Elektriskās plūsmas virziens. Diode
"Jauka funkcija liels skaits standarts ir tāds, ka ir no kā izvēlēties.
Endrjū Tanenbaums datorzinātņu profesors
Kad Bendžamins Franklins minēja lādiņa plūsmas virzienu (no vaska uz vilnu), viņš radīja precedentu elektriskie simboli, kas pastāv līdz pat mūsdienām, neskatoties uz to, ka visi zina, ka elektroni ir lādiņa sastāvdaļas un, berzējot, tie no vilnas pārvēršas vaskā, nevis otrādi. Pateicoties Franklinam, viņi saka, ka elektroniem ir negatīvs lādiņš, un šis lādiņš faktiski kustas pretējā virzienā, nekā norādījis Frenklins. Tāpēc objektos, kurus viņš sauca par "negatīviem" (kuriem trūkst lādiņa), patiesībā ir elektronu pārpalikums.
Laikā, kad tika atklāts patiesais elektronu plūsmas virziens, apzīmējumi "pozitīvs" un "negatīvs" jau bija tik stingri iesakņojušies zinātnieku aprindās, ka pat netika mēģināts tos mainīt, lai gan attiecībā uz "lieko" lādiņš, pareizi būtu elektronu saukt par "pozitīvi" lādētu. Kopumā termini "pozitīvs" un "negatīvs" ir cilvēku izgudrojumi, un tāpēc tiem nav absolūtas nozīmes ārpusē. nosacītā valoda zinātniskie apraksti. Ar tādu pašu vieglumu Franklins varētu saukt lādiņa pārpalikumu par "melnu" un tā trūkumu par "baltu", tādā gadījumā zinātnieki teiktu, ka elektronam ir "baltais" lādiņš (pieņemot, ka tiek izmantota Franklina hipotēze).
Tā kā vārdu "pozitīvs" mēs mēdzam saistīt ar "pārmērīgu" un vārdu "negatīvs" ar "trūkumu", elektriskā lādiņa standarta apzīmējums mums šķiet pretējs. Sakarā ar to daudzi inženieri nolēma saglabāt veco elektrības jēdzienu, kur "pozitīvs" nozīmē lādiņa pārsniegumu, un attiecīgi tiek norādīts lādiņu kustības virziens (strāva). Šis apzīmējums ir pazīstams kā kopējā pavediena apzīmējums :
Citi inženieri ir izvēlējušies faktisko elektronu kustības virzienu ķēdē, lai norādītu uz lādiņu plūsmu. Šis apzīmējums ir pazīstams kā elektronu plūsmas simbols :
Kopējais plūsmas apzīmējums parāda lādiņa kustību saskaņā ar + un - zīmēm (tehniski nepareiza). Ir jēga izmantot šo apzīmējumu, taču lādiņu plūsmas virziens šeit neatbilst realitātei. Elektronu plūsmas apzīmējums parāda faktisko elektronu virzienu ķēdē, bet + un - zīmes šeit skatās atpakaļ. Vai vispār ir nozīme, kā mēs nosakām lādiņu plūsmas kustības virzienu ķēdē? Tā nav, ja mēs konsekventi lietojam kādu no apzīmējumiem. Analizējot ķēdi, jūs varat izmantot jebkuru no šiem apzīmējumiem ar vienādiem panākumiem. Abos gadījumos darbosies sprieguma, strāvas, pretestības, nepārtrauktības jēdzieni un pat matemātiskās analīzes metodes, piemēram, Ohma un Kirhofa likumi.
Kā redzat, vairums elektroinženieru izmanto parasto plūsmas apzīmējumu, un tas parādās lielākajā daļā inženierzinātņu mācību grāmatu. Elektronu plūsmas apzīmējums ir atrodams mācību grāmatās iesācējiem un profesionālu zinātnieku, īpaši fiziķu, rakstos. cietvielas, kas ir svarīgi faktiskajai elektronu kustībai vielās. Lielākā daļa elektrisko ķēžu pētījumu nav atkarīgi no tehniski precīza lādiņa plūsmas virziena attēlojuma, tāpēc izvēle starp parasto plūsmas apzīmējumu un elektronu plūsmas apzīmējumu ir patvaļīga....gandrīz.
