Диод как работает: Что такое диод и как он работает? | ASUTPP

Что такое диод и как он работает? | ASUTPP

Меня несколько раз спрашивали — что такое диод?

Диод — это электронный компонент, который проводит ток в одном направлении и блокирует ток в другом направлении.

Символ диода выглядит так:

Символ диода выглядит так:

Как подключить диод?

Давайте посмотрим на пример.

В цепи выше диод подключен в правильном направлении. Это означает, что ток может течь через него, так что светодиод загорается.

Но что произойдет, если мы подключим его наоборот?

В этой второй цепи диод подключен неправильно. Это означает, что ток не будет течь в цепи, и светодиод будет выключен.

Для чего нужен диод?

Диоды очень часто используются в источниках питания. От электрической розетки в стене вы получаете переменный ток (переменный ток). Многие устройства, которые мы используем, нуждаются в постоянном токе (DC).

Чтобы получить постоянный ток от переменного тока, нам нужна схема выпрямителя. Это схема, которая преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный ток (постоянный ток). Диоды являются основными компонентами в выпрямительных цепях.

Как работает диод?

Диод создан из PN-перехода . Вы получите PN-соединение, взяв полупроводниковый материал с отрицательным и положительным добавлением и соединив его.

На пересечении этих двух материалов появляется «область истощения». Эта область истощения действует как изолятор и отказывается пропускать ток.

Когда вы прикладываете положительное напряжение с положительной стороны к отрицательной стороне, «обедненный слой» между этими двумя материалами исчезает, и ток может течь с положительной на отрицательную сторону.

Когда вы прикладываете напряжение в другом направлении, от отрицательной к положительной стороне, область истощения расширяется и сопротивляется любому протекающему току.

Что нужно знать о диодах?

1. Вы должны приложить достаточное напряжение в «правильном» направлении — от положительного к отрицательному — чтобы диод начал проводить проводку. Обычно это напряжение составляет около 0,7 В.
2. Диод имеет ограничения и не может проводить неограниченное количество тока.
3. Диоды не являются идеальными компонентами. Если вы подадите напряжение в неправильном направлении, будет течь немного тока. Этот ток называется «током утечки».
4. Если вы подадите достаточно высокое напряжение в «неправильном» направлении, диод сломается и пропустит ток и в этом направлении.

Типы диодов

Есть много разных типов диодов . Наиболее распространенными являются сигнальные диоды, выпрямительные диоды, стабилитроны и светодиоды (светодиоды) . Сигнальные и выпрямительные диоды — это одно и то же, за исключением того, что выпрямительные диоды рассчитаны на большую мощность.

Стабилитроны — это диоды, которые используют напряжение пробоя при подаче напряжения «неправильным» образом. Они действуют как очень стабильные опорные напряжения.

Поделитесь своими комментариями или вопросами ниже!

Как работает диод? Применение диодов

Как работает полупроводниковый диод

Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Здесь речь пойдет лишь о некоторых приборах, с которыми тебе в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно представить, как две пластинки полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а другая типа n. На рис. 1, а дырки, преобладающие в пластинке типа р, условно изображены кружками, а электроны, преобладающие в пластинке типа n — черными шариками таких же размеров. Эти две области — два электрода диода: анод и катод. Анодом, т. е. положительным электродом, является область типа р, а катодом, т.

е. отрицательным электродом, — область типа n. На внешние поверхности пластин нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода.

Такой полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух состояний: открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит ток. Если к его электродам подключить источник постоянного тока, например, гальванический элемент, но так, чтобы его положительный полюс был соединен с анодом диода, т. е. с областью типа р, а отрицательный — с катодом, т. е. с областью типа n (рис. 1, б), то диод окажется в открытом состоянии и в образовавшейся цепи пойдет ток, значение которого зависит от приложенного к нему напряжения и свойств диода/ При такой полярности подключения батареи электроны в области типа n перемещаются от минуса к плюсу, т. е. в сторону области типа р, а дырки в области типа р движутся навстречу электронам — от плюса к минусу. Встречаясь на границе областей, называемой электронно-дырочным переходом или, короче, р-n переходом, электроны как бы «впрыгивают» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают свое существование.

Рис. 1. Схематическое устройство и работа полупроводникового диода

Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя убыль электронов в этой области, а контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок. В этом случае сопротивление р-n перехода мало, вследствие чего через диод идет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р-n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток.

Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на рис. 1, в, диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды в диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р-n перехода, электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки в области типа р к отрицательному контактам диода. В результате граница областей с различными типами электропроводности как бы расширится, образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, в она заштрихована) и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают Iпр, а обратный Iобр.

А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр и закрывания при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления обратный ток Iобр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в ток постоянный.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпр) или пропускным, а напряжение обрат ной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр) или непропускным.

При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обратное сопротивление диода измерить омметром.

001

---

---

Внутреннее сопротивление открытого диода величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = U/I = 1/0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.

Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую характеристику ты видишь на рис. 2. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр, а внизу — обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпр, влево обратного напряжения Uобр.

На такой вольт-амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр диода в сотни раз больше тока Iобр

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Так, например, уже при прямом напряжении Uпр = 0,5 В ток Iпр равен 50 мА (точка а на характеристике), при Uпр = 1 В он возрастает до 150 мА (точка б на характеристике), а при обратном напряжении Uобр = 100 В обратный ток Iобр не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитай, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видишь, идет почти параллельно горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов.

Примерно такие вольт-амперные характеристики имеют все германиевые диоды. Вольт-амперные характеристики кремниевых диодов чуть сдвинуты вправо. Объясняется это тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1–0,2 В, а кремниевый при 0,5–0,6 В.

Прибор, на примере которого я рассказал тебе о свойствах диода, состоял из двух пластин полупроводников разной электропроводности, соединенных между собой плоскостями. Подобные диоды называют плоскостными. В действительности же плоскостной диод представляет собой одну пластину полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхности квадратной пластины площадью 2–4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с электронной электропроводностью, расплавляют маленький кусочек индия.

Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной электропроводности (рис. 3, а). Получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности, а между ними р-n переход. Контактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск (или стержень) с выводными проводниками.

Так устроены наиболее распространенные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых из них показан на рис. 3, б.

Рис. 3. Схематическое устройство (а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б)

Приборы заключены в цельнометаллические корпуса со стеклянными изоляторами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на значительные прямые токи, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси радиотехнических устройств.

Плоскостные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д226А, Д242. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею, — заводской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов. Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока блоков питания радиоаппаратуры, поэтому их называют еще выпрямительными диодами.

Схему простейшего выпрямителя переменного тока ты видишь на рис. 4, а. На вход выпрямителя подается переменное напряжение электроосветительной сети. К выходу выпрямителя подключен резистор Rн, символизирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямленного элемента выполняет диод V. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке

Рис. 4. Схемы однополупериодного выпрямителя

---

---

При положительных полупериодах напряжения на аноде диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку, подключенную к выпрямителю, течет прямой ток диода Iпр. При отрицательных полупериодах напряжения на аноде диод закрывается и во всей цепи, в которую он включен, течет незначительный обратный ток диода Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на рис. 4, а показано штриховыми линиями). И вот результат: через нагрузку Rн, подключенную к сети через диод V, течет уже не переменный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по значению с частотой 50 Гц. Это и есть выпрямление переменного тока. Таким образом, диод является прибором, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных диодов не превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является односторонним проводником тока.

Можно ли таким током питать нагрузку? Можно, он ведь выпрямленный. Но не каждую. Лампу накаливания, например, можно, если, конечно, выходное напряжение не будет превышать то напряжение, на которое лампа рассчитана. Ее нить будет накаливаться не постоянно, а импульсами, следующими с частотой 50 Гц. Из-за тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутки между импульсами, поэтому никаких мерцаний света мы не заметим.

А вот приемник питать таким током нельзя. Потому что в цепях его усилителей ток тоже будет пульсировать с такой же частотой. В результате в телефонах или головке громкоговорителя на выходе приемника будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе выпрямителя параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор большой емкости, как это показано на рис. 4, б. Заряжаясь от импульсов тока, конденсатор Сф в момент спадания тока или его исчезновения (между импульсами) разряжается через нагрузку Rн. Если конденсатор достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться и в нагрузке будет непрерывно поддерживаться ток. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на рис. 4, б сплошной волнистой линией. Но и таким, несколько приглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульсации пока еще очень ощутимы.

В выпрямителе, с работой которого ты сейчас познакомился, полезно используется энергия только половины волн переменного тока. Такое выпрямление переменного тока называют однополупериодными, а выпрямители — однополупериодными выпрямителями. Однако выпрямителям, построенным по таким схемам, присущи два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что напряжение выпрямленного тока равно примерно напряжению сети, в то время как для питания транзисторных конструкций необходимо более низкое напряжение, а для ламповых часто более высокое напряжение. Второй недостаток — недопустимость присоединения заземления к приемнику, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник заземлить, ток из электросети пойдет через приемник в землю — могут перегореть предохранители. Кроме того, приемник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имеющие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электрический удар.

Оба эти недостатка устранены в выпрямителе с трансформатором (рис. 5). Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напряжение вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора Т. Поскольку эта обмотка изолирована от первичной сетевой обмотки I, радиоконструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление.

