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Come sono organizzati e funzionano i diodi a semiconduttore
Diodio - il dispositivo più semplice della gloriosa famiglia di dispositivi a semiconduttore. Se prendiamo un piatto di un semiconduttore, ad esempio la Germania, e introduciamo un'impurità dell'accettore nella sua metà sinistra, e nella destra di un donatore, quindi da un lato otteniamo un semiconduttore di tipo P, rispettivamente, dall'altro tipo N. Nel mezzo del cristallo otteniamo il cosiddetto Giunzione P-Ncome mostrato in figura 1.
La stessa figura mostra la designazione grafica condizionale del diodo nei diagrammi: l'uscita del catodo (elettrodo negativo) è molto simile al segno “-”. È più facile da ricordare.
In totale, in un tale cristallo ci sono due zone con conduttività diverse, da cui escono due conduttori, quindi il dispositivo risultante viene chiamato diodoperché il prefisso "di" significa due.
In questo caso, il diodo si rivelò essere un semiconduttore, ma dispositivi simili erano già noti in precedenza: ad esempio, nell'era dei tubi elettronici c'era un diodo a tubi chiamato un kenotron. Ora tali diodi sono passati alla storia, sebbene gli aderenti al suono "a valvole" credano che in un amplificatore a valvole, anche il raddrizzatore di tensione anodica dovrebbe essere una valvola!
Figura 1. La struttura del diodo e la designazione del diodo nel diagramma
Alla giunzione dei semiconduttori con conduttività P e N, Giunzione P-N (giunzione P-N), che è la base di tutti i dispositivi a semiconduttore. Ma a differenza di un diodo, in cui questa transizione è solo una, transistori hanno due giunzioni P-N e, ad esempio, tiristori consistono immediatamente in quattro transizioni.
Transizione P-N a riposo
Anche se la giunzione P-N, in questo caso il diodo, non è connessa da nessuna parte, si verificano comunque processi fisici interessanti al suo interno, che sono mostrati in Figura 2.
Figura 2. Diodo a riposo
Nella regione N c'è un eccesso di elettroni, porta una carica negativa e nella regione P la carica è positiva. Insieme, queste cariche formano un campo elettrico. Poiché le cariche caricate in modo opposto tendono ad attrarre, gli elettroni della zona N penetrano nella zona P caricata positivamente, riempiendo alcuni fori di se stessi. Come risultato di un tale movimento, sorge una corrente all'interno del semiconduttore, sebbene molto piccola (unità di nanoamperes).
Come risultato di questo movimento, la densità della sostanza sul lato P aumenta, ma fino a un certo limite. Le particelle di solito tendono a diffondersi uniformemente in tutto il volume della sostanza, in modo simile a come l'odore dei profumi si diffonde nella stanza (diffusione), quindi, prima o poi, gli elettroni ritornano nella zona N.
Se per la maggior parte dei consumatori di elettricità la direzione della corrente non gioca un ruolo: la luce è accesa, la piastrella si riscalda, quindi per il diodo la direzione della corrente gioca un ruolo enorme. La funzione principale del diodo è quella di condurre la corrente in una direzione. È questa proprietà fornita dalla giunzione P-N.
Successivamente, consideriamo come si comporta il diodo in due possibili casi di connessione di una sorgente corrente.
Accensione del diodo nella direzione opposta
Se si collega una fonte di alimentazione al diodo a semiconduttore, come mostrato nella Figura 3, la corrente non passerà attraverso la giunzione P-N.
Figura 3. Diodo inverso acceso
Come si può vedere nella figura, il polo positivo della fonte di alimentazione è collegato alla regione N e il polo negativo alla regione P. Di conseguenza, gli elettroni dalla regione N si precipitano al polo positivo della sorgente. A loro volta, cariche positive (buchi) nella regione P sono attratte dal polo negativo della fonte di energia. Pertanto, nella regione della giunzione P-N, come si può vedere nella figura, si forma un vuoto, semplicemente non c'è niente per condurre corrente, non ci sono portatori di carica.
All'aumentare della tensione della fonte di alimentazione, gli elettroni e i fori sono sempre più attratti dal campo elettrico della batteria, mentre nella regione della giunzione P - N dei portatori di carica, c'è sempre meno.Pertanto, nella connessione inversa, la corrente attraverso il diodo non va. In tali casi, è consuetudine affermarlo il diodo a semiconduttore è chiuso da tensione inversa.
Un aumento della densità della materia vicino ai poli della batteria porta a aumento diffusione, - il desiderio di una distribuzione uniforme della sostanza in tutto il volume. Cosa succede quando si spegne la batteria.
Corrente inversa a diodo a semiconduttore
È qui che è giunto il momento di ricordare i portatori di minoranza, che sono stati condizionatamente dimenticati. Il fatto è che anche nello stato chiuso, una corrente insignificante passa attraverso il diodo, chiamata corrente inversa. Questo corrente inversa ed è creato da vettori di minoranza che possono muoversi allo stesso modo di quelli principali, solo nella direzione opposta. Naturalmente, un tale movimento si verifica sotto tensione inversa. La corrente inversa, di regola, è piccola, a causa del numero ridotto di portatori di minoranza.
Con l'aumentare della temperatura dei cristalli, aumenta il numero di portatori di minoranza, il che porta ad un aumento della corrente inversa, che può portare alla distruzione della giunzione P - N. Pertanto, le temperature operative per i dispositivi a semiconduttore - diodi, transistor, circuiti sono limitate. Al fine di prevenire il surriscaldamento, diodi e transistor potenti sono installati su dissipatori di calore - radiatori.
Accensione del diodo in avanti
Nella figura 4.
Figura 4. Diodo ad accensione diretta
Ora cambiamo la polarità dell'inclusione della sorgente: meno ci si connette alla regione N (catodo) e più alla regione P (anodo). Con questa inclusione nella regione N, gli elettroni si allontaneranno dal meno della batteria e si sposteranno verso la giunzione P-N. Nella regione P, i fori caricati positivamente vengono respinti dal terminale positivo della batteria. Elettroni e lacune si precipitano l'uno verso l'altro.
Le particelle cariche con diversa polarità vengono raccolte vicino alla giunzione P-N, tra loro sorge un campo elettrico. Pertanto, gli elettroni superano la giunzione P-N e continuano a muoversi attraverso la zona P. Allo stesso tempo, alcuni di essi si ricombinano con buchi, ma la maggior parte di loro si precipita al vantaggio della batteria, Id passa attraverso il diodo.
Questa corrente è chiamata corrente continua. È limitato dai dati tecnici del diodo, un valore massimo. Se questo valore viene superato, esiste il pericolo che il diodo si rompa. Tuttavia, va notato che la direzione della corrente diretta nella figura coincide con il movimento inverso generalmente accettato degli elettroni.
Possiamo anche dire che nella direzione in avanti dell'accensione, la resistenza elettrica del diodo è relativamente piccola. Quando lo riaccendi, questa resistenza sarà molte volte maggiore, la corrente attraverso il diodo a semiconduttore non va (una leggera corrente inversa non viene presa in considerazione qui). Da quanto precede, possiamo concludere che il diodo si comporta come una normale valvola meccanica: ruotato in una direzione - flussi d'acqua, ruotato nell'altra - il flusso si è arrestato. Per questa proprietà, viene chiamato il diodo valvola a semiconduttore.
Per comprendere in dettaglio tutte le capacità e le proprietà di un diodo a semiconduttore, è necessario conoscerlo volt - ampere caratteristico. È anche utile conoscere i vari progetti di diodi e proprietà di frequenza, i vantaggi e gli svantaggi. Questo sarà discusso nel prossimo articolo.
Continuazione dell'articolo: Caratteristiche di diodi, design e caratteristiche dell'applicazione
Boris Aladyshkin
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