דיודה מוליכים למחצה: עקרון הפעולה, יישומים ויתרונות

דיודה מוליכים למחצה היא מכשיר מיוחד עם צומת pn אחד, כמו גם מסוף אנודה וקתודה, המיועד לכל מיני שינויים באות החשמלי. ברוב המקרים, התא עשוי מסיליקון, אם כי לעתים משתמשים בחומרים מוליכים למחצה אחרים. בין המרכיבים העיקריים של המכשיר הוא חלק גבישי עם צומת pn.

מידע כללי

יש לציין כי דיודות מוליכים למחצה מודרניות נוצרות על בסיס גרמניום או סלניום, כפי שהיו לפני יותר ממאה שנים. לחומרים אלה יש מבנה ספציפי המאפשר להשתמש באלמנטים לחידוש מעגלים ומכשירים חשמליים, כמו גם להמרת זרמים שונים.

ישנם סוגים שונים של המצאות כאלה בעולם, הנבדלות בחומר הייצור, עקרון הפעולה והיקף היישום. מיישרים מישוריים ופולי-גבישיים מבוקשים מאוד., שהם אנלוגים של גשרים. הם מקיימים אינטראקציה באמצעות שני אנשי קשר.

באשר ליתרונות של מכשירים, הם צריכים לכלול:

1. יכולת החלפה מלאה. ניתן להחליף אלמנט כושל בכל אחד אחר בעל אותם מאפיינים ועקרון פעולה. אין דרישות מיוחדות לבחירת אותו דגם בדיוק.
2. תפוקה גבוהה.
3. זולות וזמינות. דיודות מוליכים למחצה נמכרות בכל חנות חשמל. העלות של מוצרים כאלה היא מ 50 רובל. בנוסף, ניתן להסיר אותם במו ידיך מהסכמות של מכשירים ישנים.

עקרון הפעולה

לא קשה להבין את עקרון הפעולה של דיודה מוליכים למחצה. כל שעליכם לעשות הוא להבין את חוקי הפיסיקה הבסיסיים ולדעת כיצד מתרחשים תהליכים חשמליים מסוימים.

בתחילה, פועל על הקתודה זרם חשמלי, הגורם לגוף החימום להאיר. בתורו, אלקטרונים נפלטים מהאלקטרודה, ושדה חשמלי מופיע בין שני החלקים.

אנודות עם מטען חיובי פועלות על אלקטרונים ומושכות אותם, והשדה הנוצר משמש כזרז לתגובה כזו. גם ברגע זה נוצר זרם הפליטה.

מטען שלילי בחלל מתחיל להיווצר בשתי האלקטרודות, מה שעלול לעכב את זרימת האלקטרונים. עם זאת, זה קורה רק כאשר הפוטנציאל של האנודה יורד, וכתוצאה מכך מסת האלקטרונים לא מסוגלת להתמודד עם יסודות שליליים, מה שגורם להם לנוע בסדר הפוך, כלומר האלקטרונים חוזרים אליו קָטוֹדָה.

לעתים קרובות, האינדיקטורים של הזרם הקתודי נשמרים באפס - זה קורה כאשר הם נחשפים לחלקיקים עם מטען מינוס. כתוצאה מכך, השדה שנוצר לא גורם לאלקטרונים לנוע מהר יותר, אלא גורם לתגובה הפוכה - הוא מאט אותם וגורם להם לחזור לקתודה. בסופו של דבר, המעגל נפתח כשהדיודה נשארת כבויה.

