Het apparaat en het werkingsprincipe van de diode
Een diode is het eenvoudigste halfgeleiderapparaat dat tegenwoordig op de printplaat van elk elektronisch apparaat te vinden is. Afhankelijk van de interne structuur en technische kenmerken, worden diodes ingedeeld in verschillende typen: universeel, gelijkrichter, puls, zenerdiodes, tunneldiodes en varicaps. Ze worden gebruikt voor gelijkrichting, spanningsbegrenzing, detectie, modulatie, enz. — afhankelijk van het doel van het apparaat waarin ze worden gebruikt.
De basis van de diode is p-n-kruisinggevormd door halfgeleidermaterialen met twee verschillende soorten geleidbaarheid. Twee draden zijn verbonden met het diodekristal genaamd kathode (negatieve elektrode) en anode (positieve elektrode). Er is een p-type halfgeleidergebied aan de anodezijde en een n-type halfgeleidergebied aan de kathodezijde. Dit diode-apparaat geeft het een unieke eigenschap: stroom vloeit slechts in één (voorwaartse) richting, van anode naar kathode. Omgekeerd geleidt een normaal werkende diode geen stroom.
In het anodegebied (p-type) zijn de belangrijkste ladingsdragers positief geladen gaten en in het kathodegebied (n-type) negatief geladen elektronen. De diodedraden zijn contactmetalen oppervlakken waarop de draden zijn gesoldeerd.
Wanneer de diode stroom in voorwaartse richting geleidt, betekent dit dat deze zich in de open toestand bevindt. Als de stroom niet door de p-n-overgang gaat, sluit de diode. De diode kan dus in een van twee stabiele toestanden zijn: open of gesloten.
Door de diode in het DC-spanningsbroncircuit, de anode met de positieve pool en de kathode met de negatieve pool te verbinden, verkrijgen we de voorwaartse voorspanning van de pn-overgang. En als de bronspanning voldoende blijkt te zijn (0,7 volt is genoeg voor een siliciumdiode), dan gaat de diode open en begint hij stroom te geleiden. De grootte van deze stroom hangt af van de grootte van de aangelegde spanning en de interne weerstand van de diode.
Waarom ging de diode in de geleidende toestand? Omdat bij het correct inschakelen van de diode de elektronen uit het n-gebied, onder invloed van de EMF van de bron, naar de positieve elektrode snelden, naar de gaten uit het p-gebied, die nu naar de negatieve elektrode gaan van de bron naar de elektronen.
Op de grens van de gebieden (bij de p-n-overgang zelf) is er op dit moment een recombinatie van elektronen en gaten, hun wederzijdse absorptie. En de bron wordt gedwongen om continu nieuwe elektronen en gaten aan het pn-overgangsgebied te leveren, waardoor hun concentratie toeneemt.
Maar wat als de diode is omgekeerd, met de kathode naar de positieve pool van de bron en de anode naar de negatieve pool? Gaten en elektronen verspreiden zich in verschillende richtingen - naar de terminals - vanaf de kruising, en een gebied zonder ladingsdragers - een potentiële barrière - verschijnt nabij de kruising. Stroom veroorzaakt door de meeste ladingsdragers (elektronen en gaten) zal eenvoudigweg niet voorkomen.
Maar het diodekristal is niet perfect; naast de grote ladingsdragers, bevat het ook kleine ladingsdragers die een zeer verwaarloosbare diode-tegenstroom zullen creëren, gemeten in microampère. Maar de diode in deze toestand is gesloten omdat de pn-overgang in tegengestelde richting is voorgespannen.
De spanning waarbij de diode overschakelt van de gesloten toestand naar de open toestand wordt de diodedoorlaatspanning genoemd (zie — Basisparameters van diodes), wat in wezen de spanningsval over de pn-overgang is. De weerstand van de diode tegen de doorlaatstroom is niet constant, het hangt af van de grootte van de stroom door de diode en is in de orde van grootte van enkele ohm. De omgekeerde polariteitsspanning waarbij de diode wordt uitgeschakeld, wordt diode-omkeerspanning genoemd. De omgekeerde weerstand van een diode in deze toestand wordt gemeten in duizenden ohm.
Het is duidelijk dat een diode kan overschakelen van een open toestand naar een gesloten toestand en vice versa wanneer de polariteit van de spanning die erop wordt toegepast verandert. De werking van de gelijkrichter is gebaseerd op deze eigenschap van de diode. Dus in een sinusvormig AC-circuit geleidt de diode alleen stroom tijdens de positieve halve golf en wordt deze geblokkeerd tijdens de negatieve halve golf.
Zie ook over dit onderwerp:Wat is het verschil tussen pulsdiodes en gelijkrichter