A félvezető diódák elrendezése és működése

Djód - a félvezető eszközök dicsõ családjának legegyszerûbb eszköze. Ha veszünk egy félvezető lemezt, például Németországot, és bevezetünk egy akceptor-szennyeződést a bal és a jobb donorba, akkor egyrészt P típusú félvezetőt kapunk, másrészt N-t. A kristály közepén kapjuk az úgynevezett P-N csomópontaz 1. ábrán látható módon.

Ugyanez az ábra a dióda feltételes grafikus megjelölését mutatja az ábrákon: a katód kimenete (negatív elektróda) ​​nagyon hasonló a „-” jelhez. Könnyebb megjegyezni.

Összességében egy ilyen kristályban két különböző vezetőképességű zóna van, ahonnan két vezeték jön ki, így a kapott eszközt diódamert a "di" előtag kettőt jelent.

Ebben az esetben a dióda félvezetőnek bizonyult, de hasonló eszközök ismertek már korábban: például az elektronikus csövek korszakában volt egy kenotronnak nevezett csődióda. Az ilyen diódák már nem szerepelnek a történelemben, bár a "cső" hangszórói úgy vélik, hogy egy csőerősítőben még az anódfeszültség-egyenirányítónak csőnek kell lennie!

1. ábra: A dióda felépítése és a dióda megnevezése az ábrán

A P és N vezetőképességű félvezetők metszéspontjában kiderül P-N csomópont (P-N csomópont), amely az összes félvezető eszköz alapja. De ellentétben a diódával, amelyben ez az átmenet csak egy tranzisztorok két P-N csatlakozással rendelkezik, és például tirisztorok azonnal négy átmenetből áll.

P-N átmenet nyugalomban

Még ha a P-N csomópont, ebben az esetben a dióda sem csatlakozik sehol, ugyanazok az érdekes fizikai folyamatok zajlanak benne, amelyeket a 2. ábra mutat.

2. ábra: Dióda nyugalomban

Az N régióban túl sok elektron van, negatív töltéssel rendelkezik, és a P régióban a töltés pozitív. Ezek a töltések együttesen elektromos mezőt képeznek. Mivel az ellenkezőleg töltött töltések hajlamosak vonzódni, az N zónából származó elektronok behatolnak a pozitív töltésű P zónába, egyes lyukakat kitöltve magukkal. Egy ilyen mozgás eredményeként áram alakul ki a félvezető belsejében, bár nagyon kicsi (nanoamperes egységek).

Ennek a mozgásnak az eredményeként az anyag sűrűsége a P oldalon növekszik, de egy bizonyos határig. A részecskék általában egyenletesen oszlanak el az anyag teljes térfogatában, hasonlóan ahhoz, ahogy a parfümök illata terjed az egész helyiségben (diffúzió), így előbb vagy utóbb az elektronok visszatérnek az N zónába.

Ha a legtöbb villamosenergia-fogyasztónak az áram iránya nem játszik szerepet - a lámpa világít, a csempe felmelegszik, akkor a dióda számára az áram iránya óriási szerepet játszik. A dióda fő funkciója az áram irányítása egy irányban. Ezt a tulajdonságot nyújtja a P-N csomópont.

Ezután megvizsgáljuk, hogyan viselkedik a dióda az áramforrás csatlakoztatásának két lehetséges esetben.

A dióda ellenkező irányba történő bekapcsolása

Ha egy energiaforrást csatlakoztat a félvezető diódához, ahogy az a 3. ábrán látható, akkor az áram nem halad át a P-N csomóponton.

3. ábra. Fordított dióda be

Mint az ábrán látható, az energiaforrás pozitív pólusa az N régióhoz, a negatív pólus a P régióhoz kapcsolódik. Ennek eredményeként az N régió elektronjai rohannak a forrás pozitív pólusáig. A pozitív töltéseket (lyukakat) a P régióban viszont vonzza az áramforrás negatív pólusa. Ezért a P-N csomópont régiójában, amint az az ábrán látható, üreg alakul ki, egyszerűen nincs áramvezetés, nincs töltőhordozó.

A tápegység feszültségének növekedésével az elektronok és a lyukak egyre inkább vonzódnak az akkumulátor elektromos mezőjéhez, míg a töltőhordozók P - N csomópontjában egyre kevesebb.Ezért a fordított összeköttetésben a diódán keresztüli áram nem megy keresztül. Ilyen esetekben szokás ezt mondani a félvezető diódát fordított feszültség zárja be.

Az anyag sűrűségének növekedése az akkumulátor pólusaihoz vezet diffúziós növekedése, - az anyag egyenletes eloszlásának vágya az egész térfogatban. Mi történik, ha kikapcsolja az akkumulátort?

Félvezető dióda fordított áram

Itt érkezett ideje visszahívni a kisebbségi fuvarozókat, amelyeket feltételesen elfelejtettek. A helyzet az, hogy még zárt állapotban is jelentéktelen áram halad át a diódán, amelyet fordított áramnak neveznek. Ez az fordított áram és olyan kisebbségi fuvarozók hozza létre, amelyek ugyanúgy mozoghatnak, mint a főek, csak az ellenkező irányba. Természetesen egy ilyen mozgás fordított feszültség alatt történik. A fordított áram általában kicsi a kisebbségi hordozók miatt.

A kristályhőmérséklet növekedésével nő a kisebbségi hordozók száma, ami a fordított áram növekedéséhez vezet, ami a P-N csomópont megsemmisüléséhez vezethet. Ezért a félvezető eszközök - diódák, tranzisztorok, áramkörök - üzemi hőmérséklete korlátozott. A túlmelegedés elkerülése érdekében nagy teljesítményű diódákat és tranzisztorokat telepítenek a hűtőbordákra - radiátorok.

A dióda bekapcsolása előre irányba

A 4. ábrán látható.

4. ábra. Közvetlen bekapcsolás a diódán

Most megváltoztatjuk a forrás beillesztésének polaritását: mínusz kapcsolódás az N régióhoz (katód), plusz a P régióhoz (anód). Az N régióba való beillesztés esetén az elektronok visszatükröződnek az akkumulátor mínuszából és a P-N csomópont felé mozognak. A P régióban a pozitív töltésű lyukakat az akkumulátor pozitív kivezetése húzza ki. Az elektronok és a lyukak egymás felé rohannak.

A különböző polaritású töltött részecskéket összegyűjtik a P-N csomópont közelében, közöttük villamos mező lép fel. Ezért az elektronok legyőzik a P-N kereszteződést, és továbbhaladnak a P zónán. Ugyanakkor néhányuk lyukakkal kombinálódik, de többségük az akkumulátor pluszjáig rohan, az Id a diódán megy keresztül.

Ezt az áramot hívják egyenáram. Ezt korlátozza a dióda műszaki adatai, néhány maximális érték. Ha ezt az értéket túllépik, fennáll a dióda lebontásának veszélye. Meg kell azonban jegyezni, hogy az ábrán az előremenő áram iránya egybeesik az elektronok általánosan elfogadott, fordított mozgásával.

Azt is mondhatjuk, hogy a bekapcsolás előremenő irányában a dióda elektromos ellenállása viszonylag kicsi. Amikor újra bekapcsolja, ez az ellenállás sokszor nagyobb lesz, a félvezető diódán keresztüli áram nem megy (enyhe fordított áramot itt nem veszünk figyelembe). A fentiekből arra következtethetünk, hogy a dióda úgy viselkedik, mint egy szokásos mechanikus szelep: az egyik irányba fordul - víz folyik, a másik felé fordul - az áramlás megállt. Ehhez a tulajdonsághoz a diódát hívják félvezető szelep.

A félvezető dióda összes képességének és tulajdonságainak részletes megértése érdekében meg kell ismerkednie a diodiddal volt - amper jellemző. Az is jó, hogy megismerjük a diódák különféle kialakításait és a frekvenciatulajdonságokat, valamint az előnyöket és hátrányokat. Ezt a következő cikkben tárgyaljuk.

A cikk folytatása: A diódák jellemzői, kivitele és alkalmazás jellemzői

Boris Aladyshkin