Điốt bán dẫn – Trái tim của mạch điện tử

Trong thế giới điện tử hiện đại, điốt bán dẫn đóng một vai trò trung tâm, trở thành “trái tim” của hàng loạt mạch điện tử từ đơn giản đến phức tạp. Linh kiện này không chỉ đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển dòng điện mà còn là thành phần cốt lõi trong nhiều sản phẩm công nghệ cao.

Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về công nghệ điốt bán dẫn đầy màu sắc này.

Điốt bán dẫn là gì?

Điốt bán dẫn là một loại linh kiện điện tử chỉ cho phép dòng điện đi qua một chiều. Nó được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn như silicon hoặc germanium, tạo thành một cấu trúc hai lớp vật liệu khác loại (p-n).

Khi có hiệu điện thế áp dụng, điốt sẽ cho phép dòng điện đi qua nếu điện áp này có cùng hướng với hướng mong muốn, còn trong trường hợp ngược lại thì nó sẽ ngăn dòng điện. Khả năng điều khiển một chiều dòng điện này làm cho điốt trở nên vô cùng hữu ích trong các mạch điện tử.

Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn

Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn dựa trên hiệu ứng hảng rào điện tử (p-n junction) giữa hai vùng vật liệu khác loại – lớp p (dư thừa lỗ trống) và lớp n (dư thừa điện tron).

Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn

Khi điện áp thuận (forward bias) được áp dụng, các hạt điện tích sẽ được đẩy qua khu vực tiếp giáp p-n, tạo ra dòng điện đi qua điốt. Ngược lại, khi điện áp ngược (reverse bias) được áp dụng, lớp khuyết tách sẽ rộng ra hơn, ngăn không cho các hạt điện tích di chuyển, khiến dòng điện gần như không đi qua được.

Các loại điốt bán dẫn phổ biến

Tùy theo chức năng và ứng dụng, có nhiều loại điốt bán dẫn khác nhau được sử dụng trong mạch điện tử:

Các loại điốt bán dẫn phổ biến

Điốt tín hiệu: Được sử dụng trong các mạch xử lý tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số, như mạch chỉnh lưu, mạch giới hạn tín hiệu, mạch khóa,…
Điốt công suất: Loại điốt có khả năng xử lý dòng điện lớn và điện áp cao, thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện, mạch bảo vệ,… điều khiển các tải lớn.
Điốt Zener: Thiết kế đặc biệt cho phép chúng hoạt động ở điện áp đỉnh xác định, thường được sử dụng để tạo nguồn điện áp tham chiếu trong các mạch điều chỉnh hoặc các mạch bảo vệ điện áp.
Điốt LED: Loại điốt phát quang khi có dòng điện đi qua, được ứng dụng trong đèn hiệu, màn hình hiển thị, đèn báo, đèn tín hiệu…
Điốt quay: Là loại điốt lai tạo với nhiều chức năng bổ sung như phát xung điện áp cao, gia tốc điện tử,… chúng được sử dụng trong các mạch dao động, bộ tạo xung số,..

Công dụng của điốt bán dẫn

Chỉnh lưu và chuyển đổi nguồn

Điốt bán dẫn giúp chỉnh lưu và biến đổi dòng điện xoay chiều

Điốt bán dẫn là linh kiện thiết yếu trong các mạch chỉnh lưu biến đổi điện xoay chiều thành dòng một chiều để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử hoặc tải. Chúng giúp loại bỏ các chu kỳ xoay chiều âm, chỉ để lại nửa chu kỳ dương, tạo ra dòng điện một chiều.

Bảo vệ mạch

Nhờ khả năng ngăn dòng điện ngược, điốt đóng vai trò bảo vệ mạch khỏi các tác động có hại như xung điện áp ngược, dòng điện ngược hay đột biến dòng điện. Chúng cách ly mạch bằng cách khóa đường đi của dòng điện ngược, ngăn chặn sự phá hủy các linh kiện điện tử nhạy cảm.

Khóa, ngắt và kích hoạt mạch

Với tính chất chỉ dẫn điện khi có điện áp thuận, điốt có thể làm chức năng khóa hoặc ngắt mạch theo ngưỡng điện áp xác định. Chúng cũng được sử dụng để kích hoạt các mạch khác khi có đủ điện áp thuận.

Tạo xung và dao động

Công dụng của điốt bán dẫn: tạo xung và dao động

Nhờ đặc tính đóng/mở nhanh, điốt bán dẫn có thể tạo ra các xung điện hoặc dao động ổn định bằng cách thay đổi trạng thái dẫn/không dẫn. Các xung và dao động này được ứng dụng để tạo sóng đồng hồ số hoặc điều khiển các mạch.

Hiển thị ánh sáng và màu sắc

Đèn phát sáng LED (Light Emitting Diode) là một loại điốt bán dẫn đặc biệt, khi có dòng điện đi qua sẽ phát ra ánh sáng với màu sắc khác nhau tùy theo vật liệu chế tạo. LED có ứng dụng rất đa dạng trong đèn hiệu, màn hình hiển thị, đèn báo, đèn tín hiệu, chiếu sáng,..

Khuếch đại và truyền tin

Điốt bán dẫn được dùng trong các mạch khuếch đại công suất cao

Trong các mạch khuếch đại công suất cao, các điốt bán dẫn công suất lớn được sử dụng để xử lý dòng điện và điện áp cao. Chúng cũng là linh kiện quan trọng trong các mạch truyền tin số, đóng vai trò chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số.

Kết luận

Điốt bán dẫn thực sự là “trái tim” của mạch điện tử hiện đại bằng khả năng điều khiển dòng điện quan trọng của mình. Với nhiều loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu ứng dụng đa dạng, điốt bán dẫn trở thành một linh kiện điện tử cơ bản và thiết yếu trong mọi thiết kế mạch từ điện tử tiêu dùng đến công nghệ cao.

Từ điện thoại thông minh đến các hệ thống vệ tinh, mạng Internet cho đến các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, điốt bán dẫn vẫn đóng vai trò không thể thiếu trong việc xây dựng nên hệ thống điện tử hoàn chỉnh và ổn định.

Để không bỏ lỡ bất kỳ thông tin mới nào về ngành công nghiệp và chế tạo, hãy nhanh tay theo dõi website của FBC. Chúng tôi cam kết tiếp tục cập nhật những bài viết chất lượng và thông tin hữu ích.

Thông tin FBC ASEAN 2024: