Comment les diodes semi-conductrices sont disposées et fonctionnent

Diode - l'appareil le plus simple de la glorieuse famille d'appareils à semi-conducteurs. Si nous prenons une plaque d'un semi-conducteur, par exemple l'Allemagne, et introduisons une impureté d'accepteur dans sa moitié gauche et dans celle du donneur droit, alors d'une part nous obtenons un semi-conducteur de type P, respectivement, de l'autre type N. Au milieu du cristal, nous obtenons ce qu'on appelle Jonction P-Ncomme le montre la figure 1.

La même figure montre la désignation graphique conditionnelle de la diode dans les diagrammes: la sortie de la cathode (électrode négative) est très similaire au signe «-». C’est plus facile à retenir.

Au total, dans un tel cristal, il y a deux zones avec des conductivités différentes, d'où sortent deux conducteurs, donc le dispositif résultant est appelé diodeparce que le préfixe "di" signifie deux.

Dans ce cas, la diode s'est avérée être un semi-conducteur, mais des dispositifs similaires étaient connus auparavant: par exemple, à l'ère des tubes électroniques, il y avait une diode à tube appelée kénotron. Maintenant, ces diodes sont entrées dans l'histoire, bien que les adeptes du son "à lampes" croient que dans un amplificateur à lampes, même le redresseur de tension d'anode devrait être un tube!

Figure 1. La structure de la diode et la désignation de la diode dans le diagramme

À la jonction des semi-conducteurs avec les conductivités P et N, il s'avère Jonction P-N (jonction P-N), qui est la base de tous les dispositifs semi-conducteurs. Mais contrairement à une diode, dans laquelle cette transition n'est qu'une, transistors ont deux jonctions P-N et, par exemple, thyristors se composent immédiatement de quatre transitions.

Transition P-N au repos

Même si la jonction P-N, dans ce cas la diode, n'est connectée nulle part, des processus physiques intéressants se produisent tout de même à l'intérieur, comme le montre la figure 2.

Figure 2. Diode au repos

Dans la région N il y a un excès d'électrons, il porte une charge négative, et dans la région P la charge est positive. Ensemble, ces charges forment un champ électrique. Puisque les charges de charges opposées ont tendance à attirer, les électrons de la zone N pénètrent dans la zone P chargée positivement, remplissant certains trous avec eux-mêmes. À la suite d'un tel mouvement, un courant à l'intérieur du semi-conducteur, bien que très faible (unités de nanoampères), apparaît.

À la suite de ce mouvement, la densité de la substance du côté P augmente, mais jusqu'à une certaine limite. Les particules ont généralement tendance à se répandre uniformément dans tout le volume de la substance, de la même manière que l'odeur des parfums se propage dans la pièce (diffusion), donc, tôt ou tard, les électrons reviennent dans la zone N.

Si pour la plupart des consommateurs d'électricité, la direction du courant ne joue pas de rôle - la lumière est allumée, la tuile chauffe, alors pour la diode, la direction du courant joue un rôle énorme. La fonction principale de la diode est de conduire le courant dans une direction. C'est cette propriété qui est fournie par la jonction P-N.

Ensuite, nous considérons comment la diode se comporte dans deux cas possibles de connexion d'une source de courant.

Allumer la diode dans le sens opposé

Si vous connectez une source d'alimentation à la diode semi-conductrice, comme le montre la figure 3, le courant ne passera pas par la jonction P-N.

Figure 3. Diode inversée allumée

Comme on peut le voir sur la figure, le pôle positif de la source d'alimentation est connecté à la région N, et le pôle négatif à la région P. En conséquence, les électrons de la région N se précipitent vers le pôle positif de la source. À son tour, les charges positives (trous) dans la région P sont attirées par le pôle négatif de la source d'alimentation. Par conséquent, dans la région de la jonction P-N, comme on peut le voir sur la figure, un vide se forme, il n'y a tout simplement rien pour conduire le courant, il n'y a pas de porteurs de charge.

À mesure que la tension de la source d'alimentation augmente, les électrons et les trous sont de plus en plus attirés par le champ électrique de la batterie, tandis que dans la région de la jonction P - N des porteurs de charge, il y en a de moins en moins.Par conséquent, dans la connexion inverse, le courant à travers la diode ne passe pas. Dans de tels cas, il est habituel de dire que la diode semi-conductrice est fermée par une tension inverse.

Une augmentation de la densité de matière à proximité des pôles de la batterie entraîne diffusion, - le désir d'une distribution uniforme de la substance dans tout le volume. Que se passe-t-il lorsque vous éteignez la batterie.

Diode à semi-conducteur à courant inverse

C'est là que le moment est venu de rappeler les porteurs minoritaires, qui ont été conditionnellement oubliés. Le fait est que même à l'état fermé, un courant insignifiant traverse la diode, appelé courant inverse. Celui-ci courant inverse et est créé par des transporteurs minoritaires qui peuvent se déplacer de la même manière que les principaux, uniquement dans la direction opposée. Naturellement, un tel mouvement se produit sous tension inverse. Le courant inverse, en règle générale, est faible, en raison du petit nombre de transporteurs minoritaires.

Avec l'augmentation de la température des cristaux, le nombre de porteurs minoritaires augmente, ce qui entraîne une augmentation du courant inverse, ce qui peut entraîner la destruction de la jonction P - N. Par conséquent, les températures de fonctionnement des dispositifs à semi-conducteurs - diodes, transistors, circuits sont limitées. Afin d'éviter une surchauffe, des diodes et des transistors puissants sont installés sur les dissipateurs de chaleur - radiateurs.

Allumer la diode vers l'avant

Montré à la figure 4.

Figure 4. Diode d'allumage direct

Maintenant, nous changeons la polarité de l'inclusion de la source: moins se connecter à la région N (cathode), et plus à la région P (anode). Avec cette inclusion dans la région N, les électrons repousseront du moins de la batterie et se déplaceront vers la jonction P-N. Dans la région P, les trous chargés positivement sont repoussés de la borne positive de la batterie. Les électrons et les trous se précipitent l'un vers l'autre.

Des particules chargées de polarité différente sont collectées près de la jonction P-N, un champ électrique apparaît entre elles. Par conséquent, les électrons surmontent la jonction P-N et continuent de se déplacer à travers la zone P. En même temps, certains se recombinent avec des trous, mais la plupart se précipitent vers le plus de la batterie, Id passe à travers la diode.

Ce courant est appelé courant continu. Elle est limitée par les données techniques de la diode, une certaine valeur maximale. Si cette valeur est dépassée, il y a un risque de panne de la diode. Cependant, il convient de noter que la direction du courant direct sur la figure coïncide avec le mouvement inverse généralement accepté des électrons.

On peut également dire que dans le sens direct de la commutation, la résistance électrique de la diode est relativement faible. Lorsque vous le rallumez, cette résistance sera plusieurs fois supérieure, le courant à travers la diode semi-conductrice ne passe pas (un léger courant inverse n'est pas pris en compte ici). De ce qui précède, nous pouvons conclure que la diode se comporte comme une vanne mécanique ordinaire: tournée dans un sens - l'eau coule, tournée dans l'autre - le flux s'arrête. Pour cette propriété, la diode est appelée valve semi-conductrice.

Pour comprendre en détail toutes les capacités et propriétés d'une diode semi-conductrice, vous devez vous familiariser avec son volt - caractéristique ampère. Il est également bon de se renseigner sur les différentes conceptions de diodes et les propriétés de fréquence, sur les avantages et les inconvénients. Cela sera discuté dans le prochain article.

Suite de l'article: Caractéristiques des diodes, conceptions et caractéristiques d'application

Boris Aladyshkin