Рис. 5 Двухполупериодный выпрямитель с сетевым трансформатором

В выпрямителе на рис. 5 четыре диода, включенные по так называемой мостовой схеме. Диоды являются плечами выпрямительного моста. Нагрузка Rн включена в диагональ 1–2 моста. В таком выпрямителе в течение каждого полупериода работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов. Следи внимательно! Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки положительный полупериод напряжения, ток идет через диод V2, нагрузку Rн, диод V3 к нижнему выводу обмотки II (график а). Диоды V1 и V4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем выводе обмотки II, ток идет через диод V4, нагрузку Rн, диод V1 к верхнему выводу обмотки (график б). В это время диоды V2 и V3 закрыты и, естественно, ток через себя не пропускают. И вот результаты: меняются знаки напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

Эффективность работы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным налицо: частота пульсаций выпрямленного тока удвоилась, «провалы» между импульсами уменьшились. Среднее значение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора. А если выпрямитель дополнить фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного тока, выходное напряжение увеличится в 1,4 раза, т. е. примерно на 40 %. Именно такой выпрямитель я позже буду рекомендовать тебе для питания транзисторных конструкций.

Теперь о точечном диоде

Внешний вид одного из таких приборов и его устройство (в значительно увеличенном виде) показаны на рис. 6.

Рис. 6. Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9

Это диод серии Д9. Буква «Д» в его маркировке означает диод, а цифра 9 — порядковый заводской номер конструкции. Такой или ему подобный диод, например Д2, тебе уже знаком — я рекомендовал использовать его в твоем первом приемнике в качестве детектора.

Выпрямительным элементом диода служат тонкая и очень маленькая (площадью около 1 мм2) пластина полупроводника германия или кремния n типа и вольфрамовая проволочка, упирающаяся острым концом в пластину. Они припаяны к отрезкам посеребренной проволоки длиной примерно по 50 мм, являющимися выводами диода. Вся конструкция находится внутри стеклянной трубочки диаметром около 3 и длиной меньше 10 мм, запаянной с концов.

После сборки диод формуют — пропускают через контакт между пластиной полупроводника и острием вольфрамовой проволочки ток определенного значения. При этом под острием проволочки в кристалле полупроводника образуется небольшая область с дырочной электропроводностью. Получается электронно-дырочный переход, обладающий односторонней проводимостью тока. Пластина полупроводника является катодом, а вольфрамовая проволочка — анодом точечного диода.

Вывод анода диодов серии Д9 обозначают цветными метками на их корпусах. Электроды точечного диода серии Д2 обозначают символом диода на одном из его ленточных выводов. У точечного диода площадь соприкосновения острия проволочки с поверхностью пластины полупроводника чрезвычайно мала — не более 50 мкм2. Поэтому токи, которые точечные диоды могут выпрямлять в течение продолжительного времени, малы. Точечные диоды радиолюбители используют в основном для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными диодами.

Как для плоскостных, так и для точечных диодов существуют максимально допустимые значения прямого и обратного токов, зависящие от прямого и обратного напряжений и определяющие их выпрямительные свойства и электрическую прочность. Это их основные параметры. Плоскостной диод Д226В, например, может продолжительное время выпрямлять ток до 300 мА. Но если его включить в цепь, потребляющую ток более 300 мА, он будет нагреваться, что неизбежно приведет к тепловому пробою р-n перехода и выходу диода из строя. Диод будет пробит и в том случае, если он окажется в цепи, в которой на него будет подаваться обратное напряжение более чем 400 В.

Допустимый выпрямленный ток для точечного диода Д9А 65 мА, а допустимое обратное напряжение 10 В. Основные параметры полупроводниковых диодов указывают в их паспортах и справочных таблицах. Превышение предельных значений приводит к выходу приборов из строя.

А теперь, чтобы лучше закрепить в памяти твое представление о свойствах диодов, предлагаю провести такой опыт. В электрическую цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки накаливания, рассчитанной на напряжение 3,5 В и ток накала 0,28 А, включи любой плоскостной диод из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода был соединен непосредственно или через лампочку с положительным выводом батареи, а катод с отрицательным выводом (рис. 7, а). Лампочка должна гореть почти так же, как если бы диода не было в цени. Измени порядок включения электродов диода в цепь на обратный (рис. 7, б). Теперь лампочка гореть не должна. А если горит, значит, диод оказался с пробитым р-n переходом. Такой диод можно разломать, чтобы посмотреть, как он устроен, — для работы как выпрямитель он все равно непригоден. Но, надеюсь, диод был хорошим и опыт удался.

Рис. 7. Опыты с плоскостным диодом

Почему при первом включении диода в цепь лампочка горела, а при втором не горела? В первом случае диод был открыт, так как на него подавалось прямое напряжение Uпр, сопротивление диода было мало и через него протекал прямой ток Iпр, значение которого определялось нагрузкой цепи — лампочкой. Во втором случае диод был закрыт, так как к нему прикладывалось обратное напряжение Uобр, равное напряжению батареи. Сопротивление диода было очень большое, и в цепи тек лишь незначительный обратный ток Iобр, который не мог накалить нить лампочки.

В этом опыте лампочка выполняла двоякую функцию. Она, во-первых, была индикатором наличия тока в цепи, а во-вторых, ограничивала ток в цепи до 0,28 А и таким образом защищала диод от перегрузки.

См. также:

Как работают диоды Шоттки

Все, что вам нужно знать о том, как работают диоды Шоттки

Подобно другим диодам, диод Шоттки в зависимости от направления течения тока в электрической цепи влияет на ток. В мире электроники эти устройства работают так же, как улицы с односторонним движением – они позволяют току течь только от анода к катоду. Тем не менее, в отличие от обычных полупроводниковых диодов, диод Шоттки известен благодаря низкому падению напряжения при его прямом включении и способностью к быстрому переключению. Это делает его идеальным выбором для использования в высокочастотных устройствах, а также в устройствах, где используются низкие напряжения. Диод Шоттки может применяться в самых разных устройствах, например:

• Для выпрямления тока большой мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в мощных устройствах благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Эти диоды затрачивают меньше энергии, что способствует уменьшению размеров радиатора;

• В универсальных источниках питания. Диоды Шоттки также могут помогать разделять питание при использовании блоков двойного электропитания, использующих энергию электрической сети и аккумуляторов;

• В элементах солнечных батарей. Диоды Шоттки могут помочь добиться максимальной эффективности элементов солнечной батареи благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Также они помогают защищать ячейки от обратного заряда;

• В качестве защелки. Диоды Шоттки могут также использоваться в качестве защелки в транзисторных схемах, а также в цепях с логическими элементами 74LS или 74S.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

• Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;

• Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;

• Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Как работает диод Шоттки

В обычном диоде полупроводники p-типа и n-типа образуют p-n-переход. В диоде Шоттки вместо полупроводника p-типа используется металл. Этот металл может быть разным – от платины до вольфрама, молибден, золото и т. д.

Металл и полупроводник n-типа образуют переход металл-полупроводник. Он называется барьером Шоттки. Свойства барьера Шоттки различны при отсутствии напряжения смещения, при прямом и при обратном смещении.

Напряжение смещения отсутствует

При отсутствии напряжения смещения свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы восстановить равновесие. Этот поток электронов создает барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Чтобы свободные электроны смогли преодолеть этот барьер, требуется приложение внешнего напряжения большего, чем потенциал поля перехода металл-полупроводник.

Прямое смещение

Если положительную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а отрицательную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод прямое смещение. В этом состоянии, если напряжение больше 0,2 В, то электроны могут преодолеть переход металл-полупроводник и перейти из полупроводника n-типа в металл. Это приведет к возникновению тока через диод. Так работают все диоды.

Обратное смещение

Если отрицательную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а положительную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод обратное смещение. Так мы увеличим ширину барьера Шоттки, не давая току течь через диод. Тем не менее, если напряжение обратного смещения будет возрастать, то, в конце концов, барьер будет пробит. После чего ток потечет в обратном направлении и может повредить этот и другие электронные компоненты.

Изготовление и параметры диода Шоттки

Существуют различные способы изготовления диода Шоттки. Самый простой способ изготовить диод Шоттки – это присоединить к поверхности полупроводника металлический провод, сделав точечный контакт. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся таким способом, но осуществить контроль качества готовых диодов сложно.

Самая популярная технология использует вакуумное нанесение металла на поверхность полупроводника. Этот метод обладает недостатком, заключающимся в пробое диода вследствие воздействия электрических полей по краям пластины проводника. Для устранения этой проблемы производители защищают полупроводниковую пластину оксидным охранным кольцом. Кроме того, это охранное кольцо защищает переход металл-полупроводник от разрушения вследствие физического воздействия. Такие диоды изготавливаются в том числе в форм-факторе, допускающем поверхностный монтаж компонентов.

Параметры диода Шоттки

Ниже приведен перечень характеристик, на основании которых следует подбирать диод Шоттки для использования в вашем следующем электронном проекте.

