קטגוריות: מאמרים מוצגים » חשמלאים מתחילים
מספר צפיות: 157647
הערות לכתבה: 5
כיצד מסדרים דיודות מוליכים למחצה ועובדים
דיוד - המכשיר הפשוט ביותר במשפחה המפוארת של מכשירי מוליכים למחצה. אם ניקח צלחת של מוליך למחצה, למשל גרמניה, ונכניס טומאה של קבלה לחצי השמאלי שלה, ואל התורם הימני, אז מצד אחד נקבל מוליך למחצה מסוג P, בהתאמה, מצד שני סוג N. באמצע הגביש אנו מקבלים את מה שמכונה צומת P-Nכפי שמוצג באיור 1.
אותה דמות מציגה את הייעוד הגרפי המותנה של הדיודה בתרשימים: תפוקת הקתודה (אלקטרודה שלילית) דומה מאוד לסימן "-". קל יותר לזכור.
בסך הכל, בגביש כזה יש שני אזורים עם מוליכות שונה, שמהם יוצאים שני מוליכים, כך שהמכשיר שנוצר נקרא דיודהמכיוון שהקידומת "די" פירושה שתיים.
במקרה זה, הדיודה התבררה כמוליך למחצה, אך מכשירים דומים היו ידועים לפני כן: למשל, בעידן צינורות האלקטרונים הייתה דיודה צינורית המכונה קנוטרון. עכשיו דיודות כאלה נפלו בהיסטוריה, אם כי תומכי צליל "הצינור" מאמינים כי במגבר צינור, אפילו מיישר מתח האנודה צריך להיות צינור!
איור 1. איור 1. מבנה הדיודה וייעוד הדיודה בתרשים
בצומת מוליכים למחצה עם מוליכות P ו- N, מתברר צומת P-N (צומת P-N), שהוא הבסיס לכל התקני המוליכים למחצה. אך בניגוד לדיודה, בה המעבר הזה הוא רק אחד, טרנזיסטורים יש שני צמתים P-N, למשל, תיריסטורים מורכבים מייד מארבעה מעברים.
מעבר P-N במנוחה
גם אם צומת ה- P-N, במקרה זה הדיודה, אינו קשור בשום מקום, בכל זאת מתרחשים בתוכו תהליכים פיזיקליים מעניינים, המוצגים באיור 2.
איור 2. דיודה במנוחה
באזור N יש עודף אלקטרונים, הוא נושא מטען שלילי, ובאזור P המטען חיובי. יחד מטענים אלה מהווים שדה חשמלי. מכיוון שמטענים טעונים מנוגדים נוטים למשוך, אלקטרונים מאזור N חודרים לאזור P העמוס באופן חיובי, וממלאים כמה חורים בעצמם. כתוצאה מתנועה כזו, מתעורר זרם בתוך מוליך המוליכים למחצה, אם כי קטן מאוד (יחידות של ננו-מפלים).
כתוצאה מתנועה זו צפיפות החומר בצד P עולה, אך עד גבול מסוים. חלקיקים בדרך כלל נוטים להתפשט באופן אחיד לאורך נפח החומר, בדומה לאופן בו ריח הבשמים מתפשט ברחבי החדר (דיפוזיה), לכן, במוקדם או במאוחר, האלקטרונים חוזרים לאזור N.
אם עבור מרבית צרכני החשמל כיוון הזרם אינו ממלא תפקיד - האור דולק, האריח מתחמם, אז עבור הדיודה כיוון הזרם ממלא תפקיד ענק. תפקידה העיקרי של הדיודה הוא להוביל זרם בכיוון אחד. נכס זה מסופק על ידי צומת P-N.
בשלב הבא, אנו שוקלים כיצד הדיודה מתנהגת בשני מקרים אפשריים של חיבור מקור נוכחי.
מפעיל את הדיודה בכיוון ההפוך
אם אתה מחבר מקור כוח לדיודה המוליכים למחצה, כמוצג באיור 3, הזרם לא יעבור דרך צומת P-N.
איור 3. דיודה הפוכה מופעלת
כפי שניתן לראות בתרשים, הקוטב החיובי של מקור הכוח קשור לאזור N, והקוטב השלילי לאזור P. כתוצאה מכך אלקטרונים מאזור N ממהרים אל הקוטב החיובי של המקור. בתורו, מטענים (חורים) חיוביים באזור P נמשכים על ידי הקוטב השלילי של מקור הכוח. לכן, באזור צומת P-N, כפי שניתן לראות באיור, נוצר חלל ריק, פשוט אין מה להוליך זרם, אין נושאי מטען.
