Tìm hiểu về diode và cách kiểm tra diode chính xác nhất

Tìm hiểu về diode và cách kiểm tra diode chính xác nhất

Một trong những điều đầu tiên quan trọng nhất mà chúng ta bắt buộc phải biết khi thực hiện bất cứ phép kiểm tra hoặc xem bất kỳ bài hướng dẫn nào. Đó chính là bạn cần phải hiểu rõ về loại linh kiện mà bạn cần đo. Cần biết được khái niệm, ứng dụng và cả nguyên lý hoạt động của linh kiện. Bài viết sau đây METROTECH sẽ giới thiệu cho bạn hiểu rõ hơn về linh kiện điện tử Diode cũng như cách kiểm tra diode đơn giản và chính xác nhất

Diode là gì? Ứng dụng của diode bán dẫn

Diode là gì?

Diode là gì?
Diode là gì?

Diode hay đi ốt bán dẫn là một loại thiết bị bán dẫn có phân cực, nó dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại và thường được thấy trong các ứng dụng chỉnh lưu, kẹp, cắt..

Diode bán dẫn đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như galena. Trong cuộc sống hiện đại ngày nay hầu hết các Diode được làm từ Silic, nhưng các chất bán dẫn khác như Selen hoặc Germani cũng vẫn còn được sử dụng.

Diode được xem là linh kiện bán dẫn đầu tiên và khả năng chỉnh lưu của tinh thể này được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện vào năm 1874.

Diodet bán dẫn thì có nhiều loại như Diode chỉnh lưu thông thường, Diode Zener, LED.

Ứng dụng diode bán dẫn

Bởi vì tính chất dẫn điện một chiều như đã giới thiệu ở trên nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động. Đặc biệt, trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng.

Cách kiểm tra diode

Cách kiểm tra diode
Cách kiểm tra diode

Một trong những điều quan trọng nhất trong kiểm tra đi-ốt là chúng ta cần phải xác định được cực nào là cực âm, cực nào là dương. Hầu hết các đi-ốt P-N có dải trắng trên thân và có một đầu là cực dương, trong đó đầu cuối của dải trắng này là cực âm.

Thông thường, khi cực âm được nối với ka-tốt và cực dương của dòng điện được nối với a-nốt, đi-ốt phần cực thuận và điện áp khi phân cực thường nằm trong khoảng 0.7V đối với đi-ốt silicon. Việc thử nghiệm thiết bị này được thực hiện để biết được điều kiện làm việc phù hợp của nó trong chế độ kiểm tra thuận và nghịch.

Thường thì đi-ốt có thể có một dải các màu khác nhau trên phần thân và đầu cuối của dải màu này cũng là cực âm. Cho nên việc kiểm tra một diot có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau.

Tuy nhiên, dưới đây chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn các kỹ thuật đơn giản nhất để kiểm tra loại linh kiện Diode này. Lưu ý, những quy trình kiểm tra dưới đây chỉ dành cho các đi-ốt P-N thông thường.

Kiểm tra diode bằng đồng hồ vạn năng số

Vì trong DMM đã có sẵn hai chế độ nên việc kiểm tra Diode bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số (Digital Multimeter) có thể được thực hiện theo hai cách. Một là chế độ kiểm tra điốt và hai là chế độ đo điện trở.

Các bước tiến hành kiểm tra:

  • Bước đầu tiên: Thực hiện xác định cực dương và cực âm của Diode
  • Bước thứ hai: Hãy vặn núm điều chỉnh trên đồng hồ về chức năng đo Diode. Bởi ở chế độ này VOM sẽ cung cấp dòng điện khoảng 2mA giữa hai đầu que đo
  • Bước thứ ba: Tiến hành kết nối que đo màu đỏ đến cực dương và que đo màu đen đến cực âm (Phương pháp đo thuận)
  • Bước thứ tư: Chú ý quan sát và đọc giá trị hiển thị trên màn hình hiển thị. Nếu giá trị điện áp hiển thị trong khoảng từ 0.6 đến 0.7V (di-ốt silicon) chứng tỏ diode hoạt động tốt có thể tiếp tục sử dụng. Đối với Diode Germanium, giá trị mà Diode hoạt động ổn định đạt được là 0.23 đến 0.3V
  • Bước cuối cùng: Tiến hành đảo chiều que đo, kết nối que đỏ đến cực âm và que đen đến cực dương của Diode (phép đo nghịch). Đây là phương pháp kiểm tra điều kiện sai lệch của Diode lúc này sẽ không có dòng điện đi qua nó. Do đó nếu đồng hồ hiển thị OL (tương đương với mạch hở) có nghĩa là Diode đang hoạt động tốt.

Trường hợp đi-ốt bị lỗi:

Việc thực hiện theo các bước trên mà kết quả không giống thì có thể đi-ốt của bạn không thể sử dụng được và đang gặp lỗi. Thông thường có hai lỗi thường gặp trên diode là ngắn mạch và hở mạch.

  • Diode hở mạch là hoạt động như một “công tắc luôn mở” trong cả hai điều kiện thuận và nghịch. Vì vậy, bất kể khi sử dụng phương pháp đo thuận hay nghịch nó chỉ đều hiển thị một giá trị đó là OL.
  • Diode ngắn mạch giống như một “công tắc đóng” khi đó điện áp sẽ không chạy qua được đi-ốt và đồng hồ sẽ hiện thị bằng 0 trong cả hai trường hợp. Trong một số trường hợp, nó sẽ hiển thị một giá trị điện áp rất nhỏ.

Cách kiểm tra điốt bằng thang đo điện trở của đồng hồ đo điện đa năng

Đồng hồ vạn năng của bạn nếu không có chức năng đo Diode thì đây là phương pháp đo hữu hiệu nhất trong trường hợp này

  • Bước đầu tiên: Xác định cực dương và cực âm của Diode
  • Bước thứ hai: Chỉnh núm xoay đến chức năng đo điện trở. Thực hiện việc điều chỉnh đến chế độ đo điện trở thấp (~ 1k Ohm) để đo phân cực thuận và chỉnh đến chế độ kháng cao (100k Ohm) để kiểm tra phân cực nghịch
  • Bước thứ ba: Kết nối que đo màu đỏ với cực dương và que màu đen với cực âm. Điều này có nghĩa là Diode được phân cực thuận. Khi Diode bị phân cực thuận, điện trở của Diode rất nhỏ
  • Nếu đồng hồ hiển thị giá trị thấp khoảng từ vài chục đến vài trăm ohm thì Diode tốt
  • Bước thứ tư: Hãy tiếp tục thực hiện việc đảo ngược que đo của đồng hồ vạn năng sao cho cực dương của Diode kết nối với que đen và cực âm kết nối với que đỏ (phân cực ngược)
  • Bước cuối cùng: Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị giá trị điện trở rất cao hoặc OL thì Diode hoạt động tốt, vì trong quá trình phân cực ngược Diode cung cấp một trở kháng rất cao

Thông qua những điều trên có thể kết luận rằng để Diode hoạt động đúng, DMM cần hiển thị điện trở rất thấp trong điều kiện phân cực thuận điện trở rất cao hoặc OL trong điều kiện phân cực ngược.

Nếu đồng hồ đọc điện trở rất thấp theo cả hai hướng, thì Diode có thể bị chập. Còn nếu đồng hồ hiển thị điện trở rất cao hoặc OL trong cả hai điều kiện thuận và nghịch thì Diode bị hở mạch.

Kiểm tra đi-ốt bằng đồng hồ vạn năng kim

Kiểm tra đi-ốt bằng đồng hồ vạn năng kim
Kiểm tra đi-ốt bằng đồng hồ vạn năng kim

Tương tự như sử dụng thang đo Ohm trên đồng hồ số thì việc kiểm tra Diode bằng đồng hồ vạn năng kim cũng diễn ra theo trình tự các bước như sau:

  • Bước đầu tiên: Thực hiện điều chỉnh núm xoay đến vị trí đo điện trở thấp
  • Bước thứ hai: Tiến hành kết nối que đo với Diode ở điều kiện phân cực thuận bằng cách kết nối que đỏ với A-nốt và que đen với Ka-tốt
  • Bước thứ ba: Nếu đồng hồ hiển thị ở giá trị điện trở thấp thì Diode đang hoạt động tốt
  • Bước thứ tư: Tiếp tục việc vặn núm điều chỉnh đến vị trí điện trở cao và đảo ngược hai đầu que đo que đỏ nối với Ka-tốt và que đên nối với A-nốt (đo nghịch)
  • Bước thứ năm: Nếu đồng hồ hiển thị kết quả OL hoặc điện trở rất cao chứng tỏ diode đang hoạt động tốt
  • Bước cuối cùng: Quan sát nếu đồng hồ không hiển thị theo như những kết quả ở trên thì khả năng cao là Diode đã bị lỗi

Những cách đơn giản nhất giúp bạn kiểm tra một Diode có hoạt động tốt hay không bằng đồng hồ vạn năng kim và đồng hồ vạn năng số đã được giới thiệu ở trên. Chú ý rằng những cách trên chỉ áp dụng với các loại Diode P-N thông thường thôi nhé. Để biết thêm đối với các loại Diode đặc biệt hơn như diode LED và zener thì chúng ta hãy tìm hiểu xem phương pháp kiểm tra như thế nào.

Kiểm tra đèn LED (Điốt phát quang)

Trước khi kiểm tra bất cứ loại Diode nào thì điều đầu tiên mà chúng ta đều phải biết đó là các cực của nó. Có thể dùng chiều dài của dây dẫn để xác định các cực của Diode LED . Trong một đèn LED chân ngắn là cực âm và ngược lại hchân có chiều dài hơn là cực dương. Bên cạnh đó còn có một phương pháp khác để xác định cực là nhìn vào cấu trúc bề mặt, mặt phẳng là cực âm (cathode) và cái còn lại là cực dương anode

Sau khi chúng ta đã biết xác định được cực âm và cực dương của Diode phát quang thì sẽ tiếp tục tiến hành phép đo theo các bước sau

  • Bước đầu tiên: Tiến hành xác định cực dương và cực âm của LED
  • Bước thứ hai: Thực hiện việc chỉnh núm đồng hồ sang chế độ kiểm tra Diode
  • Bước thứ ba: Hãy kết nối que đo của đồng hồ với bóng LED theo phương pháp đo thuận sao cho que đo hơi chếch về phía trước
  • Bước thứ tư: Quan sát nếu đèn LED hoạt động tốt nó sẽ phát sáng và ngược lại nếu LED không sáng Diode hỏng
  • Bước cuối cùng: Không thể thực hiện các phép kiểm tra phân cực ngược với đèn LED vì nó không hoạt động trong điều kiện phân cực ngược

Kiểm tra Diode Zener bằng đồng hồ vạn năng

Đặc biệt hơn so với Diode thông thường, Diode Zener còn gọi là Diode ổn áp là một loại điốt bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng và chỉ hoạt động trong quá trình phân cực ngược. Do đó, khi thực hiện phép đo bạn cần phải nối cho nó một mạch bổ sung

  • Bước đầu tiên: Tiến hành xác định cực dương và cực âm của điốt Zener (có thể nhận dạng nó như một điốt thông thường)
  • Bước tiếp theo: Thực hiện kết nối với mạch thử nghiệm
  • Bước kế tiếp: Tiến hành xoay núm điều chỉnh đến chế độ đo điện áp
  • Bước kế cuối: Tiến hành kết nối que đo với điốt Zener
  • Bước cuối cùng: Thực hiện chậm việc tăng nguồn điện đầu vào cho diode và quan sát giá trị điện áp trên màn hình đồng hồ. Tiếp tục tăng điện áp và quan sát đồng hồ cho đến khi bằng điện áp đánh thủng của diode. Khi đó, giá trị điện áp hiển thị trên đồng hồ sẽ không tăng nữa mà giữ nguyên ở mức điện áp đánh thủng của diode dù ta có liên tục tăng điện áp đầu vào. Nếu điều này xảy ra, chứng tỏ diode của bạn đang hoạt động tốt

Ví dụ như nếu chúng ta áp một điện áp 12V vào đi-ốt Zener (điện áp đánh thủng là 6V) từ pin thông qua một điện trở; nếu đồng hồ vạn năng phải hiển thị số đọc xấp xỉ bằng 6V thì diode Zener hoạt động bình thường.

Trên đây là tất cả các cách kiểm tra Diode, tiếp theo chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của Diode nhé.

Nguyên lý hoạt động của diode

Bên trong khối bán dẫn P có chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N thì các lỗ trống này có xu hướng di chuyển khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Trong khi đó ở khu vực hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng dịch chuyển lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hình thành điện áp tiếp xúc.

Đối với sự tích hợp khối P (điện âm) và khối N (điện dương) hình thành một điện áp gọi là điện áp tiếp xúc (UTX). Điện trường được tạo ra bởi điện áp có hướng từ khối N đến khối P nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge. Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng điện.

Quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa vì ở hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất. Do đó, vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ khi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây chính là cốt lõi hoạt động của điốt. Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.

Thông thường nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định. Và ngược lại nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt.

Mong rằng với tất cả những khái niệm, những cách kiểm tra và nguyên lý hoạt động của Diode mà chúng tôi đã giới thiệu trên đây có thể giúp bổ sung thêm kiến thức về linh kiện điện tử và đồng thời giúp các bạn hiểu rõ hơn về Diode nhé.

Subscribe
Notify of
guest
0 Nhận xét
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận
Zalo
Hotline