Что такое полупроводниковый диод. Полупроводниковый диод: принцип работы, типы и применение в электронике

Что такое полупроводниковый диод. Как устроен p-n переход. Какие бывают типы диодов. Где применяются полупроводниковые диоды в электронике. Каковы преимущества диодов перед другими элементами.

Что такое полупроводниковый диод и как он устроен

Полупроводниковый диод — это электронный компонент, который пропускает электрический ток только в одном направлении. В основе его работы лежит p-n переход — граница между двумя типами полупроводников:

• p-типа — с избытком положительно заряженных «дырок»
• n-типа — с избытком отрицательно заряженных электронов

При соединении этих двух областей на границе образуется тонкий обедненный слой, в котором нет свободных носителей заряда. Именно этот слой и определяет уникальные свойства диода.

Принцип работы полупроводникового диода

Как работает полупроводниковый диод? Его работа основана на свойствах p-n перехода:

• При подаче прямого напряжения (плюс к p-области, минус к n-области) обедненный слой истончается, сопротивление падает и ток легко проходит через диод.
• При обратном включении обедненный слой расширяется, сопротивление резко возрастает и ток практически не течет.

Таким образом, диод выполняет роль электронного «клапана», пропуская ток только в одном направлении.

Основные типы полупроводниковых диодов

Существует несколько основных типов полупроводниковых диодов, различающихся по своему назначению и характеристикам:

Выпрямительные диоды

Применяются для преобразования переменного тока в постоянный. Имеют большую площадь p-n перехода для пропускания значительных токов.

Стабилитроны

Предназначены для стабилизации напряжения. Работают на участке пробоя в обратном включении.

Светодиоды

Излучают свет при прохождении через них электрического тока. Широко используются в светотехнике и индикации.

Фотодиоды

Генерируют электрический ток под воздействием света. Применяются в фотоэлектронных устройствах.

Варикапы

Обладают свойством изменять емкость в зависимости от приложенного напряжения. Используются в цепях настройки.

Применение полупроводниковых диодов в электронике

Где применяются полупроводниковые диоды? Области их использования весьма обширны:

• Выпрямление переменного тока в блоках питания
• Стабилизация напряжения в электронных схемах
• Защита цепей от перенапряжения
• Детектирование радиосигналов
• Генерация и усиление СВЧ-колебаний
• Оптическая индикация в светодиодных дисплеях
• Преобразование световой энергии в электрическую в солнечных батареях

Диоды являются ключевыми компонентами в большинстве современных электронных устройств — от простейших зарядных устройств до сложных компьютерных систем.

Преимущества полупроводниковых диодов

Почему полупроводниковые диоды так широко используются в электронике? У них есть ряд важных преимуществ:

• Малые размеры и вес
• Высокая надежность и длительный срок службы
• Низкое энергопотребление
• Отсутствие необходимости в накале (в отличие от ламповых диодов)
• Возможность работы при низких напряжениях
• Высокое быстродействие
• Простота изготовления и низкая стоимость

Эти преимущества обеспечили полупроводниковым диодам доминирующее положение в современной электронике.

Как выбрать подходящий диод для конкретной задачи

При выборе диода для использования в электронной схеме необходимо учитывать несколько ключевых параметров:

• Максимальный прямой ток
• Максимальное обратное напряжение
• Прямое падение напряжения
• Время восстановления обратного сопротивления
• Температурный диапазон работы

Выбор конкретного типа диода зависит от требований схемы. Например, для выпрямления сетевого напряжения подойдут мощные низкочастотные диоды, а для высокочастотных схем потребуются быстродействующие диоды с малым временем восстановления.

Перспективы развития технологии полупроводниковых диодов

Несмотря на то, что полупроводниковые диоды используются уже много десятилетий, их развитие продолжается. Основные направления совершенствования:

• Повышение быстродействия
• Уменьшение прямого падения напряжения
• Увеличение рабочих токов и напряжений
• Расширение температурного диапазона
• Улучшение стабильности параметров

Развитие технологии позволяет создавать все более совершенные диоды для применения в современной высокочастотной и силовой электронике.

Полупроводниковый диод

Диод

Полупроводниковый диод — это полупроводниковый элемент, пропускающий ток только в одном направлении. Принцип работы диода основан на свойствах проводимости полупроводников, а именно на электронно-дырочном переходе.

На принципиальной электрической схеме диоды изображаются следующим образом:

 

Диоды изготавливают в основном методами сплавления и методом диффузии. Метод сплавления заключается в сплавлении пластин p и n – типов, а метод диффузии состоит во внедрении примесных атомов в полупроводниковую пластину. Благодаря этим способам изготавливаются большие площади p – n переходов – до 1000 мм2. А чем больше площадь перехода, тем больший ток можно через него пропускать.

Существуют также точечные (высокочастотные) диоды, площадь их p – n перехода меньше 0,1 мм2. Такие диоды изготавливаются с помощью соединения металлической иглы с полупроводником. Применяются точечные диоды в аппаратуре сверхвысоких частот при значении тока 10-20 мА.

Основные виды полупроводниковых диодов по функциональному назначению: выпрямительные, стабилитроны, импульсные, светодиоды, фотодиоды и т.д.

Выпрямительными называют полупроводниковые диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Такие диоды изготавливают методами сплавки и диффузии, для того чтобы создать большую площадь p-n перехода, так как через них протекают большие токи. Сам процесс выпрямления переменного тока заключается в свойстве диода хорошо проводить ток в одном направлении и практически не проводить его в другом.

Ниже изображена схема простейшего однополупериодного выпрямителя. Работает он следующим образом: положительный полупериод напряжения Uвх, диод V пропускает практически без изменения, и напряжение Ur практически равно Uвх. Но в момент времени, когда полупериод напряжения отрицательный, диод включен в обратном направлении и все напряжение Uвх падает на диоде, а напряжение на резисторе практически равно нулю

 

 На рисунке схематично изображен график напряжения на резисторе.

 

Стабилитронами (опорными диодами) называются полупроводниковые диоды предназначенные для стабилизации постоянного напряжения. Для стабилизации напряжения в стабилитронах используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики в области электрического пробоя, для этого их включают в обратном направлении. При изменении тока протекающего через стабилитрон от значения Iстmin до Iстmax напряжение на нем почти не изменяется.

 

Стабилитроны стабилизируют напряжение от 3,5 В, а для стабилизации меньшего напряжения используют стабисторы. В стабисторах используют прямую ветвь вольт-амперной характеристики, поэтому их включают в прямом направлении.

Импульсным называется диод, который предназначен для работы в импульсных схемах. В прямом направлении импульсный диод хорошо проводит электрический ток. При обратном включении такого диода, обратный ток в нем резко увеличивается, а через короткий промежуток времени исчезает.

Таким образом получается электрический импульс.

 

Просмотров:

Физика Полупроводниковый диод. Транзистор

Материалы к уроку

Конспект урока

Свойство p-n- перехода используют для создания полупроводниковых диодов, которые применяют для выпрямления переменного тока. Диод — полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только одного направления и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь. Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с p-n- переходом.  Рассмотрим работу диода, состоящего из германия.
Кристалл германия обладает проводимостью n–типа за счёт небольшой добавки донорной примеси. Для создания в нём p-n-переходов в одну из его поверхностей вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия вглубь монокристалла германия у поверхности германия образуется область р-типа.

Остальная часть германия по-прежнему остаётся n- типа. Между этими двумя областями возникает р-n-переход. Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметический корпус. 
Достоинствами полупроводниковых диодов являются их прочность, малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность; недостатком — зависимость их параметров от температуры: они могут работать в ограниченном интервале температур (от – 70ºС до + 125ºС). 
Свойства p-n-перехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний, называемого транзистором. Транзисторы стали применять в науке в начале 50-х годов ХХ века. Они в отличие от диодов содержат в себе два р-n- перехода. Наиболее массовый транзистор представляет собой пластинку германия, кремния или другого полупроводника, обладающего электронной или дырочной проводимостью, в объеме которой искусственно созданы две области, противоположные по электрической проводимости. Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n- перехода, каждый из которых обладает такими же электрическими свойствами, как и полупроводниковый диод. Независимо от структуры транзистора пластинку полупроводника называют базой Б, область меньшего объема – эмиттером Э, а область большего объема – коллектором К.
Транзисторы, в которых база обладает дырочной проводимостью, называют транзисторами p-n-p перехода. Для приведения в действие транзистора p-n-p- типа на коллектор подают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе при этом может быть, как положительным, так и отрицательным. Т.к. дырок больше, то основной ток через переход будет составлять диффузионный поток дырок из р-области. Если на эмиттер подать небольшое прямое напряжение, то через него потечет дырочный ток, диффундирующих из р-области в n-область (базу). Но т.к. база узкая, то дырки пролетают через нее, ускоряясь полем, в коллектор. Транзистор способен распределять ток, тем самым его усиливая. Отношение изменения тока в цепи коллектора к изменению тока в цепи базы при прочих равных условиях величина постоянная, называемая интегральным коэффициентом передачи базового тока бетта. Следовательно, изменяя ток в цепи базы, возможно получить изменения в токе цепи коллектора.
Условное обозначение транзистора: Б база, К коллектор, Э эмиттер, направление стрелки показывает направление тока. На   рисунках представлены p-n-p- транзисторы.
Устройство биполярного транзистора.
Основные применения: элемент усилителя тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).
Переход эмиттер — база включается в прямом направлении, а база — коллектор — в обратном. Какое подключение называется прямым, а какое обратным?
Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. Так как база очень тонкая, концентрация основных носителей заряда в базе небольшая, следовательно и рекомбинация электронов и дырок также  невелика. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являются неосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. силы тока на коллекторе и эмиттере приблизительно равны.
При изменении силы тока эмиттера с помощью источника переменного напря¬жения одновременно почти во столько же раз изменяется сила тока коллектора.  Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.
Микросхемы и микропроцессоры в современных электронных устройствах не могут обойтись без транзисторов. Транзистор — это основная часть любой микросхемы. В компьютере, без которого мы сейчас не можем себе представить жизнь, микропроцессор также состоит из большого числа транзисторов. Транзисторы широко применяются в современной технике. Они также заменяют электронные лампы в электрических цепях различной аппаратуры как промышленной, так и научной. По сравнению с электронными лампами транзисторы обладают рядом преимуществ:
1.    они не накаливаются,
2.    потребляют значительно меньше энергии,
3.    работают при низком напряжении,
4.    компактны, имеют малые размеры и массу,
5.    не требуют времени для нагревания.
Однако у них есть недостатки – транзисторы чувствительны к повышению температуры и к электрическим перегрузкам. 

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитора

Урок Видео: Полупроводниковые диоды | Nagwa

Стенограмма видео

В этом видео наша тема полупроводниковые диоды. Эти диоды являются одними из строительные блоки современной электроники, и в этом уроке мы узнаем, как они работают на атомном и даже субатомном уровне.

Мы можем начать думать о диодах путем рассмотрения двух основных классов или типов полупроводников. Есть тип p, который имеет большинство электронных дырок или вакансий, а затем n-тип, который имеет большинство свободные электроны. Так что в основном здесь есть много свободных электронов, движущихся внутри полупроводника. А здесь их много эффективно положительно заряженные дырки, которые хорошо подходили бы для принятия любых свободные электроны, с которыми они сталкиваются.

Для создания полупроводникового диода мы возьмем тип p и тип n и соединим их вместе. Когда мы присоединяемся к ним вот так, мы создать то, что называется соединением. Так что иногда эти p и n полупроводники вместе называются p-n переходом или p-n-диодом. Теперь давайте подумаем, что будет произойдет, когда мы соединим этот полупроводник p-типа, который имеет много положительно заряженных дырки, мы смоделируем их этими точками, полупроводником n-типа, в котором много свободных электронов, движущихся внутри него. Несмотря на то, что эти p- и n-типа полупроводники по отдельности электрически нейтральны, то есть суммарный заряд весь этот полупроводник равен нулю, как и общий заряд этого, все равно будет быть электрическое притяжение между отрицательно заряженными свободными электронами на n тип и положительно заряженные дырки на p-типе.

Итак, для электронов, которые вблизи границы раздела этих полупроводников высока вероятность того, что они будет притягиваться, а затем заполнить отверстия рядом с этим соединением на другом сторона. Итак, скажем, что происходит, скажем, что эти электроны идут, чтобы заполнить эти отверстия. Когда это произойдет, мы можем стереть эти дырки и свободные электроны, потому что теперь, когда дырки заполнены, они не больше не существуют, и свободные электроны теперь, когда они связаны с атомом, больше не свободно. Но в этом процессе что-то интересно продолжается. Атомы p-типа Полупроводник, в котором раньше были дырки, но который теперь заполнен свободными электронами из n-сторона теперь принимает общий или чистый отрицательный заряд.

Мы можем вспомнить, что до дыр в этих атомах были заполнены свободные электроны, сами атомы были нейтральны. Итак, если мы добавим свободный электрон к их, это придает атомам общий отрицательный заряд. А потом, в то же время, на сторона полупроводника n-типа, потому что эта часть этого полупроводника потеряла свободных электронов по мере их переноса к дыркам на стороне p-типа, атомы вблизи этого соединения приобретают общий положительный заряд. Это происходит потому, что они проиграли, мы могли бы сказать, свободные электроны, которые там, где они присоединяются к этим атомам, давали бы им общий нейтральный заряд.

Итак, вот этот регион вокруг соединения этих двух полупроводников нет положительно заряженных отверстия; те были заполнены свободными электронами. И у него тоже нет бесплатных электроны, которые пошли, чтобы заполнить эти дыры. Из-за этого конкретное имя отдано этому региону. Это называется областью истощения или обедненный слой, и опять же, это потому, что в нем нет ни отверстий, ни свободных электроны. Обратите внимание, что в истощении области, у нас есть положительные заряды с одной стороны и отрицательные с другой. И это означает, что общий электрический поле будет создано, всегда указывая от положительного к отрицательному.

Это поле важно потому что он на самом деле служит для противодействия движению свободных электронов от остальной части полупроводника n-типа к положительно заряженным дыркам на p-стороне. Несмотря на то, что оставшиеся свободными электроны будут притягиваться к этим положительным зарядам здесь, они будут отталкиваться этой стеной отрицательных зарядов на стыке. Это означало бы, что они не пересекаются над этой границей между p и n типами. И поэтому у нас есть неизменная ситуация, насколько наш p-n диод идет. И теперь мы подходим к сути того, как работает p-n или полупроводниковый диод и как он вписывается в качестве компонента в электрическая цепь.

Допустим, мы берем наш p-n-диод и мы соединяем его с замкнутой цепью. Таким образом, мы могли бы представить, например, что здесь наш диод, а в остальной части схемы он выглядит как это. В этой установке мы собираемся рассмотрим два сценария: во-первых, с нашим источником напряжения, ориентированным таким образом, с положительная клемма вправо. Устроенный таким образом, мы знаем, что направление обычного тока, т. е. положительного заряда в цепи, будет против часовой стрелки. Тогда это означало бы, что мы эффективно иметь положительный заряд, выходящий из нашего диода с этого направления и отрицательный заряд с другой стороны.

Теперь, что касается p-n-диода, это часть такой замкнутой электрической цепи, ключевое условие для тока существовать через диод и, следовательно, через цепь, заключается в том, что электроны на сторона n-типа должна быть в состоянии пересечь этот интерфейс между двумя полупроводниковыми типы. Если этого не произошло, зарядите через диод не течет, следовательно, заряд не течет по цепи. Так что давайте рассматривать с положительным заряд эффективно поступает справа, а отрицательный — слева, это позволило бы свободным электронам на стороне n-типа пересечь эту узел?

Ну, мы знаем, что противоположные заряды притягиваются, что означает, что наши отрицательно заряженные свободные электроны на самом деле будут тянется вправо к этим входящим положительным зарядам. И более того, все эти поступающие отрицательные заряды начнут заполнять дырки на стороне p-типа нашего диода, что приведет к созданию еще большего количества отрицательных ионов. Это означало бы, что барьер для свободное перемещение электронов через наш p-n-переход становится еще сильнее. И поэтому просто не будет случиться так, что свободные электроны пересекут эту границу, проходя через диод, и затем позволяя заряду течь по всей нашей цепи.

Итак, что мы видим, когда наш источник питания устроен так, эффективно пытаясь отправить положительные заряды в сторону n-типа нашего p-n-диода, это означает, что никакие электроны не могут течь через диод, и поэтому ток в цепи вообще не может существовать. Так что это один из способов, которым все может разворачиваем с нашим p-n диодом. Но теперь возьмем наше напряжение поставьте, и мы перевернем его. Теперь у нас есть схема, в которой обычный ток будет указывать в направлении по часовой стрелке. Итак, глядя на наш более крупный эскиз, теперь у нас есть положительный заряд, эффективно поступающий слева и отрицательный заряд приближается справа.

Итак, теперь думаем о нашем бесплатном электроны здесь, эти электроны будут отталкиваться от отрицательных зарядов приближаются справа, и это заставит их двигаться справа налево. оставил. А потом все эти положительные заряды эффективное проникновение сюда создаст гораздо больше дыр на стороне p-типа нашего соединение, создавая сильное электрическое притяжение для отрицательных свободных электронов на сторона n-типа. Таким образом, совокупный эффект этих Влияние будет заключаться в том, что свободные электроны смогут пересечь этот переход.

Действительно, они сделают это с готовностью, как их толкают или отталкивают справа и тянут или притягивают справа оставил. С зарядом, протекающим через наш тогда диод, это означает, что заряд будет протекать через нашу цепь в целом. И так, с нашим диодом и нашим источник напряжения настроен таким образом, в этой цепи есть ток. Мы видим, что наш p-n диод, наш полупроводниковый диод, может работать как переключатель в цепи. Расположены в одну сторону относительно напряжения питания, таким образом, мы говорим, что наш диод смещен в прямом направлении, что означает, что он позволяет заряду течь. И вспомним, что другой расположение нашего источника питания относительно нашего диода, вот этого, не давало в цепи существует ток, потому что диод сопротивляется потоку заряда. Когда диод сопротивляется потоку заряда, говорят, что он имеет обратное смещение.

Итак, в зависимости от того, как мы организовать нашу схему, диод может либо пропускать заряд, либо блокировать его, мы можем говорят, что диод работает как клапан в цепи, блокируя поток в одном направлении позволяя это в другом. Зная это о том, как работают диоды, давайте попрактикуемся с этими идеями на примере.

На схеме показана решетка из атомы кремния в полупроводнике. Левая сторона решетки имеет легирован донорными атомами. Это называется n-сторона. Правая сторона решетки имеет был легирован акцепторными атомами. Это называется p-сторона. Районы по обе стороны от линии раздела имеют одинаковый размер, а концентрация ионов одинакова на обоих стороны. Полупроводник находится в термической равновесие.

Хорошо, прежде чем мы перейдем к нашему вопрос, давайте поймем эту информацию, которую мы даем здесь. Нам говорят, что эта диаграмма показывает нам решетку атомов кремния. И мы видим, что большинство атомы здесь действительно являются кремнием, обозначенным символом Si. Итак, у нас есть кремниевая решетка, и нам говорят, что левая сторона, вот здесь, была легирована донорными атомами. Это означает, что часть кремния атомы в решетке заменены так называемыми примесями. Эти примеси называются донорами атомов, потому что в их естественном состоянии на один валентный электрон больше, чем силикон делает. И поэтому, когда они добавляются в решетку кремния, они эффективно отдают этот избыточный электрон решетка.

Нам сказали, что это левая сторона решетка называется n-стороной, поэтому мы можем пометить ее так сверху. Тогда, если мы посмотрим на правую сторону нашей кремниевой решетки, нам говорят, что она тоже была легирована, но на этот раз с акцепторные атомы. Это атомы, которые сами по себе имеют на один валентный электрон меньше, чем кремний. И поэтому, когда они добавляются в структуру решетки они создают вакансию или электронную дырку. Причина, по которой их называют акцепторами атомов потому, что они склонны принимать свободные электроны в эти дырки. Эта правая сторона является p-стороной полупроводник. Зная, что p-сторона и n-стороны имеют одинаковый размер и имеют одинаковую концентрацию ионов, и что наша Полупроводник в целом находится в тепловом равновесии, давайте теперь перейдем к нашему вопрос.

Первая часть нашего вопроса спрашивает, к какой стороне решетки будут стремиться свободные электроны. диффузия? И затем во второй части говорится, в сторону с какой стороны решетки дырки будут стремиться двигаться за счет диффузии? Итак, учитывая это в первую очередь часть о движении свободных электронов в нашем полупроводнике мы узнали ранее что это левая сторона полупроводника, n-сторона, которая имеет то, что называются донорными атомами. Мы видим эти атомы здесь и здесь. Это атомы фосфора.

Причина, по которой атомы этих люминофоров называются донорами, заключается в том, что, хотя кремний естественным образом имеет четыре электрона в своей валентности оболочке, у атома фосфора есть еще на один, пять, а это значит, что при этих атомы фосфора вставлены в нашу решетку, каждый вносит дополнительный вклад, мы можно было бы назвать его электроном, на один больше, чем атомы кремния, которые они заменили. Эти дополнительные электроны разделены из атомов фосфора и начинают свободно перемещаться внутри n-стороны нашего полупроводник.

Итак, когда дело доходит до свободные электроны будут двигаться, теперь мы знаем, с какой стороны они начнут движение. Они начнутся на n-стороне, вклад этих донорных атомов фосфора. Отрицательно заряженные электроны тянутся к положительным зарядам, и оказывается, что мы можем найти такие положительные заряды на стороне p. Здесь вместо легирования нашего кремния решетка с фосфором, мы сделали с бором. Бор отличается от кремния тем, что что у него всего три валентных электрона, на один меньше, чем у кремния. Итак, когда эти атомы бора заменить кремний в решетке, можно сказать, что в их решетке отсутствует один электрон. валентной оболочки.

Эти вакансии известны как дыры, и они имеют эффективный положительный заряд. И это только то, что бесплатно к ним притягиваются электроны. Итак, на стороне n мы видим это свободный электрон вот здесь и вот этот, по одному от фосфора атомы. И мы знаем, что эти отрицательные заряженные объекты будут притягиваться к положительно заряженным отверстиям вот здесь на стороне p. Итак, это наш ответ на первый часть нашего вопроса.

А теперь давайте подумаем о вторая часть, которая спрашивает, к какой стороне решетки дырки будут стремиться двигаться диффузия? Ну прям как негатив бесплатно электроны притягиваются к положительным дыркам, поэтому положительные дырки будут притягиваться к отрицательные свободные электроны. Таким образом, отверстия начинаются на сторона p, правая сторона, будет обращена влево, и это, как мы видели, является n-стороной. В результате диффузии дырки будут обращено к n-стороне или левой стороне нашей решетки.

Подведем итог тому, что у нас есть узнал о полупроводниковых диодах. На этом уроке мы видели, что когда Полупроводники p-типа и n-типа соединены вместе, они создают p-n-диод. На диодном переходе место там, где встречаются полупроводники p- и n-типа, создается обедненная область, в котором нет ни дырок, ни свободных электронов. И, наконец, мы видели, что когда диод помещается в цепь, он либо позволяет потоку заряда, что называется прямым предвзятым или предотвращает его, что называется обратным смещением. Таким образом, диод работает как клапан. Это краткое изложение полупроводников диоды.

Полупроводниковый диод – определение, символ и характеристики

Полупроводник, как следует из названия, представляет собой элемент, обладающий частичной проводимостью. Полупроводник не подходит ни под категорию проводников, ни под категорию изолятора. Как правило, для достижения наилучших результатов в полупроводник всегда добавляют некоторые примеси. Этот процесс обычно называют легированием. В зависимости от типа примеси полупроводники подразделяются на два типа: а) полупроводник р-типа (положительно заряженный) и б) полупроводник n-типа (отрицательно заряженный). Полупроводники P- и N-типа имеют ограниченное применение, когда они используются изолированно. Но когда мы совместно используем полупроводники p- и n-типа, это называется p-n переходом.

Когда p-n переход подключен к какому-либо внешнему источнику напряжения, например, к батарее, полная установка будет называться полупроводниковым диодом. Несмотря на то, что вся установка является двухполюсной, прохождение тока является однонаправленным.

Типы полупроводников

Полупроводники подразделяются на две группы в зависимости от используемого соединения:

• Полупроводниковый диод Прямое смещение: Хорошо известно, что у батареи есть две клеммы — положительная клемма и другая. отрицательный. Таким образом, когда конец полупроводника N и P фиксируется с отрицательной и положительной сторонами батареи, соответственно, установка представляет собой прямое смещение полупроводникового диода. Так как отрицательный экстремум будет отгонять свободные электроны в передней части перехода, а Р-конец полупроводника будет толкать дырки, они сольются в месте перехода. Но свободные электроны, выходящие из батареи, будут проникать в N-область, а валентные электроны покидать P-область, создавая таким образом движение тока.

• Обратное смещение полупроводникового диода: Как следует из названия, это просто противоположная концепция прямого смещения. Теперь сторона N полупроводника прикреплена к положительному концу батареи. Вся эта установка известна как обратное смещение полупроводникового диода. Электроны, возникающие со стороны N полупроводника, будут направлены вдоль положительного полюса батареи. Отрицательная клемма отодвинет отверстия от соединения. Дырки и электроны никогда не встречаются на стыке, и в этой установке возникает засорение тока. Как видим, при обратном смещении ток большей части не течет. Вместо этого в этой ситуации имеет место обратный ток из-за неосновных носителей.

(изображение скоро будет загружено)

Символ цепи

Существуют определенные символы, используемые для обозначения электрической цепи. Следуя приведенным выше обсуждениям, мы можем создать символ полупроводникового диода. Он представлен как:- 

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Характеристики полупроводникового диода

Существует графическое представление напряжения и тока, применяемое в случае прямого смещения полупроводникового диода и обратного смещения полупроводникового диода. Когда прямое смещение увеличивается, мы также наблюдаем линейное увеличение тока до стабильного напряжения, называемого коленным напряжением. Но после этого напряжения ток меняется нелинейно.

Как известно, обратный ток не зависит от обратного смещения. Скорее этот ток зависит от температуры перехода. Подсчитано, что ток увеличивается на 7% на каждый градус повышения температуры.

Пробой Зенера

Если обратное смещение значительно увеличивается, электрическое поле также расширяется, что, в свою очередь, создает огромное количество электронов и дырок. Он определяется как пробой Зенера.

Динамическое сопротивление

Объясняется как отношение незначительных изменений напряжения к отношению незначительных изменений тока. Выражается в форме rd. Следовательно, численное выражение сопротивления напряжению равно r _d = \[\frac {\Delta V} {\Delta I}\]

Числовой: Диод в цепи делается постоянным. Напряжение падает на 0,5 В, а максимальная отмеченная мощность составляет 100 мВт. Каким должен быть резистор R, включенный последовательно с этим диодом?

Решение: Ток, протекающий через диод, I = \[\frac {Power} {Voltage}\] 9-3)} {0,5 В}\]

 (как мы знаем, 1 мВт = 10-3 Вт)

= 0,2 А

Сопротивление = Напряжение сети/ток \[\frac {Напряжение сети} {Ток}\]

= \[\frac { (1,5−0,5)} {0,2}\]

 = 5 Ом.

Устройства из полупроводников очень облегчили нам жизнь. Существуют различные типы диодов, такие как полупроводниковый диод, которые используются во многих устройствах. Таким образом, для нас становится важным, чтобы мы знали об этих устройствах в деталях. Мотив этой статьи тот же, т.е. она предназначена для того, чтобы дать вам подробные сведения о полупроводниковом диоде. Вы сможете изучить определение полупроводникового диода, его различные характеристики и его символ.

Диод

Диод — это полупроводниковый прибор, состоящий в основном из кремниевых компонентов. Анод, который по своей природе положительный и имеет много отверстий, расположен рядом с катодом, который заряжен отрицательно и содержит много электронов. В этой точке образуется обедненная область без дырок и электронов. Положительное анодное напряжение приводит к тому, что область истощения становится небольшой, что позволяет протекать току; отрицательное анодное напряжение приводит к тому, что область обеднения становится большой, что препятствует протеканию тока.

Диод — это электрический компонент с двумя выводами, который проводит электричество в основном в одном направлении. Он имеет сильное сопротивление на одном конце и низкое сопротивление на другом.

Для ограничения напряжения в цепях или для преобразования переменного тока в постоянный используются диоды. Они также служат для защиты цепей. Наиболее распространенными полупроводниками, используемыми для изготовления диодов, являются кремний и германий. Хотя они оба транспортируют электроэнергию одинаково, однако то, как они это делают, различается. Диоды доступны в различных формах и размерах, каждый из которых имеет свой собственный набор применений.

Конструкция диода

Двумя полупроводниковыми материалами, которые можно использовать для изготовления диодов, являются кремний и германий. Когда анодное напряжение превышает катодное и диод легко проводит ток с минимальными потерями напряжения, говорят, что он смещен в прямом направлении. Когда напряжение на катоде превышает напряжение на аноде, говорят, что диод смещен в обратном направлении. Направление обычного тока показано стрелкой на символе.

Символ диода

Анод и катод — это две клеммы диода. Анод представлен стрелкой. В условиях прямого смещения анод представляет традиционное направление тока. Катод представлен вертикальной полосой.

Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых и важных диодов:

Туннельный диод

Из-за квантово-механического процесса, известного как туннелирование, туннельный диод (также известный как диод Эсаки) имеет практически нулевое сопротивление. В туннельных диодах PN-переход сильно легирован и имеет ширину около 10 нм. Электронные состояния зоны проводимости n-стороны более или менее выровнены с уровнями дырок валентной зоны p-стороны, что приводит к нарушению запрещенной зоны.

Стабилитрон

Наиболее ценным диодом является диод Зенера, который обеспечивает постоянное опорное напряжение.