Điốt (diode) và mạch chỉnh lưu là gì? Nguyên tắc cấu tạo

Diot (diode) là gì?

Điốt (Diode) bán dẫn hay còn gọi là Điốt, là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không chạy ngược lại. Điốt bán dẫn thường 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.

Mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được dùng trong các bộ nguồn một chiều hoặc mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến trong các thiết bị vô tuyến. Trong mạch chỉnh lưu thường chứa các Điốt bán dẫn để điều khiển dòng điện và các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Điốt (diode) và mạch chỉnh lưu là gì? Nguyên tắc cấu tạo của Diode (Điốt) và Mạch chỉnh lưu

Đầu tiên chúng ta cùng tìm hiểu Điốt là gì nhé?

Điốt là gì? (what is a Diode)

Một diode là một thiết bị điện cho phép dòng điện di chuyển qua nó theo một hướng dễ dàng hơn nhiều so với thiết bị kia. Loại diode phổ biến nhất trong thiết kế mạch hiện đại là diode bán dẫn , mặc dù các công nghệ diode khác tồn tại. Điốt bán dẫn được tượng trưng trong sơ đồ sơ đồ như Hình bên dưới.

Thuật ngữ “diode” được dành riêng cho các thiết bị tín hiệu nhỏ, I ≤ 1 A. Bộ chỉnh lưu thuật ngữ được sử dụng cho các thiết bị nguồn, I> 1 A.Điốt là gì?

Khi được đặt trong một mạch đèn pin đơn giản, diode sẽ cho phép hoặc ngăn dòng điện qua đèn, tùy thuộc vào cực của điện áp được áp dụng . (Hình bên dưới )


Diot (diode) là gì?

Nguyên tắc hoạt động của Điốt

Khi cực của pin là như vậy mà các electron được phép chảy qua diode, diode được cho là có xu hướng chuyển tiếp.
Ngược lại, khi pin “lạc hậu” và diode chặn dòng điện thì diode được cho là ngược lại . Một diode có thể được coi như một công tắc: “đóng” khi chuyển tiếp thành kiến ​​và “mở” khi đảo ngược xu hướng.
Thật kỳ lạ, sự chỉ đạo của “đầu mũi tên” của biểu tượng đi-ốt đối với hướng của dòng electron. Điều này là do biểu tượng diode được phát minh bởi các kỹ sư, chủ yếu sử dụng ký pháp dòng chảy thông thường trong sơ đồ của chúng, cho thấy dòng điện tích từ phía dương (+) của nguồn điện áp tới âm (-). Quy ước này đúng với tất cả các ký hiệu bán dẫn có “đầu mũi tên”: các mũi tên chỉ theo hướng cho phép của luồng thông thường và ngược lại hướng cho phép của dòng electron.
Hành vi Diode tương tự với hành vi của một thiết bị thủy lực gọi là van kiểm tra . Một van kiểm tra cho phép dòng chất lỏng chảy qua nó theo một hướng như trong hình bên dưới .Diot (diode) là gì?

Van kiểm tra

Van kiểm tra về cơ bản là các thiết bị hoạt động bằng áp suất: chúng mở và cho phép dòng chảy nếu áp suất trên chúng là “cực” để mở cổng (theo cách tương tự được hiển thị, áp suất chất lỏng lớn hơn bên phải). Nếu áp suất của “cực phân cực” đối diện, chênh lệch áp suất trên van kiểm tra sẽ đóng và giữ cổng sao cho không có dòng chảy nào xảy ra.

Giống như van kiểm tra, điốt về cơ bản là các thiết bị hoạt động “áp suất” (hoạt động bằng điện áp). Sự khác biệt cơ bản giữa thiên lệch về phía trước và sai lệch ngược là độ phân cực của điện áp rơi qua diode. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn mạch mạch pin-diode-đèn đơn giản được hiển thị trước đó, thời gian này điều tra điện áp giảm qua các thành phần khác nhau trong Hình bên dưới .Diot (diode) là gì?

Diode thiên vị

Một diode thiên vị chuyển tiếp tiến hành dòng điện và giảm một điện áp nhỏ trên nó, để lại hầu hết điện áp pin rơi qua đèn. Nếu cực của pin bị đảo ngược, diode sẽ bị đảo ngược, và giảm tất cả điện áp của pin để lại không cho đèn. Nếu chúng ta xem xét diode là một công tắc tự hành động (đóng trong chế độ thiên vị chuyển tiếp và mở ở chế độ ngược thiên vị), hành vi này có ý nghĩa. Sự khác biệt đáng kể nhất là diode giảm điện áp nhiều hơn khi tiến hành hơn công tắc cơ học trung bình (0,7 volt so với hàng chục milivolt).

Ngưỡng điện áp chuyển tiếp lệch thiên vị này được biểu diễn bởi diode là do tác động của vùng suy giảm được hình thành bởi đường giao nhau PN dưới ảnh hưởng của điện áp được áp dụng. Nếu không có điện áp được áp dụng là trên một diode bán dẫn, một vùng suy giảm mỏng tồn tại xung quanh khu vực của ngã ba PN, ngăn chặn dòng chảy dòng điện. (Hình bên dưới (a)) Vùng cạn kiệt hầu như không có các sóng mang điện có sẵn và hoạt động như một chất cách điện:Diot (diode) là gì?

Độ lệch ngược

Biểu đồ sơ đồ của diode được chỉ ra trong Hình trên (b) sao cho anôt (điểm cuối) tương ứng với chất bán dẫn loại P tại (a). Thanh catôt, đầu không trỏ, tại (b) tương ứng với vật liệu loại N tại (a). Cũng lưu ý rằng dải catôt trên phần vật lý (c) tương ứng với cực âm trên biểu tượng.

Nếu điện áp phân cực ngược được áp dụng trên đường giao nhau PN, vùng suy giảm này sẽ mở rộng, tiếp tục chống lại bất kỳ dòng điện nào qua nó. (Hình bên dưới )Diot (diode) là gì?

Ngược lại, nếu điện áp xu hướng chuyển tiếp được áp dụng trên đường giao nhau PN, vùng suy giảm sẽ sụp đổ trở nên mỏng hơn. Các diode trở nên ít điện trở dòng điện qua nó. Để cho một dòng điện bền vững đi qua diode; mặc dù, vùng suy giảm phải được thu gọn hoàn toàn bởi điện áp được áp dụng. Điều này có một điện áp tối thiểu nhất định để thực hiện, được gọi là điện áp chuyển tiếp như được minh họa trong Hình bên dưới.Diot (diode) là gì?

Phương trình Điốt

Đối với các điốt silic, điện áp chuyển tiếp điển hình là 0,7 volt, danh nghĩa. Đối với điốt germanium, điện áp chuyển tiếp chỉ là 0,3 volt. Thành phần hóa học của điểm nối PN bao gồm các diode tính cho hình điện áp danh định về phía trước của nó, đó là lý do tại sao silicon và điốt germanium có điện áp chuyển tiếp khác nhau. Chuyển tiếp giảm điện áp vẫn còn khoảng liên tục cho một loạt các dòng diode, có nghĩa là giảm điện áp diode không giống như của một điện trở hoặc thậm chí một chuyển đổi bình thường (đóng). Đối với phân tích mạch đơn giản nhất, sự sụt điện áp trên một diode dẫn điện có thể được coi là hằng số tại hình danh nghĩa và không liên quan đến lượng dòng điện.

Trên thực tế, chuyển tiếp điện áp thả là phức tạp hơn. Một phương trình mô tả dòng chính xác thông qua một diode, cho điện áp rơi qua ngã ba, nhiệt độ của đường giao nhau và một số hằng số vật lý. Nó thường được gọi là phương trình diode :phương trình DiodeThuật ngữ

Thuật ngữ kT / q mô tả điện áp được tạo ra trong đường giao nhau PN do tác động của nhiệt độ, và được gọi là điện áp nhiệt , hoặc V t của đường giao nhau. Ở nhiệt độ phòng, đây là khoảng 26 millivolts. Biết được điều này, và giả định hệ số “phi tính” của 1, chúng ta có thể đơn giản hóa phương trình diode và viết lại nó như sau:phương trình Điốt đơn giản

Bạn không cần phải quen thuộc với “phương trình diode” để phân tích các mạch diode đơn giản. Chỉ cần hiểu rằng điện áp rơi qua một diode dẫn điện dòng điện thay đổi với lượng dòng điện đi qua nó, nhưng sự thay đổi này là khá nhỏ so với một loạt các dòng. Đây là lý do tại sao nhiều sách giáo khoa chỉ đơn giản nói rằng sự sụt giảm điện áp trên một diode dẫn điện, bán dẫn vẫn không đổi ở mức 0,7 volt đối với silic và 0,3 volt đối với germanium.

Mối quan hệ

Tuy nhiên, một số mạch cố tình sử dụng mối quan hệ dòng / điện áp vốn có của đường giao nhau PN và do đó chỉ có thể được hiểu trong ngữ cảnh của phương trình này. Ngoài ra, vì nhiệt độ là một yếu tố trong phương trình diode, một tiếp giáp PN có khuynh hướng chuyển tiếp cũng có thể được sử dụng như một thiết bị cảm biến nhiệt độ, và do đó chỉ có thể hiểu được nếu người ta nắm bắt khái niệm về mối quan hệ toán học này.

Một diode ngược thiên vị ngăn dòng điện đi qua nó, do vùng suy giảm mở rộng. Trong thực tế, một lượng rất nhỏ dòng điện có thể và đi qua một diode phân cực ngược, được gọi là dòng  , nhưng nó có thể bị bỏ qua cho hầu hết các mục đích. Khả năng của một diode để chịu được điện áp ngược thiên vị bị hạn chế, vì nó là cho bất kỳ chất cách điện nào.

Nếu điện áp phân cực ngược áp dụng trở nên quá lớn, diode sẽ trải nghiệm một điều kiện được gọi là sự cố (Hình bên dưới ), thường là phá hoại. Điện áp nghịch đảo ngược cực đại của diode được gọi là điện áp nghịch đảo đỉnh , hoặc PIVvà có thể thu được từ nhà sản xuất. Giống như điện áp chuyển tiếp, chỉ số PIV của một diode thay đổi theo nhiệt độ, ngoại trừ PIV tăng với nhiệt độ tăng và giảm khi diode trở nên lạnh hơn – chính xác ngược lại với điện áp chuyển tiếp.đồ thị Diode

Thông thường, giá trị PIV của một diode “chỉnh lưu” chung là ít nhất 50 volt ở nhiệt độ phòng. Điốt với xếp hạng PIV trong nhiều nghìn volt có sẵn với giá khiêm tốn.

Mạch chỉnh lưu là gì?

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện – điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Mạch chỉnh lưu nửa sóng

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.

mạch chỉnh lưu nửa sóng

Mạch chỉnh lưu toàn sóng

Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4 điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.mạch chỉnh lưu toàn sóng

Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ âm (hoặc dương) của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh.

Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2 điốt nối đấu lưng với nhau (nghĩa là anốt-với-anốt hoặc catốt-với-catốt)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng.

mạch chỉnh lưu toàn sóng

Một mạch chỉnh lưu dùng đèn chân không thông dụng sử dụng một đèn có 1 catốt và 2 anốt trong cùng một vỏ bọc; Trong trường hợp này, 2 điốt chỉ cần một bóng chân không. Các đèn 5U4 và 5Y3 là những thí dụ thông dung nhất cho kiểu mạch này.

Mạch điện ba pha cần đến 6 điốt. Thông thường cần 3 cặp, nhưng không phải cùng loại với điốt đôi sử dụng trong chỉnh lưu một pha toàn sóng. Thay vào đó người ta dùng cặp điốt nối tiếp với nhau (catốt nối với anốt). Thường thì các điốt đôi sẽ được bố trí ra 4 chân, để có thể tùy ý đấu nối cho mạch chỉnh lưu toàn sóng một pha, hay mạch cầu một pha và ba pha.

Hầu thết các thiết bị phát sinh ra dòng điện xoay chiều (như máy phát điện xoay chiều) đều phát ra điện ba pha. Máy phát điện trên xe ô tô có 6 điốt lắp kiểu chỉnh lưu cầu ba pha để chỉnh lưu thành dòng điện một chiều, nạp điện cho bình ắc quy.

Điện áp ra của một mạch chỉnh lưu toàn sóng với các thyristor được điều khiển.
Điện áp ra của một mạch chỉnh lưu toàn sóng với các thyristor được điều khiển.

ÔN TẬP:

  • Một diode là một thành phần điện hoạt động như một van một chiều cho dòng điện.
  • Khi điện áp được áp dụng trên một diode trong một cách mà diode cho phép dòng điện, diode được cho là chuyển tiếp thiên vị .
  • Khi điện áp được áp dụng trên một diode trong một cách mà diode cấm dòng điện, diode được cho là đảo ngược thiên vị .
  • Điện áp rơi qua một diode tiến hành, chuyển tiếp thiên vị được gọi là điện áp chuyển tiếp . Chuyển tiếp điện áp cho một diode thay đổi chỉ một chút cho những thay đổi về phía trước dòng điện và nhiệt độ, và được cố định bởi các thành phần hóa học của ngã ba PN.
  • Silicon điốt có điện áp chuyển tiếp xấp xỉ 0,7 volt.
  • Điốt Germanium có điện áp chuyển tiếp xấp xỉ 0,3 volt.
  • Điện áp phân cực ngược cực đại mà một diode có thể chịu được mà không bị “phá vỡ” được gọi là điện áp nghịch đảo đỉnh , hoặc đánh giá PIV .

Bạn đang xem bài viết Điốt là gì? Mạch chỉnh lưu là gì? Nguyên tắc cấu tạo của Diode và mạch chỉnh lưu. Trong bài tới chúng ta cùng tìm hiểu về Cách thiết kế máy đo điện áp

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *