|
За да разберете как работи полупроводниковият диод първо ще трябва да разберете както точно представляват полупроводниците и важните за тяхната работа p-n-преходи :
Диодите са неизменна част от всички електронни прибори 1. P-n-преходи Свойствата на полупроводниците ги поставят в основата на съвременната електроника. Полупроводниковите прибори и интегралните схеми са етапи от технологичната революция, довела до масовото им използване в радио- и телевизионните приемници, компютрите, електронните часовници, мобилните телефони и много други навсякъде около нас. В основата на полупроводниците стоят специални елементи. Обикновено това са материали с кристална структура, които има правилна решетка и няма свободни електрони, които да бъдат токоносители - тоест - те на практика са изолатори. Пример за такъв материал е силицият. Неговата кристална решетка може да видите на картинката под текста. Силициевият атом има външен електронен слой с четири електрона и в кристална решетка, както може да видите не оставя свободни електрони - за да стане този материал полупроводник му трябват примеси. Това става чрез процеса - замърсяване.
Вляво - силициев кристал без примеси - вдясно силициев кристал с атом фосфор
След процеса замърсяване в неговият кристал се добавя атом фосфор, който е в пета валентност и след като се свърже в решетката при него остава един свободен електрон. Ето вече имаме n-проводима област. Него да предположим, че този електрон изчезне някъде. На мястото, където е бил преди се образува дупка. Дупките представляват положителни токоносители в полупроводниците. Ако в една област има повече дупки, отколкото електрони тя се нарича р-проводима. Обикновено още при израстването на полупроводниковия кристал в него се внасят примеси от даден тип и той получава определена примесна проводимост. След това кристалът се обработва така, че в определена негова част се внасят примеси, които създават проводимост от противоположния тип. Например, ако кристалът има примесна p-проводимост, в дадена негова област се внасят донори, създаващи в тази област n-проводимост. Обратно, ако кристалът е с n-проводимост, в дадената област се внасят акцептори, които създават там p-проводимост. Така в кристала се получават две (или повече) области с различен тип примесна проводимост.
Границата между р- и n-областите в един полупроводников кристал се нарича р-п-преход.
Близо до границата между две области на полупроводниковия кристал с различен тип проводимост протичат процеси, които водят до изменение в концентрацията на токовите носители. Ако концентрацията на електроните и дупките е голяма, през граничната област тече ток. Когато концентрацията стане много малка, токът спира да тече. Това зависи от посоката на тока. Както се вижда, р-n-преходът играе изключително важна роля да пропуска ток само в една посока.
2.Полупроводников диод
Полупроводниковият диод е най-простият полупроводников прибор. Той се състои от два кристала с различна населеност - един р и един n-проводим. Когато тези кристали се допрат между тях се осъществява един интересен процес, при който всички електрони от двете области се преразпределят и между областите се появява участък, който се нарича преход. От тук нататък от този преход зависи дали ще протече ток през диода и в коя посока ще стане това. Диода има свойството да пропуска ток само в една посока - защо става така ? Погледнете симулацията за полупроводниковият диод. Когато се обърне посоката на тока (тоест пусне се в грешната посока) какво става ? Потока от електрони от едната страна запълват дупките в р-областта и те се изтеглят бавно към края. Електроните в n-областта пък се привличат от положителните заряди, и отблъскват от електроните от другата страна и се изместват и те в края. Така прехода се удебелява и в крайна сметка не пропуска никакви заряди.
Графика, показваща измененията в тока и напрежението при различните посоки на свързване на диода. Отляво е показано какво става, когато тока се подава в неправилната посока, а отляво - в правилната.
Но защо тока тече в обратната посока ? Ами просто - когато тока диода се свърже правилно - потока електрони навлиза в n-областта - те изблъскват електроните от там, които пък продължават през р-областта и от дупка на дупка прескачат тази част от диода и излизат от него. Когато дойдат още електрони в n-областта същото се случва с електроните, които са там и ако веригата е затворена - това се повтаря постоянно. Следователно диодът има свойството да пропуска електричен ток само в едната посока. Това се използва в електрониката за изправяне на променливи токове. Токоизправителите са широкоразпространени уреди, чиито основни елементи са диодите. |
