Chiều dòng điện: Đi từ dương (+) sang âm (-)
Khi diode được phân cực thuận (cực dương của nguồn điện nối với anode và cực âm của nguồn điện nối với cathode) và điện áp phân cực vượt mức điện áp ngưỡng (khoảng 0.6V đối với silic), dòng điện sẽ chạy được qua diode, dòng điện đi từ anode sang cathode (dòng điện chỉ đi qua diode theo chiều này).
Phân cực ngược: Cực dương của nguồn điện nối với cathode và cực âm nối với anode, ngăn dòng điện ngược. Diode mắc song song tới tải ngăn dòng điện chạy ngược tránh hư hại thiết bị.
Điện áp rơi (Drop voltage): Là điện áp thực tế đo được giữa 2 đầu anode và cathode khi diode đang dẫn điện. Thường khoảng 0.7V đối với diode silic và 0.3V đối với diode Gemani
Diode giúp điều khiển dòng điện, chống nhiễu, ổn định dòng điện và bảo vệ các thành phần trong mạch điều khiển và mạch kỹ thuật số.
Diode chỉnh lưu (Rectifier diode): Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) để cấp nguồn cho thiết bị khác. Loại này có khả năng chịu dòng lớn và điện áp ngược cao, thường dùng trong nguồn điện. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ (1 diode) và mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ (cầu diode gồm 4 diode).
Hình 1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
Khi điện áp AC ở nửa chu kỳ dương, diode phân cực thuận và dẫn điện, dòng điện được cấp cho tải. Ở nửa chu kỳ âm, diode phân cực ngược nên không dẫn, dòng điện bị ngắt. Kết quả là điện áp đầu ra chỉ xuất hiện ở nửa chu kỳ dương, tạo ra dòng DC với độ gợn lớn, chưa ổn định. Độ gợn sóng của mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ lớn hơn độ gợn sóng của mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ
Do diode có mức sụt áp khi dẫn khoảng 0.7V (đối với diode silicon, 0.2-0.4V đối với diode Schottky), nên điện áp đỉnh thực tế ở ngõ ra thấp hơn so với đỉnh của nguồn vào là 0.7V
Trong thực tế, người ta luôn phải mắc thêm tụ lọc nguồn (như sơ đồ có tụ lọc C) để làm nhiệm vụ nạp và phóng điện, giúp san phẳng các khoảng trống và giảm độ gợn xuống mức thấp nhất.
Hình 2: Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ dạng cầu diode
Nửa chu kỳ dương của Vin: Đầu trên của cuộn thứ cấp mang điện thế (+), đầu dưới của cuộn thứ cấp mang điện thế (-)
- D2 và D3 dẫn:
- D2 có Anode ở cực dương (+) và Cathode ở Vout -> D2 dẫn
- D3 có Anode ở GND và Cathode ở cực âm (-) -> D3 dẫn
- D1 và D4 phân cực nghịch -> khóa
- Chiều dòng điện: Đầu trên biến áp (+) -> D2 -> RL-> D3 -> đầu dưới biến áp (-)
Nửa chu kỳ âm: Đầu trên của cuộn thứ cấp mang điện thế (-), đầu dưới của cuộn thứ cấp mang điện thế (-)
- D1 và D4 dẫn
- D2 và D3 khóa
- Chiều dòng điện: Đầu dưới biến áp (-) -> D4 -> RL-> D1 -> đầu trên biến áp (-)
Vì 2 diode dẫn, nên tổng sụt áp là 1.4 V (đối với diode Silicon)
Hình 3: Mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ 2 diode (máy biến áp có điểm giữa)
Nửa chu kỳ dương của Vin: D1 dẫn, D2 khóa. Chiều dòng điện đi từ đầu trên cuộn thứ cấp (+) -> D1 -> RL-> điểm giữa máy biến áp (0V)
Nửa chu kỳ âm của Vin: D2 dẫn, d1 khóa. Chiều dòng điện đi từ đầu dưới cuộn thứ cấp (+) -> D2 -> RL-> điểm giữa máy biến áp (0V)
Hiệu suất tương tự mạch cầu diode
Cách khắc phục sụt áp trên diode:
- Chọn diode Schottky để giảm mức sụt áp
- Dùng MOSFET chỉnh lưu thay thế diode (synchoronous rectifier) trong các ứng dụng công suất lớn, giúp giảm tổn thất điện áp đáng kể
Dòng điện sau khi đi qua mạch chỉnh lưu vẫn có độ gợn sóng khá cao, Cách khắc phục độ gợn sóng cao:
- Dùng tụ điện lọc lớn hơn: Tụ điện có dung lượng càng cao thì khả năng giảm độ gơn sóng càng tốt. Tụ điện lọc giúp san phẳng điện áp. Tụ điện nạp điện khi nguồn cao và phóng điện ra tải khi nguồn sụt giảm.
- Dùng cuộn cảm lọc: San phẳng dòng điện & lọc nhiễu.
- Cuộn cảm chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng điện: Khi dòng qua mạch định tăng nhanh, cuộn cảm cản lại; khi dòng điện tụt xuống, cuộn cảm lại xả năng lượng từ trường để kéo dòng lên
- Chặn các xung nhiễu tần số cao từ lưới điện
- Kết hợp LC
-
Dùng bộ ổn áp tuyến tính hoặc nguồn xung: Các IC ổn áp (như 78xx, LM317, các dòng LDO) giúp ổn định điện áp đầu ra, trong khi nguồn xung có thể giảm ripple đáng kể.
Diode Zener: Ứng dụng ở chế độ phân cực ngược trên vùng đánh thủng. Có khả năng giữ điện áp ổn định ở một giá trị nhất định, bảo vệ mạch khỏi quá áp .Dùng nhiều trong mạch ổn áp.
- Khi điện áp ngược tăng đến và vượt quá mức điện áp Zener (Vz), hiện tượng đánh thủng xảy ra. Diode bắt đầu cho phép dòng điện ngược chạy qua mạnh mẽ. Dù dòng điện ngược có tăng lên bao nhiêu (trong giới hạn công suất cho phép), điện áp ghim trên diode vẫn giữ nguyên giá trị Vz (ổn áp).
Diode tín hiệu (signal diode): Công suất nhỏ, hoạt động ở tần số cao, thường dùng trong mạch phát hiện tín hiệu, tách sóng.
Diode Schottky: phản hồi nhanh, cải thiện tốc độ chuyển mạch, kẹp điện áp để bảo vệ đầu vào, dùng trong mạch nguồn và mạch tần số cao.
- Dùng mối nối kim loại - bán dẫn thay vì P-N
- Điện áp rơi (phân cực thuận): 0.2 V - 0.4V (diode Schottky silicon)
- Điện áp ngưỡng: thấp
- Ngừng dẫn điện gần như ngay lập tức khi chuyển hướng
- Trong phân cực ngược, một lượng nhỏ dòng điện vẫn chạy và thường cao hơn so với diode P-N
Diode phát quang (LED): Khi dòng điện đi qua, nó phát sáng với màu sắc tùy loại
Diode thu quang (Photodiode): Phản ứng với ánh sáng, chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện hoặc thay đổi điện trở dưới tác động của ánh sáng
Diode xung : Dùng trong mạch điện tần số cao (kHz, MHz), có khả năng đóng cắt nhanh. Một số loại diode có thể tạo xung điện áp hoặc lọc sóng, dùng trong mạch số, âm thanh, hình ảnh, và truyền thống để xử lý hoặc điều chế tín hiệu.
Diode tách sóng: loại nhỏ, thường có vỏ thủy tinh, dùng trong thiết bị vô tuyến để tách sóng tín hiệu (tách tín hiệu âm thanh hoặc dữ liệu khỏi sóng mang), giúp xử lý và tái tạo tín hiệu hiệu quả hơn.
