Как течет ток через диод: Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

Куда течёт электрический ток?

Современный человек отлично знаком с результатом работы тока в различных электроприборах, и редко задумывается о том, как, откуда и куда он течёт. Для тех, кто совсем немного знаком с электрикой и электроникой ответ будет прост и очевиден: от положительного полюса к отрицательному. Тем не менее, люди, которые знакомы с вопросом глубже, знают, что данное описание корректно не для всех ситуаций, что общепринятое понимание механизма несколько упрощено и на самом деле правильно ответить на подобный вопрос можно, только лишь уточнив его. Сегодня мы попытаемся рассказать читателям, как и почему возникла такая путаница.

Для начала следует вспомнить, что такое электроток. Справочники характеризуют его как направленное движение заряженных частиц. Сегодня принято считать, что в пределах цепи ток направлен от плюсового полюса источника питания к минусовому. Так работает любая техника на постоянном токе: радиоприёмники, фонарики, детские игрушки, пульты и даже те самые светодиодные светильники, которые через драйвер или трансформатор подключены к переменной сети. Вместе с тем, предполагается, что внутри самого источника питания – например, батарейки или аккумулятора – ток всё же идёт от минуса к плюсу. Почему так? Давайте разбираться.

 

 

 

Сегодня науке точно известно, что направление движения электронов во многом обусловлено материалом элементов цепи. Согласитесь, это звучит немного неожиданно, однако обо всём этом нам рассказывали в школе, просто другими словами. Так, если проводник изготовлен из металла, частицами, переносящими заряд, будут выступать электроны, несущие энергию от своего, отрицательного полюса к другому, положительному. И исходя из этого оказывается, что, вопреки сказанному ранее, электроны во внешней цепи движутся от минуса к плюсу. Доказать это довольно просто. Если взять любой диод, который по своей сути допускает прохождение тока только в одном направлении, и подключить так, как сегодня принято описывать направление течения электронов, он работать на будет. Полупроводники выполняют свою функцию только тогда, когда подключаются анодом к плюсовой клемме источника. Уже на основании одного этого можно понять, что в качестве направления электротока в цепи обычно принимают противоположное реальному движению электронов.

Путаница в понятиях сложилась лишь потому, что при открытии многих электрических явлений именно неверное описание казалось исследователям логичным. Задолго до изобретения лампочек учёные пытались работать с феноменом электричества. Широко известный американский общественный и научный деятель Бенджамин Франклин стал родоначальником так называемой унитарной теории электричества. Согласно его предположениям, это самое электричество является материей, а именно, жидкостью, лишённой веса, которая способна вытекать из одной точки и перетекать в другую, со временем накапливаясь в ней. Скорее всего, именно отсюда во многих языках мира и взялось слово «ток», связанное с глаголом «течь» – ведь текут обычно именно жидкости.

Франклин утверждал, что невесомая электрожидкость присутствует во всех телах, но выраженного заряда не имеет, а потому наэлектризоваться что-либо может только в том случае, когда наблюдается её недостаток или избыток. Логично, что нехватку учёный обозначил знаком минус, а излишек –знаком плюс. Сам того не понимая, он заложил этим тезисом основу понятий положительного и отрицательного зарядов. Для Франклина всё было просто и похоже на систему сообщающихся сосудов: когда в ней начинает наблюдаться дисбаланс, электрическая жидкость в нужном количестве перетекает от тела к телу, в обоих направлениях. В целом, хорошо понятную гипотезу о движении заряда опровергнуть было сложно, потому на многие годы представление осталось именно таким.

Примерно в то же время французский исследователь и известный физик своего времени Шарль Дюфе сделал пришёл к выводу, что в действительности существует целых две разновидности электричества, каждая из которых сама по себе вписывается в объяснения Франклина, но при контакте их эффект нейтрализуется. В доработанном виде эту теорию представил шотландский физик Роберт Симмер, который взял за основу опыты предшественника и дополнил их собственными объяснениями. Название теории полностью соответствовало сути – её нарекли дуалистической.

