วิธีการจัดเรียงและการทำงานของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

Dไอโอดีน - อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดในตระกูลอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ถ้าเรานำแผ่นเซมิคอนดักเตอร์ตัวอย่างเช่นเยอรมนีและนำสิ่งเจือปนตัวรับเข้าไปในครึ่งซ้ายของมันและเข้าสู่ผู้บริจาคที่ถูกต้องจากนั้นในมือข้างหนึ่งเราจะได้รับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ตามลำดับในประเภทอื่น ๆ ทางแยก P-Nดังแสดงในรูปที่ 1

รูปเดียวกันแสดงการกำหนดกราฟิกแบบมีเงื่อนไขของไดโอดในไดอะแกรม: เอาต์พุตแคโทด (อิเล็กโทรดลบ) จะคล้ายกับเครื่องหมาย“ -” ง่ายต่อการจดจำ

โดยรวมแล้วในคริสตัลมีสองโซนที่มีตัวนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันออกไปซึ่งมีโอกาสในการขายสองสายดังนั้นอุปกรณ์ที่เรียกว่าผลลัพธ์ ไดโอดเพราะคำนำหน้า "di" หมายถึงสอง

ในกรณีนี้ไดโอดกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ แต่อุปกรณ์ที่คล้ายกันเป็นที่รู้จักกันมาก่อน: ตัวอย่างเช่นในยุคของหลอดอิเล็กตรอนมีหลอดไดโอดที่เรียกว่า kenotron ตอนนี้ไดโอดดังกล่าวได้ลดลงไปแล้วในประวัติศาสตร์แม้ว่าเสียงของ "หลอด" เชื่อว่าในเครื่องขยายเสียงหลอดแม้กระทั่งตัวปรับแรงดันไฟฟ้าของขั้วบวกก็ควรเป็นหลอด!

รูปที่ 1 โครงสร้างของไดโอดและตำแหน่งของไดโอดในแผนภาพ

ที่ชุมทางของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีตัวนำ P และ N มันจะเปิดออก ทางแยก P-N (ทางแยก P-N)ซึ่งเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด แต่แตกต่างจากไดโอดซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นเพียงคนเดียว ทรานซิสเตอร์ มีสองทางแยก P-N และตัวอย่างเช่น thyristors ประกอบด้วยการเปลี่ยนสี่ทันที

การเปลี่ยนแปลง P-N ที่เหลือ

แม้ว่าจุดเชื่อมต่อ P-N ในกรณีนี้ไดโอดจะไม่ได้เชื่อมต่อทุกที่ แต่กระบวนการทางกายภาพที่น่าสนใจก็เกิดขึ้นข้างในซึ่งแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ไดโอดที่เหลือ

ในภูมิภาค N มีอิเล็กตรอนมากเกินไปมันมีประจุลบและในภูมิภาค P ประจุนั้นเป็นบวก ประจุเหล่านี้ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า เนื่องจากประจุที่มีประจุตรงข้ามมีแนวโน้มที่จะดึงดูดอิเลคตรอนจากโซน N จึงแทรกซึมเข้าไปในโซน P ที่มีประจุบวกทำให้เกิดช่องว่างบางส่วนด้วยตนเอง อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวนี้กระแสแม้ว่าขนาดเล็กมาก (หน่วยนาโน) เกิดขึ้นภายในเซมิคอนดักเตอร์

เป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวนี้ความหนาแน่นของสารในด้าน P เพิ่มขึ้น แต่ถึงขีด จำกัด อนุภาคมักจะแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาณของสารคล้ายกับกลิ่นของน้ำหอมกระจายไปทั่วห้อง (การแพร่กระจาย) ดังนั้นไม่ช้าก็เร็วอิเล็กตรอนจะกลับสู่โซน N

หากผู้ใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ทิศทางของกระแสไฟฟ้าไม่ได้มีบทบาท - ไฟสว่างขึ้นกระเบื้องจะร้อนขึ้นแล้วสำหรับไดโอดทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะมีบทบาทอย่างมาก หน้าที่หลักของไดโอดคือการนำกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียว มันเป็นคุณสมบัตินี้ที่จัดทำโดยทางแยก P-N

ต่อไปเราจะพิจารณาว่าไดโอดทำงานอย่างไรในสองกรณีที่เป็นไปได้ของการเชื่อมต่อกับแหล่งปัจจุบัน

เปิดไดโอดในทิศทางตรงกันข้าม

หากคุณเชื่อมต่อแหล่งพลังงานกับเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดดังแสดงในรูปที่ 3 กระแสไฟฟ้าจะไม่ผ่านทางแยก P-N

รูปที่ 3 ย้อนกลับไดโอด

ดังที่เห็นได้ในรูปขั้วบวกของแหล่งพลังงานเชื่อมต่อกับภาค N และขั้วลบไปยังภูมิภาค P เป็นผลให้อิเล็กตรอนจากภูมิภาค N พุ่งไปยังขั้วบวกของแหล่งกำเนิด ในทางกลับกันประจุบวก (หลุม) ในพื้นที่ P จะถูกดึงดูดโดยขั้วลบของแหล่งพลังงาน ดังนั้นในพื้นที่ของชุมทาง P-N ดังที่เห็นได้ในรูปที่เป็นโมฆะไม่มีอะไรที่จะต้องดำเนินการในปัจจุบันไม่มีผู้ให้บริการชาร์จ

