Диоды очень широко применяются в электронике. Практически они являются неотъемлемой частью почти любого электронного устройства. Потому любому человеку полезно примерно представлять как функционирует диод. Для общего развития.
Чтобы объяснить принцип по которому работает диод нужно пользоваться некоторыми понятиями и определениями. Это не значит что нужно понимать эти определения досконально. Потому как все определения постоянно, на протяжении времени, дополняются. А то и вовсе полностью изменяются. Все обозначения применяются только для простоты объяснения. Не стоит думать, что кто-то, более умный чем вы, понимает что такое электроны. А также знает, как они ведут себя в полупроводниках. Самое главное, понимать как можно практически использовать характеристики полупроводников в различных условиях.
Пояснение работы кремниевого диода
При изготовлении диодов применяются полупроводниковые материалы. Например, такой полупроводник как кремний. Работа диода основана на понятии движения свободных носителей зарядов. Однако, считается что чистый кремний не имеет свободных носителей. И это не практично при изготовлении диодов. Потому, для диодов применяют кремний с добавками. В единый кристалл кремния добавляют примеси.
То есть легируют кремний. С одной стороны диода, кремний легирован донорной примесью. То есть это отдающая сторона - донор. Эта область обладает проводимостью n-типа. От английского слова negative - отрицательная (минус). Считается что на n-стороне находятся свободные электроны. Эта область имеет малое удельное сопротивление электрическому току.
С другой стороны диод легирован акцепторной примесью. То есть это принимающая сторона - акцептор. Эта область обладает проводимостью p-типа. От английского слова positive - положительная (плюс). Считается что на p-стороне находятся свободные места для электронов (дырки). Эта область также обладает малым сопротивлением электрическому току. На границе p-n-перехода происходит явление рекомбинации. В переводе с латыни означает "соединение". Другими словами, исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда в среде с выделением энергии.
Устройство диода
Считается что электроны n-стороны стремятся занять дырки с p-стороны. А дырки наоборот стремятся перетечь на n-сторону. Для того чтобы их место заняли электроны. При этом возникает диффузный ток. Другими словами, электроны и дырки хаотично перетекают в противоположные стороны. Соединяются друг с другом. И свободные носители исчезают.
Обедненная область полупроводникового диода
В итоге, посередине диода образуется обедненная область. То есть в этой области нет ни свободных электронов, ни дырок. Или, по крайней мере, их очень мало. Все свободные носители уже заняли свои места. Причем, граница p-стороны имеет слабый отрицательный заряд. А граница n-стороны положительный. Потому как электроны и дырки перенесли свои заряды на противоположную сторону.
В результате изменения знаков зарядов на границе образуется электрическое поле. Это поле вызывает дрейфовый ток. Он протекает в сторону противоположную диффузному. Через некоторое время между двумя противоположными течениями устанавливается равновесие. Дальнейшее перемещение электронов и дырок прекращается. На границе областей образуется потенциальный барьер. На этом узком участке большое удельное сопротивление электрическому току.
Принцип работы диода
Для того чтобы преодолеть этот барьер нужно приложить к нему определенное напряжение. Для кремниевого диода оно составляет примерно 0,7 вольта. При приложении такого напряжения к потенциальному барьеру, равновесие нарушится. И движение электронов и дырок возобновится. Однако, многое зависит от того, как именно подключить контакты источника питания к выводам диода.
Обратное подключение диода
Подключим к диоду источник постоянного тока. То есть к p-стороне подключим минусовой контакт источника тока. А к n-стороне плюсовой контакт этого же источника. Источник питания обязательно подключается через нагрузку. Чтобы не было короткого замыкания.