Для многих имя Симмера совершенно незнакомо, однако его можно считать «автором» самого знаменитого школьного эксперимента с эбонитовой палочкой. Хотя подобными играми баловались ещё древние греки, объяснение явлению смог дать только он. Известно, что учёный по жизни был склонен к переохлаждению и носил сразу две пары чулок: ближе к коже – тёплые, из шерсти, а поверх них, напоказ – шёлковые. И вот однажды он заинтересовался тем, почему они странно себя ведут после снятия. Когда Симмер снимал их вместе, а потом вытягивал один из другого, то видел, что и шёлк, и шерсть немного раздуваются, а затем слипаются друг с другом. При этом если взять пару чулок из одного материала, они будут отталкиваться. Его первые эксперименты были максимально просты: в одной руке находились шерстяные чулки, а в другой – шёлковые. При сближении рук одинаковые отталкивались, а разнородные моментально слипались. Сегодня мы знаем, что то же самое можно было бы сказать о полюсах магнитов, но тогда до идеи о связи электричества и магнетизма ещё никто не подозревал.

Зато благодаря работе Симмера стало понятно, что при натирании объекта с целью электризации заряженным становится не только это тело, но и то, которое его натирает. Дуалистическая теория поясняла, что в состоянии покоя в каждом теле в некотором количестве находятся сразу две невесомые электрические жидкости, противоположные по своему заряду. При этом в целом они нейтрализуют друг друга, но при изменении взаимных пропорций возникает электризация. Хотя гипотезы Франклина и Симмера не приводили учёный мир к единому мнению, обе они с необходимой для того времени достоверностью описывали видимое положение вещей, а потому сохранялись параллельно.

 

 

 

Следующий крупный этап в процессе выяснения правды наступил в 1799-том году. Задолго до появления на улицах электрических фонарных столбов, слово «столб» стало синонимом чего-то заряженного. Всё дело в том, что открытие явления электролиза с использованием вольтова столба более наглядно показало учёным, что заряды могут одновременно двигаться взаимно противоположно. Формально это было моментом торжества теории Симмера, но из-за нехватки информации об устройстве мира многие учёные не готовы были принять всё на веру. Многих смущало то, что при проведении эксперимента с электролизом на отрицательном электроде собиралось в два раза больше пузырьков водорода, чем на положительном – кислорода. Ввиду того, что формула Н2О ещё открыта не была, представлений о строении молекулы воды никто не имел, и это отчасти вносило трещину в дуалистическую теорию.

Спустя 21 год нашёлся учёный, который был гораздо решительнее предшественников. Его звали Андре-Мари Ампер, и он предложил Парижской академии наук устранить неоднозначность, приняв одно из направлений в качестве основного. В начале его работы над данным вопросом совершить выбор предполагалось просто на основании удобства, однако уже спустя несколько поставленных опытов Ампер сумел сформулировать единое правило, по которому можно было однозначно судить о направленности воздействия магнитов на электроток. Дабы избавиться от описания двух взаимно противоположных токов и избежать повторения, учёный решил однозначно, раз и навсегда, принять за основу направление движения положительного электричества. Именно этот момент считается формальной точкой отсчёта в отношении направленности электротока.

На основании тех же исследований британский физик Джеймс Клерк Максвелл сформулировал хорошо знакомое нам со школьной скамьи правило буравчика. Оно определяло направление магнитного поля катушки и вполне устраивало учёных, поскольку считалось адекватно описывающим реальность в тех координатах, которые ранее заложил Ампер. Вместе с тем, среди исследователей было немало и тех, кто даже при уважительном отношении к предшественникам продолжал критически смотреть на ситуацию. Англичанин Майкл Фарадей признавал, что пользоваться описанными правилами удобно, однако это не означает, что в природе всё так и есть. Уже после того, как он открыл явление электромагнитной индукции, возникла необходимость определить направление индуцированного тока, и на этом этапе сугубо теоретические и условные правила других исследователей не справлялись. Российский физик немецкого происхождения Эмилий Ленц сумел дать требуемую формулировку: если проводник из металла движется вблизи магнита или тока, внутри него возникает гальванический ток, направление которого таково, что, будь провод неподвижен, он бы пришёл в движение в сторону, противоположную исходному перемещению. Несмотря на длину разъяснения правила и его сложность для понимания при первом прочтении, именно оно утвердилось в качестве доминирующего.

