Grundlegende Elektronik - Dioden

Nachdem wir uns mit verschiedenen Komponenten vertraut gemacht haben, konzentrieren wir uns auf eine weitere wichtige Komponente auf dem Gebiet der Elektronik, die als a bekannt ist Diode. Eine Halbleiterdiode ist eine elektronische Komponente mit zwei Anschlüssen und einem PN-Übergang. Dies wird auch als bezeichnetRectifier.

Das anode Welches ist das positive terminal einer Diode ist mit dargestellt A und das cathode, das ist die negative terminal ist vertreten mit K. Um die Anode und Kathode einer praktischen Diode zu kennen, wird eine feine Linie auf die Diode gezogen, was Kathode bedeutet, während das andere Ende eine Anode darstellt.

Da wir bereits über die Halbleiter vom P- und N-Typ und das Verhalten ihrer Träger gesprochen hatten, versuchen wir nun, diese Materialien miteinander zu verbinden, um zu sehen, was passiert.

Bildung einer Diode

Wenn ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ nahe beieinander gebracht werden, verbinden sich beide, um eine Verbindung zu bilden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Ein P-Typ hat holes als die majority carriers und ein Material vom N-Typ hat electrons als die majority carriers. Wenn sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, tendieren wenige Löcher vom P-Typ dazu, zur n-Seite zu gehen, während wenige Elektronen vom N-Typ dazu neigen, zur P-Seite zu gehen.

Während beide in Richtung des Übergangs wandern, rekombinieren Löcher und Elektronen miteinander, um zu neutralisieren und Ionen zu bilden. In diesem Übergang existiert nun ein Bereich, in dem die positiven und negativen Ionen gebildet werden, der als PN-Übergang oder Verbindungsbarriere bezeichnet wird, wie in der Abbildung gezeigt.

Die Bildung negativer Ionen auf der P-Seite und positiver Ionen auf der N-Seite führt zur Bildung eines engen geladenen Bereichs auf beiden Seiten des PN-Übergangs. Diese Region ist jetzt frei von beweglichen Ladungsträgern. Die hier vorhandenen Ionen waren stationär und halten einen Raumbereich zwischen ihnen ohne Ladungsträger aufrecht.

Da dieser Bereich als Barriere zwischen Materialien vom P- und N-Typ wirkt, wird dies auch als bezeichnet Barrier junction. Dies hat einen anderen Namen alsDepletion regionwas bedeutet, dass beide Regionen erschöpft sind. Es tritt eine Potentialdifferenz VD aufgrund der Bildung von Ionen über dem als bezeichneten Übergang aufPotential Barrier da es eine weitere Bewegung von Löchern und Elektronen durch den Übergang verhindert.

Vorspannung einer Diode

Wenn eine Diode oder eine Komponente mit zwei Anschlüssen in einer Schaltung angeschlossen ist, hat sie bei der gegebenen Versorgung zwei vorgespannte Zustände. Sie sindForward biased Zustand und Reverse biasedBedingung. Lassen Sie uns sie im Detail wissen.

Vorwärts vorgespannter Zustand

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the positive Terminal und cathode to the negative Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein forward biasedBedingung. Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer mehr vorwärts vorgespannt und hilft bei mehr Leitung. Eine Diode leitet gut in vorwärts vorgespanntem Zustand.

Reverse Bias Condition

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the negative Terminal und cathode to the positive Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein Reverse biasedBedingung. Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer mehr in Sperrrichtung vorgespannt und hilft bei der Minimierung und Verhinderung der Leitung. Eine Diode kann nicht in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand leiten.

Versuchen wir nun zu wissen, was passiert, wenn eine Diode in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angeschlossen ist.

Arbeiten unter Forward Bias

Wenn eine externe Spannung an eine Diode angelegt wird, so dass sie die Potentialbarriere aufhebt und den Stromfluss ermöglicht, wird dies als bezeichnet forward bias. Wenn Anode und Kathode mit positiven bzw. negativen Anschlüssen verbunden sind, neigen die Löcher im P-Typ und die Elektronen im N-Typ dazu, sich über den Übergang zu bewegen und die Barriere zu durchbrechen. Damit besteht ein freier Stromfluss, wodurch die Barriere nahezu beseitigt wird.

Mit der Abstoßungskraft, die durch den positiven Anschluss an Löcher und durch den negativen Anschluss an Elektronen bereitgestellt wird, findet die Rekombination im Übergang statt. Die Versorgungsspannung sollte so hoch sein, dass sie die Bewegung von Elektronen und Löchern durch die Barriere erzwingt und diese überquert, um sie bereitzustellenforward current.

