Điều gì là Điôt Điện?

Điều gì là Điôt Điện Năng?

Điôt Điện Năng

Điôt điện năng được định nghĩa là điôt được sử dụng trong các mạch điện năng, có khả năng xử lý dòng điện cao hơn so với điôt thông thường. Nó có hai đầu và dẫn dòng điện theo một hướng, với cấu trúc được thiết kế cho các ứng dụng điện năng cao.

Để hiểu rõ hơn về điôt điện năng, hãy xem lại cách hoạt động của điôt tiêu chuẩn. Điôt được định nghĩa là thiết bị bán dẫn đơn giản nhất, có hai lớp, hai đầu và một mối nối.

Điôt tín hiệu thông thường có mối nối được tạo bởi bán dẫn loại p và bán dẫn loại n. Đầu nối với loại p được gọi là anôt, và đầu nối với loại n được gọi là catôt.

Hình dưới đây mô tả cấu trúc của điôt thông thường và ký hiệu của nó.

Điôt điện năng cũng tương tự như điôt thông thường, mặc dù chúng có sự khác biệt nhỏ trong cấu trúc.

Trong điôt thông thường (còn được gọi là "điôt tín hiệu"), mức độ pha tạp của cả P và N đều giống nhau và do đó ta có mối nối PN, nhưng trong điôt điện năng, chúng ta có mối nối được tạo giữa P được pha tạp nặng và N+ được pha tạp nhẹ - lớp được mọc lên trên lớp N được pha tạp nặng. Do đó, cấu trúc trông như hình dưới đây.

Lớp N- là đặc điểm chính của điôt điện năng, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng điện năng cao. Lớp này được pha tạp rất nhẹ, gần như nội tại và do đó thiết bị còn được gọi là điôt PIN, trong đó i đại diện cho nội tại.

Như chúng ta có thể thấy trong hình trên, tính trung hòa điện tích ròng của vùng điện tích không gian vẫn được duy trì như trường hợp của điôt tín hiệu, nhưng độ dày của vùng điện tích không gian khá lớn và thâm nhập sâu vào vùng N-.

Điều này là do nồng độ pha tạp nhẹ, như chúng ta biết rằng độ dày của vùng điện tích không gian tăng khi nồng độ pha tạp giảm.

Độ dày tăng của vùng cạn kiệt hoặc vùng điện tích không gian giúp điôt chặn được điện áp ngược lớn hơn và do đó có điện áp phá hủy lớn hơn.

Tuy nhiên, việc thêm lớp N- làm tăng đáng kể điện trở ohmic của điôt, dẫn đến sinh nhiệt nhiều hơn trong trạng thái dẫn tiếp. Do đó, điôt điện năng đi kèm với các cách lắp đặt khác nhau để tản nhiệt đúng cách.

Tầm Quan Trọng của Lớp N-

Lớp N- trong điôt điện năng được pha tạp nhẹ, tăng độ dày của vùng điện tích không gian và cho phép điện áp ngược lớn hơn.

Đặc Tính V-I

Hình dưới đây hiển thị đặc tính v-i của điôt điện năng, gần như tương tự với điôt tín hiệu.

Trong điôt tín hiệu, dòng điện tăng theo cấp số nhân trong vùng dẫn tiếp, tuy nhiên trong điôt điện năng, dòng điện tiến lớn dẫn đến giọt điện trở ohmic lớn, chi phối sự tăng cấp số nhân và đường cong tăng gần như tuyến tính.

Điện áp ngược tối đa mà điôt có thể chịu được được biểu diễn bằng VRRM, tức là điện áp lặp lại ngược cực đại.

Trên điện áp này, dòng điện ngược đột ngột trở nên rất cao và do điôt không được thiết kế để giải nhiệt lượng lớn như vậy, nó có thể bị phá hủy. Điện áp này cũng có thể được gọi là điện áp ngược cực đại (PIV).

Thời Gian Phục Hồi Ngược

Hình dưới đây mô tả đặc tính phục hồi ngược của điôt điện năng. Khi điôt được tắt, dòng điện giảm từ IF về zero và tiếp tục theo hướng ngược lại do điện tích được lưu trữ trong vùng điện tích không gian và vùng bán dẫn.

Dòng điện ngược đạt đỉnh IRR và sau đó bắt đầu tiếp cận giá trị zero và cuối cùng, điôt tắt sau thời gian trr.

Thời gian này được định nghĩa là thời gian phục hồi ngược và được định nghĩa là khoảng thời gian giữa lúc dòng điện tiến đạt zero và lúc dòng điện ngược giảm xuống 25% của IRR. Sau thời gian này, điôt được coi là đạt khả năng chặn ngược.

Hệ Số Mềm Mại

Hệ số mềm mại của điôt điện năng là tỷ lệ giữa thời gian loại bỏ điện tích từ vùng bán dẫn và vùng cạn kiệt, chỉ ra các biến đổi điện áp khi tắt.