Cum sunt aranjate și funcționate diodele semiconductoare

Diod - cel mai simplu dispozitiv din glorioasa familie de dispozitive cu semiconductor. Dacă luăm o placă a unui semiconductor, de exemplu Germania, și introducem o impuritate a acceptorului în jumătatea stângă și în partea donantă dreapta, atunci pe de o parte obținem un semiconductor de tip P, respectiv, pe de altă parte N. În mijlocul cristalului obținem așa-numitul Joncțiunea P-Nașa cum se arată în figura 1.

Aceeași figură arată denumirea grafică condiționată a diodei în diagrame: ieșirea catodului (electrod negativ) este foarte similară cu semnul „-”. Este mai ușor de reținut.

În total, într-un astfel de cristal există două zone cu conductivități diferite, din care ies două conductoare, astfel încât dispozitivul rezultat este numit diodedeoarece prefixul „di” înseamnă două.

În acest caz, dioda s-a dovedit a fi un semiconductor, dar dispozitive similare erau deja cunoscute: de exemplu, în epoca tuburilor electronice, exista o diodă de tub numită kenotron. Acum, astfel de diode au trecut în istorie, deși adepții sunetului "tub" cred că într-un amplificator de tub, chiar și redresorul de tensiune al anodului ar trebui să fie un tub!

Figura 1. Structura diodei și desemnarea diodei în diagramă

La joncțiunea semiconductorilor cu conductivitățile P și N, se dovedește Joncțiunea P-N (joncțiunea P-N), care este baza tuturor dispozitivelor semiconductoare. Spre deosebire de o diodă, în care această tranziție este doar una, tranzistori au două joncțiuni P-N și, de exemplu, tiristoare constau imediat din patru tranziții.

Tranziția P-N în repaus

Chiar dacă joncțiunea P-N, în acest caz dioda, nu este conectată nicăieri, toate aceleași procese fizice interesante apar în interiorul acesteia, care sunt prezentate în figura 2.

Figura 2. Diodă în repaus

În regiunea N există un exces de electroni, are o sarcină negativă, iar în regiunea P sarcina este pozitivă. Împreună, aceste sarcini formează un câmp electric. Întrucât încărcările opuse tind să atragă, electronii din zona N pătrund în zona P încărcată pozitiv, umplând unele găuri cu ei înșiși. Ca urmare a unei astfel de mișcări, apare un curent în interiorul semiconductorului, deși este foarte mic (unități de nano-aparate).

Ca urmare a acestei mișcări, densitatea substanței de pe partea P crește, dar până la o anumită limită. Particulele tind, de obicei, să se răspândească uniform în întregul volum al substanței, similar modului în care mirosul parfumurilor se răspândește în toată camera (difuzia), de aceea, mai devreme sau mai târziu, electronii revin în zona N.

Dacă pentru majoritatea consumatorilor de energie electrică direcția curentului nu joacă un rol - lumina este aprinsă, faianța se încălzește, atunci pentru diodă direcția curentului joacă un rol imens. Principala funcție a diodei este de a conduce curentul într-o direcție. Această proprietate este furnizată de joncțiunea P-N.

În continuare, considerăm cum se comportă dioda în două cazuri posibile de conectare a unei surse curente.

Pornirea diodei în sens invers

Dacă conectați o sursă de alimentare la dioda semiconductor, așa cum se arată în figura 3, atunci curentul nu va trece prin joncțiunea P-N.

Figura 3. Diodă inversă pornită

După cum se poate observa în figură, polul pozitiv al sursei de alimentare este conectat la regiunea N, iar polul negativ la regiunea P. Ca urmare, electronii din regiunea N se îndreaptă spre polul pozitiv al sursei. La rândul său, sarcinile pozitive (găurile) din regiunea P sunt atrase de polul negativ al sursei de energie. Prin urmare, în regiunea joncțiunii P-N, așa cum se poate observa în figură, se formează un gol, pur și simplu nu există nimic de condus curent, nu există operatori de taxare.

Pe măsură ce tensiunea sursei de alimentare crește, electronii și găurile sunt din ce în ce mai atrase de câmpul electric al bateriei, în timp ce în regiunea joncțiunii P - N a purtătorilor de încărcare, există din ce în ce mai puțin.Prin urmare, în conexiunea inversă, curentul prin diodă nu trece. În astfel de cazuri, este obișnuit să spunem asta dioda semiconductor este închisă prin tensiune inversă.

O creștere a densității materiei în apropierea poliilor bateriei duce la creștere de difuzie- dorința unei distribuții uniforme a substanței pe tot volumul. Ce se întâmplă când opriți bateria.

Curent invers al diodei semiconductoare

Aici a venit momentul să reamintim transportatorii minoritari, care au fost uitați condiționat. Cert este că, chiar și în starea închisă, trece printr-o diodă un curent neînsemnat, numit curent invers. Acesta curent invers și este creat de transportatorii minoritari care se pot deplasa în același mod ca și cei principali, doar în direcția opusă. Desigur, o astfel de mișcare are loc sub tensiune inversă. De regulă, curentul invers este mic, din cauza numărului mic de transportatori minoritari.

Odată cu creșterea temperaturii cristalelor, numărul purtătorilor minoritari crește, ceea ce duce la o creștere a curentului invers, ceea ce poate duce la distrugerea joncțiunii P - N. Prin urmare, temperaturile de funcționare pentru dispozitivele cu semiconductor - diode, tranzistoare, circuite sunt limitate. Pentru a preveni supraîncălzirea, dioduri și tranzistoare puternice sunt instalate pe chiuvete - radiatoare.

Pornirea diodei în direcția înainte

Prezentat în figura 4.

Figura 4. Pornirea directă a diodei

Acum schimbăm polaritatea includerii sursei: minus conectăm la regiunea N (catod) și plus la regiunea P (anod). Odată cu această includere în regiunea N, electronii se vor repulsa din minusul bateriei și se vor muta spre joncțiunea P-N. În regiunea P, găurile încărcate pozitiv sunt respinse de la borna pozitivă a bateriei. Electronii și găurile se grăbesc unul spre celălalt.

Particule încărcate cu polaritate diferită sunt colectate lângă joncțiunea P-N, un câmp electric apare între ele. Prin urmare, electronii depășesc joncțiunea P-N și continuă să se deplaseze prin zona P. În același timp, unii dintre ei se recombină cu găuri, dar majoritatea se grăbesc la plusul bateriei, Id-ul curent trece prin diodă.

Acest curent se numește curent continuu. Este limitată de datele tehnice ale diodei, o valoare maximă. Dacă această valoare este depășită, există pericolul ca dioda să se deterioreze. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că direcția curentului înainte din figură coincide cu mișcarea inversă general acceptată, în general, a electronilor.

Putem spune, de asemenea, că în direcția înainte de pornire, rezistența electrică a diodei este relativ mică. Când o porniți din nou, această rezistență va fi de multe ori mai mare, curentul prin dioda semiconductorului nu merge (aici nu se ia în considerare un ușor curent invers). Din cele de mai sus, putem concluziona că dioda se comportă ca o supapă mecanică obișnuită: rotită într-o direcție - curge apa, întoarsă în cealaltă - debitul oprit. Pentru această proprietate, se numește dioda supapă semiconductoare.

Pentru a înțelege în detaliu toate abilitățile și proprietățile unei diode cu semiconductor, ar trebui să vă familiarizați cu aceasta volt - caracteristică ampere. De asemenea, este bine să aflați despre diferitele modele de diode și proprietăți de frecvență, despre avantajele și dezavantajele. Acest lucru va fi discutat în articolul următor.

Continuarea articolului: Caracteristicile diodelor, proiectărilor și caracteristicilor aplicației

Boris Aladyshkin