P-N переход. Принцип работы полупроводникового диода

1.

P-N переход.
Принцип работы полупроводникового диода
Выполнил: студент гр. СЭЛо-221
Махновская Д. В.
Омск 2024

2.

Введение
Цель данной работы:
Рассмотреть понятия «P-N переход», « Полупроводниковый диод».
Задачи:
1) Рассмотреть виды полупроводниковых диодов
2) ВАХ характеристики
3) Ознакомиться с внешним видом отечественных диодов.
2

3.

Введение
Для контроля направления электрического тока на разные радио и электро детали. В частности, современная
электроника использует с такой целью полупроводниковый диод, его применение обеспечивает ровный ток.
Полупроводниковые диоды являются одними из самых важных и широко используемых компонентов в электрических
цепях. Они играют ключевую роль в преобразовании электрической энергии и обеспечивают необходимую
функциональность во многих устройствах, от простых светодиодов до сложных электронных систем.
Полупроводниковый электрический диод или диодный вентиль – это устройство, которое выполнено из
полупроводниковых материалов (как правило, из кремния) и работает только с односторонним потоком заряженных
частиц. Основным компонентом является кристаллическая часть, с p-n переходом, которая подключена к двум
электрическими контактами. Трубки вакуумного диода имеют два электрода: пластину (анод) и нагретый катод
P-N-переход
Внутри полупроводника p-n-переход представляет собой интерфейс или границу между двумя типами
полупроводниковых материалов, а именно p-типом и n-типом.
P-сторона полупроводника, или положительная сторона, имеет избыток отверстий, тогда как n-сторона, или
отрицательная сторона, имеет избыток электронов. Процесс легирования используется для получения p-n перехода в
полупроводнике.
3

4.

Введение
Для создания полупроводниковых диодов используются германий и селен, как и более 100 лет назад. Их
структура позволяет использовать детали для улучшения электронных схем, преобразования переменного и
постоянного тока в однонаправленный пульсирующий и для совершенствования разных устройств. На схеме
он выглядит так: (обозначение диода)
Существуют разные виды полупроводниковых диодов, их классификация зависит от материала, принципа работы и
области использования: стабилитроны, импульсные, сплавные, точечные, варикапы, лазер и прочие типы.
Довольно часто используются аналоги мостов – это плоскостной и поликристаллический выпрямители. Их
сообщение также производится при помощи двух контактов.
4

5.

Виды полупроводниковых
диодов :
Стабилитрон – это полупроводниковый диод,
вольт-амперная характеристика которого имеет
область резкой зависимости тока от напряжения
на обратном участке вольт-амперной
характеристики.
5

6.

Виды полупроводниковых
диодов :
6

7.

Виды полупроводниковых
диодов :
7

8.

Принцип работы
полупроводникового диода
1.
Полупроводниковые или выпрямительные диоды имеют довольно простой принцип работы. Как мы уже говорили,
диод изготовлен из кремния таким образом, что один его конец p-типа, а другой конец типа n. Это означает, что оба
контакта имеют различные характеристики. На одном наблюдается избыток электронов, в то время как другой
имеет избыток отверстий. Естественно, в устройстве есть участок, в котором все электроны заполняют
определенные пробелы. Это означает, что внешние заряды отсутствуют. В связи с тем, что эта область обедняется
носителями заряда и известна как объединяющий участок.
Принцип работы :
8

9.

Принцип работы
полупроводникового диода
Несмотря на то, что объединяющий участок очень мал, (часто его размер составляет несколько тысячных долей
миллиметра), ток не может протекать в нем в обычном режиме. Если напряжение подается так, что площадь типа p
становится положительной, а тип n, соответственно, отрицательной, отверстия переходят к отрицательному полюсу
и помогают электронам перейти через объединяющий участок. Точно так же электроны движутся к
положительному контакту и как бы обходят объединительный. Несмотря на то, что все частицы движутся с разным
зарядом в разном направлении, в итоге они образуют однонаправленный ток, что помогает выпрямить сигнал и
предупредить скачки напряжения на контактах диода.
Если напряжение прикладывается к полупроводниковому диоду в противоположном направлении, ток не будет
проходить по нему. Причина заключается в том, что отверстия привлекаются отрицательным потенциалом, который
находится в области р-типа. Аналогично электроны притягиваются к положительному потенциалу, который
применяется к области n-типа. Это заставляет объединяющий участок увеличиваться в размере, из-за чего поток
направленных частиц становится невозможным.
9

10.

Принцип работы
полупроводникового диода
Характеристики полупроводников
10

11.

BAX - характеристики
Вольт амперная характеристика полупроводникового диода зависит от материала, из которого он
изготовлен и некоторых параметров. Например, идеальный полупроводниковый выпрямитель или
диод имеет следующие параметры:
Сопротивление при прямом подключении – 0 Ом;
Тепловой потенциал – VG = +-0,1 В.;
На прямом участке RD > rD, т. Е. прямое сопротивление больше, чем дифференциальное.
Если все параметры соответствуют, то получается такой график: (ВАХ идеального диода)
11

12.

ВАХ в реальном
полупроводниковом диоде
Такой диод использует цифровая электротехника, лазерная индустрия, также его применяют при разработке
медицинского оборудования. Он необходим при высоких требованиях к логическим функциям. Примеры –
лазерный диод, фотодиод.
На практике, эти параметры очень отличаются от реальных. Многие приборы просто не способны работать с
такой высокой точностью, либо такие требования не нужны. Эквивалентная схема характеристики реального
полупроводника демонстрирует, что у него есть серьезные недостатки: (ВАХ в реальном полупроводниковом
диоде)
12

13.

ВАХ в реальном
полупроводниковом диоде
Данная ВАХ полупроводникового диода говорит о том, что во время прямого включения, контакты должны достигнуть
максимального напряжения. Тогда полупроводник откроется для пропуска электронных заряженных частиц. Эти свойства
также демонстрируют, что ток будет протекать нормально и без перебоев. Но до момента достижения соответствия всех
параметров, диод не проводит ток. При этом у кремниевого выпрямителя вольтаж варьируется в пределах 0,7, а у
германиевого – 0,3 Вольт.
Работа прибора очень зависит от уровня максимального прямого тока, который может пройти через диод. На схеме он
определяется ID_MAX. Прибора так устроен, что во время включения прямым путем, он может выдержать только
электрический ток ограниченной силы. В противном случае, выпрямитель перегреется и перегорит, как самый обычный
светодиод. Для контроля температуры используются разные виды устройств. Естественно, некоторые из них влияют на
проводимость, но зато продлевают работоспособность диода.
Еще одним недостатком является то, что при пропуске переменного тока, диод не является идеальным изолирующим
устройством. Он работает только в одном направлении, но всегда нужно учитывать ток утечки. Его формула зависит от
остальных параметров используемого диода. Чаще всего схемы его обозначают, как IOP. Исследование независимых
экспертов установило, что германиевые пропускают до 200 µА, а кремниевые до 30 µА. При этом многие импортные модели
ограничиваются утечкой в 0.5 µА.
13

14.

Отечественные диоды
14

15.

P-N переход.
Принцип работы
полупроводникового диода
Спасибо за внимание!
Выполнил: студент гр. СЭЛо-221
Махновская Д. В.
Омск 2024

16.

Источники:
https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.9d591dc6-65dae998-c8859194-74722d776562/https/www.geeksfor
https://nauchniestati.ru/spravka/poluprovodnikovye-diody-kak-nelinejnye-elementy-elektricheskoj-czepi/#:~:text=Основной
https://www.asutpp.ru/poluprovodnikovyj-diod.html
16