Diode: Một thiết bị bán dẫn phi tuyến tính
Trong bài viết này, người đọc sẽ biết tại sao diode được coi là một thiết bị phi tuyến tính. Như chúng ta đã biết diode: một thiết bị bán dẫn phi tuyến tính được sử dụng để dẫn dòng điện chỉ theo một hướng. Đây là phần tử mạch cơ bản trong điện tử (nơi chúng ta nghiên cứu chuyển động có điều khiển của các electron). Nó được thiết kế bằng hai vật liệu bán dẫn: loại p và loại n. Điểm giao nhau nơi hai vật liệu này giao nhau được gọi là điểm nối pn. Tên gọi khác của tiếp giáp pn là vùng cạn kiệt vì nó bị cạn kiệt các electron tự do.
Sự dẫn điện xảy ra như thế nào trong diode?
Có hai cách để phân cực diode: phân cực thuận và phân cực ngược. Trong phân cực ngược, cực dương của pin được kết nối với loại n và cực âm của pin được kết nối với loại p. Không có dòng điện dẫn trong trường hợp này. Dòng điện duy nhất chạy qua là dòng điện rò rỉ do các hạt mang điện thiểu số. Đó là thứ tự nếu ampe vi mô. Trong trường hợp này, điện trở trong của diode rất cao khi chiều rộng của vùng suy giảm tăng lên với nhiều điện áp phân cực ngược hơn. Nếu bạn tiếp tục tăng điện áp phân cực ngược thì sẽ đến lúc một dòng điện đột ngột chạy qua diode. Hiện tượng này được gọi là đánh thủng và điện áp tại đó điều này xảy ra được gọi là ‘ điện áp đánh thủng ‘.
khi điốt được kết nối sao cho cực dương của pin được kết nối với phía p và cực âm được kết nối với phía n thì nó được gọi là phân cực thuận. Trong diode phân cực thuận dẫn dòng điện cỡ miliampe. Trong trường hợp này điện trở trong của diode rất nhỏ. Dòng điện chạy trong trường hợp này là do các hạt mang điện đa số. Nó được đưa ra như sau:
Ở đây Vd là điện áp phân cực diode, VT là điện áp nhiệt, Is là dòng bão hòa và ID là lượng dòng điện chạy qua diode trên điện áp phân cực.
Bây giờ tất cả chúng ta đều biết rằng bất kỳ thiết bị nào có mối quan hệ trực tiếp giữa dòng điện với điện áp của nó đều được gọi là thiết bị tuyến tính hoặc thiết bị ohmic. Nói một cách đơn giản, nếu một thiết bị tuân theo định luật ohm thì nó được gọi là thiết bị tuyến tính, còn lại là thiết bị phi tuyến tính. Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy xem xét các đặc tính VI của diode đa năng.
Nếu bạn vẽ biểu đồ các quan sát của mạch sau, bạn sẽ nhận được các đặc tính VI cho một diode phân cực thuận ở phía bên phải, như trong hình trên. Điện áp chuyển tiếp diode (VF) tăng lên một phía đến điểm đầu gối và dòng điện chuyển tiếp (IF) tăng dần lên dọc theo trục thẳng đứng. Như bạn có thể thấy trong Hình 1, dòng điện thuận tăng gần như đến một lượng rất nhỏ cho đến khi điện áp thuận trên đường giao nhau pn đạt khoảng 0,7 V ở đầu đường cong. Sau thời điểm này, điện áp thuận vẫn gần như ổn định ở khoảng 0,7 V, tuy nhiên IF tăng nhanh. Như đã đề cập gần đây, VF tăng nhẹ trên 0,7 V khi dòng điện tăng do sụt áp trên điện trở động. Thang đo IF thường tính bằng mA, như đã trình bày. Ba điểm lấy nét A, B và C xuất hiện ở khúc cua trong hình trên. Điểm A liên quan đến điều kiện độ dốc bằng không. Điểm B là điểm mà tại đó điện áp thuận không chính xác bằng điện thế rào cản 0,7 V. Điểm C là điểm mà điện áp thuận xung quanh tiếp cận điện thế rào cản. Khi điện áp nguồn bên ngoài tăng, dòng điện chuyển tiếp tiếp tục tăng trên đầu gối, điện áp chuyển tiếp sẽ tăng lên trên 0,7 V một chút. Trên thực tế, điện áp chuyển tiếp có thể lên tới khoảng 1V.
Diode là điện trở động: một linh kiện bán dẫn phi tuyến tính
Hình trên cho thấy góc nhìn mở rộng về đường cong VI ở một mức độ nào đó (a) và thể hiện lực cản động. Ngược lại với sự tắc nghẽn trực tiếp, sự đối lập của diode một phía về phía trước không ổn định trên toàn bộ khúc cua. Vì lực đối lập thay đổi khi bạn di chuyển dọc theo đường cong VI nên nó được gọi là vật cản động hoặc vật cản ac. Các biện pháp bảo vệ bên trong của các thiết bị điện tử thường được chỉ định bằng chữ r in nghiêng với một số nguyên tố, tất cả những thứ được coi là R tiêu chuẩn. Đối kháng động của một diode được chỉ định Bên dưới đầu gối của phần uốn cong, đối lập đáng chú ý nhất vì thực tế là dòng điện tăng rất ít đối với một sự thay đổi điện áp nhất định Sự đối lập bắt đầu giảm dần ở khu vực đầu gối của khúc cua và nhỏ nhất qua đầu gối nơi có sự thay đổi lớn về dòng điện đối với một sự thay đổi điện áp nhất định.
VI Đặc điểm cho xu hướng ngược
Khi đặt điện áp nghịch đảo lên một diode, chỉ có một dòng điện ngược chiều (IR) nhỏ chạy qua giao điểm pn. Với 0 V trên diode, không có dòng điện ngược chiều. Khi bạn tăng dần điện áp nghiêng ngược lại, sẽ có một chút dòng điện ngược và điện áp trên các diode tăng dần. Khi điện áp nghiêng áp dụng được mở rộng đến giá trị mà điện áp ngược trên diode (VR) đạt đến giá trị đánh thủng (VBR), dòng điện ngược lại bắt đầu tăng nhanh. Khi bạn tiếp tục mở rộng điện áp khuynh hướng, dòng điện tiếp tục mở rộng nhanh chóng, trong mọi trường hợp, điện áp trên diode tăng gần như không vượt quá VBR. Sự cố, với những trường hợp đặc biệt, chắc chắn không phải là một phương pháp hoạt động thông thường đối với hầu hết các thiết bị giao nhau. Lập biểu đồ đường cong VI Nếu bạn vẽ biểu đồ về hậu quả của các ước tính khuynh hướng ngược lại trên biểu đồ, bạn sẽ có được dấu hiệu uốn cong VI cho một điốt một phía đối diện. Một đường cong trung bình được xuất hiện trong hình. Điện áp quay vòng (VR) của diode tăng dần sang một bên dọc theo trục phẳng, hơn nữa, dòng điện ngược lại (IR) tăng dần dọc theo trục dọc. Hầu như không có dòng điện ngược chiều (nói chung) cho đến khi điện áp ngược trên diode đạt đến giá trị đánh thủng (VBR) ở đầu uốn cong. Sau thời điểm này, điện áp ngược lại vẫn ở mức khoảng VBR, tuy nhiên IR tăng nhanh, dẫn đến quá nhiệt và có thể gây hại nếu dòng điện không bị giới hạn ở mức an toàn. Điện áp đánh thủng của một diode phụ thuộc vào mức độ pha tạp mà nhà sản xuất đặt ra, tùy thuộc vào loại diode. Một diode chỉnh lưu trung bình (loại được sử dụng phổ biến nhất) có điện áp đánh thủng lớn hơn 50 V. Một số điốt cụ thể có điện áp đánh thủng chỉ là 5 V.
Đường cong đặc tính VI hoàn chỉnh
Tham gia các khúc cua cho cả khuynh hướng về phía trước và khuynh hướng ngược lại, và bạn có tổng VI uốn cong nhãn hiệu cho một diode, như trong Hình bên dưới
