Как работает диод?

Как работает диод?

Диод — это полупроводниковый электронный компонент с двумя выводами, который обладает свойством выпрямления, позволяя току течь в одном направлении и блокируя его в противоположном направлении. Это фундаментальный строительный блок современных электронных схем, который играет решающую роль в широком спектре приложений.

КАТАЛОГ 

Самый распространенный типдиодЭто диод с PN-переходом, который создается путем соединения полупроводниковых материалов P-типа (положительно заряженного) и N-типа (отрицательно заряженного). Область, где встречаются эти материалы, называется «PN-переходом», который образует сердцевину диода.

Когда положительное напряжение прикладывается к области P-типа, а отрицательное напряжение прикладывается к области N-типа, диод называется «прямосмещенным». Это уменьшает потенциальный барьер на переходе, позволяя току течь через диод. В прямосмещенном состоянии электроны со стороны N и дырки со стороны P объединяются в обедненной области возле перехода, создавая непрерывный поток тока.

С другой стороны, когда отрицательное напряжение прикладывается к области P-типа, а положительное напряжение прикладывается к области N-типа, диод называется «обратно смещенным». Это увеличивает потенциальный барьер на переходе, препятствуя протеканию тока через диод. В состоянии обратного смещения большинство носителей отталкиваются от перехода, расширяя область обеднения и блокируя ток.

Основная функция диода — пропускать ток в одном направлении и блокировать его в противоположном. Это свойство делает диоды полезными для различных применений, в том числе:

Исправление:Преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), пропуская только положительную половину сигнала переменного тока.

Защита:Не допускайте обратной полярности, поскольку диоды блокируют ток при обратном подключении.

Регулирование напряжения:Стабилизация напряжения в цепях за счет использования диодов в схемах регулирования напряжения.

Демодуляция сигнала:Извлечение исходного сигнала из модулированных несущих волн в системах связи.

Светоизлучающий:Некоторые диоды, известные как светоизлучающие диоды (LED), излучают свет при прямом смещении и используются в различных приложениях освещения и отображения.

Переключение:Диоды можно использовать в качестве переключателей в цифровых схемах для управления потоком тока.

Обрезка и зажим:Ограничение или изменение формы сигналов напряжения в приложениях обработки сигналов.

Первое диодное устройство, известное как «детектор кошачьих усов«или «кристаллический детектор» был изобретен в начале 1900-х годов. Он был ключевым компонентом первых радиоприемников, используемых для обнаружения радиосигналов, и был предшественником современных полупроводниковых диодов. Однако важно отметить, что детектор «кошачьи усы» был это не искусственный полупроводниковый диод, каким мы его знаем сегодня, а природный полупроводниковый материал, называемый галенитом (сульфид свинца), и металлический ус для создания точечного контакта;

Детектор кошачьих усов был изобретен независимо несколькими исследователями, и его изобретение приписывают следующим людям:

Джагадиш Чандра Бос (Индия):Бозе, известный ученый и изобретатель, в 1899 году продемонстрировал использование кристаллического детектора из кошачьих усов для обнаружения радиоволн. Хотя он не запатентовал устройство, его работа оказала большое влияние на область беспроводной связи.

Гульельмо Маркони (Италия):Маркони, итальянский изобретатель и инженер, использовал детектор кошачьих усов в некоторых из своих ранних экспериментов по беспроводной связи примерно в 1901 году. Он известен успешным внедрением радиотелеграфии на большие расстояния.

Гринлиф Уиттиер Пикард (США):Пикард, американский инженер, получил в 1906 году патент на «выпрямитель» (диод) на основе кремния, в котором использовался точечный контактный переход кремний-карборунд. Этот патент считается одним из первых патентов, связанных с технологией полупроводниковых диодов.

Генри Харрисон Чейз Данвуди (США):Данвуди, американский инженер, получил патент на «выпрямитель» (диод) на основе оксида меди в 1907 году.

Наиболее распространенным типом диода является диод с PN-переходом. Он образуется путем объединения двух типов полупроводникового материала: P-типа (положительно заряженного) и N-типа (отрицательно заряженного). Давайте разберемся в работе диода шаг за шагом:

ПН-переход:В диоде есть область, где встречаются материалы P-типа и N-типа. Этот переход является сердцем диода и образует барьер между двумя типами материалов.

Регион истощения:Когда материалы P и N вступают в контакт, некоторые электроны из материала N-типа диффундируют в область P-типа, а некоторые дырки из материала P-типа диффундируют в область N-типа. Это создает область вблизи перехода, где нет подвижных носителей заряда (электронов или дырок), называемую областью обеднения. Эта область имеет чистый положительный заряд на стороне N и чистый отрицательный заряд на стороне P.

Смещение вперед:Когда положительное напряжение (более высокий потенциал) прикладывается к области P-типа, а отрицательное напряжение (более низкий потенциал) прикладывается к области N-типа, диод называется «прямосмещенным». Это уменьшает потенциальный барьер на переходе, позволяя току легко течь через диод.

Текущий поток:В прямосмещенном состоянии электроны в материале N-типа и дырки в материале P-типа притягиваются к соединению. Электроны со стороны N и дырки со стороны P объединяются в области обеднения и нейтрализуют друг друга, создавая непрерывный поток тока через диод.

Обратное смещение:Когда отрицательное напряжение (более высокий потенциал) прикладывается к области P-типа, а положительное напряжение (более низкий потенциал) прикладывается к области N-типа, диод называется «обратно смещенным». Это увеличивает потенциальный барьер на переходе, затрудняя протекание тока через диод.

Нет текущего потока:В состоянии обратного смещения основные носители (электроны в N-типе и дырки в P-типе) отталкиваются от перехода, расширяя область обеднения. Это предотвращает протекание тока через диод, поскольку нет доступных носителей заряда для проведения электричества.

Таким образом, диод позволяет току свободно течь в одном направлении (прямое смещение), одновременно блокируя ток в противоположном направлении (обратное смещение). Это свойство делает диоды полезными для преобразования сигналов переменного тока в постоянный ток, защиты схем от обратной полярности и различных других применений в электронных схемах.