Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
Существует три вида диодов:
Газонаполненные;
Электровакуумные;
Полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.
В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, поэтому его электропроводность, как и у диэлектрика крайне мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость увеличится. Для того чтоб заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень малое количество примеси – 1 атом примеси на 10 6 атомов полупроводника. Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.
Если электрон освободился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона появилась новая дырка. Электроны двигаются от отрицательного к положительному потенциалу, а дырки можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении. Также дырки можно рассматривать как элемент положительного заряда. Примеси, которые образовывают свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые делают дырки – акцепторными. Процесс заполнения неполных валентных связей называется рекомбинация.
Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода
p - n переход – это переходной слой, полученный на границе полупроводников разной проводимости.
Различают два типа перехода:
Плоскостной;
Точечный.
Принцип работы полупроводникового диода основан на особенности p - n перехода - ярко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).
На основании представленных характеристик материалов создан полупроводниковый прибор – диод.
Рисунок 2 – Обозначение диода
в электрических схемах – VD .
Основные электрические параметры диода:
1. І ном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.
2. Максимальный импульсный ток – І і. max .
3. Обратное максимальное напряжение U обр.
Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям в воздухе, поэтому их размещают в герметичном корпусе из стекла или керамики.
Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток - черная кривая, напряжение - красная):
Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде
С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет малое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает мгновенно, переставая пропускать через себя ток.
Широко применяются при необходимости преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение будет иметь пульсирующий вид, как изображено на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же применять диодный мост , то будет осуществлено двухполупериодное выпрямление. В полученном пульсирующем напряжении для электрических приборов будет важно действующее значение напряжения . Для трехфазных сетей применяют выпрямитель Ларионова.
Специальные диоды
– разновидность диода, которому характерна вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначен продолжительно работать.
Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона
Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.
Основные характеристики: U стабилизации , І min , I max – граничные значения тока через стабилитрон.
Туннельный диод – это диод, которому характерно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно увеличивается выходное значение тока. Напряжение пробоя такого полупроводника практически равно нулю.
Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода
Используются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.
Динистор – специальный диод, который сохраняет высокое сопротивление до определенного значения прямого напряжения, после чего сопротивление резко спадает и равно величине сопротивления открытого диода.
Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора
Используют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.
Варикап – диод, у которого изменяется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.
Рисунок 7 – ВАХ варикапа
Применяются в электрических схемах, где необходима настройка частоты контура колебания, деление или умножение частоты.
Характерные для варикапа параметры:
Общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;
Коэффициент перекрытия по емкости – при двух некоторых значениях напряжения отношения емкостей варикапа.
Температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.
Предельная частота – та, на которой реактивная составляющая варикапа становится равна активной.
– спец диод, обратная проводимость которого изменяется от величины светового потока Ф.
Рисунок 8 – ВАХ фотодиода
Используются в измерителях светового потока и приборах автоматики.
Светодиод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении электрического тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.
Отличительной особенностью светодиода является экономичность – очень малое потребление тока (2-5мА).
Полупроводниковый диод - самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция - это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.
На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction). Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.
Диод в состоянии покоя
Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя. То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.
Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки . В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.
Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.
Обратное включение диода
Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. Подключим источник питания - плюс к катоду, минус к аноду.
В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.
Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.
Прямое включение диода
Меняем полярность источника питания - плюс к аноду, минус к катоду. В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода . Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток I D .
Чтобы не возникло путаницы, напомню, что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.
Недостатки реального полупроводникового диода
На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток, измеряемый в микро, или наноамперах (в зависимости от модели прибора). В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде. В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении. Такое напряжение называется напряжение пробоя . Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.
При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения V ϒ , для того чтобы диод начал хорошо проводить ток. Для кремниевых приборов V ϒ - это примерно 0.7V, а для германиевых - около 0.3V. Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода .
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода
Применение диодов
Полупроводники. Часть III. Влияние примесей на проводимость
КОММЕНТАРИИ:
Tambu |
писал: 2013-10-22 |
Написано, конечно, доступно. Вот только перепутаны причины в состоянии покоя. До контакта p и n областей они были электрически нейтральны - в p области примесь III группы отбирает электрон у полупроводника IV, полупроводник становится "дыркой", но лишний электрон у примеси никуда не исчезает, аналогично для примеси V группы - электрон улетает, но положительный ион остается. Электрическому полю взяться неоткуда - заряды друг друга компенсируют. Также непонятно с чего бы это электроны полетят назад в n область, где и без них полно электронов, из p области, где электронов практически нет. Диффузия - это же случайный процесс. Просто электроны берут и летят куда им "вздумается". Из n области в p вылетает куча, а назад лететь практически некому. Происходит накопление случайно прилетевших электронов в p области, часть из них рекомбинирует с "дырками", часть остается свободными. И вот тут уже происходит нарушение электронейтральности - p область оказывается заряжена отрицательно, n - положительно. Образуется область пространственного заряда. Появляется электрическое поле и дрейф несет электроны обратно в n область. Дрейф компенсирует диффузию, а не наоборот. |
123 |
писал: 2013-11-22 |
1)Дырки попадают в n,а электроны в p засчет теплового движения, и там же они рекомбинируют, при этом образуется избыточный заряд - в p области и + в n области вблизи раздела. какая еще диффузия? в это вся и суть, что эти заряды имеют ядра атомов, а значит не могут рекомбинировать, а создают потенциальный барьер. 2)проводимость происходит совсем по другому. при прямом включении. барьер "рассасывается" засчет эл поля и дырки с электронами устремляются (под действием этого же поля) к границе p-n в результате чего они там рекомбинируют. электрон же никак не проходит через оба перехода. С катода электроны "перебегают" в n область, а на анод "забирает электроны" из p области. все это под действием эл поля источника. В обратном направлении тоже ничего подобного. Просто анод "забирает" электроны из n области, а катод отдает электроны дыркам, из за чего в p области область отрицательно заряженных ионов еще расширяется, а в n области расширяется область положительно заряженных ионов(см выше - потенциальный барьер расширяется). |
Есть другой способ снижения напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про смотри здесь.
Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении, диодов.
Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него — от 0,5 до 1,2 Волта.
На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта. Исходя из того, на сколько вольт нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.
Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить: 6 В: 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В: 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.
Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?
На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.
У резистора (проволочного сопротивления) линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.
Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В. На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.
Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.
Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.
Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.
Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем ток в рассчитываемой цепи.
Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.
В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).
П
олупроводниками являются вещества, занимающие промежуточное положение
между проводниками и изоляторами, по своим электропроводящим свойствам.
В полупроводниках, как и в металлах ток представляет из себя упорядоченное
движение заряженных частиц.
Однако, вместе с перемещением отрицательных зарядов(электронов) в полупроводниках
имеет место упорядоченное перемещение положительных зарядов, т. н. - дырок
.
Дырки получаются при участии ионов вещества полупроводника - атомов с сбежавшими электронами. В реальности, ионизированные атомы не покидают своего места, в кристаллической решетке. На самом деле, имеет место поэтапное изменение состояния атомов вещества, когда электроны перескакивают с одного атома, на другой. Возникает процесс, внешне выглядящий, как упорядоченное движение неких условных положительно заряженных частиц - дырок .
В обычном, чистом полупроводнике соотношение дырок
и свободных электродов 50%:50%.
Но стоит добавить в полупроводник небольшое количество вещества - примеси, как это
соотношение претерпевает значительные изменения. В зависимости от особенностей
добавленного вещества полупроводник приобретает либо ярко выраженную электронную
проводимость(n-тип), либо его основными носителями становятся дырки(p-тип).
Полупроводниковый переход(p-n) формируется на стыке двух фрагментов полупроводникового материала, имеющих разную проводимость. Он представляет из себя крайне тонкую область, обедненную носителями обоих типов. p-n переход имеет незначительное сопротивление, когда направление тока - прямое, и очень большое, когда направление тока - обратное.
Обычный полупроводниковый диод состоит из одного полупроводникового перехода, снабженного двумя выводами - анодом (положительным электродом) и катодом - отрицательным электродом. Соответственно, диод обладает свойством односторонней проводимости - он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном.
Что это означает на практике?
Представим себе электрическую цепь, состоящую из батарейки и лампочки накаливания, подключенной последовательно через полупроводниковый диод.
Лампочка будет гореть только в том случае, если анод
(положительный электрод) подключен к плюсу
источника питания (батарейки) а катод
(отрицательный электрод) к минусу - через накальную нить лампочки.
Это и является прямым включением полупроводникового диода. Если поменять полярность источника питания, включение диода окажется обратным - лампочка гореть не будет. Обратите внимание как выглядит обозначение полупроводникового диода на схеме - треугольная стрелочка, указывающая прямое включение, совпадает с общепринятым в электротехнике направлением тока - от плюса источника питания, к минусу. Вертикальная черточка примыкающая к ней символизирует преграду для движения тока в обратном направлении.
Существует одно обязательное условие для нормальной работы любого полупроводникового
диода.
Напряжение источника питания должно превышать некоторый порог (величину потенциала внутреннего смещения p-n перехода).
Для выпрямительных диодов он как правило - меньше 1 вольта, для германиевых высокочастотных диодов порядка 0,1 вольта, для светодиодов может превышать 3 вольта.
Это свойство полупроводниковых диодов можно использовать при создании низковольтных стабилизированных источников питания.
Если диод подключить обратно и постепенно повышать напряжение источника питания, в некоторый момент обязательно наступит обратный электрический пробой p-n перехода. Диод начнет пропускать ток и в обратном направлении, а переход окажется испорченным. Величина максимального допустимого обратного напряжения (Uобр.и.) широко разнится у различных типов полупроводниковых диодов и является очень важным параметром.
Вторым, не менее важным параметром можно назвать предельное значение прямого тока-Uпр. Этот параметр напрямую зависит от величины падения напряжения на переходе полупроводникового диода, материала полупроводника и теплообменных характеристик корпуса.
Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт
Диоды часто именуются «прямыми» и «обратными». С чем это связано? Чем отличается «прямой» диод от «обратного» диода?
Что представляет собой «прямой» диод?
Диод - это полупроводник, имеющий 2 вывода, а именно - анод и катод. Используется он для обработки различными способами электрических сигналов. Например, в целях их выпрямления, стабилизации, преобразования.
Особенность диода в том, что он пропускает ток только в одну сторону. В обратном направлении - нет. Это возможно благодаря тому, что в структуре диода присутствует 2 типа полупроводниковых областей, различающихся по проводимости. Первая условно соответствует аноду, имеющему положительный заряд, носителями которого являются так называемые дырки. Вторая - это катод, имеющий отрицательный заряд, его носители - электроны.
Диод может функционировать в двух режимах:
- открытом;
- закрытом.
В первом случае через диод хорошо проходит ток. Во втором режиме - с трудом.
Открыть диод можно посредством прямого включения. Для этого нужно подключить к аноду положительный провод от источника тока, а к катоду - отрицательный.
Прямым также может именоваться напряжение диода. Неофициально - и сам полупроводниковый прибор. Таким образом, «прямым» является не он, а подключение к нему или же напряжение. Но для простоты понимания в электрике «прямым» часто именуется и сам диод.
Что представляет собой «обратный» диод?
Закрывается полупроводник посредством, в свою очередь, обратной подачи напряжения. Для этого нужно поменять полярность проводов от источника тока. Как и в случае с прямым диодом, формируется обратное напряжение. «Обратным» же - по аналогии с предыдущим сценарием - именуется и сам диод.
Сравнение
Главное отличие «прямого» диода от «обратного» диода - в способе подачи тока на полупроводник. Если он подается в целях открытия диода, то полупроводник становится «прямым». Если полярность проводов от источника тока меняется - то полупроводник закрывается и становится «обратным».
Рассмотрев, в чем разница между «прямым» диодом и «обратным» диодом, отразим основные выводы в таблице.