Chúng ta thường hay nhắc đến các linh kiện điện tử, và trong các bảng mạch này không thể bỏ qua các điôt bán dẫn. Vậy điốt bán dẫn là gì, cấu tạo và chức năng của chúng ra sao? Chúng ta cùng tìm hiểu ngay dưới đây nhé!
Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, nó cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều cố định mà không theo chiều ngược lại nhờ các tính chất của các chất bán dẫn.
Hiện nay có rất nhiều loại điốt bán dẫn khác nhau như: điốt chỉnh lưu thông thường, điốt LED, điốt ổn áp…
Cấu tạo của điốt bán dẫn
Điốt bán dẫn được tạo nên từ các chất bán dẫn, trong đó có 2 tấm bán dẫn P và bán dẫn N được ghép lại với nhau và chúng được nối với 2 chân ra là anode và cathode, Trong đó anode là cực dương, cathode là cực âm.
Ngày nay, hầu hết các chất bán dẫn đều được làm từ silic, ngoài ra đôi khi người ta cũng sử dụng các chất bán dẫn như selen và germani.
Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn
Khối bán dẫn P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương [+], do vậy nó có xu hướng di chuyển sang khối bán dẫn N [ chứa các điện tử tự do]. Cùng lúc đó, tấm bán dẫn N lại truyền các điện tích âm sang khối bán dẫn P. Khi đó khối bán dẫn N thiếu hụt các Electron, dư thừa điện tích dương nên nó nhiễm điện tích dương. Ngược lại khối bán dẫn P lại nhiễm điện âm.
Ở bề mặt tiếp giáp của 2 khối bán dẫn, các điện tích tiến lại gần nhau và mang lại những nguyên tử trung hòa về điện. Quá trình này xảy ra có thể khiến chúng phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng [diot đèn LED] hoặc là bức xạ điện từ ở gần đó.
Tại vị trí tiếp xúc này, các điện tích thường xuyên gặp nhau dễ dàng, không có các điện tích tự do nên đây được gọi là vùng nghèo [depletion region]. Đặc điểm của vùng nghèo này đó chính là chúng không dẫn điện tốt. Trừ khi điện áp vùng tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài thì nó mới dẫn điện. Và đây cũng chính là nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn.
Nếu chúng ta đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch 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. Và nếu như ngược lại thì chúng sẽ không dẫn điện.
Những ứng dụng của điốt bán dẫn trong đời sống
Với khả năng chỉ cho phép dòng điện đi từ anode sang cathode, điốt được sử dụng cho việc chỉnh lưu dòng điện từ dòng xoay chiều sang dòng điện 1 chiều.
Ngoài ra, nội trở trong điốt thay đổi rất lớn, nó được ứng dụng làm công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp.
Chúng ta hay nhắc đến điốt phát quang, đây chính là một ứng dụng to lớn của điốt trong công nghệ chiếu sáng cực kì tiết kiệm năng lượng như hiện nay, đó là đèn LED.
So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa transistor và thyristor. Có thể giữa chúng có một số điểm giống nhau nhưng cũng có rất nhiều điểm khác biệt
Transistor và thyristor đều là thiết bị bán dẫn có nhiều ứng dụng trong mạch điện. Hiện nay chúng được sử dụng rộng rãi trong chuyển mạch vì có nhiều ưu điểm như không gây ồn do không có bộ phận chuyển động, tốc độ chuyển mạch rất cao [109 thao tác mỗi giây], hiệu quả cao, bảo dưỡng ít, kích thước nhỏ, trọng lượng nhỏ và không gặp sự cố trong thời gian dài, kiểm soát một khoảng dòng điện lớn [từ 30 A đến 100 A] với dòng gate nhỏ chỉ vài mA trên công tắc cơ khí hoặc rơle điện cơ. Tuy nhiên transistor và thyristor mỗi cái đều có những ứng dụng khác nhau.
Sự khác biệt chính giữa transistor và thyristor có thể liệt kê từng điểm như sau:
Về số lớp chất bán dẫn:
Transistor có ba lớp chất bán dẫn, trong khi thyristor có bốn lớp chất bán dẫn.
Về công suất:
Thyristor có thể chuyển đi một lượng điện năng lớn hơn so với transistor trong mạch điện.
Về việc sử dụng làm bộ khuếch đại:
Transistor có thể sử dụng làm thiết bị chuyển mạch hoặc bộ khuếch đại.
Thyristor có thể sử dụng làm thiết bị chuyển mạch nhưng không sử dụng làm bộ khếch đại.
Về việc duy trì dòng điện:
Trong transistor cần phải có dòng đầu vào liên tục để duy trì dòng điện.
Trong thyristor thì dòng điện có thể chạy nhờ một xung, dòng điện này sẽ tiếp tục chạy miễn là không nằm dưới giá trị ngưỡng, ngay cả khi không còn dòng đầu vào.
Qua đó có thể thấy thyristor có một số điểm hơn hẳn transistor như:
1. Thyristor là một thiết bị bốn lớp trong khi transistor là một thiết bị ba lớp.
2. Do sự khác biệt trong chế tạo và vận hành, thyristor có điện áp cao và dòng điện cao hơn.
3. Công suất của transistor luôn luôn là wat trong khi đó của thyristor là kW, tức là thyristors có khả năng xử lý công suất tốt hơn.
4. Thyristor chỉ cần một xung để dẫn dòng điện và sau đó dòng điện vẫn chạy. Trong khi transistor cần một dòng điện liên tục để giữ nó trong trạng thái dẫn điện.
5. Tiêu hao điện năng bên trong thyristor nhỏ hơn nhiều so với transistor. Tuy nhiên, transistor có điện áp rơi thấp hơn và không cần mạch ngắt. Transistor công suất là thiết bị tuyến tính phù hợp hơn cho một số ứng dụng công suất tuyến tính như bộ khuếch đại công suất tần số âm thanh và tần số cao, hệ thống điều chỉnh, v.v.