מכשיר ועיצוב

לאחר התמודדות עם עקרון הפעולה של דיודה מוליכים למחצה, אתה יכול להתחיל ללמוד את המכשיר והעיצוב שלה. מידע זה יהיה נחוץ לשימוש נוסף בדיודה ולהבנה מעמיקה יותר של תכונות הפעולה שלה. האלמנט מבוסס על הרכיבים הבאים:

1. מעטפת חיצונית. בלון קטן משמש כגוף. הוא שואב לחלוטין ויכול להיות זכוכית, מתכת או קרמיקה.
2. יש שתי אלקטרודות בתוך המבנה. הראשון משמש כקתודה עם נימה המספקת פליטת אלקטרונים יציבה. בצורתו הפשוטה ביותר, זהו חוט בעל עובי מינימלי שיכול להאיר עם הפעלת הזרם. אבל נכון לעכשיו, מודלים של חימום עקיף מופצים באופן פעיל. שלא כמו טיפוסים קלאסיים, הם מוצגים בצורה של גלילים קטנים עם שכבה ספציפית שבה נפלטים אלקטרונים.
3. לגבי האלקטרודה השנייה, האנודה היא זו שמקבלת אלקטרונים מהקתודה. לאלמנט יש מטען חיובי וצורה גלילית. סיליקון או גרמניום משמשים לייצור גביש דיודה.

תחומי יישום ומטרה

תחומי היישום של דיודות מוליכים למחצה נרחבים מאוד. כיום, בלעדיהם, קשה לדמיין את עבודתם של רוב המכשירים החשמליים, וזה לא מפתיע. האלמנטים משמשים לייצור גשרי דיודה, כמו גם המכשירים הבאים:

1. התקנים להגנה על מכשירים מפני היפוך קוטביות או עומס יתר.
2. מתגים.
3. מערכות הגנת ניצוץ דיודה.

לגבי גשרי דיודה, הם מכשיר של ארבע, שש או שתים עשרה דיודות מחוברות (המספר המדויק של דיודות נקבע לפי סוג המעגל, שהוא 1-פאזי, 3-פאזי חצי-גשר או 3-פאזי גשר מלא). המערכת משמשת כמיישר ומותקנת לרוב בגנרטורים לרכב. העובדה היא שהשימוש בגשר כזה איפשר להפחית משמעותית את המכשיר ולהפוך אותו לאמין יותר.

גלאי דיודה מורכבים מדיודות וקבלים, המאפשרים אפנון בתדר נמוך ממגוון אותות, כולל אות רדיו מאופנן משרעת. התקנים הכרחיים לתפקודם של מכשירי חשמל ביתיים שונים, למשל, מקלט טלוויזיה או רדיו. כמו כן, בעזרת דיודות מוליכים למחצה, ניתן לספק הגנה מלאה מפני היפוך קוטביות בעת הפעלת כניסות נשלפות ועומס יתר.

המשימה של מתגי דיודה היא להחליף אותות בתדר גבוה. כדי לשלוט במעגל, נעשה שימוש בזרם חשמלי קבוע, הפרדת תדרים ואיתות לקבלים. כמו כן, על בסיס דיודות נוצרת הגנת ניצוץ עוצמתית המונעת עומסי יתר וסטיות ממגבלת המתח המותרת.

כמעט בלתי אפשרי לעשות בלי שימוש בדיודות באלקטרוניקה מודרנית. לכן, כדאי מאוד לדעת כיצד מסודרים מכשירים נפוצים כאלה, כיצד הם פועלים ולמה הם מיועדים.

שיטות הכללה

צומת r-n מושפע ממתחים חיצוניים, כמו גם מגודל וקוטביות, המשפיעים על האינדיקטורים הסופיים של הזרם החשמלי. בעת שימוש בחיבור ישיר, המוליך הטעון חיובי מחובר לאזור מסוג p, והקוטב השלילי לאזור מסוג n. במקרה זה, האירועים יתפתחו באופן הבא:

1. עקב אספקת המתח החיצוני בצומת מסוג r-n, ייווצר שדה חשמלי, אשר יופנה לכיוון ההפוך משדה הדיפוזיה פנימה.
2. לאחר מכן, קריאות מתח השדה יירדו בצורה ניכרת, מה שיצמצם את שכבת המחסום.
3. יתרה מכך, רוב האלקטרונים יוכלו לעבור מאזור אחד לאחר, ואז לחזור בחזרה.
4. פרמטרי הזרם הסחף יישארו ללא שינוי, מכיוון שהם מושפעים רק ממספר הנשאים הטעונים באזור r-n.

