Базовая электроника - диоды

Узнав о различных компонентах, давайте сосредоточимся на другом важном компоненте в области электроники, известном как Diode. Полупроводниковый диод - это двухконтактный электронный компонент с PN переходом. Это также называетсяRectifier.

В anode какой positive terminal диода представлена A и cathode, какой negative terminal представлен с K. Чтобы узнать анод и катод практического диода, на диоде проведена тонкая линия, которая означает катод, а другой конец представляет собой анод.

Поскольку мы уже обсуждали полупроводники P-типа и N-типа и поведение их носителей, давайте теперь попробуем объединить эти материалы вместе, чтобы посмотреть, что произойдет.

Формирование диода

Если материал P-типа и N-типа поднести близко друг к другу, они оба соединятся, образуя соединение, как показано на рисунке ниже.

Материал P-типа имеет holes как majority carriers и материал N-типа имеет electrons как majority carriers. По мере притяжения противоположных зарядов небольшое количество дырок в P-типе стремится перейти на n-сторону, тогда как небольшое количество электронов в N-типе стремится перейти на P-сторону.

Когда они оба движутся к стыку, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, чтобы нейтрализовать и образовывать ионы. Теперь в этом переходе существует область, где образуются положительные и отрицательные ионы, называемая PN-переходом или барьером перехода, как показано на рисунке.

Образование отрицательных ионов на стороне P и положительных ионов на стороне N приводит к образованию узких заряженных областей по обе стороны от PN-перехода. Эта область теперь свободна от подвижных носителей заряда. Присутствующие здесь ионы были неподвижными и сохраняли пространство между собой без каких-либо носителей заряда.

Поскольку эта область действует как барьер между материалами типа P и N, ее также называют Barrier junction. У этого есть другое имя, называемоеDepletion regionэто означает, что он истощает оба региона. Между переходом возникает разность потенциалов VD из-за образования ионов, называемаяPotential Barrier поскольку предотвращает дальнейшее движение дырок и электронов через переход.

Смещение диода

Когда диод или любой двухконтактный компонент подключен к цепи, он имеет два смещенных состояния с данным источником питания. Они естьForward biased состояние и Reverse biasedсостояние. Сообщите нам их подробно.

Условие смещения вперед

Когда в цепь включен диод, его anode to the positive терминал и cathode to the negative клемму питания, то такое подключение называется forward biasedсостояние. Такое соединение делает схему все более смещенной вперед и способствует большей проводимости. Диод хорошо проводит в прямом смещенном состоянии.

Обратное смещенное условие

Когда в цепь включен диод, его anode to the negative терминал и cathode to the positive клемму питания, то такое подключение называется Reverse biasedсостояние. Такое соединение делает схему все более и более смещенной в обратном направлении и помогает минимизировать и предотвратить проводимость. Диод не может проводить при обратном смещении.

Давайте теперь попробуем узнать, что произойдет, если диод подключен в прямом и обратном смещении.

Работа в условиях предвзятости

Когда на диод подается внешнее напряжение, которое устраняет потенциальный барьер и позволяет протекать ток, называется forward bias. Когда анод и катод подключены к положительной и отрицательной клеммам соответственно, дырки в P-типе и электроны в N-типе имеют тенденцию перемещаться через переход, преодолевая барьер. При этом существует свободный ток, почти устраняющий барьер.

Благодаря силе отталкивания, создаваемой положительным выводом для дырок и отрицательным выводом для электронов, в переходе происходит рекомбинация. Напряжение питания должно быть таким высоким, чтобы заставить электроны и дырки проходить через барьер и пересекать его, чтобы обеспечитьforward current.

Прямой ток - это ток, вырабатываемый диодом при работе в режиме прямого смещения, и обозначается значком. I_f.

Работа в условиях обратного смещения

Когда на диод подается внешнее напряжение, увеличивающее потенциальный барьер и ограничивающее прохождение тока, это называется Reverse bias. Когда анод и катод подключены к отрицательной и положительной клеммам соответственно, электроны притягиваются к положительной клемме, а дырки - к отрицательной клемме. Следовательно, оба будут вдали от потенциального барьера.increasing the junction resistance и предотвращение прохождения любого электрона через переход.

Следующий рисунок объясняет это. Также нарисован график проводимости при отсутствии поля и при приложении некоторого внешнего поля.

При увеличении обратного смещения переход имеет несколько неосновных носителей, которые пересекают переход. Этот ток обычно незначителен. Этот обратный ток почти постоянен при постоянной температуре. Но когда это обратное напряжение увеличивается дальше, тогда точка, называемаяreverse breakdown occurs, где через переход течет лавина тока. Этот высокий обратный ток повреждает устройство.

Reverse current ток, производимый диодом при работе в режиме обратного смещения, обозначается I_r. Следовательно, диод обеспечивает путь с высоким сопротивлением в состоянии обратного смещения и не проводит ток, тогда как он обеспечивает путь с низким сопротивлением в состоянии прямого смещения и проводит. Таким образом, мы можем сделать вывод, что диод является односторонним устройством, которое проводит при прямом смещении и действует как изолятор при обратном смещении. Такое поведение заставляет его работать как выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.

Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение вкратце называется PIV. Он указывает максимальное напряжение, приложенное при обратном смещении. Пиковое обратное напряжение можно определить как «The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed». Следовательно, это напряжение рассматривается в условиях обратного смещения. Это означает, что диод может безопасно работать при обратном смещении.

Назначение диода

Диод используется для блокировки электрического тока в одном направлении, то есть в прямом направлении, и для блокировки в обратном направлении. Этот принцип диода заставляет его работать какRectifier.

Для схемы, позволяющей току течь в одном направлении, но останавливаться в другом направлении, выпрямительный диод - лучший выбор. Таким образомoutput будет DCснятие компонентов переменного тока. Такие схемы, как полуволновые и двухполупериодные выпрямители, сделаны с использованием диодов, которые можно изучить вElectronic Circuits учебные пособия.

Диод также используется как Switch. Это помогает быстрее включать и выключать выход, который должен происходить с большой скоростью.

V - I характеристики диода

Практическая схема диода с PN переходом показана на следующем рисунке. Амперметр включается последовательно, а вольтметр - параллельно, а питание регулируется через переменный резистор.

Во время работы, когда диод находится в прямом смещенном состоянии при определенном напряжении, потенциальный барьер устраняется. Такое напряжение называетсяCut-off Voltage или же Knee Voltage. Если прямое напряжение превышает установленный предел, прямой ток растет экспоненциально, и если это происходит дальше, устройство повреждается из-за перегрева.

На следующем графике показано состояние проводимости диода в условиях прямого и обратного смещения.

Во время обратного смещения существует ток, создаваемый неосновными носителями, известный как «Reverse current». По мере увеличения обратного напряжения этот обратный ток увеличивается, и он внезапно выходит из строя в точке, что приводит к необратимому разрушению перехода.