Ứng dụng của Diode : chúng ta sẽ thấy một số ứng dụng phổ biến của điốt. Là một linh kiện bán dẫn đơn giản nhất, diode có rất nhiều ứng dụng trong các hệ thống điện tử hiện đại. Các mạch điện và điện tử khác nhau sử dụng thành phần này như một thiết bị cần thiết để tạo ra kết quả cần thiết.
Giới thiệu Các ứng dụng của Diode
Chúng ta biết rằng Diode chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng và do đó nó hoạt động như một công tắc một chiều. Diode được làm bằng vật liệu loại P và N và có hai cực là cực dương và cực âm. Thiết bị này có thể được vận hành bằng cách kiểm soát điện áp đặt vào nó.
Khi điện áp dương đặt vào anốt so với catốt, điốt được phân cực thuận. Nếu điện áp đặt vào diode lớn hơn mức ngưỡng (thường là 0,6V), thì diode mạch ngắn và cho phép dòng điện chạy qua. Nếu cực của điện áp bị thay đổi có nghĩa là cực âm được tạo thành dương so với cực dương, thì nó được phân cực ngược và hoạt động như mạch hở dẫn đến không có dòng điện chạy qua.
Diode
Các lĩnh vực ứng dụng của điốt bao gồm các hệ thống thông tin liên lạc như bộ giới hạn, bộ cắt; hệ thống máy tính như cổng logic, bộ kẹp; hệ thống cung cấp điện như chỉnh lưu và biến tần; hệ thống truyền hình như bộ tách pha, bộ giới hạn, bộ kẹp; các mạch radar như mạch điều khiển độ lợi, bộ khuếch đại tham số, v.v … Mô tả sau đây mô tả ngắn gọn các ứng dụng khác nhau của điốt.
Các ứng dụng của Diode phổ biến
Trước khi xem xét các ứng dụng khác nhau của điốt, chúng ta hãy nhanh chóng điểm qua một danh sách nhỏ các ứng dụng phổ biến của điốt.
- Bộ chỉnh lưu
- Mạch Clipper
- Kẹp mạch
- Mạch bảo vệ dòng điện ngược
- Cổng logic
- Hệ số điện áp
và nhiều cái khác. Bây giờ chúng ta hãy hiểu chi tiết hơn từng ứng dụng của điốt.
Diode trong bộ chỉnh lưu
Ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất của diode là chỉnh lưu nguồn AC thành nguồn DC. Sử dụng điốt, chúng ta có thể xây dựng các loại mạch chỉnh lưu khác nhau. Các dạng cơ bản của các mạch chỉnh lưu sử dụng diode này là chỉnh lưu nửa sóng, toàn sóng. Một hoặc kết hợp bốn điốt được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng chuyển đổi điện năng. Hình dưới đây cho thấy hoạt động của diode trong bộ chỉnh lưu.
Diode như một bộ chỉnh lưu
- Trong nửa chu kỳ tích cực của nguồn cung cấp đầu vào, cực dương được tạo thành dương đối với cực âm để điốt được phân cực thuận. Những kết quả này tạo ra một dòng điện cho tải. Vì tải là điện trở nên điện áp trên điện trở tải sẽ giống với điện áp cung cấp có nghĩa là điện áp hình sin đầu vào sẽ xuất hiện ở tải. Và lưu lượng dòng điện tải tỷ lệ với điện áp đặt vào.
- Trong nửa chu kỳ âm của sóng hình sin đầu vào, cực dương được tạo thành âm so với cực âm, do đó điốt được phân cực ngược. Do đó, không có dòng điện chạy đến tải. Mạch trở nên hở mạch và không xuất hiện điện áp trên tải.
- Cả điện áp và dòng điện ở phía tải đều có một cực có nghĩa là điện áp đầu ra là DC. Thông thường mạch chỉnh lưu này có một tụ điện được nối trên tải để tạo ra dòng điện một chiều ổn định và liên tục mà không có bất kỳ gợn nào.
Điốt trong mạch cắt
Các mạch cắt được sử dụng trong máy phát FM mà các đỉnh nhiễu được giới hạn ở một giá trị cụ thể để loại bỏ các đỉnh nhiễu quá mức khỏi chúng. Mạch clipper sử dụng diode được sử dụng để ngắt điện áp vượt quá giá trị đặt trước mà không làm ảnh hưởng đến phần còn lại của dạng sóng đầu vào. Dựa trên cấu hình diode trong mạch, các mạch cắt này được chia thành hai loại; Clippers nối tiếp và Clippers shunt như hình :
Hình trên cho thấy các Clippers dương nối tiếp và Clippers shunt Dương. Và sử dụng các mạch cắt này, các nửa chu kỳ dương của dạng sóng điện áp đầu vào sẽ bị loại bỏ. Trong bộ cắt nối tiếp dương, trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực ngược nên điện áp ở đầu ra bằng không. Do đó, nửa chu kỳ dương bị cắt bớt ở đầu ra. Trong nửa chu kỳ âm của đầu vào, diode được phân cực thuận và nửa chu kỳ âm xuất hiện trên đầu ra.
Trong bộ Clippers shunt dương, diode được phân cực thuận trong nửa chu kỳ tích cực nên điện áp đầu ra bằng 0 do diode hoạt động như một công tắc đóng. Và trong nửa chu kỳ âm, diode được phân cực ngược và hoạt động như công tắc mở để điện áp đầu vào đầy đủ xuất hiện trên đầu ra. Với hai bộ cắt điốt ở trên, nửa chu kỳ dương của đầu vào được cắt ở đầu ra.
Điốt trong mạch kẹp hay clamp (Ghim)
Mạch kẹp được sử dụng để thay đổi hoặc thay đổi đỉnh dương hoặc âm của tín hiệu đầu vào đến mức mong muốn. Mạch này còn được gọi là bộ dịch mức hoặc bộ khôi phục DC. Các mạch kẹp này có thể dương hoặc âm phụ thuộc vào cấu hình diode. Trong mạch kẹp dương, các đỉnh âm được nâng lên trên nên các đỉnh âm rơi về mức không. Trong trường hợp mạch kẹp âm, các đỉnh dương được kẹp để nó đẩy xuống dưới sao cho các đỉnh dương nằm trên mức không.
Nhìn vào sơ đồ dưới đây để hiểu ứng dụng của diode trong mạch kẹp. Trong nửa chu kỳ dương của đầu vào, điốt được phân cực ngược nên điện áp đầu ra bằng tổng điện áp đầu vào và điện áp tụ điện (coi lúc đầu tụ điện tích điện). Trong nửa chu kỳ âm của đầu vào, diode được phân cực thuận và hoạt động như một công tắc đóng để tụ điện tích điện đến giá trị đỉnh của tín hiệu đầu vào.
Mạch kẹp
Điốt trong Cổng logic
Điốt cũng có thể thực hiện các hoạt động logic kỹ thuật số. Các trạng thái trở kháng thấp và cao của công tắc logic tương tự với các điều kiện phân cực thuận và nghịch của diode tương ứng. Do đó, diode có thể thực hiện các hoạt động logic như AND, OR, v.v … Mặc dù logic diode là một phương pháp sớm hơn với một số hạn chế, chúng được sử dụng trong một số ứng dụng. Hình dưới đây cho thấy logic cổng OR được thực hiện bằng cách sử dụng một cặp điốt và một điện trở.
Điốt trong Cổng logic
Trong mạch trên, điện áp đầu vào được áp dụng tại V và bằng cách điều khiển các công tắc, chúng ta nhận được logic OR ở đầu ra. Ở đây logic 1 có nghĩa là điện áp cao và logic 0 có nghĩa là điện áp bằng không. Khi cả hai công tắc đều ở trạng thái mở, cả hai điốt đều ở trạng thái phân cực ngược và do đó điện áp ở đầu ra Y bằng không. Khi bất kỳ một công tắc nào được đóng lại, diode trở thành phân cực thuận và kết quả là đầu ra cao.
Điốt trong mạch nhân điện áp – Các ứng dụng của Diode
Bộ nhân điện áp bao gồm hai hoặc nhiều mạch chỉnh lưu diode được xếp tầng để tạo ra điện áp đầu ra một chiều bằng với hệ số nhân của điện áp đầu vào được đặt vào. Các mạch nhân này có nhiều loại khác nhau như bộ phân điện áp, bộ ghép ba, bộ tứ phân, v.v … Bằng cách sử dụng kết hợp điốt với tụ điện, chúng ta nhận được bội số lẻ hoặc thậm chí của điện áp đỉnh đầu vào ở đầu ra.
Bộ nhân đôi điện áp nửa sóng
Hình trên mô tả một mạch nghi ngờ điện áp nửa sóng có điện áp đầu ra DC gấp đôi điện áp AC đầu vào đỉnh. Trong nửa chu kỳ dương của đầu vào AC, diode D1 được phân cực thuận và D2 được phân cực ngược. Vậy tụ C1 tích điện đến điện áp đỉnh Vm của đầu vào qua diode D1. Trong nửa chu kỳ âm của đầu vào AC, D1 được phân cực ngược và D2 được phân cực thuận. Vì vậy, tụ C2 bắt đầu sạc triệt để D2 và C1. Như vậy, tổng hiệu điện thế trên C2 bằng 2Vm.
Trong nửa chu kỳ dương tiếp theo, diode D2 được phân cực ngược nên tụ C2 sẽ phóng điện qua tải. Tương tự như vậy bằng cách xếp tầng các mạch chỉnh lưu, chúng ta sẽ nhận được nhiều giá trị của điện áp đầu vào ở đầu ra.
Điốt trong bảo vệ dòng điện ngược
Bảo vệ phân cực ngược hoặc dòng điện là cần thiết để tránh thiệt hại xảy ra do kết nối pin sai cách hoặc đảo ngược các cực của nguồn DC. Sự kết nối ngẫu nhiên của nguồn cung cấp này gây ra dòng điện có cường độ lớn, làm phát nổ các thành phần mạch điện một cách triệt để. Do đó, một diode bảo vệ hoặc chặn được kết nối nối tiếp với cực dương của đầu vào để tránh sự cố kết nối ngược lại.
Diode trong bảo vệ dòng điện ngược
Hình trên mô tả mạch bảo vệ dòng ngược nơi diode được mắc nối tiếp với tải ở cực dương của nguồn cung cấp pin. Trong trường hợp kết nối đúng cực, diode được phân cực thuận và dòng tải chạy qua nó. Tuy nhiên, trong trường hợp kết nối sai, diode bị phân cực ngược và điều đó không cho phép bất kỳ dòng điện nào chạy đến tải. Do đó, tải được bảo vệ chống lại dòng điện ngược.
Điốt trong triệt tiêu điện áp Spike
Trong trường hợp tải cuộn cảm hoặc cuộn cảm, việc ngắt nguồn cung cấp đột ngột sẽ tạo ra điện áp cao hơn do năng lượng từ trường được lưu trữ của nó. Những đột biến điện áp bất ngờ này có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho các thành phần mạch. Do đó, một diode được kết nối qua các tải cuộn cảm hoặc cảm ứng để hạn chế các xung điện áp lớn. Các điốt này cũng được gọi bằng các tên khác nhau trong các mạch khác nhau như diode snubber, diode flyback, diode triệt tiêu, và diode freewheeling, v.v.
Điốt trong triệt tiêu điện áp Spike
Trong hình trên, diode tự do được kết nối qua tải cảm ứng để triệt tiêu xung điện áp trong cuộn cảm. Khi mở công tắc đột ngột, điện áp tăng đột biến được tạo ra trong cuộn cảm. Do đó, diode tự do tạo ra con đường an toàn để chạy dòng điện để phóng điện áp do tăng đột biến cung cấp.
Điốt trong Pin năng lượng mặt trời – Các ứng dụng của Diode
Các điốt được sử dụng để bảo vệ các tấm pin mặt trời được gọi là điốt nối tắt. Nếu bảng pin năng lượng mặt trời bị lỗi hoặc bị hỏng hoặc bị che bởi lá rơi, tuyết và các vật cản khác, công suất đầu ra tổng thể sẽ giảm và phát sinh hư hỏng điểm nóng vì dòng điện của các tế bào còn lại phải chạy qua tế bào bị lỗi hoặc bị che này gây ra hiện tượng quá nhiệt. Chức năng chính của điốt nối tắt là bảo vệ các tế bào năng lượng mặt trời chống lại sự cố phát nhiệt điểm nóng này.
Điốt trong bảng năng lượng mặt trời
Hình trên cho thấy kết nối của điốt rẽ nhánh trong pin mặt trời. Các điốt này được kết nối song song với các pin mặt trời. Từ đó hạn chế điện áp qua pin mặt trời xấu và cho phép dòng điện từ pin mặt trời tốt ra mạch ngoài. Do đó, giảm vấn đề quá nhiệt bằng cách hạn chế dòng điện chạy qua pin mặt trời xấu.