Pooljuhtdiood: tööpõhimõte, rakendused ja eelised

Pooljuhtdiood on ühe pn-siirde, samuti anoodi- ja katoodklemmiga spetsiaalne seade, mis on mõeldud kõikvõimalikeks elektrisignaali muutmiseks. Enamasti on element valmistatud ränist, kuigi mõnikord kasutatakse ka muid pooljuhtmaterjale. Seadme põhikomponentide hulgas on pn-siirdega kristalne osa.

Üldine informatsioon

Tuleb märkida, et tänapäevased pooljuhtdioodid on loodud germaaniumi või seleeni baasil, nagu need olid enam kui sada aastat tagasi. Nendel materjalidel on spetsiifiline struktuur, mis võimaldab elemente kasutada ahelate ja elektriseadmete moderniseerimiseks, samuti erinevate voolude muundamiseks.

Maailmas leidub erinevat tüüpi selliseid leiutisi, mis erinevad valmistamismaterjali, tööpõhimõtte ja kasutusala poolest. Tasapinnalised ja polükristallilised alaldid on väga nõutud., mis on sildade analoogid. Nad suhtlevad kahe kontakti kaudu.

Mis puudutab seadmete eeliseid, siis need peaksid sisaldama:

1. Täielik vahetatavus. Ebaõnnestunud elemendi saab asendada mis tahes muu samade omaduste ja tööpõhimõttega elemendiga. Täpselt sama mudeli valimisel pole erinõudeid.
2. Kõrge läbilaskevõime.
3. Odavus ja kättesaadavus. Pooljuhtdioode müüakse igas elektritarvete kaupluses. Selliste toodete maksumus on alates 50 rubla. Lisaks saab neid vanade seadmete skeemidest oma kätega eemaldada.

Toimimispõhimõte

Pooljuhtdioodi tööpõhimõttest pole raske aru saada. Kõik, mida pead tegema, on mõista põhilisi füüsikaseadusi ja teada, kuidas mõned elektrilised protsessid toimuvad.

Esialgu mõjub katoodile elektrivool, mis paneb kütteelemendi hõõguma. Elektroodilt eralduvad omakorda elektronid ja kahe osa vahele tekib elektriväli.

Positiivse laenguga anoodid mõjuvad elektronidele ja tõmbavad neid ligi ning tekkiv väli toimib sellise reaktsiooni katalüsaatorina. Ka sel hetkel moodustub emissioonivool.

Kahes elektroodis hakkab tekkima ruuminegatiivne laeng, mis võib takistada elektronide liikumist. Kuid see juhtub ainult siis, kui anoodi potentsiaal väheneb, mille tagajärjel elektronide mass ei suuda toime tulla. negatiivsed elemendid, mis paneb nad liikuma vastupidises järjekorras, st elektronid pöörduvad tagasi katood.

Sageli hoitakse katoodvoolu indikaatoreid nullis - see juhtub siis, kui puutute kokku miinuslaenguga osakestega. Selle tulemusena ei pane tekkiv väli elektrone kiiremini liikuma, vaid põhjustab pöördreaktsiooni – aeglustab neid ja paneb nad tagasi katoodile tagasi pöörduma. Lõppkokkuvõttes vooluahel avatakse, kui diood jääb väljalülitatuks.

Seade ja disain

Olles käsitlenud pooljuhtdioodi tööpõhimõtet, võite hakata uurima selle seadet ja disaini. Seda teavet on vaja dioodi edasiseks kasutamiseks ja selle tööomaduste sügavamaks mõistmiseks. Element põhineb järgmistel komponentidel:

1. Välimine kest. Kehana kasutatakse väikest õhupalli. See on täielikult vaakum ja võib olla klaas, metall või keraamiline.
2. Konstruktsiooni sees on kaks elektroodi. Esimest kasutatakse katoodina hõõgniidiga, mis tagab stabiilse elektronide emissiooni. Kõige lihtsamal kujul on see minimaalse paksusega niit, mis suudab voolu rakendamisel hõõguda. Kuid praegu levitatakse aktiivselt kaudse kütte mudeleid. Erinevalt klassikalistest tüüpidest on need väikeste silindrite kujul, millel on spetsiifiline kiht, kus elektronid emiteeritakse.
3. Mis puudutab teist elektroodi, siis just anood võtab katoodilt elektrone vastu. Elemendil on positiivne laeng ja silindriline kuju. Dioodikristalli valmistamisel kasutatakse räni või germaaniumi.

Kasutusvaldkonnad ja eesmärk

Pooljuhtdioodide kasutusvaldkonnad on väga ulatuslikud. Tänapäeval on ilma nendeta enamiku elektriseadmete tööd raske ette kujutada ja see pole üllatav. Elemente kasutatakse dioodsildade, aga ka järgmiste seadmete valmistamiseks:

1. Seadmed seadmete kaitsmiseks polaarsuse muutumise või ülekoormuse eest.
2. Lülitid.
3. Dioodi sädemekaitsesüsteemid.

Mis puutub dioodisildadesse, siis need on nelja, kuue või kaheteistkümne ühendatud dioodi seade (dioodide täpne arv määratakse vooluringi tüübi järgi, mis on 1-faasiline, 3-faasiline poolsild või 3-faasiline täissild). Süsteemi kasutatakse alaldina ja see paigaldatakse sageli autogeneraatoritesse. Fakt on see, et sellise silla kasutamine võimaldas seadet oluliselt vähendada ja muuta see töökindlamaks.

Dioodidetektorid koosnevad dioodidest ja kondensaatoritest, mis võimaldavad madala sagedusega modulatsiooni mitmesugustest signaalidest, sealhulgas amplituudmoduleeritud raadiosignaalist. Seadmed on asendamatud erinevate kodumasinate, näiteks teleri või raadio tööks. Samuti on pooljuhtdioodide abil võimalik tagada täielik kaitse polaarsuse ümberpööramise eest eemaldatavate sisendite käivitamisel ja ülekoormustel.

Dioodlülitite ülesanne on lülitada kõrgsageduslikke signaale. Ahela juhtimiseks kasutatakse konstantset elektrivoolu, sageduseraldust ja signaalimist kondensaatoritele. Samuti luuakse dioodide baasil võimas sädemekaitse, mis hoiab ära ülekoormused ja kõrvalekalded lubatud pingepiirist.

Kaasaegses elektroonikas on dioodide kasutamiseta praktiliselt võimatu hakkama saada. Seetõttu on väga kasulik teada, kuidas sellised levinud seadmed on paigutatud, kuidas need töötavad ja milleks need on mõeldud.

Kaasamise meetodid

R-n üleminekut mõjutavad välispinged, samuti suurus ja polaarsus, mis mõjutavad elektrivoolu lõppnäitajaid. Otseühenduse kasutamisel ühendatakse positiivselt laetud juht p-tüüpi alaga ja negatiivne poolus n-tüüpi alaga. Sel juhul arenevad sündmused järgmiselt:

1. Toiteallika välispinge tõttu r-n-tüüpi ristmikus tekib elektriväli, mis suunatakse sees olevast difusiooniväljast vastupidises suunas.
2. Pärast seda langevad välja pinge näidud märgatavalt, mis kitsendab tõkkekihti.
3. Lisaks suudab enamik elektrone liikuda ühest piirkonnast teise ja seejärel tagasi pöörduda.
4. Triiviva voolu parameetrid jäävad muutumatuks, kuna neid mõjutab ainult laetud kandjate arv r-n piirkonnas.

Pöördpinge suurenemisega saavutab vool kõrgeima kiiruse ja läheb järgmisse etappi - küllastus. Temperatuuri tõustes suurenevad küllastusvoolu parameetrid.

Levinud talitlushäired

Mõnikord lakkavad pooljuhtseadmed töötamast, mis on tingitud loomulikust amortisatsioonist või kehtestatud kasutusea lõppemisest. On ka muud tüüpi tõrkeid, mis peaksid hõlmama järgmist:

1. Ülemineku jaotus. Selle nähtusega muutub pooljuht tavaliseks juhiks, millel pole kindlaid omadusi ja mis ei hoia elektrivoolu kindlas suunas. Probleemi saate lahendada tavalise multimeetriga, mis annab piiksu ja määrab takistuse taseme.
2. Ülemineku katkemine. See on pöördprotsess, mille tulemusena muutub seade isolaatoriks. Sel juhul juhitakse elektrivoolu ainult ühes suunas. Katkestuse asukoha määramiseks on vaja kasutada töötavate sondidega testerit. Kui need elemendid on ebapiisava kvaliteediga, pole täpset ja õiget diagnoosi võimalik teha.
3. Tiheduse rikkumine. Igasugune leke kujutab tõsist ohtu pooljuhtseadmete normaalsele tööle.

Jaotuse tüübid

Vastuvoolu suurenemisel ilmnevad mitut tüüpi rikkeid. Need sisaldavad:

1. Termilised rikked.
2. Elektrilised rikked.

Esimene oht ilmneb jahutusradiaatori tasakaalustamata töö või r-n-siirde ülekuumenemise korral liiga kõrgete vooluväärtuste mõjul. Termilise põgenemise probleem võib kaasa tuua hulga ebameeldivaid tagajärgi, sealhulgas:

1. Aatomite vibratsiooni kasv kristalli koostisest.
2. Elektronide vastastikmõju juhtiva piirkonnaga.
3. Temperatuuriindikaatorite kiire tõus.
4. Deformatsiooniprotsessid kristallide struktuuris.
5. Raadiokomponendi täielik kahjustus.

Mis puutub elektririkkesse, siis seda ei saa nimetada pöördumatuks protsessiks, sest sellise ebameeldivuse korral jääb kristall töövõimeliseks. Seetõttu päästavad õigeaegsed meetmed dioodi hävimise eest ja pikendavad selle kasutusiga.

Sõltuvalt tüübist on elektririkked tunnel ja laviin. Esimesel juhul tekib häda liiga kõrge pinge läbimise tõttu kitsastest ristmikest, mille tagajärjel libisevad elektronid vabalt läbi rikke. Sellised defektid tekivad siis, kui molekulidesse ilmub suur hulk lisandeid. Nähtus põhjustab pöördvoolu suurenemist ja pinge langust.

Mis puutub laviini purunemisse, siis need tekivad tugevate väljade mõju tõttu, mis kiirendavad kandja jõudluse tipptasemeni ja löövad seejärel aatomitelt valentselektronide massi. Seetõttu sisenevad elektronid juhtivasse piirkonda, kaotades oma omadused. Konkreetset käitumist, mis meenutab laviini laskumise olemust, hakati nimetama laviini purunemiseks.

Kahtlemata ei saa tänapäevased elektriseadmed ja mitmesugused raadiotehnika leiutised täielikult ilma pooljuhtdioodideta toimida. Ja selleks, et nende elementidega kodumasinate kasutusiga pikendada, peate teadma nende tööpõhimõtet, peamisi rikkeid ja nendega toimetulemist.