Примеры диодов Шоттки

Полезно увидеть, как эти характеристики обычно приводятся на сайте изготовителя или в спецификации. Ниже приведены два примера:

1N5711 – это ультрабыстрый диод Шоттки, обладающий высоким пробивным напряжением, низким падением напряжения при прямом включении и охранным кольцом для защиты перехода металл-полупроводник.

1N5828 – это диод Шоттки в корпусе штыревого типа, используемый для выпрямления тока.

Управление током

Вы планируете поработать над высокочастотным или мощным устройством, в котором требуется применение низкого напряжения? Ваш выбор – диоды Шоттки! Эти диоды широко известны благодаря их низкому падению напряжения при прямом включении и высокой скорости переключения. Используются ли они в ячейках солнечных батарей или для выпрямления тока, нет других подобных устройств, обладающих падением напряжения всего 0,3 В, дающее дополнительную эффективность. Современные ПО для разработки электронных устройств уже имеют множество готовых к использованию бесплатных библиотек, содержащих диоды Шоттки. Самому не нужно ничего делать. Попробуйте уже сегодня!

Как работает диод | Шаг за шагом

Основой любого полупроводникового диода, как точечного, так и плоскостного, являются два примыкающих друг к другу участка полупроводникового материала (германия или кремния). Один из этих участков называется зоной n, другой — зоной р. Область между этими зонами подучила название «рn-переход» (рис. 34).

Во всяком полупроводнике, в отличие от изолятора, имеется  значительное количество свободных электрических зарядов, благодаря которым в полупроводнике может существовать ток. В полупроводнике зоны n имеются свободные отрицательные заряды — электроны. Этим определилось и само название зоны — буква «n» является первой буквой слова «negativ» — отрицательный. Название зоны «р» происходит от слова «positiv» — положительный, так как в этой зоне имеются свободные положительные заряды.

Раньше, когда мы говорили о свободных положительных зарядах в жидких и газообразных проводниках (лист 8), то имели в виду свободные, то есть слабо связанные друг с другом, положительные ионы (атомы с недостающим электроном), которые могут легко перемещаться под действием электрических сил.

Сейчас не время подробно разбирать, что происходит в полупроводниках, так как это отвлечет нас от основной темы. Поэтому мы заметим лишь, что в полупроводниковом материале зоны р все атомы, в том числе и положительные ионы, неподвижны. Однако положительные заряды в зоне р все-таки перемещаются. Для того чтобы как-нибудь обойти это несоответствие, мы будем рассматривать процесс крайне упрощенно (это нас пока устраивает) и считать, что в зоне р имеется некоторое количество свободных положительных зарядов, которые могут перемещаться в любом направлении.

Не нужно думать, что зона n и зона р — это два отдельных кусочка разных полупроводников, составленных вместе. Диод делают из одного кристалла, обычно из германия типа n, то есть из германия, в котором имеются свободные электроны. В один из участков этого кристаллика вводят примесь, под действием которой в германии появляются свободные положительные заряды, и таким образом появляется зона р. К участкам кристалла, соответствующим зонам n и р, припаивают или присоединяют другим способом два проволочных вывода, а сам кристалл заключают в герметический корпус.

В точечных диодах один из контактов с кристаллом осуществляется с помощью металлической иглы. Вблизи ее острия, упирающегося в кристалл, образуется очень небольшая микроскопическая зона р. В плоскостных диодах зона р имеет значительно большие размеры, и контакт с ней осуществляется с помощью плоской металлической пластинки (лист 121).

Итак, во всяком полупроводниковом диоде имеется два вывода, один из которых соединен с зоной n, а другой — с зоной р. С помощью этих выводов диод и включается в электрическую цепь.

Предположим, что мы подключили диод к обычной батарейке, причем подключили таким образом, что «минус» батарейки соединен с зоной р, а «плюс» — с зоной n. В этом случае электрические заряды как бы оттянутся от границы раздела зон, между зонами появится участок, обедненный свободными электрическими зарядами, то есть участок по своим свойствам очень близкий к изолятору (рис. 35). Таким образом, при выбранной полярности подключения батареи рn-переход почти не пропускает электрический ток, и полупроводниковый диод можно рассматривать как очень большое сопротивление.

Если сменить полярность подключения батареи, то есть приложить напряжение «плюсом» к зоне р, а «минусом» — к зоне n, то электрические заряды, как положительные, так и отрицательные, подойдут вплотную к границе раздела и, перейдя эту границу, будут двигаться к соответствующим зажимам батареи. В этом случае рn-переход хорошо пропускает ток, и диод обладает малым сопротивлением.

Процессы, происходящие в рn-переходе, мы, конечно, рассмотрели крайне упрощенно, но это не помешало нам прийти к совершенно правильному выводу: полупроводниковый диод в одну сторону пропускает ток хорошо, а в другую практически не пропускает. За это свойство диод часто называют вентилем.

В способности диода пропускать ток только в одну сторону можно легко убедиться самому, собрав простейшую цепь из диода, головных телефонов (телефоны обязательно должны быть высокоомные, то есть должны иметь сопротивление 1000 ом и более) и батарейки карманного фонаря. Если диод включен так, что он проводит ток, то в момент замыкания цепи в телефонах будут слышны сильные щелчки. Если же изменить полярность включения диода (или, что то же самое, изменить полярность включения батарейки), то диод будет обладать большим сопротивлением, то есть почти не будет пропускать ток, и щелчков в телефоне слышно не будет.

Именно односторонняя проводимость является тем свойством полупроводникового диода, которое позволяет произвести преобразование модулированного тока высокой частоты с последующим выделением необходимого нам низкочастотного (звукового) сигнала.

О том, как это делается, вы узнаете, познакомившись с работой простейшего приемника. Постройка такого приемника не займет у вас много времени.

Электронные схемы — диод как переключатель

Диод представляет собой двухполюсный PN-переход, который может использоваться в различных приложениях. Одним из таких приложений является электрический выключатель. PN-переход, когда прямое смещение действует как замкнутая цепь, а когда обратное смещение действует как разомкнутая цепь. Следовательно, изменение прямого и обратного смещенных состояний приводит к тому, что диод работает в качестве переключателя, когда прямое направление включено, а обратное состояние выключено .

Электрические выключатели над механическими выключателями

Электрические выключатели являются предпочтительным выбором по сравнению с механическими выключателями по следующим причинам:

• Механические переключатели подвержены окислению металлов, а электрические — нет.
• Механические выключатели имеют подвижные контакты.
• Они более подвержены нагрузкам и нагрузкам, чем электрические выключатели.
• Изношенные механические выключатели часто влияют на их работу.

Следовательно, электрический переключатель более полезен, чем механический переключатель.

Работа диода в качестве переключателя

При превышении указанного напряжения сопротивление диода увеличивается, что приводит к смещению диода в обратном направлении, и он действует как размыкающий переключатель. Всякий раз, когда напряжение, приложенное ниже опорного напряжения, сопротивление диода получает уменьшается, что делает диод смещен в прямом направлении, и он действует как замкнутый переключатель.

Следующая схема объясняет, как диод работает как переключатель.

Переключающий диод имеет PN-переход, в котором P-область слегка легирована, а N-область сильно легирована. Вышеприведенная схема символизирует, что диод включается, когда прямое положительное напряжение смещает диод, и выключается, когда отрицательное обратное напряжение смещает диод.

звонкий

Поскольку прямой ток течет до этого момента, при внезапном обратном напряжении обратный ток протекает в течение некоторого времени, а не немедленно отключается. Чем выше ток утечки, тем больше потери. Поток обратного тока при внезапном обратном смещении диода иногда может создавать несколько колебаний, называемых RINGING .

Это условие вызова является потерей и, следовательно, должно быть сведено к минимуму. Для этого следует понимать время переключения диода.

Время переключения диода

При изменении условий смещения диод испытывает переходные характеристики . Реакция системы на любое внезапное изменение из положения равновесия называется переходной реакцией.

Внезапное изменение от прямого к обратному и от обратного к прямому смещению влияет на цепь. Время, необходимое для реагирования на такие внезапные изменения, является важным критерием для определения эффективности электрического выключателя.

• Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления (tfr).

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. (Tфр)

Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления (tfr).

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. (Tфр)

Чтобы понять это более четко, давайте попробуем проанализировать, что происходит, когда напряжение подается на переключающий диод PN.

Концентрация несущей

Концентрация миноритарных носителей заряда экспоненциально уменьшается, если смотреть в сторону от соединения. Когда напряжение приложено из-за прямого смещения, большинство несущих одной стороны движутся в направлении другой. Они становятся миноритариями другой стороны. Эта концентрация будет больше на стыке.

Например, если рассматривается N-тип, избыток дырок, которые входят в N-тип после применения прямого смещения, добавляет к уже существующим неосновным носителям материала N-типа.

Давайте рассмотрим несколько обозначений.

• Основные носители в P-типе (дырки) = Ppo
• Основные носители в N-типе (электроны) = Nno
• Миноритарные носители в P-типе (электроны) = Npo
• Основные носители в N-типе (дырки) = Pno

Во время прямого смещения — несущие меньшего размера находятся ближе к перекрестку и менее далеко от перекрестка. График ниже объясняет это.

