Ako sú usporiadané a fungujú polovodičové diódy

Djód - najjednoduchšie zariadenie v slávnej rodine polovodičových zariadení. Ak vezmeme doštičku polovodiča, napríklad Nemecko, a zavedieme akceptorovú nečistotu do jej ľavej polovice a do pravého darcu, potom na jednej strane dostaneme polovodič typu P, respektíve na druh N. N. Uprostred kryštálu dostaneme tzv. Križovatka P-Nako je znázornené na obrázku 1.

Rovnaký obrázok zobrazuje podmienené grafické označenie diódy v diagrame: výstup katódy (záporná elektróda) ​​je veľmi podobný znamienku „-“. Je ľahšie si zapamätať.

Celkovo sú v takomto kryštáli dve zóny s rôznymi vodivosťami, z ktorých vychádzajú dva vodiče, takže výsledné zariadenie sa nazýva diódapretože predpona „di“ znamená dve.

V tomto prípade sa dióda ukázala ako polovodič, ale podobné zariadenia boli známe už predtým: napríklad v ére elektronických trubíc bola trubicová dióda nazývaná kenotrón. Teraz také diódy v histórii prešli, hoci prívrženci zvuku „trubice“ veria, že v trubicovom zosilňovači by mal byť trubicou aj usmerňovač anódového napätia!

Obrázok 1. Štruktúra diódy a označenie diódy v diagrame

Na križovatke polovodičov s vodivosťou P a N sa ukázalo Križovatka P-N (križovatka P-N), ktorá je základom všetkých polovodičových zariadení. Na rozdiel od diódy, v ktorej je tento prechod iba jedným, tranzistory majú dva križovatky P-N a napríklad tyristory pozostávajú okamžite zo štyroch prechodov.

Prechod P-N v pokoji

Aj keď križovatka P-N, v tomto prípade dióda, nie je nikde spojená, vyskytujú sa vo vnútri rovnaké fyzikálne procesy, ktoré sú znázornené na obrázku 2.

Obrázok 2. Dióda v pokoji

V oblasti N je nadbytok elektrónov, má záporný náboj a v oblasti P je náboj kladný. Tieto náboje spolu tvoria elektrické pole. Pretože opačne nabité náboje majú tendenciu priťahovať, elektróny zo zóny N prenikajú do pozitívne nabitej zóny P a niektoré z nich vyplnia navzájom. V dôsledku tohto pohybu vzniká prúd vo vnútri polovodiča, aj keď veľmi malý (jednotky nanoamper).

V dôsledku tohto pohybu sa hustota látky na strane P zvyšuje, ale na určitú hranicu. Častice majú zvyčajne tendenciu sa rovnomerne šíriť v celom objeme látky, podobne ako sa šíria vône parfumov v miestnosti (difúzia), takže sa elektróny skôr alebo neskôr vracajú späť do zóny N.

Ak pre väčšinu spotrebiteľov elektriny nezohráva smer prúdu úlohu - svetlo svieti, dlaždica sa zahreje, potom pre diódu hrá smer prúdu prúd obrovskú úlohu. Hlavnou funkciou diódy je viesť prúd v jednom smere. Túto vlastnosť poskytuje križovatka P-N.

Ďalej uvažujeme, ako sa dióda správa v dvoch možných prípadoch pripojenia aktuálneho zdroja.

Zapnutie diódy v opačnom smere

Ak k polovodičovej dióde pripojíte zdroj napájania, ako je to znázornené na obrázku 3, potom prúd neprejde cez spojenie P-N.

Obrázok 3. Reverzná dióda zapnutá

Ako je možné vidieť na obrázku, kladný pól zdroja energie je pripojený k oblasti N a záporný pól k oblasti P. Výsledkom je, že elektróny z oblasti N sa ponáhľajú k kladnému pólu zdroja. Naopak, kladné náboje (diery) v oblasti P sú priťahované negatívnym pólom zdroja energie. Preto v oblasti križovatky P-N, ako je možné vidieť na obrázku, prázdne formy, jednoducho nie je nič, čo by viedlo prúd, nie sú žiadni nosiči náboja.

Keď sa napätie zdroja energie zvyšuje, elektróny a diery sú stále viac priťahované do elektrického poľa batérie, zatiaľ čo v oblasti spojenia P - N nosičov náboja je stále menej.Preto pri spätnom spojení prúd cez diódu nejde. V takýchto prípadoch je zvyčajné hovoriť polovodičová dióda je uzavretá reverzným napätím.

Vedie to k zvýšeniu hustoty hmoty v blízkosti pólov batérie vzostup difúzna- túžba po rovnomernom rozdelení látky v celom objeme. Čo sa stane, keď vypnete batériu.

Spätný prúd polovodičovej diódy

Tu nastal čas pripomenúť si menšinových prepravcov, na ktorých sa podmienečne zabudlo. Faktom je, že dokonca aj v uzavretom stave prechádza cez dióda nevýznamný prúd nazývaný spätný prúd. Tento spätný prúd a je tvorený menšinovými dopravcami, ktorí sa môžu pohybovať rovnakým spôsobom ako tí hlavní, iba opačným smerom. Tento pohyb sa prirodzene vyskytuje pri spätnom napätí. Spätný prúd je spravidla malý kvôli malému počtu menšinových prepravcov.

So zvyšujúcou sa teplotou kryštálov sa zvyšuje počet minoritných nosičov, čo vedie k zvýšeniu spätného prúdu, čo môže viesť k zničeniu spojenia P - N. Preto sú prevádzkové teploty polovodičových zariadení - diódy, tranzistory, obvody obmedzené. Aby sa predišlo prehriatiu, na chladičoch sú inštalované silné diódy a tranzistory - radiátory.

Zapnutie diódy smerom dopredu

Znázornené na obrázku 4.

Obrázok 4. Dióda s priamym zapnutím

Teraz zmeníme polaritu začlenenia zdroja: záporné pripojenie k oblasti N (katóda) a plus k oblasti P (anóda). Pri tomto zahrnutí do oblasti N sa elektróny odrazia od mínus batérie a posunú sa smerom k spojke P-N. V oblasti P sa kladne nabité otvory odpudzujú z kladného pólu batérie. Elektróny a diery sa ponáhľajú k sebe.

Nabité častice s rôznou polaritou sa zhromažďujú v blízkosti križovatky P-N, medzi nimi vzniká elektrické pole. Preto elektróny prekonávajú križovatku P-N a pokračujú v pohybe cez zónu P. Zároveň sa niektoré z nich kombinujú s dierami, ale väčšina z nich sa ponáhľa k plusu batérie, prúd Id prechádza diódou.

Tento prúd sa nazýva jednosmerný prúd, Je obmedzená technickými údajmi diódy, nejakou maximálnou hodnotou. Pri prekročení tejto hodnoty hrozí nebezpečenstvo poruchy diódy. Malo by sa však poznamenať, že smer dopredného prúdu na obrázku sa zhoduje so všeobecne akceptovaným spätným pohybom elektrónov.

Môžeme tiež povedať, že v smere prepínania vpred je elektrický odpor diódy pomerne malý. Keď ho znova zapnete, tento odpor bude mnohokrát väčší, prúd cez polovodičovú diódu nejde (mierny spätný prúd sa tu nezohľadňuje). Z vyššie uvedeného môžeme vyvodiť záver dióda sa správa ako obyčajný mechanický ventil: otáča sa jedným smerom - voda tečie, druhá sa otáča - tok sa zastavil, Pre túto vlastnosť sa volá dióda polovodičový ventil.

Ak chcete podrobne porozumieť všetkým schopnostiam a vlastnostiam polovodičovej diódy, mali by ste sa s ňou zoznámiť volt - ampérová charakteristika, Je tiež dobré dozvedieť sa o rôznych prevedeniach diód a frekvenčných vlastnostiach, o výhodách a nevýhodách. O tom sa bude hovoriť v nasledujúcom článku.

Pokračovanie článku: Charakteristika diódy, prevedenie a vlastnosti aplikácie

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Mohli by sme opísať prácu križovatky P-N a presnejšie vysvetliť „diery“, „hlavné nosiče“, „menšinové nosiče“ a „hustotu hmoty“.

[#2 andy78]

Anatoly, to už bolo na mieste. Len som sa nechcel opakovať.Vyhľadajte na webe články: „Vodiče, izolátory a polovodiče“ a "Z čoho sú vyrobené tranzistory."

[#3]

Tento článok je dobrý, ale ako poznamenal priateľ, chýba podrobnejšia analýza terminológie.

Momenty rozptylu nie sú celkom jasne opísané. Predstavte si, že držíme a spájame dva kusy toho istého polovodiča - jeden je venovaný darcovskou nečistotou (atómy nečistoty s väčším počtom elektrónov na vonkajšej časti elektrónu ako atómy pôvodného polovodiča), druhý je akceptor (atómy nečistoty s menším počtom) - elektrónmi). Vznik tzv „SCR“ - oblasť vesmírneho nabíjania - keď sa dostanú do kontaktu dva typy, je spôsobená konkurenciou rozptyl elektróny z oblasti N do oblasti P (a zodpovedajúcim spôsobom otvory v opačnom smere) a závejoch (v skutočnosti pohyb v elektrickom poli) nosičov náboja pôsobením vznikajúceho elektrického poľa. Nejde však o nekonečný proces. Po určitom čase (pre nás - okamžite) sa tieto dva efekty navzájom vyrovnajú. To však neznamená, že difúzia zmizne. Môžete len hovoriť o dynamickej rovnováhe.

Na rovnakom mieste, kde hovoríme o určitej „medzere“ v prechodovej oblasti PN, je to rovnaká SCR - oblasť vesmírneho nabíjania, ktorá ju tiež nazýva „vyčerpaná oblasť“, ak zlyhá pamäť. Pod pojmom „vesmírny náboj“ však nie sú myslené útržky a diery, ktoré sa môžu unášať a rozptyľovať, ale atómové jadrá - môžete ich vziať nehnuteľne. Prísne vzaté, tiež rozptyľujú, ale oveľa pomalšie. Napríklad ich difúzia spôsobuje dočasné starnutie polovodičových prvkov. Ale toto je úplne iný príbeh ...

[#4]

Spory o ničom, elektróny neexistujú. Pozri Rybnikov S.Yu. na YouTube vám povie, ako atóm v skutočnosti funguje, o periodickej tabuľke ao RuCcue bill. A video nezavierajte hystericky a nehovorte, že toto všetko je nezmysel, musíte sa pokojne pozerať až do konca a premýšľať, alebo v skutočnosti sme v školách a na univerzitách vymývaní mozgov.

[#5 Dimon]

Eugene,
Ak elektróny neexistujú, ako funguje dióda? Ukázalo sa, že teória hovna s bielymi vláknami.