Dispositivi a semiconduttore furono utilizzati nell'ingegneria radiofonica anche prima dell'invenzione dei tubi a vuoto. L'inventore della radio, A. S. Popov, usò prima un coherer (un tubo di vetro con limatura di metallo) e poi il contatto di un ago d'acciaio con un elettrodo di carbonio per rilevare le onde elettromagnetiche.

Questo è stato il primo diodo semiconduttore— rilevatore. Successivamente sono stati realizzati rilevatori utilizzando semiconduttori cristallini naturali e artificiali (galena, zincite, calcopirite, ecc.).

Un tale rilevatore era costituito da un cristallo semiconduttore saldato in una tazza di supporto e da una molla in acciaio o tungsteno con un'estremità appuntita (Fig. 1). La posizione della punta sul cristallo è stata trovata sperimentalmente, ottenendo il volume più alto di trasmissione della stazione radio.

Riso. 1. Diodo a semiconduttore - rilevatore.

Nel 1922, O. V. Losev, un impiegato del Laboratorio radiofonico di Nizhny Novgorod, scoprì un fenomeno straordinario: un rilevatore di cristalli, a quanto pare, può generare e amplificare le oscillazioni elettriche.

Era una vera sensazione, ma la mancanza di conoscenze scientifiche e la mancanza delle necessarie attrezzature sperimentali non consentivano all'epoca di esplorare a fondo l'essenza dei processi che avvengono in un semiconduttore e di creare dispositivi a semiconduttore in grado di competere con un tubo elettronico .

Diodo semiconduttore

Diodi semiconduttori indicato con un simbolo che è stato conservato in termini generali sin dai tempi delle prime radio (Fig. 2.6).

Riso. 2. Designazione e struttura di un diodo a semiconduttore.

La parte superiore del triangolo in questo simbolo indica la direzione di massima conduttività (il triangolo simboleggia l'anodo del diodo e la breve linea perpendicolare alle linee conduttrici è il suo catodo).

Lo stesso simbolo indica raddrizzatori a semiconduttore, costituiti, ad esempio, da più diodi collegati in serie, parallelo o misti (colonne raddrizzatrici, ecc.).

Ponti di diodi

I raddrizzatori a ponte vengono spesso utilizzati per alimentare apparecchiature radio. Lo schema dello stesso schema di collegamento del diodo (un quadrato, i cui lati sono formati da simboli di diodi) è diventato da tempo generalmente accettato, quindi, per designare tali raddrizzatori, ha iniziato a essere utilizzato un simbolo semplificato: un quadrato con il simbolo di uno diodo interno (Fig. 3).

Riso. 3. Designazione del ponte a diodi.

A seconda del valore della tensione raddrizzata, ciascun braccio del ponte può essere costituito da uno, due o più diodi. La polarità della tensione raddrizzata non è indicata negli schemi poiché è chiaramente determinata dal simbolo del diodo all'interno del quadrato.

I ponti sono strutturalmente riuniti in un unico alloggiamento e vengono raffigurati separatamente, in modo tale che nella designazione di posizione essi appartengano allo stesso prodotto. Accanto alla designazione della posizione dei diodi, come tutti gli altri dispositivi a semiconduttore, viene solitamente indicato il loro tipo.

Sulla base del simbolo del diodo vengono costruiti simboli per diodi a semiconduttore con proprietà speciali. Per ottenere il simbolo desiderato, vengono utilizzati caratteri speciali, sia sul simbolo base stesso che nelle immediate vicinanze di esso, e per focalizzare l'attenzione su alcuni di essi, il simbolo base viene posizionato in un cerchio - un simbolo per il corpo di un dispositivo a semiconduttore.

Diodi tunnel

Un segno simile a una parentesi diritta indica il catodo dei diodi tunnel (Fig. 4a). Sono realizzati con materiali semiconduttori con un contenuto di impurità molto elevato, per cui il semiconduttore si trasforma in un semimetallo. A causa della forma insolita della caratteristica corrente-tensione (ha una sezione di resistenza negativa), i diodi tunnel vengono utilizzati per amplificare e generare segnali elettrici e nei dispositivi di commutazione. Un vantaggio importante di questi diodi è che possono funzionare a frequenze molto elevate.

Riso. 4. Diodo tunnel e sua designazione.

Un tipo di diodi tunnel sono i diodi inversi, in cui, a una bassa tensione sulla giunzione pn, la conduttività nella direzione inversa è maggiore che nella direzione in avanti.

Tali diodi vengono utilizzati nella connessione inversa. Nel simbolo di un diodo invertito, il trattino del catodo è raffigurato con due trattini che lo toccano con il centro (Fig. 4.6).

Diodi Zener

I diodi zener a semiconduttore, che funzionano anche sul ramo inverso della caratteristica corrente-tensione, hanno conquistato un posto di rilievo negli alimentatori, in particolare quelli a bassa tensione.

Si tratta di diodi al silicio planari realizzati utilizzando una tecnologia speciale. Quando vengono accesi nella direzione opposta e ad una certa tensione, la giunzione “sfonda” e successivamente, nonostante l'aumento della corrente attraverso la giunzione, la tensione ai suoi capi rimane pressoché invariata.

Riso. 5. Diodo Zener e sua designazione sugli schemi.

Grazie a questa proprietà, i diodi Zener sono ampiamente utilizzati come elementi stabilizzatori indipendenti, nonché come fonti di tensioni di riferimento negli stabilizzatori a transistor.

