Diode lý tưởng là gì

Diode lý tưởng là diode hoạt động giống như một chất dẫn điện hoàn hảo khi điện áp được đặt vào phân cực thuận và giống như một chất cách điện hoàn hảo khi điện áp được đặt vào phân cực nghịch.

Vì vậy, khi điện áp dương được qua cực dương đến cực âm, diode dẫn dòng điện thuận ngay lập tức. Khi điện áp được đặt ngược lại, diode không dẫn dòng điện nào cả.

Dưới đây là đồ thị của đường cong đặc tính I-V của một diode lý tưởng:

Bạn có thể thấy rằng khi diode nhận được điện áp thuận, nó ngay lập tức dẫn một lượng dòng điện vô hạn mà nó có thể cung cấp cho mạch. Khi điện áp nghịch được cấp cho diode, nó không dẫn dòng điện nào, bất kể điện áp nghịch này lớn đến mức nào.

Đây là hoàn cảnh lý tưởng. Diode thực sự không hoạt động như thế này.

Đường đặc tính I-V của một diode thông thường sẽ giống như hình dưới đây.

Dưới đây là biểu đồ cho thấy sự khác biệt giữa diode lý tưởng và diode thông thường:

Đặc tính	Diode lý tưởng	Diode thông thường
Ngưỡng điện áp	Diode lý tưởng không có điện áp ngưỡng. Một khi bất kỳ điện áp thuận nào được đặt qua diode, nó sẽ dẫn dòng điện ngay lập tức qua các lớp tiếp giáp của nó.	Diode thông thường có điện áp ngưỡng. Đây là điện áp phải được cung cấp cho diode để nó dẫn bất kỳ dòng điện thuận đáng kể nào. Đối với diode silicon, điện áp ngưỡng xấp xỉ 0,7V. Đối với diode gecmani, nó xấp xỉ 0,3V. Điện áp này là cần thiết để các electron của điểm tiếp giáp n có thể có đủ lực đẩy để phá vỡ rào cản ở giữa và đi qua tiếp giáp p. Đây là cách dòng điện chạy trong một diode. Bất kỳ điện áp nào thấp hơn điện áp ngưỡng sẽ không đủ để đẩy các điện tử đi qua từ rào cản này sang rào cản tiếp theo. Bạn có thể thấy điều này được đánh dấu trên đường cong đặc tính của diode. Trước điểm ngưỡng, rất ít dòng điện chạy qua diode. Tuy nhiên, sau khi diode nhận được điện áp trên mức này, nó tạo ra dòng điện đáng kể.
Dòng điện thuận	Diode lý tưởng có dòng điện thuận vô hạn khi bất kỳ điện áp thuận nào được đặt trên các đầu nối của chúng. Điều này là do trong điều kiện lý tưởng, điện trở bên trong của diode sẽ là 0. Diode sẽ không có nội trở nào cả. Vì dòng điện, I = V / R, một lượng dòng điện vô hạn sẽ được dẫn và cung cấp cho mạch có diode lý tưởng.	Diode thông thường dẫn dòng điện lớn khi điện áp thuận trên ngưỡng của nó được cung cấp cho diode, nhưng nó vẫn là một lượng dòng điện hữu hạn. Diode thông thường dù nhỏ vẫn có nội trở. Không thể tạo ra bất kỳ thành phần vật chất nào mà không có một số nội trở. Điện trở đảm bảo rằng dòng điện sẽ có bản chất là hữu hạn và không thể là vô hạn.
Điện áp đánh thủng	Diode lý tưởng không có điện áp đánh thủng. Điều này là do diode lý tưởng có điện trở vô hạn đối với điện áp ngược. Nó sẽ không dẫn bất kỳ dòng điện nào khi điện áp được đặt ngược lại, bất kể điện áp đó lớn đến mức nào.	Diode thông thường có điện áp đánh thủng. Đây là điện áp nghịch mà khi đặt vào diode sẽ làm đứt các điểm nối diode và dẫn một lượng lớn dòng điện, mặc dù điện áp được cấp không đúng cực tính. Diode không được dẫn dòng khi điện áp được đặt sai cách. Tuy nhiên, sau một thời điểm nhất định, được gọi là điểm phá vỡ, nó sẽ dẫn điện.
Dòng điện nghịch	Vì một diode lý tưởng không có điểm đánh thủng nên nó không bao giờ dẫn dòng ngược lại, được gọi là dòng rò. Nó là một chất cách điện hoàn hảo khi điện áp được đặt ngược lại.	Diode thông thường sẽ dẫn một số dòng điện rò ngay cả khi đặt điện áp ngược, ngay cả khi điện áp ngược chưa đạt đến điểm đánh thủng. Sau khi đạt đến điện áp đánh thủng, nó sẽ dẫn một lượng lớn dòng điện ngược lại gọi là dòng kiểu thác. Điều này là do diode thông thường không bao giờ có thể là một chất cách điện hoàn hảo và sẽ nhường chỗ nếu đủ điện áp ngược được cung cấp cho nó.

Giống như đã nêu ở trên, diode lý tưởng không thể sản xuất. Diode có một rào cản lớp tiếp giáp mà chúng phải vượt qua, vì vậy nó cần một điện áp ngưỡng. Diode không thể dẫn dòng điện vô hạn vì nó sẽ luôn có một số điện trở bên trong. Và diode không thể là chất cách điện hoàn hảo khi phân cực nghịch, vì vậy nó sẽ dẫn một số dòng điện rò theo chiều ngược lại.

Vật phẩm gần nhất với diode lý tưởng trong thế giới thực là công tắc SPST đơn giản.

Khi phân cực thuận, diode lý tưởng hoạt động giống như một công tắc đóng:

Khi phân cực ngược, diode lý tưởng hoạt động giống như một công tắc mở.

Do đó, diode lý tưởng là một linh kiện bán dẫn không phải là một công tắc, nhưng hoạt động như một công tắc hoàn hảo, thông minh, biết khi nào nên tắt và bật dựa trên điện áp đặt vào các điểm nối của nó.

Vậy tại sao lại phải nghiên cứu diode lý tưởng hoặc bất kỳ thành phần lý tưởng nào, vì chúng không tồn tại? Câu trả lời là, nó giúp chúng ta tìm hiểu thêm về cách hoạt động của diode nếu chúng có điều kiện hoàn hảo. Do đó, nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các đặc tính của một diode theo cách tiếp cận đơn giản nhất. Diode sẽ hoạt động như thế nào nếu nó không có bất kỳ điện trở bên trong nào? Do đó, khi chúng ta biết thêm các yếu tố này, chúng ta hiểu rõ hơn về đường cong diode thực tế. Vì vậy, theo một cách nào đó, nó cung cấp một điểm khởi đầu tuyệt vời để hiểu diode ở trạng thái đơn giản nhất (lý tưởng) của nó. Sau đó, chúng ta có thể chuyển sang các đặc điểm thực tế ngoài đời thực với sự hiểu biết tốt hơn.