IV.2.1.Dioda semiconductoare.
Dioda semiconductoare constă dintr-un semiconductor de tip p alăturat cu un semiconductor de tip n.
Joncțiunea pn este suprafața de contact dintre 2 semiconductori unul de tip p și unul de tip n. Datorită prezenţei atomilor acceptori din regiunea p şi a atomilor donori din regiunea n există o diferenţă de concentraţie în regiunea joncţiunii. Aceasta produce o migrare (difuzie) a electronilor liberi din zona n către zona p şi o deplasare similară pentru goluri în direcţia opusă. Golurile care au traversat joncţiunea se combină cu electronii zonei n şi similar electronii care au traversat joncţiunea se combină cu golurile din zona p. Deoarece electronii negativi şi golurile pozitive se anulează reciproc, în zona din vecinătatea joncţiunii nu sunt purtători liberi de sarcină. Astfel, apare o porțiune sărăcită de purtători de sarcină electrică majoritari, dar ionizată pozitiv în regiunea n și negativ în regiunea p. Se creează astfel o barieră de potențial și un câmp electric intern care nu permite deplasarea purtătorilor majoritari prin joncțiune. În circuit deschis curentul total prin joncţiune este zero.
La polarizarea directă a diodei, adică borna pozitivă a sursei electrice la semiconductorul p și cea negativă la semiconductorul n, odată cu creșterea tensiunii electrice, bariera de potențial și câmpul electric intern scad foarte mult.
La polarizarea inversă, pe măsură ce tensiunea crește în valoare absolută bariera de potențial și câmpul electric intern cresc.
Astfel golurile din zona p şi electronii din zona n sunt respinşi de către joncţiune şi curentul de difuzie este blocat. Curentul prin joncţiune rămâne doar curentul dat de purtătorii minoritari de sarcină care este foarte mic. Acesta are direcţia de la n la p şi este denumit curent invers (curent rezidual). Este în general independent de tensiunea aplicată şi valorile maxime nu depăşesc câţiva microamperi pentru germaniu şi nanoamperi pentru siliciu.
Dioda semiconductoare este un dispozitiv electronic constituit dintr-o joncțiune pn prevăzută cu contacte metalice la regiunile p și n și introdusă într-o capsulă din sticlă, metal, ceramică sau plastic. Regiunea p a joncțiunii constituie anodul diodei, iar joncțiunea n, catodul.
Dioda redresoare are rolul de a transforma curentul alternativ (c.a.) în curent continuu (c.c.), operație numită redresare.
🔦 Observație
Catodul diodei este marcat printr-un inel.
Diodele redresoare obișnuite sunt marcate cu litera N, iar cele rapide cu litera R. Exemplu: 1N 40076
👀 Experiment:Identificarea terminalelor diodei semiconductoare
Materiale necesare:
Diode semiconductoare, multimetru digital.
Descrierea experimentului:
a) Vizual, în funcţie de tipul capsulei:
- la diodele în capsulă de plastic şi de sticlă terminalul spre care este o bandă colorată reprezintă catodul (-);
- La diodele în capsulă metalică terminalul care este în legătură directă cu corpul diodei reprezintă catodul(-).
b) Prin legarea diodei în serie cu un bec și o sursă electrică:
- Când dioda este polarizată direct (borna plus a sursei electrice la anodul diodei și borna minus a sursei la catodul diodei), becul se aprinde.
- Când dioda este polarizată invers, becul nu se aprinde.
c) Cu un multimetru digital: se conectează tastele multimetrului la bornele diodei în sensul în care acesta indică o tensiune. În această situație borna (+) a multimetrului este conectată la anodul diodei (+), iar borna (–) a multimetrului este conectată la catodul diodei (-).
👀 Experiment:Polarizarea directă și inversă a unei diode semiconductoare
Materiale necesare:
Diodă semiconductoare, sursă electrică, bec, voltmetru, conductoare de legătură.
Descrierea experimentului:
- Realizează montajul din schema de mai jos, legând borna (+) a sursei la anodul diodei și borna (-) la catodul diodei, semnalizat printr-un inel.
- Ce observi ?
- Realizează montajul din schema de mai jos, inversând bornele sursei electrice la bornele diodei.
- Ce observi ?
Concluzia experimentului:
Putem considera dioda ca fiind un întrerupător „automat” (se închide când este polarizat direct şi se deschide când este polarizat invers). Singura diferenţă notabilă este căderea de tensiune mult mai mare la bornele diodei (0,7 V), faţa de căderea de tensiune pe un întrerupător mecanic (câţiva mV).