И даже после открытия в 1897-ом году английским физиком Джозефом Джоном Томсоном электрона, указанная условность описания направления его движения сохранилась. Пусть природа задумала, что в проводнике или в вакууме должны перемещаться лишь электроны, человечество по-прежнему в качестве базового принимает противоположное направление – от плюса к минусу. Когда в начале ХХ-го века были изобретены электронные лампы, сразу же с оборудованием стали возникать определённые трудности. Тем не менее, даже это не заставило главные мировые умы пересмотреть подход. Ещё позже, с изобретением транзисторов путаница усилилась, но на первое место продолжало выноситься условное удобство. Сейчас люди уже привыкли считать, что там, где «плюс» энергии больше, чем там, где «минус», а потому она может переходить только в одном направлении, как во всё тех же сообщающихся сосудах у Франклина.

И хотя сегодня мы уже осведомлены о том, что данная условность не соответствует фактическому положению вещей, человечество успело изготовить такое количество электротехнической продукции, что внесение корректив в устоявшиеся принципы внесёт ещё большую сумятицу. Не пострадают разве что только те изделия, для которых полярность не имеет значения – это различные клеммники и наконечники, оснащение для переменного тока, а также различные провода и кабели. Всё остальное, в том числе, и бытовая техника, в которой много узлов преобразует энергию к 12 В или 5 В постоянного тока, может оказаться неработоспособной.

Напоследок хочется сказать о том, чему не уделено внимания выше: как же простому человеку понять, разобраться и запомнить, что и где находится, какой заряд куда течёт. Да, общепринятое направление движения электротока – это лишь некая условность, оправданная историей развития электротехники, и она противоположна реальному направлению перемещения электронов в металле, но в действительности всё это совершенно не принципиально. На самом деле, чтобы не прослыть невеждой следует руководствоваться простейшими принципами. Вернёмся к тому, что такое ток по определению – это направленное движение заряженных частиц. И вот тут самое главное: не спрашивайте себя, каких именно! Потому что правильный ответ – любых. Ими могут оказаться и негативно заряженные электроны, и положительные молекулы с атомами, и ионы вещества в растворе, и свободные электроны в полупроводниках, и даже так называемые «дырки». И всё это правильно, технически корректно. А потому вывод напрашивается довольно простой – ток течёт туда, где его «не хватает», то есть высказанный ранее принцип «от большего к меньшему» в действительности справедлив, безотносительно полярности перемещаемого по проводнику заряда. Остальные нюансы просто оказываются не важны.

Diotec. Защита цепей электропитания автомобилей от напряжения обратной полярности

Автомобильные электронные схемы должны быть защищены от входного отрицательного напряжения. Такая ситуация может возникнуть во время обслуживания автомобиля при его запуске, когда аккумуляторная батарея подключена неправильно. Обратная полярность напряжения может вызвать прохождение отрицательного тока через электронные схемы, в этом случае и короткого промежутка времени достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение датчиков, контроллеров и других чувствительных кремниевых компонентов. Помня об этом, разработчики оборудования должны принять соответствующие меры, чтобы сохранить автомобильные электронные блоки управления (ЭБУ) невредимыми в случае возникновения напряжения обратной полярности. В этом документе предложены три различные топологии схем защиты от подачи напряжения обратной полярности.

1. Диод в цепи питания
Самый простой способ заблокировать прохождение отрицательного тока — это установить диод, включенный последовательно с батареей. Пока разность напряжений между анодом и катодом диода положительна и превышает указанное прямое напряжение (рис. 1), диод смещен в прямом направлении, и ток течет в цепь нагрузки. Как только полюса батареи меняются местами (рис. 2), диод смещается в обратном направлении, и прохождение отрицательного тока блокируется.
При выборе диода для защиты от обратной полярности разработчики должны учитывать несколько критериев:
VF: прямое падение напряжения на диоде при прямом смещении. Типичные значения для стандартных выпрямительных диодов находятся в диапазоне 0,7−1,1 В. Чтобы уменьшить рассеиваемую мощность (VF∙I) во время работы, разработчики могут использовать диод Шоттки, который предлагает VF ниже 0,5 В. Кроме того, низкий VF обеспечит больший запас мощности для защищаемой цепи при холодном запуске, когда напряжение на разъемах питания ЭБУ может упасть до 4 В или ниже.
IFAV: максимальный средний прямой ток диода — это максимальный ток, который диод может выдержать длительное время в состоянии прямого смещения. IFAV должен быть выше, чем максимальный ток нагрузки защищаемой цепи. Из соображений терморегулирования и увеличения срока службы необходимо учитывать достаточный запас прочности.
VDC: Напряжение блокировки постоянного тока — это напряжение, для блокировки которого предназначен диод. VDC будет подаваться от катода диода к аноду во время возникновения напряжения обратной полярности. По этой причине VDC должно быть выше, чем максимальное напряжение батареи, ожидаемое при обратной полярности.
Корпус диода: современные автомобильные блоки управления стремятся производить с компонентами для поверхностного монтажа (SMD), насколько это возможно. Diotec предлагает широкий спектр стандартных диодов и диодов Шоттки в корпусах SMD. При выборе корпуса конструкторы должны учитывать размер платы и тепловые характеристики корпуса. Параметры RthA (тепловое сопротивление перехода кристалл-окружающая среда) и RthT (тепловое сопротивление перехода кристалл-корпус компонента) в техническом описании (datasheets) помогут рассчитать повышение температуры диода на основе прямого падения напряжения и тока нагрузки.
Tj: температура кристалла компонента. Сумма постоянно изменяющихся температуры окружающей среды и температуры, возникающей при рассеивании энергии на диоде, всегда должна быть ниже Tj. Приведенная ниже формула помогает рассчитать ожидаемое значение Tj для заданной температуры окружающей среды TA. Качественное соединение корпуса диода с металлической поверхностью (радиатором) повысит эффективность отвода тепловой энергии от корпуса диода.

анализ цепи — ток через диод

\$\начало группы\$

Что если мы уменьшим/увеличим сопротивление 3кОм до большего/меньшего значения? Может ли кто-нибудь объяснить мне это поведение очень простым способом? Будет ли ток течь через кремниевый диод?

  • анализ цепей
  • диоды
  • полупроводники

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Очень простой ответ с еще одной сомнительной аналогией с водой.

Рис. 1. Параллельные предохранительные клапаны. Давление сброса P1 < P2.

Если мы возьмем эти два клапана сброса давления в пневматическом или гидравлическом контуре, должно быть ясно, что когда давление повышается настолько, чтобы открыть клапан нижнего давления, давление над двумя клапанами больше не может увеличиваться (поскольку оно было сброшено). ) и P2 не открывается. Аналогично будут вести себя параллельные диоды с разными \$V_f\$, прямыми напряжениями.

Я использовал это поведение в своем решении Как заменить зеленый светодиод на красный в простом транзисторном переключателе? вчерашний день.

Обратите внимание, что если давление высокое и сопротивление P1 достаточно велико по сравнению с сопротивлением на выходе, тогда перепад давления увеличится до точки, при которой P2 начнет открываться. Это аналогично уменьшению резистора в вашем вопросе до такого низкого значения, что через германиевый диод протекают очень большие токи, напряжение возрастает из-за его внутреннего сопротивления и когда оно достигает 0,7 В, включается кремниевый диод. Они оба умрут довольно быстро.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Если бы на диоде Si было 0,7 В, то на диоде Ge было бы 0,7 В, так как они параллельны. Как вы думаете, какой ток должен протекать через диод Ge для достижения такого напряжения?

Вот схема:

(http://www.rfwireless-world.com/images/junction-diode-characteristics.jpg)

Если экстраполировать падение напряжения на 0,7 В для диода Ge , то я полагаю, что \$I_F\$ для диода Ge будет около 200 мА.

Через диод Ge с сопротивлением 3 кОм протекает ток 200 мА?

Нет

Итак, падение напряжения на диоде Ge будет около 0,3 В. Каков ток диода Si при падении напряжения 0,3 В?

Близко к 0 ампер ≃ разомкнутая цепь

Таким образом, если вы хотите, чтобы оба проводника вели одновременно, то вам следует уменьшить сопротивление 3 кОм до точки на диаграмме выше, когда по обоим течет ток.


Я рекомендую вам посмотреть обучающие видео на YouTube. Особенно видео Дэйва Джонса. Его видео были для меня вторым учителем во время учебы в университете. И я также рекомендую использовать CircuitJS, моего третьего учителя. Моделировать, моделировать, моделировать.

\$\конечная группа\$

3

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Видео-урок: Диоды | Nagwa

Стенограмма видео

В этом видео мы будем искать
на компоненте электрической цепи, известном как диод. Мы будем рассматривать функцию
диода в электрической цепи, а также из чего он сделан.

Итак, давайте начнем с размышлений о
что на самом деле делает диод. Диод это электрическая цепь
компонент, пропускающий через себя ток в одном направлении, но не в противоположном
направление. Это символ цепи для
диод. И это на самом деле один из самых
дружественные символы цепи, потому что стрелка в этом символе показывает нам направление в
какой условный ток может протекать через диод. И помните, кстати,
обычный ток состоит из положительных зарядов.

Итак, например, если бы мы взяли
этот диод и соединить его последовательно с ячейкой и резистором, то в этом
ориентации ячейки, обычный ток будет течь от положительного
клемму и через диод в разрешенном направлении через резистор и
затем обратно по кругу, пока мы не завершим круг, когда доберемся до
отрицательный полюс клетки. Другими словами, тогда в этом
ориентации ячейки и диода, ток по часовой стрелке, состоящий из положительных
заряды будут установлены в цепи.

Однако, если бы мы подумали о
поток электронов, которые являются отрицательно заряженными частицами, то те будут
оттекает от отрицательного вывода ячейки против часовой стрелки через
резистор и через диод. И это действительно разрешено
направление движения отрицательно заряженных частиц. Потому что, помните, стрелка в
диод только показывает направление, в котором могут течь положительные заряды. Следовательно, отрицательные заряды могут
течь в другую сторону через диод.

Однако, если мы реверсируем
полярность ячейки так, чтобы положительный вывод был здесь, а отрицательный
терминал здесь, а затем, если мы подумаем об обычном токе, ячейка теперь
пытаясь настроить ток, который течет в этом направлении, от положительного
вывод через резистор и приходя на диод. Однако диод не позволит
Положительные заряды текут в этом направлении через него. И, следовательно, не будет
ток в этой цепи. Если мы эквивалентно подумаем о
течет отрицательный заряд, поток электронов, затем клетка пытается вытолкнуть
электроны таким образом. Однако отрицательные заряды не могут
в этом направлении через диод. И так, как мы поняли раньше,
тока в этой цепи не будет.

Так это функциональность или
поведение идеального диода. И, да, в этой цепи мы
с учетом идеальных компонентов. Но, как мы вскоре увидим, настоящие
диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Так же, как, например, как реально
провода на самом деле имеют некоторое сопротивление, тогда как мы моделируем идеальные провода в нашей схеме
диаграммы, чтобы иметь нулевое сопротивление. Таким образом, реальные компоненты схемы не
ведут себя так же, как их идеальные аналоги. И диод не исключение.
это. Но давайте держаться за эту мысль
и вернуться к этому через мгновение.

Но сначала давайте подумаем о
идеальный диод, еще раз, в нашей идеальной схеме. Теперь избавимся от
резистор. А вместо этого поставить амперметр.
это положение, а также вольтметр параллельно диоду. И давайте также возьмем нашу камеру и
превратить его в источник переменного напряжения. Так что весь смысл в том, что
мы будем варьировать напряжение, выдаваемое источником переменного напряжения, и посмотрим на
напряжение на диоде в ответ на это, а также ток в
схема. И поскольку амперметр находится в
последовательно с диодом, поэтому он будет измерять ток через диод.

Теперь давайте выберем условность
что ток, текущий по часовой стрелке, течет в положительном
направление. И, следовательно, любой потенциал
разность, которая создает ток в направлении по часовой стрелке, является положительным потенциалом
разница. Давайте тогда настроим пару осей
с током, измеренным амперметром здесь по вертикальной оси, и потенциалом
разница 𝑉 измеряется на диоде этим вольтметром. И мы вкладываем этот потенциал
разница по горизонтальной оси. Так что теперь, в этой ориентации
ячейки, независимо от величины напряжения, выдаваемого ячейкой, мы знаем, что
клетка пытается создать ток в этом направлении. И это условно
Текущий.

Итак, ячейка пытается нажать
положительные заряды в этом направлении. Однако диод не позволяет
это. И действительно, идеальный диод
делать это независимо от величины разности потенциалов, создаваемой
клетка. Помните, мы говорили ранее, что
любое напряжение, пытающееся протолкнуть ток в направлении по часовой стрелке, является положительным
Напряжение. Ну, в данном случае наша ячейка
пытаясь подтолкнуть ток, обычный ток, в отрицательном направлении,
направление против часовой стрелки. А для идеального диода, если начать
при нулевом напряжении и увеличиваем напряжение в отрицательную сторону, что мы и увидим
заключается в том, что ток равен нулю независимо от этого отрицательного напряжения. Потому что сколько бы это ни
ячейка пытается протолкнуть условный ток в этом направлении, диод не будет
разрешить это. Итак, наш граф 𝐼–𝑉 является плоским
линия для всех отрицательных значений напряжения, потому что ток равен нулю.

Однако, если мы теперь реверсируем
полярность нашей переменной ячейки и медленно увеличиваем напряжение в этом направлении,
то мы видим, что ячейка теперь пытается установить обычный ток
течет по часовой стрелке в нашей цепи. Ну, в той ситуации, как мы
увеличить напряжение на нашем источнике переменного напряжения, вольтметр измеряет
увеличение напряжения, потому что это также напряжение на диоде. И мы ожидаем, что
ток начнет течь сразу, как только напряжение превысит
нуль. Более того, идеальный диод, когда в
правильная ориентация относительно ячейки, фактически будет действовать как закрытая
выключатель.

Итак, на данный момент единственный
Компоненты, которые у нас есть в нашей цепи, это ячейка, замкнутый переключатель, вольтметр,
и амперметр. В основном это означает, что массовый
ток может течь, потому что нет сопротивления этому току. И, следовательно, то, что мы увидим на
График зависимости тока от напряжения заключается в том, что как только напряжение становится больше нуля, мы
получить огромное значение тока. Итак, мы видели, что если
ориентация нашего диода правильна относительно нашей ячейки — другими словами, если
диод фактически пропускает ток, который ячейка пытается установить — тогда диод
в основном действует как замкнутый переключатель. Но если мы поменяем полярность
ячейка и ячейка пытается протолкнуть ток против часовой стрелки через цепь,
тогда диод фактически действует как открытый переключатель. И это фактически предотвращает любое
ток от существующих в цепи.

Таково поведение идеального
диод. И этот график показывает его 𝐼–𝑉, или
вольтамперные, характеристики. Другими словами, этот график показывает нам
что мы ожидаем увидеть, когда мы изменим разность потенциалов на диоде и
измерьте ток через этот диод. Однако, как мы упоминали ранее,
настоящие диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Итак, вот 𝐼–𝑉
характеристики идеального диода еще раз. А вот и 𝐼–𝑉
характеристики реального диода, поэтому они сильно отличаются от того, что мы ожидаем.

Давайте сначала посмотрим на этот раздел
все. Мы видим, что для очень высоких
отрицательные значения напряжения, ток в отрицательном направлении действительно
существовать. Другими словами, при очень высоком
отрицательное напряжение, реальный диод выйдет из строя и фактически позволит току
пройти через него в кавычках, без кавычек, в неправильном направлении. Другими словами, если мы вернемся к
нашу схему из предыдущего и настройте полярность ячейки так, чтобы она пыталась
протолкнуть ток в неправильном направлении через диод, что наш реальный диод
График 𝐼–𝑉 говорит нам о том, что если разность потенциалов на диоде велика
достаточно, то в конечном итоге будет разрешен ток в направлении против часовой стрелки
течь. И так, при очень высоком отрицательном
напряжения, диод фактически выходит из строя.

Теперь при меньшем отрицательном напряжении
значений, идеальный диод пропускал бы через цепь нулевой ток, тогда как в этом
случае у нас действительно есть очень маленький ток, проходящий через цепь. Так что даже с обратной полярностью
ячейке, есть очень крошечный ток, проходящий против часовой стрелки через реальную
схема. И диод это позволяет. Теперь давайте подумаем, что происходит
когда напряжение становится положительным. Другими словами, мы обращаем
полярность ячейки еще раз, так что ячейка пытается установить ток в
направление, в котором диод пропускает через себя ток. И, вспомните еще раз, это
ток, о котором мы говорим, является обычным током.

Ну с идеальным диодом, что нам
ожидать увидеть, это то, что как только напряжение становится хоть немного больше
чем ноль вольт, в цепи возникает огромный ток. Потому что помните, что идеальный диод
действует как замкнутый переключатель в ситуации. Однако настоящий диод ведет себя
немного иначе. То, что мы видим, это то, что есть
определенное минимальное напряжение, которое должно быть приложено, прежде чем будет пропущен какой-либо ток
через цепь. Теперь это напряжение известно как
пороговое напряжение, которое мы будем называть 𝑉 нижним индексом 𝑡. Что для идеального диода равно
на самом деле ноль вольт, потому что все, что выше этого, и ток немедленно устанавливается
в цепи. Итак, основные отличия
между 𝐼–𝑉 характеристиками идеального диода и реального диода.

Теперь все хорошо и хорошо
думая о диодах как о компонентах схемы, которые ведут себя именно таким образом. Но мы можем задать вопрос, что
из каких материалов на самом деле сделаны диоды? Ну, диоды чаще всего делают
из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Итак, полупроводниковый материал
материал, который не так хорошо проводит электричество, как проводник. Но это гораздо лучший проводник
чем изолятор. Другими словами, полупроводниковый
проводимость находится где-то между проводимостью изолятора и
проводник. И кремний является примером
полупроводник. Атом кремния имеет четыре электрона
в своей внешней оболочке. Это означает, что он может образовывать связи
с четырьмя другими атомами кремния.

Так, например, если мы рассмотрим
этот атом кремния, то мы видим, что он связан с этим, этим, этим,
и этот. И конечным результатом этого является то, что
во внешней оболочке этого кремниевого атома теперь один, два, три, четыре, пять, шесть,
семь, восемь электронов. Другими словами, полный внешний
ракушка. Четыре из этих восьми электронов приходят
от этого самого атома кремния. А остальные четыре происходят из
четыре атома кремния, с которыми он связан. Теперь кремний представляет собой
полупроводник. Потому что, если бы мы взяли это
кристалл кремния и нагреть его, то часть электронов в этих связях окажется
способен выйти на высокие энергетические уровни. И так, то, что осталось, это небольшие пробелы
где есть место для электрона. А это значит, что другие электроны
Затем можно заполнить эти пробелы. А поскольку электроны заряжены
частиц, это означает, что может существовать поток заряженных частиц — или, другими словами,
словами, ток — в кремнии.

Однако сама по себе проводимость
свойства кремния недостаточно хороши. Итак, что мы можем сделать, так это
заменить некоторые из этих атомов кремния атомами другого элемента. Одним из таких элементов является бор. Бор содержит только три электрона
в своей внешней оболочке. Итак, мы могли бы заменить один из
эти атомы кремния, скажем, этот, с атомом бора в процессе, известном как
допинг. Теперь, поскольку в этом положении мы
иметь атом бора вместо атома кремния, этот атом бора имеет на один электрон меньше
в его внешней оболочке, чтобы обеспечить связь. А это значит, что даже без
нам нужно нагреть наш кремниевый кристалл, теперь у нас есть дырка, через которую проходит электрон.
было бы, если бы этот атом был кремнием. Затем эту дыру можно занять
другие электроны, которые оставляют после себя дырки, когда перескакивают в это положение.

Теперь, поскольку бор является трехвалентным атомом,
что означает, что у него три электрона на внешней оболочке, что приводит к легированному
кристалл кремния, в котором теперь больше отверстий, чем было бы в противном случае. И эти мотыги считаются
положительно заряжены, потому что они находятся в отсутствие электрона, который
отрицательный. А так, отсутствие негатива
заряд можно рассматривать как положительный заряд. И, следовательно, этот тип допинга
Кристалл кремния известен как полупроводник p-типа или положительного типа. Однако, если бы мы
вместо кристалла кремния с пятивалентным атомом — так что это атом, содержащий
пять электронов на его внешней оболочке, а не четыре у кремния, и пример
пятивалентного атома — это фосфор — тогда мы увидим, что фосфор образует
четыре связи с атомами кремния вокруг него. Но сейчас лишнее
электрон из фосфора, который фактически получает возможность свободно перемещаться внутри
кристалл.

Это означает, что пятивалентный атом
имеет дополнительный электрон по сравнению с атомом кремния. И этот лишний электрон свободен
передвигаться. Это означает, что это отрицательно
заряженная частица, этот электрон, может двигаться и, таким образом, может быть частью тока
поток. Следовательно, это также увеличивает
проводимость нашего кристалла кремния. И кристалл, легированный
пятивалентный атом известен как полупроводник n-типа или отрицательного типа. Это связано с тем, что он обеспечивает
избыток отрицательно заряженных частиц или электронов.

Итак, мы рассмотрели p-type
полупроводники и полупроводники n-типа. Но какое это имеет отношение к
диоды? Что ж, получается, что если взять
полупроводник p-типа и полупроводник n-типа и соедините их посередине, затем
эта установка действует как диод. Другими словами, соединяя нашу ячейку
в этой ориентации позволяет течь обычному току в направлении по часовой стрелке
в нашей схеме, как мы ее нарисовали. В то время как, если бы мы переключили
полярность ячейки, затем полупроводник p-типа и полупроводник n-типа
вместе, известный как p-n переход, не позволил бы обычному вращению против часовой стрелки.
ток, который необходимо установить в цепи. Таким образом, амперметр будет измерять
ток ноль ампер. Итак, теперь, когда мы рассмотрели
функциональные возможности диода, а также из чего сделан диод, давайте немного
попрактикуйтесь, глядя на пример вопроса.

Что из перечисленного верно
описывает диод? А) Диод представляет собой электронный
компонент, который излучает свет с очень высокой эффективностью. Б) Диод представляет собой электронный
компонент с сопротивлением, которое изменяется в зависимости от количества падающего света
на него. В) Диод представляет собой электронный
компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через него. Г) Диод представляет собой электронный
компонент, который можно использовать для усиления сигналов. E) Диод представляет собой электронный
компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от температуры окружающей среды.

Итак, в этом вопросе из
варианты от A до E, нас попросили выбрать тот, который описывает диод. Чтобы ответить на этот вопрос, может помочь
запомнить условное обозначение диода. Вот как мы рисуем диод в
принципиальная электрическая схема. И эта схема особенно
полезно для нас, потому что на этой диаграмме мы видим маленькую стрелку. И мы можем вспомнить, что эта стрелка
обозначает направление, в котором обычному току разрешено протекать через
диод. Другими словами, обычные
ток, то есть ток, состоящий из положительных зарядов, может течь в этом направлении, но
не имеет права течь в другом направлении. И это функциональность
диод. Другими словами, диод – это
электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через
Это. Следовательно, это ответ на наш
вопрос.

Очень быстро смотрит на друга
однако, мы можем видеть, что описание в варианте А состоит в том, что диод является
электронный компонент, излучающий свет с очень высокой эффективностью. Ну, этот тип компонента
на самом деле очень специфический вид диода, в частности, светоизлучающий диод или
ВЕЛ. И светодиоды действительно излучают свет
с очень высокой эффективностью. Однако это не есть хорошо
описание диода в целом, потому что не все диоды излучают свет
диоды. И, следовательно, мы не выбрали
вариант А как ответ на наш вопрос.

Вариант B говорит, что диод является
электронный компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от количества света
происшествие на нем. Ну, это больше похоже на
описание светозависимого резистора или LDR. Так вот, это не ответ на
тоже наш вопрос. Вариант D говорит, что диод
электронный компонент, который можно использовать для усиления сигналов. Ну очень похоже на
усилитель, который часто состоит из транзисторов, а также другие схемы
компоненты конечно. А так, это не похоже на
описание диода. И, наконец, вариант Е говорит о том, что
диод — это электронный компонент, сопротивление которого изменяется в зависимости от окружающей среды.
температура. Ну, этот компонент схемы
известный как термистор или иногда терморезистор. А значит, вариант Е тоже не подходит.
ответ на наш вопрос.

Итак, теперь, когда мы рассмотрели это
Например, давайте подытожим то, о чем мы говорили на этом уроке.

Во-первых, мы видели, что диоды
электронные компоненты, которые позволяют току течь через них в одном направлении, но не
в противоположном направлении. Мы также видели, что это
символ цепи для диода, который полезен, потому что стрелка показывает нам
направление, в котором обычный ток может течь через диод. Далее мы увидели, что 𝐼–𝑉
характеристики идеального диода выглядят так, тогда как характеристики реального диода выглядят
как это. Мы также видели, что полупроводники,
такие как кремний, могут быть легированы для образования p-типа, положительного типа и n-типа, или
отрицательный тип, полупроводники.

И, наконец, мы увидели, что диоды
обычно изготавливаются из кремния p-типа, таких атомов, как бор, который имеет три электрона
в его внешней оболочке замещают часть атомов кремния в кристалле, а также n-типа
кремния, где пятивалентный атом, такой как фосфор, заменит часть
кремний. И когда мы присоединяемся к p-типу
полупроводник и полупроводник n-типа вместе в виде p-n перехода,
то это отображает поведение диода.


Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *