Dựa trên các hiệu ứng vật lý của chuyển tiếp PN mà người ta chế tạo ra các diode khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Dựa vào hiệu ứng chỉnh lưu của chuyển tiếp PN người ta tạo ra diode chỉnh lưu. Dựa vào hiệu ứng đánh thủng thác lũ và xuyên hầm người ta tạo ra diode ổn áp. Dựa vào hiệu ứng điện dung của chuyển tiếp PN để chế tạo ra diode biến dung, …v.v. Dưới đây ta tìm hiểu một số loại diode thường dùng.
4.1. Diode chỉnh lưu 4.1.1 Cấu tạo và kí hiệu 4.1.1 Cấu tạo và kí hiệu
Diode chỉnh lưu được sử dụng rất phổ biến trong mạch điện. Hoạt động của nó dựa trên hiện tượng chỉnh lưu của chuyển tiếp PN. Như vậy, về cấu trúc diode chỉnh lưu có cấu trúc là một chuyển tiếp PN. Cực nối với bán dẫn loại P được gọi là cực anốt viết tắt là A; cực nối với bán dẫn loại N là cực catốt viết tắt là K. Cấu tạo và kí hiệu của diode chỉnh lưu được trình bày trên hình 4.1.
Theo đó chiều mũi tên ứng với chỉ hướng của dòng điện khi diode được phân cực thuận. Như vậy dòng thuận có hướng chảy từ cực anốt
tới cực catốt.
Tùy theo ứng dụng mà diode được chế tạo với thể tích khác nhau. Thể tích của diode càng lớn thì dòng thuận chảy qua càng lớn. Hình 4.2 minh họa hình ảnh diode chỉnh lưu trong thực tế.
P N
Anốt (A) Catốt (K)
Hình 4.1. Cấu tạo và kí hiệu diode chỉnh lưu
65
4.1.2 Đặc tuyến Vôn – Ampe và các tham số
Đặc tuyến V-A là đồ thị mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp đặt trên diode.
Đặc tuyến V- A của diode chỉnh lưu được cho ở hình 4.3. Ta thấy rằng đặc tuyến này trông giống với đặc tuyến của chuyển tiếp PN. Dưới đây ta đi phân tích đặc tuyến này.
Trong vùng phân cực thuận dòng điện và điện áp đặt lên diode có quan hệ theo hàm e mũ, nếu điện áp tăng dòng đi qua diode cũng tăng theo. Ta thấy dòng thuận có giá trị nhỏ cho tới khi điện áp thuận có giá trị khoảng 0,7V đối với diode làm từ Si và 0,3V đối với diode làm từ Ge. Khi điện áp phân cực thuận tăng vượt quá giá trị này dòng thuận tăng một cách đáng kể và gần như tăng theo hàm bậc nhất (tuyến tính).
Trong vùng phân cực ngược dòng đi qua diode rất nhỏ chúng ta thường gọi là dòng dò ngược dù điện áp đặt lên diode tăng thì dòng ngược cũng hầu như không tăng. Chú ý rằng dòng dò ngược có giá trị rất nhỏ chỉ cỡ A nên ta có thể coi khi phân cực ngược diode chỉnh lưu không dẫn điện.
Vùng phân cực thuận UBR Vùng phân cực ngược UF Ut IF
66
Nếu ta tăng điện áp phân cực ngược đặt lên diode đến một giá trị tới hạn nào đó thì dòng ngược qua diode sẽ tăng lên đột ngột và điện áp trên diode giữ nguyên một giá trị không đổi. Điện áp này gọi là điện áp đánh thủng UBR.
Từ đặc tuyến V-A có một số thông số quan trọng của diode chỉnh lưu được nêu dưới đây.
Dòng bão hòa ngược ISO (đôi khi còn được gọi là dòng IR): dòng này đòi hỏi càng nhỏ hơn so với dòng thuận càng tốt. Các diode chỉnh lưu làm từ Si có dòng ngược thường lớn hơn các diode chỉnh lưu làm từ Ge.
Điện áp đánh thủng UBR: đó là điện áp chịu đựng cực đại khi diode phân cực ngược. Các diode chỉnh lưu khi làm việc điện áp ngược phải được lựa chọn nhỏ hơn giá trị này. Diode có giá trị điện áp đánh thủng UBR càng lớn càng tốt.
Điện áp thông thuận UF: đó là điện áp phân cực thuận bắt đầu từ đấy dòng thuận tăng lên một cách đáng kể. Điện áp thông thuận phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu bán dẫn chế tạo diode.
Dòng thuận cực đại IFM: là dòng thuận lớn nhất có thể cho qua diode. Đôi khi tham số này được thay bằng công suất chịu đựng cực đại PFM. Đây là tham số quan trọng nó nói lên khả năng ứng dụng của diode.
Điện trở động của diode rd: là độ dốc của đặc tuyến thuận tại điểm khảo sát. Đôi khi còn được gọi là điện trở vi phân, nó được xác định bởi tỷ số giữa gia số của điện áp và gia số của dòng điện tương ứng.
(4-1)
4.1.3 Sơ đồ tương đương diode
Từ việc phân tích đặc tuyến V-A có thể giúp ta tương đương diode với các mạch điện tùy theo từng ứng dụng trong thiết kế mạch. Có thể tương đương diode theo chế độ tĩnh, chế độ động, chế độ tần số cao, v.v...