Durchlassstrom ist der Strom, der von der Diode erzeugt wird, wenn sie in einem vorwärts vorgespannten Zustand arbeitet, und wird durch angezeigt I_f.

Arbeiten unter Reverse Bias

Wenn eine externe Spannung an eine Diode angelegt wird, die die Potentialbarriere erhöht und den Stromfluss einschränkt, spricht man von Reverse bias. Wenn Anode und Kathode mit negativen bzw. positiven Anschlüssen verbunden sind, werden die Elektronen zum positiven Anschluss und Löcher zum negativen Anschluss angezogen. Daher sind beide von der potenziellen Barriere entferntincreasing the junction resistance und Verhindern, dass ein Elektron den Übergang kreuzt.

Die folgende Abbildung erklärt dies. Das Diagramm der Leitung, wenn kein Feld angelegt wird und wenn ein externes Feld angelegt wird, wird ebenfalls gezeichnet.

Mit zunehmender Sperrvorspannung weist der Übergang nur wenige Minoritätsträger auf, um den Übergang zu überqueren. Dieser Strom ist normalerweise vernachlässigbar. Dieser Rückstrom ist nahezu konstant, wenn die Temperatur konstant ist. Wenn diese Sperrspannung jedoch weiter ansteigt, wird ein Punkt genanntreverse breakdown occurs, wo eine Stromlawine durch die Verbindungsstelle fließt. Dieser hohe Rückstrom beschädigt das Gerät.

Reverse current ist der Strom, der von der Diode erzeugt wird, wenn sie in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand arbeitet, und wird durch angezeigt I_r. Daher liefert eine Diode einen Pfad mit hohem Widerstand in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand und leitet nicht, wo sie einen Pfad mit niedrigem Widerstand in einem in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustand bereitstellt und leitet. Wir können daher den Schluss ziehen, dass eine Diode eine Einwegvorrichtung ist, die in Vorwärtsrichtung leitet und als Isolator in Rückwärtsrichtung wirkt. Durch dieses Verhalten funktioniert es als Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Inverse Spitzenspannung

Die inverse Spitzenspannung wird kurz als bezeichnet PIV. Es gibt die maximale Spannung an, die in Sperrrichtung angelegt wird. Die maximale inverse Spannung kann definiert werden als „The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Daher wird diese Spannung im Sperrzustand berücksichtigt. Es gibt an, wie eine Diode sicher in Sperrrichtung betrieben werden kann.

Zweck einer Diode

Eine Diode wird verwendet, um den elektrischen Stromfluss in einer Richtung, dh in Vorwärtsrichtung, und in Rückwärtsrichtung zu blockieren. Dieses Prinzip der Diode macht es alsRectifier.

Damit eine Schaltung den Stromfluss in eine Richtung zulässt, aber in die andere Richtung stoppt, ist die Gleichrichterdiode die beste Wahl. Und so kam es dass deroutput wird sein DCEntfernen der AC-Komponenten. Die Schaltungen wie Halbwellen- und Vollwellengleichrichter werden unter Verwendung von Dioden hergestellt, die untersucht werden könnenElectronic Circuits Tutorials.

Eine Diode wird auch als verwendet Switch. Es hilft ein schnelleres Ein- und Ausschalten für die Ausgabe, die in einer schnellen Rate erfolgen sollte.

V - I Eigenschaften einer Diode

Eine praktische Schaltungsanordnung für eine PN-Sperrschichtdiode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Ein Amperemeter ist in Reihe und ein Voltmeter parallel geschaltet, während die Versorgung über einen variablen Widerstand gesteuert wird.

Während des Betriebs, wenn sich die Diode in einem vorwärts vorgespannten Zustand befindet, wird bei einer bestimmten Spannung die Potentialbarriere beseitigt. Eine solche Spannung heißtCut-off Voltage oder Knee Voltage. Wenn die Durchlassspannung den Grenzwert überschreitet, steigt der Durchlassstrom exponentiell an, und wenn dies weiter erfolgt, wird das Gerät durch Überhitzung beschädigt.

Das folgende Diagramm zeigt den Zustand der Diodenleitung unter vorwärts und rückwärts vorgespannten Bedingungen.

Während der Sperrvorspannung existiert Strom, der durch Minoritätsträger erzeugt wird, bekannt als „Reverse current”. Mit zunehmender Sperrspannung steigt dieser Sperrstrom an und bricht an einem Punkt plötzlich zusammen, was zur dauerhaften Zerstörung der Verbindungsstelle führt.