Dioda półprzewodnikowa: zasada działania, zastosowania i zalety

Dioda półprzewodnikowa to specjalne urządzenie z jednym złączem pn oraz zaciskiem anodowo-katodowym, które jest przeznaczone do wszelkiego rodzaju zmian sygnału elektrycznego. W większości przypadków ogniwo jest wykonane z krzemu, chociaż czasami stosuje się inne materiały półprzewodnikowe. Wśród głównych elementów urządzenia znajduje się część krystaliczna ze złączem pn.

informacje ogólne

Należy zauważyć, że nowoczesne diody półprzewodnikowe powstają na bazie germanu lub selenu, podobnie jak ponad sto lat temu. Materiały te mają specyficzną strukturę, która pozwala na wykorzystanie elementów do modernizacji obwodów i urządzeń elektrycznych, a także do przetwarzania różnych prądów.

Na świecie istnieją różne rodzaje takich wynalazków, które różnią się materiałem produkcyjnym, zasadą działania i zakresem zastosowania. Prostowniki płaskie i polikrystaliczne są bardzo poszukiwane., które są odpowiednikami mostów. Współdziałają poprzez dwa kontakty.

Jeśli chodzi o zalety urządzeń, to powinny one obejmować:

1. Całkowita wymienność. Uszkodzony element można zastąpić dowolnym innym o tych samych właściwościach i zasadzie działania. Nie ma specjalnych wymagań dotyczących wyboru dokładnie tego samego modelu.
2. Wysoka przepustowość.
3. Taniość i dostępność. Diody półprzewodnikowe są sprzedawane w każdym sklepie elektrycznym. Koszt takich produktów wynosi od 50 rubli. Ponadto można je usunąć własnymi rękami ze schematów starych urządzeń.

Zasada działania

Nietrudno zrozumieć zasadę działania diody półprzewodnikowej. Wszystko, co musisz zrobić, to zrozumieć podstawowe prawa fizyki i wiedzieć, jak zachodzą niektóre procesy elektryczne.

Początkowo na katodę działa prąd elektryczny, który powoduje świecenie elementu grzejnego. Z kolei z elektrody emitowane są elektrony, a pomiędzy obiema częściami pojawia się pole elektryczne.

Anody z ładunkiem dodatnim działają na elektrony i przyciągają je, a wytworzone pole działa jak katalizator takiej reakcji. Również w tym momencie powstaje prąd emisyjny.

W dwóch elektrodach zaczyna tworzyć się ładunek ujemny w przestrzeni, co może utrudniać przepływ elektronów. Dzieje się tak jednak tylko wtedy, gdy spada potencjał anody, w wyniku czego masa elektronów nie jest w stanie poradzić sobie z elementy ujemne, co powoduje, że poruszają się w odwrotnej kolejności, to znaczy elektrony wracają do katoda.

Często wskaźniki prądu katodowego są utrzymywane na poziomie zerowym - dzieje się tak po wystawieniu na działanie cząstek o ładunku ujemnym. W efekcie wytworzone pole nie powoduje przyspieszenia elektronów, lecz powoduje reakcję odwrotną – spowalnia je i wymusza z powrotem do katody. Ostatecznie obwód jest otwarty, ponieważ dioda pozostaje wyłączona.

Urządzenie i projekt

Zajmując się zasadą działania diody półprzewodnikowej, możesz zacząć studiować jej urządzenie i konstrukcję. Informacje te będą potrzebne do dalszego wykorzystania diody i głębszego zrozumienia jej właściwości operacyjnych. Element opiera się na następujących komponentach:

1. Powłoka zewnętrzna. Jako ciało używany jest mały balon. Jest całkowicie próżniowy i może być szklany, metalowy lub ceramiczny.
2. Wewnątrz konstrukcji znajdują się dwie elektrody. Pierwsza służy jako katoda z żarnikiem, który zapewnia stabilną emisję elektronów. W najprostszej postaci jest to nić o minimalnej grubości, która może świecić podczas przyłożenia prądu. Ale w chwili obecnej aktywnie rozpowszechniane są modele ogrzewania pośredniego. W przeciwieństwie do typów klasycznych, prezentowane są w postaci małych cylindrów z określoną warstwą, w której emitowane są elektrony.
3. Jeśli chodzi o drugą elektrodę, to anoda odbiera elektrony z katody. Element ma ładunek dodatni i cylindryczny kształt. Do produkcji kryształu diodowego stosuje się krzem lub german.

Obszary zastosowania i przeznaczenie

Pola zastosowań diod półprzewodnikowych są bardzo rozległe. Dziś bez nich trudno wyobrazić sobie pracę większości urządzeń elektrycznych i nie jest to zaskakujące. Elementy wykorzystywane są do produkcji mostków diodowych, a także następujących urządzeń:

1. Urządzenia zabezpieczające urządzenia przed odwróceniem polaryzacji lub przeciążeniami.
2. Przełączniki.
3. Diodowe systemy ochrony przed iskrami.

Jeśli chodzi o mostki diodowe, są to urządzenia składające się z czterech, sześciu lub dwunastu połączonych diod (dokładna liczba diod zależy od rodzaju obwodu, który jest 1-fazowy, 3-fazowy półmostkowy lub 3-fazowy pełny most). System jest używany jako prostownik i jest często instalowany w generatorach samochodowych. Faktem jest, że zastosowanie takiego mostka pozwoliło znacznie zmniejszyć urządzenie i uczynić je bardziej niezawodnym.

Detektory diodowe składają się z diod i kondensatorów, co umożliwia modulację niskiej częstotliwości z różnych sygnałów, w tym sygnału radiowego z modulacją amplitudy. Urządzenia są niezbędne do funkcjonowania różnych sprzętów gospodarstwa domowego, takich jak telewizor czy radio. Ponadto za pomocą diod półprzewodnikowych można zapewnić pełną ochronę przed odwróceniem polaryzacji podczas uruchamiania wymiennych wejść i przeciążeń.

Zadaniem przełączników diodowych jest przełączanie sygnałów wysokiej częstotliwości. Do sterowania obwodem stosuje się stały prąd elektryczny, separację częstotliwości i sygnalizację do kondensatorów. Ponadto na podstawie diod powstaje silna ochrona iskrowa, która zapobiega przeciążeniom i odchyleniom od dopuszczalnej granicy napięcia.

Praktycznie nie da się obejść bez użycia diod we współczesnej elektronice. Dlatego bardzo przydatna jest wiedza o tym, jak rozmieszczone są takie wspólne urządzenia, jak działają i do czego są przeznaczone.

Metody włączenia

Na złącze r-n wpływają napięcia zewnętrzne, a także wielkość i polaryzacja, które wpływają na końcowe wskaźniki prądu elektrycznego. Podczas korzystania z połączenia bezpośredniego, dodatnio naładowany przewodnik jest podłączony do obszaru typu p, a biegun ujemny do obszaru typu n. W takim przypadku wydarzenia rozwiną się w następujący sposób:

1. Dzięki doprowadzeniu napięcia zewnętrznego w złączu typu r-n powstanie pole elektryczne, które będzie skierowane w kierunku przeciwnym do pola dyfuzyjnego wewnątrz.
2. Następnie odczyty napięcia pola wyraźnie spadną, co spowoduje zawężenie warstwy barierowej.
3. Co więcej, większość elektronów będzie mogła przemieszczać się z jednego regionu do drugiego, a następnie wracać.
4. Parametry prądu dryfującego pozostaną niezmienione, ponieważ wpływa na nie tylko liczba naładowanych nośników w obszarze r-n.

Wraz ze wzrostem napięcia wstecznego prąd osiągnie najwyższe wartości i przejdzie do następnego etapu - nasycenia. Wraz ze wzrostem temperatury wzrastają parametry prądu nasycenia.

Częste awarie

Czasami urządzenia półprzewodnikowe przestają działać, co jest spowodowane naturalną amortyzacją lub końcem ustalonego okresu użytkowania. Istnieją inne rodzaje usterek, które powinny obejmować:

1. Podział przejścia. Dzięki temu zjawisku półprzewodnik staje się zwykłym przewodnikiem, który nie ma określonych właściwości i nie utrzymuje prądu elektrycznego w określonym kierunku. Możesz rozwiązać problem za pomocą standardowego multimetru, który emituje sygnał dźwiękowy i określa poziom oporu.
2. Przerwa przejścia. Jest to proces odwrotny, w wyniku którego urządzenie zamienia się w izolator. W tym przypadku prąd elektryczny płynie tylko w jednym kierunku. Aby określić miejsce przerwy, konieczne jest użycie testera z pracującymi sondami. Jeśli te elementy będą niewystarczającej jakości, nie będzie możliwe przeprowadzenie dokładnej i prawidłowej diagnozy.
3. Naruszenie szczelności. Każdy wyciek jest poważnym zagrożeniem dla normalnej pracy urządzeń półprzewodnikowych.

Rodzaje awarii

Istnieje kilka rodzajów awarii, które pojawiają się wraz ze wzrostem prądu wstecznego. Obejmują one:

1. Awarie termiczne.
2. Awarie elektryczne.

Pierwsze niebezpieczeństwo występuje przy niezrównoważonej pracy radiatora lub przegrzaniu złącza r-n pod wpływem zbyt wysokich wartości prądu. Problem ucieczki termicznej może prowadzić do wielu nieprzyjemnych konsekwencji, w tym:

1. Wzrost drgań atomów ze składu kryształu.
2. Oddziaływanie elektronów z obszarem przewodzącym.
3. Szybki wzrost wskaźników temperatury.
4. Procesy deformacyjne w strukturze kryształów.
5. Całkowite uszkodzenie elementu radiowego.

Jeśli chodzi o awarię elektryczną, nie można tego nazwać procesem nieodwracalnym, ponieważ przy takiej uciążliwości kryształ pozostaje sprawny. Dlatego podjęte na czas środki uratują diodę przed zniszczeniem, a także przedłużą jej żywotność.

W zależności od typu, awarie elektryczne to tunelowe i lawinowe. W pierwszym przypadku kłopot rozwija się na skutek przejścia zbyt wysokiego napięcia przez wąskie złącza, w wyniku czego elektrony swobodnie prześlizgują się przez przebicie. Takie defekty powstają, gdy w cząsteczkach pojawia się duża liczba zanieczyszczeń. Zjawisko to powoduje wzrost prądu wstecznego i spadek napięcia.

Jeśli chodzi o przebicia lawinowe, następują one pod wpływem silnych pól, które przyspieszają nośnik do szczytowej wydajności, a następnie wybijają masę elektronów walencyjnych z atomów. Z tego powodu elektrony wchodzą w obszar przewodzący, tracąc swoje właściwości. Specyficzne zachowanie, przypominające naturę zejścia lawinowego, nazwano załamaniem lawinowym.

Bez wątpienia nowoczesne urządzenia elektryczne i różne wynalazki radiotechniczne nie mogą w pełni funkcjonować bez diod półprzewodnikowych. Aby przedłużyć żywotność urządzeń gospodarstwa domowego za pomocą tych elementów, musisz wiedzieć o zasadzie ich działania, głównych usterkach i sposobach radzenia sobie z nimi.