Jak rozmieszczone i działają diody półprzewodnikowe

D.jod - najprostsze urządzenie w chwalebnej rodzinie urządzeń półprzewodnikowych. Jeśli weźmiemy płytkę półprzewodnika, na przykład Niemcy, i wprowadzimy zanieczyszczenie akceptora do jego lewej połowy, a do prawej dawcy, to z jednej strony otrzymamy odpowiednio półprzewodnik typu P, a drugi typ N. W środku kryształu otrzymamy tzw. Złącze P-Njak pokazano na rysunku 1.

Ten sam rysunek pokazuje warunkowe oznaczenie graficzne diody na schematach: moc wyjściowa katody (elektroda ujemna) jest bardzo podobna do znaku „-”. Łatwiej jest zapamiętać.

W sumie w takim krysztale są dwie strefy o różnych przewodnościach, z których wychodzą dwa przewody, więc powstałe urządzenie nazywa się diodaponieważ przedrostek „di” oznacza dwa.

W tym przypadku dioda okazała się półprzewodnikiem, ale podobne urządzenia były znane wcześniej: na przykład w erze lamp elektronowych istniała dioda lampowa zwana kenotronem. Teraz takie diody przeszły do ​​historii, chociaż zwolennicy dźwięku „lampowego” uważają, że we wzmacniaczu lampowym nawet prostownik napięcia anodowego powinien być lampą!

Rysunek 1. Struktura diody i oznaczenie diody na schemacie

Okazuje się, że na styku półprzewodników z przewodnictwem P i N. Złącze P-N (złącze P-N), który jest podstawą wszystkich urządzeń półprzewodnikowych. Ale w przeciwieństwie do diody, w której to przejście jest tylko jedna, tranzystory mieć dwa skrzyżowania P-N i na przykład tyrystory składają się natychmiast z czterech przejść.

Przejście P-N w spoczynku

Nawet jeśli złącze P-N, w tym przypadku dioda, nie jest nigdzie połączone, zachodzą w nim te same, interesujące procesy fizyczne, które pokazano na ryc. 2.

Rysunek 2. Dioda w spoczynku

W obszarze N występuje nadmiar elektronów, przenosi ładunek ujemny, aw regionie P ładunek jest dodatni. Razem ładunki te tworzą pole elektryczne. Ponieważ przeciwnie naładowane ładunki mają tendencję do przyciągania, elektrony ze strefy N przenikają do dodatnio naładowanej strefy P, wypełniając niektóre dziury sobą. W wyniku takiego ruchu powstaje prąd wewnątrz półprzewodnika, choć bardzo mały (jednostki nanoamperów).

W wyniku tego ruchu gęstość substancji po stronie P wzrasta, ale do pewnego limitu. Cząstki zwykle rozprzestrzeniają się równomiernie w całej objętości substancji, podobnie jak zapach perfum rozprzestrzenia się w całym pomieszczeniu (dyfuzja), dlatego prędzej czy później elektrony wracają do strefy N.

Jeśli dla większości odbiorców energii elektrycznej kierunek prądu nie odgrywa żadnej roli - światło jest włączone, płytka nagrzewa się, a następnie dla diody kierunek prądu odgrywa ogromną rolę. Główną funkcją diody jest przewodzenie prądu w jednym kierunku. Jest to ta właściwość zapewniana przez złącze P-N.

Następnie zastanawiamy się, jak zachowuje się dioda w dwóch możliwych przypadkach podłączenia źródła prądu.

Włączanie diody w przeciwnym kierunku

Jeśli podłączysz źródło zasilania do diody półprzewodnikowej, jak pokazano na rysunku 3, wówczas prąd nie przejdzie przez złącze P-N.

Rysunek 3. Odwrócona dioda włączona

Jak widać na rysunku, biegun dodatni źródła zasilania jest podłączony do regionu N, a biegun ujemny do regionu P. W rezultacie elektrony z regionu N pędzą do dodatniego bieguna źródła. Z kolei ładunki dodatnie (dziury) w obszarze P są przyciągane przez biegun ujemny źródła zasilania. Dlatego w obszarze złącza P-N, jak widać na rysunku, powstaje pustka, po prostu nie ma nic do przewodzenia prądu, nie ma nośników ładunku.

Wraz ze wzrostem napięcia źródła zasilania elektrony i dziury są coraz bardziej przyciągane do pola elektrycznego akumulatora, podczas gdy w obszarze złącza P - N nośników ładunku jest coraz mniej.Dlatego w odwrotnym połączeniu prąd przez diodę nie płynie. W takich przypadkach zwykle się tak mówi dioda półprzewodnikowa jest zamykana przez napięcie wsteczne.

Wzrost gęstości materii w pobliżu biegunów akumulatora prowadzi do dyfuzja, - dążenie do jednolitego rozmieszczenia substancji w całej objętości. Co dzieje się po wyłączeniu baterii.

Prąd wsteczny diody półprzewodnikowej

Nadszedł czas, by przypomnieć sobie przewoźników mniejszościowych, którzy zostali warunkowo zapomniani. Faktem jest, że nawet w stanie zamkniętym przez diodę przepływa niewielki prąd, zwany prądem wstecznym. Ten prąd zwrotny i jest tworzony przez mniejszościowych przewoźników, którzy mogą poruszać się w taki sam sposób jak główni, tylko w przeciwnym kierunku. Oczywiście taki ruch występuje pod napięciem wstecznym. Prąd wsteczny z reguły jest niewielki ze względu na niewielką liczbę mniejszościowych przewoźników.

Wraz ze wzrostem temperatury kryształów rośnie liczba nośników mniejszościowych, co prowadzi do wzrostu prądu wstecznego, co może prowadzić do zniszczenia złącza P - N. Dlatego temperatury pracy urządzeń półprzewodnikowych - diod, tranzystorów, obwodów są ograniczone. Aby zapobiec przegrzaniu, na radiatorach zainstalowane są mocne diody i tranzystory - grzejniki.

Włączanie diody w kierunku do przodu

Pokazane na rycinie 4.

Rysunek 4. Bezpośrednio włączająca się dioda

Teraz zmieniamy polaryzację włączenia źródła: minus połączymy z regionem N (katoda) i plus do regionu P (anoda). Po włączeniu do regionu N elektrony odpychają się od minus baterii i przemieszczają się w kierunku złącza P-N. W obszarze P dodatnio naładowane otwory są odpychane od dodatniego bieguna akumulatora. Elektrony i dziury pędzą ku sobie.

Naładowane cząstki o różnej biegunowości są gromadzone w pobliżu złącza P-N, powstaje między nimi pole elektryczne. Dlatego elektrony pokonują złącze P-N i nadal poruszają się przez strefę P. W tym samym czasie niektóre z nich rekombinują z dziurami, ale większość z nich pędzi na plus baterii, Id przechodzi przez diodę.

Ten prąd nazywa się prąd stały. Jest ograniczony danymi technicznymi diody, pewną maksymalną wartością. Jeżeli ta wartość zostanie przekroczona, istnieje niebezpieczeństwo uszkodzenia diody. Należy jednak zauważyć, że kierunek prądu przewodzącego na rysunku pokrywa się z ogólnie akceptowanym ruchem wstecznym elektronów.

Można również powiedzieć, że w kierunku włączania do przodu rezystancja elektryczna diody jest stosunkowo niewielka. Po ponownym włączeniu rezystancja ta będzie wielokrotnie większa, prąd nie przechodzi przez diodę półprzewodnikową (nie uwzględnia się tutaj lekkiego prądu wstecznego). Z powyższego możemy wywnioskować, że dioda zachowuje się jak zwykły zawór mechaniczny: obrócona w jednym kierunku - woda płynie, obrócona w drugim - przepływ zatrzymany. Dla tej właściwości wywoływana jest dioda zawór półprzewodnikowy.

Aby szczegółowo zrozumieć wszystkie możliwości i właściwości diody półprzewodnikowej, powinieneś zapoznać się z jej wolt - charakterystyka amperowa. Dobrze jest także poznać różne konstrukcje diod i właściwości częstotliwości, zalety i wady. Zostanie to omówione w następnym artykule.

Kontynuacja artykułu: Charakterystyka diod, konstrukcja i funkcje aplikacji

Boris Aladyshkin