Диод нь янз бүрийн хэмжээтэй ч ихэнхдээ энэ зурагт харагддаг шиг харагдана. Тэд ихэнхдээ хар цилиндр их биетэй бөгөөд нэг үзүүр нь судалтай байдаг нь түүнийг хэлхээнд хэрхэн холбохыг зааж өгдөг. Энэ судалтай төгсгөлийг нь анод гэж нэрлэх бөгөөд нөгөө төгсгөлийг нь катод хэмээн нэрлэнэ.
Мөн зенер диод, лед гэх мэт өөр төрлийн диодууд байдаг ч энэ сэдвийн хүрээнд тэдний талаар үзэхгүй.
Диод нь гүйдлийг зөвхөн нэг чиглэлд явахыг л зөвшөөрнө.
Хэлхээг усны хоолойгоор төсөөлөх юм диод нь үл буцаах хавхлага юм. Үл буцаах хавхлага нь хоолойгоор орж ирсэн ус хавхлагыг зөвхөн нэг чиглэлд л нээж нэвтрэх боломжтой. Ус үл буцаах хавхлагын нөгөө талаас нь нэвтэрч чадахгүй, учир нь үл буцаах хавхлага зөвхөн нэг тийшээ л онгойж нээгддэг байна. Үүнийг хоолойгоор усыг зөвхөн нэг чиглэлд урсгах зорилгоор ашигладаг.
Энэ нь диодтой үнэхээр төсөөтэй бөгөөд диод гүйдлийг зөвхөн нэг чиглэлд л нэвтрүүлдэг.
Электронууд үнэндээ батарейн хасах тэмдэгтэй төгсгөлөөс нэмэх төгсгөл рүү хөдөлдөг. Харин гүйдлийг үүний эсрэг чигт буюу нэмэхээсээ хасах уруу чиглэнэ хэмээн тэмдэглэж заншсан байдаг. Яг үнэндээ электронууд аль чигт яаж хөдөлж байна гэдгийг ойлгохоосоо илүү гүйдлийг уламжлалт үзлийг дагуу нэмэхээсээ хасах уруу чиглэнэ гэж ойлгох нь илүү амар байдаг.
Хэрэв лед-ийг хэлхээнд яг зөв холбох юм бол түүгээр гүйдэл гүйж тэрээр асах болно. Буруу холбочих юм бол гүйдэл гүйхгүй учраас лед асахгүй. Тиймээс диодыг хэлхээнд яаж холбосноос болж нэг бол дамжуулагч эс бол тусгаарлагчийн үүргийг гүйцэтгэнэ.
Диодын судалтай талыг батарейн хасах туйлтай, судалгүй туйлыг батарейн нэмэх туйлтай холбох юм бол диодоор гүйдэл гүйж диод яг дамжуулагч шиг хэрэглэгдэнэ. Энэ үед диодыг хэлхээнд шууд холбогджээ хэмээн хэлнэ. Харин дээрхийн эсрэг байдлаар холбох юм бол диодоор гүйдэл гүйхгүй бөгөөд энэ үед диод яг л тусгаарлагч шиг хэрэглэгдэнэ. Энэ үед диодыг хэлхээнд урвуу холбогджээ хэмээн хэлнэ.
Диод хэрхэн ажилладаг вэ?
Бидний мэдэж байгаачлан гүйдэл бол чөлөөт электронуудын урсгал болно. Зэс дамжуулагчийг хэрэглэж байх үед зэс дотор олон тооны чөлөөт электронууд байдаг бөгөөд тэд зэс дотуур чөлөөтэй хөдөлж явж чаддаг. Бид зэс дамжуулагчийг ашиглаж байх үедээ аюулгүй байдлыг бодолцож түүний гадна талаар хаймар тусгаарлагчийг хийдэг. Хаймар нь тусгаарлагч бодис бөгөөд түүний дотор чөлөөт электронуудыг байдаггүй төдийгүй түүний атомууд хоорондоо маш бат бөх холбоосоор холбогдсон байдаг тул дундуураа электронуудыг нэвтрэн өнгөрөхийг зөвшөөрдөггүй.
Атомын үндсэн бүтцийг харах юм бол төвд нь цөм байрлаж цөмөө тойрон электронууд өөр өөрийн бүрхүүл тойрон эргэлдэж буйг харах болно. Бүрхүүл бүр тодорхой тооны л электронуудыг өөртөө багтаах бөгөөд Цөмөөс хол бүрхүүл дээр байрлах тусам электронууд бусад ойр байрлах электронуудаасаа илүү энергитэй байна. Хамгийн гадна талын бүрхүүлийг валентын бүрхүүл гэх бөгөөд энэ бүрхүүл дээр байрлах электронуудыг валентын электронууд гэнэ. Дамжуулагчийн хувьд энэ валентын бүрхүүл дээр 1-3 тоон электрон байрлана.
Электронууд ерөнхийдөө цөмдөө баригдаж байна. Харин энд дамжууллын бүс гэж өөр нэг бүс байна. Хэрэв электронуудын энерги энэ бүсд хүрэх л юм бол тэд атомаас суллагдаж сугарч гарснаар чөлөөт электрон болж хувирна. Зэс мэтийн металл дамжуулагчуудын хувьд валентын бүс болон дамжууллын бүс нь давхацдаг тул валентын бүсд байрлах электронууд маш хялбархан чөлөөт электрон болон хувирдаг.
Тусгаарлагчийн хувьд харин гадна талын бүрхүүл нь электроноор дүүрсэн байна. Энд нэмж электрон байрлах зай байхгүй. Тусгаарлагчийн цөмүүд электроноо маш сайн барьдаг бөгөөд дамжууллын бүс нь валентын бүсээс хол байрлах тул нэг ч электрон атомаас зугтаж суллагдаж гарч сугарч дөнгөхгүй. Тийм учраас тэд гүйдлийг огт дамжуулдаггүй.
Хэдий тийм боловч өөр нэг хэсэг атомууд бий. Эдгээрийг хагас дамжуулагч нар гэдэг. Цахиур бол хагас дамжуулагчийн жишээ юм. Дамжуулагчийн хувьд валентын электрон хэт цөөхөн байдаг учраас тэд амархан сугарч чөлөөт электрон болдог бол тусгаарлагчийн хувьд валентын электрон нь дүүрсэн байдаг учраас тэд илүү тогтвортой байж электронууд сугарч гарч чаддаггүй. Харин хагас дамжуулагчийн валентын бүрхүүл их ч биш бага ч биш яг байж болох хэмжээний хагастай тэнцүү буюу 4 электронтой байна. Хэрэв валентын бүрхүүл дээрээ 1-3 электронтой бол дамжуулагчид ордог бөгөөд эд электроноо алдах магадлалтай бол валентын бүрхүүл дээрээ 5-8 электронтой бол гадна талын бүрхүүл электроноор дүүрэн буюу тогтвортой байж тусгаарлагч болдог. Тэгвэл яг энэ 2-ын завсарт орших гадна талын бүрхүүл дээрээ 4 электронтой атомуудаас тогтдог бодисыг хагас дамжуулагч гэнэ. Энэ нь заримдаа яг дамжуулагч шиг, заримдаа яг л тусгаарлагч шиг байна.
Хагас дамжуулагч цахиур хамгийн гадна талын бүрхүүл дээрээ 4 электронтой байдаг бөгөөд өөр зэргэлдээ орших 4 атомтай электронуудаа хамтран эзэмшсэнээр гадна талдаа 8 электронтой тусгаарлагч мэт бүтэцтэй болдог бөгөөд үүнийг цахиурын кристалл гэнэ. Цэвэр цахиур дотор бараг чөлөөт электронууд байдаггүй учраас түүнд дотор цахилгаан шинж чанарыг өөрчлөх боломжтой өөр атомуудыг нэмж хольж өгдөг.
Хэрэв цахиурт гадна бүрхүүлдээ 5 электронтой атомуудыг нэмэх юм бол эдгээр атомууд цахиурын кристалл бүтцэд орж хамгийн гадна талын электронуудаа хамтран эзэмших үед 1 электрон илүүдэж сугарч гарснаар ийм хольцтой үед хагас дамжуулагч дотор чөлөөт электронууд олноор бий болдог. Үүнийг n төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ.
Хэрэв цахиурт гадна бүрхүүлдээ 3 электронтой атомуудыг нэмж өгөх юм бол эдгээр атомууд цахиурын кристалл бүтцэд орж хамгийн гадна талын электронуудаа хамтран эзэмших үед энэ бүтцэд нэг электрон орох орон зай хоосон үлдэх бөгөөд энэ хоосон зайг нүх гэнэ. Тэгвэл ийм төрлийн хагас дамжуулагчууд дунд электрон байрлах ёстой хоосон орон зай болох нүхнүүд олноор үүсдэг бөгөөд ийм төрлийн хагас дамжуулагчийг р төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ.
n ба р төрлийн хагас дамжуулагчуудыг нийлүүлж хийсэн элементийг диод хэмээн нэрлэдэг. Ингээд диодын дотор талыг харвал n болон р төрлийн хагас дамжуулагчуудыг хооронд нь нийлүүлж 2 талд нь холбох зориулалттай нимгэн металл ялтас дээр суулгасан хөл гаргаад нэгийг нь анод нөгөө нь катод хэмээн нэрлэж гадна талаар нь цахилгаан тусгаарлагч болгон давирхайгаар бүрсэн байна.
Цэвэр цахиурын хамгийн гадна талын бүрхүүл болох валентын бүрхүүл дээр 4 электрон байна. Гэтэл атом валентын давхаргыг 8 болгон дүүргэх сонирхолтой байдаг. Иймээс цахиур зэргэлдээ орших 4 атомтай электронуудаа хамтран эзэмших замаар гадна талын бүрхүүл дээрээ 8 электронтой мэт бүтцийг үүсгэдэг. Ингэж хамгийн гадна талын бүрхүүл дээрх электроноо хамтран эзэмшихийг ковалент холбоо хэмээн нэрлэнэ.
Хэрэв фосфор мэтийн гадна талын бүрхүүл дээрээ 5 электронтой атомыг цахиур дотор хольж өгвөл эд нь ковалент холбоос үүсгэн 8 электронтой бүтцийг үүсгэх үед 1 электрон илүүдэж тэд сугаран гарна. Ийм төрлийн хагас дамжуулагчийг n төрлийн хагас дамжуулагч гэх бөгөөд ийм хагас дамжуулагчид чөлөөт электронууд олноороо байна.
Хэрэв цахиур дотор хамгийн гадна талын бүрхүүл дээрээ 3 электронтой хөнгөн цагаан гэх мэт атомуудыг нэмж хольж өгөх юм бол эд нь ковалент холбоосыг үүсгэн 8 электронтой бүтцийг үүсгэх үед 1 электрон дутаж уг бүтэц дотор электрон байрлах ёстой хоосон зайнууд ихээр үүснэ. Үүнийг нүх хэмээн нэрлэдэг бөгөөд ийм хагас дамжуулагчийг р төрлийн хагас дамжуулагч гэнэ.
Ингэж цэвэр хагас дамжуулагч дотор нэмж хольц хольж өгснөөр тэд нэг бол маш олон чөлөөт электронтой n төрлийн хагас дамжуулагч эсвэл маш олон электрон байрлах ёстой хоосон зай болох нүхтэй р төрлийн хагас дамжуулагч болон хувирна.
Ийм төрлийн 2 дамжуулагчийг хооронд нь холбох үед тэднийг холбосон зааг дээр np шилжилт үүснэ. Энэ 2-ын зааг дээр юу болдог болохыг үзье. Юуны өмнө n хагас дамжуулагч дотор байгаа электронууд р хагас дамжуулагч дотор шилжин орж электрон байрлах ёстой хоосон айд орж сууснаар уг атом электроны илүүдэлтэй бол хасах цэнэгтэй болно. Олон электронууд n хагас дамжуулагчаас шилжин р хагас дамжуулагчид орж электрон байрлах ёстой хоосон зайд суусаар хасах цэнэгийн хэмжээг ихэсгэж сүүлдээ электронууд энэ саадыг давж р хагас дамжуулагч уруу нэвтэрч чадахаа болино. Энэ мужийг np шилжилтийн муж гэх бөгөөд уг мужид тодорхой барьер саад үүссэнээр электронууд энэ мужийг чөлөөтэй давж нэвтэрч чадахгүй болно. Энэ цэнэгтэй бүсийн хүчдэл нь ойролцоогоор 0.7 В хэмжээтэй байна.
Диодын р төрлийн хагас дамжуулагчтай талын төгсгөлийг анод, n төрлийн хагас дамжуулагчтай талын төгсгөлийг катод хэмээн нэрлэнэ. Хэрэв диодын анодыг хүчдэлийн нэмэх туйлтай, катодыг хүчдэлийн хасах туйлтай холбох юм бол уг диодоор электронууд нэвтэрч чадна. Гэхдээ ингэж холбосон хүчдэл нь диодын np шилжилтийн барьеар саад болох 0,7 В-оос их хүчдэлтэй байх ёстойг санаарай.
Хэрэв тэжээлийг урвуугаар нь буюу диодны анодыг нь хасах туйлтай, катодыг нь нэмэх туйлтай холбох юм бол элекронууд р хагас дамжуулагчид орж сууснаар р хагас дамжуулагчийн атомууд электроны илүүдэлтэй болж сөрөг цэнэгтэй болсноор потенциал саадыг улам ихэсгэж электронууд уг саадыг давж чадахгүй байна. Ингээд диодыг хэлхээнд урвуугаар нь холбох үед электронууд диодны үүсгэх саадыг давж чадахгүй зогсож гүйдэл гүйхгүй болох учраас диод энэ үед яг л тусгаарлагч шиг үйлчилнэ.
Техникийн үзүүлэлтүүд
Диодыг инженерийн зурагзүй дээр дээрх хэлбэртэйгээр дүрсэлнэ. Их бие дээр гаргасан тууз нь гүйдэл аль тийшээгээ нэвтрэхийг зааж өгнө.
Диодыг сайн харвал түүний их бие дээр тоо мөн үсэг байгааг олж харна. үүнийг нь ашиглан түүний техникийн үзүүлэлтийг нь олж авна.
Диодын вольт-амперын характеристик нь зурагт үзүүлсэн шиг байна. Энэ зураг дээрх мурий нь диод дээр унах хүчдэл диодоор гүйх гүйдэл хоорондоо ямар хамааралтай болохыг харуулна. Баруун тал нь диод дамжуулагч шиг ажиллах үед харгалзах бол нөгөө тал нь диод тусгаарлагч шиг ажиллах үеийнх байна.
Зургаас диод хэдий хүчдэлийн утгын хооронд тусгаарлагч шиг ажиллаж чадахыг нь харж болно. Өөрөөр хэлбэл үүнээс бага хүчдэлийн хувьд диод тусгаарлагч мэт ажиллаж чадах ч хүчдэлийг ихэсгэх юм бол тодорхой утгад хүрэнгүүт диод нэвт цохигдож эвдрэх болно гэдгийг харуулна. Тиймээс диодыг нэвт цохиж эвдэхгүйн тулд урвуу холболтын үед тэсвэрлэж чадахаас их хэмжээний хүчдэл унах эсэхийг нь шалгах шаардлагатай байдаг.
Мөн диодыг хэлхээнд холбож диодоор гүйдэл гүйлгэх үед диод тэсвэрлэж чадах гүйдлийн дээд хязгаарыг ч энэ зургаас харж болно. Диодыг хэдийгээр хэлхээнд шууд холбосон ч түүнийг тэсвэрлэж чадах гүйдлээс нь хэт их хэмжээний гүйдлийг гүйлгэх юм бол диод мөн л шатна. Мөн шууд холбосон үед ойролцоогоор диодыг шууд холбосон хүчдэлийн хэмжээ 0,6 в хүртэл диод нээгдэхгүй буюу гүйдлийг дамжуулахгүй байгааг ч харж болно. Гэхдээ энэ утгаас хэтрэх үед диод шууд нээгдэж бүх гүйдлийг нэвтрүүлж буйг ч харж болно.
Диодыг хэлхээнд шууд холбож түүгээр гүйдэл гүйх үед диод дээр тодорхой хэмжээний хүчдэл унана. Зурагт үзүүлсэн жишээнд энгийн лед диодоор гүйдэл гүйж байх үед түүн дээр 0,71 В хүчдэл унаж буйг харж болно.
Диодыг юунд ашигладаг вэ?
Дээр дурдсанчлан диодыг гүйдлийн чиглэлийг хянахад ашиглана. Батарей болон тогтмол гүйдлээр ажилладаг хэлхээнүүдэд тэжээлийн туйл зөв холбогдсон эсэхийг хянахын тулд үүнийг ашиглана. Хэрэв батарейнууд буруу харж хийгдсэн эсвэл гүйдлийн туйл нь буруу тогтмол гүйдлийн үүсгүүр ашиглах үед диод гүйдлийг нэвтрүүлэхгүй байж үндсэн хэлхээг хамгаална.
Диодыг мөн хувьсах гүйдлийг тогтмол болгон хувиргахад хэрэглэнэ. Хувьсах гүйдэл нь электронуудын наашаа цаашаа хөдөлгөөн болохыг бид мэднэ. Ингэснээр хувьсах гүйдэл эерэг ба сөрөг туйлтай байна. Үүнийг зөвхөн нэг чиглэлд чиглэсэн хувьсдаггүй тогтмол нэгэн жигд гүйдэл болгоход диодыг ашиглана.
Хэрэв трансформаторын 1-р ороомгийг хувьсах гүйдэлтэй холбож 2-р ороомгийн диодтой холбож өгөх юм бол диод 2-р ороомгоор гүйх гүйдлийг зөвхөн 1 чиглэлд гүйхийг л зөвшөөрнө. Ингэж диодыг ашиглан гүйдлийг нэг чиглэлд шулуутгаж өгдөг. Үүнийг диодын хагас үеийн шулуутгагч хэмээн нэрлэдэг.
Өөр нэг диодын хэлхээ байдаг. Үүнд 4 диодыг ашиглан бүтэн үеийн шулуутгагчийг хийдэг. Диодууд ээлжлэн нээгдэж хувьсах гүйдлийн нэмэх болон сөрөг үеийг нэвтрүүлэх боловч бүх гүйдлийг зөвхөн нэг чигтэй буюу позитив болгож өгнө. Үүнийг бүтэн шулуутгагч буюу диодын гүүрэн шулуутгагч гэж нэрлэнэ. Бүтэн шулуутгагдсан гүйдлийг харин тогтворжуулж тогтмол гүйдэл болгохын тул конденсаторыг ашиглах бөгөөд энэ талаар конденсатор бүлэгт ярьсан байгаа болно.
Диодын ажиллагааг хэрхэн тест хийн шалгах вэ?
Диодын ажиллагаанд тест хийхийн тулд диодын тэмдэглэгээтэй мультиметрийг ашиглана. Мультиметрийг диодын тэмдэглэгээтэй функц дээр тохируулаад мультиметрийн хар шунтыг диодын тэмдэгтэй төгсгөлд барина. Харин улаан шунтыг нөгөө төгсгөлд нь бариад хэмжилтийг уншина.
Хэрэв энэ диод нь 1N4001 загварын диод бол 0,516V гэж уншигдана. Энэ нь диодыг нээж байгаа хамгийн бага хүчдэл юм.
Хэрэв мультиметрийн шунтуудыг эсрэгээр нь барьж диодыг хэмжвэл OL гэсэн тэмдэглэгээ гарна. Энэ нь хэмжиж чадахгүй байна гэсэн утгатай юм. Энэ нь уг диод маш сайн байна гэсэн утгатай бөгөөд урвуу холбох үед хэлхээ үүсэхгүй байгаа нь тэр маш сайн тусгаарлагч болж чадаж байна гэсэн утгыг илэрхийлнэ.
Хэрэв диод 2 тал уруугаа уншигдаж байвал диод эвдэрсэн гэсэн утгатай бөгөөд ийм диодыг ашиглаж болохгүй.
Хэлхээнд холбоотой диодыг унших бол мультиметрийг DC Voltage буюу тогтмол хүчдэл унших дээр тавиад шууд холболтын утгыг уншуулахад 0,71V гэж уншиж байх ёстой. Шууд холболтын утгыг уншина гэдэг нь мультимерийн хар шунтыг тэмдэгтэй үзүүрт, улаан шунтыг нь тэмдэггүй үзүүрт холбож уншихыг хэлнэ. Энэ нь уг диодоор нэмэхээсээ хасах уруу гүйдлийг дамжуулах ёстой гэсэн уншилт юм.