Báo cáo nhóm học phần vật lý 1 chủ đề diode

Điốt diodeHình 1.1: Diode 1N5399 - linh kiện điện tử VietnicĐiốt diode là từ ghép mang nghĩa "hai điện cực", với di là hai, và ode bắt nguồn từ electrode, có nghĩa là điện cực,Điốt: là m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Mức độ hoàn thành (%)

MỤC LỤC

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC i

MỤC LỤC ii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DIODE 2

1.1 Các khái niệm cơ bản 2

2.1 Cách đo và kiểm tra diode còn tốt hay không 7

2.1.1 Sử dụng đồng hồ số vạn năng để kiểm tra 7

2.1.2 Sử dụng đồng hồ kim để kiểm tra 10

2.2 Phân loại diode 11

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA DIODE 15

3.1 Sử dụng để chỉnh lưu dòng điện 15

MỞ ĐẦU

1 Mục đích chọn chủ đề

- Tìm hiểu các thông tin về diode 2 Ý nghĩa của chủ đề

- Giúp cho sinh viên nắm được thế nào là diode, cấu tạo, nguyên lí hoạt động, cách kiểm tra diode còn tốt hay không.

- Cung cấp cho sinh viên cấu tạo kí hiệu, một số tham số cơ bản và các ứng dụng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DIODE

1.1 Các khái niệm cơ bản1.1.1 Chất bán dẫn

Chất bán dẫn (Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng, “bán dẫn” nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.

1.1.2 Điốt (diode)

Hình 1.1: Diode 1N5399 - linh kiện điện tử Vietnic

Điốt (diode) là từ ghép mang nghĩa "hai điện cực", với di là hai, và ode bắt nguồn từ electrode, có nghĩa là điện cực,

Điốt: là một trong những linh kiện điện tử, được cấu tạo bởi chất bán dẫn, được tạo ra cách ghép nối một bán dẫn điện âm với một một bán dẫn điện dương.

Kí hiệu điốt:

Diode là một linh kiện điện tử bán dẫn, do đó nó được chế tạo bởi hợp chất giữa Silic, Photpho và Bori 3 nguyên tố này được pha tạp với nhau tạo ra hai lớp bán dẫn loại P và loại N được tiếp xúc với nhau.Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Cực của diode đấu với lớp P được gọi là Anot (kí hiệu là A), cực còn lại đấu với lớp N được gọi là Catot (kí hiệu là K) Đặc tính cơ bản nhất của một diode đó là chỉ cho phép dòng điện đi từ A sang K.

Hình 1.2: Cấu tạo điốt bán dẫn

1.2.2 Nguyên lí hoạt động

Khối bán dẫn P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương (+), do vậynó có xu hướng di chuyển sang khối bán dẫn N ( chứa các điện tử tự do) Cùng lúcđó, tấm bán dẫn N lại truyền các điện tích âm sang khối bán dẫn P Khi đó khối bándẫn N thiếu hụt các Electron, dư thừa điện tích dương nên nó nhiễm điện tíchdương 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 từở gần đó.Tại vị trí tiếp xúc này, các điện tích thường xuyên gặp nhau dễ dàng, khôngcó 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.

1.3 Đặc tính phân cực thuận và ngược1.3.1 Phân cực thuận

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Hình 1.4: Diode (Si) phân cực thuận –Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Kết luận: Khi Diode (loại Si)được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V.

1.3.2 Phân cực ngược

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.

CHƯƠNG 2: CÁCH ĐO VÀ KIỂM TRA DIODE CÒN TỐTHAY KHÔNG- PHÂN LOẠI DIODE

2.1 Cách đo và kiểm tra diode còn tốt hay không

Diode là linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng chạy theo một hướng Chúng được ứng dụng trong các bộ chỉnh lưu

Khi cực dương của nguồn được nối với anode và cực âm nối với cathode, diode phân cực thuận và điện áp phân cực thuận bằng 0,7V đối với các diode silic Việc này nhằm xác định điều kiện làm việc thích hợp của nó trong điều kiện phân cực thuận hay phân cực nghịch.

Trước khi thử nghiệm các diode, chúng ta phải xác định các cực của diode là anode hay là cathode Hầu hết các diode P-N có dải màu trắng trên linh kiện là cathode Và đầu còn lại là anode.

Có nhiều cách để kiểm tra diode Tuy nhiên ở đây chúng tôi đưa ra một số phương pháp kiểm tra cơ bản nhất Lưu ý rằng các phương pháp kiểm tra dưới đây chỉ dành cho diode P-N bình thường.

2.1.1 Sử dụng đồng hồ số vạn năng để kiểm tra

Kiểm tra diode bằng cách sử dụng đồng hồ số vạn năng (DMM) có thể được thực hiện theo hai cách vì có hai chế độ có sẵn trong DMM để kiểm tra diode Đó là chế độ diode và chế độ Ôm Kế.

a) Chế độ diode

- Xác định cực dương cực dương và cực âm của diode.

- Chọn chế độ kiểm tra diode bằng cách xoay nút xoay trung tâm đến vị trí biểu tượng diode Trong chế độ này, đồng hồ có thể cung cấp dòng điện 2mA để kiểm tra

- Chạm que đo màu đỏ với cực dương và que đo màu đen với cực âm.

- Quan sát màn hình hiển thị trên đồng hồ Nếu giá trị điện áp nằm trong khoảng từ 0,6 đến 0,7 (diode silic) thì diode tốt Đối với điốt gecmani, giá trị này nằm trong khoảng từ 0,25 đến 0,3.

- Bây giờ đảo ngược các cực của đồng hồ có nghĩa là chạm que đo màu đỏ với cực âm và màu đen với cực dương Diode sẽ phân cực nghịch và lúc này nó sẽ không cho dòng điện chạy qua nó Do đó đồng hồ thể hiện OL (tương đương với mạch hở) Nếu bạn thực hiện đúng như các bước trên tức là diode còn tốt.

- Nếu đồng hồ hiển thị các giá trị không liên quan như các bước trên thì diode bị hư Diode có thể bị hở hoặc ngắn mạch Diode hở là diode hoạt động như một công tắc hở trong điều kiện phân cực thuận và phân cực nghịch Vì vậy, không có dòng điện chạy qua diode Và đồng hồ sẽ thể hiện OL trong cả hai điều kiện đó - Điốt ngắn mạch là diode hoạt động như một công tắc đóng để dòng điện chạy qua

nó và điện áp rơi qua diode sẽ bằng không Do đó, đồng hồ sẽ hiển thị giá trị điện áp bằng không, nhưng trong một số trường hợp nó sẽ hiển thị một điện áp rất nhỏ khi điện áp rơi qua diode.

b) Chế độ Ôm kế

Tương tự như phương pháp trên, đây cũng là phương pháp đơn giản để kiểm tra diode

- Xác định cực dương và cực âm của diode.

- Chọn chế độ điện trở bằng cách xoay núm xoay trung tâm đến thang đo Ohm Chọn thang đo điện trở thấp (có thể là 1KΩ) để đo thuận và chọn thang đo điện trở cao (100K ohm) để đo nghịch.

- Chạm que đo màu đỏ với cực dương và màu đen với cực âm Nếu đồng hồ hiển thị một giá trị vài chục đến vài trăm ohm, thì diode tốt.

- Đảo ngược đầu đo lại, nếu trên đồng hồ hiển thị giá trị điện trở rất cao hoặc có thể OL thì diode hoạt động tốt.

Tóm lại, từ các bước trên ta có thể kết luận khi đồng hồ số cho giá trị điện trở thấp khi đo thuận và giá trị điện trở rất cao hoặc OL khi đo nghịch thì diode còn hoạt động tốt Còn nếu đồng hồ chỉ cho một giá trị rất cao hoặc OL khi đo cả chiều thuận và chiều nghịch thì diode bị hở, và nếu điện trở ở giá trị thấp ở cả 2 chiều thuận nghịch thì diode bị chập.