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานเพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนและรูจะถูกดึงดูดไปยังสนามไฟฟ้าของแบตเตอรี่มากขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะที่ในบริเวณทางแยก P - N ของตัวพาประจุไฟฟ้ามีน้อยลงเรื่อย ๆดังนั้นในการเชื่อมต่อย้อนกลับปัจจุบันผ่านไดโอดไม่ได้ไป ในกรณีเช่นนี้มันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะบอกว่า ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ถูกปิดโดยแรงดันย้อนกลับ

การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของสสารใกล้กับขั้วของแบตเตอรี่นำไปสู่ การเพิ่มขึ้นของการแพร่กระจาย- ความปรารถนาในการกระจายตัวของสารอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาตร จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณปิดแบตเตอรี

เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดกระแสย้อนกลับ

นี่คือที่เวลามาระลึกถึงผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อยซึ่งถูกลืมเงื่อนไข ความจริงก็คือแม้จะอยู่ในสถานะปิดกระแสไฟเล็กน้อยผ่านไดโอดเรียกว่ากระแสย้อนกลับ อันนี้ ย้อนกลับปัจจุบัน และถูกสร้างโดยผู้ให้บริการรายย่อยที่สามารถเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกับสายการบินหลักได้ในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้วการเคลื่อนไหวดังกล่าวเกิดขึ้นภายใต้แรงดันย้อนกลับ กฎการย้อนกลับปัจจุบันมีขนาดเล็กเนื่องจากผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อยจำนวนน้อย

ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิของผลึกทำให้จำนวนผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อยเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแสย้อนกลับซึ่งจะนำไปสู่การทำลายของชุมทาง P - N ดังนั้นอุณหภูมิในการทำงานสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ - ไดโอดทรานซิสเตอร์วงจรจึงมี จำกัด เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปไดโอดและทรานซิสเตอร์ที่มีประสิทธิภาพได้รับการติดตั้งในชุดระบายความร้อน - หม้อน้ำ.

เปิดไดโอดในทิศทางไปข้างหน้า

แสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 เปิดไดโอดโดยตรง

ตอนนี้เราเปลี่ยนขั้วของการรวมแหล่งที่มา: ลบเชื่อมต่อกับภูมิภาค N (แคโทด) และบวกกับภูมิภาค P (ขั้วบวก) ด้วยการรวมในส่วน N นี้อิเล็กตรอนจะขับออกจากการลบของแบตเตอรี่และเคลื่อนที่ไปยังทางแยก P-N ในภูมิภาค P รูที่ประจุบวกจะถูกผลักออกจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนและหลุมวิ่งเข้าหากัน

อนุภาคที่มีประจุที่มีขั้วต่างกันจะถูกเก็บไว้ใกล้กับทางแยก P-N ซึ่งเป็นสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างพวกมัน ดังนั้นอิเล็กตรอนจะเอาชนะทางแยก P-N และเคลื่อนที่ผ่านโซน P ในเวลาเดียวกันบางส่วนของมันจะรวมตัวกันเป็นรู แต่ส่วนใหญ่จะวิ่งไปที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่ Id จะผ่านไดโอด

กระแสนี้เรียกว่า กระแสตรง. มันถูก จำกัด โดยข้อมูลทางเทคนิคของไดโอดค่าสูงสุดบางอย่าง หากเกินกว่าค่านี้จะมีอันตรายจากการแตกของไดโอด อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าทิศทางของกระแสไปข้างหน้าในรูปนั้นสอดคล้องกับการเคลื่อนที่แบบย้อนกลับของอิเล็กตรอนที่ยอมรับกันโดยทั่วไป

นอกจากนี้เรายังสามารถพูดได้ว่าในทิศทางไปข้างหน้าของการเปิดความต้านทานไฟฟ้าของไดโอดมีขนาดค่อนข้างเล็ก เมื่อคุณเปิดเครื่องใหม่ความต้านทานนี้จะเพิ่มขึ้นหลายเท่าปัจจุบันกระแสผ่านไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ไม่ทำงาน (กระแสย้อนกลับเล็กน้อยไม่ได้นำมาพิจารณาที่นี่) จากข้างต้นเราสามารถสรุปได้ว่า ไดโอดจะทำงานเหมือนวาล์วทางกลทั่วไป: หมุนไปในทิศทางเดียวนั่นคือการไหลของน้ำหันไปทางอื่นการไหลหยุดลง. สำหรับคุณสมบัตินี้ไดโอดจะถูกเรียก วาล์วสารกึ่งตัวนำ.

เพื่อทำความเข้าใจในรายละเอียดความสามารถและคุณสมบัติทั้งหมดของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คุณควรทำความคุ้นเคยกับมัน ลักษณะโวลต์ - แอมแปร์. นอกจากนี้ยังเป็นการดีที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับการออกแบบไดโอดและคุณสมบัติความถี่ต่าง ๆ เกี่ยวกับข้อดีและข้อเสีย จะกล่าวถึงในบทความถัดไป

ความต่อเนื่องของบทความ: ลักษณะของไดโอดการออกแบบและคุณสมบัติการใช้งาน

Boris Aladyshkin