Избыточный заряд миноритарного оператора в P-типе = Pn−Pno с pno (значение устойчивого состояния)

Избыточный заряд миноритарного оператора в N-типе = Np−Npo с Npo (установившееся значение)

Во время условия обратного смещения — Большинство несущих не проводит ток через соединение и, следовательно, не участвует в текущем состоянии. Переключающий диод ведет себя как короткое замыкание, например, в обратном направлении.

Миноритарные несущие будут пересекать перекресток и проводить ток, который называется обратным током насыщения . Следующий график представляет условие во время обратного смещения.

На приведенном выше рисунке пунктирная линия представляет равновесные значения, а сплошные линии представляют фактические значения. Поскольку ток из-за неосновных носителей заряда достаточно велик для проведения, цепь будет включена, пока этот избыточный заряд не будет удален.

Время, необходимое для перехода диода из прямого смещения в обратное смещение, называется временем обратного восстановления (trr) . Следующие графики подробно объясняют времена переключения диодов.

Из приведенного выше рисунка рассмотрим график тока диода.

При t1 диод внезапно переводится в состояние ВЫКЛ из состояния ВКЛ; это известно как Время хранения. Время хранения — это время, необходимое для снятия избыточного заряда меньшинства. Отрицательный ток, протекающий от материала типа N к P, имеет значительное количество в течение времени хранения. Этот отрицательный ток

−IR= frac−VRR

Следующий период времени — это время перехода »(от t2 до t3)

Время перехода — это время, необходимое для полного перехода диода в состояние разомкнутой цепи. После того, как t3 диод будет в устойчивом состоянии обратного смещения. До того, как диод t1 находится в установившемся режиме прямого смещения.

Таким образом, время, необходимое для полного разомкнутого контура

Reverserecoverytime left(trr right)=памятьtime left(Ts right)+переходвремя left(Tt right)

Принимая во внимание, что для перехода в состояние ВКЛ из ВЫКЛ, требуется меньше времени, называемого временем прямого восстановления . Время обратного восстановления больше, чем время прямого восстановления. Диод работает как лучший переключатель, если обратное время восстановления меньше.

Определения

Давайте просто пройдемся по определениям обсуждаемых периодов времени.

• Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

• Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

• Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

• Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Факторы, влияющие на время переключения диодов

Есть несколько факторов, которые влияют на время переключения диодов, таких как

• Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

• Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

• Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

• Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Приложения

Существует много применений, в которых используются схемы переключения диодов, например:

принцип работы, схемы и т.д.

Туннельный диод — это специальный диод, характеристики которого отличаются от характеристик любого обычного диода или стабилитрона.

Как обычный диод, так и стабилитрон являются очень хорошими проводниками, имея прямое смещение, но ни один из них не проводит хорошо ток в состоянии обратного смещения (исключение составляет область пробоя). Но в материале туннельного диода имеются присадки в гораздо большем объеме, нежели в обычном диоде, а его P-N переход очень узкий. Туннельный диод в силу того, что имеет большое количество присадок и очень узкий P-N переход, исключительно хорошо проводит ток в обе стороны.

Схема туннельного диода

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия туннельного диода

Потенциал, который необходим для того, чтобы заставить туннельный диод выступать в роли проводника, будь то в режиме прямого или обратного смещения, очень невелик, обычно этот потенциал находится в диапазоне милливольт. Именно поэтому туннельные диоды известны как приборы с низким сопротивлением. Они очень слабо противодействуют движению тока в цепи.

График напряжение-ток типичного туннельного диода

Самой уникальной особенностью туннельных диодов является их соотношение напряжение-ток, когда они имеют прямое смещение. Когда туннельный диод имеет прямое смещение (от точки А до точки В на графике) при увеличении напряжения, ток также растет до определенной величины. Как только это значение оказывается достигнутым, дальнейшее повышение напряжения при прямом смещении заставляет ток снижаться до минимального значения (от точки В до точки С). В области, которая находится на графике между максимальным и минимальным потоками тока, туннельный диод имеет отрицательное сопротивление. В этой области отрицательного сопротивления ток, идущий через туннельный диод, фактически снижается при повышении напряжения. Происходит прямо противоположное обычному соотношению напряжение ток. Однако, когда напряжение за точкой С повышается, то данный прибор демонстрирует обычное соотношение напряжения и тока.

В обычных условиях туннельные диоды работают в области своего отрицательного сопротивления. В данной области незначительное уменьшение напряжения включает этот прибор, а небольшое повышение — выключает его. В качестве такого своеобразного выключателя туннельный диод может использоваться либо как генератор, либо как высокоскоростной выключатель: специфическая особенность прибора, низкое сопротивление, позволяет почти мгновенно изменять внутреннее сопротивление. Туннельные диоды могут также использоваться в качестве усилителей, где изменения в подаваемом напряжении в сторону повышения, вызывают пропорционально более значительные изменения тока в цепи.

общие сведения и принцип работы, способы подключения к электрической цепи, возможные неисправности

Диод — это электронный элемент, который обладает различной проводимостью. Он изготовлен на полупроводниковой основе и предназначен для выполнения разнообразных действий с поступающими электрическими сигналами. Применяется это приспособление не только в промышленности, электронике, но и в повседневной жизни. Большинство современного оборудования имеет в своём составе несколько таких элементов.

Общие сведения

Прежде чем рассматривать, как работает диод, необходимо подробно изучить его устройство, разновидности и узнать, зачем он применяется. Это поможет лучше понять принцип действия и выбрать максимально эффективное приспособление для определённого оборудования.

Устройство диода

Диод (от англ. diode) выглядит просто и имеет конструкцию, состоящую из небольшого количества элементов. Это позволяет мастерам не приобретать дорогостоящие изделия, а изготавливать их своими руками. Самодельные приспособления хоть и стоят намного дешевле, но выполняют те же функции, что и покупные.

Так как диоды часто изображаются на электросхемах, то определение их параметров считается довольно важным мероприятием. Обозначением для этих элементов служит комбинация символов VD1, VD2 и так далее.

Схема диода предусматривает наличие следующих элементов:

1. Корпус. Он представляет собой стеклянный, керамический или металлический вакуумный баллон.
2. Два электрода (катод и анод). Они располагаются внутри баллона и используются для обеспечения эмиссии электронов. Чаще всего применяются электроды косвенного накала, которые имеют цилиндрическую форму, и обладают специальным слоем, испускающим электроны. В некоторых старых конструкциях можно встретить эти элементы в виде тонкой нити, накаливающейся в процессе работы приспособления.
3. Подогреватель. Он находится внутри катода и устроен в виде проволоки, которая накаливается из-за прохождения электрического тока.
4. Диодный кристалл. Для изготовления этого элемента применяется германий или кремний. Одна его часть проводит электричество и имеет недостаточное количество электронов, а вторая — избыток.
5. P-n переход — область между первой и второй частью диодного кристалла.

Принцип действия

Принцип работы диода довольно простой и разобраться в нём сможет не только профессионал, но и новичок. Для этого не нужно иметь специальное образование или навыки работы с таким приспособлением, а достаточно обладать общим представлением об устройстве.

Принцип действия диода:

1. Электрический ток проходит через устройство и воздействует на катод диода.
2. Из-за этого подогреватель постепенно накаляется, а электрод начинает испускать электроны.
3. Следствием этого становится образование электрического поля между двумя электродами, которое является катализатором процесса притяжения электронов к аноду, обладающему положительным зарядом. Благодаря этому образуется эмиссионный ток.
4. Пространственный отрицательный заряд, который появляется между двумя электродами, препятствует движению электронов к аноду. Из-за этого часть их меняет своё направление, и начинает двигаться к катоду.
5. Попавшие на анод электроны образуют анодный ток, параметры которого соответствуют катодному.
6. Если электрическое поле, возникшее между электродами, препятствует возвращению частиц на катод, то электродиод остаётся в запертом состоянии. Всё это приводит к размыканию цепи.

Разновидности приспособлений

Производители электронных элементов делают несколько типов диодов. Все они немного отличаются друг от друга, имеют различные свойства, а также используются для достижения определённых целей.

Диоды бывают:

1. Выпрямительные. Это наиболее распространённый тип приспособлений, который используется в устройствах, способствующих преобразованию переменного тока промышленной частоты в постоянный.
2. Высокочастотные. Большинство моделей современного оборудования функционируют при рабочей частоте в несколько гигагерц. В таких конструкциях применяются специальные диоды, рассчитанные на высокую частоту.
3. Переключающие. Эти приспособления используются в тех схемах, где диод должен работать в различных режимах. В одном из них он оказывается смещённым в прямом направлении, а в другом — в обратном.
4. Стабилитроны. Такие элементы применяются только в конструкциях, помогающих стабилизировать напряжение, поступающее к оборудованию.
5. Варикапы. Они используются в параметрических усилителях и прочих подобных устройствах. С их помощью происходит коррекция частотной модуляции и автоматическая подстройка частоты.
6. Диоды Шоттки. Назначение этого приспособления — малое падение напряжения при прямом включении. Область их применения ограничивается низковольтными электрическими цепями.
7. Тиристоры (управляемые диоды). Они часто применяются в схемах, которые предназначены для плавного пуска двигателя, регулировки мощности или включения лампочки.
8. Симисторы. Эта разновидность диодов используется для обеспечения работы систем, питающихся от переменного напряжения, так как способна пропускать электричество в обоих направлениях. Они представляют собой 2 тиристора, соединённые между собой.

