Kako su raspoređene i rade poluvodičke diode

Djod - najjednostavniji uređaj u slavnoj obitelji poluvodičkih uređaja. Ako uzmemo ploču poluvodiča, na primjer Njemačku, i u njenu lijevu polovicu unesemo akceptorsku nečistoću, a u desnu donora, onda s jedne strane dobivamo poluvodič tipa P, odnosno s druge vrste N. U sredini kristala dobivamo tzv. P-N spojkao što je prikazano na slici 1.

Na istoj slici prikazana je uvjetna grafička oznaka diode na dijagramima: izlaz katode (negativna elektroda) vrlo je sličan znaku „-“. Lakše je zapamtiti.

Ukupno, u takvom kristalu postoje dvije zone s različitim provodnostima, iz kojih izlaze dva vodiča, pa se dobiveni uređaj naziva diodajer prefiks "di" znači dva.

U ovom se slučaju dioda pokazala poluvodičem, ali slični uređaji bili su poznati i prije: na primjer, u doba elektronskih cijevi postojala je cijevna dioda koja se zove kenotron. Sada su se takve diode ušle u povijest, iako pristalice zvuka "cijevi" vjeruju da u cijevnom pojačivaču čak i anodni ispravljač napona treba biti cijev!

Slika 1. Struktura diode i oznaka diode u dijagramu

Na mjestu spajanja poluvodiča s P i N provodnošću, ispada P-N spojnica (P-N spojnica), što je osnova svih poluvodičkih uređaja. Ali za razliku od diode, u kojoj je ovaj prijelaz samo jedan, tranzistori imaju dva P-N spajanja i, na primjer, tiristori sastoje se odmah od četiri prijelaza.

P-N prijelaz u mirovanju

Čak i ako P-N spoj, u ovom slučaju dioda, nije nigdje spojen, unutar njega se događaju isti, zanimljivi fizički procesi, koji su prikazani na slici 2.

Slika 2. Dioda u mirovanju

U regiji N postoji višak elektrona, on nosi negativan naboj, a u regiji P naboj je pozitivan. Ti naboji zajedno čine električno polje. Budući da nasuprot nabijeni naboji teže privlačiti, elektroni iz zone N prodiru u pozitivno nabijenu zonu P, ispunjavajući neke rupe sa sobom. Kao rezultat ovog kretanja, unutar poluvodiča se stvara struja, iako vrlo mala (jedinice nanoampera).

Kao rezultat toga kretanja, gustoća tvari na P strani se povećava, ali do određene granice. Čestice obično imaju ravnomjerno raspoređivanje po volumenu tvari, slično kao što se miris parfema širi po sobi (difuzija), pa se, prije ili kasnije, elektroni vraćaju natrag u zonu N.

Ako za većinu potrošača električne energije smjer struje ne igra ulogu - svjetlo je uključeno, pločica se zagrijava, tada za diodu smjer struje igra ogromnu ulogu. Glavna funkcija diode je voditi struju u jednom smjeru. To je svojstvo koje pruža spoj P - N.

Dalje, razmotrimo kako se dioda ponaša u dva moguća slučaja spajanja izvora struje.

Uključivanje diode u suprotnom smjeru

Ako spojite izvor napajanja na poluvodičku diodu, kao što je prikazano na slici 3, tada struja neće proći kroz P-N spoj.

Slika 3. Dioda s mogućnošću preokretanja unazad

Kao što se može vidjeti na slici, pozitivni pol izvora napajanja povezan je s područjem N, a negativni pol u područje P. Kao rezultat toga, elektroni iz regije N hrle na pozitivni pol izvora. Zauzvrat, pozitivni naboji (rupe) u regiji P privlače negativni pol izvora napajanja. Stoga u području P-N spajanja, kao što se može vidjeti na slici, formira se praznina, jednostavno nema što za struju, nema nosača naboja.

Kako se napon izvora energije povećava, elektroni i rupe sve više privlače električno polje akumulatora, dok je u području P - N spoja nosača naboja sve manje i manje.Stoga u obrnutom spoju struja kroz diodu ne ide. U takvim je slučajevima uobičajeno to reći poluvodička dioda je zatvorena povratnim naponom.

Dovodi do povećanja gustoće materije u blizini stupova baterije porast difuzija, - želja za ravnomjernom raspodjelom tvari u cijelom volumenu. Što se događa kad isključite bateriju.

Povratna struja poluvodičke diode

Tu je došlo vrijeme da se prisjetimo manjinskih prijevoznika, koji su bili uvjetno zaboravljeni. Činjenica je da čak i u zatvorenom stanju kroz diodu prolazi beznačajna struja, koja se naziva obrnuta struja. Ovaj reverzna struja i stvaraju ga manjinski nosači koji se mogu kretati na isti način kao i glavni, samo u suprotnom smjeru. Naravno, takvo se kretanje događa pod obrnutim naponom. Obrnuta struja u pravilu je mala, zbog malog broja manjinskih nositelja.

S porastom temperature kristala povećava se broj manjinskih nosača, što dovodi do porasta obrnute struje, što može dovesti do uništenja P - N spajanja. Stoga su radne temperature za poluvodičke uređaje - diode, tranzistore, sklopove ograničene. Kako bi se spriječilo pregrijavanje, na toplotne sudove ugrađuju se snažne diode i tranzistori - radijatori.

Uključivanje diode u smjeru prema naprijed

Prikazana na slici 4.

Slika 4. Izravno uključenje diode

Sada mijenjamo polaritet uključivanja izvora: minus spajamo na regiju N (katoda), a plus na regiju P (anoda). Ovim uključivanjem u N regiju, elektroni će se odbiti od minusa baterije i pomaknuti se prema P-N spoju. U regiji P pozitivno nabijene rupe se odbijaju od pozitivnog terminala baterije. Elektroni i rupe jure se jedni prema drugima.

Nabijene čestice različitog polariteta skupljaju se blizu P-N spoja, između njih nastaje električno polje. Stoga elektroni prevladavaju P-N spoj i nastavljaju se kretati kroz zonu P. U isto vrijeme, neki od njih rekombiniraju se s rupama, ali većina ih žuri na plus baterije, Id ide kroz diodu.

Ta se struja zove istosmjerna struja, Ograničena je tehničkim podacima diode, nekom maksimalnom vrijednošću. Ako se ta vrijednost premaši, postoji opasnost od raspada diode. Međutim, treba napomenuti da se smjer struje prema naprijed na slici podudara s općenito prihvaćenim obratnim gibanjem elektrona.

Također možemo reći da je u smjeru kretanja prema naprijed električni otpor diode relativno mali. Kad ga ponovo uključite, taj će otpor biti mnogostruko veći, struja kroz poluvodičku diodu ne ide (mala obrnuta struja ovdje se ne uzima u obzir). Iz prethodnog možemo to zaključiti dioda se ponaša poput običnog mehaničkog ventila: okrenuta u jednom smjeru - voda teče, okrenuta u drugom - protok je zaustavljen, Za ovo svojstvo zove se dioda poluvodički ventil.

Da biste detaljno razumjeli sve sposobnosti i svojstva poluvodičke diode, trebali biste se upoznati s njenom volt - amperska karakteristika, Također je dobro naučiti o različitim izvedbama dioda i frekvencijskim svojstvima, o prednostima i nedostacima. O tome će se govoriti u sljedećem članku.

Nastavak članka: Karakteristike dioda, dizajna i mogućnosti primjene

Boris Aladyskin