Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας της διόδου
Η δίοδος είναι η απλούστερη συσκευή ημιαγωγών που μπορεί να βρεθεί στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος οποιασδήποτε ηλεκτρονικής συσκευής σήμερα. Ανάλογα με την εσωτερική δομή και τα τεχνικά χαρακτηριστικά, οι δίοδοι ταξινομούνται σε διάφορους τύπους: γενικές, ανορθωτές, παλμικές, δίοδοι zener, δίοδοι σήραγγας και varicaps. Χρησιμοποιούνται για διόρθωση, περιορισμό τάσης, ανίχνευση, διαμόρφωση κ.λπ. — ανάλογα με το σκοπό της συσκευής στην οποία χρησιμοποιούνται.
Η βάση της διόδου είναι p-n-διασταύρωσηπου σχηματίζεται από ημιαγωγικά υλικά με δύο διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας. Δύο καλώδια συνδέονται στον κρύσταλλο της διόδου που ονομάζεται κάθοδος (αρνητικό ηλεκτρόδιο) και άνοδος (θετικό ηλεκτρόδιο). Υπάρχει μια περιοχή ημιαγωγού τύπου p στην πλευρά της ανόδου και μια περιοχή ημιαγωγού τύπου n στην πλευρά της καθόδου. Αυτή η συσκευή διόδου της δίνει μια μοναδική ιδιότητα — το ρεύμα ρέει μόνο σε μία (προς τα εμπρός) κατεύθυνση, από την άνοδο στην κάθοδο. Αντίθετα, μια δίοδος που λειτουργεί κανονικά δεν μεταφέρει ρεύμα.
Στην περιοχή της ανόδου (τύπου p) οι κύριοι φορείς φορτίου είναι θετικά φορτισμένες οπές και στην περιοχή της καθόδου (τύπου n) αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Τα καλώδια διόδου είναι μεταλλικές επιφάνειες επαφής στις οποίες συγκολλούνται τα καλώδια.
Όταν η δίοδος μεταφέρει ρεύμα προς τα εμπρός, σημαίνει ότι βρίσκεται σε ανοιχτή κατάσταση. Εάν το ρεύμα δεν διέρχεται από τη διασταύρωση p-n, τότε η δίοδος κλείνει. Έτσι, η δίοδος μπορεί να είναι σε μία από τις δύο σταθερές καταστάσεις: ανοιχτή ή κλειστή.
Συνδέοντας τη δίοδο στο κύκλωμα πηγής τάσης συνεχούς ρεύματος, την άνοδο στον θετικό ακροδέκτη και την κάθοδο στον αρνητικό ακροδέκτη, λαμβάνουμε την εμπρόσθια πόλωση της διασταύρωσης pn. Και αν η τάση της πηγής αποδειχθεί επαρκής (0,7 βολτ είναι αρκετά για μια δίοδο πυριτίου), τότε η δίοδος θα ανοίξει και θα αρχίσει να διεξάγει ρεύμα. Το μέγεθος αυτού του ρεύματος θα εξαρτηθεί από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης και την εσωτερική αντίσταση της διόδου.
Γιατί η δίοδος μπήκε στην αγώγιμη κατάσταση; Διότι με τη σωστή ενεργοποίηση της διόδου, τα ηλεκτρόνια από την n-περιοχή, υπό τη δράση του EMF της πηγής, όρμησαν στο θετικό της ηλεκτρόδιο, στις οπές από την περιοχή p, που τώρα μετακινούνται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. της πηγής, στα ηλεκτρόνια.
Στα σύνορα των περιοχών (στην ίδια τη διασταύρωση p-n) αυτή τη στιγμή υπάρχει ένας ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων και οπών, η αμοιβαία απορρόφησή τους. Και η πηγή αναγκάζεται να παρέχει συνεχώς νέα ηλεκτρόνια και οπές στην περιοχή διασταύρωσης p-n, αυξάνοντας τη συγκέντρωσή τους.
Τι γίνεται όμως αν η δίοδος αντιστραφεί, με την κάθοδο στον θετικό ακροδέκτη της πηγής και την άνοδο στον αρνητικό ακροδέκτη; Οι οπές και τα ηλεκτρόνια διασκορπίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις—προς τα τερματικά—από τη διασταύρωση και μια περιοχή χωρίς φορείς φορτίου—ένα φράγμα δυναμικού—εμφανίζεται κοντά στη διασταύρωση. Το ρεύμα που προκαλείται από τους περισσότερους φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια και οπές) απλά δεν θα εμφανιστεί.
Αλλά ο κρύσταλλος της διόδου δεν είναι τέλειος. Εκτός από τους κύριους φορείς φόρτισης, έχει επίσης δευτερεύοντες φορείς φόρτισης που θα δημιουργήσουν ένα πολύ αμελητέο αντίστροφο ρεύμα διόδου μετρημένο σε μικροαμπέρ. Αλλά η δίοδος σε αυτή την κατάσταση είναι κλειστή επειδή η διασταύρωση p-n της έχει αντίστροφη πόλωση.
Η τάση στην οποία η δίοδος μεταβαίνει από την κλειστή στην ανοιχτή κατάσταση ονομάζεται τάση προς τα εμπρός διόδου (βλ. Βασικές παράμετροι διόδων), που είναι ουσιαστικά η πτώση τάσης στη διασταύρωση p-n. Η αντίσταση της διόδου στο προς τα εμπρός ρεύμα δεν είναι σταθερή, εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος που διαπερνά τη δίοδο και είναι της τάξης πολλών ohms. Η τάση αντίστροφης πολικότητας στην οποία σβήνει η δίοδος ονομάζεται αντίστροφη τάση διόδου. Η αντίστροφη αντίσταση μιας διόδου σε αυτή την κατάσταση μετριέται σε χιλιάδες ohms.
Προφανώς, μια δίοδος μπορεί να μεταβεί από ανοιχτή σε κλειστή κατάσταση και αντίστροφα όταν αλλάξει η πολικότητα της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτήν. Η λειτουργία του ανορθωτή βασίζεται σε αυτή την ιδιότητα της διόδου. Έτσι σε ένα ημιτονοειδές κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, η δίοδος θα μεταφέρει ρεύμα μόνο κατά τη διάρκεια του θετικού ημικύματος και θα μπλοκάρει κατά τη διάρκεια του αρνητικού ημικύματος.
Δείτε επίσης για αυτό το θέμα:Ποια είναι η διαφορά μεταξύ παλμικών διόδων και ανορθωτή