Область применения

Диоды широко применяются по всему миру и входят в состав различных приспособлений. В большинстве случаев несколько таких элементов объединяются в общую конструкцию. Их количество выбирается исходя из типа и особенностей каждой схемы.

Использование диодов в электротехнике:

1. Диодные мосты. В их составе может находиться от 4 до 12 диодов, которые последовательно соединены друг с другом. Они применяются для однофазных и трёхфазных схем, где выполняют функцию выпрямителей. В большинстве случаев такие диодные мосты устанавливаются на генераторах автомобилей. Благодаря им не только увеличивается надёжность устройства, но и уменьшаются его размеры.
2. Диодные детекторы. Они представляют собой конструкцию, которая сочетает в себе не только несколько диодов, но и конденсаторы. Благодаря этому достигается способность выделять модуляцию с низкими частотами из соответствующих сигналов. Такие детекторы часто используются при изготовлении радиоприёмников и телевизоров.
3. Диодная искрозащита. Для её создания применяются специальные диодные барьеры, которые ограничивают напряжение в имеющейся электрической цепи. Вместе с ними используются специальные токоограничительные резисторы, необходимые для контроля за величиной параметров проходящего электрического тока.
4. Переключатели на основе диодов. Эти устройства дополняются конденсаторами и коммутируют высокочастотные сигналы. При этом контроль за работой осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала, разделения высоких частот и применения постоянного тока.

Способы подключения

Существует несколько стандартных вариантов подключения диода в электрическую цепь. Все они используются в определённых схемах и позволяют достичь требуемого результата.

Прямой вариант

Этот способ включения диода в электрическую цепь называют наиболее простым и часто используемым. В его основе лежит подсоединение положительного полюса к области p-типа, а отрицательного — к n-типа.

Описание работы диода при прямом подключении:

1. На устройство подаётся электрический ток, под воздействием которого образуется электрическое поле в области между двумя электродами. Его направление будет противоположным по отношению к внутреннему диффузионному полю.
2. Затем происходит резкое сужение запирающего слоя, которое получается из-за значительного снижения напряжения электрического поля.
3. Следствием этого станет способность большинства электронов свободно перемещаться из одной области (n-типа) в другую (p-типа).
4. Во время этого процесса показатели дрейфового тока не изменятся, так как они зависят только от количества заряженных частиц, находящихся в области p-n перехода.
5. Электроны способны перемещаться из n-области в p-область, что приводит к дисбалансу их концентрации. В одной из областей будет недостаток частиц, а в другой — избыток.
6. Из-за этого часть электронов перемещается вглубь полупроводника, что становится причиной разрушения его электронейтральности.
7. В этом случае полупроводник стремится к восстановлению своей нейтральности и начинает получать заряд от подключённого источника питания. Всё это приводит к образованию тока во внешней электроцепи.

Обратный метод

Этот способ подключения диода к общей схеме используется гораздо реже. В его основе лежит изменение полярности внешнего источника питания, который участвует в процессе передачи напряжения.

Особенности функционирования диода при обратном включении:

1. После включения источника питания в области p-n перехода образуется электрическое поле. Его направление будет одинаковым с внутренним диффузионным полем.
2. Из-за этого будет происходить расширение запирающего слоя.
3. Находящееся в области p-n перехода поле будет ускорять движение электронов, но оставлять неизменными показатели дрейфующего тока.
4. Из-за всех этих действий будет постепенно нарастать обратное напряжение, которое поспособствует стремлению электрического тока к максимальным значениям.

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Специалисты по ремонту различают 4 вида неисправностей.

Среди них такие:

1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

Диод — важный элемент конструкции, который обеспечивает исправную и бесперебойную работу устройства. При правильном выборе этого элемента и обеспечении оптимальных условий работы можно избежать каких-либо неисправностей.

Введение в диоды — что это и как работает

Если вы знакомы с конденсаторами и резисторами, то знаете, что диод — это, по сути, простейший полупроводник, который может выполнять множество функций, поэтому они также бывают разных форм. Сегодня мы рассмотрим все, что вам нужно знать о диодах.

Однако, прежде чем мы перейдем непосредственно к нашей основной теме дня, давайте рассмотрим основные концепции, которые вы должны знать, которые помогут вам лучше понять диоды:

• Напряжение : Разница в электрическом потенциале между двумя точками.
• Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, который реализует электрическое сопротивление как элемент схемы.
• Конденсатор : пассивный компонент, накапливающий электрическую энергию в электрическом поле.
• Транзистор : полупроводниковое устройство с тремя выводами для усиления или переключения электронных сигналов и электрических целей.

Если вам нужна дополнительная информация об этих концепциях, обязательно загляните в эти блоги, чтобы узнать:

---

С учетом сказанного, давайте посмотрим, что будет освещено в этом блоге:

• Обзор диодов
• Варианты диодов
• Символы и расчеты диодов
• Применение диодов
• Проекты диодов

---

Обзор диодов

Что такое диод?

Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, который позволяет току течь только в одном направлении.Он в основном имеет незначительное сопротивление на одном конце и высокое сопротивление на другом, чтобы предотвратить протекание тока в обоих направлениях. Таким образом, диод подобен вентилю в электрической цепи.

Конструкция диода

На самом деле существует много типов диодов, но здесь мы будем говорить о конструкции основного полупроводникового диода.

Как мы уже упоминали, диод — это полупроводник, поэтому он сделан либо из кремния, либо из герани. На изображении выше вы также можете видеть, что диод имеет два вывода: анод и катод, P-переход и N-переход.В то время как область обеднения предназначена для прохождения электронов.

Как работает диод?

Принцип работы диода зависит от взаимодействия между P- и N-переходами. В нормальном сценарии P имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов, в то время как N имеет более низкую концентрацию дырок и более высокую концентрацию свободных электронов, электроны будут двигаться в направлении P и позволить току течь только через P. .

Приведенное выше объяснение применимо только к тому, что обычно происходит, теперь давайте рассмотрим некоторые из особых сценариев:

Диод с прямым смещением

Это может произойти, когда положительный вывод источника подключен к P-переходу, а отрицательный вывод источника подключен к N-переходу диода при медленном увеличении напряжения от нуля.

Из-за потенциального барьера вначале не будет протекать ток. Однако, если внешнее напряжение, приложенное к диоду, больше, чем прямой потенциальный барьер, диод будет действовать как короткозамкнутый путь, в то время как ток будет ограничиваться только внешними резисторами.

Диод с обратным смещением

Это может произойти, когда источник напряжения подключен к отрицательной клемме P-перехода, а источник напряжения подключен к положительной клемме N-перехода.

Как вы уже могли заметить, это имеет противоположный эффект, чем диод с прямым смещением. Из-за электростатического притяжения дырки в P-переходе будут смещаться дальше от обедненной области, оставляя больше открытых отрицательных ионов в этой области. Когда это происходит, ток будет заблокирован, что не позволит току течь через цепь.

Несмещенный диод

Когда P- и N-переходы соприкасаются друг с другом, отверстия начнут диффундировать от P-перехода к N-переходу и наоборот.Это связано с разницей в концентрации дырок, как упоминалось ранее. В конце концов, электроны будут рекомбинированы в области обеднения, и диффузия зарядов больше не будет.

---

Варианты диода

Как известно, вариантов диодов на рынке очень много. Но сегодня мы будем говорить только о трех общих типах, чтобы облегчить понимание.

Стабилитрон

Стабилитроны

— это специальные сильно легированные полупроводниковые диоды, которые позволяют току течь в противоположном направлении при достаточном напряжении, в отличие от обычных диодов.Он специально разработан для неразрушающего пробоя напряжения. Из-за сильно легированного полупроводникового материала он позволяет сделать обедненную область очень тонкой для увеличения напряженности электрического поля.

Строительство:

Выпрямительный диод

Выпрямительные диоды

— это двухпроводные полупроводники, которые, как и другие диоды, пропускают ток только в одном направлении. Они сделаны из кремния и могут преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC), что называется выпрямлением.

Популярные выпрямительные диоды:

96 100V95

Диод	Максимальный ток	Максимальный обратный ток
1N4001	1A	50V
1N4002	1A					1000V
1N5401	3A	100V
1N5408	3A	1000v

Ссылка: Electronicsclub, где 1N4001 является наиболее подходящим для использования с низким напряжением.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки — это металлические полупроводниковые диоды, также известные как диоды с барьером Шоттки (SBD). Хотя они выглядят довольно похоже на выпрямительные диоды, но SBC обычно больше и в них не используется полупроводниковый переход P-N.

Строительство:

Другие варианты диодов:

• Сигнальные диоды
• Лазерные диоды
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Тестовые диоды

---

Обозначения и расчеты диодов

Узнав немного больше о вариантах диода и его справочной информации, давайте посмотрим на символы и расчеты.

Условное обозначение базовой схемы

Вот как будет выглядеть типичное схематическое обозначение диода с P-N переходом и представлено в принципиальной схеме, а вот схематические обозначения других диодов для справки:

Уравнение тока диода

Уравнение тока Didoe показывает взаимосвязь между током, протекающим через диод, в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Где,

• I = ток, протекающий через диод
• I ₀ = ток темнового насыщения (относится к плотности тока утечки, протекающего через диод в отсутствие света)
• q = заряд электрона
• V = приложенное напряжение через диод
• η = экспоненциальный в идеале множитель (рассматривается как 1, если его гераневые диоды, 2, если кремниевые диоды)
• T = абсолютная температура (в Кельвинах)
• Постоянная Больцмана:

Если это условие прямого смещения , уравнение тока диода будет:

Если это перевернутое состояние , уравнение тока диода будет:

---

Применение диодов

Выпрямительные схемы

Как мы уже упоминали в разделе выпрямительных диодов, наиболее распространенным использованием диодов является выпрямление переменного тока в постоянный и построение выпрямительных цепей.Они используются в полуволновых и полноволновых выпрямителях. В типичных приложениях преобразования мощности используются один или комбинация из четырех диодов.

Защита от обратного тока

В случае, если пользователь изменил полярность питания постоянного тока или неправильно подключил батарею, когда через цепь протекает большой ток, можно последовательно подключить защитный диод, чтобы предотвратить проблему обратного подключения.

---

Проекты диодов

Пройдя всю теоретическую часть диодов, мы можем теперь наконец перейти к некоторым интересным проектам, которые вы можете делать с диодами!

Сделайте солнечную панель, используя диоды!

Ссылка: Instructables

Заинтересованы в создании собственной солнечной панели? Этот проект показывает вам, как вы можете построить его, используя диод 1N4148, который проводит ток, когда индуцируется светом! Хотя это всего лишь прототип для экспериментов, вы можете приступить к его доработке и использовать свои солнечные батареи на самом деле!

Что вам понадобится :

• Много кремниевого диода
• Макетная плата
• Вольтметр
• Провода
• Фонарик или свет для проверки

Идите и нажмите здесь, если зеленая энергия вас вдохновляет!

Лазерная ручка для выжигания по дереву

Вы хотите поэкспериментировать с чем-то немного опасным? Вы сможете построить свою лазерную ручку для выжигания по дереву, используя только лазерный диод высокой мощности и механический карандаш! Не забывайте надевать защиту для глаз во время экспериментов!

Что вам понадобится :

• Мощный волоконный лазерный диод
• Механический карандаш.
• Радиатор и немного термической смазки
• 2 батарейки AA или D или «чистый» блок питания
• Лазерная защита глаз (очень важно!)

Похоже, вам нравится? Посмотрите этот проект здесь!

---

Сводка

И все на диодах! Вы узнали что-то новое о диодах? Мы надеемся, что с этими знаниями вы сможете экспериментировать и использовать диоды в своих будущих проектах!

Продолжить чтение

Как работают диоды: вводное руководство

В этой статье рассматриваются основы работы диодов.

Диод — это самый простой полупроводниковый прибор. Он имеет два вывода и действует как односторонний затвор для электрического тока. Диоды имеют множество применений, о некоторых из которых мы поговорим позже.

Мы начнем наше руководство по работе диодов с очень быстрого обзора основ физики полупроводников. Это послужит основой, на которой работают все диоды.

Полупроводники не являются хорошими проводниками или изоляторами. Однако их сопротивление можно контролировать с помощью процесса, называемого легированием, для увеличения или уменьшения сопротивления.Вот почему полупроводники так полезны.

Чистый полупроводник необходимо модифицировать легированием для придания ему желаемых качеств. Легирование добавляет в материал примесные атомы.

В электронике есть два основных типа полупроводниковых материалов: n-тип и p-тип.

Легирование кремния (или германия) будет определять, является ли материал материалом n-типа или p-типа.

Материал N-типа и P-типа

Для производства полупроводникового материала n-типа производитель добавляет различные количества мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов.

Пятивалентность означает, что есть пять электронов в самой внешней оболочке (валентной оболочке) атома. Когда пятивалентное вещество добавляется к чистому кремнию, четыре из пяти электронов будут связаны с атомами кремния, а пятый будет свободным электроном. Рисунок ниже иллюстрирует это.

Рис. 1: Атом мышьяка находится посередине. Обратите внимание на дополнительный электрон.

Пятый электрон на картинке выше не является частью ковалентных связей (как четыре других) и требует небольшого количества энергии, чтобы освободиться.

Для производства полупроводникового материала p-типа производитель добавляет различные количества алюминия, галлия, бора, индия и других веществ.

Сценарий аналогичен изображенному на картинке, только вместо лишнего электрона у нас появилась дополнительная дырка.

Отверстия подобны положительным зарядам. Другой способ думать о дыре — это отсутствие электрона. Глядя на диаграмму выше, представьте, что атом As теперь является атомом Al. Все электроны в валансной оболочке атома Al будут участвовать и связываться с атомами кремния.Но поскольку все Al (и другие материалы) являются трехвалентными атомами, на месте четвертого электрона будет пустое пространство или «дыра».

Дырки движутся в направлении, противоположном направлению электронов. Это потому, что каждый раз, когда электрон движется в дыру, он создает за собой еще одну опору.

Как работают диоды: область истощения

Материалы N-типа и p-типа сами по себе мало пригодны.

Вместе они образуют соединение P-N.

Важно отметить, что производитель не создает отдельные материалы p-типа и n-типа, а затем склеивает их вместе. Скорее, каждая половина кремния была бы легирована соответствующим образом.

Область по обе стороны от диодного перехода — это обедненная область (также известная как область пространственного заряда). Эта область обеднена свободными электронами и дырками.

Это происходит, когда два материала встречаются. Электроны со стороны n-типа устремляются, чтобы заполнить пустые дыры со стороны p-типа.Это действие «раскрывает» положительные заряды в n-области, потому что дырки остаются, когда электроны мигрируют на другую сторону.

Точно так же дыры «перемещаются» со стороны p на материал n-типа и обнажают отрицательные заряды. См. Рисунок ниже.

Рисунок 2: сначала мы видим соединение P-N. Затем мы видим дырки и электроны, диффундирующие на другую сторону. Наконец, устанавливается область истощения.

Хотя весь диод электрически нейтрален, заряды в области истощения создают барьерный потенциал.Для кремния это около 0,7 В (при комнатной температуре), а для германия — около 0,3 В. Этот барьерный потенциал также известен как «диодное падение», и именно поэтому на кремниевом диоде возникает падение 0,7 В в возбужденном состоянии. схема.

Как работают диоды: вы пристрастны?

Из-за барьерного потенциала для обеспечения проводимости необходимо напряжение определенной амплитуды и полярности (0,7 В для кремния). Эти напряжения представляют собой напряжения смещения. Напряжения смещения контролируют ширину обедненной области.Это контролирует сопротивление P-N перехода и количество тока, который может проходить через диод.

Диоды могут работать в режиме прямого или обратного смещения. Прямое смещение диода позволяет току течь, а обратное смещение диода блокирует протекание тока. Давайте обсудим это немного подробнее.

Все вышесказанное описывает теорию работы диодов. Но есть вероятность, что вы не будете изготавливать свой собственный материал P-N или диоды на своем стенде.

Станьте Создателем, которым вы были рождены.Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

Ниже схематический символ типичного диода.

Рисунок 3: Схематическое изображение диода.

Анод — это положительная сторона (материал p-типа), а катод — отрицательная сторона (материал n-типа). Легкий способ запомнить это — это то, что линия на катодной стороне напоминает отрицательный знак, перевернутый на своем конце.

Когда источник напряжения подключается к диоду с отрицательным концом источника на катоде и положительным концом на аноде, диод смещается в прямом направлении.Другими словами, если сделать катод более отрицательным по отношению к аноду, диод будет смещен в прямом направлении.

Ранее вы могли прийти к выводу, что диод работает как переключатель.

Это правда.

Когда вы смещаете диод в прямом направлении, «переключатель» замыкается и через него течет ток, если приложенного потенциала достаточно для преодоления барьерного потенциала, установленного в области истощения.

Это иллюстрирует простая диаграмма ниже.

Рисунок 4: Прямое смещение диода.Резистор ограничивает ток до безопасного значения.

Если мы хотим узнать ток, протекающий через диод, мы можем использовать формулу

I = (V _{источник} — V _диод ) / R

В этом случае диод кремниевый, поэтому мы получаем

(10 — 0,7) / 1k = 9,3 мА

Принцип работы диодов: обратное смещение

Когда мы смещаем диод в обратном направлении, мы делаем катод более положительным по отношению к аноду. Это похоже на поворот источника 10 В, показанного на рисунке 4, на 180 градусов.Положительный конец источника теперь будет на катоде, а отрицательный конец на аноде.

Это увеличит ширину области истощения. Это происходит потому, что свободные электроны в n-области притягиваются к положительному выводу источника, оставляя дырки (положительные заряды). Кроме того, электроны с отрицательного вывода источника притягиваются к дыркам в p-области. Они заполняют дыры в этой области около перехода, создавая отрицательные ионы.

Обратите внимание, что очень небольшой ток, известный как ток утечки, все еще течет после обратного смещения диода, но, поскольку он составляет порядка наноампер или меньше, им можно пренебречь.

Если у вас не получается это представить, вам может помочь изображение ниже.

Рисунок 5: Принцип работы диода при обратном смещении.

