Устройството и принципът на действие на диода
Диодът е най -простото полупроводниково устройство, което днес може да се намери на печатната платка на всяко електронно устройство. В зависимост от вътрешната структура и техническите характеристики, диодите се класифицират в няколко типа: универсални, токоизправителни, импулсни, ценерови диоди, тунелни диоди и варикапи. Те се използват за коригиране, ограничаване на напрежението, откриване, модулация и т.н. — в зависимост от предназначението на устройството, в което се използват.
Основата на диода е p-n-кръстовищеобразувани от полупроводникови материали с два различни типа проводимост. Два проводника са свързани към диодния кристал, наречен катод (отрицателен електрод) и анод (положителен електрод). От страна на анода има полупроводникова област p-тип, а от страна на катода-полупроводникова област n-тип. Това диодно устройство му осигурява уникално свойство — токът се провежда само в една (напред) посока, от анода до катода. В обратна посока нормален работещ диод не провежда ток.
В областта на анода (p-тип) основните носители на заряд са положително заредени дупки, а в областта на катода (n-тип) отрицателно заредени електрони. Изводите на диода са контактни метални повърхности, към които проводниците са запоени.
Когато диодът провежда ток в посока напред, това означава, че той е в отворено състояние. Ако токът не преминава през p-n-прехода, тогава диодът се затваря. По този начин диодът може да бъде в едно от двете стабилни състояния: отворен или затворен.
Включвайки диода във веригата на източника на DC напрежение, анода към положителния извод и катода към отрицателния извод, получаваме изместването на pn-прехода в посока напред. И ако напрежението на източника се окаже достатъчно (0,7 волта е достатъчно за силициев диод), тогава диодът ще се отвори и ще започне да провежда ток. Величината на този ток ще зависи от големината на приложеното напрежение и от вътрешното съпротивление на диода.
Защо диодът премина в проводящо състояние? Тъй като с правилното включване на диода, електроните от n-региона, под действието на ЕМП на източника, се втурнаха към неговия положителен електрод, към отворите от p-областта, които сега се придвижват към отрицателния електрод на източника, към електроните.
На границата на регионите (на самия p-n-преход) по това време има рекомбинация на електрони и дупки, тяхното взаимно поглъщане. И източникът е принуден непрекъснато да доставя нови електрони и дупки към областта p-n-кръстовище, увеличавайки тяхната концентрация.
Но какво ще стане, ако диодът се обърне обратно, като катодът към положителния извод на източника, а анодът към отрицателния извод? Дупки и електрони се разпръскват в различни посоки — към клемите — от кръстовището, и в близост до кръстовището се появява зона, изчерпана от носители на заряд — потенциална бариера. Токът, причинен от повечето носители на заряд (електрони и дупки), просто няма да възникне.
Но диодният кристал не е идеален; в допълнение към основните носители на заряд, в него има и малки носители на заряд, които ще създадат много незначителен обратен ток на диода, измерен с микроампери. Но диодът в това състояние е затворен, тъй като неговият p-n-преход е отклонен в обратна посока.
Напрежението, при което диодът преминава от затворено състояние в отворено състояние, се нарича напрежение на диода напред (виж — Основни параметри на диодите), което по същество е спадът на напрежението в p-n-прехода.Съпротивлението на диода към тока в посока напред не е постоянно, то зависи от големината на тока през диода и има размер от порядъка на няколко ома. Напрежението на обратната полярност, при което диодът се изключва, се нарича диодно обратно напрежение. Обратното съпротивление на диод в това състояние се измерва в хиляди ома.
Очевидно един диод може да премине от отворено състояние в затворено състояние и обратно, когато полярността на напрежението, приложено към него, се промени. Работата на токоизправителя се основава на това свойство на диода. Така че в синусоидална верига с променлив ток диодът ще провежда ток само по време на положителната полувълна, а по време на отрицателната полувълна ще бъде заключен.
Вижте също по тази тема:Каква е разликата между импулсни диоди и токоизправител