ככל שהמתח של מקור הכוח גדל, האלקטרונים והחורים נמשכים יותר ויותר לשדה החשמלי של הסוללה, ואילו באזור צומת P - N של מובילי המטען, יש פחות ופחות.לכן, בחיבור ההפוך, הזרם דרך הדיודה לא עובר. במקרים כאלה נהוג לומר זאת דיודה מוליכים למחצה סגורה על ידי מתח הפוך.
עלייה בצפיפות החומר בסמוך לקטבי הסוללה מובילה ל דיפוזיה, - הרצון להפצה אחידה של החומר לאורך הנפח. מה קורה כשאתה מכבה את הסוללה.
זרם הפוך מוליכים למחצה
כאן הגיע הזמן לזכור את נושאי המיעוט, שנשכחו על תנאי. העובדה היא שגם במצב הסגור עובר זרם לא חשוב דרך הדיודה, המכונה הזרם ההפוך. זה זרם הפוך ונוצר על ידי נושאי מיעוט שיכולים לנוע באותה דרך כמו העיקריים, רק בכיוון ההפוך. מטבע הדברים, תנועה כזו מתרחשת תחת מתח הפוך. הזרם ההפוך, ככלל, הוא קטן, בגלל מספרם המועט של מובילי המיעוט.
עם עליית טמפרטורת הגביש, מספר נשאי המיעוט עולה, מה שמוביל לעלייה בזרם ההפוך, מה שעלול להוביל להרס צומת P - N. לכן, טמפרטורות ההפעלה של התקני מוליכים למחצה - דיודות, טרנזיסטורים, מעגלים מוגבלות. על מנת למנוע התחממות יתר, מותקנים דיודות וטרנזיסטורים עוצמתיים על כיורי חום - רדיאטורים.
מפעיל את הדיודה בכיוון קדימה
מוצג באיור 4.
איור 4. הפעל ישיר את הדיודה
כעת אנו משנים את הקוטביות של הכללת המקור: מינוס מתחברים לאזור N (קתודה), ובנוסף לאזור P (אנודה). עם הכללה זו באזור N, האלקטרונים ידחפו ממינוס הסוללה ויעברו לכיוון צומת P-N. באזור P מופעלים חורים טעונים חיוביים מהקצה החיובי של הסוללה. אלקטרונים וחורים ממהרים זה לזה.
חלקיקים טעונים בעלי קוטביות שונה נאספים בסמוך לצומת P-N, שדה חשמלי מתעורר ביניהם. לכן האלקטרונים מתגברים על צומת P-N וממשיכים לעבור באזור P. במקביל, חלקם מתחברים מחדש לחורים, אך רובם ממהרים לתוספת של הסוללה, Id עובר דרך הדיודה.
זרם זה נקרא זרם ישר. זה מוגבל על ידי הנתונים הטכניים של הדיודה, ערך מקסימלי כלשהו. אם חורג מהערך הזה, יש סכנה להתפרקות של הדיודה. עם זאת, יש לציין כי כיוון הזרם קדימה באיור עולה בקנה אחד עם התנועה ההפוכה המקובלת של אלקטרונים.
אנו יכולים גם לומר שבכיוון קדימה של ההפעלה, ההתנגדות החשמלית של הדיודה קטנה יחסית. כשאתה מפעיל אותו שוב, ההתנגדות הזו תהיה גדולה פי כמה, הזרם דרך דיודה מוליכים למחצה לא הולך (זרם הפוך קל לא נלקח בחשבון כאן). מהאמור לעיל אנו יכולים להסיק זאת הדיודה מתנהגת כמו שסתום מכני רגיל: הסתובב לכיוון אחד - מים זורמים, הופכים בכיוון השני - הזרימה נעצרה. עבור נכס זה נקראת הדיודה שסתום מוליכים למחצה.
כדי להבין בפירוט את כל היכולות והמאפיינים של דיודה מוליכים למחצה, עליכם להכיר אותה וולט - מאפיין אמפר. כמו כן, טוב ללמוד על העיצובים השונים של דיודות ומאפייני תדר, על היתרונות והחסרונות. על כך נדון במאמר הבא.
המשך המאמר: מאפייני דיודות, עיצובים ותכונות יישום
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: