kategorier: Udvalgte artikler » Begynderelektrikere
Antal visninger: 157647
Kommentarer til artiklen: 5
Hvordan halvlederdioder arrangeres og fungerer
Diod - den enkleste enhed i den herlige familie af halvlederenheder. Hvis vi tager en plade af en halvleder, for eksempel Tyskland, og indfører en acceptor-urenhed i dens venstre halvdel, og i den højre donor, får vi på den ene side en halvleder af henholdsvis type P på den anden type N. I midten af krystallen får vi den såkaldte P-N-krydssom vist i figur 1.
Den samme figur viser den betingede grafiske betegnelse af dioden i diagrammerne: Katodeudgangen (negativ elektrode) ligner meget "-" tegnet. Det er lettere at huske.
I en sådan krystal er der i alt to zoner med forskellige konduktiviteter, hvorfra to ledninger kommer ud, så den resulterende enhed kaldes diodefordi præfikset "di" betyder to.
I dette tilfælde viste det sig, at dioden var en halvleder, men lignende anordninger var kendt fra før: for eksempel i æraen med elektronrør var der en rørdiode kaldet en kenotron. Nu er sådanne dioder gået ned i historien, selvom tilhængere af "rør" -lyden mener, at endda anodespændingsudligeren i en rørforstærker burde være et rør!
Figur 1. Strukturen af dioden og betegnelsen på dioden i diagrammet
Ved krydset mellem halvledere med P- og N-ledningsevne viser det sig P-N-kryds (P-N-kryds), som er grundlaget for alle halvlederenheder. Men i modsætning til en diode, hvor denne overgang kun er én, transistorer har to P-N-kryds, og for eksempel tyristorer består straks af fire overgange.
P-N-overgang i hvile
Selv hvis P-N-krydset, i dette tilfælde dioden, ikke er forbundet overalt, forekommer alle de samme, interessante fysiske processer inde i det, som er vist i figur 2.
Figur 2. Diode i hvile
I region N er der et overskud af elektroner, det bærer en negativ ladning, og i område P er ladningen positiv. Tilsammen danner disse ladninger et elektrisk felt. Da modsat ladede ladninger har en tendens til at tiltrække, trænger elektroner fra zone N gennem den positivt ladede zone P, hvor nogle huller fyldes med sig selv. Som et resultat af denne bevægelse opstår der en strøm, selvom meget lille (enheder af nanoamperes) inde i halvlederen.
Som et resultat af denne bevægelse øges stoffets tæthed på P-siden, men til en vis grænse. Partikler har normalt en tendens til at sprede sig ensartet gennem volumenet af stoffet, svarende til hvordan lugten af parfume spreder sig i hele rummet (diffusion), derfor før eller senere vender elektronerne tilbage til zone N.
Hvis strømmenes retning for de fleste forbrugere af elektricitet ikke spiller nogen rolle - lyset er tændt, flisen opvarmes, så spiller strømmen for dioden en enorm rolle. Diodenes hovedfunktion er at føre strøm i en retning. Det er denne egenskab, der leveres af P-N-krydset.
Dernæst overvejer vi, hvordan dioden opfører sig i to mulige tilfælde af tilslutning af en strømkilde.
Tænd for dioden i den modsatte retning
Hvis du slutter en strømkilde til halvlederdioden, som vist i figur 3, passerer strømmen ikke gennem P-N-krydset.
Figur 3. Omvendt diode tændt
Som det kan ses på figuren, er den positive pol i strømkilden forbundet til område N, og den negative pol til område P. Som et resultat skynder elektroner fra region N sig til den positive pol i kilden. Til gengæld tiltrækkes positive ladninger (huller) i område P af den negative pol i strømkilden. Derfor, i området for P-N-krydset, som det kan ses på figuren, dannes der et tomrum, der er simpelthen intet at lede strøm, der er ingen ladningsbærere.
Når strømkildens spænding øges, tiltrækkes elektroner og huller mere og mere til det elektriske felt af batteriet, mens der i området for P-N-krydset mellem ladningsbærerne er mindre og mindre.I den omvendte forbindelse går strømmen gennem dioden derfor ikke. I sådanne tilfælde er det sædvanligt at sige det halvlederdiode lukkes med omvendt spænding.
En stigning i massetætheden nær batteriets poler fører til diffusion stigning, - ønsket om en ensartet fordeling af stoffet i hele volumen. Hvad sker der, når du slukker for batteriet.
Halvlederdiode-omvendt strøm
Det er her, tiden er inde til at huske mindretalsbærerne, som betinget blev glemt. Faktum er, at selv i den lukkede tilstand passerer en ubetydelig strøm gennem dioden, kaldet omvendt strøm. Denne omvendt strøm og er skabt af mindretalsbærere, der kun kan bevæge sig på samme måde som de vigtigste, kun i modsat retning. En sådan bevægelse sker naturligvis under omvendt spænding. Den modsatte strøm er som regel lille på grund af det lille antal mindretalsbærere.
Med stigende krystalltemperatur stiger antallet af mindretalbærere, hvilket fører til en stigning i den omvendte strøm, hvilket kan føre til ødelæggelse af P-N-krydset. Derfor er driftstemperaturerne for halvlederenheder - dioder, transistorer, kredsløb begrænset. For at forhindre overophedning er kraftige dioder og transistorer installeret på kølelegemer - radiatorer.
Tænd for dioden i retning fremad
Vist i figur 4.
Figur 4. Diode tændes direkte
Nu ændrer vi polariteten for inkludering af kilden: minus forbindes til regionen N (katode) og plus til regionen P (anode). Med denne inkludering i N-regionen, trækker elektronerne tilbage fra minus i batteriet og bevæger sig mod P-N-krydset. I område P frasættes positive ladede huller fra den positive terminal på batteriet. Elektroner og huller skynder sig mod hinanden.
Opladede partikler med forskellig polaritet opsamles nær P-N-krydset, der opstår et elektrisk felt mellem dem. Derfor overvinder elektronerne P-N-krydset og fortsætter med at bevæge sig gennem zone P. På samme tid rekombineres nogle af dem med huller, men de fleste af dem skynder sig til batteriets plus, id går gennem dioden.
Denne strøm kaldes jævnstrøm. Det er begrænset af de tekniske data for dioden, en vis maksimal værdi. Hvis denne værdi overskrides, er der fare for, at dioden går i stykker. Det skal dog bemærkes, at retningen af den fremadrettede strøm i figuren falder sammen med den generelt accepterede, omvendte bevægelse af elektroner.
Vi kan også sige, at diodenes elektriske modstand i fremadskiftningsretningen er relativt lille. Når du tænder for den igen, vil denne modstand være mange gange større, strømmen gennem halvlederdioden går ikke (der tages ikke hensyn til en lille omvendt strøm her). Fra det foregående kan vi konkludere med det dioden opfører sig som en almindelig mekanisk ventil: drejede i den ene retning - vand flyder, vendte i den anden - strømmen stoppede. For denne egenskab kaldes dioden halvlederventil.
For at forstå detaljeret alle evner og egenskaber ved en halvlederdiode, skal du blive bekendt med dens volt - ampere karakteristisk. Det er også godt at lære om de forskellige design af dioder og frekvensegenskaber, om fordele og ulemper. Dette vil blive diskuteret i den næste artikel.
Fortsættelse af artiklen: Karakteristika ved dioder, design og applikationsfunktioner
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: