Узнав о различных компонентах, давайте сосредоточимся на другом важном компоненте в области электроники, известном как диод . Полупроводниковый диод — это двухконтактный электронный компонент с PN-переходом. Это также называется выпрямителем .
Анод, который является положительным выводом диода, обозначен буквой A, а катод , который является отрицательным выводом , обозначен буквой K. Чтобы узнать анод и катод практического диода, на диоде рисуется тонкая линия, которая означает катод, а другой конец представляет анод.
Как мы уже говорили о полупроводниках P-типа и N-типа, а также о поведении их носителей, давайте теперь попробуем объединить эти материалы, чтобы посмотреть, что произойдет.
Формирование диода
Если материалы P-типа и N-типа располагаются близко друг к другу, оба они соединяются, образуя соединение, как показано на рисунке ниже.
Материал P-типа имеет отверстия в качестве основных носителей, а материал N-типа имеет электроны в качестве основных носителей . Поскольку противоположные заряды притягиваются, мало дырок в P-типе имеют тенденцию уходить в n-сторону, тогда как немного электронов в N-типе имеют тенденцию уходить в P-сторону
По мере того как они оба движутся в направлении соединения, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, нейтрализуя и образуя ионы. Теперь в этом соединении существует область, где образуются положительные и отрицательные ионы, называемые PN-переходом или барьером перехода, как показано на рисунке.
Образование отрицательных ионов на P-стороне и положительных ионов на N-стороне приводит к образованию узкой заряженной области на любой стороне PN-перехода. Этот регион теперь свободен от подвижных носителей заряда. Ионы, присутствующие здесь, были стационарными и поддерживают область пространства между ними без каких-либо носителей заряда.
Поскольку эта область действует как барьер между материалами типа P и N, это также называется барьерным переходом . У этого есть другое имя, названное как Область истощения, означающее, что это истощает обе области. Происходит разность потенциалов VD из-за образования ионов через соединение, называемое потенциальным барьером, так как оно предотвращает дальнейшее движение дырок и электронов через соединение.
Смещение диода
Когда в цепь подключен диод или любой двухполюсный компонент, он имеет два смещенных состояния с заданным источником питания. Это прямое смещение и обратное смещение . Дайте нам знать их подробно.
Смещение вперед
Когда диод подключен в цепи с его анодом к положительной клемме и катодом к отрицательной клемме источника питания, то такое соединение называется смещенным в прямом направлении . Этот тип соединения делает цепь более смещенной в прямом направлении и помогает в большей проводимости. Диод хорошо проводит в прямом смещенном состоянии.
Обратное смещенное условие
Когда диод подключен в цепи с его анодом к отрицательной клемме и катодом к положительной клемме источника питания, то такое соединение называется состоянием обратного смещения . Такое соединение делает цепь все более и более смещенной в обратном направлении и помогает минимизировать и предотвратить проводимость. Диод не может проводить в обратном смещенном состоянии.
Давайте теперь попробуем узнать, что происходит, если диод подключен в прямом смещенном и в обратном смещенных условиях.
Работа под предвзятым предвзятым
Когда на диод подается внешнее напряжение, которое устраняет потенциальный барьер и допускает протекание тока, это называется прямым смещением . Когда анод и катод подключены к положительным и отрицательным клеммам соответственно, отверстия в P-типе и электроны в N-типе имеют тенденцию перемещаться через соединение, разрушая барьер. При этом существует свободный поток тока, почти устраняющий барьер.
С силой отталкивания, создаваемой положительным контактом для дырок и отрицательным контактом для электронов, рекомбинация происходит в соединении. Напряжение питания должно быть таким высоким, чтобы оно заставляло движение электронов и дырок проходить через барьер и пересекать его для обеспечения прямого тока .
Прямой ток — это ток, производимый диодом при работе в прямом смещенном состоянии, и он обозначается I f .
Работа под обратным смещением
Когда на диод подается внешнее напряжение, которое увеличивает потенциальный барьер и ограничивает протекание тока, это называется обратным смещением . Когда анод и катод соединены с отрицательной и положительной клеммами соответственно, электроны притягиваются к положительной клемме, а отверстия притягиваются к отрицательной клемме. Следовательно, оба будут находиться вдали от потенциального барьера, увеличивая сопротивление перехода и не давая электрону пересечь переход.
На следующем рисунке это объясняется. График проводимости, когда поле не применяется и когда применяется какое-либо внешнее поле, также рисуется.
С возрастающим обратным смещением у перехода есть немного неосновных носителей, чтобы пересечь соединение. Этот ток обычно незначителен. Этот обратный ток почти постоянен, когда температура постоянна. Но когда это обратное напряжение увеличивается еще больше, то возникает точка, называемая обратным пробоем , где лавина тока протекает через переход. Этот высокий обратный ток повреждает устройство.
Обратный ток — это ток, создаваемый диодом при работе в режиме обратного смещения, и он обозначается как I r . Следовательно, диод обеспечивает путь с высоким сопротивлением в обратном смещенном состоянии и не проводит, где он обеспечивает путь с низким сопротивлением в прямом смещенном состоянии и проводит. Таким образом, мы можем заключить, что диод является односторонним устройством, которое проводит в прямом смещении и действует как изолятор в обратном смещении. Такое поведение заставляет его работать как выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.
Пиковое обратное напряжение
Пиковое обратное напряжение в ближайшее время называется PIV . В нем указывается максимальное напряжение, приложенное при обратном смещении. Пиковое обратное напряжение можно определить как « максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без разрушения ». Следовательно, это напряжение учитывается в условиях обратного смещения. Это обозначает, как диод может безопасно работать в обратном смещении.
Назначение диода
Диод используется для блокировки потока электрического тока в одном направлении, то есть в прямом направлении, и для блокировки в обратном направлении. Этот принцип диода заставляет его работать в качестве выпрямителя .
Для цепи, которая позволяет току течь в одном направлении, но останавливается в другом направлении, диод выпрямителя является лучшим выбором. Таким образом, на выходе будет постоянный ток, удаляющий компоненты переменного тока. Схемы, такие как полуволновые и двухполупериодные выпрямители, сделаны с использованием диодов, которые можно изучить в учебных пособиях по электронным схемам .
Диод также используется в качестве переключателя . Это помогает быстрее включать и выключать выход, который должен происходить с высокой скоростью.
V — I Характеристики диода
Практическая схема подключения PN-диода, как показано на следующем рисунке. Амперметр подключен последовательно, а вольтметр — параллельно, а питание контролируется переменным резистором.
Во время работы, когда диод находится в прямом смещенном состоянии, при определенном напряжении потенциальный барьер устраняется. Такое напряжение называется напряжением отсечки или напряжением колена . Если прямое напряжение превышает предельное значение, прямой ток возрастает экспоненциально, и если это будет сделано дальше, устройство будет повреждено из-за перегрева.
На следующем графике показано состояние диодной проводимости в прямом и обратном смещенных условиях.
Во время обратного смещения существует ток, производимый через неосновные носители, известный как « Обратный ток ». Когда обратное напряжение увеличивается, этот обратный ток увеличивается, и он внезапно ломается в точке, что приводит к необратимому разрушению соединения.