Он имеет два тела, причем одно из них проводит ток, а другое нет. При таком устройстве диода электрическое поле в нем направлено противоречиво. Оно делит диод на две части. Одна из частей называется анодом, а другая – катодом.
Полупроводниковые диоды имеют простейшую структуру и необходимы для работы многих электронных устройств. Они представляют собой малые приборы, которые предохраняют другие устройства от перенапряжения и используются для регулирования тока. Они предотвращают разрушение других электронных устройств при перенапряжении, и помогают им поддерж Тогда при подключении проводов к этим полупроводникам и подаче на них напряжения, то между ними будет происходить ток.
При применении пластинки полупроводника, такой как германия, с добавлением акцепторной и донорной примесей в левую и правую половины соответственно, получается полупроводник типа P и N. При подключении проводов и подаче на них напряжения, наблюдается протекание тока между двумя полупроводниками.
На середине кристалла возникает P-N переход, как показано на рисунке 1. Он состоит из двух областей, которые представляют собой участки с противоположными электрическими зарядами. На схемах условное обозначение диода очень похоже на знак «-» со знаком «+» на другом конце. Такой знак символизирует принцип работы диода: один из выводов предохранителен и постоянно подключен к положительному электроду, а другой подключен к отрицательному.
Если говорить об условном графическом обозначении диода, то вывод катода, который является отрицательным электродом, представлен знаком «-». Это помогает легче запомнить.
Диод состоит из двух зон с различной проводимостью, которые имеют два вывода. В соответствии с этим, условное графическое обозначение диода выглядит как знак «-» соединенный со знаком «+». Такой знак отражает работу диода: один из выводов подключен к положительному, а другой к отрицательному электроду.
Диоды применялись и раньше – ламповые диоды были известны под названием кенотрон во времена электронных ламп. Но в данном случае мы имеем дело с полупроводниковым диодом.
Диоды уже давно отошли в прошлое, хотя любители «лампового» звучания все еще искренне верят, что даже выпрямитель анодного напряжения в ламповом усилителе должен быть ламповым!
Строение диода и обозначение диода на схеме
На рисунке 1 представлено строение диода и его обозначение на схеме. Диод имеет два проводника, называемых анодом и катодом. Кроме того, диод имеет символ, который помогает идентифицировать его на схеме. Этот символ обычно имеет вид прямоугольника, в котором анод представлен как один треугольник, а катод как другой треугольник.
Диод – это типичный пример такого перехода. Строение диода состоит из двух примыкающих регионов с разной проводимостью. Обозначение диода на схеме представлено парой полукругов и одним острым концом внутри этих полукругов. Эта форма обозначения показывает, что электрический ток может проходить через диод только в одну сторону, от конца с острым концом к полукругу.
Структура диода основывается на P-N переходе (P-N junction), который состоит из двух примыкающих регионов полупроводников с разными типами проводимости. При помощи схемы этот диод можно легко идентифицировать путём наличия пары полукругов и одного острого конца внутри них. Эта форма обозначения отражает способность диода пропускать ток только в одну сторону – от острого конца к полукругу.
В отличии от диода, у которого имеется всего один P-N переход, транзисторы имеют два перехода, а тиристор – даже четыре. Так, в покое диод подвергается двум токам: прямому (прямому проводнику) и обратному (барьерному проводнику).
Покоевое состояние P-N перехода
Даже если P-N переход, например, диод, является неподключенным, в нем все равно происходят интересные физические процессы, изображенные на рисунке 2. В покое, диод подвергается двум токам: прямому и обратному. Прямой ток проходит через прямое проводниковое соединение, а обратный – через барьерное проводниковое соединение.
Диод в состоянии покоя
На рисунке 2 представлен диод, имеющий покоящее состояние.
Когда это происходит, диод переходит в состояние покоя.
Зона N, полная отрицательных электронов, и зона P, полная положительных зарядов, образуют электрическое поле. В силу свойства притяжения, электроны из зоны N проникают в область P, заполняя пробелы между зарядами. Когда достигается равновесие, диод перестает передавать ток и находится в состоянии покоя.
В результате движения электронов внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.
