อุปกรณ์และหลักการทำงานของไดโอด

ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ง่ายที่สุดที่พบได้บนแผงวงจรพิมพ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในและลักษณะทางเทคนิค ไดโอดแบ่งออกเป็นหลายประเภท: สากล, วงจรเรียงกระแส, พัลส์, ซีเนอร์ไดโอด, ทันเนลไดโอดและวาริแคป ใช้สำหรับการแก้ไข การจำกัดแรงดันไฟฟ้า การตรวจจับ การมอดูเลต ฯลฯ — ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ที่ใช้งาน

ฐานของไดโอดคือ p-n-ทางแยกเกิดจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสองประเภทต่างกัน สายสองเส้นเชื่อมต่อกับผลึกไดโอดที่เรียกว่าแคโทด (ขั้วลบ) และแอโนด (ขั้วบวก) มีพื้นที่สารกึ่งตัวนำชนิด p ที่ด้านขั้วบวกและบริเวณสารกึ่งตัวนำชนิด n ที่ด้านแคโทด อุปกรณ์ไดโอดนี้ให้คุณสมบัติเฉพาะ - กระแสไหลในทิศทางเดียว (ไปข้างหน้า) จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ในทางกลับกัน ไดโอดที่ทำงานตามปกติจะไม่นำกระแสไฟฟ้า

ในบริเวณแอโนด (ชนิด p) ตัวพาประจุหลักจะเป็นรูที่มีประจุบวก และในบริเวณแคโทด (ชนิด n) จะมีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ตัวนำไดโอดคือพื้นผิวสัมผัสโลหะที่บัดกรีสายไฟ

เมื่อไดโอดนำกระแสไปข้างหน้า แสดงว่าอยู่ในสถานะเปิด หากกระแสไม่ผ่านทางแยก p-n แสดงว่าไดโอดจะปิด ดังนั้น ไดโอดสามารถอยู่ในสถานะเสถียรอย่างใดอย่างหนึ่งจากสองสถานะ: เปิดหรือปิด

โดยการเชื่อมต่อไดโอดในวงจรแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรง, ขั้วบวกไปยังขั้วบวกและขั้วลบไปยังขั้วลบ, เราได้รับอคติไปข้างหน้าของจุดเชื่อมต่อ pn และถ้าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเพียงพอ (0.7 โวลต์ก็เพียงพอสำหรับไดโอดซิลิคอน) ไดโอดจะเปิดขึ้นและเริ่มนำกระแสไฟฟ้า ขนาดของกระแสนี้จะขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และความต้านทานภายในของไดโอด

ทำไมไดโอดถึงเข้าสู่สถานะตัวนำ? เนื่องจากเมื่อเปิดไดโอดอย่างถูกต้องอิเล็กตรอนจากภูมิภาค n ภายใต้การกระทำของ EMF ของแหล่งที่มาจะรีบไปที่ขั้วบวกของมันไปยังรูจากภูมิภาค p ซึ่งตอนนี้ย้ายไปที่ขั้วลบ ของแหล่งกำเนิดไปยังอิเล็กตรอน

ที่ขอบของภูมิภาค (ที่จุดเชื่อมต่อ p-n) ในเวลานี้มีการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและโฮลอีกครั้งซึ่งเป็นการดูดกลืนซึ่งกันและกัน และแหล่งกำเนิดถูกบังคับให้ป้อนอิเล็กตรอนและรูใหม่อย่างต่อเนื่องไปยังบริเวณแยก p-n ซึ่งเป็นการเพิ่มความเข้มข้น

แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าไดโอดถูกกลับด้านโดยให้แคโทดไปยังขั้วบวกของแหล่งที่มาและขั้วบวกไปยังขั้วลบ โฮลและอิเล็กตรอนจะกระเจิงไปในทิศทางต่างๆ กัน—ไปยังขั้ว—จากทางแยก และบริเวณที่มีประจุพาหะหมด—สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น—ปรากฏขึ้นใกล้กับทางแยก กระแสที่เกิดจากตัวพาประจุส่วนใหญ่ (อิเล็กตรอนและรู) จะไม่เกิดขึ้น

แต่ไดโอดคริสตัลไม่สมบูรณ์ นอกจากตัวพาประจุหลักแล้ว ยังมีตัวพาประจุรองซึ่งจะสร้างกระแสย้อนกลับของไดโอดเล็กน้อยมากที่วัดเป็นไมโครแอมแปร์ แต่ไดโอดในสถานะนี้ปิดเพราะจุดแยก p-n นั้นเอนเอียงกลับกัน

แรงดันไฟฟ้าที่ไดโอดเปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดเรียกว่าแรงดันไปข้างหน้าของไดโอด (ดู — พารามิเตอร์พื้นฐานของไดโอด) ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือแรงดันตกคร่อมจุดเชื่อมต่อ p-n ความต้านทานของไดโอดต่อกระแสไปข้างหน้าไม่คงที่ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสที่ผ่านไดโอดและอยู่ในลำดับหลายโอห์ม แรงดันกลับขั้วที่ไดโอดดับเรียกว่าแรงดันย้อนกลับของไดโอด ความต้านทานย้อนกลับของไดโอดในสภาวะนี้วัดได้ในหน่วยหลายพันโอห์ม

เห็นได้ชัดว่าไดโอดสามารถเปลี่ยนจากสถานะเปิดเป็นสถานะปิดได้ และในทางกลับกันเมื่อขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมันเปลี่ยนไป การทำงานของวงจรเรียงกระแสขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้ของไดโอด ดังนั้นในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบไซน์ ไดโอดจะนำกระแสในช่วงครึ่งคลื่นบวกเท่านั้น และจะถูกปิดกั้นในช่วงครึ่งคลื่นลบ

ดูเพิ่มเติมในหัวข้อนี้:อะไรคือความแตกต่างระหว่างไดโอดพัลส์และวงจรเรียงกระแส