Як працює діод

Діод – 2-електродний електровакуумний, напівпровідниковий або газорозрядний прилад з односторонньою провідністю електричного струму: він добре пропускає через себе струм в одному напрямку і дуже погано — в іншому. Це основна властивість діода використовується, зокрема, для перетворення електромережі змінного струму в постійний струм.

Схематичне пристрій діода:

Конструктивно діод являє собою невелику пластинку германію або кремнію, одна область (частина обсягу) якою володіє електропровідністю p-типу, тобто «діркової» (містить штучно створений недолік електронів), інша — електропровідністю n-типу, тобто електронній (містить надлишок електронів). Кордон між ними називають p-n переходом. Тут букви p і n — перші в латинських словах positiv — «позитивний», і negativ — «негативний». Область p-типу вихідного напівпровідника такого приладу є анодом (позитивним електродом), а область n-типу — катодом (негативним електродом) діода.

Принцип роботи діода.

Якщо до диоду VD через лампу розжарювання HL підключити батарею GB так, щоб висновок позитивного полюса батареї був з’єднаний з анодом, а висновок негативного полюса діода з катодом (рис а), тоді утворилася в електричному ланцюзі з’явиться струм, про що буде сигналізувати загоревшаяся лампа HL. Значення цього струму залежить від опору p-n-переходу діода і поданого на нього постійної напруги. Такий стан діода називають відкритим, струм, поточний через нього,— прямим струмом Іпр, а подана на нього напругу, завдяки якому діод опинився у відкритому стані,— прямим напругою Uпр.

Якщо полюси батареї GB поміняти місцями, як показано на рис. б, то лампа HL не загориться, так як в цьому випадку діод знаходиться в закритому стані і надає струму в ланцюзі великий опір. Невеликий струм через p-n перехід діода у зворотному напрямі все-таки піде, але в порівнянні з прямим струмом буде настільки незначним, що нитка розжарення лампи навіть не зреагує. Такий струм називають зворотним струмом Іобр, а напруга, що створює його,— зворотним напругою Uобр.

Можна дослідним шляхом перевірити ці властивості діода? Звичайно, можна. Для цього знадобляться будь-площинний діод, наприклад з серій Д226, Д202, Д7, мініатюрна лампа розжарювання, розрахована на струм розжарення 100…300 мА, наприклад МН 3,5-0,14 (3,5 напруга, струм розжарення 140 мА), і батарея 3336 (для плоского кишенькового електричного ліхтаря) або складена з трьох елементів 343 або 373. З’єднувати їх між собою слід за схемами, наведеними на останньому малюнку. Поперемінна зміна полярності включення батареї в ланцюг буде то відчиняти, то закривати діод і тим самим автоматично запалювати і гасити лампу розжарювання.

У такому досвіді лампа розжарювання виконує двояку роль: служить індикатором і обмежувачем струму в ланцюзі. При безпосередньому прямому підключенні батареї до диоду струм в ланцюзі може виявитися настільки значним, що p-n перехід перегріється і діод вийде з ладу.

Принцип пристрою і роботи так званих точкових напівпровідникових діодів, наприклад Д9, Д2, Д220, аналогічний. Площі p-n переходів напівпровідникових діодів в цьому випадку значно менше, ніж у площинних діодів, тому і допустимі струми, поточні через них, менше.

Головна відмінність германієвих діодів від кремнієвих у значенні прямих напруг, при яких вони відкриваються і практично не надають помітного опору поточним через них струмів. Германієві діоди відкриваються при прямому напрузі 0,1…0,15, а кремнієві — при 0,6…0,7 В.