Здравствуйте, Дорогие читатели! Сегодняшнюю статью я посвящаю диодам, потому как пришло время и без этих знаний дальше Вы не шагнете. Диод – полупроводниковый элемент, работа которого основана на движении заряженных частиц через p-n переход. Помнится в одной из прошлых статей я упоминал, что носителями зарядов являются не только электроны. Итак, если говорить про p и n области, то носители заряда здесь электроны и дырки. Говоря о втором мы не обзываем носитель заряда, как может показаться на первый взгляд, а используем вполне устоявшееся понятие. Дырка – носитель заряда, по сути – это место, лишившееся электрона. Смотрим на рисунок 1 и вникаем.
Итак, сидел электрон на одном месте и никого не трогал, и тут ему сообщили некоторое количество энергии, при этом подтолкнув в другое место. Электрон вылетел и на его месте образовалась дырка. А если электрон – отрицательно заряженная частица, то заряд места его предыдущего пребывания при этом изменится. Всё просто и понятно.
А теперь представим, что у нас имеется два предмета: в одном очень много электронов, в другом очень много дырок. Пусть эти предметы будут одинаковой формы (предположим цилиндрической) и одинаковыми по размеру. Соединим их по одной из граней, смотрим на рисунок 2.
Мы получили почти что p-n переход. Разбираемся где и какая область. Там, где преимущественно электроны – негативная область, то есть там n-область. Там где преимущественно дырки – p-область. Ну а теперь: противоположные заряды притягиваются. В одной области к месту соприкосновения материалов устремляются электроны, а в другой дырки. Вот эта область с повышенной концентрацией носителей зарядов и называется p-n переходом. Ну и чем нам может быть это интересно? Ведь носители зарядов так и будут стоять у незримого барьера. А если приложить к концам областей напряжение. Пробуем.
Итак, мы приложили «+» к n-области, а «-» к p-области. Что мы видим? И… ничего не добились этим. Диод закрыт. Почему? В n-области уже есть большое количество электронов, мы добавляем ещё и ещё та же ситуация с дырками в p-области. То есть мы не вносим по сути изменений в области диода.
Теперь же поменяем полюса источника местами. К p-области прикладываем «+», а к n-области – минус.
Заррработало! Как и почему? Мы внесли в области большое количество неосновных носителей заряда. Электроны начали заполнять дырки, но они не находятся на одном месте, потому как ток бежит и несет всё новые и новые электроны. Частицы преодолевают область соприкосновения материалов и попадают туда, где они – основные носители заряда, а так как «давление» на них продолжается, они продолжают двигаться. При этом происходит постоянное перемещение электронов по вакантным местам, то есть дырки и электроны движутся. Это движение называется рекомбинацией зарядов.
Теперь разберемся с областью соприкосновения двух материалов. Мы уже сказали, что большое количество электронов с одной стороны и дырок с другой перетекают к этой области, где происходит рекомбинация зарядов без внешних воздействий. А так как у нас имеются заряженные частицы, занимающие некоторую область, где происходит непрерывное их «перетекание», то можно смело говорить о наличии потенциальной энергии. А вернее с научной точки зрения, о потенциальном барьере. Многие при объяснении сути потенциального барьера рисуют ступеньку. Да, не спорю, объяснить что чтобы перейти через эту ступеньку нужно набрать энергию больше, чем высота этой ступеньки становится просто, но само понимание барьера при этом искажается. Я считаю это неправильным. Поэтому предлагаю выслушать мое объяснение: у нас имеется две области, в одной основные носители – электроны, в другой – дырки. Между этими областями в результате взаимодействия частиц на границе соприкосновения образуется область, которая не пропускает через себя носители заряда. То есть, допустим, на электрон, при подлете к этой области действует сила отталкивания. И, чтобы «пробиться» через эту область электрон должен накопить энергии больше, чем содержится в этой области.
Итак, область, содержащая материал p-типа называется анодом диода, а область, содержащая материал n-типа – катодом. Почему так? Ведь анион – отрицательно заряженная частица, а катион – положительно? Названия электродам даются по тем частицам, которые к ним движутся. В диоде по направлению к катоду движутся дырки, а по направлению к аноду – электроны, то есть анионы. Смотрите на рисунок 5, если не понятно.
Продолжим с потенциальным барьером. Предположим, мы подключили диод к источнику «обратной стороной». То есть к катоду «+», а к аноду «-», как на рисунке 3. При этом мы стараемся «накачать» диод напряжением, чтобы перебросить несколько электронов через потенциальный барьер. И, о чудо! Нам это удается. Конечно ток при этом очень маленький и напряжение мы приложили большое, но ток течёт. Такой эффект называется эффектом Зенера. Он заключается именно в обратной проводимости диода. В следующей статье мы рассмотрим некоторые схемы включения диодов и конечно же будет много-много формул, а пока что знакомьтесь: УГО диодов.
Итак, на рисунке 6 присутствуют графические обозначения элементов, которые мы не изучали, но в следующей статье мы поговорим о них очень подробно. Приготовьтесь, будет интересно.
Спасибо, что читаете. Если Вы впервые посетили мой канал я советую Вам ознакомиться с другими статьями, начиная с введения. Надеюсь мои статьи помогут вам в учебе. До скорых встреч. Удачи!