После этого предела плотность падает. Это явление, принятое в естественных науках под названием «антропия», обусловлено нарушением процесса движения вещества из стороны P в сторону Q.
Увеличение плотности вещества на стороне P происходит до определённого предела. После достижения этой отметки, плотность начинает падать. Это явление, названное антропией в естественных науках, обусловлено нарушением процесса движения вещества из стороны P в сторону Q.
Электроны обычно стремятся распространиться равномерно по всему объему вещества, как и запахи духов, которые рассеиваются по всей комнате (диффузия). Поэтому частицы, после преодоления дистанции, возвращаются в зону N.
Если поставить диод в положение против тока, то он будет просто преграждать путь электронам. Направление тока важно и для интегральных микросхем, также как и для транзисторов.
Электроэнергия играет важную роль при использовании диодов: направление тока должно соответствовать директивам устройства. Если поставить диод в положение против тока, то он не сможет произвести нужное воздействие и просто блокирует путь для электронов.
Независимо от того, как бы не была важна направленность тока для простых потребителей электроэнергии, таких как лампочки и плитки, для диодов, интегральных микросхем и транзисторов она играет ключевую роль.
Диоды предназначены для пропускания тока в одном направлении. Их эффективность сохраняется благодаря P-N переходу.
Далее мы рассмотрим два случая подключения источника тока, и как будет вести себя диод в каждом из них.
Так как в диоде есть предохранительный диод, он будет работать в обратном направлении, так что электрический ток будет протекать через диод в обратном направлении.
Использование диода в обратном направлении
При соединении диода с источником питания, как показано на рисунке 3, ток не протекает через P-N переход. Так как диод имеет предохранительный диод, он сработает в обратном направлении, что позволит току протекать через диод наоборот.
1 представляет собой диаграмму обратного включения диода. Она показывает, как диод включается, когда напряжение применяется после задержки времени. Этот процесс называется обратным включением диода. Он происходит после того, как диод полностью отключен от источника питания.
В рисунке 3.1 изображен процесс обратного включения диода. После применения напряжения после задержки происходит полное включение диода. Таким образом, включение диода происходит после того, как он был полностью изолирован от источника питания.
Это приводит к напряжению, делая диод прозрачным для тока. Таким образом, для включения диода нам нужно просто поменять полярность питающего напряжения. Отрицательный полюс должен быть подключен к области N, а положительный – к области P. Это позволит току проходить через диод и включить его.
Для того, чтобы включить диод, нужно поменять полярность питающего напряжения. Изображение показывает, что положительный полюс должен быть подключен к области P, а отрицательный – к области N. Это обеспечит напряжение, пропускающее ток через диод и включающее его.
В результате электроны из области N направляются к положительному полю источника.
В свою очередь, положительные заряды (дырки) в области P будут притягиваться отрицательным полюсом источника питания.
Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, мы видим пустоту, так как туда нечего проводить, так как нет носителей заряда.
При повышении напряжения источника питания электроны и дырки все сильнее притягиваются к электрическому полю батареи. В зоне P-N перехода носителей заряда количество частиц постоянно уменьшается. В результате при обратном включении ток перестает проходить через полупроводниковый диод. Именно поэтому полупроводниковый диод блокируется обратным напряжением.
Они не могут быть выведены наружу, а значит, их плотность вокруг полюсов батареи будет достаточно высокой и при отключении возникнет обратный ток полупроводникового диода. Это приведет к замедлению диффузии, что и может привести к снижению качества элемента питания.
При отключении элемента питания происходит увеличение плотности вещества вокруг полюсов батареи, из-за чего возникает диффузия. Это приводит к равномерному распределению вещества по всему объему. Так же при отключении элемента питания появляется обратный ток полупроводникового диода, что замедляет диффузию и может привести к снижению качества элемента питания.
Дело в том, что в закрытом состоянии даже через диод проходит незначительный ток, который называется обратным.
Реверсивный ток порождается неосновными носителями, которые перемещаются точно так же, как основные, но в обратном направлении.
Закономерно, что движение происходит при обратном напряжении.
Как правило, обратный ток не превышает значительных пределов, что объясняется незначительным количеством дополнительных носителей.
Увеличение температуры кристалла приводит к повышению количества неосновных носителей, что может привести к инверсии потока и, следовательно, разрушению P-N перехода.
Поэтому, рабочие температуры для полупроводниковых приборов, таких как диоды, транзисторы, микросхемы, ограничены. Они изготавливаются из алюминия или латуни с хорошо обработанной поверхностью, чтобы обеспечить лучшую теплоотдачу. Радиаторы для диодов и транзисторов должны иметь размер, предусмотренный в диаграмме схемы.
Для того, чтобы предотвратить перегрев мощных диодов и транзисторов, следует устанавливать теплоотводы в виде радиаторов. Они изготавливаются из алюминия или латуни и имеют хорошо обработанную поверхность для обеспечения максимальной теплоотдачи. Размер таких радиаторов должен соответствовать требованиям, описанным в диаграмме схемы.1, что диод включается в электрическую схему в прямом направлении. Техническая процедура включения диода предполагает присоединение к полюсам диода двух проводников, направленных в прямом направлении.
Включение диода в прямом направлении
Используя рисунок 4.1 как руководство, для прямого включения диода необходимо присоединить два проводника к полюсам диода по прямому направлению. Таким образом, проводники будут иметь направление из положительного полюса диода к отрицательному.
1 показывает прямое включение диода. Это может быть использовано для блокировки прямого потока в одну сторону. Схема прямого включения диода состоит из двух проводников и диода. Когда напряжение приложено к проводникам, диод предотвращает прямой поток электрической энергии от первого проводника ко второму. Напряжение также может проходить через диод в обратном направлении, но проход будет значительно ограничен.
На рисунке 4.1 изображено прямое включение диода. Оно используется для блокировки прямого тока в одну сторону. Состоит из двух проводников и диода. Когда на них накладывается напряжение, диод препятствует протеканию потока электрической энергии в прямом направлении из первого проводника во второй. Однако, напряжение может проходить в обратную сторону, но в гораздо меньшем объеме.
Таким образом, мы реализуем прямое включение диода.
Для того, чтобы включить диод, нужно изменить полярность включения источника: минус подключить к области N (катоду), а плюс к области P (аноду). После этого диод будет включён прямо.
При включении в зоне N электроны отталкиваются от минуса батареи и двигаются в сторону перехода P-N.
Это поле приводит к интересному явлению – отталкиванию положительно и отрицательно заряженных дырок от плюсового и минусового выводов батареи, соответственно. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.
Таким образом, электроны преодолевают P-N переход и продолжают свое движение через зону P. Для правильной работы вашего устройства необходимо, чтобы ток Id проходил через диод и доходил до плюса батарейки. А для этого электрик должен правильно рекомбинировать элементы цепи так, чтобы ток Id не разбалансировался с дырками, а устремлялся к плюсу батарейки.
В работе электрик необходимо правильно рекомбинировать элементы цепи так, чтобы прямой ток поступал из дырок в плюс батарейки. Ток Id должен проходить через диод и не превышать его максимальное значение, чтобы устройство работало корректно.
Если импульс превышает норму, это может привести к неисправности диода.
Таким образом, на рисунке представлено направление прямого тока, соответствующее общепринятому направлению движения электронов. В то же время, при обратном направлении включения значение сопротивления принимает очень высокое значение.
Электрическое сопротивление диода при прямом направлении включения достаточно невелико. А при обратном направлении включения его значение превышает пределы.
Обратное включение приведет к значительному увеличению сопротивления, но через полупроводниковый диод не произойдет никаких изменений (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). При работе диода также происходит аналогичная ситуация: протекает ток только в одном направлении, а в другом поток прекращается. То есть диод ведет себя как переключатель, переключающий ток только в одну сторону.
Из-за того, что диод имеет характеристику полупроводникового вентиля, он получил название «диод». Он имеет способность пропускать ток только в одну сторону, что очень полезно при проектировании электрических устройств.
Для полного осмотра характеристик полупроводникового диода необходимо внимательно изучить вольт-амперную характеристику.
Для электриков важно знать о различных конструкциях диодов и их частотных свойствах, а также понимать плюсы и минусы данных элементов. Об этом можно узнать более подробно в следующей статье.