Polovodičová dioda je speciální zařízení s jedním p-n přechodem, stejně jako anodou a katodovou svorkou, které je určeno pro všechny druhy změn elektrického signálu. Ve většině případů je prvek vyroben z křemíku, i když se někdy používají jiné polovodičové materiály. Mezi hlavní součásti zařízení patří krystalická část s p-n přechodem.
Všeobecné informace
Je třeba poznamenat, že moderní polovodičové diody jsou vytvořeny na bázi germania nebo selenu, jako tomu bylo před více než sto lety. Tyto materiály mají specifickou strukturu, která umožňuje použití prvků pro modernizaci obvodů a elektrických spotřebičů a také přeměnu různých proudů.
Ve světě existují různé typy takových vynálezů, které se liší materiálem výroby, principem činnosti a oblastmi použití. Zvláště žádané jsou rovinné a polykrystalické usměrňovače., což jsou obdoby mostů. Komunikují prostřednictvím dvou kontaktů.
Pokud jde o výhody zařízení, měly by zahrnovat:
- Kompletní zaměnitelnost. Porouchaný prvek může být nahrazen jakýmkoli jiným se stejnými vlastnostmi a principem činnosti. Neexistují žádné zvláštní požadavky na výběr přesně stejného modelu.
- Vysoká propustnost.
- Levnost a dostupnost. Polovodičové diody se prodávají v každém obchodě s elektrotechnickým zbožím. Náklady na takové produkty jsou od 50 rublů. Kromě toho je lze odstranit vlastními rukama ze schémat starých zařízení.
Princip činnosti
Není těžké pochopit princip fungování polovodičové diody. K tomu je potřeba jen porozumět základním fyzikálním zákonům a vědět, jak probíhají některé elektrické procesy.
Zpočátku elektrický proud působí na katodu, která způsobí žhavení topného tělesa. Elektrony jsou zase emitovány z elektrody a mezi oběma částmi se objeví elektrické pole.
Kladně nabité anody působí na elektrony a přitahují je a vytvořené pole působí jako katalyzátor takové reakce. V tomto okamžiku se také vytváří emisní proud.
U dvou elektrod začíná vznik prostorově negativního náboje, který může bránit toku elektronů. To se však děje pouze tehdy, když anodový potenciál klesá, v důsledku čehož se hmota elektronů nedokáže vyrovnat s negativními prvky, což způsobí, že se pohybují v opačném pořadí, to znamená, že se elektrony znovu vrátí ke katodě. .
Často jsou indikátory katodového proudu udržovány na nule – k tomu dochází při vystavení částicím s minusovým nábojem. V důsledku toho generované pole nepřiměje elektrony k rychlejšímu pohybu, ale způsobí obrácenou reakci – zpomalí je a přiměje je vrátit se zpět ke katodě. Nakonec se obvod otevře, protože dioda zůstane ve vypnutém stavu.
Zařízení a konstrukce
Poté, co jste se zabývali principem činnosti polovodičové diody, můžete začít studovat její zařízení a design. Tyto informace budou potřebné pro další využití diody a hlubší pochopení jejích provozních vlastností. Prvek je založen na následujících komponentách:
- Vnější schránka. Jako tělo se používá malý balónek. Je zcela vakuové a může být skleněné, kovové nebo keramické.
- Uvnitř konstrukce jsou dvě elektrody. První z nich se používá jako vyhřívaná katoda zajišťující stabilní emisi elektronů. V nejjednodušší verzi se jedná o závit s minimální tloušťkou, který může svítit při přivádění proudu. V současné době se však modely nepřímého vytápění aktivně šíří. Na rozdíl od klasických typů jsou prezentovány ve formě malých válečků se specifickou vrstvou, kde jsou emitovány elektrony.
- Pokud jde o druhou elektrodu, jedná se o anodu, která přijímá elektrony z katody. Prvek má kladný náboj a válcový tvar. Při výrobě diodového krystalu se používá křemík nebo germanium.
Rozsah a účel
Oblasti použití polovodičových diod jsou velmi rozsáhlé. Dnes bez nich je těžké si představit práci většiny elektrických spotřebičů, a to není překvapující. Prvky se používají k výrobě diodových můstků, jakož i následujících zařízení:
- Zařízení pro ochranu zařízení před přepólováním nebo přetížením.
- Přepínače.
- Diodové systémy ochrany proti jiskrám.
Pokud jde o diodové můstky, jedná se o zařízení se čtyřmi, šesti nebo dvanácti zapojenými diodami (přesný počet diod je dán typem obvodu, který je 1fázový, 3fázový polomůstkový nebo 3fázový celomůstkový ). Systém se používá jako usměrňovač a je často instalován v generátorech vozidel. Faktem je, že použití takového mostu umožnilo výrazně snížit zařízení a učinit jej spolehlivějším.
Diodové detektory se skládají z diod a kondenzátorů, což umožňuje nízkofrekvenční modulaci z různých signálů, včetně AM RF. Zařízení jsou nepostradatelná pro fungování různých domácích spotřebičů, jako je televize nebo rádio. Také pomocí polovodičových diod je možné zajistit plnou ochranu proti přepólování při spouštění vyměnitelných vstupů a přetížení.
Úkolem spínačů na bázi diod je spínat vysokofrekvenční signály. K ovládání obvodu se používá konstantní elektrický proud, frekvenční oddělení a přívod signálu do kondenzátorů. Na základě diod je také vytvořena výkonná ochrana proti jiskrám, která zabraňuje přetížení a odchylkám od povoleného limitu napětí.
Bez použití diod se v moderní elektronice téměř neobejdete. Proto je velmi užitečné vědět, jak jsou uspořádány, jak fungují a k čemu jsou taková běžná zařízení určena.
Způsoby zapnutí
Přechod rn je ovlivněn vnějšími napětími a také velikostí a polaritou, které ovlivňují koncové indikátory elektrického proudu. Při použití přímého připojení je kladně nabitý vodič připojen k oblasti typu p a záporný pól k oblasti typu n. V tomto případě se události vyvinou následovně:
- Vlivem přivedeného vnějšího napětí v přechodu typu rn se vytvoří elektrické pole, které bude směřovat opačným směrem než difúzní pole dovnitř.
- Poté indikátory intenzity pole znatelně poklesnou, což zúží bariérovou vrstvu.
- Dále se většina elektronů bude moci pohybovat z jedné oblasti do druhé a pak se vrátit zpět.
- Parametry driftovacího proudu zůstanou nezměněny, protože jsou ovlivněny pouze počtem nabitých nosičů v regionu rn.
Se zvýšením zpětného napětí dosáhne proud nejvyšší rychlosti a přejde do další fáze – saturace. S rostoucí teplotou se zvyšují parametry saturačního proudu.
Běžné poruchy
Někdy polovodičová zařízení přestanou fungovat, což se vysvětluje přirozeným znehodnocením nebo dokončením stanovené provozní doby. Existují další typy poruch, které zahrnují:
- Rozdělení přechodu. Tímto jevem se z polovodiče stává obyčejný vodič, který nemá ustálené vlastnosti a nedrží elektrický proud v předepsaném směru. Problém můžete vyřešit pomocí standardního multimetru, který pípne a určí úroveň odporu.
- Přechodová přestávka. Jde o opačný proces, v jehož důsledku se zařízení promění v izolátor. Elektrický proud v tomto případě prochází pouze jedním směrem. Chcete-li určit místo přerušení, musíte použít tester s pracovními sondami. Pokud tyto prvky nebudou dostatečně kvalitní, pak přesná a správná diagnóza nebude možná.
- Porušení těsnosti. Jakýkoli únik je vážnou hrozbou pro normální provoz polovodičových zařízení.
Typy průlomů
Existuje několik typů poruch, ke kterým dochází při zvýšení zpětného proudu. Patří sem:
- Tepelné zlomy.
- Elektrické poruchy.
První nebezpečí nastává, když je prvek chladiče nevyvážený nebo když je rn přechod přehřátý v důsledku vystavení příliš vysokým proudovým rychlostem. Problém tepelného úniku může vést k řadě nepříjemných důsledků, včetně:
- Růst vibrací atomů ze složení krystalu.
- Interakce elektronů s vodivou oblastí.
- Rychlý nárůst teplot.
- Deformační procesy ve struktuře krystalů.
- Úplné poškození rádiové součásti.
Pokud jde o elektrické zhroucení, nelze jej nazvat nevratným procesem, protože při takovém obtěžování zůstává krystal funkční. Proto včas přijatá opatření zachrání diodu před zničením a prodlouží její životnost.
V závislosti na typu jsou elektrické poruchy tunelové a lavinové. V prvním případě dochází k potížím v důsledku průchodu příliš vysokého napětí úzkými spoji, v důsledku čehož elektrony volně přeskakují průrazem. Takové defekty se tvoří, když se v molekulách objeví velké množství nečistot. Jev způsobuje zvýšení zpětného proudu a pokles napětí.
Pokud jde o lavinové rozpady, dochází k nim vlivem silných polí, která urychlují nosič ke špičkovému výkonu a následně vyřazují z atomů mnoho valenčních elektronů. Z tohoto důvodu se elektrony dostávají do vodivé oblasti a ztrácejí své vlastnosti. Specifické chování, připomínající povahu sbližování laviny, se stalo známým jako lavinový průraz.
Bez polovodičových diod bezesporu nemohou plně fungovat moderní elektrospotřebiče a různé radiotechnické vynálezy. A abyste prodloužili životnost domácích spotřebičů s těmito prvky, musíte vědět o principu jejich fungování, hlavních poruchách a jak se s nimi vypořádat.
