|
}}
'''ĐiốtDiode bán dẫn''', haygọi ''[[Diod]]''tắt là Diode là một loại ''[[linh kiện bán dẫn]]'' chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại.<ref>{{Chú thích web|url=https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-3/introduction-to-diodes-and-rectifiers/|tựa đề=Introduction to Diodes And Rectifiers|tác giả=|họ=|tên=|ngày=|website=allaboutcircuits.com|url lưu trữ=|ngày lưu trữ=|url hỏng=|ngày truy cập=2020-11-04}}</ref>
Có nhiều loại điốtdiode bán dẫn, như [[điốt chỉnh lưu|diode chỉnh lưu]] thông thường, [[điốt Zener|diode Zener]], [[LED]]. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối [[bán dẫn loại P]] ghép với một khối [[bán dẫn loại N]] và được nối với 2 chân ra là [[anode]] và cathode.
''Điốt''Diode là [[linh kiện bán dẫn]] đầu tiên. Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật lý người Đức [[Ferdinand Braun]] phát hiện năm 1874. Điốtdiode bán dẫn đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như [[galena]]. Ngày nay hầu hết các đi ốt được làm từ [[silic]], nhưng các chất bán dẫn khác như [[selen]] hoặc [[germani]] thỉnh thoảng cũng được sử dụng.<ref>{{chú thích web|url=http://www.element-14.com/community/docs/DOC-22518/l/the-constituents-of-semiconductor-components |title=The Constituents of Semiconductor Components|tác giả=|họ=|tên=|date = ngày 25 tháng 5 năm 2010|website=|url lưu trữ=|accessdatengày lưu trữ=|url hỏng=yes|accessdate=ngày 6 tháng 8 năm 2010}}</ref>
'''ĐiốtDiode bán dẫn''', loại sử dụng phổ biến nhất hiện nay, là các mẫu vật liệu bán dẫn kết tinh với cấu trúc p-n được nối với hai chân ra là [[anode]] và [[cathode]].<ref>{{chú thích web|url=http://www.element-14.com/community/docs/DOC-22519/l/physical-explanation--general-semiconductors |title=Physical Explanation – General Semiconductors |date = ngày 25 tháng 5 năm 2010 |accessdate = ngày 6 tháng 8 năm 2010}}</ref>
== Hoạt động ==
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).
[[Tập tin:PnJunction-E.PNG|nhỏ|trái|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 0.7V đối với điốtdiode làm bằng bán dẫn [[silíc|Si]] và khoảng 0.3V đối với điốtdiode làm bằng bán dẫn [[gécmani|Ge]].
[[Tập tin:PnJunction-Diode-ForwardBias.PNG|nhỏ|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]]'' (depletion region). 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 điốtdiode <ref name =voer-bdan >[http://voer.edu.vn/c/chat-ban-dan/5ac39975/dfabe650 Kỹ thuật điện tử: Chất bán dẫn]. Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER), 2015. Truy cập 15/01/2019.</ref>
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch 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 khuếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và [[vùng nghèo]] càng trở nên nghèo hạt điện tự do. Nói cách khác điốtdiode chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.[[Tập tin:PnJunction-Diode-ReverseBias.PNG|nhỏ|trái|Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.]]
Điốtdiode chỉ dẫn điện theo một chiều từ [[anode]] sang [[cathode]]. Theo nguyên lý dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dòng điện qua điốtdiode theo chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở [[anode]] một điện thế cao hơn ở [[cathode]]. Khi đó ta có U<sub>AK</sub> > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (U<sub>tiếp xúc</sub>). Như vậy muốn có dòng điện qua điốtdiode 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 điốtdiode.
Khi U<sub>AK</sub> > 0, ta nói điốtdiode phân cực thuận và dòng điện qua điốtdiode lúc đó gọi là dòng điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức I-FORWARD hoặc ID tức I-DIODE). Dòng điện thuận có chiều từ [[anode]] sang [[cathode]].
Khi U<sub>AK</sub> đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốtdiode trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của điốtdiode lúc đó rất thấp (tầm 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 U<sub>tiếp xúc</sub>. Thông thường phần điện áp dùng để cân bằng với U<sub>tiếp xúc</sub> 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 điốtdiode khoảng 0.6V đến 1.1V. Ngưỡng 0.6V là ngưỡng điốtdiode bắt đầu dẫn và khi U<sub>AK</sub> = 0.7V thì dòng qua Diodediode khoảng vài chục mA.
Nếu Diodediode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược [[cathode]] sang [[anode]]. Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu điốtdiode 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 điốtdiode chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốtdiode bị đánh thủng, dòng điện qua điốtdiode tăng nhanh và đốt cháy điốtdiode. Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây:
* Dòng điện thuận qua điốtdiode 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 U<sub>KA</sub>) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của điốtdiode, cũng do nhà sản xuất cung cấp).
Ví dụ điốtdiode 1N4007 có thông số kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp như sau: VBR=1000V, IF<sub>max</sub> = 1A, VF¬ = 1.1V khi IF = IF<sub>max</sub>. Những thông số trên cho biết:
* Dòng điện thuận qua điốtdiode không được lớn hơn 1A.
* Điện áp ngược cực đại đặt lên điốtdiode không được lớn hơn 1000V.
* Điện áp thuận (tức U<sub>AK</sub>)có thể tăng đến 1.1V nếu dòng điện thuận bằng 1A. Cũng cần lưu ý rằng đối với các điốtdiode chỉnh lưu nói chung thì khi U<sub>AK</sub> = 0.6V thì điốtdiode đã bắt đầu dẫn điện và khi U<sub>AK</sub> = 0.7V thì dòng qua điốtdiode đã đạt đến vài chục mA.
=== Đặc tuyến Volt-Ampere ===
[[Tập tin:KennlinieIdealeDiode00.svg|nhỏ|Đặc tuyến Volt-Ampere của một điốtdiode bán dẫn lý tưởng.]]
Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua điốtdiode theo điện áp UAK đặt vào nó. Có thể chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn:
* Giai đoạn ứng với U<sub>AK</sub> = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốtdiode phân cực thuận.
* Giai đoạn ứng với U<sub>AK</sub> = 0.7V< 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốtdiode phân cực nghịch.
''(U<sub>AK</sub> lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các điốtdiode Si, với điốtdiode Ge thông số này khác)''
Khi điốtdiode được phân cực thuận và [[dẫn điện]] thì dòng điện chủ yếu phụ thuộc vào [[điện trở]] của mạch ngoài (được mắc [[mạch điện nối tiếp|nối tiếp]] với điốtdiode). Dòng điện phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của điốtdiode vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở của mạch điện.
== Ứng dụng ==
Vì điốtdiode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ [[anode]] đến [[cathode]] khi phân cực thuận nên điốtdiode được dùng để chỉnh lưu dòng [[điện xoay chiều]] thành dòng [[điện một chiều]].
Ngoài ra điốtdiode có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốtdiode được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức [[điện áp]]. ĐiốtDiode 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 điốtdiode được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
== Ký hiệu điện tử ==
''[[Ký hiệu điện tử]]'' dùng để chỉ điốtdiode trong [[sơ đồ mạch điện|sơ đồ mạch]] để chỉ các loại điốtdiode khác nhau.
<center><gallery>
== Xem thêm ==
* [[Điốt#Một số loại Điốt|Một số loại Điốtdiode]]
* [[Linh kiện điện tử]]
* [[Ký hiệu điện tử]]
| 