Thể loại: Bài viết nổi bật » Thợ điện Novice
Số lượt xem: 175831
Bình luận về bài viết: 8
Đặc điểm của điốt, thiết kế và tính năng ứng dụng
Đặc điểm của điốt, thiết kế và tính năng ứng dụng
Trong bài viết trước, chúng tôi đã bắt đầu khám phá diode bán dẫn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các tính chất của điốt, ưu điểm và nhược điểm của chúng, các thiết kế và tính năng khác nhau của ứng dụng trong các mạch điện tử.
Đặc tính điện áp hiện tại của diode
Đặc tính điện áp hiện tại (CVC) của diode bán dẫn được thể hiện trong Hình 1.
Ở đây, trong một hình, các đặc tính I - V của điốt Germanium (màu xanh) và silicon (màu đen) được hiển thị. Thật dễ dàng để nhận thấy rằng các đặc điểm rất giống nhau. Không có số trên các trục tọa độ, vì đối với các loại điốt khác nhau, chúng có thể khác nhau đáng kể: một diode mạnh có thể truyền một dòng điện trực tiếp vài chục ampe, trong khi một công suất thấp chỉ có thể truyền vài chục hoặc hàng trăm milliamp.
Có rất nhiều điốt của các mô hình khác nhau và tất cả chúng có thể có các mục đích khác nhau, mặc dù nhiệm vụ chính của chúng, thuộc tính chính là dẫn một chiều. Đây là tính chất cho phép sử dụng điốt trong bộ chỉnh lưu và thiết bị dò. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiện nay, điốt Germanium, cũng như bóng bán dẫn, không còn được sử dụng.
Hình 1. Đặc tính điện áp hiện tại của diode
Chi nhánh trực tiếp của CVC
Trong góc phần tư thứ nhất của hệ tọa độ, có một nhánh thẳng của đặc tính khi diode ở trong kết nối trực tiếp - cực dương của nguồn hiện tại, tương ứng là cực âm với cực âm, được nối với cực dương.
Khi Upr điện áp chuyển tiếp tăng, Ipr dòng điện phía trước cũng bắt đầu tăng. Nhưng trong khi sự gia tăng này không đáng kể, đường đồ thị có mức tăng nhẹ, điện áp tăng nhanh hơn nhiều so với hiện tại. Nói cách khác, mặc dù thực tế là diode được bật theo hướng thuận, không có dòng điện chạy qua nó, nhưng thực tế thì diode bị khóa.
Khi đạt đến một mức điện áp nhất định, một nút xoắn xuất hiện trên đặc tính: điện áp thực tế không thay đổi, và dòng điện đang tăng nhanh. Điện áp này được gọi là sụt áp trực tiếp trên các diode, trên các đặc tính được chỉ định là Uд. Đối với hầu hết các điốt hiện đại, điện áp này nằm trong khoảng 0,5 ... 1V.
Hình vẽ cho thấy điện áp trực tiếp cho một diode Germanium thấp hơn một chút (0,3 ... 0,4 V) so với silicon (0,7 ... 1,1 V). Nếu dòng điện trực tiếp qua diode được nhân với điện áp chuyển tiếp, thì kết quả sẽ không có gì khác hơn công suất tiêu tán của diode Pd = Ud * I.
Nếu công suất này vượt quá mức tương đối chấp nhận được, thì quá nóng và phá hủy đường giao nhau p-n có thể xảy ra. Đó là lý do tại sao tài liệu tham khảo được giới hạn ở dòng chuyển tiếp tối đavà không phải nguồn điện (người ta tin rằng điện áp chuyển tiếp đã biết). Để loại bỏ nhiệt dư thừa, điốt mạnh mẽ được cài đặt trên tản nhiệt - bộ tản nhiệt.
Công suất tiêu tán bởi diode
Những điều đã nói ở trên được giải thích trong Hình 2, cho thấy sự bao gồm của tải, trong trường hợp này là một bóng đèn, thông qua một diode.
Hình 2. Bật tải thông qua diode
Hãy tưởng tượng rằng điện áp định mức của pin và bóng đèn là 4,5V. Với sự bao gồm này, 1V giảm trên diode, sau đó chỉ 3,5V sẽ chạm tới bóng đèn. Tất nhiên, không ai thực tế sẽ thu thập một mạch như vậy, đây chỉ là để minh họa cách thức và điện áp trực tiếp trên diode ảnh hưởng.
Giả sử rằng bóng đèn đã giới hạn dòng điện trong mạch chính xác là 1A. Điều này là để dễ tính toán. Ngoài ra, chúng tôi sẽ không tính đến thực tế rằng bóng đèn là một phần tử phi tuyến tính và không tuân theo định luật Ohm (điện trở của xoắn ốc phụ thuộc vào nhiệt độ).
Thật dễ dàng để tính toán rằng tại các điện áp và dòng điện như vậy, diode tiêu tán công suất P = Ud * I hoặc 1V * 1A = 1W.Đồng thời, công suất tải chỉ 3,5V * 1A = 3,5W. Nó chỉ ra rằng hơn 28 phần trăm năng lượng được tiêu thụ một cách vô ích, hơn một phần tư.
Nếu dòng điện trực tiếp qua diode là 10 ... 20A, thì công suất lên tới 20W sẽ vô dụng! Nó có sức mạnh như vậy sắt hàn nhỏ. Trong trường hợp được mô tả, diode sẽ là một mỏ hàn như vậy.
Điốt Schottky
Một điều khá rõ ràng là người ta có thể thoát khỏi những tổn thất như vậy nếu điện áp rơi trực tiếp trên diode Ud bị giảm. Những điốt này được gọi là điốt schottky được đặt theo tên của nhà phát minh của nhà vật lý người Đức Walter Schottky. Thay vì tiếp giáp p-n, họ sử dụng tiếp giáp bán dẫn kim loại. Các điốt này có điện áp giảm trực tiếp 0,2 ... 0,4V, làm giảm đáng kể năng lượng được giải phóng bởi diode.
Có lẽ nhược điểm duy nhất của điốt Schottky là điện áp ngược thấp - chỉ vài chục volt. Giá trị tối đa của điện áp ngược 250V có kiểu dáng công nghiệp MBR40250 và các chất tương tự của nó. Hầu như tất cả các nguồn cung cấp năng lượng của thiết bị điện tử hiện đại đều có bộ chỉnh lưu trên điốt Schottky.
Nhánh ngược của CVC
Một trong những nhược điểm cần được xem xét là ngay cả khi diode được bật theo hướng ngược lại, dòng điện ngược lại vẫn chạy qua nó, bởi vì không có chất cách điện lý tưởng trong tự nhiên. Tùy thuộc vào mô hình của diode, nó có thể thay đổi từ nanoamp đến đơn vị microamp.
Cùng với dòng điện ngược, một lượng điện năng nhất định được phân bổ cho diode, bằng số với sản phẩm của dòng điện ngược và điện áp ngược. Nếu công suất này bị vượt quá, thì có thể xảy ra sự cố về tiếp giáp p-n, diode biến thành điện trở thông thường hoặc thậm chí là một dây dẫn. Trên nhánh ngược của đặc tính I - V, điểm này tương ứng với sự uốn cong của đặc tính xuống.
Thông thường, các thư mục không chỉ ra nguồn điện, nhưng một số điện áp ngược tối đa cho phép. Gần giống như giới hạn hiện tại về phía trước, đã được đề cập ở trên.
Trên thực tế thường có hai tham số này, cụ thể là dòng điện một chiều và điện áp ngược, là các yếu tố quyết định khi chọn một diode cụ thể. Đây là trường hợp khi diode được thiết kế để hoạt động ở tần số thấp, ví dụ, bộ chỉnh lưu điện áp có tần số của mạng công nghiệp 50 ... 60 Hz.
Ngã ba điện dung pn
Khi sử dụng điốt trong các mạch tần số cao, cần nhớ rằng tiếp giáp pn, giống như tụ điện, có điện dung, cũng phụ thuộc vào điện áp đặt vào tiếp giáp pn. Tính chất này của tiếp giáp p-n được sử dụng trong các điốt đặc biệt - varicaps được sử dụng để điều chỉnh các mạch dao động trong các máy thu. Đây có lẽ là trường hợp duy nhất khi công suất này được sử dụng cho tốt.
Trong các trường hợp khác, điện dung này có tác dụng gây nhiễu, làm chậm quá trình chuyển đổi của diode và làm giảm tốc độ của nó. Khả năng này thường được gọi là ký sinh. Nó được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3. Điện dung giả
Thiết kế của điốt.
Điốt phẳng và điểm
Để loại bỏ các tác động có hại của điện dung đi lạc, các điốt tần số cao đặc biệt, ví dụ như các điểm, được sử dụng. Thiết kế của một diode như vậy được hiển thị trong Hình 25.
Hình 4. Diode điểm
Một tính năng của diode điểm là thiết kế các điện cực của nó, một trong số đó là kim kim loại. Trong quá trình sản xuất, kim này có chứa tạp chất (người cho hoặc người nhận) được nấu chảy thành tinh thể bán dẫn, dẫn đến mối nối pn của độ dẫn cần thiết. Một quá trình chuyển đổi như vậy có diện tích nhỏ, và do đó, một điện dung đi lạc nhỏ. Do đó, tần số làm việc của điốt điểm đạt tới vài trăm megahertz.
Trong trường hợp sử dụng kim sắc nét hơn, thu được mà không cần mạ điện, tần số hoạt động có thể đạt tới vài chục gigahertz. Đúng, điện áp ngược của các điốt như vậy không quá 3 ... 5V và dòng điện phía trước bị giới hạn trong một vài milliamp.Nhưng xét cho cùng, các điốt này không phải là bộ chỉnh lưu, vì những mục đích này, như một quy luật, điốt phẳng được sử dụng. Thiết bị của một diode phẳng được thể hiện trong hình.
Hình 5. Diode phẳng
Dễ dàng thấy rằng một diode như vậy có diện tích tiếp giáp pn lớn hơn nhiều so với điểm một. Đối với các điốt mạnh, khu vực này có thể đạt tới 100 hoặc hơn milimet vuông, do đó dòng điện trực tiếp của chúng lớn hơn nhiều so với các điểm. Đó là điốt phẳng được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu hoạt động ở tần số thấp, theo quy luật, không quá vài chục kilohertz.
Ứng dụng của điốt
Bạn không nên nghĩ rằng điốt chỉ được sử dụng làm thiết bị chỉnh lưu và dò. Ngoài ra, có rất nhiều ngành nghề của họ. Đặc tính I - V của điốt cho phép sử dụng chúng khi cần xử lý phi tuyến tín hiệu tương tự.
Đó là các bộ biến tần, bộ khuếch đại logarit, máy dò và các thiết bị khác. Điốt trong các thiết bị như vậy được sử dụng trực tiếp như một bộ chuyển đổi, hoặc hình thành các đặc tính của thiết bị, được bao gồm trong mạch phản hồi.
Điốt được sử dụng rộng rãi trong nguồn cung cấp ổn địnhlàm nguồn điện áp tham chiếu (điốt zener) hoặc là phần tử chuyển mạch của bộ lưu trữ cuộn cảm (chuyển mạch điều chỉnh điện áp).
Sử dụng điốt, rất đơn giản để tạo ra các bộ hạn chế tín hiệu: hai điốt được kết nối theo hướng ngược lại có tác dụng bảo vệ tuyệt vời cho đầu vào của bộ khuếch đại, ví dụ như micrô, cung cấp mức tín hiệu tăng.
Ngoài các thiết bị được liệt kê, điốt rất thường được sử dụng trong các công tắc tín hiệu, cũng như trong các thiết bị logic. Nó là đủ để nhớ lại các hoạt động logic VÀ, HOẶC và các kết hợp của chúng.
Một trong những loại điốt là Đèn LED. Một khi chúng chỉ được sử dụng làm chỉ số trong các thiết bị khác nhau. Bây giờ chúng ở khắp mọi nơi và mọi nơi từ đèn pin đơn giản nhất đến TV có đèn LED - đèn nền, đơn giản là không thể không chú ý đến chúng.
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: