Paano nakaayos ang trabaho ng mga semiconductor diode at trabaho

Dyodo - ang pinakasimpleng aparato sa maluwalhating pamilya ng mga aparato ng semiconductor. Kung kukuha kami ng isang plato ng isang semiconductor, halimbawa sa Alemanya, at ipakilala ang isang kahinayang tumatanggap sa kaliwang kalahati nito, at sa kanang donor isa, pagkatapos ay sa isang banda nakakakuha kami ng isang semiconductor ng uri P, ayon sa pagkakabanggit, sa iba pang uri N. Sa gitna ng kristal nakakakuha kami ng tinatawag na Kantong P-Ntulad ng ipinapakita sa figure 1.

Ang parehong figure ay nagpapakita ng kondisyon na graphic designation ng diode sa diagram: ang cathode output (negatibong elektrod) ay halos kapareho sa "-" sign. Madali itong matandaan.

Sa kabuuan, sa tulad ng isang kristal mayroong dalawang mga zone na may magkakaibang conductivities, mula sa kung saan lumabas ang dalawang mga lead, kaya ang nagreresultang aparato ay tinatawag na diodedahil ang prefix na "di" ay nangangahulugang dalawa.

Sa kasong ito, ang diode ay naging isang semiconductor, ngunit ang mga katulad na aparato ay nauna nang kilala: halimbawa, sa panahon ng mga elektronikong tubo ay mayroong isang diode ng tubo na tinatawag na kenotron. Ngayon ang mga diode ay nawala sa kasaysayan, bagaman ang mga adherents ng "tubo" na tunog ay naniniwala na sa isang tube amplifier, kahit na ang isang boltahe na rectifier ay dapat na isang tubo!

Larawan 1. Ang istraktura ng diode at ang pagtatalaga ng diode sa diagram

Sa kantong ng mga semiconductors na may conductivity ng P at N, lumiliko ito Kantong P-N (kantong P-N), na kung saan ay ang batayan ng lahat ng mga aparato ng semiconductor. Ngunit hindi tulad ng isang diode, kung saan ang paglipat na ito ay isa lamang, transistor magkaroon ng dalawang mga j-P P N, at, halimbawa, mga thyristors binubuo agad ng apat na paglilipat.

P-N paglipat sa pahinga

Kahit na ang kantong P-N, sa kasong ito ang diode, ay hindi konektado kahit saan, ang lahat ng pareho, kawili-wiling mga pisikal na proseso ay nangyayari sa loob nito, na ipinapakita sa Larawan 2.

Larawan 2. Diode sa pahinga

Sa rehiyon N mayroong isang labis na elektron, nagdadala ito ng negatibong singil, at sa rehiyon P ang singil ay positibo. Sama-sama, ang mga singil na ito ay bumubuo ng isang larangan ng kuryente. Dahil ang mga singil na sinisingil na singil ay may posibilidad na maakit, ang mga elektron mula sa zone N ay tumagos sa positibong sisingilin na zone P, pinupuno ang ilang mga butas sa kanilang sarili. Bilang isang resulta ng naturang paggalaw, isang kasalukuyang nasa loob ng semiconductor, kahit na napakaliit (mga yunit ng nanoamperes), ay bumangon.

Bilang isang resulta ng kilusang ito, ang density ng sangkap sa panig ng P ay nagdaragdag, ngunit sa isang tiyak na limitasyon. Ang mga partikulo ay karaniwang may posibilidad na kumalat nang pantay-pantay sa buong dami ng sangkap, na katulad ng kung paano kumalat ang amoy ng mga pabango sa buong silid (pagsasabog), kaya, maaga o huli, ang mga electron ay bumalik sa zone N.

Kung para sa karamihan ng mga mamimili ng koryente ang direksyon ng kasalukuyang hindi gumaganap ng isang papel - ang ilaw ay nasa, ang tile ay nag-iinit, pagkatapos ay para sa diode ang direksyon ng kasalukuyang gumaganap ng isang malaking papel. Ang pangunahing pag-andar ng diode ay upang magsagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon. Ito ang pag-aari na ito na ibinibigay ng P-N junction.

Susunod, isinasaalang-alang namin kung paano kumilos ang diode sa dalawang posibleng mga kaso ng pagkonekta sa isang kasalukuyang mapagkukunan.

Ang pag-on sa diode sa kabilang direksyon

Kung ikinonekta mo ang isang mapagkukunan ng kuryente sa diod ng semiconductor, tulad ng ipinapakita sa Figure 3, kung gayon ang kasalukuyang ay hindi makadaan sa P-N junction.

Larawan 3. Reverse diode

Tulad ng makikita sa pigura, ang positibong poste ng pinagmulan ng kuryente ay konektado sa rehiyon N, at ang negatibong poste sa rehiyon P. Bilang isang resulta, ang mga elektron mula sa rehiyon N ay dumadaloy sa positibong poste ng pinagmulan. Kaugnay nito, ang mga positibong singil (butas) sa rehiyon P ay naaakit sa negatibong poste ng pinagmulan ng kuryente. Samakatuwid, sa rehiyon ng kantong P-N, tulad ng makikita sa figure, isang walang bisa na form, walang anuman upang magsagawa ng kasalukuyang, walang mga carriers.

Habang tumataas ang boltahe ng mapagkukunan ng kuryente, ang mga electron at butas ay higit pa at mas nakakaakit sa electric field ng baterya, habang sa rehiyon ng P - N junction ng mga carrier ng singil, mas kaunti at mas kaunti.Samakatuwid, sa reverse connection, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng diode ay hindi pumunta. Sa ganitong mga kaso, kaugalian na sabihin iyon Ang semiconductor diode ay sarado ng reverse boltahe.

Ang isang pagtaas sa density ng bagay na malapit sa mga poste ng baterya ay humahantong sa pagsasabog, - ang pagnanais para sa isang pantay na pamamahagi ng sangkap sa buong dami. Ano ang mangyayari kapag pinapatay mo ang baterya.

Semiconductor diode reverse kasalukuyang

Ito ay kung saan dumating ang oras upang alalahanin ang mga operator ng minorya, na kundisyon ng kundisyon. Ang katotohanan ay kahit na sa saradong estado, isang hindi gaanong kabuluhan ang kasalukuyang dumaan sa diode, na tinatawag na reverse current. Ang isang ito baligtad na kasalukuyang at nilikha ng mga operator ng minorya na maaaring ilipat sa parehong paraan tulad ng mga pangunahing, lamang sa kabaligtaran na direksyon. Naturally, ang naturang paggalaw ay nangyayari sa ilalim ng reverse boltahe. Ang baligtad na kasalukuyang, bilang isang patakaran, ay maliit, dahil sa maliit na bilang ng mga minorya na carrier.

Sa pagtaas ng temperatura ng kristal, ang bilang ng mga operator ng minorya ay nagdaragdag, na humantong sa isang pagtaas sa reverse kasalukuyang, na maaaring humantong sa pagkawasak ng P - N junction. Samakatuwid, ang mga operating temperatura para sa mga aparato ng semiconductor - diode, transistors, circuit ay limitado. Upang maiwasan ang sobrang init, ang mga malalakas na diode at transistor ay naka-install sa mga heat sinks - radiator.

Ang pag-on sa diode sa direksyon ng pasulong

Ipinakita sa Figure 4.

Larawan 4. Direktang i-on diode

Ngayon binabago namin ang polarity ng pagsasama ng pinagmulan: minus kumonekta sa rehiyon N (katod), at kasama sa rehiyon P (anode). Sa pagsasama nito sa rehiyon ng N, ang mga elektron ay magpapahiya mula sa minus ng baterya, at lumilipat patungo sa kantong P-N. Sa rehiyon P, ang mga positibong sisingilin na butas ay tinatanggal mula sa positibong terminal ng baterya. Ang mga elektron at butas ay nagmamadali patungo sa bawat isa.

Ang mga singil na particle na may iba't ibang polarity ay kinokolekta malapit sa kantong P-N, isang electric field ang bumubuo sa pagitan nila. Samakatuwid, ang mga electron ay nagtagumpay sa kantong P-N at patuloy na lumipat sa pamamagitan ng zone P. Kasabay nito, ang ilan sa mga ito ay nag-recombine na may mga butas, ngunit ang karamihan sa kanila ay nagmamadali sa pagdaragdag ng baterya, Id ay dumaan sa diode.

Ang kasalukuyang ito ay tinawag direktang kasalukuyang. Ito ay limitado sa pamamagitan ng mga teknikal na data ng diode, ilang maximum na halaga. Kung ang halaga na ito ay lumampas, mayroong isang panganib ng pagbagsak ng diode. Gayunpaman, dapat itong tandaan na ang direksyon ng pasulong na kasalukuyang sa figure ay nag-tutugma sa pangkalahatang tinanggap, reverse galaw ng mga electron.

