Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên được chế tạo ra. Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874. Diode bán dẫn đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như galena. Ngày nay hầu hết các đi ốt được làm từ silic, nhưng các chất bán dẫn khác như selen hoặc germani thỉnh thoảng cũng được sử dụng. Các diode tín hiệu và chuyển mạch nhỏ có công suất và xếp hạng dòng điện thấp hơn nhiều, khoảng 150mA, tối đa 500mW so với diode chỉnh lưu, nhưng chúng có thể hoạt động tốt hơn trong các ứng dụng tần số cao hoặc trong các ứng dụng cắt và chuyển đổi xử lý các dạng sóng xung thời gian ngắn.

Diode là gì?

Diode bán dẫn (gọi tắt là Diode) (phiên âm tiếng Việt là đi-ốt) là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại. Có nhiều loại diode bán dẫn, như diode chỉnh lưu thông thường, diode Zener, LED. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode. Để dễ hình dung ta có thể tưởng tượng Diode giống như 1 chiếc van một chiều trong đường ống nước, khi nước chảy qua đường ống nó sẽ đẩy cái van lên và tiếp tục chảy qua. Tuy nhiên, nếu dòng nước thay dổi hướng, nước sẽ đẩy cái van đóng lại và nó sẽ ngăn không cho nước chảy qua. Do đó nước chỉ có thể chảy theo một hướng duy nhất.Tuy nhiên, nếu dòng nước thay dổi hướng, nước sẽ đẩy cái van đóng lại và nó sẽ ngăn không cho nước chảy qua. Do đó nước chỉ có thể chảy theo một hướng duy nhất.

Lịch sử ra đời

Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên. Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874. Các Diode đầu tiên được sử dụng đã được phát hiện vào đầu những năm 1900 khi công nghệ không dây còn sơ khai. Cat’s Whisker là một trong những loại Diode đầu tiên được sử dụng. Nó bao gồm một đoạn dây rất mỏng (chính là râu của con mèo) có thể được đặt vào một mảnh vật liệu loại bán dẫn (thường là tinh thể khoáng như galena) để tạo ra một loại Diode tiếp xúc điểm. Điều này đã được sử dụng rộng rãi cho đến giữa đến cuối những năm 1920 khi công nghệ nhiệt điện hoặc van trở nên đủ rẻ để được sử dụng rộng rãi cho bộ radio.Vào khoảng thời gian của Chiến tranh thế giới thứ hai, các Diode mới là cần thiết cho các bộ radar đang được phát triển. Diode bán dẫn cung cấp một tùy chọn vì kích thước của chúng có nghĩa là chúng có thể hoạt động tốt hơn ở các tần số cần thiết cho radar.

Phân loại

Chúng ta sẽ có rất nhiều loại diode khác nhau trên thị trường hiện nay, mỗi loại sẽ có một chức năng riêng cũng như được ứng dụng trong một số trường hợp riêng. Cụ thể thì chúng ta có một số loại diode như sau:

• Diode chỉnh lưu: thường hoạt động ở dải tần thấp, chịu được dòng điện lớn và có áp ngược chịu đựng dưới 1000V. Những diode này chủ yếu để dùng chỉnh lưu dòng điện xoay chiều sang một chiều.
• Diode phát quang (đèn LED): là những đèn LED được sử dụng nhiều làm đèn chiếu sáng, đèn báo hiệu, đèn quảng cáo
• Diode zener: hay còn gọi với cái tên khác là diode đánh thủng – diode ổn áp… Đây là một loại diode bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown). Loại này được chế tạo nhằm mục đích tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Chúng được sử dụng rất nhiều trong các mạch nguồn điện áp thấp bởi đặc tính ổn áp của nó. Đây là một diode có chức năng hoạt động rất đặc biệt vì có thể cho dòng điện chạy từ K sang A nếu như nguồn điện áp đủ lớn hơn điện áp ghim của nó. Khi có dòng điện ngược chạy qua thì nó ghim lại một điện áp ghim như thông số trên datasheet của nó.
• Diode quang (photodiode)
• Diode Schottky
• Diode hạn xung hai chiều (TVS): là những diode có tần số đáp ứng cao từ vài chục kilo Hecz đến cả Mega Hezt. Những diode này thường được sử dụng nhiều trong các bo nguồn xung, các thiết bị điện tử cao tần.
• Diode tunnel (tunnel diode)
• Diode biến dung (Varicap): Diode biến dung hay Varicap là loại diode bán dẫn có nhiệm vụ biến đổi điện dung. Nó được tạo ra để giống như tụ điện có khả năng thay đổi điện dung. Diode biến dung điều chỉnh mức điện dung đến vài chục pF, được ứng dụng cho các mạch điều hưởng tần số cao ( khoảng 50 MHz trở lên )

