Podstawowa elektronika - diody

Po zapoznaniu się z różnymi komponentami, skupmy się na innym ważnym elemencie w dziedzinie elektroniki, znanym jako Diode. Dioda półprzewodnikowa to składający się z dwóch zacisków element elektroniczny ze złączem PN. Nazywa się to również jakoRectifier.

Plik anode który jest positive terminal diody jest reprezentowana przez A i cathode, który jest negative terminal jest reprezentowany przez K. Aby poznać anodę i katodę praktycznej diody, rysuje się cienką linię na diodzie, co oznacza katodę, podczas gdy drugi koniec reprezentuje anodę.

Ponieważ omówiliśmy już półprzewodniki typu P i N oraz zachowanie ich nośników, spróbujmy teraz połączyć te materiały, aby zobaczyć, co się stanie.

Tworzenie diody

Jeśli materiał typu P i N są zbliżone do siebie, oba łączą się, tworząc połączenie, jak pokazano na poniższym rysunku.

Materiał typu P ma holes jako majority carriers a materiał typu N. electrons jako majority carriers. Ponieważ przyciągają się przeciwne ładunki, kilka dziur w typie P ma tendencję do przechodzenia na stronę n, podczas gdy niewiele elektronów w typie N ma tendencję do przechodzenia w stronę P.

Gdy oba z nich przemieszczają się w kierunku złącza, dziury i elektrony rekombinują się ze sobą, neutralizując i tworząc jony. Teraz w tym połączeniu istnieje obszar, w którym powstają jony dodatnie i ujemne, zwany złączem PN lub barierą dla połączeń, jak pokazano na rysunku.

Powstawanie jonów ujemnych po stronie P i jonów dodatnich po stronie N skutkuje utworzeniem wąskiego naładowanego obszaru po obu stronach złącza PN. Region ten jest teraz wolny od ruchomych nośników ładunku. Obecne tutaj jony były nieruchome i utrzymywały między sobą obszar przestrzeni bez nośników ładunku.

Ponieważ obszar ten działa jako bariera między materiałami typu P i N, jest on również nazywany Barrier junction. To ma inną nazwę o nazwie asDepletion regionco oznacza, że ​​wyczerpuje oba regiony. Występuje różnica potencjałów VD spowodowana tworzeniem się jonów, w poprzek złącza zwanego asPotential Barrier ponieważ zapobiega dalszemu przemieszczaniu się dziur i elektronów przez złącze.

Biasing diody

Kiedy dioda lub dowolny element dwuzaciskowy jest podłączony w obwodzie, ma dwa stany polaryzacji z danym zasilaniem. Oni sąForward biased stan i Reverse biasedstan: schorzenie. Poinformuj nas szczegółowo.

Warunek uprzedzający

Kiedy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the positive terminal i cathode to the negative zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest forward biasedstan: schorzenie. Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej polaryzowany do przodu i pomaga w lepszym przewodzeniu. Dioda dobrze przewodzi w stanie przewodzenia.

Warunek odwrotnej tendencji

Kiedy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the negative terminal i cathode to the positive zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest Reverse biasedstan: schorzenie. Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej spolaryzowany wstecz i pomaga w minimalizowaniu i zapobieganiu przewodzeniu. Dioda nie może przewodzić w stanie spolaryzowanym odwrotnie.

Spróbujmy teraz wiedzieć, co się stanie, jeśli dioda zostanie podłączona w warunkach polaryzacji do przodu i do tyłu.

Praca z tendencją do przodu

Kiedy zewnętrzne napięcie jest przyłożone do diody w taki sposób, że anuluje barierę potencjału i umożliwia przepływ prądu, nazywa się forward bias. Kiedy anoda i katoda są podłączone odpowiednio do zacisków dodatnich i ujemnych, dziury w typie P i elektrony w typie N mają tendencję do przemieszczania się w poprzek złącza, przełamując barierę. Istnieje przy tym swobodny przepływ prądu, prawie eliminując barierę.

Przy sile odpychającej dostarczanej przez biegun dodatni do otworów i biegun ujemny do elektronów, rekombinacja zachodzi w złączu. Napięcie zasilania powinno być na tyle wysokie, że wymusza ruch elektronów i dziur przez barierę i jej przekroczenie w celu zapewnieniaforward current.

Prąd do przodu to prąd wytwarzany przez diodę podczas pracy w stanie przewodzenia i jest wskazywany przez I_f.