Maaari din nating sabihin na sa pasulong na direksyon ng paglipat, ang elektrikal na paglaban ng diode ay medyo maliit. Kung ibabalik mo ito, ang paglaban na ito ay maraming beses na mas malaki, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng diod ng semiconductor diode (hindi tinitingnan ang isang bahagyang reverse kasalukuyang). Mula sa nabanggit, maaari nating tapusin iyon ang diode ay kumikilos tulad ng isang ordinaryong mekanikal na balbula: nakabukas sa isang direksyon - ang mga daloy ng tubig, nakabukas sa iba pang - tumigil ang daloy. Para sa ari-arian na ito, ang diode ay tinatawag semiconductor balbula.

Upang maunawaan nang detalyado ang lahat ng mga kakayahan at mga katangian ng isang diic ng semiconductor, dapat mong makilala ang mga ito volt - ampere katangian. Mahusay din na malaman ang tungkol sa iba't ibang mga disenyo ng mga diode at dalas ng dalas, tungkol sa mga pakinabang at kawalan. Tatalakayin ito sa susunod na artikulo.

Pagpapatuloy ng artikulo: Mga katangian ng mga diode, disenyo at mga tampok ng application

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Ang isa ay maaaring ilarawan ang gawain ng kantong P-N at mas tumpak, na nagpapaliwanag sa "mga butas", "pangunahing mga tagadala", "mga minorya ng carriers", at "sangkap na density"

[#2 andy78]

Anatoly, ito ay nasa site na. Ayaw ko lang ulitin ang sarili ko.Maghanap sa site para sa mga artikulo: "Mga conductor, Insulators, at Semiconductors" at "Ano ang mga transistor na gawa sa."

[#3]

Ang artikulo ay mabuti, ngunit, tulad ng napansin ng isang kaibigan, ang isang mas detalyadong pagsusuri ng mga terminolohiya ay kulang.

Ang mga sandali tungkol sa pagsasabog ay hindi masyadong malinaw na inilarawan. Isipin na humahawak kami at nagkokonekta ng dalawang piraso ng parehong semiconductor - ang isa ay naibigay ng isang donor na karumihan (kadalisayan ng mga atom na may isang mas malaking bilang ng mga electron sa panlabas na shell ng elektron kaysa sa mga atomo ng orihinal na semiconductor), ang iba ay tanggap (mga kadalisayan ng kademonyohan na may mas maliit na bilang -sa mga elektron). Ang paglitaw ng tinatawag na "SCR" - rehiyon ng singil sa puwang - kapag ang dalawang uri ay nakikipag-ugnay, ay sanhi ng isang nakikipagkumpitensya na aksyon pagsasabog mga electron mula sa rehiyon ng N hanggang P (at, magkatulad, mga butas sa kabaligtaran na direksyon) at naaanod na (sa katunayan, ang paggalaw sa electric field) ng mga carrier ng singil sa ilalim ng pagkilos ng arising electric field. Gayunpaman, hindi ito isang walang katapusang patuloy na proseso. Matapos ang ilang oras (para sa amin - agad), ang dalawang epekto na ito ay magbalanse sa bawat isa. Ngunit hindi ito nangangahulugan na mawawala ang pagkakalat. Maaari mo lamang pag-usapan ang tungkol sa dynamic na balanse.

Sa parehong lugar kung saan pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang tiyak na "walang bisa" sa rehiyon ng paglipat ng PN, pareho ito ng SCR - ang lugar ng singil sa puwang, tinawag din nila ito, kung ang memorya ay hindi mabigo, ang "maubos na rehiyon". Sa pamamagitan ng "space charge", gayunpaman, ito ay nangangahulugan na hindi mga electron at butas na maaaring mag-drift at magkakalat, ngunit ang mga atomic cores - maaari mong gawin silang hindi matitinag. Mahigpit na pagsasalita, nagkakalat din sila, ngunit mas mabagal. Ang kanilang pagsasabog, halimbawa, ay nagiging sanhi ng pansamantalang pag-iipon ng mga elemento ng semiconductor. Ngunit ito ay isang ganap na naiibang kuwento ...

[#4]

Mga pagtatalo tungkol sa anupaman, wala ang mga electron. Tingnan ang Rybnikov S.Yu. sa YouTube, sasabihin niya sa iyo kung paano gumagana ang aktwal na atom, tungkol sa pana-panahong talahanayan at tungkol kay RuSacue bill. At huwag isara ang hysterically ng video at sabihin na ang lahat ng ito ay walang kapararakan, kailangan mong mahinahon na panoorin hanggang sa wakas at mag-isip, o marahil sa katotohanan sa paaralan at unibersidad na nabu-brainwash tayo.

[#5 Dimon]

Eugene,
Kung ang mga electron ay hindi umiiral, kung paano gumagana ang diode? Ito ay lumiliko ang teorya ng tae na may puting mga thread.