.Khác biệt và tương đồng giữa ZENER DIODE và TVS DIODE

Nhiễu nhất thời của điện áp và dòng điện có thể gây hư hỏng cho thiết bị điện tử, đặc biệt khi thời gian tác dụng rất ngắn nhưng biên độ điện áp lại cao. Lúc này, năng lượng nhất thời có thể tạo ra tác động phá hoại mạnh mẽ. Để bảo vệ thiết bị khỏi các thiệt hại như vậy, ống TVS (Transient Voltage Suppressor) đã được phát triển và sử dụng rộng rãi. Đây là một thiết bị bảo vệ mạch hiệu quả, hoạt động dựa trên công nghệ ổn định điện áp, có hình dáng và ký hiệu điện tử tương tự như diode ổn định điện áp thông thường.

Khi ống TVS tiếp nhận năng lượng cao nhất thời, nó sẽ giảm đột ngột trở kháng với tốc độ rất nhanh (lên tới 1*10^-12 giây) và hấp thụ dòng điện lớn. Đồng thời, điện áp giữa hai đầu ống TVS sẽ được giữ ở mức cố định để bảo vệ các thành phần mạch khỏi bị hư hỏng do nhiễu nhất thời. TVS thường được sử dụng như một phương tiện bảo vệ ESD chính trong các thiết bị điện tử chính xác.

Cả diode Zener và TVS đều có khả năng ổn định điện áp và hoạt động trong chế độ cắt ngược. Tuy nhiên, đặc điểm của chúng khác nhau: trong khi dòng đánh thủng của TVS transistor Zener nhỏ hơn, ổn áp lớn hơn 10V chỉ với 1mA, thì dòng đánh thủng của diode Zener cao hơn nhiều. Mặc dù vậy, độ chính xác ổn định điện áp của diode Zener có thể đạt mức khá cao. Một điểm nổi bật của TVS là khả năng đáp ứng rất nhanh đối với các tác động nhất thời, vì vậy thời gian đáp ứng của TVS thường ngắn hơn so với diode Zener. Đồng thời, công suất của ống TVS cũng cao hơn, trong khi công suất của diode Zener lại thấp hơn.

Lưu ý khi sử dụng

Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược cathode sang anode. Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu diode bị phân cực ngược với hiệu điện thế lớn. Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi diode chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì diode bị đánh thủng, dòng điện qua diode tăng nhanh và đốt cháy diode. Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ các điều kiện sau đây:

• Dòng điện thuận qua diode không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định).
• Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của diode, cũng do nhà sản xuất cung cấp).

Ví dụ diode 1N4007 có thông số kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp như sau: VBR=1000V, IFmax = 1A, VF¬ = 1.1V khi IF = IFmax. Những thông số trên cho biết:

• Dòng điện thuận qua diode không được lớn hơn 1A.
• Điện áp ngược cực đại đặt lên diode không được lớn hơn 1000V.
• Điện áp thuận (tức UAK)có thể tăng đến 1.1V nếu dòng điện thuận bằng 1A. Cũng cần lưu ý rằng đối với các diode chỉnh lưu nói chung thì khi UAK = 0.6V thì diode đã bắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0.7V thì dòng qua diode đã đạt đến vài chục mA.

‍