Per ottenere piccole tensioni di riferimento, i diodi Zener vengono accesi nella direzione in avanti, con la tensione di stabilizzazione di un diodo Zener pari a 0,7... 0,8 V. Gli stessi risultati si ottengono quando i diodi al silicio convenzionali vengono accesi nella direzione in avanti .

Per stabilizzare le basse tensioni, sono stati sviluppati e ampiamente utilizzati diodi semiconduttori speciali - stabistori. La loro differenza rispetto ai diodi zener è che funzionano sul ramo diretto della caratteristica corrente-tensione, cioè quando sono accesi nella direzione in avanti (conduttiva).

Per mostrare un diodo Zener nel diagramma, il trattino del catodo del simbolo di base è integrato con un breve trattino diretto verso il simbolo dell'anodo (Fig. 5a). Va notato che la posizione del tratto rispetto al simbolo dell'anodo dovrebbe rimanere invariata indipendentemente dalla posizione del simbolo del diodo zener sul diagramma.

Ciò si applica pienamente al simbolo di un diodo Zener a due anodi (a doppia faccia) (Fig. 5.6), che può essere collegato a un circuito elettrico in qualsiasi direzione (in realtà, si tratta di due diodi Zener identici collegati schiena contro schiena) .

Varicap

Una giunzione elettrone-lacuna a cui viene applicata una tensione inversa ha le proprietà di un condensatore. In questo caso, il ruolo del dielettrico è svolto dalla stessa giunzione pn, in cui sono presenti pochi portatori di carica liberi, e il ruolo delle piastre è svolto dagli strati adiacenti del semiconduttore con cariche elettriche di segni diversi: elettroni e buchi. Modificando la tensione applicata alla giunzione pn, è possibile modificarne lo spessore, e quindi la capacità tra gli strati del semiconduttore.

Riso. 6. Varicap e loro designazione sugli schemi elettrici.

Questo fenomeno viene utilizzato in speciali dispositivi a semiconduttore - varicapah[da parole inglesi vari(abile) - variabile e berretto(acitore) - condensatore]. I Varicap sono ampiamente utilizzati per la sintonizzazione di circuiti oscillatori, in dispositivi di controllo automatico della frequenza e anche come modulatori di frequenza in vari generatori.

La designazione grafica convenzionale di un varicap (vedi Fig. 6, a) riflette chiaramente la loro essenza: le linee parallele nella parte inferiore sono percepite come un simbolo di un condensatore. Condensatori kick e variabili, i varicap sono spesso realizzati sotto forma di blocchi (sono chiamati matrici) con un catodo comune e anodi separati. Ad esempio nella Fig. 6.6 mostra la designazione di una matrice di due varicap e Fig. 6,c - su tre.

Tiristori

Basato sul simbolo base del diodo, condizionale designazioni dei tiristori(dal greco Tira– porta e inglese (resi) stor- resistore). Si tratta di diodi, che sono strati alternati di silicio con conduttività elettrica di tipo P e P. Ci sono quattro di questi strati in un tiristore, cioè ha tre giunzioni pn (struttura pppp).

Tiristori hanno trovato ampia applicazione in vari regolatori di tensione alternata, generatori di rilassamento, dispositivi di commutazione, ecc.

Riso. 7. Tiristore e sua designazione sugli schemi elettrici.

I tiristori con conduttori solo dagli strati esterni della struttura sono chiamati dinistorimn e sono designati da un simbolo di diodo barrato da un segmento di linea parallelo alla linea del catodo (Figura 7, a). La stessa tecnica è stata utilizzata nella costruzione della designazione di un dinistor simmetrico (Fig. 7, b), che conduce corrente (dopo l'accensione) in entrambe le direzioni.

I tiristori con un'uscita aggiuntiva (terza) (da uno degli strati interni della struttura) sono chiamati tiristori. Il controllo lungo il catodo nella designazione di questi dispositivi è mostrato da una linea spezzata attaccata al simbolo del catodo (Fig. 7, c), lungo l'anodo - da una linea che si estende su uno dei lati del triangolo che simboleggia l'anodo (Fig. 7, d).

Il simbolo di un triistor simmetrico (bidirezionale) si ottiene dal simbolo di un dinistor simmetrico aggiungendo un terzo terminale (Fig. 7, (5).

Fotodiodi

Parte principale fotodiodoè una giunzione che funziona con polarizzazione inversa. Il suo corpo ha una finestra attraverso la quale viene illuminato il cristallo semiconduttore. In assenza di luce, la corrente attraverso la giunzione pn è molto piccola: non supera la corrente inversa di un diodo convenzionale.

Riso. 8. Fotodiodi e loro rappresentazione su diagrammi.

Quando il cristallo è illuminato, la resistenza inversa della giunzione diminuisce bruscamente e la corrente che lo attraversa aumenta. Per mostrare un tale diodo a semiconduttore in un diagramma, il simbolo di base del diodo è posto in un cerchio e accanto ad esso (in alto a sinistra, indipendentemente dalla posizione del simbolo) è raffigurato il segno dell'effetto fotoelettrico: due paralleli obliqui frecce dirette verso il simbolo (Fig. 8a).

Allo stesso modo, non è difficile costruire un simbolo per qualsiasi altro dispositivo a semiconduttore che cambia le sue proprietà sotto l'influenza della radiazione ottica. Come esempio in Fig. 8.6 mostra la designazione del fotodinistore.

LED e indicatori LED

I diodi a semiconduttore che emettono luce quando la corrente passa attraverso una giunzione pn sono chiamati LED. Tali diodi sono accesi nella direzione in avanti. Il simbolo grafico convenzionale di un LED è simile al simbolo del fotodiodo e si differenzia da esso per il fatto che le frecce indicanti la radiazione ottica sono poste a destra del cerchio e dirette nella direzione opposta (Fig. 9).

Riso. 9. LED e loro rappresentazione negli schemi.

Per visualizzare numeri, lettere e altri caratteri nelle apparecchiature a bassa tensione, vengono spesso utilizzati indicatori di caratteri LED, che sono insiemi di cristalli che emettono luce disposti in un certo modo e riempiti di plastica trasparente.

Gli standard ESKD non forniscono simboli per tali prodotti, ma in pratica spesso utilizzano simboli simili a quelli mostrati in Fig. 10 (simbolo indicatore a sette segmenti per la visualizzazione di numeri e una virgola).

Riso. 10. Designazione degli indicatori di segmento LED.

Come puoi vedere, una tale designazione grafica riflette chiaramente la posizione effettiva degli elementi che emettono luce (segmenti) nell'indicatore, sebbene non sia priva di inconvenienti: non contiene informazioni sulla polarità dell'inclusione dei terminali dell'indicatore nel circuito elettrico (gli indicatori sono realizzati sia con terminale anodico comune a tutti i segmenti sia con terminale catodico comune).

Tuttavia, ciò di solito non causa particolari difficoltà, poiché il collegamento dell'uscita comune dell'indicatore (così come i microcircuiti) è specificato nello schema.

Optoaccoppiatori

I cristalli che emettono luce sono ampiamente utilizzati negli accoppiatori ottici: dispositivi speciali utilizzati per collegare singole parti di dispositivi elettronici nei casi in cui è necessario il loro isolamento galvanico. Nei diagrammi, gli optoaccoppiatori sono rappresentati come mostrato in Fig. undici.

Il collegamento ottico dell'emettitore di luce (LED) con il fotorilevatore è mostrato da due frecce parallele perpendicolari alle linee conduttrici dell'accoppiatore ottico. Il fotorilevatore in un accoppiatore ottico può essere non solo un fotodiodo (Fig. 11,a), ma anche un fotoresistore (Fig. 11,6), un fotodinistore (Fig. 11,c), ecc. L'orientamento reciproco dei simboli del emettitore e fotorivelatore non sono regolamentati.

Riso. 11. Designazione degli accoppiatori ottici (accoppiatori ottici).

Se necessario, i componenti dell'accoppiatore ottico possono essere rappresentati separatamente, ma in questo caso il segno della connessione ottica dovrebbe essere sostituito con i segni della radiazione ottica e dell'effetto fotoelettrico e l'appartenenza delle parti all'accoppiatore ottico dovrebbe essere mostrata nella posizione designazione (Fig. 11, d).

Letteratura: V.V. Frolov, Linguaggio dei circuiti radiofonici, Mosca, 1998.

Agli albori dell'ingegneria radiofonica, il primo elemento attivo era un tubo a vuoto. Ma già negli anni venti del secolo scorso apparvero e divennero molto popolari i primi dispositivi disponibili per la ripetizione da parte dei radioamatori. Questi sono ricevitori rilevatori. Inoltre, venivano prodotti su scala industriale, erano economici e fornivano la ricezione per due o tre stazioni radio nazionali operanti nelle bande a onde medie e lunghe.

Fu nei ricevitori rilevatori che fu utilizzato per la prima volta il dispositivo a semiconduttore più semplice, inizialmente chiamato rilevatore e solo in seguito ricevette il suo nome moderno: un diodo.

Un diodo è un dispositivo costituito da soli due strati di semiconduttore. Questo è lo strato “p” - positivo e lo strato “n” - negativo. Al confine di due strati semiconduttori, “ p-n" transizione. L'anodo è la regione “p” e il catodo è la regione “n”. Qualsiasi diodo è in grado di condurre corrente solo dall'anodo al catodo. Sui diagrammi schematici è designato come segue.

Come funziona un diodo a semiconduttore?

In un semiconduttore di tipo “n” ci sono elettroni liberi, particelle con un segno meno, e in un semiconduttore di tipo “p” ci sono ioni con carica positiva, solitamente chiamati “buchi”. Colleghiamo il diodo alla fonte di alimentazione in connessione inversa, ovvero applicheremo un meno all'anodo e un più al catodo. L'attrazione avviene tra cariche di polarità diverse e gli ioni con carica positiva vengono attratti verso il meno e gli elettroni negativi vanno alla deriva verso il positivo della fonte di energia. In una giunzione “p-n” non ci sono portatori di carica e non c’è movimento di elettroni. Nessun movimento di elettroni - nessuna corrente elettrica. Il diodo è chiuso.

Quando il diodo viene acceso direttamente, si verifica il processo inverso. Come risultato della repulsione delle cariche unipolari, tutti i portatori sono raggruppati nella zona di transizione tra due strutture semiconduttrici. Tra le particelle si creano un campo di transizione elettrica e una ricombinazione di elettroni e lacune. La corrente elettrica inizia a fluire attraverso la giunzione p-n. Il processo stesso è chiamato “conduzione della lacuna elettronica”. In questo caso il diodo è aperto.

Sorge una domanda del tutto naturale: come si possono ottenere strutture con proprietà diverse da un materiale semiconduttore, cioè un semiconduttore di tipo “n” e un semiconduttore di tipo “p”. Ciò può essere ottenuto utilizzando un processo elettrochimico chiamato drogaggio, ovvero introducendo nel semiconduttore impurità di altri metalli, che forniscono il tipo di conduttività desiderata. I semiconduttori utilizzati in elettronica sono principalmente tre. Questo germanio (Ge), silicio (Si) E Arseniuro di gallio (GaAs). Il silicio, ovviamente, è il più diffuso, poiché le sue riserve nella crosta terrestre sono davvero enormi, quindi il costo dei dispositivi a semiconduttore basati sul silicio è molto basso.

Quando si aggiunge una quantità trascurabile di arsenico al silicio fuso ( COME) otteniamo un semiconduttore “ N” e drogando il silicio con l'elemento delle terre rare indio ( In), otteniamo un semiconduttore “ P" tipo. Esistono molti additivi per drogare i materiali semiconduttori. Ad esempio, l'introduzione di atomi d'oro nella struttura di un semiconduttore aumenta le prestazioni di diodi, transistor e circuiti integrati e l'aggiunta di un piccolo numero di varie impurità nel cristallo di arseniuro di gallio determina il colore del LED.

Tipi di diodi e loro portata.

La famiglia dei diodi a semiconduttore è molto ampia. Esternamente sono molto simili, ad eccezione di alcuni gruppi che differiscono strutturalmente e in una serie di parametri. Le modifiche più comuni dei diodi a semiconduttore sono:

Vale anche la pena notare che ogni tipo di diodo ha sottogruppi. Ad esempio, tra i raddrizzatori ci sono anche i diodi ultraveloci. Può essere chiamato come Raddrizzatore ultraveloce , Raddrizzatore HyperFast e così via. Esempio: diodo ultraveloce a bassa caduta di tensione STTH6003TV/CW(analogico VS-60CPH03). Si tratta di un diodo altamente specializzato, utilizzato, ad esempio, nelle saldatrici di tipo inverter. I diodi Schottky sono veloci, ma non possono sopportare tensioni inverse elevate, quindi vengono utilizzati diodi raddrizzatori ultraveloci, che possono sopportare tensioni inverse elevate e correnti dirette enormi. Inoltre, le loro prestazioni sono paragonabili a quelle dei diodi Schottky.

Parametri dei diodi a semiconduttore.

I diodi a semiconduttore hanno molti parametri e sono determinati dalla funzione che svolgono in un particolare dispositivo. Ad esempio, nei diodi che generano oscillazioni a microonde, un parametro molto importante è la frequenza operativa, nonché la frequenza di taglio alla quale la generazione fallisce. Ma per i diodi raddrizzatori questo parametro non è assolutamente importante.

Nella commutazione e nella commutazione dei diodi, sono importanti la velocità di commutazione e il tempo di recupero, ovvero la velocità di apertura completa e chiusura completa. Nei diodi di potenza ad alta potenza, la dissipazione di potenza è importante. Per fare ciò, sono montati su radiatori speciali. Ma i diodi che funzionano in dispositivi a bassa corrente non necessitano di radiatori.

Ma ci sono parametri considerati importanti per tutti i tipi di diodi, li elenchiamo:

Hai. – tensione ammissibile sul diodo quando la corrente lo attraversa nella direzione in avanti. Non dovresti superare questa tensione, poiché ciò causerebbe danni.

U arr. – tensione consentita sul diodo nello stato chiuso. È detta anche tensione di rottura. Nello stato chiuso, quando non scorre corrente attraverso la giunzione p-n, ai terminali si forma una tensione inversa. Se supera il valore consentito, ciò porterà a un "rottura" fisica della giunzione pn. Di conseguenza, il diodo si trasformerà in un normale conduttore (si brucerà).

I diodi Schottky sono molto sensibili all'eccesso di tensione inversa, che molto spesso fallisce per questo motivo. I diodi convenzionali, ad esempio i raddrizzatori al silicio, sono più resistenti all'eccesso di tensione inversa. Quando viene leggermente superato, passano alla modalità rottura reversibile. Se il cristallo del diodo non ha il tempo di surriscaldarsi a causa dell'eccessiva generazione di calore, il prodotto può funzionare a lungo.

L'ho fatto. – corrente diretta del diodo. Questo è un parametro molto importante che dovrebbe essere preso in considerazione quando si sostituiscono i diodi con analoghi o quando si progettano dispositivi fatti in casa. L'entità della corrente diretta per diverse modifiche può raggiungere decine e centinaia di ampere. Sul radiatore sono installati diodi particolarmente potenti per rimuovere il calore, che si forma a causa dell'effetto termico della corrente. Anche la giunzione P-N in connessione diretta ha una bassa resistenza. A piccole correnti operative il suo effetto non è evidente, ma a correnti da poche a decine di ampere il cristallo del diodo si riscalda notevolmente. Ad esempio, un ponte a diodi raddrizzatore in una saldatrice inverter deve essere installato su un radiatore.

Io arr. – corrente inversa dei diodi. La corrente inversa è la cosiddetta corrente portante di minoranza. Si forma quando il diodo è chiuso. La quantità di corrente inversa è molto piccola e nella stragrande maggioranza dei casi non viene presa in considerazione.

U stabile – tensione di stabilizzazione (per diodi zener). Maggiori informazioni su questo parametro nell'articolo sul diodo zener.

Inoltre va tenuto presente che tutti questi parametri nella letteratura tecnica sono stampati con la dicitura “ massimo" Qui è indicato il valore massimo consentito di questo parametro. Pertanto, quando si sceglie il tipo di diodo per il proprio progetto, è necessario contare sui valori massimi consentiti.