2.1.2 Sử dụng đồng hồ kim để kiểm tra

- Điều chỉnh đồng hồ ở thang đo điện trở thấp ( 1K)

- Khi đo chiều thuận, chạm que đo màu đỏ với anode và màu đen với Cathode - Nếu đồng hồ hiển thị giá trị điện trở thấp thì diode tốt

- Tiếp tục điều chỉnh đồng hồ sang thang đo điện trở cao( 100K)

- Trong trường hợp này ta đang đo ở chế độ làm việc nghịch của diode, chạm que đo màu đen với anode và màu đỏ với cathode.

- Nếu đồng hồ cho giá trị điện trở cao hoặc OL thì diode tốt.Nếu đồng hồ không hiển thị đúng với các kết quả ở các bước trên thì diode đã bị hỏng.

2.2 Phân loại diodea) Diode Zener

Cấu tạo: Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P – N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.

- Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng.

- Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi.

- Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA.

- Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA.

Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi.

Hình 2.2: Ký hiệu của Photo Diode

b) Diode Thu quang ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếngthu ỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode.

c) Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện, …

d) Diode Varicap ( Diode biến dung )

Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode.

Ở hình dưới khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi=> làm thay đổi tần số công hưởng của mạch.

Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp.

+_

DC

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần.

Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng.

Hình 2.4: Ký hiệu của Diode xung

f) Diode tách sóng

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu.

g) Diode nắn điện ( Diode chỉnh lưu)

Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz

h) Diode cầu

Là diode mà cấu tạo bên trong gồm 4 hoặc 6 con diode để chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha xoay chiều ra điện áp DC

Biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Hình 3.1: Một mạch chỉnh lưu cầu sử dụng 4 diode

3.2 Sử dụng để giảm áp

Như đã nói, sau khi dòng điện đi qua Diode thì mỗi một Diode sẽ gây ra một sụt áp trên nó Trong một số trường hợp, người ta áp dụng đặc tính này để giảm áp Ví dụ bạn có một chiếc đài chạy 3V mà có cục sạc 5V, thì bạn có thể đấu tiếp nối 3 con Diode với nhau, sau đó đấu vào đầu 5V Tại đầu ra cuối cùng của Diode có một điện áp khoảng gần bằng 3V.

Rất nhiều thiết bị điện tử một chiều không cho phép cấp nguồn ngược cực Nếu như ngược cực thì thiết bị đấy sẽ hỏng ngay lập tức Để có thể bảo vệ những thiết bị này được an toàn, người ta sẽ đấu thêm một Diode trước khi bắt ra cực của thiết bị Điều này sẽ khiến dòng điện chỉ cho phép đi theo một chiều duy nhất Khi đó, dù bạn có cấp nguồn ngược cực thì thiết bị vẫn được an toàn.

Hình 3: Sơ đồ mạch điện đo đặc trưng Von-Ampe của Diode phân cực thuận

Hình 4: Sơ đồ mạch điện đo đặc trưng Von-Ampe của Diode phân cực ngược

KẾT LUẬN

1 Kết quả đạt được

- Phân biệt được các loại diode

- Nắm rõ nguyên lí hoạt động của linh kiện

- Áp dụng kiến được tìm hiểu vào các trường hợp khác nhau cần thiết kế linh kiện đặc biệt

- Học được thêm được kỹ năng làm việc nhóm

2 Hướng phát triển

- Tìm hiểu về diode là linh kiện điện tử rất phổ biến là cơ sở lí thuyết để nghiên cứu các linh kiện điện khác như Transistor, J-FET, MOS-FET

- Từ các kiến thức tìm hiểu được áp dụng vào chuyên ngành đang học từ các mạch cơ bản đến mạch nâng cao đòi hỏi nhiều kiến thức.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Diode là gì? Cấu tạo, phân loại, cách đo và ứng dụng của Diode