Считается что частицы с разными зарядами взаимно притягиваются. А с одинаковыми отталкиваются. Потому можно применить нижеуказанные сравнения. Отрицательно заряженные электроны со стороны катода, как-бы притягиваются положительными зарядами источника питания. С другой стороны, со стороны анода, отрицательные заряды источника питания как бы притягивают положительно заряженные дырки. Свободных носителей заряда, в средней зоне диода, остается незначительное количество. В результате, ширина потенциального барьера в данном случае увеличивается. Удельное сопротивление этого узкого участка растет. Этот участок практически превращается в диэлектрик. То есть, протекание тока через него почти невозможно. Это состояние называется обратным смещением диода. Или же обратное включение диода.
Обратное подключение диода
Прямое подключение диода
Подключим источник постоянного тока к противоположным выводам диода. То есть плюс источника тока присоединить к p-стороне диода. Минус источника питания к n-стороне. Ситуация изменится. Предположим, что источник тока имеет напряжение достаточное для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер. После этого электроны и дырки будут как бы притягиваться к питающим клеммам источника тока. На противоположные стороны диода. Когда электроны пересекают барьер, то теряют энергию и заменяют дырки в акцепторной области. Дырки напротив перемещаются в донорную область и там замещаются электронами. Свободных носителей много. Обедненной области нет. Потенциальный барьер практически исчезает. Сопротивление пограничного участка становится очень маленьким. Ток повышается. Данное явление называется прямым смещением диода. Или же прямое включение диода.
Прямое подключение диода
Давайте будем изменять входное напряжение и посмотрим как это скажется на диоде. При напряжении обратного подключения через диод будет течь электрический ток небольшой силы. В условиях прямого подключения до 0,7 вольта, мы также будем наблюдать только незначительный электрический ток. Но сразу же после повышения напряжения до значений достаточных для преодоления потенциального барьера мы увидим резкое увеличение тока.
Если приложить к диоду очень высокое напряжение при обратном подключении, то это повредит обычные диоды. При повреждении диоды ведут себя различно. К примеру, они могут начать хорошо проводить ток в обоих направлениях. Или же почти перестают проводить ток в обе стороны. Иногда, при определенных обстоятельствах, поврежденные диоды могут даже самовосстанавливаться .
Диод - анод (плюс) и катод (минус)
Диод - полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью. То есть, диод работает как клапан одностороннего действия для электрического тока. Это позволяет использовать диоды разными интересными способами. Например, в выпрямительном мосте, для выпрямления переменного тока. Выпрямительный диодный мост - это устройство из четырех диодов. Диоды располагаются в схеме определенным образом.
Диодный выпрямительный мост - положительный полупериод
С одной стороны к диодному мосту подключается источник переменного тока. С другой стороны к нему подключается нагрузка, требующая питания током постоянным. Как известно, переменный ток частотой 50 Герц 100 раз в секунду меняет свое направление течения. Во время положительного полупериода он течет в одном направлении. И в это время проходимость в цепи будет такой как показано на схеме. Ток будет проходить по двум диодам находящимся в положении прямого смещения. Два других диода будут находиться в состоянии обратного смещения.
Диодный выпрямительный мост - отрицательный полупериод
Во время отрицательного полупериода произойдет обратное. Таким образом мы получим ток такого же направления на выходе. В результате, через нагрузку в любом случае ток будет течь только в одном направлении. То есть мы получим выпрямленный пульсирующий ток. Мы можем обеспечить еще большее выпрямление на выходе добавив емкостный фильтр и регулятор напряжения.
Существует очень большое количество различных видов диодов. Мы постараемся рассмотреть все случаи их применения на практике. А также исключения из правил. И другие интересные подробности.
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ на ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ КТ315Б Часть N1 -"Генератор"
(5)
n0namer1337
,
21.10.2020
-
Дроссели и трансформаторы
(1)
prikol602
,
28.09.2020
-
Советы педагога
(3)
vladmiza
,
28.09.2020
-
Самоиндукция (видео)
(6)
vladmiza
,
27.09.2020
-
Железная дорога - зона повышенной опасности
(1)
vladmiza
,
27.09.2020
20250128194505