Un diodo è uno dei tipi di dispositivi progettati sulla base dei semiconduttori. Ha una giunzione pn, nonché terminali anodici e catodici. Nella maggior parte dei casi, è progettato per la modulazione, rettifica, conversione e altre azioni con segnali elettrici in ingresso.

Principio di funzionamento:

1. Elettricità agisce sul catodo, il riscaldatore inizia a brillare e l'elettrodo inizia a emettere elettroni.
2. Tra due elettrodi viene generato un campo elettrico.
3. Se l'anodo ha un potenziale positivo, quindi inizia ad attrarre gli elettroni a sé e il campo risultante è un catalizzatore per questo processo. In questo caso viene generata una corrente di emissione.
4. Tra gli elettrodi si forma una carica spaziale negativa che può interferire con il movimento degli elettroni. Ciò accade se il potenziale dell'anodo è troppo debole. In questo caso, alcuni elettroni non sono in grado di superare l'influenza della carica negativa e iniziano a muoversi nella direzione opposta, tornando nuovamente al catodo.
5. Tutti gli elettroni, che ha raggiunto l'anodo e non è tornato al catodo, determina i parametri della corrente catodica. Pertanto, questo indicatore dipende direttamente dal potenziale dell'anodo positivo.
6. Flusso di tutti gli elettroni, che sono riusciti a raggiungere l'anodo, è chiamata corrente anodica, i cui indicatori nel diodo corrispondono sempre ai parametri della corrente catodica. A volte entrambi gli indicatori possono essere pari a zero; ciò accade in situazioni in cui l'anodo ha una carica negativa. In questo caso, il campo che si crea tra gli elettrodi non accelera le particelle, ma, al contrario, le rallenta e le riporta al catodo. Il diodo in questo caso rimane in uno stato bloccato, il che porta ad un circuito aperto.

Dispositivo

Di seguito la descrizione dettagliata della struttura dei diodi; lo studio di queste informazioni è necessario per comprendere meglio i principi di funzionamento di questi elementi:

1. Telaioè un cilindro a vuoto che può essere realizzato in vetro, metallo o varietà di materiali ceramici durevoli.
2. All'interno del cilindro ci sono 2 elettrodi. Il primo è un catodo riscaldato, progettato per garantire il processo di emissione di elettroni. Il catodo più semplice nel design è un filamento di piccolo diametro, che si riscalda durante il funzionamento, ma oggi sono più comuni elettrodi riscaldati indirettamente. Sono cilindri di metallo e hanno uno speciale strato attivo in grado di emettere elettroni.
3. All'interno del catodo calore indiretto C'è un elemento specifico: un filo che si illumina sotto l'influenza della corrente elettrica, si chiama riscaldatore.
4. Secondo elettrodoè l'anodo, è necessario accettare gli elettroni rilasciati dal catodo. Per fare ciò, deve avere un potenziale positivo rispetto al secondo elettrodo. Nella maggior parte dei casi anche l'anodo è cilindrico.
5. Entrambi gli elettrodi i dispositivi a vuoto sono completamente identici all'emettitore e alla base della varietà di elementi semiconduttori.
6. Per realizzare un cristallo di diodo Il più delle volte viene utilizzato il silicio o il germanio. Una delle sue parti è di tipo p elettricamente conduttiva e presenta una carenza di elettroni, che è formata con un metodo artificiale. Anche il lato opposto del cristallo ha conduttività, ma è di tipo n e ha un eccesso di elettroni. Esiste un confine tra le due regioni, chiamato giunzione p-n.

Tali caratteristiche della struttura interna conferiscono ai diodi la loro proprietà principale: la capacità di condurre la corrente elettrica in una sola direzione.

Scopo

Di seguito sono riportati i principali ambiti di applicazione dei diodi, da cui risulta chiaro il loro scopo principale:

1. Ponti di diodi sono 4, 6 o 12 diodi collegati tra loro, il loro numero dipende dal tipo di circuito, che può essere monofase, trifase a mezzo ponte o trifase a ponte intero. Eseguono le funzioni dei raddrizzatori; questa opzione è spesso utilizzata nei generatori di automobili, poiché l'introduzione di tali ponti, così come l'uso di unità di raccolta spazzole con essi, ha permesso di ridurre significativamente le dimensioni di questo dispositivo e aumentarne l'affidabilità. Se il collegamento viene effettuato in serie e in una direzione, aumenta la tensione minima necessaria per sbloccare l'intero ponte di diodi.
2. Rivelatori a diodi si ottengono abbinando questi dispositivi a condensatori. Ciò è necessario affinché sia ​​possibile isolare la modulazione a bassa frequenza da vari segnali modulati, inclusa la varietà modulata in ampiezza del segnale radio. Tali rilevatori fanno parte della progettazione di molti elettrodomestici, come televisori o radio.
3. Garantire la protezione dei consumatori dalla polarità errata quando si accendono gli ingressi del circuito da sovraccarichi o interruttori da guasto dovuto alla forza elettromotrice che si verifica durante l'autoinduzione, che si verifica quando il carico induttivo è spento. Per garantire la sicurezza dei circuiti dai sovraccarichi che si verificano, viene utilizzata una catena composta da diversi diodi collegati ai bus di alimentazione nella direzione inversa. In questo caso l'ingresso a cui viene fornita la protezione deve essere collegato al centro di questa catena. Durante il normale funzionamento del circuito, tutti i diodi sono in uno stato chiuso, ma se rilevano che il potenziale di ingresso ha superato i limiti di tensione consentiti, uno degli elementi protettivi viene attivato. Per questo motivo questo potenziale consentito viene limitato entro la tensione di alimentazione consentita in combinazione con una caduta diretta della tensione sul dispositivo di protezione.
4. Interruttori, creati sulla base di diodi, vengono utilizzati per commutare segnali con alte frequenze. Tale sistema è controllato utilizzando corrente elettrica continua, separazione ad alta frequenza e fornitura di un segnale di controllo, che avviene a causa di induttanza e condensatori.
5. Creazione di protezione da scintille a diodi. Vengono utilizzate barriere a diodi shunt che garantiscono sicurezza limitando la tensione nel circuito elettrico corrispondente. In combinazione con essi vengono utilizzati resistori limitatori di corrente, necessari per limitare la corrente elettrica che passa attraverso la rete e aumentare il grado di protezione.

L'uso dei diodi nell'elettronica oggi è molto diffuso, poiché praticamente nessun tipo moderno di apparecchiatura elettronica può fare a meno di questi elementi.

Collegamento diretto al diodo

La giunzione p-n del diodo può essere influenzata dalla tensione fornita da fonti esterne. Indicatori come grandezza e polarità influenzeranno il suo comportamento e la corrente elettrica condotta attraverso di esso.

Di seguito consideriamo in dettaglio l'opzione in cui il polo positivo è collegato alla regione di tipo p e il polo negativo alla regione di tipo n. In questo caso, si verificherà la commutazione diretta:

1. Sotto tensione da una sorgente esterna, si formerà un campo elettrico nella giunzione p-n, e la sua direzione sarà opposta al campo di diffusione interno.
2. Tensione di campo diminuirà in modo significativo, il che causerà un forte restringimento dello strato barriera.
3. Sotto l'influenza di questi processi un numero significativo di elettroni potrà muoversi liberamente dalla regione p alla regione n, così come nella direzione opposta.
4. Indicatori di corrente deriva durante questo processo rimangono gli stessi, poiché dipendono direttamente solo dal numero di portatori minoritari situati nella regione della giunzione pn.
5. Elettroni hanno un maggiore livello di diffusione, che porta all’iniezione di portatori minoritari. In altre parole, nella regione n si registrerà un aumento del numero di lacune, mentre nella regione p si registrerà un aumento della concentrazione di elettroni.
6. Mancanza di equilibrio e aumento del numero di vettori minoritari li fa penetrare in profondità nel semiconduttore e mescolarsi con la sua struttura, il che alla fine porta alla distruzione delle sue proprietà di neutralità elettrica.
7. Semiconduttore allo stesso tempo è in grado di ripristinare il suo stato neutro, ciò avviene a causa della ricezione di cariche da una fonte esterna collegata, che contribuisce alla comparsa di corrente continua nel circuito elettrico esterno.

Collegamento inverso del diodo

Considereremo ora un altro metodo di accensione, durante il quale cambia la polarità della sorgente esterna da cui viene trasmessa la tensione:

1. La differenza principale rispetto alla connessione diretta è questa che il campo elettrico creato avrà una direzione che coincide completamente con la direzione del campo di diffusione interno. Di conseguenza, lo strato barriera non si restringerà più, ma, al contrario, si espanderà.
2. Campo situato nella giunzione pn, avrà un effetto accelerante su una serie di portatori di tariffe di minoranza, per questo motivo gli indicatori della corrente di deriva rimarranno invariati. Determinerà i parametri della corrente risultante che passa attraverso la giunzione pn.
3. Mentre cresci Tensione inversa, la corrente elettrica che attraversa la giunzione tenderà a raggiungere valori massimi. Ha un nome speciale: corrente di saturazione.
4. Secondo la legge esponenziale, con un graduale aumento della temperatura, aumenteranno anche gli indicatori della corrente di saturazione.

Tensione diretta e inversa

La tensione che interessa il diodo viene divisa secondo due criteri:

1. Tensione diretta- questo è quando il diodo si apre e la corrente continua inizia a attraversarlo, mentre la resistenza del dispositivo è estremamente bassa.
2. Tensione inversa- questo è quello che ha polarità inversa e garantisce che il diodo si chiuda quando la corrente inversa lo attraversa. Allo stesso tempo, gli indicatori di resistenza del dispositivo iniziano ad aumentare in modo significativo e significativo.

La resistenza di una giunzione pn è un indicatore in costante cambiamento, influenzato principalmente dalla tensione diretta applicata direttamente al diodo. Se la tensione aumenta, la resistenza di giunzione diminuirà proporzionalmente.

Ciò porta ad un aumento dei parametri della corrente diretta che passa attraverso il diodo. Quando questo dispositivo è chiuso, ad esso viene applicata praticamente l'intera tensione, per questo motivo la corrente inversa che passa attraverso il diodo è insignificante e la resistenza di transizione raggiunge i parametri di picco.

Funzionamento del diodo e sue caratteristiche corrente-tensione

La caratteristica corrente-tensione di questi dispositivi è intesa come una linea curva che mostra la dipendenza della corrente elettrica che scorre attraverso la giunzione p-n dal volume e dalla polarità della tensione che agisce su di essa.

Un grafico di questo tipo può essere descritto come segue:

1. Asse verticale: La zona superiore corrisponde ai valori della corrente diretta, la zona inferiore ai parametri della corrente inversa.
2. Asse orizzontale: L'area a destra è riservata ai valori della tensione diretta; area a sinistra per i parametri di tensione inversa.
3. Ramo diretto della caratteristica corrente-tensione riflette il passaggio della corrente elettrica attraverso il diodo. È diretto verso l'alto e corre in prossimità dell'asse verticale, poiché rappresenta l'aumento della corrente elettrica diretta che si verifica quando aumenta la tensione corrispondente.
4. Secondo ramo (inverso). corrisponde e visualizza lo stato chiuso della corrente elettrica che attraversa anche il dispositivo. La sua posizione è tale che corre praticamente parallelo all'asse orizzontale. Quanto più ripido questo ramo si avvicina alla verticale, tanto maggiore è la capacità di rettifica di un particolare diodo.
5. Secondo il programma che puoi vedere che dopo un aumento della tensione diretta che scorre attraverso la giunzione p-n, si verifica un lento aumento della corrente elettrica. Tuttavia, gradualmente, la curva raggiunge un'area in cui si nota un salto, dopo di che si verifica un aumento accelerato dei suoi indicatori. Ciò è dovuto all'apertura del diodo e alla conduzione della corrente alla tensione diretta. Per i dispositivi in ​​germanio ciò avviene con una tensione compresa tra 0,1 V e 0,2 V (valore massimo 1 V), mentre per gli elementi in silicio è richiesto un valore più elevato da 0,5 V a 0,6 V (valore massimo 1,5 V).
6. Aumento attuale mostrato può portare al surriscaldamento delle molecole dei semiconduttori. Se la rimozione del calore dovuta ai processi naturali e al funzionamento dei radiatori è inferiore al livello del suo rilascio, la struttura delle molecole può essere distrutta e questo processo sarà irreversibile. Per questo motivo è necessario limitare i parametri della corrente diretta per evitare il surriscaldamento del materiale semiconduttore. Per fare ciò, al circuito vengono aggiunti resistori speciali, collegati in serie ai diodi.
7. Esplorando il ramo inverso puoi notare che se la tensione inversa applicata alla giunzione p-n inizia ad aumentare, l'aumento dei parametri attuali è praticamente impercettibile. Tuttavia, nei casi in cui la tensione raggiunge parametri superiori alle norme consentite, può verificarsi un improvviso salto nella corrente inversa, che surriscalderà il semiconduttore e contribuirà alla successiva rottura della giunzione p-n.

Guasti di base dei diodi

A volte i dispositivi di questo tipo si guastano, ciò può accadere a causa del naturale deprezzamento e invecchiamento di questi elementi o per altri motivi.

In totale, ci sono 3 tipi principali di guasti comuni:

1. Rottura della transizione porta al fatto che il diodo, invece di un dispositivo a semiconduttore, diventa essenzialmente il conduttore più comune. In questo stato, perde le sue proprietà di base e inizia a far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione. Tale guasto può essere facilmente rilevato utilizzando uno standard, che inizia a emettere un segnale acustico e mostra un basso livello di resistenza nel diodo.
2. Quando rotto si verifica il processo inverso: il dispositivo generalmente smette di far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione, cioè diventa essenzialmente un isolante. Per determinare con precisione un'interruzione, è necessario utilizzare tester con sonde di alta qualità e riparabili, altrimenti a volte possono diagnosticare erroneamente questo malfunzionamento. Nelle varietà di semiconduttori in lega, tale guasto è estremamente raro.
3. Una perdita, durante il quale la tenuta del corpo del dispositivo viene interrotta, per cui non può funzionare correttamente.

Rottura della giunzione pn

Tali guasti si verificano in situazioni in cui la corrente elettrica inversa inizia ad aumentare improvvisamente e bruscamente, ciò è dovuto al fatto che la tensione del tipo corrispondente raggiunge valori elevati inaccettabili.

Solitamente ne esistono di diversi tipi:

1. Guasti termici, che sono causati da un forte aumento della temperatura e dal successivo surriscaldamento.
2. Guasti elettrici, derivante sotto l'influenza della corrente sulla transizione.

Il grafico della caratteristica corrente-tensione consente di studiare visivamente questi processi e la differenza tra loro.

Guasto elettrico

Le conseguenze causate dai guasti elettrici non sono irreversibili, poiché non distruggono il cristallo stesso. Pertanto, con una graduale diminuzione della tensione, è possibile ripristinare tutte le proprietà e i parametri operativi del diodo.

Allo stesso tempo, i guasti di questo tipo sono divisi in due tipi:

1. Guasti al tunnel si verificano quando l'alta tensione passa attraverso giunzioni strette, che consentono ai singoli elettroni di scivolare attraverso di esse. Di solito si verificano se le molecole dei semiconduttori contengono un gran numero di impurità diverse. Durante tale guasto, la corrente inversa inizia ad aumentare bruscamente e rapidamente e la tensione corrispondente è a un livello basso.
2. Tipi di crolli delle valanghe sono possibili a causa dell'influenza di forti campi in grado di accelerare i portatori di carica al livello massimo, grazie ai quali eliminano un certo numero di elettroni di valenza dagli atomi, che poi volano nella regione conduttiva. Questo fenomeno è di natura simile a una valanga, motivo per cui questo tipo di guasto ha ricevuto il suo nome.

Rottura termica

Il verificarsi di un tale guasto può verificarsi per due ragioni principali: insufficiente rimozione del calore e surriscaldamento della giunzione p-n, che si verifica a causa del flusso di corrente elettrica che la attraversa a velocità troppo elevate.

Un aumento della temperatura nella zona di transizione e nelle zone limitrofe provoca le seguenti conseguenze:

1. Crescita delle vibrazioni atomiche, incluso nel cristallo.
2. Colpo elettroni nella banda di conduzione.
3. Un forte aumento della temperatura.
4. Distruzione e deformazione struttura di cristallo.
5. Fallimento completo e guasto dell'intera componente radio.

Spesso sentiamo dire che questo o quel dispositivo funziona con diodi. Cos'è un diodo?

Un diodo è un elemento elettronico che fa passare bene la corrente in una direzione ma mostra una forte resistenza quando si tenta di far passare la corrente nella direzione opposta.

Come funzionano i diodi moderni

Attualmente vengono utilizzati diodi del tipo a semiconduttore in germanio o silicio. Tale diodo è una piastra divisa in due parti. Da una parte viene creata artificialmente la mancanza di elettroni. Questa è una regione con conduttività di tipo p (dalla parola positivo). Il terminale positivo del diodo è chiamato anodo.

L'altra parte ha un eccesso di elettroni. Questa è una regione con conduttività di tipo n (dalla parola negativo). Il terminale negativo del diodo è chiamato catodo.

Il confine tra queste aree è chiamato giunzione pn.

Come funziona un diodo?

Se colleghi il polo positivo della fonte di alimentazione all'anodo del diodo e il polo negativo al catodo, una corrente elettrica scorrerà attraverso tale circuito. Se nel circuito è presente anche una lampadina, questa si accenderà. Cosa farà il diodo se i terminali positivo e negativo dell'alimentatore sono invertiti? Fornirà una forte resistenza alla corrente. La corrente diventerà così debole che la lampadina non si accenderà.

A cosa servono i diodi?

L'applicazione principale dei diodi è la conversione della corrente alternata in corrente continua. Il diodo è l'elemento strutturale principale di tutti gli alimentatori, compreso quello attualmente installato sul tuo computer.

I diodi trovano largo impiego anche nei circuiti logici in cui è necessario garantire il passaggio della corrente nella direzione desiderata. Tali circuiti sono utilizzati in dispositivi di tipo analogico.

Sappiamo tutti molto bene cos'è un diodo a semiconduttore, ma pochi di noi conoscono il principio di funzionamento di un diodo, oggi, soprattutto per i principianti, spiegherò il principio del suo funzionamento. Come è noto, un diodo fa passare bene la corrente da un lato, ma molto male dalla direzione opposta. Il diodo ha due terminali: anodo e catodo. Nessun singolo dispositivo elettronico può fare a meno dell'uso dei diodi. Il diodo viene utilizzato per raddrizzare la corrente alternata, con l'aiuto di un ponte di diodi composto da quattro diodi, è possibile trasformare la corrente alternata in corrente continua, oppure utilizzando sei diodi è possibile trasformare la tensione trifase in monofase, vengono utilizzati i diodi negli alimentatori più diversi, nei dispositivi audio-video, un po' ovunque. Qui potete vederne le foto di alcuni.

All'uscita del diodo si può notare una caduta del livello di tensione iniziale di 0,5-0,7 volt. Per i dispositivi di alimentazione a tensione inferiore, viene utilizzato un diodo Schottky, su tale diodo si osserva la caduta di tensione più piccola: circa 0,1 V. I diodi Schottky vengono utilizzati principalmente nei dispositivi di trasmissione e ricezione radio e in altri dispositivi che funzionano principalmente ad alte frequenze. Il principio di funzionamento di un diodo è a prima vista abbastanza semplice: un diodo è un dispositivo a semiconduttore con conduttività unidirezionale della corrente elettrica.

Il terminale del diodo collegato al polo positivo della fonte di alimentazione è chiamato anodo, mentre il terminale negativo è chiamato catodo. Il cristallo del diodo è costituito principalmente da germanio o silicio, una regione del quale ha conduttività elettrica di tipo n, cioè una regione di lacune, che contiene una mancanza di elettroni creata artificialmente, l'altra regione ha conduttività di tipo n, cioè contiene un eccesso di elettroni, il confine tra loro è chiamato giunzione n-n, n è la prima lettera della parola positiva in latino, n è la prima lettera della parola negativa. Se viene applicata una tensione positiva all'anodo del diodo e una tensione negativa al catodo, il diodo passerà corrente, questo è chiamato collegamento diretto, in questa posizione il diodo è aperto, se viene applicata l'inversione, il il diodo non lascia passare la corrente, in questa posizione il diodo è chiuso, questa è chiamata connessione inversa.

La resistenza inversa del diodo è molto elevata e nei circuiti è considerato un dielettrico (isolante). Per dimostrare il funzionamento di un diodo a semiconduttore, è possibile assemblare un semplice circuito costituito da una fonte di alimentazione, un carico (ad esempio, una lampada a incandescenza o un motore elettrico a bassa potenza) e il diodo a semiconduttore stesso. Colleghiamo tutti i componenti del circuito in serie, forniamo più dalla fonte di alimentazione all'anodo del diodo, in serie al diodo, cioè colleghiamo un'estremità della lampadina al catodo del diodo e collegare l'altra estremità della stessa lampada al negativo della fonte di alimentazione. Osserviamo il bagliore della lampada, ora giriamo il diodo, la lampada non si accenderà più perché il diodo è ricollegato, la transizione è chiusa. Spero che questo vi possa aiutare in qualche modo in futuro, principianti - A. Kasyan (AKA).