Будова та принцип роботи діода
Діод – найпростіший напівпровідниковий прилад, який можна зустріти сьогодні на друкованій платі будь-якого електронного пристрою. Залежно від внутрішньої структури і технічних характеристик, діоди класифікуються на наступні види: універсальні, випрямні, імпульсні, стабілітрони, тунельні діоди і варикапи. Застосовуються діоди для випрямлення, обмеження напруги, детектування, модуляції і т. п. – в залежності від призначення пристрою, в якому застосовуються.
Основа діода – p-n-перехід, сформований напівпровідниковими матеріалами з двома різними типами провідності. До кристалу діода приєднані два кінця, звані катод (електрод зі знаком мінус) і анод (електрод зі знаком плюс). На стороні анода знаходиться область напівпровідника p-типу, а на стороні катода – область n-типу. Цей пристрій діода забезпечує йому унікальну властивість – він проводить струм лише в одному (прямому) напрямку, від анода – до катода. У зворотному напрямку звичайний справний діод струм не проводить.
В області анода (p-типу), основними носіями заряду є позитивно заряджені дірки, а в області катода (n-типу) – негативно заряджені електрони. Сторони діода є контактні металеві поверхні до яких і припаяні провідники.
Коли діод проводить струм в прямому напрямі, це означає що він знаходиться у відкритому стані. Якщо струм через p-n-перехід не йде, значить діод закритий. Таким чином, діод може перебувати в одному з двох стійких станів: у відкритому або закритому.
Включивши діод в ланцюг джерела постійної напруги, анодом до плюсової клеми, а катодом – до мінусової, отримаємо зсув p-n-переходу в прямому напрямку. І якщо напруга джерела виявиться достатньою (для кремнієвого діода вистачить 0, 7 вольт), то діод відкриється і почне проводити струм. Величина цього струму буде залежати від величини прикладеної напруги і від внутрішнього опору діода.
Чому діод переходить в провідний стан? Тому що при правильному включенні діода, електрони з n-області, під дією ЕРС джерела, рухатимуться до його позитивного електрода, назустріч діркам з p-області, які тепер рухатимуться в бік негативного електрода джерела, назустріч електронам.
На кордоні областей (на самому p-n-переході) в цей час відбувається рекомбінація електронів і дірок, їх взаємне поглинання. А джерело буде змушене безперервно постачати нові електрони і дірки в область p-n-переходу, збільшуючи їх концентрацію.
А що трапиться якщо діод включити навпаки, катодом до плюсової клеми джерела, а анодом – до мінусової? Дірки і електрони розбіжаться в різні боки – до кінців – від переходу, і в центральному місце переходу виникне зона збіднена носіями заряду – потенційний бар`єр. Струм обумовлений основними носіями заряду (електронами і дірками) просто не виникне.
Але кристал діода не ідеальний, в ньому крім основних носіїв заряду присутні ще й неосновні носії заряду, які і створять дуже незначний зворотний струм діода, вимірюваний в мікроамперах. Але діод в даному стані закритий, так як p-n-перехід його зміщений у зворотному напрямку.
Напруга, при якому діод переходить з закритого стану у відкрите, називається прямою напругою діода, яка по суті є падінням напруги на p-n-переході. Опір діода струму в прямому напрямку не постійний, він залежить від величини струму через діод і має розмір близько кільком ом. Напруга зворотної полярності, при якому діод закривається, називається зворотною напругою діода. Зворотний опір діода в цьому стані вимірюватиметься тисячами ом.
Очевидно, діод може переходити з відкритого стану в закритий і назад при зміні полярності прикладеної до нього напруги. На цій якості діода заснована робота випрямляча. Так, в ланцюзі синусоїдального змінного струму діод буде проводити струм лише під час позитивної напівхвилі, а під час негативної – буде замкнений.