עם עלייה במתח ההפוך, הזרם יגיע לקצבים הגבוהים ביותר ויעבור לשלב הבא - רוויה. ככל שהטמפרטורה עולה, פרמטרי זרם הרוויה עולים.

תקלות נפוצות

לפעמים התקני מוליכים למחצה מפסיקים לתפקד, אשר נובע מפחת טבעי או סוף חיי השירות שנקבעו. ישנם סוגים נוספים של תקלות, שצריכות לכלול:

1. פירוט המעבר. עם תופעה זו, המוליך למחצה הופך למוליך רגיל שאין לו תכונות מוגדרות ואינו מחזיק את הזרם החשמלי בכיוון מוגדר. ניתן לפתור את הבעיה בעזרת מולטימטר סטנדרטי שמצפצף וקובע את רמת ההתנגדות.
2. הפסקת המעבר. זהו תהליך הפוך, וכתוצאה מכך המכשיר הופך למבודד. במקרה זה, הזרם החשמלי מועבר בכיוון אחד בלבד. כדי לקבוע את מיקום ההפסקה, יש צורך להשתמש בבודק עם בדיקות עבודה. אם אלמנטים אלו אינם באיכות מספקת, אזי לא ניתן יהיה לבצע אבחון מדויק ונכון.
3. הפרת אטימות. כל דליפה היא איום רציני על הפעולה הרגילה של התקני מוליכים למחצה.

סוגי התמוטטות

ישנם מספר סוגים של תקלות המתרחשות כאשר הזרם ההפוך גדל. אלו כוללים:

1. תקלות תרמיות.
2. תקלות חשמל.

הסכנה הראשונה מתרחשת עם פעולה לא מאוזנת של גוף הקירור או עם התחממות יתר של צומת r-n עקב ההשפעה של ערכי זרם גבוהים מדי. בעיית הבריחה התרמית עלולה להוביל לשורה של השלכות לא נעימות, כולל:

1. צמיחה של תנודות של אטומים מהרכב הגביש.
2. אינטראקציה של אלקטרונים עם אזור מוליך.
3. העלייה המהירה במחווני הטמפרטורה.
4. תהליכי דפורמציה במבנה הגבישים.
5. נזק מוחלט לרכיב הרדיו.

לגבי התמוטטות החשמל, אי אפשר לקרוא לזה תהליך בלתי הפיך, כי עם מטרד כזה, הגביש נשאר פעיל. לכן, אמצעים שננקטו בזמן יצילו את הדיודה מהרס, כמו גם יאריכו את חיי השירות שלה.

בהתאם לסוג, תקלות חשמל הן מנהרה ומפולת שלגים. במקרה הראשון, הצרות מתפתחות עקב מעבר של מתח גבוה מדי דרך צמתים צרים, וכתוצאה מכך אלקטרונים חומקים בחופשיות דרך ההתמוטטות. פגמים כאלה נוצרים כאשר מופיעים מספר רב של זיהומים במולקולות. התופעה גורמת לעלייה בזרם הפוך ולירידה במתח.

באשר להתמוטטויות מפולת, הן מתרחשות עקב השפעתם של שדות חזקים, המאיצים את הנשא לביצועי שיא, ולאחר מכן דופקים את מסת האלקטרונים הערכיים מהאטומים. בגלל זה, אלקטרונים נופלים לאזור המוליך, ומאבדים את תכונותיהם. ההתנהגות הספציפית, המזכירה את אופי ירידת המפולת, נקראה התמוטטות מפולת.

ללא ספק, מכשירי חשמל מודרניים והמצאות הנדסיות רדיו שונות לא יכולים לתפקד באופן מלא ללא דיודות מוליכים למחצה. וכדי להאריך את חיי השירות של מכשירי חשמל ביתיים עם אלמנטים אלה, אתה צריך לדעת על עקרון הפעולה שלהם, התקלות העיקריות וכיצד להתמודד איתם.