Diodo a semiconduttore: principio di funzionamento, applicazioni e vantaggi

Un diodo a semiconduttore è un dispositivo speciale con una giunzione pn, nonché un terminale anodo e catodo, destinato a tutti i tipi di cambiamenti nel segnale elettrico. Nella maggior parte dei casi, la cella è realizzata in silicio, sebbene a volte vengano utilizzati altri materiali semiconduttori. Tra i componenti principali del dispositivo c'è una parte cristallina con una giunzione pn.

Informazione Generale

Va notato che i moderni diodi a semiconduttore sono creati sulla base di germanio o selenio, come lo erano più di cento anni fa. Questi materiali hanno una struttura specifica che consente di utilizzare gli elementi per modernizzare circuiti ed elettrodomestici, nonché per convertire diverse correnti.

Esistono diversi tipi di tali invenzioni nel mondo, che differiscono per il materiale di fabbricazione, il principio di funzionamento e l'ambito di applicazione.

I raddrizzatori piani e policristallini sono molto richiesti., che sono analoghi dei ponti. Interagiscono attraverso due contatti.

Per quanto riguarda i vantaggi dei dispositivi, dovrebbero includere:

1. Intercambiabilità completa. Un elemento guasto può essere sostituito con un altro con le stesse proprietà e principio di funzionamento. Non ci sono requisiti speciali per scegliere esattamente lo stesso modello.
2. Alta produttività.
3. Economicità e disponibilità. I diodi a semiconduttore sono venduti in ogni negozio di materiale elettrico. Il costo di tali prodotti è di 50 rubli. Inoltre, possono essere rimossi con le tue mani dagli schemi dei vecchi dispositivi.

Principio di funzionamento

Non è difficile capire il principio di funzionamento di un diodo a semiconduttore. Tutto quello che devi fare è comprendere le leggi di base della fisica e sapere come si verificano alcuni processi elettrici.

Inizialmente, una corrente elettrica agisce sul catodo, che fa brillare l'elemento riscaldante. A loro volta, gli elettroni vengono emessi dall'elettrodo e tra le due parti appare un campo elettrico.

Gli anodi con una carica positiva agiscono sugli elettroni e li attraggono, e il campo generato funge da catalizzatore per tale reazione. Anche in questo momento si forma la corrente di emissione.

Nei due elettrodi inizia a formarsi una carica negativa per lo spazio, che può impedire il flusso di elettroni. Tuttavia, ciò accade solo quando il potenziale dell'anodo diminuisce, a causa del quale la massa di elettroni non è in grado di far fronte elementi negativi, che li fa muovere nell'ordine opposto, cioè gli elettroni ritornano a catodo.

Spesso, gli indicatori della corrente catodica sono mantenuti a zero - questo accade quando esposti a particelle con una carica negativa. Di conseguenza, il campo generato non fa muovere gli elettroni più velocemente, ma provoca una reazione inversa: li rallenta e li costringe a tornare al catodo. Alla fine, il circuito viene aperto mentre il diodo rimane spento.

Dispositivo e design

Dopo aver affrontato il principio di funzionamento di un diodo a semiconduttore, puoi iniziare a studiarne il dispositivo e il design. Queste informazioni saranno necessarie per un ulteriore utilizzo del diodo e una più profonda comprensione delle sue proprietà operative. L'elemento si basa sui seguenti componenti:

1. Guscio esterno. Un piccolo palloncino viene utilizzato come corpo. È completamente sottovuoto e può essere in vetro, metallo o ceramica.
2. All'interno della struttura sono presenti due elettrodi. Il primo è usato come catodo con un filamento che fornisce un'emissione di elettroni stabile. Nella sua forma più semplice, è un filo con uno spessore minimo che può brillare quando viene applicata la corrente. Ma al momento, i modelli di riscaldamento indiretto sono attivamente diffusi. A differenza dei tipi classici, si presentano sotto forma di piccoli cilindri con uno strato specifico in cui vengono emessi gli elettroni.
3. Per quanto riguarda il secondo elettrodo, è l'anodo che riceve gli elettroni dal catodo. L'elemento ha una carica positiva e una forma cilindrica. Il silicio o il germanio vengono utilizzati nella produzione di un cristallo di diodo.

Aree di applicazione e scopo

I campi di applicazione dei diodi a semiconduttore sono molto vasti. Oggi, senza di loro, è difficile immaginare il lavoro della maggior parte dei dispositivi elettrici, e questo non è sorprendente. Gli elementi sono utilizzati per la fabbricazione di ponti a diodi, nonché i seguenti dispositivi:

1. Dispositivi per la protezione dei dispositivi dall'inversione di polarità o dai sovraccarichi.
2. Interruttori.
3. Sistemi di protezione contro le scintille a diodi.

Per quanto riguarda i ponti a diodi, sono un dispositivo di quattro, sei o dodici diodi collegati (il numero esatto di diodi è determinato dal tipo di circuito, che è monofase, semiponte trifase o trifase ponte completo). Il sistema viene utilizzato come raddrizzatore ed è spesso installato nei generatori di auto. Il fatto è che l'uso di un tale ponte ha permesso di ridurre significativamente il dispositivo e renderlo più affidabile.

I rilevatori di diodi sono costituiti da diodi e condensatori, che consentono la modulazione a bassa frequenza da una varietà di segnali, incluso un segnale radio modulato in ampiezza. I dispositivi sono indispensabili per il funzionamento di vari elettrodomestici, ad esempio un ricevitore TV o radio. Inoltre, con l'aiuto di diodi a semiconduttore, è possibile fornire una protezione completa contro l'inversione di polarità quando si avviano ingressi rimovibili e sovraccarichi.

Il compito degli interruttori a diodo è quello di commutare i segnali ad alta frequenza. Per controllare il circuito, vengono utilizzate corrente elettrica costante, separazione di frequenza e segnalazione ai condensatori. Inoltre, sulla base dei diodi, viene creata una potente protezione contro le scintille, che impedisce sovraccarichi e deviazioni dal limite di tensione consentito.

È praticamente impossibile fare a meno dell'uso dei diodi nell'elettronica moderna. Pertanto, è molto utile sapere come sono disposti tali dispositivi comuni, come funzionano e per cosa sono destinati.

Metodi di inclusione

La giunzione r-n è influenzata da tensioni esterne, nonché da grandezza e polarità, che influenzano gli indicatori finali della corrente elettrica. Quando si utilizza la connessione diretta, il conduttore caricato positivamente è collegato all'area di tipo p e il polo negativo all'area di tipo n. In questo caso, gli eventi si svilupperanno come segue:

1. A causa della fornitura di tensione esterna nella giunzione di tipo r-n, si formerà un campo elettrico, che sarà diretto nella direzione opposta rispetto al campo di diffusione all'interno.
2. Successivamente, le letture della tensione di campo diminuiranno notevolmente, il che restringerà lo strato barriera.
3. Inoltre, la maggior parte degli elettroni sarà in grado di spostarsi da una regione all'altra, per poi tornare indietro.
4. I parametri della corrente di deriva rimarranno invariati, poiché sono influenzati solo dal numero di portanti cariche nella regione r-n.

Con un aumento della tensione inversa, la corrente raggiungerà le velocità più elevate e passerà alla fase successiva: la saturazione. All'aumentare della temperatura, i parametri della corrente di saturazione aumentano.

Malfunzionamenti comuni

A volte i dispositivi a semiconduttore smettono di funzionare, a causa del deprezzamento naturale o della fine della vita utile stabilita. Esistono altri tipi di malfunzionamenti, che dovrebbero includere:

1. Rottura della transizione. Con questo fenomeno, il semiconduttore diventa un conduttore ordinario che non ha proprietà specificate e non trattiene la corrente elettrica in una direzione specificata. Puoi risolvere il problema con un multimetro standard che emette un segnale acustico e determina il livello di resistenza.
2. Interruzione della transizione. È un processo inverso, a seguito del quale il dispositivo si trasforma in un isolante. In questo caso, la corrente elettrica viene fatta passare in una sola direzione. Per determinare la posizione dell'interruzione, è necessario utilizzare un tester con sonde funzionanti. Se questi elementi sono di qualità insufficiente, non sarà possibile effettuare una diagnosi accurata e corretta.
3. Violazione della tenuta. Qualsiasi perdita rappresenta una seria minaccia per il normale funzionamento dei dispositivi a semiconduttore.

Tipi di guasto

Esistono diversi tipi di guasti che si verificano all'aumentare della corrente inversa. Questi includono:

1. Guasti termici.
2. Guasti elettrici.

Il primo pericolo si presenta con funzionamento sbilanciato del dissipatore o con surriscaldamento della giunzione r-n per effetto di valori di corrente troppo elevati. Il problema della fuga termica può portare a una serie di spiacevoli conseguenze, tra cui:

1. Crescita delle vibrazioni degli atomi dalla composizione del cristallo.
2. Interazione degli elettroni con una regione conduttiva.
3. Il rapido aumento degli indicatori di temperatura.
4. Processi di deformazione nella struttura dei cristalli.
5. Danno completo al componente radio.

Per quanto riguarda il guasto elettrico, non può essere definito un processo irreversibile, perché con un tale fastidio, il cristallo rimane operativo. Pertanto, le misure tempestive adottate salveranno il diodo dalla distruzione e ne prolungheranno la durata.

A seconda del tipo, i guasti elettrici sono tunnel e valanghe. Nel primo caso, il problema si sviluppa a causa del passaggio di una tensione eccessivamente alta attraverso giunzioni strette, a seguito della quale gli elettroni scivolano liberamente attraverso la rottura. Tali difetti si formano quando nelle molecole compaiono un gran numero di impurità. Il fenomeno provoca un aumento della corrente inversa e una diminuzione della tensione.

Per quanto riguarda le rotture delle valanghe, si verificano a causa dell'influenza di forti campi, che accelerano il vettore per raggiungere il massimo delle prestazioni, quindi eliminano la massa degli elettroni di valenza dagli atomi. Per questo motivo, gli elettroni entrano nella regione conduttiva, perdendo le loro proprietà. Il comportamento specifico, che ricorda la natura della discesa in valanga, è stato chiamato rottura della valanga.

Senza dubbio, i moderni apparecchi elettrici e varie invenzioni di ingegneria radio non possono funzionare completamente senza diodi a semiconduttore. E per prolungare la durata degli elettrodomestici con questi elementi, è necessario conoscere il principio del loro funzionamento, i principali malfunzionamenti e come affrontarli.