Urządzenie i zasada działania diody
Dioda to najprostsze urządzenie półprzewodnikowe, jakie można dziś znaleźć na płytce drukowanej dowolnego urządzenia elektronicznego. W zależności od budowy wewnętrznej i właściwości technicznych diody dzieli się na kilka typów: uniwersalne, prostownicze, impulsowe, diody Zenera, diody tunelowe i varicaps. Służą do prostowania, ograniczania napięcia, detekcji, modulacji itp. — w zależności od przeznaczenia urządzenia, w którym są stosowane.
Podstawa diody to złącze p-nutworzone przez materiały półprzewodnikowe o dwóch różnych rodzajach przewodnictwa. Do kryształu diody podłączone są dwa przewody zwane katodą (elektroda ujemna) i anodą (elektroda dodatnia). Po stronie anody znajduje się obszar półprzewodnikowy typu p, a po stronie katody obszar półprzewodnikowy typu n. To urządzenie diodowe nadaje mu wyjątkową właściwość — prąd płynie tylko w jednym kierunku (do przodu), od anody do katody. I odwrotnie, normalnie działająca dioda nie przewodzi prądu.
W obszarze anody (typu p) głównymi nośnikami ładunku są dodatnio naładowane dziury, aw obszarze katody (typu n) ujemnie naładowane elektrony. Wyprowadzenia diody to metalowe powierzchnie kontaktowe, do których przylutowane są przewody.
Gdy dioda przewodzi prąd w kierunku do przodu, oznacza to, że jest w stanie otwartym. Jeśli prąd nie przepływa przez złącze p-n, dioda zamyka się. Zatem dioda może znajdować się w jednym z dwóch stabilnych stanów: otwartej lub zamkniętej.
Podłączając diodę w obwodzie źródła napięcia stałego, anodę do bieguna dodatniego i katodę do bieguna ujemnego, uzyskujemy polaryzację przewodzenia złącza pn. A jeśli napięcie źródła okaże się wystarczające (dla diody krzemowej wystarczy 0,7 wolta), to dioda się otworzy i zacznie przewodzić prąd. Wielkość tego prądu będzie zależała od wielkości przyłożonego napięcia i rezystancji wewnętrznej diody.
Dlaczego dioda przeszła w stan przewodzenia? Ponieważ przy prawidłowym włączeniu diody elektrony z obszaru n, pod działaniem pola elektromagnetycznego źródła, rzuciły się na jego elektrodę dodatnią, do otworów z obszaru p, które teraz przemieszczają się do elektrody ujemnej źródła, do elektronów.
Na granicy regionów (na samym złączu p-n) w tym czasie następuje rekombinacja elektronów i dziur, ich wzajemna absorpcja. A źródło jest zmuszone do ciągłego dostarczania nowych elektronów i dziur do regionu złącza p-n, zwiększając ich koncentrację.
Ale co, jeśli dioda jest odwrócona, z katodą do dodatniego zacisku źródła i anodą do ujemnego zacisku? Dziury i elektrony rozpraszają się w różnych kierunkach — w kierunku zacisków — od złącza, a obszar zubożony w nośniki ładunku — bariera potencjału — pojawia się w pobliżu złącza. Prąd powodowany przez większość nośników ładunku (elektrony i dziury) po prostu nie wystąpi.
Ale kryształ diody nie jest doskonały; oprócz głównych nośników ładunku zawiera również mniejsze nośniki ładunku, które spowodują bardzo pomijalny prąd wsteczny diody mierzony w mikroamperach. Ale dioda w tym stanie jest zamknięta, ponieważ jej złącze p-n jest spolaryzowane zaporowo.
Napięcie, przy którym dioda przełącza się ze stanu zamkniętego do stanu otwartego, nazywa się napięciem przewodzenia diody (zob. Podstawowe parametry diod), który jest zasadniczo spadkiem napięcia na złączu p n. Rezystancja diody na prąd przewodzenia nie jest stała, zależy od wielkości prądu płynącego przez diodę i jest rzędu kilku omów. Napięcie o odwrotnej polaryzacji, przy którym dioda się wyłącza, nazywa się napięciem odwrotnym diody. Rezystancja wsteczna diody w tym stanie jest mierzona w tysiącach omów.
Oczywiście dioda może przełączyć się ze stanu otwartego do zamkniętego i odwrotnie, gdy zmieni się biegunowość przyłożonego do niej napięcia. Działanie prostownika opiera się na tej właściwości diody. Tak więc w sinusoidalnym obwodzie prądu przemiennego dioda będzie przewodzić prąd tylko podczas dodatniej półfali i zostanie zablokowana podczas ujemnej półfali.
Zobacz też w tym temacie:Jaka jest różnica między diodami pulsacyjnymi a prostownikiem