Полупроводниковый диод – устройство и принцип действия

«06» декабря 2021 г.

Принцип действия диода заключается в способности пропускать ток в определенном направлении.

Устройство диода подразумевает наличия в нем двух зон:

• анода «+»;
• катода «-«.

По физическим принципам, положенным в основу работы диодов их можно разделить на:

• полупроводниковые;
• вакуумные.

Для первого типа рабочей средой является полупроводниковый материал с различными добавками, например, кремний или германий.

В вакуумных ток возникает за счет эмиссии электронов с катода, все процессы происходят, извините за тавтологию, в вакууме. В настоящее время практически везде применяются полупроводниковые диоды.

Устройство и принцип работы будет рассмотрен на примере выпрямительного диода (есть и другие типы, но этот встречается чаще).

Обозначение полупроводникового диода (рис.1а).

Анод на схеме условно обозначается треугольником, катод – поперечной чертой, проходящей через вершину и параллельной основанию.

Само обозначение способно подсказать порядок подключения: треугольник вершиной смотрит в направлении прямого тока. Направление тока принято считать от «плюса» к «минусу».

ВИДЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИОДА

Прямое.

Прямым включением считается подключение «+» к аноду (рис. 1б). При этом основными являются такие характеристики как прямые ток Iпр и напряжение Uпр.

Кстати, Uпр – это падение напряжения на диоде, оно достаточно стабильно и для большинства кремниевых исполнений составляет 0,7-1,2 В. Подробнее про это поговорим при рассмотрении вольт амперной характеристики (ВАХ).

Ток же определяется сопротивлением нагрузки и характеризуется номинальным и максимально допустимым значениями.

Первый – это рабочий, при превышении второго диод выходит из строя. Это называется «пробой». При пробое полупроводниковый прибор утрачивает свойство односторонней проводимости и ток через него может течь в любом направлении.

Различают два вида пробоя:

• электрический;
• тепловой.

Электрический пробой обратим и при снижении тока до нормальных значений работоспособность восстанавливается.

При тепловом устройство идет «на выброс». Электрический пробой по истечении определенного времени может перейти в тепловой. Кстати, выход диода из строя в результате теплового пробоя происходит за счет перегрева кристалла и изменения его свойств.

Обратное.

При обратном включении на анод подается «минус», а на катод «плюс» (рис.1в).

Ток и напряжение, характеризующие этот режим работы называют обратными. В этом случае ток Iобр достаточно мал (доли миллиампер), а напряжение может изменяться в широких пределах, поскольку прикладывается оно с внешней стороны и все зависит от нас, сколько мы туда «закачаем».

Но при достижении максимального значения обратного напряжения, определяемого характеристиками диода опять же происходит пробой.

ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА

Вольт амперная характеристика показывает зависимость ток от напряжения на выводах полупроводникового диода.

Она индивидуальная и зависит не только от назначения (технологии) прибора (выпрямительные, туннельные, Шоттки и т.д.), но и от его типа в пределах функционального назначения. Например, разные типы выпрямительных диодов будут иметь, пусть отличающиеся ВАХ.

Поэтому представленная на рис.2 характеристика предназначена исключительно для иллюстрации принципа действия диода.

Правый верхний квадрант иллюстрирует работу в прямом подключении, левый нижний – в обратном.

Обратите внимание на несколько характерных точек.

Напряжение открытия Uотк.

Это уже упоминавшиеся 07-1,2 Вольта. Пока напряжение не достигнет этой величины ток, даже в прямом включении будет мал.

После открывания значительный рост тока заметного влияния на увеличения напряжения на диоде не оказывает.

Ток пробоя Iпр.

В этой точке происходит электрический пробой и диод перестает работать в штатном режиме.

В принципе про это написано выше, так что я просто конспективно остановлюсь на этих характеристиках применительно к графику.

Напряжение пробоя Uпроб.

Обратное напряжение, вызывающее выход полупроводникового диода из строя. Обратите внимание, до достижения этого значения обратный ток увеличивается незначительно, а потом нарастает лавинообразно.

Итак, здесь рассмотрены только основные характеристики, определяющие принцип работы.

Существует еще множество других: температурные, частотные и пр., но это уже относится к области углубленного изучения вопросов применения полупроводниковых диодов для различных схемотехнических решений.

Для построения и реализации простых задач приведенной информации начинающему будет достаточно. В качестве примера давайте покажу реальную схему.

ПРОСТАЯ СХЕМА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ

Представьте, что имеется какое то устройство с питанием от батареек, например, радиоприемник. Для их экономии при наличии поблизости электрической сети хотелось бы подключать внешний блок питания.

Задача:

при отсутствии штатной возможности реализовать автоматический переход на внешний блок при его подключении и наоборот – переключение на питание от батарей при отключении адаптера.

Схема проста до смешного (рис.3).

Первоначально имеем приемник (ПР) и элемент питания (GB) – рис. 3а.

В разрыв цепи питания (А-Б) ставим диод (любой выпрямительный на напряжение не меньше 20 В и ток, например, 100 мА).

В точке Б подключаем разъем для подачи «+» с блока питания (БП), минус подключаем на общий провод «0». Напряжение блока питания и батарей должны быть одинаковы. Получаем схему рис. 3б.

Как это работает.

При отсутствии внешнего напряжения диод находится в открытом состоянии и ток от встроенных элементов поступает на приемник. Обратите внимание, на диоде мы при этом потеряем 0,7-1,2 Вольта – кто внимательно читал статью вопросов иметь не должен.

Как правило, такая потеря на работоспособности приемника не сказывается.

При подключении внешнего блока напряжение в точке Б становится равным 9 В, так же как и в точке А. Диод закрывается, так как не обеспечивается необходимое напряжение открывания (см. ВАХ). Батареи отключаются, питание поступает с адаптера.

Отключите его – диод откроется и подключит батарею, принцип прост.

Кстати, таким образом можно реализовать автоматический переход на резервное питание любого слаботочного устройства. При пропадании сетевого напряжения блок отключится и питание пойдет от резервного источника GB.

Недостаток только один – данная схема не обеспечивает автоматическую подзарядку, если в качестве резерва используется аккумулятор.

  *  *  *

© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Диоды. Принцип работы диода — презентация онлайн

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

1. Тема 5 Диоды

Цель лекции: принцип работы;
параметры; вольт амперная
характеристика;
схемы на диодах; виды диодов.

2. Определение

• Диод – это пассивный, нелинейный,
полупроводниковый элемент с двумя выводами
анодом и катодом, имеющий вольт амперную
характеристику, представленную на рисунке.
D
1. Диод не подчиняется закону Ома.
2. Схему содержащую диоды нельзя
заменить эквивалентной.

3. Принцип работы диода

• Диод пропускает через себя ток в одном
направлении. Этот эффект часто
называют выпрямлением.

4. Вольт амперная характеристика диода

3 зона
2 зона
1 зона

5. Вольт амперная характеристика диода

6. Характеристики диода

• Uобр.макс.- максимально-допустимое постоянное обратное
напряжение диода;
• Uобр. и.макс.- максимально-допустимое импульсное обратное
напряжение диода;
• Iпр.макс.- максимальный средний прямой ток за период;
• Iпр.и.макс.- максимальный импульсный прямой ток за период;
• Iпрг.- ток перегрузки выпрямительного диода;
• fмакс.- максимально-допустимая частота переключения
диода;
• fраб.- рабочая частота переключения диода;
• Uпр. при Iпр.- постоянное прямое напряжения диода при токе
Iпр;
• Iобр.- постоянный обратный ток диода;
• Тк.макс.- максимально-допустимая температура корпуса
диода.
• Тп.макс.- максимально-допустимая температура перехода
диода.

7. Виды корпусов

• Навесные.
• SMD – поверхностного монтажа.

8. Виды маркировок

• Американская — JEDEK — Joint
Electron Device Engineering Council
• Европейская — PRO ELECTRON
• Японская — JIS — Japanese Industrial
Standard JIS-C-7012

9. Корпуса и маркировка

10. Расшифровка маркировки

• Элемент 1. Первая буква — код материала.
• А — германий В — кремний С — арсенид галлия R — сульфид
кадмия
• Элемент 2. Вторая буква — назначение
• А — маломощный диод В — варикап С — маломощный
низкочастотный транзистор D — мощный низкочастотный
транзистор Е — туннельный диод F — маломощный
высокочастотный транзистор G — несколько приборов в одном
корпусе Н — магнитодиод L — мощный высокочастотный
транзистор М — датчик Холла Р — фотодиод, фототранзистор
Q — светодиод R — маломощный регулирующий или
переключающий прибор S — маломощный переключательный
транзистор Т — мощный регулирующий или переключающий
прибор U — мощный переключательный транзистор Х —
умножительный диод Y — мощный выпрямительный диод Z —
стабилитрон

11. Расшифровка маркировки

• Элемент 3. Цифры или буква и цифры: 100…999 — приборы
широкого применения, Z10…A99 — приборы для
промышленной и специальной аппаратуры
• Элемент 4 и 5. Буквы или буква и цифры:
• для стабилитронов — допустимое изменение номинального
напряжения стабилизации (буква) и напряжение стабилизации в
вольтах (цифра): А = 1 %; В = 2%; С = 5%; D = 10%; Е = 15%.
• Для выпрямительных диодов, у которых анод соединен с
корпусом (R) — максимальная амплитуда обратного
напряжения в вольтах (цифра).
• Для тиристоров, анод которых соединен с корпусом (R) —
меньшее из значений максимального напряжение включения
или максимальная амплитуда обратного напряжения в вольтах
(цифра).

12. Отечественная маркировка

Специальные типы диодов
Классический диод
Лавинный диод
Диод Шоттки
Стабилитрон
Светодиод
Стабистор
Полупроводниковый лазер
Тунельный диод
Фотодиод
Точечный диод
Солнечный элемент
Варикап
Диод Ганна

14. Выпрямительные диоды

15. Выпрямление

• Выпрямитель преобразует переменный
ток в постоянный.
• Однополупериодный
выпрямитель
Входное напряжение
t
-U
-U
t
Выходное напряжение
ВАЖНО ЗАПОМНИТЬ. Падение напряжения на диоде примерно 0.6 В

16. Двухполупериодный выпрямитель

• Эта схема часто называется диодным
мостом.
Входное напряжение
Выходное напряжение
Выпрямленные сигналы, полученные на предыдущем кадре и текущем
кадре нельзя считать сигналами постоянного тока. Много пульсаций. Их надо
сгладить или отфильтровать для получения линии близкой к прямой.

17. Двухполупериодный выпрямитель

• Альтернативное изображение диодного
моста.

18. Фильтрация в источниках питания

• Для фильтрации выходного сигнала
применяется конденсатор.
Емкость конденсатора подбирается
по условию
С
1
/
f
Rн
Определение напряжения пульсаций
для однополупериодного и
двухполупериодного выпрямителя
U I нагр. / fC
U I нагр. / 2 fC

19. Задача

• Разработайте схему двухполупериодного
выпрямителя, обеспечивающего на выходе
напряжение постоянного тока с амплитудой
10 В. Напряжение пульсаций не должно
превышать 0.1 В. Ток в нагрузке 10 мкА.
Выберете входное напряжение переменного
тока, учитывая что падение напряжения на
диоде составляет 0. 6 В.

20. Схемы выпрямителей для источников вторичного питания

• Двухполупериодная мостовая схема

21. Схемы выпрямителей для источников вторичного питания

• Двухполупериодный однофазный
выпрямитель на основе трансформатора со
средней точкой.
Недостатком схемы является неэффективное использование трансформатора
, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в
одном полупериоде. Ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше,
чем в простой двухполупериодной схеме.

22. Расщепление напряжения питания

• Двух полярное напряжение. Важно
соблюдать полярность конденсатора.
В каждом полупериоде вторичная обмотка трансформатора работает
на свое плечо моста и отдельный фильтр на конденсаторе

23. Выпрямители с умножением напряжения

• Удвоитель напряжения
Работа удвоителя очень похожа на работу обычного двухполупериодного
выпрямителя. Разница в том, что здесь выпрямитель в каждом из полупериодов
нагружен на свой конденсатор и заряжает его до амплитудного значения
переменного напряжения. Удвоенное выходное напряжение получается путём
сложения напряжения на конденсаторах.