Расширение области истощения будет продолжаться до тех пор, пока потенциал барьера не совпадет с потенциалом источника напряжения, как показано на рисунке.

См. Рисунок ниже для дальнейшего обсуждения.

Рисунок 6: Вольт-амперная характеристика диода.

В верхнем правом квадранте графика показан диод в прямом смещении (как показано на простой схеме на вставке), а в нижнем левом квадранте — в обратном смещении.

Обратите внимание на точку на оси x (положительное направление), где сила тока внезапно возрастает. Для кремниевых диодов это около 0,7 В. Это также напоминает форму человеческого колена и поэтому известно как напряжение в колене. Коленное напряжение — это просто еще одно название внутреннего барьерного потенциала диода. Вот почему мы видим огромный скачок тока, когда напряжение достигает 0,7 В. Конечно, данный диод может принимать только такой большой ток, поэтому он сгорит, если ток слишком сильно возрастет, как мы можем видеть на графике.

Глядя на обратные характеристики диода в нижнем левом квадранте графика, мы можем видеть, что диоды выполняют свою работу и ограничивают ток почти до нуля, пока мы не достигнем 50 В.

Эта точка также напоминает колено.

Точка на шкале обратного напряжения, при которой диод выходит из строя и становится проводящим, называется напряжением пробоя. Это напряжение, которое варьируется в зависимости от типа диода, также известно как пиковое обратное напряжение (PIV). Как и в прямом случае, если ток будет продолжать расти, диод в конечном итоге перегорит.

Обратите внимание, что кривая в целом нелинейна. Мы предполагаем, что барьерный потенциал для кремниевых диодов составляет 0,7 В, но точное значение требует учета нелинейности диода (и температуры окружающей среды) и использует экспоненты и более сложную математику.

Я не буду утомлять вас точными уравнениями, но при их использовании вы обнаружите, что значение достаточно близко к 0,7 В. Модель постоянного падения напряжения (предполагая 0,7 В для кремния) подходит для большинства приложений. Кроме того, использование модели постоянного падения позволяет быстро анализировать схемы, в которых используются диоды.Если бы вы использовали экспоненциальную модель, вы бы захотели использовать программу SPICE.

Существует несколько других моделей, таких как кусочно-линейная модель, которая пытается линеаризовать части кривой, идеальная модель, не предполагающая барьерного потенциала, и модель малого сигнала, которая полезна для определения сигнальной составляющей напряжения диода.

Возможно, мы поговорим об этих моделях подробнее в одном из следующих постов. А пока знайте, что вы обычно будете использовать модель постоянного падения.

Одно из наиболее распространенных применений диодов — преобразование переменного тока в постоянный.В блоке питания на вашем стенде, вероятно, используется мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов.

Диоды также находят применение в схемах ограничения (также известных как ограничители), которые ограничивают части формы сигнала, и ограничители, которые добавляют составляющую постоянного тока к форме сигнала. Зажимы также известны как восстановители постоянного тока.

Умножение напряжения — еще одно распространенное использование диодов (подумайте о электрошокере).

Диод особого типа, известный как стабилитрон, работает в области обратного пробоя, где он может служить простым стабилизатором напряжения.Стабилизатор напряжения обеспечивает определенное выходное напряжение независимо от нагрузки.

Диоды также являются хорошими подавителями переходных процессов. При работе с реле обычно рекомендуется подключить диод к катушке, чтобы поглотить переходные процессы, возникающие при схлопывании магнитного поля катушки.

Есть и другие применения диодов, к некоторым из которых мы вернемся более подробно в будущем.

Как работают диоды: это оболочка

Диоды — это самые простые полупроводниковые устройства с множеством применений.

Существует также множество различных типов диодов, с которыми вы, вероятно, столкнетесь или, по крайней мере, услышите о них.

Некоторые из них включают стабилитрон, Шоттки, PIN-диоды, туннельные диоды, варакторы, светодиоды, лазерные диоды и многое другое.

Какие умные применения вы нашли диодам? Прокомментируйте и расскажите нам!

Станьте Создателем, которым вы были рождены. Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

Ссылки:

1. Cook, Nigel P.Вводная электроника постоянного и переменного тока, 4-е изд. Prentice Hall, 1999. Печать.
2. Седра, Адель С. и Смит, Кеннет К. Микроэлектронные схемы, 5-е изд. Oxford University Press, 2004. Печать.

Как работают диоды и используются для | Тех

Дата: 2021-11-10

Как работают диоды

Диод — это электронный компонент, который направляет электрический ток в одном направлении. Их называют «активными компонентами», так же, как транзисторы и ИС.Это основной компонент из полупроводников. Он может регулировать поток электричества, поддерживать постоянное напряжение и обнаруживать волны.

Во-первых, давайте рассмотрим свойства «полупроводника», используемого в диодах. «Может ли этот материал проводить электричество?» Он подразделяется на «проводник», «полупроводник» и «изолятор» на основе вопроса. «Полупроводник» — это материал со свойствами между проводником, который хорошо проводит электричество, и изолятором, который этого не делает.

В общем, металлы хорошо проводят электричество, потому что электроны каждого атома становятся свободными электронами, когда металлические элементы связываются друг с другом.Когда прикладывается напряжение, свободные электроны в металлическом кристалле перемещаются и несут электрический заряд, по которому течет электричество.

Полупроводники могут вести себя как проводники или изоляторы в зависимости от состояния протекающего через них электричества. В полупроводниках не так много свободных электронов, как в металлах. Когда подается напряжение, электроны по очереди движутся, чтобы заполнить недостающие дыры, или они переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем металлические связи.

Полупроводники делятся на полупроводники P-типа и полупроводники N-типа в зависимости от различий в механизме потока электричества; Полупроводники P-типа — это те, в которых электроны первых движутся последовательно, чтобы заполнить недостающие дырки.Четырехвалентный элемент, такой как кремний, смешанный с трехвалентной добавкой, такой как бор или бор, становится полупроводником P-типа. Поскольку в нем отсутствует один электрон, он считается заряженным положительно.

Полупроводники N-типа — это те, которые переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем последние металлические связи. Четырехвалентный элемент, такой как кремний, смешанный с одновалентной добавкой, такой как фосфор, становится полупроводником N-типа. Поскольку у него есть один дополнительный электрон, он считается отрицательно заряженным.

В PN-диоде электрод, подключенный к полупроводнику P-типа, называется анодом (A), а электрод, подключенный к полупроводнику N-типа, называется катодом (K). (Рисунок 1)

Когда «-» подключен к анодной стороне, а «+» подключен к катодной стороне PN-диода, электричество в полупроводнике притягивается к стороне электрода, и на PN-переходе генерируется пустая зона электричества. . В результате нет электричества. (Рисунок 2)

И наоборот, если «+» подключен к анодной стороне, а «-» — к катодной стороне, «+» и «-» электричество в полупроводнике будут склеиваться в P- и N-переходах и нейтрализовать друг друга, но следующее электричество будет отправлено от электрода, поэтому электричество будет течь.(Рисунок 3)

Таким образом, диоды обладают свойством проводить электричество только в фиксированном направлении. Светодиоды, которые мы часто видим в повседневной жизни, спроектированы так, чтобы излучать свет, когда электричество проходит через PN-переход. Диоды также используются в различных местах, где мы их не видим, поддерживая нашу повседневную жизнь.

Роль диодов

Диоды выполняют следующие четыре основных роли.

(1) Исправление

Направление тока всегда меняется из-за переменного тока в обычных источниках питания.Диоды имеют свойство пропускать электричество только в определенном направлении, поэтому из переменного тока можно извлечь только прямой ток. Это называется выпрямляющим действием диода.

(2) Обнаружение радиоволн

Диоды играют роль в извлечении аудиосигналов из радиоволн. Это называется обнаружением волн. Радиоволны создаются путем объединения высокочастотных сигналов, используемых для связи, с низкочастотными сигналами, такими как голос.

(3) Контроль напряжения

Обычно диоды пропускают ток только в определенном направлении, но когда напряжение в противоположном направлении превышает определенное значение, напряжение начинает течь.Однако, когда напряжение в обратном направлении превышает определенное значение, напряжение начинает течь, и даже если ток увеличивается, напряжение не изменяется. Это называется явлением пробоя, а напряжение, при котором происходит явление пробоя, называется «напряжением пробоя» или «напряжением стабилитрона».
Явление текучести используется при контроле напряжения диодов, а используемые таким образом диоды называются стабилитронами.

(4) Преобразование тока

Когда свет попадает на PN-переход, электроны на стороне N рядом с переходом перемещаются.В результате электричество будет продолжать течь, пока светит свет. Это то, из чего сделан солнечный элемент.
Когда внешнее напряжение не подается, он действует как батарея, но при подаче напряжения действует как диод. Некоторые диоды реагируют на видимый свет, тогда как те, которые реагируют на невидимый свет, используются в таких приложениях, как светоприемная часть инфракрасных пультов дистанционного управления.

Типы диодов

Существуют различные типы диодов. Ниже приводится список некоторых из наиболее распространенных типов.

Кремниевые диоды

Самый распространенный тип PN диода. Чаще всего относится к выпрямительным диодам.

Германиевые диоды

Как и кремниевые диоды, это диоды, которые объединяют PN. Они часто используются для обнаружения волн из-за их низкого прямого падающего напряжения, особенно в области, где протекающий ток составляет всего 0,1 мА. Однако из-за высокой стоимости германия в настоящее время широко используются диоды с барьером Шоттки.

Диод Шоттки

Это диод, сделанный путем соединения металла и полупроводника. Эти диоды имеют превосходные характеристики переключения по сравнению с кремниевыми диодами и поэтому используются в высокоскоростных схемах.

Диод переключения

Диод, используемый для размыкания и замыкания силовой цепи, например выключателя. Он включается, когда напряжение подается в направлении потока мощности, и выключается, когда напряжение подается в направлении, где мощность не течет.

Диод Эсаки

Диод, использующий туннельный эффект, открытый лауреатом Нобелевской премии Леона Эсаки. Эффект туннелирования — это свойство диодов с PN-переходом с высокой концентрацией примесей, которое позволяет току течь, даже если этого не должно происходить из-за квантово-механических эффектов. Из-за чрезвычайно быстрого времени отклика они используются для генерации микроволн.

Светодиод (LED)

Диод, в котором переход излучает свет, когда ток течет через PN переход.Когда электричество проходит через полупроводник, дырки и электроны в полупроводнике P-типа объединяются, и энергия излучается в виде света. Иногда его используют и как силовую лампу, и как выпрямитель.

Стабилитрон

Диод, используемый для подачи напряжения в направлении, противоположном тому, в котором обычно течет ток. Он используется для получения постоянного напряжения, а также для защиты схемы от перенапряжения.

Соответствующие технические знания

Базовые знания диода — apogeeweb

Добро пожаловать в диоды!

Основы диодов

Что такое диод и его характеристики?

Диод — это электронный компонент с двумя выводами, который проводит ток в основном в одном направлении (при условии, что он работает в пределах заданного уровня напряжения).Другими словами, диод по сути похож на вентиль в электрической цепи.

Все они обладают уникальными характеристиками, которые определяют их фактическую работу, такими как соотношение тока и напряжения (включая прямое смещение, обратное смещение и пробой), прямое напряжение, напряжение пробоя и т. Д.

Идеальный диод будет иметь нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Хотя в реальном мире диод не может добиться нулевого или бесконечного сопротивления.Вместо этого диод будет иметь незначительное сопротивление в одном направлении (для обеспечения протекания тока) и очень высокое сопротивление в обратном направлении (для предотвращения протекания тока). Узнайте больше о диоде, проверив эту страницу дальше.

Типы диодов

Какие бывают типы диодов?

Существует множество различных типов диодов, и полупроводниковые диоды являются наиболее распространенным типом диодов. Чаще всего используются обычные диоды (такие как стандартных сигнальных диодов ), силовые диоды, светодиодов (светодиоды), диодов Шоттки , стабилитронов , фотодиоды и так далее.

Диоды в основном делятся на две категории:

Диоды для вакуумных трубок
↪️Первая электронная лампа, называемая вакуумным диодом. Его еще называют клапаном Флеминга или термоэлектронной трубкой. Вакуумный диод — это электронное устройство, которое пропускает электрический ток в одном направлении (от катода к аноду) и блокирует электрический ток в другом направлении (от анода к катоду).

Полупроводниковые диоды
↪️ Полупроводниковый диод — это диод, сделанный из полупроводникового материала, чаще всего кремния.Это своего рода дверь, через которую проходит электричество, но она открывается только в одну сторону.

Применение диодов

Для чего нужны диоды?

Диоды имеют широкий спектр применения. Например, диод всегда действует как односторонний переключатель тока, что позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Обычно почти в каждой цепи можно найти диод того или иного типа. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения.Это достигается за счет встроенного электрического поля.

Области применения диодов: системы связи в качестве ограничителей, ограничителей, затворов; компьютерные системы как логические вентили, фиксаторы; системы электроснабжения в виде выпрямителей и инверторов; телевизионные системы в качестве фазовых детекторов, ограничителей, фиксаторов; схемы радара, такие как схемы регулировки усиления, усилители параметров и т. д.

↪️Диоды используются в зажимных цепях для восстановления постоянного тока.
↪️Диоды используются в схемах ограничения для формирования сигналов.
↪️Диоды используются в умножителях напряжения.
↪️Диоды используются в качестве переключателей в цифровых логических схемах, используемых в компьютерах.

Схема диода

Как диод работает в цепи?

Наиболее распространенным видом диодов в современной схемотехнике является полупроводниковый диод. Процесс проектирования схемы может охватывать системы, начиная от сложных электронных систем и заканчивая отдельными диодами внутри интегральной схемы.Проверьте здесь, чтобы узнать больше об использовании диодов в схемах.

В электронной схеме, в идеале, диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет в прямом направлении. К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее. Сохраните важные характеристики диода в цепи, вольт-амперных (V-I) характеристик , прямое падение напряжения…. обратное падение напряжения, которое приведет к обратному течению тока и в большинстве случаев разрушит диод.

Как работает диод — что происходит внутри диода при контакте с источником питания

Диод представляет собой материальный полупроводниковый прибор p-типа и n-типа. Это позволяет пропускать ток только в одном направлении (называемом прямым направлением диода), блокируя ток в противоположном направлении (называемом обратным направлением).В настоящее время в разработке электроники используется множество типов диодов, таких как диоды Шоттки, светодиоды (светоизлучающие диоды), стабилитроны, фотодиоды, туннельные диоды и многие другие типы.

Рабочий Для работы диодов требуется небольшое напряжение, для кремниевых диодов потребуется 0,6 В для обеспечения проводимости и 0,3 В для германиевых диодов.



Когда отрицательный полюс батареи подключается к диоду N-типа (катод), а положительный — к P-типу (анод), отображается сообщение «Прямое смещение» .В этом состоянии зона истощения сжимается, и дырки текут в сторону p-типа, а электроны текут в сторону n-типа, это средний ток.
Однако, если мы подключим батарею в обратном направлении, будет написано «Обратное смещение» . В результате зона истощения становится шире, это истощение регион действует как изолятор предотвращающий ток от текущего Через диод собираются все электроны на конце p-типа и дырки на конце n-типа. В этом состоянии в цепи не течет ток, потому что электроны и дырки движутся в неправильном направлении.

Таким образом, мы можем сказать, что диод работает как обратный клапан, который позволяет воде течь только в одном направлении.






Когда давление воды слева преодолевает восстанавливающую силу пружины, заслонка открывается. открыта, и вода может течь. При давлении воды справа налево заслонка прижимается к твердому упору. и вода не может течь. Сила возврата пружины аналогична 0,6 В, необходимой для прямого смещения кремниевого диода.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ УКАЗАТЕЛЬ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье описаны мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается структурная схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в одном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Светодиод

＜ Что такое светодиоды и как они работают? ＞ | Основы электроники

Что такое светодиоды?

Светодиоды

— это полупроводники, называемые «светоизлучающими диодами».Белые светодиоды, которые получили практическую реализацию благодаря использованию синих светодиодов высокой яркости, разработанных в 1993 году на основе нитрида галлия, привлекают повышенное внимание как 4-й тип источника света.

Как светодиоды излучают свет?

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) представляют собой полупроводниковые источники света, которые объединяют полупроводник P-типа (большая концентрация дырок) с полупроводником N-типа (большая концентрация электронов). Приложение достаточного прямого напряжения заставит электроны и дырки рекомбинировать в P-N переходе, высвобождая энергию в виде света.

По сравнению с традиционными источниками света, которые сначала преобразуют электрическую энергию в тепло, а затем в свет, светодиоды (Light Emitting Diodes) преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет, обеспечивая эффективное производство света с небольшими потерями электроэнергии.

Типы светодиодов

Доступны светодиоды двух типов: ламповые (с выводами) и микросхемы (для поверхностного монтажа). Пользователи могут выбрать идеальный тип, исходя из установленных требований.

Длина волны и цвет

Цвет светодиода (длина волны излучения) будет меняться в зависимости от используемых материалов.Это позволяет настроить цвет в соответствии с определенными спецификациями длины волны, необходимыми для приложений, которые используют традиционные лампы в качестве источников света (для которых существуют стандарты), таких как светофоры и автомобильные лампы.

Для обозначения цвета используются две спецификации длины волны: λP (пиковая длина волны) и λD (доминирующая длина волны), при этом λD соответствует цвету, фактически наблюдаемому человеческим глазом.

Как создается белый свет?

Есть несколько методов получения белого света с помощью светодиодов.Ниже приведены 2 типичных метода эмиссии.

Синий светодиод ＋ Желтый люминофор

Комбинация синего светодиода с желтым люминофором, который является дополнительным цветом, дает белый свет. Этот метод проще других решений и обеспечивает высокую эффективность, что делает его наиболее популярным выбором на рынке.

Красный светодиод ＋ Зеленый светодиод ＋ Синий светодиод

Сочетание трех основных цветов приведет к белому свету. Обычно этот метод используется не для освещения, а для полноцветных светодиодных устройств.

Светоизлучающий диод
LED К странице продукта

Линейка светоизлучающих диодов

ROHM включает в себя светоизлучающие диоды с боковым излучением, с задним креплением и тип лампы в дополнение к стандартным типам SMD.