Daudzi elektriskās ierīcesļauj caur tām iziet jebkura virziena reālās strāvas bez darbības atšķirībām. Piemēram, kvēlspuldzes izstaro gaismu vienlīdz efektīvi neatkarīgi no strāvas virziena. Viņi darbojas labi pat tad, kad maiņstrāva(AC), kas laika gaitā strauji maina virzienu. Arī vadītāji un slēdži darbojas lieliski neatkarīgi no strāvas virziena. Tiek izsauktas visas iepriekš minētās sastāvdaļas (spuldze, slēdzis un vadi). nepolārs . Un otrādi, tiek izsaukta jebkura ierīce, kas atšķirīgi reaģē uz strāvām dažādos virzienos polārais .
Tiek izmantotas daudzas polāras ierīces elektriskās diagrammas. Lielākā daļa šo ierīču ir izgatavotas no tā sauktajiem pusvadītāju materiāliem, un mēs tos sīkāk apspriedīsim vēlāk. Katra no šīm ierīcēm (kā arī slēdži, lampas un baterijas) diagrammā ir attēlota, izmantojot unikālu simbolu. Kā jūs varētu uzminēt, polarizēto ierīču simboli parasti satur bultiņu, kas norāda pieļaujamo strāvas virzienu. Šeit liela nozīme ir konkurencei starp vispārpieņemtās plūsmas un elektronu plūsmas apzīmējumiem. Bet, tā kā inženieri jau sen izmanto vispārpieņemto apzīmējumu kā standartu, viņi arī izgudro elektriskās ierīces un izdomā tām simbolus (simbolus), šo ierīču simbolos izmantotās bultiņas parādīt vispārpieņemtās plūsmas virzienu . Citiem vārdiem sakot, visiem šādu ierīču simboliem ir bultiņas ikona, kas norāda pret faktiskā elektronu plūsma.
Labākais polārās ierīces piemērs ir diode, kas ir vienvirziena "vārsts" priekš elektriskā strāva. Tās darbības princips ir līdzīgs pretvārstam, ko izmanto santehnikas un hidrauliskajās sistēmās. Ideālā gadījumā diode ļauj strāvai netraucēti plūst vienā virzienā (ar nelielu pretestību vai bez tās) un kavē to plūsmu otrā virzienā (piedāvājot bezgalīgu pretestību). Diodes simbols izskatās šādi:
Ja mēs ievietojam diodi ķēdē ar akumulatoru un spuldzi, tad tās darbs būs šāds:
Kad diode ir pareizajā virzienā, lai nodrošinātu plūsmu, gaisma iedegsies. Pretējā gadījumā diode bloķē elektronu plūsmu, līdzīgi kā atvērtā ķēdē, un spuldze neiedegas.
Ja mēs izmantojam parasto apzīmējumu plūsmai ķēdē, tad diodes simbola bultiņa norāda lādiņu plūsmas virzienu no pozitīvas uz negatīvu:
Un otrādi, izmantojot elektronu plūsmas apzīmējumu, diodes simbola bultiņa ir vērsta pret šo plūsmu:
Pamatojoties uz iepriekš minēto, un lai izvairītos no sajaukšanas ar simboliem elektroniskie komponenti, lielākā daļa cilvēku, analizējot elektriskās ķēdes, izvēlas parasto plūsmas apzīmējumu.
PUSVADĪTĀJU DIODE - pusvadītāju ierīce ar diviem elektrodiem ar vienpusēju vadītspēju. Pusvadītāju diodes ietver plašu ierīču grupu ar p-n pāreju, metāla-pusvadītāju kontaktu utt. Visizplatītākās ir elektrokonvertējošās pusvadītāju diodes. Tie kalpo, lai pārveidotu un radītu elektriskās vibrācijas. Viena no galvenajām mūsdienu elektroniskajām ierīcēm. Pusvadītāju diodes darbības princips: Pusvadītāju diodes darbības princips ir balstīts uz elektronu caurumu pārejas īpašībām, jo īpaši uz spēcīgu strāvas-sprieguma raksturlieluma asimetriju attiecībā pret nulli. Tādējādi tiek izdalīta tiešā un apgrieztā iekļaušana. Tiešā savienojumā diodei ir zema elektriskā pretestība un tā labi vada elektrību. Pretēji - pie sprieguma, kas ir mazāks par pārrāvuma spriegumu, pretestība ir ļoti augsta un strāva tiek bloķēta. Raksturlielumi:
2. Pusvadītāju diodes, tieša un reversa komutācija, wah:
Tiešais un reversais savienojums:
Ar tiešu savienojumu p-n-pāreja, ārējais spriegums savienojumā rada lauku, kas ir pretējs iekšējam difūzijas laukam. Iegūtā lauka stiprums samazinās, ko pavada barjeras slāņa sašaurināšanās. Rezultātā liela daļa vairākuma lādiņu nesēju iegūst iespēju difūzi pāriet uz kaimiņu reģionu (driftstrāva šajā gadījumā nemainās, jo ir atkarīga no mazākuma nesēju skaita, kas parādās pārejas robežās), t.i. iegūtā strāva plūdīs caur krustojumu, ko galvenokārt nosaka difūzijas komponents. Difūzijas strāva ir atkarīga no potenciālās barjeras augstuma un palielinās eksponenciāli, tai samazinoties.
Palielināta lādiņnesēju difūzija caur krustojumu izraisa caurumu koncentrācijas palielināšanos n-tipa reģionā un elektronu koncentrāciju p-tipa reģionā. Šāds mazākuma nesēju koncentrācijas pieaugums savienojumam pieliktā ārējā sprieguma ietekmes dēļ tiek saukts par mazākuma nesēju injekciju. Nelīdzsvaroti mazākuma nesēji dziļi izkliedējas pusvadītājā un pārtrauc tā elektrisko neitralitāti. Pusvadītāja neitrālā stāvokļa atjaunošana notiek lādiņu nesēju piegādes dēļ no ārēja avota. Tas ir ārējās ķēdes strāvas cēlonis, ko sauc par tiešo.
Ieslēdzot p-n krustojumu pretējā virzienāārējā apgrieztais spriegums rada elektrisko lauku, kas sakrīt ar difūzijas virzienu, kas noved pie potenciālās barjeras palielināšanās un barjeras slāņa platuma palielināšanās. Tas viss samazina lielāko daļu nesēju difūzijas strāvas. Mazākuma nesējiem lauks p-n krustojumā turpina paātrināties, un tāpēc dreifējošā strāva nemainās.
Tādējādi iegūtā strāva plūdīs caur krustojumu, ko galvenokārt nosaka mazākuma nesēju dreifējošā strāva. Tā kā dreifējošo mazākuma nesēju skaits nav atkarīgs no pielietotā sprieguma (tas ietekmē tikai to ātrumu), tad, pieaugot reversajam spriegumam, strāva caur krustojumu tiecas uz robežvērtību IS, ko sauc par piesātinājuma strāvu. Jo lielāka ir donoru un akceptoru piemaisījumu koncentrācija, jo mazāka ir piesātinājuma strāva, un, palielinoties temperatūrai, piesātinājuma strāva pieaug eksponenciāli.
Diagrammā parādīti I–V raksturlielumi diodes uz priekšu un atpakaļgaitā ieslēgšanai. Viņi arī saka, ka strāvas sprieguma raksturlieluma tiešā un apgrieztā filiāle. Tiešais atzars (Ipr un Upr) parāda diodes raksturlielumus tiešā savienojuma laikā (tas ir, ja anodam tiek pievienots "pluss". Reversais atzars (Iobr un Uobr) parāda diodes raksturlielumus, kad tā tiek atkal ieslēgta (tas ir, ja anodam tiek piemērots "mīnuss".
Zilā biezā līnija ir germānija (Ge) diodes īpašība, un melnā plānā līnija ir silīcija (Si) diodes īpašība. Attēlā nav norādītas strāvas un sprieguma asu vienības, jo tās ir atkarīgas no konkrētā diodes zīmola.
Vispirms mēs definējam, kā jebkurai plakanai koordinātu sistēmai, četrus koordinātu leņķus (kvadrantus). Atgādināšu, ka tiek apskatīts pirmais kvadrants, kas atrodas augšējā labajā stūrī (tas ir, kur mums ir burti Ge un Si). Tālāk kvadranti tiek skaitīti pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Tātad II un IV kvadrants ir tukšs. Tas ir tāpēc, ka mēs varam ieslēgt diode tikai divos veidos - uz priekšu vai atpakaļ. Nav iespējama situācija, kad, piemēram, caur diodi plūst pretēja strāva un tajā pašā laikā tā tiek ieslēgta uz priekšu, vai, citiem vārdiem sakot, nav iespējams pielietot gan "plus", gan "mīnus". viena izeja vienlaikus. Precīzāk, tas ir iespējams, bet tad tas būs īssavienojums. Atliek izskatīt tikai divus gadījumus - tiešs diodes savienojums un reversās diodes pārslēgšana.
Tiešā savienojuma grafiks tiek uzzīmēts pirmajā kvadrantā. Tas parāda, ka jo augstāks ir spriegums, jo lielāka ir strāva. Turklāt līdz noteiktam punktam spriegums aug ātrāk nekā strāva. Bet tad notiek lūzums, un spriegums gandrīz nemainās, un strāva sāk augt. Lielākajai daļai diožu šis pārtraukums notiek diapazonā no 0,5 ... 1 V. Tieši šis spriegums tiek teikts, ka "nokrīt" uz diodes. Šie 0,5 ... 1 V ir sprieguma kritums pāri diodei. Lēna strāvas palielināšanās līdz spriegumam 0,5 ... 1 V nozīmē, ka šajā sadaļā strāva caur diodi praktiski neplūst pat virzienā uz priekšu.
Trešajā kvadrantā tiek uzzīmēts apvērsuma grafiks. No tā var redzēt, ka ievērojamā apgabalā straume gandrīz nemainās, un pēc tam palielinās kā lavīna. Ja palielināsiet spriegumu, piemēram, līdz vairākiem simtiem voltu, tad šis augstais spriegums "izlauzīsies cauri" diodei, un strāva plūdīs caur diodi. Tas ir tikai "sabrukums" - tas ir neatgriezenisks process (diodēm). Tas ir, šāds “sabrukums” novedīs pie diodes izdegšanas, un tas vai nu pilnībā pārtrauks plūst strāvu jebkurā virzienā, vai arī otrādi - tas izlaidīs strāvu visos virzienos.
Konkrētu diožu raksturlielumi vienmēr norāda maksimālo apgriezto spriegumu - tas ir, spriegumu, ko diode var izturēt bez “sadalījuma”, ieslēdzot pretējā virzienā. Tas jāņem vērā, projektējot ierīces, kurās tiek izmantotas diodes.
Salīdzinot silīcija un germānija diožu raksturlielumus, varam secināt, ka p-n savienojumos silīcija diode tiešās un apgrieztās strāvas ir mazākas nekā germānija diodē (tādām pašām sprieguma vērtībām spailēm). Tas ir saistīts ar faktu, ka silīcijam ir lielāka joslas sprauga, un elektronu pārejai no valences joslas uz vadīšanas joslu tiem ir jāpiešķir liela papildu enerģija.
pusvadītāju īpašums p-n tips, vadīt elektrisko strāvu vienā virzienā un nevadīt pretējā virzienā, ir atradis pielietojumu elektroniskā ierīcē ar nosaukumu "Diode".
1. attēlā parādīts diodes tiešais savienojums, kurā diode vada elektrisko strāvu, un 2. attēlā - diodes reversais savienojums, kurā diode nevada elektrisko strāvu. Šādi darbojas diode, kas pievienota līdzstrāvas ķēdei. Strāvas un tām atbilstošos spriegumus sauc par līdzstrāvu (kad diode ir ieslēgta vadošā virzienā), un tai atbilstošo spriegumu sauc par tiešo spriegumu. Apgrieztā stāvoklī strāvas un spriegumus attiecīgi sauc par apgriezto strāvu un pretējo spriegumu.
Grafikā voltu-ampēru raksturlielums izskatās kā parādīts attēlā. Tā kā diodes izmanto dažādās radio un elektronikas jomās, diožu galvenie parametri ir tiešā Ipr strāva un atbilstošais tiešais spriegums Upr, pieļaujamais apgrieztais spriegums Uobr un atbilstošā reversā strāva Iobr.
Diožu galvenais mērķis ir pārveidot maiņstrāvu līdzstrāvā. Apsveriet, piemēram, kā iegūt līdzstrāvu no maiņstrāvas, lai darbinātu radio.
Pazeminošais transformators (skat. attēlu) pārveido apgaismojuma tīkla 220 V maiņspriegumu zemā 6 V maiņspriegumā (1. diagramma). Tā kā diode laiž strāvu tikai vienā virzienā, pēc diodes mēs iegūsim pulsējošu spriegumu tikai ar pozitīviem pusviļņiem (2. diagramma).
Lai saņemtu pastāvīgs spiediens Taisngrieža izejā ir nepieciešams iekļaut kondensatoru. 
Kad caur diodi iet pozitīvs maiņstrāvas pusviļņs, kondensators tiek uzlādēts, maiņstrāvas negatīvā pusviļņa brīdī diodes izejā (punktā A) nav sprieguma, bet tā kā kondensators ir uzlādēts, tā spailēs ir pastāvīgs spriegums. Kondensators pakāpeniski izlādējas līdz slodzei, nākamajā pozitīvajā pusciklā process atkārtojas, un sprieguma grafiks pie taisngrieža izejas (punkts A) izskatās kā parādīts attēlā.
Mēs redzam, ka taisngrieža izejā nav ideāls pastāvīgs spriegums, bet gan pastāvīgs spriegums ar maziem viļņiem. Ripple ir mazāka, jo lielāka ir kondensatora kapacitāte. Parasti taisngriežos izmanto lieljaudas elektrolītiskos kondensatorus (no 1000 mikrofaradiem vai vairāk). Jūs varat vēl vairāk izlīdzināt pulsāciju, ja izmantojat U veida filtru (par ko mēs runājām tēmā "Induktivitāte"), kas sastāv no 2 kondensatoriem C1 un C2 un droseles L1.
Vēl viens svarīgs diožu pielietojums ir signāla noteikšana. Kad pētījām tēmu "Svārstību ķēde", teicām, ka oscilācijas ķēdes izvēlētās radiostacijas augstfrekvences signāls tiek padots uz detektoru, lai radiostacijas signālu pārvērstu audio frekvences signālā. Gaisā labi izplatās tikai augstfrekvences signāli. Augstas frekvences radiosignāli tiek modulēti ar zemas (LF) (audio) frekvences signāliem. Apsveriet amplitūdas modulētu signālu. Šādu signālu sauc par "Amplitūda - Modulēts" - AM. 
Augsto (nesēja frekvenci) amplitūdu maina zemas frekvences signāls (aploksne). Atšķirībā no LF signāla, HF signāla frekvence laika gaitā nemainās.
Detektorā pēc diodes tiek atdalīti LF un HF signāli.
HF signāls gandrīz bez traucējumiem nokļūst caur kondensatoru C1 uz zemi, un LF signāls pāriet uz zemfrekvences pastiprinātāju, kur tas tiek pastiprināts un ievadīts skaļrunī. Normālai diodes darbībai detektora izejā ir jāieslēdz slodze. Mūsu gadījumā tā ir pretestība Rn.
Diožu mērķis ir ne tikai maiņstrāvas taisnošana un signāla noteikšana. Ir, piemēram, tādas diodes kā sprieguma stabilizatori. Stabilizējošās diodes sauc par "zenera diodēm". Šādu diožu darbības princips ir balstīts uz sadalījumu p-n krustojums kad diodei tiek pielikts reversais (kad diode nevada elektrisko strāvu) spriegums.
Plkst noteiktu spriegumu(Upr) p-n pāreja izlaužas, apgrieztā strāva strauji palielinās un spriegums pāri diodei paliek nemainīgs (sk. grafiku). Zenera diodes komutācijas ķēde ir parādīta attēlā.
Ierobežojošais rezistors Ro ir iekļauts ķēdē, lai radītu sprieguma kritumu Ur, kas vienāds ar starpību starp ieejas spriegumu Uin un izejas spriegumu Uout: Ur = Uin - Uout. Acīmredzot Zenera diodes sprieguma regulators nevar piegādāt slodzei lielāku jaudu, tāpēc šādi stabilizatori tiek izmantoti kā priekšzīmīga sprieguma avots jaudīgākiem stabilizatoriem, piemēram, uz jaudīgiem tranzistoriem. Kad spriegums tiek noņemts no zenera diodes, tiek atjaunotas tā p-n savienojuma īpašības.
Zenera diožu uzziņu grāmatās ir norādīta p-n savienojuma Ist pārrāvuma strāva un stabilizācijas spriegums Ust.
Pie plašas diožu klases pieder arī gaismas diodes, kuras, caur tām ejot nelielai līdzstrāvai, izstaro gaismas viļņus (no plkst. infrasarkanais starojums uz purpursarkanu). 
Gaismas diodes galvenokārt izmanto kā ekonomiskus indikatorus dažādās sadzīves un industriālajās ierīcēs, kā arī dažādu elektronisko iekārtu (televizoru, stereoaparātu u.c.) tālvadības pultos (infrasarkanās).
Tātad, mēs zinām, ka diožu izmantošana elektroniskajās iekārtās ir ļoti dažāda, tā ir maiņstrāvas taisnošana, signāla noteikšana, sprieguma stabilizācija, indikatora gaismas utt. Attēlā parādīti visizplatītākie diožu veidi.