Diode bán dẫn rất thân thuộc trong đời sống hằng ngày. Nếu bạn đã từng tháo một thiết bị điện tử nào đó, chắc chắn bạn đã thấy các bảng mạch nối với nhau bởi những linh kiện nhỏ nhỏ. Chúng có kích thước, hình dạng và đặc điểm khác nhau. Liệu chúng có phải là diode bán dẫn và giữ chức năng gì trong bảng mạch điện tử?
Điốt bán dẫn là gì?
Điốt bán dẫn là linh kiện điện tử tuy cơ bản nhưng giữ vai trò rất quan trọng trong bảng mạch nói riêng và ngành công nghiệp điện tử nói chung. Các điốt bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một chiều nhờ vào tính chất của chất bán dẫn.
Các loại điốt bán dẫn thông dụng: Điốt thường dùng để chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều; điốt Zener sử dụng nhiều trong các mạch ổn áp; điốt phát quang là điốt phát sáng khi có dòng điện chạy qua;…
Cấu tạo của điốt bán dẫn
Các điốt bán dẫn được cấu tạo khá đơn giản. Dù chúng được thiết kế với các đặc điểm bên ngoài khác nhau nhưng cấu tạo và chất liệu về cơ bản là giống nhau. Dưới đây là thành phần chính cấu tạo nên điốt bán dẫn:
Đặc điểm cấu tạo
Mỗi điốt bán dẫn bao gồm 2 vùng chính ghép với nhau. Bên ngoài được bọc một lớp nhựa hoặc kim loại để bảo vệ vật liệu bên trong điốt bán dẫn khỏi bụi bẩn và ẩm ướt. Ngoài ra lớp bọc này có tác dụng cách điện, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động của điốt là tối đa. Thường lớp bọc này sẽ được đánh dấu bằng kẻ sọc để nhận biết đầu N hay P.
- Tấm bán dẫn N (Negative): Mang điện tích âm (-) và nối với chân ra là Cathode. Là đầu được đánh dấu bởi kẻ sọc.
- Tấm bán dẫn P (Positive): Mang điện tích dương (+) và nối với chân ra là Anode
Chất liệu
Các điốt bán dẫn thường được cấu tạo từ silic. Tuy nhiên, cũng có một vài loại sử dụng selen hay germani. Silic phổ biến nhất vì tính chất ổn định và dễ dàng sản xuất với số lượng lớn, trên hết là khả năng dẫn điện tốt.
Nguyên lý làm việc của điốt bán dẫn
Nguyên lý của điốt bán dẫn dựa trên sự trao đổi điện tích giữa 2 tấm bán dẫn. Điốt bán dẫn có thể là một vật dẫn điện hoặc một chất cách điện tùy thuộc vào cách nối 2 đầu của nó vào nguồn điện.
Quá trình hình thành điện áp tiếp xúc
Khi kết nối 2 tấm bán dẫn, bên N sẽ dư electron và bên P sẽ thiếu electron. Từ đó hình thành nên mối nối P-N. Ở điểm tiếp xúc giữa N và P, những electron dư bên phía N sẽ di chuyển sang P hình thành nên vùng điện tích âm và điện tích dương. Đây được gọi là điện tích tiếp xúc. Nó sinh ra từ trường đi từ N sang P. Từ trường giúp cản trở sự khuếch tán electron khiến quá trình này chấm dứt. Điện áp tiếp xúc lúc này sẽ được cân bằng.
Quá trình kết nối với nguồn điện
- Vật dẫn điện: Khi kết nối điốt bán dẫn với nguồn điện theo quy tắc, cực dương kết nối với Anode, cực âm kết nối với Cathode sẽ tạo nên phân cực thuận. Điều này làm mất đi sự cản trở của điện áp tiếp xúc. Kết quả là sẽ có dòng điện chạy qua điốt.
- Vật cách điện: Khi kết nối điốt theo chiều ngược lại, cực dương nối với Cathode, cực âm nối với Anode các electron sẽ bị kéo về phía cực dương, các lỗ trống bị kéo về cực âm. Từ đó khiến cho điốt bán dẫn trở thành một vật cách điện.
Tác dụng của điôt bán dẫn
Vì tính chất chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều, điốt bán dẫn được ứng dụng nhiều trong các bảng mạch điện tử và hệ thống điện. Dưới đây là một vài tác dụng quan trọng nhất của điốt bán dẫn:
Bảo vệ mạch điện tử
Trong trường hợp một vài linh kiện bị hư hỏng do cấp nguồn điện không đúng chiều, các điốt bán dẫn được gắn vào mạch để chặn dòng điện. Điều này giúp bảo vệ các linh kiện quan trọng còn lại.
Điều chỉnh chiều dòng điện
Chúng ta có thể sử dụng điốt để chuyển nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện 1 chiều. Khi cần điện áp ổn định cho các thiết bị điện tử thì việc điều chỉnh dòng điện là cần thiết.
Ứng dụng trong điện tử tiêu dùng
Bạn có thể dễ dàng nhận ra điốt bán dẫn trong hầu hết các thiết bị điện tử trong gia đình mình như tivi, máy tính, điện thoại,… Trong trường hợp này, điốt bán dẫn đóng vai trò giữ cho thiết bị hoạt động hiệu quả và an toàn.
Điốt bán dẫn là linh kiện rất gần gũi trong đời sống hằng ngày. Chỉ cần bạn để ý một chút là có thể nắm được những nguyên lý làm việc cơ bản cũng như chức năng của chúng. Tuy có cấu tạo đơn giản nhưng điốt bán dẫn lại giữ vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử. Cùng với những nghiên cứu và cải tiến không ngừng, điốt bán dẫn ngày càng hoàn thiện và linh hoạt từ đó hỗ trợ tối ưu hơn cho đời sống của con người.
TRIỂN LÃM QUỐC TẾ NGÀNH VI MẠCH BÁN DẪN VIỆT NAM 2024
📍Địa điểm: Trung tâm Hội chợ & Triển lãm Sài Gòn SECC
🗓 Thời gian: 31/10 – 02/11/2024