Среди широко распространённых электронных компонентов — что такое диод, хорошо знают даже люди, слабо владеющие знаниями в области электроники. В частности, известен эффект действия этой, казалось бы довольно простой детали электронной схемы. Однако, несмотря на конструктивную простоту компонента, имеет место явно важный электронный прибор, без которого полноценно функционировать не в состоянии ни одно современное электронное устройство.
СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :
Что такое диод технологическим исполнением?
Рассматривая электронный прибор диод, никак не обойтись без соответствующей терминологии:
- Изолятор.
- Проводник.
- Полупроводник.
Изолятором выступает материал, структурно практически не способный пропускать электрический ток. Соответственно, проводником выступает материал, обладающий полностью противоположным свойством – свободно пропускает электрический ток. Наконец, полупроводник – материал, обладающий одновременно двумя свойствами, в какой-то степени пропускающий или не пропускающий электрический ток.
Полупроводники создаются, как правило, на базе кремния. Смешиванием кремния с другими элементами (легирование) получают особые свойства. На практике применяют два способа легирования, что даёт разные материалы и типы полупроводников.
Так, если фосфор или мышьяк смешать с кремнием, получается кристаллическая структура, где отмечается избыток свободных электронов. То есть получается тип полупроводника N-структуры.
В другом случае, когда элементы бор или галлий смешивают с кремнием, получают структуру, где отмечается недостаток свободных электронов. Здесь кристаллическая структура наряду с электронами имеет ещё и так называемые «дырки» — места потенциальных электронов. Такой тип полупроводника получил название P-структура.
Таким образом, если соединить материалы, имеющие структуры N и P непосредственно рядом, получается электронный прибор. Вот, что такое диод конструктивно и технологически. Одна сторона прибора с P-структурой считается анодом, другая сторона с N-структурой считается катодом.
Что такое соединение PN для диода?
Точка соединения структур P и N диода называется соединением PN. Сформированный здесь PN-переход преодолевается частью свободных электронов N-структуры или P-структуры с целью заполнения электронов или дырок. Процессом перехода формируется так называемая область обеднения (обеднена дырками и свободными электронами).
Соответственно, потери электронов в точке соединения на стороне N-структуры дают чистый положительный заряд, дополнение электронов на стороне P-структуры даёт суммарный отрицательный заряд.
Сформированными противоположными зарядами создаётся разность потенциалов. Однако в определённый момент накопление электрического заряда P-структуры формирует барьер, препятствующий дальнейшему потоку электронов.
То есть создаётся барьерное напряжение (на уровне 0,7 вольт для кремния). Это барьерное напряжение невозможно измерить напрямую, но это напряжение становится заметным, когда на диод подаётся внешнее напряжение.
Что такое смещение диода прямое и обратное?
Очевидный момент: если на диод подать напряжение 0,7 вольт или выше подключением положительной клеммы к P-структуре и отрицательной клеммы к N-структуре, будет отмечаться прохождение электрического тока через диод.
Тут свободные электроны N-структуры движутся по направлению к переходу и нейтрализуются положительным зарядом барьера. Одновременно положительный полюс притягивает свободные электроны P-структуры через барьер. То есть положительные и отрицательные заряды, образующие барьерное напряжение диода, нейтрализуются.
На диоде отметится протекание электрического тока, получившее характеристику — прямое смещение. Между тем, это действие видится актуальным только для случаев, когда напряжение линии питания диода больше напряжения барьера.
Если же положительный потенциал подключен к N-структуре, а отрицательный потенциал подключен к P-структуре диода, течение электрического тока отсутствует. Такое состояние обусловлено тем, что положительный полюс оттягивает свободные электроны от соединения.
Одновременно отрицательным потенциалом притягиваются положительно заряженные частицы (дырки), эффективно увеличивая область истощения. Этим и обусловлено препятствие протеканию тока, а эффект получил характеристику — обратное смещение. Результат – электрический ток всегда течёт через диод исключительно в одном направлении.
Диод полуволновое и полноволновое выпрямление
Электронный прибор диод применяется под различные операции, в частности для умножения напряжения, логических функций, сглаживания скачков напряжения. Широкое применение таких компонентов отмечается на преобразовании переменного тока в постоянный ток. Процесс, получивший название – ректификация (выпрямление).
Практикуются два типа ректификации, один из которых это однополупериодное выпрямление. Тут имеет место преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока одной полярности.
Сигнал переменного тока отличает постоянно меняющаяся полярность — положительная или отрицательная. Если такого рода сигнал пропускать через диод, электрический ток положительной полярности способствует включению диодного смещения в прямом направлении.
То есть часть положительного напряжения волны переменного тока проходит по цепи беспрепятственно. Когда же полярность переменного тока сменяется отрицательной фазой, диодное смещение включается в обратном направлении. Соответственно, электрический ток не проходит.
Другой тип ректификации – это двухполупериодное выпрямление. Здесь имеет место преобразование, как положительной, так и отрицательной фазы сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока. Достигается такой эффект за счёт включения в схему нескольких диодов, как правило, четырёх (картинка выше).
Для сигнала переменного тока положительной фазы диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, диоды D2 и D4 смещены в обратном направлении. Для сигнала переменного тока отрицательной фазы диоды D2 и D4 смещены уже в прямом направлении, а диоды D1 и D3 в обратном направлении.
Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя формируется серией последовательных полупериодов. Положительная фаза сигнала переменного тока воспроизводится непосредственно, отрицательная фаза сигнала инвертируется.
При помощи информации: WalkerProducts