Анод диода: как определить, где у диода плюс и минус по обозначениям на схеме, внешнему виду и подаче тока

Анод — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Анод — диод

Cтраница 1


Анод диода через колебательный контур соединен с нижним по схеме концом сопротивления нагрузки R, имеющим отрицательный потенциал выходного напряжения.  [2]

Анод диода соединен с положительным концом нити накала через сопротивление 5 1 ком; напряжение остальных электродов равно нулю.  [3]

Анод диода через сопротивление 1 ком соединен с положительным концом нити накала.  [4]

Анод диода Д2 подсоединяется к выходу через катодный повторитель / С с коэффициентом усиления, близким к единице.  [6]

Аноды диодов VD2, VD4 через резистор R4 соединены с общей шиной блока питания.

Выпрямленное пульсирующее напряжение положительной полярности через ограничительный резистор R37 поступает на тиристорный стабилизатор. Стабилизация выходного напряжения в этом устройстве осуществляется за счет регулирования фазы включения тиристора в течение полуволны поступающего на его анод питающего напряжения так, чтобы на фильтрующем конденсаторе С43 поддерживалось напряжение на уровне 130 В.  [8]

Анод диода обычно имеет форму цилиндра или плоского параллелепипеда. В первом случае катод выполняется в вида нити или же имеет цилиндрическую форму, но меньшего диаметра, и помещается внутри анода. В диодах плоской конструкции катод чаще всего изготовляется из тонкой проволоки в форме букв V или W и укрепляется внутри анода на оттяжках. В диодах применяются как подогревные катоды, так и катоды прямого накала.  [9]

Анод диода обычно имеет форму цилиндра или параллелепипеда. В первом случае катод выполняется в виде нити или же цилиндрической формы, но меньшего диаметра, и помещается внутри анода. В диодах плоской конструкции катод чаще всего изготавливается в форме букв V или W и укрепляется внутри анода на специальных оттяжках. В диодах применяются как подогревные катоды, так и катоды прямого накала.  [10]

Анод диода соединен с катодом через некоторый резистор. В диоде протекает небольшой начальный ток.  [11]

Аноду диода чаще всего придают форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод.  [12]

Аноду диода чаще всего придают форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод.  [14]

На анод диода

подается большой положительный потенциал; не заземлен катод диода.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Как найти анод диода?

Как найти анод диода?

В случае исправного диода, когда он проводит ток, смотрим на клеммы прибора, тот вывод диода, что подключен к положительному выводу тестера, является анодом диода, а тот, что к отрицательному — катодом диода. Проверка диодов очень похожа на проверку транзисторов.

Как определить анод и катод в гальваническом элементе?

где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || — солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.

Что такое катод в гальваническом элементе?

Катодом в гальваническом элементе является положительно заряженный электрод. Суммарное уравнение реакции, протекающей в медно-цинковом

гальваническом элементе, можно представить так: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu. Фактически протекает реакция замещения меди цинком в ее соли.

Какие процессы происходят в гальваническом элементе?

В гальваническом элементе помимо процессов окисления анода и восстановления катионов на катоде, а также перемещения электронов от анода к катоду (возникновение электрического то- Page 8 8 ка), происходит направленное перемещение ионов по электролити- ческому ключу или через полупроницаемую мембрану от катода к аноду.

Какой процесс происходит на катоде?

На катоде протекают процессы восстановления. Положительно заряженный электрод, к которому движутся анионы, называется анодом. На аноде протекают процессы окисления. При электролизе водных растворов в реакции могут участвовать не только ионы электролита, но и молекулы воды.

Что происходит на аноде при электролизе?

При электролизе растворов щелочей и солей кислородсодержащих кислот на аноде

выделяется кислород. Таким образом, в процессе электролиза водного раствора хлорида натрия на аноде выделяется хлор, на катоде – водород, а в растворе образуется гидроксид натрия. … На аноде происходит окисление воды.

Как происходит электролиз расплавов?

На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются, на аноде анионы отдают электроны и окисляются. Этот процесс называют электролизом. Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Что такое электролиз как он происходит?

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.

В чем особенность электролиза расплавов?

Особенности электролиза расплавов В расплаве электролит непосредственно подвергается воздействию электрического тока. Металл всегда образуется на катоде, а продукт анода зависит от природы вещества. … У бескислородной соли на аноде окисляется анион – кислотный остаток, а у кислородосодержащей – окисляется кислород.

В чем различие электролиза расплава и раствора?

Чем отличается электролиз расплавов от электролиза водных растворов? В процессе электролиза раствора на катоде может восстанавливаться либо металл, либо вода, а на аноде — либо анион, либо вода. В процессе электролиза расплава на катоде всегда восстанавливается металл, а на аноде анион.

Что такое электролиз простыми словами?

Электролиз – это окислительно-восстановительные реакции протекающие на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. … Анионы движутся к положительному электроду (аноду) и окисляются на нем, отдавая электроны.

Что является носителем тока в электролите?

В электролитах носителями заряда являются ионы. В растворах и расплавах электролитов

часть электрически нейтральных молекул распадается на заряженные частицы с разным знаком заряда — свободные ионы. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные — анионами.

Что подвергается электролизу?

1. Электролизу подвергаются расплавы и растворы электролитов. 2. При электролизе химическая реакция осуществляется за счет энергии электрического тока, подводимой извне.

В чем разница между растворами и расплавами?

1. Расплав раствора — жидкое расплавленное состояние вещества при температурах в определённых границах, удалённых от критической точки плавления и расположенных между температурами плавления и кипения. … Во-первых, растворы, в отличии от расплавов, кроме вещества содержат еще и воду.

Какие процессы окисление или восстановление протекают на катоде и аноде при электролизе?

Электролиз — окислительно-восстановительные реакции, проходящие на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. На отрицательном электроде (катоде) происходит процесс восстановления

, на положительном (аноде) — процесс окисления.

Что является главным продуктом электролиза расплава?

Главным продуктом электролиза расплава является металл (всегда катион).

Как выражается и как формулируется второй закон Фарадея?

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента или вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента или вещества.

В чем заключается закон Фарадея?

Закон гласит: Для любого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой со знаком минус. или другими словами: Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Сколько законов Фарадея?

Фарадей, проводя реакцию электролиза разных веществ, вывел два закона. Согласно первому закону, масса вещества, осевшего на электрод, прямо пропорциональная количеству электричества, пропущенного через электролит: m = kq.

Как записывают и формулируют объединенный закон Фарадея для электролиза?

Первый закон: масса m вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна количеству электричества (заряду Q), прошедшего через электролит: m = kQ, где k — коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом вещества и зависящий от природы вещества.

Что называют постоянной Фарадея для электролиза?

В единицах Международной системы единиц (СИ) постоянная Фарадея в точности равна F = Кл/моль. Физический смысл постоянной Фарадея: электрический заряд 1 моля электронов (или других однозаряженных частиц). …

Что такое электрохимический эквивалент и химический эквивалент?

Электрохимический эквивалент (устар. электролитический эквивалент) — количество вещества, которое должно выделиться во время электролиза на электроде, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества. Электрохимический эквивалент измеряется в кг/Кл.

Как можно определить заряд электрона?

Заряд электрона может быть определен по формуле: полученной из закона Фарадея для электролиза. Здесь m — масса выделившегося на электроде вещества, М — молярная масса вещества, n — валентность этого вещества, NA — постоянная Авогадро, I — сила тока, прошедшего через раствор электролита, t -время прохождения тока.

Как вычисляется заряд электрона или одновалентного иона?

Заряд электрона можно вычислить следующим образом: NA/N=Vµ/V, где V – объем выделившегося водорода, N – число молекул выделившегося водорода, NA – число Авогадро, Vµ – молярный объем водорода. Отсюда N=NAV/Vµ. Заряд одновалентного иона, т. е.

Чему равно численное значение заряда электрона?

Электро́н — легчайшая стабильная отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Заряд электрона равен −1,×10−19 Кл (или −4,×10−10 ед.

Кто определил заряд электрона?

Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в электрохимии был предложен Дж. Дж. Стоуни в 1894 году (сама единица была введена им в 1874 году).

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.

  *  *  *

  • Телеграм   
  • YouTube   

© 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.

baw56m3.rev0

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > поток приложение/pdf

  • ON Semiconductor
  • baw56m3.rev0
  • 2009-01-26T10:26:15-07:00BroadVision, Inc.2020-10-28T14:23:28+08:002020-10-28T14:23:28+08:00Acrobat Distiller 8.1.0 (Windows)uuid: 7315d5af-90c3-4bab-a8c8-3e3ebea52980uuid:b468554c-3f97-404c-8dce-af9938b53ab7 конечный поток эндообъект 4 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > поток HUnFȯGֻ˽( qH6″#K;Kґ9s̐h ;`8N(v`cD’@fD+֑/:;ʣ6R>DD H:|NQK .?0F&[h5vpl`& ANN5O}ggf$pV(mM2F

    yzؾ{_1C!&hȒ]cG.*mqcm1cW=STdk뙠,佑@ɰ&[)CMk:ol1Ꙟ&sR ө)IW8¯gʗve|Mryr r wFQ8T哑Qyd_

    Диодный ток: функциональность и характеристики

    Ключевые выводы

    ● Узнайте о функциях диодов.

    ● Получите более полное представление о характеристиках протекания тока через диоды.

    ● Узнайте, как изменения смещения диодов определяют, работают ли они как изоляторы или проводники.

     

    Смещение диода влияет на протекание тока.

    По сравнению с множеством электронных компонентов, с которыми мы сталкиваемся в области электроники, диод является относительно простым компонентом. По сути, диод — это компонент, который позволяет току течь в одном направлении и блокирует его в другом направлении. Диоды позволяют току течь в одном направлении без влияния какого-либо импеданса, полностью блокируя весь поток тока в другом. Кроме того, существует четкое обозначение между этими двумя состояниями работы.

    Диод

    Как уже говорилось, ток, протекающий через диод, может течь только в одном направлении, и мы называем это состояние прямым смещением. Поскольку ток может течь только в одном направлении (прямое смещение), мы неофициально считаем диоды односторонними электронными вентилями. Если напряжение на диоде отрицательное, ток не течет; таким образом, идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.

    Типичные диоды могут находиться в прямом или обратном смещении. В электронике мы определяем смещение или смещение как метод установления набора токов или напряжений в различных точках электронной схемы, чтобы установить надлежащие условия работы в электронных компонентах.Хотя это упрощенная версия ответа, в целом она верна.

    Диод представляет собой электронный компонент, состоящий из полупроводникового материала P-типа и N-типа; мы называем p-n переход. Он также имеет выводы, подключенные к этим двум концам, что упрощает внедрение практически в любую электронную схему.

    Функциональность диода

    Мы называем вывод, прикрепленный к полупроводнику N-типа, катодом. Таким образом, катод является отрицательной стороной диода.Напротив, мы называем вывод, подключенный к полупроводнику P-типа, анодом, что делает его положительной стороной диода.

    Когда мы подключаем источник напряжения к диоду так, что положительная сторона источника напряжения соединяется с анодом, а отрицательная сторона соединяется с катодом, диод действует как проводник, позволяя течь току. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это прямым смещением.

    Однако, если мы реверсируем это направление напряжения, т.е., подключите отрицательную (-) сторону к аноду и положительную (+) сторону к катоду, ток не будет течь. В это время диод действует как изолятор. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это обратным смещением.

    Примечание. Хотя при прямом смещении ток течет, а при обратном — нет, существует максимальный предел уровня тока, который диод может эффективно блокировать.

    Две области диода

    Мы кратко обсудили две полупроводниковые области в диоде (P и N).Однако также важно различать стороны или полупроводниковые области.

    Во-первых, о символе, который схематически изображает диод, катод находится справа, а анод — слева. Анодную сторону условного обозначения, как правило, рассматривают как стрелку, изображающую стандартное направление протекания тока, т. е. от положительного (+) к отрицательному (-). Следовательно, диод допускает протекание тока в направлении стрелки. А затем рассмотрите вертикальную линию на стороне катода как огромный знак минус (-), показывающий, какая сторона диода является отрицательной для прямого смещения.

    Функциональность протекания тока через диод

    Стандартному диоду требуется определенное прямое напряжение, прежде чем он позволит протекать току. Как правило, указанное количество напряжения, которое требуется диоду, прежде чем позволить протекать току, составляет минуту. Обычно это 0,5 вольта. Пока он не достигнет этой величины напряжения, ток не будет течь. Однако при достижении прямого напряжения ток легко протекает через диод.

    Мы называем этот минимальный порог напряжения в прямом направлении прямым падением напряжения на диоде.Причина этого в том, что цепь теряет или падает это напряжение на диоде. Мы можем проверить это, используя мультиметр и измерив выводы диода, когда он находится в прямом смещении. Полученное показание будет прямым падением напряжения на диоде.

    Для дополнительной иллюстрации мы можем использовать приведенную выше принципиальную схему. Когда мы используем мультиметр для измерения на клеммах лампы, напряжение будет представлять собой разницу между напряжением батареи (12 вольт) и прямым падением напряжения на диоде в цепи.Например, если прямое падение напряжения на нашем диоде составляет 0,8 вольта, а напряжение батареи точно равно 12 вольтам, то напряжение на лампе будет 11,2 вольта.

    Характеристики диода

    Диод имеет максимальное обратное напряжение, которое он может выдержать до того, как выйдет из строя, что позволяет протекать обратному току через диод. Мы называем это обратное напряжение пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением. Кроме того, это важная характеристика диода с точки зрения функциональности схемы.Крайне важно, чтобы ни один диод в вашей схеме не подвергался напряжению, превышающему этот предел.

    Наряду с номинальным значением PIV и прямого падения напряжения диод также получает максимальный номинальный ток. Как следует из этого рейтинга, это пиковый рабочий ток диода, и его превышение приведет к непоправимому повреждению диода и, возможно, всей схемы.

    Диод как компонент является относительно простым, но он обеспечивает функциональность двух различных компонентов в одном.Широкий спектр приложений для диода включает практически бесконечный список приложений для электрических устройств. Таким образом, диод является действительно адаптивным компонентом, который дает разработчикам оптимальный контроль над тем, какую функцию диод будет играть в их схемотехнике.

    Набор диодов различных форм и размеров, но все они имеют одинаковые характеристики протекания тока.

    Для успешного внедрения диода в вашу конструкцию с соответствующими характеристиками протекания тока через диод необходимо использовать высококачественное программное обеспечение для проектирования и анализа печатных плат.Allegro от Cadence — одно из таких программ с множеством надежных функций для компоновки, а также тестирования и моделирования.

    Если вы хотите узнать больше о том, какое решение предлагает Cadence, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Чтобы посмотреть видео по связанным темам или узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа, подпишитесь на наш канал YouTube.

     

    Диод

    Обзор

    Диод — это электронный компонент с двумя выводами, который проводит электричество только в одном направлении.Термин обычно используется для обозначения полупроводникового диода . Действительно, диоды были первыми электронными компонентами, изготовленными из полупроводниковых материалов (в настоящее время в основном используется кремний, хотя в некоторых приложениях также используется германий). Направление, в котором диод пропускает ток, известно как прямое направление диода . В другом направлении (известном как обратное направление диода ) диод предотвращает протекание тока.Полупроводниковый материал в диоде состоит из двух смежных областей , каждая из которых была «легирована» химическими примесями для придания ей определенных электрических характеристик.

    Одна из областей содержит большое количество носителей отрицательного заряда (свободных электронов) и называется полупроводниковым материалом n-типа . Другая область характеризуется отсутствием электронов (часто называемых «дырками») во многих химических связях между атомами внутри области.Эти отверстия действуют как носители положительного заряда , и эта область упоминается как полупроводниковый материал p-типа . Один вывод диода, известный как катод , подключен к области n-типа. Другой вывод, известный как анод , подключен к области р-типа. Электроны текут от катода к аноду. Обычный ток, конечно, течет в противоположном направлении, поэтому обычный ток течет из диода через катод.Сама природа диода означает, что он должен быть правильно подключен к цепи. По этой причине большинство дискретных диодных компонентов маркируются таким образом, чтобы можно было идентифицировать катод (обычно полосой, окрашенной в черный или белый цвет). Типичный диод вместе с символом на принципиальной схеме показан ниже. Обратите внимание, что направление стрелки на символе схемы указывает направление обычного тока, протекающего через диод.


    Типичный диод и его условное обозначение на принципиальной схеме


    В двух схемах, показанных ниже, типичный диод включен последовательно с лампой и батареей.В левостороннем варианте положительный полюс батареи соединен с анодом диода, так что обычный ток будет течь в направлении, указанном стрелкой (т. е. от анода к катоду). Свойства диода означают, что он пропускает ток в этом направлении, и лампа загорается. В правостороннем варианте батарея подключена наоборот, т.е. ее отрицательный полюс подключен к аноду диода. Диод не будет проводить ток в этом направлении, поэтому ток в цепи не течет и лампа не горит.


    Диод пропускает ток только в одном направлении


    Свойства полупроводниковых материалов

    Чтобы помочь вам понять, как работает диод, мы попытаемся объяснить свойства полупроводниковых материалов, начав с рассмотрения природы связей, образующихся между атомами, из которых состоят различные материалы.Первое, что нужно понять, это то, что для каждого элемента в периодической таблице будет определенное количество электронов на орбите вокруг ядра атома. Число электронов, вращающихся вокруг атома, будет разным для каждого элемента, но во всех случаях атомы будут располагаться на одной или нескольких орбитах, известных как оболочки . Каждая оболочка требует определенного количества электронов, чтобы считаться завершенной, а электроны в самой внешней оболочке атома известны как валентных электронов.Именно эти валентные электроны придают атому его электрические свойства, которые, в свою очередь, определяют, как атом может соединяться с другими атомами. Валентные электроны образуют ковалентных связей с валентными электронами других атомов. В твердых телах атомы обычно объединяются в регулярно повторяющуюся трехмерную структуру, известную как кристаллическая решетка . Полупроводниковые материалы, такие как кремний или германий, имеют четыре валентных электрона. Структура атома кремния показана ниже.


    Модель атома кремния (слева) и в упрощенном виде (справа)


    На внешней оболочке атома кремния четыре электрона. Чтобы оболочка была полной (и, следовательно, стабильной), внешней оболочке потребовалось бы восемь электронов. В структуре кристаллической решетки кремния каждый валентный электрон связан с соседним атомом кремния, образуя четыре ковалентные связи, как показано ниже.Таким образом, каждый атом имеет «половинную долю» восьми валентных электронов. Такое количество валентных электронов придает кристаллической решетке очень стабильную структуру, а также затрудняет выход электронов из атомов. В результате полупроводниковые элементы, такие как кремний и германий, в чистом виде являются очень хорошими изоляторами. Структура кристаллической решетки чистого полупроводникового материала показана ниже.


    Ковалентные связи в кристаллической решетке


    При нормальных температурах атомы внутри кристаллической решетки будут вибрировать, вызывая разрыв некоторых ковалентных связей и высвобождая валентные электроны.Когда электрон таким образом разрывает свою связь, во внешней оболочке атома, откуда он появился, создается область положительного заряда (называемая дыркой ), как показано ниже. Атом становится положительным ионом . Дырку можно рассматривать как положительный заряд, равный по величине отрицательному заряду электрона. Свободные электроны внутри полупроводникового материала будут притягиваться к дыркам из-за их противоположного (положительного) заряда, и если электрон падает в дырку и заполняет ее, ион снова становится нейтральным атомом.


    Кристаллическая решетка кремния со свободным электроном и дыркой


    Когда батарея подключена к чистому полупроводниковому материалу, она притягивает свободные электроны внутри кристаллической структуры к положительной клемме и поставляет больше свободных электронов к отрицательной клемме. Свободные электроны от разорванных ковалентных связей движутся через полупроводник, «перескакивая» с одной дырки на другую по направлению к положительному выводу, в результате чего это выглядит так, как будто положительно заряженные дырки движутся к отрицательному выводу.Ток, протекающий в чистом полупроводниковом материале, очень мал, и его можно представить как потоки свободных электронов и дырок, идущие в противоположных направлениях, как показано ниже. Этот поток тока называется собственной проводимостью , потому что носители заряда (свободные электроны и дырки) исходят из самого материала. Степень проводимости также зависит от температуры, поскольку ковалентные связи легче разрываются при повышении температуры, создавая больше свободных электронов и дырок и уменьшая сопротивление полупроводникового материала.


    Течение тока в собственном полупроводнике


    Использование полупроводниковых материалов для создания таких устройств, как диоды, требует увеличения проводимости материала. Этого можно достичь, добавляя примеси в полупроводник контролируемым образом — процесс, известный как легирование . Легированный полупроводниковый материал известен как внешний полупроводник , потому что добавленные к нему примеси вводят дополнительные носители заряда.Материалы, используемые в процессе легирования, должны быть тщательно выбраны. Они должны иметь атомы примерно того же размера, что и атомы кремния или германия, которые они заменяют, чтобы иметь возможность вписаться в кристаллическую решетку. Они также должны иметь правильное количество валентных электронов для достижения желаемого результата, который заключается в увеличении количества носителей отрицательного заряда (электронов) или носителей положительного заряда (дырок).

    Чтобы создать полупроводник с большим количеством отрицательных носителей заряда (известный как полупроводник n-типа ), чистый полупроводниковый материал легируют таким материалом, как фосфор, который имеет пять валентных электронов (и, таким образом, называется быть пятивалентным ).На приведенной ниже диаграмме показано, что происходит, когда атом фосфора вводится в решетку кристалла кремния. Четыре его валентных электрона образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния, но пятый валентный электрон не способен образовать связь и, таким образом, не связан прочно с молекулярной структурой кристаллической решетки. Этот «запасной» электрон способен относительно легко перемещаться внутри кристаллической структуры и, следовательно, доступен для проводимости. Атом примеси называется донорным атомом , потому что он предоставляет электрон для проводимости.


    Структура кристаллической решетки кремния n-типа


    «Нечистый» кремний представляет собой полупроводник n-типа, поскольку основных носителей заряда представляют собой отрицательно заряженные электроны (обратите внимание, что общий заряд в кристалле остается нулевым, поскольку каждый атом в структуре остается электрически нейтральным). К кремнию (или германию) добавляется нужное количество примесных атомов для получения необходимого увеличения проводимости.Несколько положительно заряженных дырок останутся в материале n-типа и будут действовать как собственные носители заряда. Эти отверстия образуются при разрыве ковалентных связей между атомами кремния. Из-за относительно небольшого количества присутствующих дырок по сравнению с количеством свободных электронов в материале их называют неосновными носителями . На приведенной ниже диаграмме показана проводимость в полупроводнике n-типа.


    Основными носителями заряда в материале n-типа являются электроны.


    Чтобы создать полупроводниковый материал, в котором основными носителями заряда являются положительно заряженные дырки (известный как полупроводник p-типа ), кремний или германий легируют с использованием материала, такого как бор, который имеет три валентных электрона (и, таким образом, называется трехвалентным ).На приведенной ниже диаграмме показано, что происходит, когда атом бора вводится в решетку кристалла кремния. Три его валентных электрона образуют ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния. Связь между атомом бора и четвертым атомом кремния остается незавершенной, а дырка действует как положительный заряд, который может захватить свободный электрон, движущийся через кристаллическую решетку. Атом примеси называется акцепторным атомом , потому что он легко примет электрон, чтобы завершить свою связь с атомом кремния.


    Структура кристаллической решетки кремния p-типа


    «Нечистый» кремний представляет собой полупроводник p-типа, поскольку большинство носителей заряда представляют собой положительно заряженные дырки (обратите внимание, что, как и в случае с материалом n-типа, общий заряд в кристалле остается нулевым, поскольку каждый атом в структуре остается электрически нейтральным) . К кремнию (или германию) добавляется нужное количество примесных атомов для получения необходимого увеличения проводимости.Несколько отрицательно заряженных электронов останутся в материале p-типа и будут действовать как собственные носители заряда. Эти электроны освобождаются при разрыве ковалентных связей между атомами кремния. Из-за относительно небольшого количества присутствующих электронов по сравнению с количеством дырок в материале именно электроны теперь становятся неосновными носителями. Обратите внимание, что как для полупроводниковых материалов n-типа, так и для p-типа повышение температуры увеличит количество неосновных носителей, присутствующих в материале, потому что ковалентные связи между атомами кремния (или германия) легче разрушаются.На приведенной ниже диаграмме показана проводимость в полупроводнике p-типа.


    Основными носителями заряда в материале p-типа являются дырки.


    p-n переход

    Работа многих полупроводниковых устройств, в том числе диодов, зависит от эффектов, возникающих на переходе между полупроводниковыми материалами n-типа и p-типа (p-n переход ).Такое соединение, которое может быть сформировано в одной и той же структуре непрерывной кристаллической решетки с использованием соответствующих методов легирования, показано ниже. Как только соединение создано, свободные электроны в материале n-типа вблизи соединения могут перемещаться через соединение (посредством процесса, известного как диффузия ) в материал p-типа, где они занимают дырки. В результате этого процесса диффузии область n-типа вблизи перехода становится положительно заряженной из-за потери электронов, а область p-типа на другой стороне перехода становится отрицательно заряженной из-за присоединения электронов.В то же время дырки, по-видимому, диффундируют через переход в противоположном направлении (на самом деле они создаются в области n-типа в результате миграции электронов в область p-типа), и эти дырки могут захватывать любые оставшиеся свободные электроны. в непосредственной близости.


    Электроны и дырки вблизи перехода мигрируют через него.


    Движение носителей отрицательного и положительного заряда через переход довольно быстро прекращается, так как увеличение отрицательного заряда в материале p-типа препятствует дальнейшему потоку электронов в область p-типа, а накопление положительного заряда в материале p-типа материал n-типа препятствует созданию большего количества отверстий в области n-типа.Области n-типа и p-типа, непосредственно примыкающие к переходу, становятся относительно свободными от основных носителей заряда (см. ниже) и вместе образуют новую область, называемую обедненным слоем . Слой истощения, хотя и менее 10 -3 мм в ширину, эффективно становится изолятором. На переходе существует небольшая разность потенциалов, называемая напряжением перехода, которая действует от n-типа к p-типу. Напряжение перехода составляет около 0,1 В для германия и 0,6 В для кремния.


    Слой истощения создается миграцией носителей заряда.


    Если батарея подключена к p-n-переходу так, чтобы ее положительный вывод был подключен к стороне p-типа, а отрицательный — к стороне n-типа, напряжение перехода будет увеличиваться по мере того, как свободные электроны и дырки удаляются от перехода, и сопротивление перехода станет еще больше.Соединение называется с обратным смещением . Электроны и дырки будут сильнее отталкиваться p-n переходом, и обедненный слой станет шире (см. ниже). Только очень небольшое количество электронов и дырок (созданных разрывом ковалентных связей с обеих сторон перехода при нормальных температурах) будет обмениваться через p-n переход, вызывая протекание крошечного тока (известного как ток утечки ).


    Показанный здесь переход имеет обратное смещение.


    Если батарея подключена к p-n переходу с противоположной полярностью, т.е.е. с его положительной клеммой, соединенной со стороной n-типа, и ее отрицательной клеммой со стороной p-типа, соединение называется смещенным в прямом направлении . Слой истощения будет сужаться по мере того, как свободные электроны и дырки будут подталкиваться к переходу, и если приложенное напряжение превышает напряжение перехода, ток будет течь через переход, потому что основные носители смогут его пересечь. Электроны будут мигрировать со стороны n-типа на сторону p-типа, а дырки будут мигрировать в противоположном направлении (см. ниже).Снова возникнет ток утечки из-за обмена неосновными носителями, вызванного нормальным разрывом ковалентных связей по обе стороны перехода. Однако на этот раз ток утечки вносит вклад в протекание основного тока несущей, а сопротивление перехода очень низкое.


    Прямое смещение


    Диод с переходом является широко используемым типом диода, в котором используются свойства p-n перехода.Он состоит из p-n перехода, один вывод которого подключен к p-стороне (анод), а другой — к n-стороне (катоду). Ниже показано упрощенное изображение кремниевого диода планарной конструкции. Тонкий слой кремния n-типа припаян к металлической основе, которая соединена с катодом. Тонкая пленка оксида кремния образуется на верхней поверхности среза путем нагревания его в паре при температуре около 1100 °C и действует как изолирующий материал. Затем в оксидной пленке химическим путем вытравливается «окно», и пар, содержащий соответствующий легирующий агент, диффундирует через него, превращая открытую область среза в кремний р-типа.Затем алюминий напыляется на область p-типа, чтобы к ней можно было припаять вывод анода. Наконец, диод запечатан во внешнем корпусе для защиты от влаги и света.


    Разрез через кремниевый диод


    Характеристики диодов

    Диоды демонстрируют определенное поведение, которое делает их очень полезными в электронных приложениях.Когда диод смещен в обратном направлении, он пропускает только очень небольшой ток утечки в обратном направлении, даже когда обратное напряжение относительно велико. Поскольку диод позволяет току течь только в одном направлении, он является жизненно важным компонентом в цепях, которые преобразуют переменный ток в постоянный (процесс, известный как выпрямление ). Другая интересная характеристика диода заключается в том, что при прямом смещении его прямое напряжение не увеличивается значительно, даже когда через диод протекают относительно большие токи.Типичные характеристические кривые для кремниевых и германиевых диодов при 25 °C показаны ниже. Обратите внимание, что для обоих типов прямой ток ( I  F ) мал до тех пор, пока прямое напряжение ( V F ) не составит около 0,6 В для кремния и около 0,1 В для германия. После этого небольшое изменение V F вызывает большое увеличение I  F .


    Характеристические кривые для кремниевых и германиевых диодов


    Обратный ток I  R пренебрежимо мал и остается таким при увеличении обратного напряжения V R .Однако если V R достаточно увеличить, изоляция обедненного слоя разрушается, и I  R резко и быстро увеличивается. Если это происходит, результатом обычно является необратимое повреждение диода. Напряжение пробоя может варьироваться от нескольких вольт до 1000 вольт для кремния и 100 вольт для германия, в зависимости от конструкции диода и степени используемого легирования (спасибо моему другу Клаусу Полманну за указание на то, что моя исходная схема не показал точку пробоя кривой кремния!).Двумя важными электрическими свойствами диода являются средний прямой ток и максимальное обратное напряжение , которые не должны превышаться в нормальных условиях.

    Преобразование мощности

    Электричество вырабатывается в виде переменного тока, потому что это наиболее экономичная форма для производства и распределения больших объемов электроэнергии.Электричество, поступающее в ваш дом (если вы живете в Великобритании), представляет собой переменный ток 230 В с частотой 50 Гц. Однако многие электронные устройства требуют для своей работы постоянного тока относительно низкого напряжения. Диоды можно использовать для создания цепей, которые выпрямляют переменный ток для получения постоянного тока. Переменный ток называется так потому, что ток течет сначала в одном направлении, а затем в противоположном. Это изменение направления происходит много раз в секунду, в зависимости от частоты a.в. поставлять. Простейшая схема выпрямителя называется однополупериодным выпрямителем и допускает только одну половину переменного тока. формы волны для прохождения через цепь. В однополупериодном выпрямителе используется один диод, который проводит электричество, когда ток течет в одном направлении, но не проводит ток, когда он течет в другом направлении. Ниже показана базовая схема однополупериодного выпрямителя.


    Базовый однополупериодный выпрямитель


    В показанной схеме выпрямленный ток эффективно освещает лампу, пульсируя в ней одним полупериодом переменного тока для каждого полного цикла (только половина а.в. сигнал может проходить через диод). Если бы диод был удален, лампа получала бы ток в течение обоих полупериодов и, следовательно, горела бы ярче. Хотя свет горит относительно тускло, он не мигает, потому что нить накала не успевает остыть и снова нагреться между полупериодами. Однако для большинства приложений оба полупериода переменного тока потребуется форма волны, и простого однополупериодного выпрямления, обеспечиваемого одним диодом, будет недостаточно.Схема преобразования, которая делает оба полупериода переменного тока источник постоянного тока называется двухполупериодным выпрямителем . В одной из наиболее часто используемых схем двухполупериодного выпрямителя используются четыре диода в устройстве, называемом двухполупериодным мостом . Схема показана ниже.


    Двухполупериодный мостовой выпрямитель


    Две принципиальные схемы ниже показывают, как обычный ток протекает в цепи и через нагрузку для каждого полупериода a.в. форма волны. В каждом случае ток, протекающий к нагрузке от сети переменного тока. источник показан красными стрелками, а обратный ток (от нагрузки обратно к источнику) показан синими стрелками. Обратите внимание, что независимо от полярности полупериода ток через нагрузку всегда протекает в одном и том же направлении. В каждом полупериоде другая пара диодов будет смещена в прямом направлении и позволит току проходить в прямом направлении (диоды, показанные серым цветом для каждого полупериода, смещены в обратном направлении и будут блокировать протекание тока в обратном направлении). направление).


    Условный ток в положительном полупериоде



    Обычный ток в отрицательном полупериоде


    Диод с точечным контактом

    Ниже показана конструкция германиевого точечного диода.Кончик золотой или вольфрамовой проволоки давит на таблетку германия n-типа. Во время изготовления через диод пропускают кратковременный ток, в результате чего в таблетке вокруг наконечника образуется крошечная область p-типа, образующая p-n переход очень небольшой площади.


    Конструкция точечного диода


    При обратном смещении обедненный слой в диоде действует как изолятор, зажатый между двумя проводящими «пластинами» (областями p-типа и n-типа).В результате диод действует как конденсатор. Тема конденсаторов рассматривается в другом месте, но, по сути, конденсатор — это устройство, которое может накапливать электрический заряд. Конденсаторы также обладают свойством блокировать постоянный ток, позволяя протекать переменному току, особенно на высоких частотах, например, в радиосигналах (чем выше частота переменного тока, тем меньше конденсатор противодействует протеканию тока). Диоды с точечным контактом (иногда называемые кристаллами ) часто используются в качестве сигнальных диодов для обнаружения радиосигналов.

    Диод с точечным контактом часто используется для обнаружения высокочастотных сигналов из-за его крошечной площади перехода и, следовательно, небольшой емкости, что делает его чувствительным к маломощным высокочастотным токам, встречающимся в радиосигналах. Германиевые диоды с точечным контактом обычно используются в качестве детекторов в радиосхемах из-за их относительно низкого прямого напряжения (около 0,2 В), что позволяет им обнаруживать более низкие напряжения сигнала. Радиосигналы в основном состоят из сигналов звуковой частоты, модулированных на радиочастотную несущую.Детектор работает, эффективно действуя как однополупериодный выпрямитель, превращая радиосигнал переменного тока в колеблющийся сигнал постоянного тока. Затем этот сигнал проходит через фильтр нижних частот для извлечения исходного сигнала звуковой частоты.

    Зенеровский диод

    В диоде с нормальным переходом работа диода при напряжении пробоя или выше приведет к разрушению обедненного слоя и необратимому повреждению диода. Зенеровские диоды представляют собой диоды, которые можно заставить проводить ток в обратном направлении при определенном фиксированном эталонном напряжении (их пробивном напряжении) без повреждения. Каждый диод Зенера рассчитан на определенное обратное напряжение пробоя (от 2,4 В и выше), при котором он будет проводить ток в обратном направлении, и имеет максимальную номинальную мощность (типичные значения: 400 мВт и 1,3 Вт). Зенеровский диод может использоваться сам по себе для обеспечения переключателя, чувствительного к напряжению, или последовательно с токоограничивающим резистором для обеспечения регулирования напряжения.Символ на принципиальной схеме для стабилитрона показан ниже вместе с характеристической кривой для типичного стабилитрона.


    Обозначение на принципиальной схеме стабилитрона



    Характеристическая кривая напряжения и тока для стабилитрона


    Из кривой видно, что увеличение обратного напряжения оказывает незначительное влияние на обратный ток до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя V Z (иначе известное как напряжение Зенера ).В этот момент ток может быстро возрастать в широком диапазоне практически без изменения напряжения. Обратите внимание, что наклон кривой между точками A и B на графике почти вертикальный. Если обратное напряжение снова упадет ниже напряжения пробоя, обратный ток снова станет пренебрежимо малым. Чтобы ограничить обратный ток и предотвратить перегрев стабилитрона, не следует превышать номинальную мощность стабилитрона. Максимальный обратный ток, который можно провести, можно рассчитать по следующей формуле:

    куда:

    I  MAX   =  максимальный обратный ток

    P   =  номинальная мощность диода

    В   =  напряжение Зенера

    Стабилитроны изготавливаются с определенным напряжением Зенера в диапазоне от 2.от 4 В до 200 В, а стабилитрон с заданным напряжением Зенера можно использовать последовательно с соответствующим резистором в цепи стабилизатора питания для поддержания стабильного выходного напряжения, даже если само напряжение питания склонно к колебаниям. В простой схеме регулятора напряжения, показанной ниже, используется один стабилитрон (Z), включенный последовательно с резистором (R) и резистором постоянного тока. источник питания (в данном случае сухая батарея на 12 В, напряжение которой со временем может падать). Требуемое выходное напряжение составляет 8 В, а нагрузочное устройство потребляет ток 100 мА.


    Простая схема стабилизатора питания


    В этой схеме, пока напряжение питания превышает требуемое выходное напряжение (или, точнее, напряжение Зенера) на несколько вольт, напряжение на стабилитроне будет стабильным. При условии, что мы выбираем резистор соответствующего номинала, падение напряжения на резисторе ( В R ) всегда должно быть разностью между напряжением стабилитрона диода ( В Z ) и напряжением питания ( В ). ПОСТАВКА ).Ближайшее стандартное напряжение Зенера к требуемому выходному напряжению (8 В) составляет 8,2 В, что приемлемо близко к целевому напряжению. В дополнение к току нагрузки диод Зенера будет потреблять как минимум еще 5 мА, поэтому максимальное значение тока ( I  MAX ) в 110 мА должно покрывать наши требования (хорошее эмпирическое правило — допускать от 10% до 20% сверх тока нагрузки). Мы также должны выбрать диод Зенера с подходящей номинальной мощностью, чтобы он мог справиться с максимальным током, который может протекать через него ( I  MAX ).Максимальная мощность, рассеиваемая на диоде, может быть рассчитана как:

    В Z   ×   I МАКС.   = 8,2 В  ×  0,110 А  = 0,902 Вт

    Минимальная стандартная номинальная мощность для стабилитрона, превышающая это значение, составляет 1,3 Вт, чего должно быть вполне достаточно. Как уже было сказано, падение напряжения на резисторе будет представлять собой разницу между напряжением источника и напряжением стабилитрона (12 В — 8.2 В = 3,8 В). Используя закон Ома, мы можем рассчитать необходимое значение сопротивления следующим образом:

    0,110
    V R = 3,8 В = 34,545 Ω
    Я МАХ

    Ближайшее значение стандартного резистора, превышающее 34,545 Ом, равно 39 Ом. Мы также должны убедиться, что номинальная мощность резистора соответствует работе.Мы можем рассчитать мощность, рассеиваемую на резисторе, как:

    В Ч   ×   I МАКС   =  3,8 В  ×  0,110 А  = 0,418 Вт

    Если бы мы могли быть уверены, что напряжение питания никогда не превысит 12 В, мы, вероятно, могли бы обойтись резистором с номиналом 0,5 Вт, хотя было бы разумно выбрать резистор с номиналом 1 Вт или 2 Вт, просто на всякий случай. .На самом деле всегда стоит учитывать возможность возникновения ситуации перенапряжения при работе с относительно нестабильными источниками питания и учитывать это при выборе компонентов схемы.


    P-N-переходные диоды — все, что вам нужно знать

    Диод — это электрический компонент, позволяющий току течь только в одном определенном направлении. Диоды состоят из кремния и германия. Они используются для защиты цепи путем ограничения напряжения и преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.Существует много типов диодов, и каждый диод имеет свой собственный набор применений.

    Символ диода

    Рис. 1. Символ и внешний вид диода

    Диод обозначается треугольником, примыкающим к линии. Он имеет два вывода: анод, который является положительным выводом, и катод, который является отрицательным выводом. Терминал, входящий в плоский край треугольника, является анодом, а другой конец — катодом. Стрелка на символе диода показывает направление условного тока, когда диод работает.

    В диоде ток течет только от положительной клеммы к отрицательной клемме. Когда положительное напряжение на аноде выше, чем отрицательное напряжение на катоде, говорят, что он смещен в прямом направлении. Он будет легко проводить при малых перепадах напряжения. В качестве альтернативы, если напряжение на катоде выше, чем напряжение на аноде, говорят, что оно смещено в обратном направлении.

    Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа изготавливаются путем технологического легирования. Это означает, что в структуру кремния вводится примесь для создания дисбаланса в молекулярной структуре материала за счет ионной связи.Это затем формирует собственные полупроводниковые материалы, известные как материалы P-типа и N-типа.

    Для производства полупроводникового материала N-типа кремниевый полупроводник легируют незначительным количеством мышьяка или фосфора. Оба этих элемента состоят из 5 электронов на внешней орбите. Поскольку у кремния только четыре электрона на внешней орбите, у пятого электрона нет пары для связи, и он может свободно перемещаться. Это позволяет формировать электрический ток через кремниевый полупроводник, тем самым формируя материал N-типа.

    Для p-типа кремний легирован элементами галлия или бора. Оба этих элемента имеют по три электрона на внешней орбите. Следовательно, когда они смешиваются со структурой кремния, они образуют дырку в валентной зоне атомов кремния. Эта подвижная дырка имеет положительный заряд и движется в направлении, противоположном направлению электронов, заряженных отрицательно. Из-за образования положительных отверстий в кристаллической решетке кремния эти материалы известны как материалы р-типа.

    Наиболее часто используемыми полупроводниковыми диодами являются диоды с p-n переходом. Диоды с p-n переходом изготавливаются путем сплавления полупроводников p-типа и n-типа. Когда оба полупроводника сплавлены, на переходе создается напряжение потенциального барьера.

    Рис. 3. Диод PN-перехода . Изображение предоставлено: https://toshiba.semicon-storage.com

    Для этого типа диодов кремниевый полупроводник N-типа имеет дополнительный электрон, который требуется для кремния p-типа.Следовательно, электроны мигрируют из материала n-типа в материал p-типа через переход в процессе диффузии. Точно так же материал p-типа имеет дополнительные отверстия, а атомы материала n-типа требуют отверстий, тогда отверстия будут диффундировать в материал n-типа через соединение. Этот процесс приводит к возникновению диффузионного тока, образующегося на переходе. Этот процесс повторяется непрерывно до тех пор, пока число электронов, пересекших соединение, не будет иметь большой электрический заряд, чтобы либо оттолкнуть, либо позволить другим носителям заряда пройти через соединение.

    Следовательно, создается состояние равновесия, которое создает потенциальный барьер вокруг области соединения. Это связано с тем, что атомы-доноры теперь отталкивают дырки, а атомы-акцепторы теперь отталкивают электроны. Этот потенциальный барьер представляет собой область положительного и отрицательного заряда по обе стороны от соединения, также известную как обедненный слой. Слой истощения не имеет больше свободных носителей по сравнению с полупроводниковыми материалами N-типа и P-типа.

    Чтобы поддерживать нейтральный заряд вокруг области перехода, общий заряд полупроводников P- и N-типа должен быть равным и противоположным друг другу.Из диаграммы выше видно, что слой истощения имеет расстояние «D». Для поддержания нейтрального состояния обедненный слой должен был бы проникать в кремний на расстояние Dp с положительной стороны слоя и Dn с отрицательной стороны обедненного слоя. Это дает нам соотношение Dp*NA = Dn*ND. Поддерживая это соотношение, можно достичь состояния равновесия.

    Диоды с PN-переходом имеют две области: P-типа и N-типа.Электроны будут перетекать с n-стороны на p-сторону только при увеличении напряжения. Точно так же отверстия со стороны p будут перемещаться на сторону n только при увеличении напряжения, приложенного к материалу P-типа. Проще говоря, для перемещения электронов или дырок с одной стороны на другую требуется толчок. Этот толчок создает градиент концентрации, который позволяет носителям заряда течь из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией посредством процесса диффузии.Этот процесс позволяет току течь в цепи.

    Три типа условий смещения могут быть получены для p-n переходов при приложении напряжения. Они:

    • Нулевое смещение, при котором внешнее напряжение не подается.
    • Прямое смещение
    • Обратное смещение

    Прямое смещение      

    В условиях прямого смещения положительная клемма потенциала напряжения или батареи подключается к материалу p-типа, а отрицательная клемма подключается к материалу n-типа.Анод положителен к катоду.

    Рисунок 4. Прямое смещение в диодах . Зеленый цвет указывает на положительное напряжение, а красный — на отрицательное.

    В условиях прямого смещения встроенное электрическое поле и внешнее приложенное электрическое поле противоположны друг другу. Когда оба электрических поля складываются вместе, результирующее электрическое поле намного меньше по величине по сравнению со встроенным электрическим полем. Это приводит к созданию менее реактивного слоя истощения, а также к уменьшению его размера.

    Сопротивление обедненного слоя становится незначительным при приложении большого напряжения. Если полупроводниковым материалом является кремний, приложенное напряжение 0,6 В может привести к тому, что общее сопротивление области обеднения станет совершенно незначительным. Это позволяет току свободно течь по цепи без каких-либо препятствий.

    Обратное смещение

    Говорят, что p-n-переход имеет обратное смещение, когда положительная клемма потенциала напряжения подключена к материалу n-типа, а отрицательная клемма подключена к материалу p-типа.Анод отрицателен к катоду.

    Рисунок 5. Обратное смещение в диодах. Зеленый цвет указывает на положительное напряжение, а красный — на отрицательное.

    В условиях обратного смещения встроенное электрическое поле и приложенное электрическое поле имеют одинаковое направление. Когда оба поля складываются, результирующее электрическое поле также имеет одинаковое направление и намного более массивное, чем встроенное электрическое поле, поэтому создается более резистивный, более толстый и больший обедненный слой.По мере увеличения приложенного напряжения обедненный слой будет становиться более резистивным и толще.

    Рисунок 6. VI Характеристики диода с PN-переходом

    Характеристики VI диода с PN-переходом обозначены кривой, показывающей зависимость между напряжением и током в цепи. На рис. 6 показаны характеристики VI диода с PN-переходом. Из этой кривой видно, что в диоде имеется три рабочих области. Они:

    • Нулевое смещение 
    • Прямое смещение
    • Обратное смещение

    Как обсуждалось ранее, в условиях нулевого смещения цепь не подключена к какому-либо внешнему источнику напряжения, что означает, что потенциальный барьер на стыке не изменяется, поэтому ток не течет через диод.

    В условиях прямого смещения на диод подается внешнее напряжение. Это позволяет току течь через него, поскольку потенциальный барьер уменьшается в размере и толщине. Для кремния приложенное напряжение должно быть около 0,7 В, а для германия — около 0,3 В. Можно заметить, что при работе в режиме прямого смещения ток в цепи увеличивается, что приводит к нелинейной зависимости между током и напряжением. Это связано с тем, что напряжение, подаваемое на диод, преодолевает потенциальный барьер, позволяя току течь через переход.Как только диод преодолевает барьер, характеристики диода ведут себя нормально, давая линейный график.

    В условиях обратного смещения общая толщина потенциального барьера увеличивается. Наблюдается, что обратный ток насыщения течет из-за неосновных носителей, присутствующих в переходе. Когда приложенное напряжение увеличивается, неосновные носители получают кинетическую энергию, которая влияет на основные носители. Это может привести к выходу из строя диода или его полному разрушению.

    Пробой диодов с P-N переходом происходит из-за двух явлений, а именно:

    • Пробой Зенера
    • Лавинный пробой
    Рис. 7. Характеристики пробоя диода P-N перехода

    Пробой Зенера

    Это явление наблюдается в диоде с p-n переходом, который сильно легирован, имеет тонкий переход и ширина обедненного слоя будет небольшой. Пробой стабилитрона их не повреждает. Увеличение тока также очень незначительно и вызвано дрейфом электронов.

    Лавинный обвал

    Лавинный пробой происходит в p-n переходе, который не так сильно легирован, имеет толстый переход и обедненный слой большей ширины. Лавинный пробой происходит при приложении к диоду высокого обратного напряжения. Электрическое поле на переходе будет увеличиваться по мере увеличения приложенного обратного напряжения. Лавинные прорывы обычно разрушительны.

    Известно, что диоды с PN-переходом

    являются основными строительными блоками большинства доступных полупроводниковых устройств, включая:

    • Также используется для выпрямления в электрических цепях.Процесс выпрямления заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. Диод с p-n переходом пропускает ток, когда он находится в состоянии прямого смещения, и блокирует ток, когда он находится в состоянии обратного смещения. Эти условия позволяют использовать его в качестве выпрямителя.
    • Диод также предназначен для восстановления постоянного тока в цепях фиксации.
    • Также используется для формирования волны в схемах клиппинга.
    • Диоды используются в схемах демодуляции.
    • Используются в умножителях напряжения.
    • Диоды с соединением P-N также используются в качестве переключателей в цифровых логических схемах, которые используются в цепях.
    • Широко используются для регулирования напряжения.

    Резюме

    Диод представляет собой полупроводниковый прибор, изготовленный путем сплавления материалов p-типа и n-типа. Он позволяет току течь только в одном направлении. Когда его анод подключен к плюсу, а катод к минусу, говорят, что он смещен в прямом направлении и пропускает ток. Когда анод и катод соединены иначе, говорят, что они смещены в обратном направлении.Когда приложенное обратное напряжение смещения превышает определенный уровень, происходит лавинный пробой, и диод начинает проводить в состоянии обратного смещения.

    Для ежедневных приключений

    Четыре новейших рюкзака из серии Everyday Adventure — практичное решение для совмещения деловой жизни с отдыхом на природе. Diode и Anode (для мужчин) и Signal и Sigma (для женщин), которые будут выпущены осенью 2018 года, — это настоящие универсальные устройства с множеством умных функций.Изысканное разделение, контурные плечевые ремни и удобная набивка спины делают его пригодным для широкого спектра применений. Итак, независимо от того, являетесь ли вы любящим природу студентом, цифровым кочевником или блоггером на открытом воздухе, в различных отсеках будут аккуратно спрятаны все ваши технологии, одежда и т. д.

    Деловая сумка для города или практичный рюкзак для активного отдыха? С рюкзаками серии Adventure вам не нужно решать, какой из них взять. Это потому, что специалисты GREGORY оборудовали Diode, Signal, Anode и Sigma для деловых встреч, а также для выходных на свежем воздухе.Эти пакеты обеспечивают адаптируемость и порядок, сохраняя при этом важные предметы под рукой. В основном отделении есть полнофункциональная органайзерная панель с отделениями для книг, ручек, бумаги и других мелочей, благодаря которым все вещи остаются чистыми и аккуратными.

    Модели Diode и Signal имеют специальное отделение на задней панели с дополнительной подкладкой в ​​основании для надежного хранения ноутбука и планшета. Таким образом, они идеально подходят для искателей приключений, которые хотят быть в курсе последних событий и быть на связи 24/7.Рюкзаки Anode и Sigma имеют вместительный карман из эластичной сетки для всего, что должно быть под рукой. Все четыре модели имеют сетчатый боковой карман для бутылки с водой. А специальный внешний карман с мягкой подкладкой означает, что вы можете хранить свои солнцезащитные очки даже без футляра.

    Набивка на регулируемых лямках и вентилируемой задней панели имеет разную плотность для обеспечения максимального комфорта. Нагрудный ремень и поясной ремень также обеспечивают плотное прилегание рюкзака к телу, улучшая устойчивость и предотвращая скольжение рюкзака и возникновение дискомфорта.

    Мужские модели Diode и Anode доступны в цветах Xeno Navy, Shadow Black и Ferrous Orange. Диод 34 литра и Анод 30 литров.

    Женские модели Signal и Sigma доступны в цветах Desert Rose, Misty Blue и Mineral Grey. Signal немного больше — 32 литра, а Sigma — 28 литров.

    ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

    Диод/Анод/Сигнал/Сигма

    Объем: 34/30/32/28 литров
    Вес: 907/794/844/703 г
    Ткань:
    Основная часть: 210D 6.6 нейлон
    Основание: нейлон высокой плотности 420D
    Подкладка: полиэстер высокой плотности 135D
    Поясной и плечевые ремни: вспененный материал CLPE
    Задняя панель: вспененный материал различной плотности

    Для получения дополнительной информации посетите https://eu.

    0 comments on “Анод диода: как определить, где у диода плюс и минус по обозначениям на схеме, внешнему виду и подаче тока

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.