dòng ngược tăng dần đến Ir và giảm về 0 rất nhanh sau đó. Sự đổi khác bất ngờ đột ngột tạng thái của dòng điện này sẽ tạo ra quá áp cho những thành phần mạch hay gây nhiễu do những L của mạch hay ký sinh do vận tốc tăng ( giảm ) dòng di / dt lớn .
Ta có trr = ta + tb. Nếu cho tb là không đáng kể thì trr = ta .
Vậy với Qrr cho trước, để giảm Ir cần phải hạn chế di / dt khi khóa .

Không chỉ diode, SCR với tư cách là chỉnh lưu có điều khiển cũng gặp vấn đề tương tự.
Xem thêm:
Nguyên lý bảo vệ so lệch máy phát 87G
Mô hình hệ thống điều khiển SCADA

Phân loại Diode

Theo sụt áp thuận, loại thường ( dùng silic ) từ 0,6 đến 1,2 V, thường tính bằng 1V. Ở mạch dòng lớn hơn, áp thấp hoàn toàn có thể dùng công nghệ tiên tiến Schottky, để có sụt áp thuận bé 0,2 – 0,4 V .
Có loại diode dòng bé dùng cho mạch giải quyết và xử lý tín hiệu, diode hiệu suất chịu dòng lớn hơn cho mạch điện tử hiệu suất, diode làm việc ở mạch cao tần có tụ điện mối nối bé .

Diode công suất chia làm hai loại: dùng ở tần số công nghiệp (diode chỉnh lưu) và diode dùng cho mạch đóng ngắt ở tần số cao.

Có thể bạn thích: Mô hình trạm biến áp ngầm, trạm biến áp trong nhà, trạm biến áp ngoài trời.

Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử