Tìm hiểu về diode chỉnh lưu

1. Diode chỉnh lưu là gì

Diode là linh kiện bán dẫn được sử dụng rộng rãi. Diode chỉnh lưu là một chất bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một hướng. Diode được tạo thành từ 2 lớp bán dẫn loại N và loại P. Phía P được gọi là cực dương (anode) và phía N được gọi là cực âm (cathode). Diode chỉnh lưu là một thành phần quan trọng trong nguồn cung cấp điện, dùng để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.

2. Ký hiệu của diode chỉnh lưu

3. Hoạt động của diode chỉnh lưu

Các chất bán dẫn loại n và p được kết hợp với nhau tạo nên một lớp tiếp giáp, gọi là lớp tiếp giáp PN. Lớp tiếp giáp này có hai đầu là điện cực, cụ thể là cực dương và cực âm nên nó được gọi là "DIODE".

Diode chỉnh lưu trung hòa

• Khi không có điệp áp thì diode chỉnh lưu thì ở trạng thái trung hòa về điện, hay còn gọi là hàng rào điện thế. Tại lớp N sẽ chiếm lượng lớn electron tự do và rất ít lỗ trống. Trong khi đó phía lớp P sẽ có nhiều lỗ trống và ít electron.

• Trong quá trình này, các electron tự do ở phía bán dẫn N sẽ khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống, để lại các ion dương phía bên N và các ion âm trong lớp P của diode.

• Các ion ở lớp N gần cạnh lớp tiếp giáp. Tương tự, các ion ở lớp p gần cạnh tiếp giáp. Do đó, số lượng ion dương và ion âm sẽ tích tụ tại điểm giao nhau. Vùng này gọi là vùng nghèo.

• Tại đây, một điện trường tĩnh gọi là hàng rào điện thế được tạo ra tại đường giao nhau P-N của diode. Nó ngăn chặn việc di chuyển thêm các lỗ trống và electron. Tạo thành vùng cách điện giữa 2 lớp bán dẫn.

Phân cực thuận cho diode

• Khi cấp điện áp mà cực dương của nguồn nối với lớp P (anode) và cực âm với lớp N (Cathode) khi đó điện áp bắt đầu phân cực.

• Các electron và cực âm của nguồn đẩy lẫn nhau làm cho các electron trôi về phía cực dương, tương tự các lỗ trống cũng bị đẩy về phía cực âm. Tạo nên dòng electron chạy trong diode.

Phân cực nghịch cho diode

• Nếu cực dương của nguồn nối với Cathode của diode (vùng bán dẫn N) và cực âm kết nối với Anode (vùng bán dẫn P) thì không có dòng điện nào chạy trong diode trừ dòng ngược bão hòa (hay dòng rò).

• Nguyên nhân là do chúng ta nối ngược với điều kiện, làm cho vùng nghèo trở nên nhiều hơn, điều này sẽ cản trở dòng điện chạy qua.

• Nếu tăng điện áp ngược lên một giá trị nhất định sẽ tạo ra một dòng ngược đủ lớn để đi qua diode. Nếu dòng ngược này không bị giới hạn từ bên ngoài và vượt qua giá trị cho phép của diode thì diode sẽ bị hỏng. Bởi vì khi tăng điện áp các nguyên tử electron sẽ chuyển động nhanh và va chạm với các nguyên tử khác trong diode, bản thân các electron phải giải phóng ra nhiều electron hơn bằng cách phá vỡ các liên kết cộng hóa trị. Quá trình này được gọi là sự gia tăng điện tích, dẫn đến dòng ngược tăng lên đột ngột.

  

• Hiện tượng này được gọi là đánh thủng diode.

4. Một số ứng dụng của diode chỉnh lưu

• Chỉnh lưu điện áp : chỉnh lưu điện áp AC thành điện áp DC

• Cô lập tín hiệu từ nguồn cung cấp

• Tham chiếu điện áp

• Điều khiển kích thước của tín hiệu

• Trộn tín hiệu

• Phát hiện tín hiệu

• Hệ thống chiếu sáng

• Diode Laser

5. Chỉnh lưu bán kỳ

Vì diode chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều nên tín hiệu âm đi vào diode sẽ bị chặn. Nghĩa là chỉ có một nửa tín hiệu được đi qua. Do đó được gọi là chỉnh lưu nửa chu kì. Hình bên dưới sẽ biểu diễn một mạch diode chỉnh lưu nửa chu kì.

6. Chỉnh lưu toàn kỳ

Mạch chỉnh lưu đầy đủ được thiết kế bởi 4 diode, nhờ đó chúng ta có thể làm cho cả hai nửa sóng được đi qua diode. Được gọi là diode cầu.

Cấu tạo của diode cầu gồm có 2 diode phân cực thuận và 2 diode phân cực nghịch, dòng điện của cả hai chiều luôn luôn chạy theo 1 hướng và đi về phía điện trở, tạo thành mạch chỉnh lưu toàn kỳ.

Bộ chỉnh lưu toàn kỳ được sử dụng trong nguồn cấp điện để chuyển từ nguồn AC sang nguồn DC, trong mạch thường có thêm một tụ điện nối song song với điện trở nhằm giảm gợn sóng quá trình chỉnh lưu.