डायोड। डमी के लिए

परिचय

एक डायोड एक दो-इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसमें विद्युत प्रवाह की दिशा के आधार पर एक अलग चालकता है। डायोड के चालू होने (यानी एक छोटा प्रतिरोध है) के वर्तमान स्रोत के सकारात्मक ध्रुव से जुड़े डायोड इलेक्ट्रोड को नकारात्मक ध्रुव से जुड़े एनोड कहा जाता है - कैथोड। (विकिपीडिया)

सभी डायोड को दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है: अर्धचालक और गैर-अर्धचालक। यहाँ मैं उनमें से पहले पर विचार करूंगा।

एक अर्धचालक डायोड pn जंक्शन के रूप में इस तरह के एक प्रसिद्ध चीज पर आधारित है। मुझे लगता है कि ज्यादातर पाठकों को स्कूल में भौतिकी कक्षाओं में, और किसी को संस्थान में अधिक विस्तार से बताया गया था। हालांकि, केवल मामले में, मैं इसके काम का सामान्य सिद्धांत दूंगा।

ठोस के सिद्धांत के बारे में दो शब्द

इससे पहले कि आप पी.एन. संक्रमण के बारे में बात करना शुरू करें, यह कुछ सैद्धांतिक बिंदुओं पर चर्चा करने के लायक है।

ऐसा माना जाता है कि परमाणु में इलेक्ट्रॉन नाभिक से अलग दूरी पर स्थित होते हैं। तदनुसार, इलेक्ट्रॉन नाभिक के जितना करीब होता है, उनके बीच का संबंध उतना ही मजबूत होता है और उतनी ही अधिक ऊर्जा होती है जो उसे "मुफ्त तैराकी में" भेजने के लिए लागू होनी चाहिए। ऐसा कहा जाता है कि इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर स्थित होते हैं। ये स्तर नीचे से ऊपर इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं और उनमें से प्रत्येक पर इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित रूप से परिभाषित संख्या ( बोहर परमाणु ) से अधिक नहीं हो सकती है। इस प्रकार, यदि स्तर भरा हुआ है, तो एक नया इलेक्ट्रॉन उस पर प्राप्त नहीं कर सकता जब तक कि इसके लिए स्थान उपलब्ध न हो। एक इलेक्ट्रॉन को उच्च स्तर पर ले जाने के लिए, उसे अतिरिक्त ऊर्जा की जानकारी देने की आवश्यकता होती है। और यदि इलेक्ट्रॉन "नीचे" गिरता है, तो अतिरिक्त ऊर्जा विकिरण के रूप में जारी की जाती है। इलेक्ट्रॉन एक परमाणु में कुछ ऊर्जाओं के साथ केवल कड़ाई से परिभाषित कक्षाओं पर कब्जा कर सकते हैं। इन कक्षाओं को अधिकृत कहा जाता है। तदनुसार, उन कक्षाओं (ज़ोन) जिनमें इलेक्ट्रॉन स्थित नहीं हो सकते हैं उन्हें निषिद्ध कहा जाता है । आप इसके बारे में अधिक पढ़ सकते हैं ऊपर बोहर परमाणु के लिंक पर, यहां हम इसे एक स्वयंसिद्ध के रूप में लेते हैं।

उच्चतम ऊर्जा स्तर को वैलेंस कहा जाता है। अधिकांश पदार्थों में, यह केवल आंशिक रूप से भरा होता है, इसलिए अन्य परमाणुओं के बाहरी सूबलों के इलेक्ट्रॉनों को हमेशा इसके लिए जगह मिल सकती है। और वे वास्तव में परमाणु से परमाणु तक बेतरतीब ढंग से पलायन करते हैं, इस प्रकार उनके बीच संबंध का एहसास होता है। निचली परत, जिसमें मुक्त इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित हो सकते हैं, को चालन बैंड कहा जाता है । यदि वैलेंस बैंड आंशिक रूप से भरा हुआ है और इसमें इलेक्ट्रॉन परमाणु से परमाणु तक जा सकते हैं, तो यह चालन बैंड के साथ मेल खाता है। यह पैटर्न कंडक्टरों में मनाया जाता है। अर्धचालकों में, वैलेन्स बैंड पूरी तरह से भरा होता है, लेकिन वैलेन्स और प्रवाहकीय स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर छोटा होता है। इसलिए, थर्मल गति के कारण इलेक्ट्रॉन इसे दूर कर सकते हैं। और इन्सुलेटर में यह अंतर बड़ा है, और एक टूटने के लिए, आपको महत्वपूर्ण ऊर्जा लागू करने की आवश्यकता है।