24. Умножители напряжения

Известно большое количество схем позволяющих умножать входное
напряжение.

25. Понятие стабилизатора напряжения

• Путем увеличения емкости конденсатора можно уменьшить
пульсации сигнала, но емкости могут быть весьма габаритными.
• Даже если пульсации уменьшены, наблюдаются колебания
выходного напряжения, которые обусловлены колебаниями
входного сигнала или увеличением тока внешней нагрузки.
Поэтому в выходной цепи используется схема с обратной связью – стабилизатор,
который используя режим ШИМ поддерживает номинальный уровень выходного
напряжения

26. Схемы на диодах

• Подключение резервного источника
питания

27. Схемы на диодах

• Выделение фронта импульсов

28. Схемы на диодах

• Последовательные диодные ограничители
Диод пропускает только положительные участки напряжения. Но даже
при положительном входном воздействии ток начинает протекать только
тогда, когда амплитуда входного сигнала будет превышать напряжение
смещения 4. 5 В.
Схемы на диодах
• Параллельные диодные ограничители.
0
0
0
0
0

30. Схемы на диодах

• Параллельные диодные ограничители

31. Схемы на диодах

• Двухсторонние ограничители.
+5В
0
0
1В
+4В

32. Схемы на диодах

• Амплитудный ограничитель

33. Схемы на диодах

• Диодная защита при коммутации
индуктивности.
РЕКОМЕДУЕМОЕ
РЕШЕНИЕ
При размыкании ключа индуктивность стремится сохранить ток между
Точками А и В за счет энергии магнитного поля. При этом разность
потенциалов на контактах переключателя может составить 1000 В. Это
Может привести в появлению электрической искры между контактами. СВАРКА!

34. ЗАДАЧИ

• Поясните как ведет себя схема
СХЕМА 1
?
Какая связь между схемами?
СХЕМА 2
?

35. Специальные типы диодов

• Стабилитрон (диод Зенера). Использует
обратную ветвь характеристики диода с
обратимым пробоем для стабилизации
напряжения.
Параметрический стабилизатор
Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

English     Русский Правила

Определение, работа, типы и применение

Полупроводники имеют удельное сопротивление между проводниками и изоляторами. существует также влияние температуры на проводимость полупроводника, когда к нему добавляется подходящая металлическая примесь. Проводящие свойства полупроводника меняются. Полупроводники бывают двух типов: собственные полупроводники и внешние полупроводники.

Самая внешняя валентная оболочка атома содержит слабо связанный электрон. когда валентные электроны таких двух типов атомов расположены близко друг к другу, то валентные электроны обоих этих атомов объединяются, образуя « Электронные пары ”. Этот тип связи является ковалентной связью, потому что они слабы по своей природе.

Некоторые электроны имеют тенденцию смещаться со своего места и разрывать ковалентные связи из-за тепловой энергии, подводимой к кристаллу. Эти разорванные ковалентные связи создают свободное пространство из-за свободного электрона, который беспорядочно блуждает. это свободное пространство, созданное удалением электронов, называется дыркой .

Что такое диод?

Диод состоит из двух слов, т. е. «Di» означает два, а «Ode» означает электроды, что означает, что устройство или компонент имеет два электрода. (то есть катод и анод). Диод представляет собой электронное устройство с двухполюсным однонаправленным источником питания. Полупроводниковый диод — это первый диод, который появляется в полупроводниковых электронных устройствах, после чего появилось много новых инноваций. но чаще всего используется полупроводниковый диод.

Диод имеет две клеммы, которые имеют низкое сопротивление протеканию тока в одном направлении, низкое сопротивление с одной стороны и высокое сопротивление с другой, что ограничивает протекание тока в одном направлении. Полупроводниковые диоды представляют собой двухвыводные устройства, состоящие из p-n перехода и металлических контактов на двух концах.

Материалы, которые используются для изготовления диода: германий, кремний, арсенид германия и т. д.

P-n переход известен как полупроводниковый диод. поскольку он проводит только в одном направлении, поэтому его используют с целью ректификации. Так как он сделан из кристаллоподобного кремния или германия. Он также известен как кристаллический диод. символ диода:

Конструкция диода

Мы знаем, что существует два типа полупроводниковых материалов: внутренние и внешние полупроводники. В собственных полупроводниках число электронов и концентрация дырок равны при комнатной температуре. Во внешнем полупроводнике к полупроводнику добавляют примеси, чтобы увеличить количество электронов или количество дырок. Эти примеси бывают пятивалентными (мышьяк, сурьма, фосфор) или трехвалентными (бор, индий, алюминий).

Полупроводниковый диод имеет два слоя. один слой — полупроводник p-типа, а другой — полупроводник n-типа.

• Если мы добавим трехвалентные примеси в полупроводник (кремний и германий), то появится большее количество дырок и это положительный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой р-типа.
• Если добавить пятивалентные примеси в полупроводники (кремний или германий), то из-за избытка электронов возникает отрицательный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой n-типа.

Работа диода

В области N-типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда являются дырки. Принимая во внимание, что в области P-типа большинство носителей заряда являются дырками, а носителями отрицательного заряда являются электроны. Из-за разницы концентраций диффузия происходит в основных носителях заряда, и они рекомбинируют с противоположным зарядом. Он образует положительный или отрицательный ион. они собираются возле перекрестка. и этот регион известен как область истощения .

• Когда анод или диод p-типа подключен к отрицательной клемме, а n-тип или катод подключен к положительной клемме батареи, этот тип диода подключается в обратном смещении.
• когда анод или клемма p-типа подключены к положительной клемме, а n-тип или катод подключены к отрицательной клемме батареи, диод этого типа подключается к прямому смещению.

Прямое смещение

Прямое смещение

При смещении полупроводник подключен к внешнему источнику. когда полупроводник p-типа подключен к положительной клемме источника или батареи, а отрицательная клемма к n-типу, то этот тип соединения называется прямым смещением. При прямом смещении направление встроенного электрического поля вблизи перехода и приложенного электрического поля противоположны по направлению. это означает, что результирующее электрическое поле имеет меньшую величину, чем встроенное электрическое поле. из-за этого меньше удельное сопротивление и, следовательно, область истощения тоньше. В кремнии при напряжении 0,6 В сопротивление области обеднения становится совершенно пренебрежимо малым.

Обратное смещение

Обратное смещение

При обратном смещении n-тип подключается к положительной клемме, а р-тип подключается к отрицательной клемме батареи. В этом случае приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление, и результирующая электрического поля имеет более высокую величину, чем встроенное электрическое поле, создавая более активное сопротивление, поэтому обедненная область толще. если приложенное напряжение становится больше, то область обеднения становится более резистивной и толстой.

Несмещенный диод

Когда к полупроводникам не подключен внешний источник, называется несмещенным диодом. электрическое поле создается поперек обедненного слоя между материалом p-типа и n-типа. это происходит из-за несбалансированного нет. электронов и дырок из-за легирования. При комнатной температуре для кремниевого диода барьерный потенциал составляет 0,7 В.

Типы полупроводниковых диодов

Существуют различные типы полупроводниковых диодов:-

1. Светодиод – Термин «светодиод» означает «светоизлучающий диод». Это наиболее полезный вид диода.
2. Стабилитрон — Зенеровский диод — это тип диода, он позволяет протекать току в прямом направлении, он также может работать в обратном направлении, но в состоянии пробоя. Зенеровский диод применяется для регулирования напряжения. использует p-n переход в режиме обратного смещения, чтобы получить эффект Зенера.
3. Туннельный диод – Туннельный диод используется для СВЧ.
4. Диод с переменной емкостью — этот тип диода также называется диодом VARICAP, хотя выход переменной емкости может иметь обычный диод с p-n переходом, но этот диод одобрен для обеспечения предпочтительного изменения емкости, поскольку они относятся к другому типу диода. .
5. Фотодиод – Этот тип диода, который производит ток при определенном количестве световой энергии, падает на него. два типа фотодиода, т. е. фотодиод PN и фотодиод PIN.
6. Переключающий диод и т.д.

Применение полупроводникового диода

Применение полупроводникового диода: .

Светодиод – Светодиод используется для излучения инфракрасного спектра.

Стабилитрон – Стабилитрон используется для стабилизации тока и напряжения в электронных системах.

Фотодиод – работает как фотодетектор.

Переключающий диод- , который используется для быстрого переключения.

A Туннельный диод – Туннельный диод – это особый тип диода, который используется в области отрицательного сопротивления.

Пример вопроса

Вопрос 1: Дайте определение термину «допинг».

Ответ: 

Легирование — это процесс добавления примесей в полупроводник, так что образуется больше электронно-дырочных пар. Добавляемые примеси, как правило, пятивалентные и трехвалентные. поэтому они являются полупроводниками p-типа и n-типа.

Вопрос 2: Что происходит, когда –

• Положительное напряжение диода приложено к аноду.
• Отрицательное напряжение диода подается на анод.

Ответ:

• Этот тип диода имеет прямое смещение.
• Этот тип диода имеет обратное смещение.

Вопрос 3: Как влияет температура на полупроводники:

Ответ:

• Для собственных полупроводников проводимость увеличивается с повышением температуры, потому что генерируется большее количество электронно-дырочных пар.
• Для внешних полупроводников – при повышении температуры количество электронно-дырочных пар увеличивается, что приводит к меньшему эффекту легирования и большему количеству этих пар нейтрализуется.

Вопрос 4: Дайте определение термину напряжение пробоя p-n перехода.

Ответ:

В условиях обратного смещения, когда приложенное напряжение постепенно увеличивается в определенной точке, наблюдается увеличение обратного тока, это пробой перехода, соответствующее приложенное напряжение известно как напряжение пробоя диода p-n перехода.

Вопрос 5: Каково соотношение электронов и дырок в собственном полупроводнике?

Ответ:

Количество электронов = n _E

Количество отверстий = N _H

во внутреннем полупроводнике, NE = N _H

NE/N _H = 1

GRAPE, рабочая принципа, Properties, использует

. двухконтактный или двухэлектродный полупроводниковый прибор, который позволяет электрическому току течь только в одном направлении, блокируя электрический ток в противоположном или обратном направлении, известен как диод с PN-переходом. Это устройство имеет прямое смещение, позволяющее протекать электрическому току. С другой стороны, в условиях обратного смещения он блокирует прохождение электрического тока.

Диод — это полупроводниковый прибор, который работает как «токовый односторонний переключатель». Он позволяет току свободно течь в одном направлении, но значительно ограничивает ток в другом. Диоды могут преобразовывать переменный ток (ac) в пульсирующий постоянный ток (dc). Следовательно, они также известны как выпрямители (постоянного тока). Диоды классифицируются по типу, напряжению и способности пропускать ток по-своему. Каждый тип имеет различное применение в зависимости от его функционирования.

В этой статье мы узнаем об определении, графике, символе, принципе работы, условиях смещения, свойствах и применении диода с PN-переходом, а также о разнице между диодом Зенера и диодами с PN-переходом

PN-переход Диод

Интерфейс или граница внутри полупроводникового устройства между полупроводниковым материалом P-типа и N-типа называется PN-переходом. P-сторона или положительная сторона полупроводника содержит больше дырок, чем N-сторона или отрицательная сторона, на которой больше электронов. PN-переход в полупроводнике создается в процессе легирования. Диод с PN-переходом представляет собой полупроводниковое устройство, которое формируется с помощью этого метода и используется для обеспечения протекания электрического тока в одном направлении и блокировки в противоположном.

Символ

Символ диода PN-перехода изображается в виде треугольника, направленного к прямой или проходящего через одну вершину. Такое расположение показывает направление протекания тока в цепи от положительного вывода анода к отрицательному выводу катода.

Давайте сначала обсудим процесс легирования, чтобы лучше понять принцип работы диода с PN-переходом.

Метод, используемый для увеличения или уменьшения количества дырок и электронов в полупроводнике, известен как легирование

Для изготовления полупроводникового материала N-типа используются атомы с одним дополнительным валентным электроном, чем у кремния. Для этого используются элементы из V группы таблицы Менделеева. Эти элементы имеют 5 валентных электронов, из которых 4 участвуют в образовании ковалентной связи с кремнием, а дополнительный валентный электрон остается несвязанным. В результате в зону проводимости вводится больше электронов, что увеличивает общее количество электронов в системе.

Элементы из 3-й группы периодической таблицы смешиваются для создания полупроводника P-типа. В результате материалы P-типа имеют только три валентных электрона для взаимодействия с атомами кремния. Общий эффект представляет собой дыру, поскольку электронов недостаточно для создания четырех ковалентных связей, окружающих атомы и ядра. Количество электронов, захваченных связями, больше в материалах P-типа, что увеличивает количество дырок. В легированном материале всегда больше одного типа носителя, чем другого, и носитель с большей концентрацией называется «основным носителем», а носитель с меньшей концентрацией называется «неосновным носителем». Когда эти два типа полупроводников соединяются вместе, образуется диод с PN-переходом.

Принцип работы диода с PN-переходом

В диоде с PN-переходом ионизированный донор остается на N-стороне, когда электрон диффундирует с N-стороны на P-сторону, и на его стороне образуется слой положительного заряда. N-сторона перекрестка. Когда дырка перемещается со стороны P на сторону N, ионизированный акцептор остается на стороне P, вызывая накопление слоя отрицательных зарядов на стороне P перехода. Зона истощения определяется как область положительного и отрицательного заряда на каждой стороне соединения. По обе стороны от перехода возникает электрическое поле с направлением от положительного заряда к отрицательному.

Электрический потенциал между P- и N-областями изменяется при подаче внешнего потенциала на клеммы PN-перехода. В результате поток большинства носителей изменяется, позволяя электронам и дыркам диффундировать через PN-переход.

Считается, что диод находится в состоянии прямого смещения, если приложенное напряжение уменьшает ширину обедненного слоя, и обратного смещения, если приложенное напряжение увеличивает ширину обедненного слоя. Говорят, что диод находится в состоянии нулевого смещения или в несмещенном состоянии, если ширина обедненного слоя остается неизменной.

Условия прямого и обратного смещения PN-перехода Диод

Давайте подробно разберем принцип работы условий прямого и обратного смещения PN-перехода.

Прямое смещение

PN-переход смещен в прямом направлении, когда P-тип подключен к положительной клемме батареи, а N-тип подключен к отрицательной клемме. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле в PN-переходе имеют противоположные направления.

Сложение обоих электрических полей дает результирующее электрическое поле, поэтому результирующее электрическое поле оказывается меньше, чем встроенное электрическое поле. В результате зона истощения становится тоньше и менее устойчивой. При высоком приложенном напряжении сопротивление области обеднения становится незначительным. При 0,6 В сопротивление зоны обеднения в кремнии становится совершенно незначительным, позволяя току свободно течь по ней.

Обратное смещение

PN-переход имеет обратное смещение, когда P-тип подключен к отрицательной клемме батареи, а N-тип подключен к положительной стороне. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление. Результирующее электрическое поле и встроенное электрическое поле также имеют одинаковое направление, что приводит к более резистивной и более толстой области истощения. Увеличение приложенного напряжения приводит к образованию более толстой и устойчивой области истощения.

V-I Характеристики PN-перехода

Зависимость между напряжением на переходе и током в цепи известна как вольт-амперная (V-I) характеристика PN-перехода или полупроводникового диода. Обычно напряжение измеряется по оси x, тогда как ток измеряется по оси y.

V-I характеристики PN перехода можно объяснить в трех случаях:

• Нулевое смещение или несмещенное
• Прямое смещение
• Обратное смещение

При нулевом смещении не происходит движения дырок или электронов, поскольку внешний потенциал не приложен, что препятствует прохождению электрического тока через диод.

Когда диод PN-перехода находится в прямом смещении, P-тип подключается к положительной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к отрицательной клемме. Такое расположение диодов снижает потенциальный барьер. При напряжении 0,7 В для кремниевых диодов и 0,3 В для германиевых диодов потенциальные барьеры уменьшаются и протекает ток.

Ток медленно растет, пока диод находится в прямом смещении, а формируемая кривая нелинейна, поскольку напряжение, подаваемое на диод, превышает потенциальный барьер. Как только диод преодолевает потенциальный барьер, он работает нормально, и кривая резко возрастает по мере увеличения внешнего напряжения, что дает линейную кривую.

Когда диод PN-перехода находится в отрицательном смещении, P-тип подключается к отрицательной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к положительной клемме, что приводит к более высокому потенциальному барьеру. Поскольку в переходе присутствуют неосновные носители, сначала возникает обратный ток насыщения.

Difference between PN Junction Diode & Zener Diode

The differences between PN Junction Diode and Zener Diode are as follows:

PN Junction Diode	Zener Diode
The current flows in только в одном направлении	Ток может течь в обоих направлениях
Обедненный слой PN-перехода полностью повреждается при обратном смещении	В стабилитроне ток течет в обоих направлениях даже в состоянии обратного смещения
Область PN слабо легирована в диоде с PN-переходом, что делает обедненную область шире.	Область обеднения в стабилитроне уже, поскольку PN-переход сильно легирован.
Диод с PN-переходом в основном применяется в процессе выпрямления.	Стабилитроны в основном используются для регулирования напряжения.

Свойства диода с PN-переходом

Ниже приведены некоторые общие свойства диода с PN-переходом:

• Диод с PN-переходом способен выпрямлять электрический ток
• Он может создавать потенциальный барьер и использовать свои емкостные свойства
• PN-переход создает различные нелинейные вольт-амперные характеристики в полупроводниковом диоде
• Наиболее важным свойством является преобразование световой энергии в электрическую
• Диод с PN-переходом излучает, когда через него протекает ток.

Применение PN-диода

Ниже приведены некоторые из наиболее интересных применений PN-диодов.

• PN-диод используется в качестве тройного, удвоителя напряжения и учетверения в схемах умножения напряжения, а также в качестве переключателя в различных электрических цепях.
• Они используются в многочисленных выпрямителях и варикапах для генераторов, управляемых напряжением.
• В то время как диод с PN-переходом излучает свет при смещении тока, поэтому он используется в светоизлучающих диодах (LED) и фотодиодах.
• Диоды с PN-переходом также можно использовать для другого диода, называемого излучением, стимулируемым усилением света.
• В силовой электронике может использоваться в солнечных элементах.
• Используется как в детекторе, так и в схеме демодулятора, поэтому его можно использовать в качестве детектора для схемы демодуляции.
• Используются в качестве клещей для регулировки опорного напряжения.
• Напряжение на диоде PN-перехода используется для создания датчиков температуры и опорных напряжений.

Вы можете найти больше таких замечательных учебных материалов и по другим темам физики. Получите помощь от экспертов в подготовке к экзаменам с помощью избранных учебных материалов, пробных тестов и ценных советов, которые помогут вам получить более высокие оценки на экзамене. Загрузите бесплатное приложение Testbook, чтобы получить эксклюзивные предложения прямо сейчас.

Часто задаваемые вопросы о переходном диоде PN

В.1 Какова основная функция диода PN?

Ans.1 Основная функция PN-переходного диода в электрической цепи — пропускать электрический ток только в одном направлении и ограничивать его в другом.

Q.2 Как формируется диод с PN-переходом?

Ans.2 Диод с PN-переходом образуется путем соединения полупроводников P-типа и N-типа, где область P-типа содержит больше дырок, а область N-типа содержит большее количество электронов.

В.3 Каковы характеристики диода с P-N переходом?

Ans.3 Диод с PN-переходом пропускает ток только в одном направлении. Его характеристики также могут быть описаны в виде кривой V-I в условиях нулевого, прямого и обратного смещения.

В.4 Сколько существует типов диодов с PN-переходом?

Ans.