Praca z odwrotnym odchyleniem

Kiedy do diody przykładane jest zewnętrzne napięcie, które zwiększa barierę potencjału i ogranicza przepływ prądu, nazywa się Reverse bias. Kiedy anoda i katoda są podłączone odpowiednio do zacisków ujemnych i dodatnich, elektrony są przyciągane do zacisku dodatniego, a dziury są przyciągane do zacisku ujemnego. W związku z tym obaj będą z dala od potencjalnej barieryincreasing the junction resistance i zapobieganie przenikaniu jakiegokolwiek elektronu przez złącze.

Poniższy rysunek wyjaśnia to. Rysuje się również wykres przewodnictwa, gdy żadne pole nie jest przyłożone i gdy przyłożone jest jakieś pole zewnętrzne.

Wraz z rosnącym odchyleniem wstecznym, skrzyżowanie ma kilku przewoźników mniejszościowych, aby przekroczyć skrzyżowanie. Ten prąd jest zwykle pomijalny. Ten prąd wsteczny jest prawie stały, gdy temperatura jest stała. Ale kiedy to napięcie wsteczne rośnie dalej, wtedy pojawia się punkt o nazwiereverse breakdown occurs, gdzie przez skrzyżowanie przepływa lawina prądu. Ten wysoki prąd wsteczny uszkadza urządzenie.

Reverse current jest prądem wytwarzanym przez diodę podczas pracy w warunkach polaryzacji wstecznej i jest wskazywany przez I_r. W związku z tym dioda zapewnia ścieżkę o wysokiej rezystancji w stanie spolaryzowanym do tyłu i nie przewodzi, podczas gdy zapewnia ścieżkę o niskiej rezystancji w stanie spolaryzowanym do przodu i przewodzi. W związku z tym możemy stwierdzić, że dioda jest urządzeniem jednokierunkowym, które przewodzi polaryzacją w przód i działa jako izolator w polaryzacji wstecznej. To zachowanie sprawia, że ​​działa jako prostownik, który przekształca prąd przemienny w prąd stały.

Szczytowe napięcie odwrotne

Szczytowe napięcie odwrotne jest krótko nazywane jako PIV. Określa maksymalne napięcie przyłożone w odwrotnej polaryzacji. Szczytowe napięcie odwrotne można zdefiniować jako „The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. W związku z tym napięcie to jest uwzględniane w warunkach polaryzacji wstecznej. Wskazuje, w jaki sposób dioda może być bezpiecznie obsługiwana w trybie odwrotnym.

Cel diody

Dioda służy do blokowania przepływu prądu elektrycznego w jednym kierunku, tj. Do przodu i do blokowania w kierunku wstecznym. Ta zasada diody sprawia, że ​​działa jakoRectifier.

Aby obwód umożliwiał przepływ prądu w jednym kierunku, ale zatrzymywał się w drugim kierunku, najlepszym wyborem jest dioda prostownicza. Więcoutput będzie DCusunięcie komponentów AC. Obwody takie jak prostowniki półfalowe i pełnookresowe wykonane są z diod, które można badać wElectronic Circuits tutoriale.

Dioda jest również używana jako Switch. Pomaga w szybszym włączaniu i wyłączaniu wyjścia, które powinno następować w szybkim tempie.

V - I Charakterystyka diody

Praktyczny układ obwodów dla diody złączowej PN pokazano na poniższym rysunku. Amperomierz jest połączony szeregowo, a woltomierz równolegle, podczas gdy zasilanie jest kontrolowane przez rezystor zmienny.

Podczas pracy, gdy dioda jest w stanie przewodzenia, przy pewnym określonym napięciu, bariera potencjału zostaje wyeliminowana. Takie napięcie nazywa sięCut-off Voltage lub Knee Voltage. Jeśli napięcie przewodzenia przekracza limit, prąd przewodzenia rośnie wykładniczo, a jeśli zostanie to zrobione dalej, urządzenie zostanie uszkodzone z powodu przegrzania.

Poniższy wykres przedstawia stan przewodzenia diody w warunkach polaryzacji do przodu i do tyłu.

Podczas odwrotnego odchylenia prąd wytwarzany przez nośniki mniejszościowe istnieje jako „Reverse current”. Wraz ze wzrostem napięcia wstecznego ten prąd wsteczny rośnie i nagle w pewnym punkcie ulega załamaniu, powodując trwałe zniszczenie złącza.