यह एक परमाणु की ऊर्जा संरचना की सामान्य तस्वीर है। आप सीधे pn जंक्शन पर जा सकते हैं।

जंक्शन जंक्शन

शुरू करने के लिए, अर्धचालक n- प्रकार और पी-प्रकार हैं। पूर्व एक पेंटावेलेंट सेमीकंडक्टर (सबसे अधिक बार सिलिकॉन) को एक पेंटावेलेंट सेमीकंडक्टर (उदाहरण के लिए, आर्सेनिक) के साथ डोपिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है। इस पंचकोणीय अशुद्धता को दाता कहा जाता है। इसके परमाणु में सिलिकॉन परमाणुओं के साथ चार रासायनिक बंधन होते हैं, और पांचवां वैलेंस इलेक्ट्रॉन मुक्त रहता है और अगर कंडिशन बैंड में वैलेंस बैंड छोड़ सकता है, उदाहरण के लिए, पदार्थ का तापमान थोड़ा बढ़ जाता है। इस प्रकार, एन-प्रकार के कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है।

पी-प्रकार के अर्धचालक भी डोपिंग सिलिकॉन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, लेकिन एक सुस्पष्ट अशुद्धता (उदाहरण के लिए, बोरान) के साथ। इस अशुद्धता को स्वीकारकर्ता कहा जाता है। यह चार संभावित रासायनिक बंधों में से केवल तीन का निर्माण कर सकता है। और शेष अनफिल्ड वैलेंस बॉन्ड को आमतौर पर होल कहा जाता है। यानी एक छेद एक वास्तविक कण नहीं है, लेकिन अर्धचालक में होने वाली प्रक्रियाओं के अधिक सुविधाजनक विवरण के लिए अपनाया गया एक अमूर्त है। इसका आवेश धनात्मक और इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर माना जाता है। तो, पी-टाइप सेमीकंडक्टर में, हमें सकारात्मक चार्ज की अधिकता मिलती है।

दोनों प्रकार के अर्धचालकों में, मुख्य आवेश वाहकों (n- प्रकार के लिए इलेक्ट्रॉन, p- प्रकार के लिए छेद) के अलावा, अल्पसंख्यक आवेश वाहक बड़ी संख्या में मौजूद होते हैं: n- क्षेत्र के लिए छिद्र और p- क्षेत्र के लिए इलेक्ट्रॉन।


यदि p- और n- अर्धचालकों को कंधे से कंधा मिलाकर व्यवस्थित किया जाता है, तो उनके बीच के इंटरफेस में एक फैलाना धारा दिखाई देगी । ऐसा इसलिए होगा, क्योंकि एक तरफ, हमारे पास बहुत सारे नकारात्मक चार्ज (इलेक्ट्रॉन) हैं, और दूसरी ओर, सकारात्मक (छेद) हैं। तदनुसार, इलेक्ट्रॉन पी-सेमीकंडक्टर सीमा क्षेत्र में प्रवाहित होंगे। और चूंकि छेद वह जगह है जहां इलेक्ट्रॉन अनुपस्थित है, आपको यह महसूस होता है कि छेद विपरीत दिशा में बढ़ रहे हैं - एन-सेमीकंडक्टर की सीमा तक। एक बार पी- और एन-क्षेत्रों में, इलेक्ट्रॉनों और छेदों में पुनर्संयोजन, जिससे मोबाइल चार्ज वाहक की संख्या में कमी आती है। इस पृष्ठभूमि के खिलाफ, अर्धचालकों की सीमाओं पर स्थिर और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन (जिसमें से पुन: छिद्रित छेद और इलेक्ट्रॉनों "बाएं") स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। परिणामस्वरूप, हम पदार्थों की सीमा में दो संकीर्ण आवेश वाले क्षेत्र प्राप्त करते हैं। यह pn जंक्शन है, जिसे मोबाइल चार्ज कैरियर्स की कम सांद्रता के कारण कमी परत भी कहा जाता है। स्वाभाविक रूप से, यहां एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा, जिसकी दिशा इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के आगे प्रसार को रोकती है। एक संभावित अवरोध उत्पन्न होता है, जो आवेश के मुख्य वाहक केवल इसके लिए पर्याप्त ऊर्जा होने पर काबू पा सकते हैं। लेकिन अल्पसंख्यक वाहकों के लिए, इसके विपरीत उत्पन्न होने वाला विद्युत क्षेत्र मदद करता है। तदनुसार, एक धारा विपरीत प्रसार दिशा में जंक्शन के माध्यम से प्रवाह करेगी। इस करंट को ड्रिफ्ट करंट कहा जाता है। बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में, प्रसार और बहाव एक-दूसरे को संतुलित करते हैं और आवेशों का प्रवाह रुक जाता है।

कमी क्षेत्र की चौड़ाई और संक्रमण सीमाओं (संभावित अवरोध) के संपर्क संभावित अंतर pn जंक्शन की महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं।

यदि एक बाहरी वोल्टेज लागू किया जाता है ताकि इसका विद्युत क्षेत्र फैलने वाले प्रवाह का "समर्थन" करता है, तो संभावित अवरोध कम हो जाएगा और कमी क्षेत्र संकीर्ण हो जाएगा। तदनुसार, वर्तमान जंक्शन के माध्यम से अधिक आसानी से प्रवाह होगा। इस तरह के एक बाहरी वोल्टेज कनेक्शन को आगे पूर्वाग्रह कहा जाता है।

लेकिन आप कनेक्ट कर सकते हैं और इसके विपरीत, ताकि बाहरी विद्युत क्षेत्र बहाव के प्रवाह का समर्थन करता है। हालांकि, इस मामले में, कमी क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ जाएगी, और संभावित बाधा बढ़ जाएगी। संक्रमण "बंद हो जाता है।" इस तरह के कनेक्शन को रिवर्स बायस कहा जाता है। यदि लागू वोल्टेज का मान एक निश्चित सीमा मूल्य से अधिक हो जाता है, तो संक्रमण का एक विघटन होगा, और इसके माध्यम से एक धारा प्रवाहित होगी (इलेक्ट्रॉनों को इस हद तक गति मिलेगी कि वे एक संभावित अवरोध के माध्यम से फिसल सकते हैं)। इस सीमा मूल्य को ब्रेकडाउन वोल्टेज कहा जाता है।

सब कुछ, सिद्धांत का अंत, इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग पर आगे बढ़ने का समय है।

अंत में डायोड

एक डायोड, वास्तव में, एक pn जंक्शन है। यदि यह एक प्रत्यक्ष पूर्वाग्रह से जुड़ा हुआ है, तो वर्तमान इसके माध्यम से बहती है, और यदि इसे उलटा किया जाता है, तो यह प्रवाह नहीं करता है (वास्तव में, एक छोटा बहाव वर्तमान अभी भी बना हुआ है, लेकिन यह उपेक्षित हो सकता है)। यह सिद्धांत डायोड के प्रतीक में दिखाया गया है: यदि वर्तमान को एक त्रिकोण के तीर के साथ निर्देशित किया जाता है, तो इसके साथ कुछ भी हस्तक्षेप नहीं करता है, लेकिन अगर इसके विपरीत, तो यह एक ऊर्ध्वाधर रेखा पर "ठोकर" खाता है। रेडियो डायोड पर यह ऊर्ध्वाधर रेखा किनारे पर एक चौड़ी पट्टी द्वारा इंगित की जाती है।

मुझे याद है जब मैं एक बेवकूफ छात्र था और पहली बार एक मुद्रित सर्किट बोर्ड की दुकान में काम करने के लिए आया था, मैंने पहली बार डायोड की स्थापना की क्योंकि भगवान उन्हें हृदय से लगाते हैं। केवल बाद में मुझे पता चला कि इस तत्व का सही स्थान बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। लेकिन यह एक विषयांतर है।

डायोड में एक गैर-रैखिक वर्तमान-वोल्टेज विशेषता है।

डायोड के लिए आवेदन

1. एसी सुधार। यह डायोड की संपत्ति पर आधारित पूर्वाग्रह के साथ "लॉक" करने पर आधारित है। डायोड, जैसा कि यह था, नकारात्मक आधा तरंगों को "काट" देता है।
2. एक चर क्षमता के रूप में। इन डायोड को वैरिकैप कहा जाता है।
   
   यहां, रिवर्स पूर्वाग्रह पर संक्रमण की बाधा समाई की निर्भरता का उपयोग किया जाता है। अधिक से अधिक इसके मूल्य, जंक्शन के घट क्षेत्र को व्यापक। यह एक फ्लैट संधारित्र के रूप में कल्पना की जा सकती है, जिनमें से प्लेटें क्षेत्र की सीमाएं हैं, और यह स्वयं एक ढांकता हुआ के रूप में कार्य करता है। तदनुसार, मोटी "ढांकता हुआ परत", बाधा क्षमता कम है। इसलिए, लागू वोल्टेज को बदलकर, वैरिकैप की क्षमता को विद्युत रूप से बदलना संभव है।
3. वोल्टेज को स्थिर करने के लिए। इस तरह के डायोड के संचालन का सिद्धांत यह है कि बाहरी वोल्टेज ड्रॉप में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ भी, डायोड में वोल्टेज ड्रॉप थोड़ा बढ़ जाएगा। यह आगे और पीछे दोनों पक्षपात के लिए सही है। हालांकि, रिवर्स पूर्वाग्रह के दौरान ब्रेकडाउन वोल्टेज डायोड के आगे वोल्टेज से बहुत अधिक है। इस प्रकार, यदि एक स्थिर उच्च वोल्टेज को बनाए रखना आवश्यक है, तो डायोड को वापस चालू करना बेहतर है। और इसके लिए परिचालन में बने रहने के लिए, टूटने के बावजूद, एक विशेष प्रकार के डायोड का उपयोग किया जाना चाहिए - एक जेनर डायोड ।
   
   आगे के पक्षपाती मोड में, यह एक नियमित रूप से सुधारने वाले डायोड की तरह काम करेगा। लेकिन रिवर्स पूर्वाग्रह में यह वर्तमान का संचालन नहीं करेगा जब तक कि लागू वोल्टेज तथाकथित जेनर डायोड वोल्टेज तक नहीं पहुंच जाता है, जिस पर डायोड महत्वपूर्ण वर्तमान का संचालन कर सकता है, और वोल्टेज जेनर डायोड के वोल्टेज स्तर तक सीमित है।
4. एक "कुंजी" (स्विचिंग डिवाइस) के रूप में। इस तरह के डायोड को लागू वोल्टेज के आधार पर बहुत जल्दी खोलने और बंद करने में सक्षम होना चाहिए।
5. विकिरण डिटेक्टरों ( फोटोडियोड्स ) के रूप में।
   
   प्रकाश क्वांटा एन-क्षेत्र में परमाणुओं में अतिरिक्त ऊर्जा स्थानांतरित करता है, जिससे बड़ी संख्या में नए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े की उपस्थिति होती है। जब वे पीएन जंक्शन तक पहुंचते हैं, तो छेद पी-क्षेत्र में चले जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन जंक्शन किनारे पर जमा होते हैं। इस प्रकार, बहाव धारा में वृद्धि होती है, और पी और एन क्षेत्रों के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जिसे फोटो ईएमएफ कहा जाता है। इसका मूल्य अधिक है, चमकदार प्रवाह जितना अधिक है।
6. ऑप्टिकल विकिरण ( एल ई डी ) बनाने के लिए।
   
   छेद और इलेक्ट्रॉनों (आगे पूर्वाग्रह) के पुनर्संयोजन पर, निम्न ऊर्जा स्तर पर बाद का संक्रमण। ऊर्जा की "अतिरिक्त" ऊर्जा की मात्रा के रूप में जारी की जाती है। और एक या दूसरे अर्धचालक की रासायनिक संरचना और गुणों के आधार पर, यह एक या किसी अन्य श्रेणी की तरंगों का उत्सर्जन करता है। विकिरण दक्षता रचना पर भी निर्भर करती है।

विदेशी सा

यह मत भूलो कि पीएन जंक्शन माइक्रोवर्ल्ड की घटना में से एक है जहां क्वांटम भौतिकी गेंद पर शासन करती है और अजीब चीजें संभव हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, टनलिंग प्रभाव तब होता है जब एक कण कम ऊर्जा वाले संभावित अवरोध से गुजर सकता है। गति और कण निर्देशकों (हैलो, हाइजेनबर्ग!) के बीच संबंधों में अनिश्चितता के कारण यह संभव हुआ है। यह प्रभाव सुरंग डायोड पर आधारित है ।

आरोपों के "रिसाव" की संभावना सुनिश्चित करने के लिए, वे पतित अर्धचालकों से बने होते हैं (अशुद्धियों की उच्च एकाग्रता वाले)। परिणाम एक पतली अवरोध परत के साथ एक तेज पीएन जंक्शन है। ऐसे डायोड कम-शक्ति और कम-जड़ता वाले होते हैं, इसलिए उनका उपयोग माइक्रोवेव रेंज में किया जा सकता है।

एक और असामान्य प्रकार का अर्धचालक डायोड है - शोट्स्की डायोड ।

वे पारंपरिक पी.एन. जंक्शन का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन स्कोटकी बाधा के रूप में धातु-अर्धचालक जंक्शन। यह अवरोध तब होता है जब धातु और अर्धचालक से इलेक्ट्रॉनों के कार्य फ़ंक्शन के मूल्य भिन्न होते हैं। यदि एन-सेमीकंडक्टर के संपर्क में धातु की तुलना में कम कार्य होता है, तो धातु की सीमा परत को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा, और अर्धचालक सकारात्मक होगा (इलेक्ट्रॉनों के लिए अर्धचालक से इसके विपरीत धातु में स्थानांतरित करना आसान है)। यदि हमारे पास एक धातु / पी-सेमीकंडक्टर संपर्क है, और दूसरे के लिए कार्य फ़ंक्शन पहले की तुलना में अधिक है, तो हमें धातु की एक सकारात्मक चार्ज सीमा परत और अर्धचालक की एक नकारात्मक चार्ज परत मिलती है। किसी भी मामले में, हमारे पास एक संभावित अंतर होगा जिसके द्वारा दोनों संपर्क पदार्थों के कार्य कार्य बराबर होते हैं। यह एक संतुलन राज्य के उद्भव और धातु और अर्धचालक के बीच एक संभावित अवरोध के गठन को बढ़ावा देगा। और जिस तरह पीएन जंक्शन के मामले में, आगे और रिवर्स पूर्वाग्रह को धातु / सेमीकंडक्टर जंक्शन पर एक समान परिणाम के साथ लागू किया जा सकता है।

Schottky डायोड प्रत्यक्ष कनेक्शन के दौरान एक कम वोल्टेज ड्रॉप में जंक्शन के जंक्शन और जंक्शन के एक कम विद्युत समाई से भिन्न होता है। इस प्रकार, उनकी ऑपरेटिंग आवृत्ति बढ़ जाती है और हस्तक्षेप का स्तर कम हो जाता है।

निष्कर्ष

बेशक, सभी मौजूदा प्रकार के डायोड को यहां नहीं माना जाता है। लेकिन मुझे उम्मीद है कि ऊपर लिखे अनुसार, इन इलेक्ट्रॉनिक घटकों के बारे में एक पूर्ण निर्णय लेना संभव है।

सूत्रों का कहना है:
ru.wikipedia.org
mda21.ru
elementy.ru
femto.com.ua