Диод обозначение выводов: Урок 2.4 — Диоды и светодиоды

Содержание

Урок 2.4 - Диоды и светодиоды

Диод

Диод – это электронный компонент, обладающий односторонней проводимостью.
Идеальный диод является проводником в одном направлении и изолятором - в другом направлении.

Основные характеристики диода

Максимально допустимый прямой ток и максимально допустимое напряжение – это такие значения тока и напряжения, которые диод может выдержать в течение длительного времени. Если превысить ток и/или напряжение, приложенные к диоду, он может выйти из строя.

В наборы Мастер Кит входят два типа диодов:
- диод малой мощности 1N4148. Максимально допустимый ток через этот диод составляет 0,15А, напряжение – до 75В
- диод средней мощности типа 1N4001…1N4007. Максимально допустимый ток через этот диод составляет 1А, напряжение (в зависимости от последней цифры) – от 50 до 1000В.


Взаимозаменяемость диодов

Если под рукой нет нужного диода, его можно заменить аналогичным. Конечно, нужно следить за тем, чтобы предельно допустимые ток и напряжения нового диода были выше таковых параметров схемы. Кроме того, новый диод должен иметь такой же или похожий тип корпуса (иначе диод может физически не поместиться на печатную плату).

Например, в схеме рекомендуется установить диод типа 1N4005. Его параметры: максимально допустимый ток – 1А, максимально допустимое обратное напряжение – 600В. Допустим, у вас нет диода 1N4005, но есть диод 1N4001 в таком же типе корпуса с параметрами, соответственно, 1А/50В. Но если в вашей схеме рабочие напряжения не превышают 12В, вы смело можете произвести замену рекомендованного диода 1N4005 на 1N4001.
Такая же ситуация бывает и на складе Мастер Кит, когда мы производим замену временно отсутствующего компонента на аналогичный.

 

Установка диода на печатную плату

Диод имеет полярность, то есть должен устанавливаться на печатную плату строго в определённом положении. Если установить диод неправильно, он не только не заработает, но и может выйти из строя.

На диоде обязательно имеется маркировка полярности. В диодах, входящих в набор Мастер Кит, полосой на корпусе маркируется вывод катода.


На печатной плате также имеется маркировка полярности диода – полоса. При установке диода на плату нужно совмещать «ключи»: полосу на компоненте и на печатной плате.

 

Светодиоды

 
Светодиод – это разновидность обычного диода, но этот диод обладает важным свойством: он излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. В зависимости от типа, светодиоды могут иметь разную яркость и цвет свечения: красный, зелёный, синий, жёлтый. Существуют светодиоды невидимого спектра излучения: инфракрасные (широко применяемые в системах дистанционного управления), ультрафиолетовые.

Как и обычный диод, светодиод корректно работает (излучает свет) только при условии правильной полярности приложенного к нему напряжения. Поэтому очень важно при установке светодиода на плату соблюдать «ключи».

У светодиодов, входящих в наборы Мастер Кит, вывод анода (он же «+») – длиннее.

На печатной плате также имеется маркировка полярности.

 

 

Скачать урок в формате PDF

Назначение диода, анод диода, катод диода, как проверить диод мультиметром


Назначение диода - проводить электрический ток только в одном направлении. Когда-то давно применялись ламповые диоды. Но сейчас используются в основном полупроводниковые диоды. В отличие от ламповых они значительно меньше по размеру, не требуют цепей накала и их очень просто соединять различным образом.


Условное обозначение
диода на схеме

На рисунке показано условное обозначение диода на схеме. Буквами А и К соответственно обозначены анод диода и катод диода. Анод диода - это вывод, который подключается к положительному выводу источника питания, непосредственно или через элементы схемы. Катод диода - это вывод из которого выходит ток положительного потенциала и далее через элементы схемы попадает на отрицательный электрод источника тока. Т.е. ток через диод идёт от анода к катоду. А в обратном направлении диод ток не пропускает. Если каким-то из своих выводов диод подключается к источнику переменного напряжения, то на другом его выводе получается постоянное напряжение с полярностью, зависящей от того, как диод подключен. Если он подключен анодом к переменному напряжению, то с катода мы получим положительное напряжение. Если он подключен катодом, то с анода будет получено соответственно отрицательное напряжение.

Как проверить диод мультиметром


Выводы диода

Как проверить диод мультиметром или тестером - такой вопрос встаёт тогда, когда есть подозрение, что диод неисправен. Но, ответ на этот вопрос даёт ещё один ответ, где у диода анод, а где катод. Т.е. если мы изначально не знаем цоколёвку диода, то просто ставим мультиметр или тестер на прозвонку диодов (или на измерение сопротивления) и по очереди прозваниваем диод в обоих направлениях. Если диод исправен, наш прибор будет показывать прохождение тока только в одном из вариантов. Если диод пропускает ток в обоих вариантах - диод пробит. Если он не пропускает ни в каком варианте, диод перегорел и также неисправен. В случае исправного диода, когда он проводит ток, смотрим на клеммы прибора, тот вывод диода, что подключен к положительному выводу тестера, является анодом диода, а тот, что к отрицательному - катодом диода. Проверка диодов очень похожа на проверку транзисторов.


Урок-7. ДИОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

ДИОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Продолжаем изучать полупроводниковые приборы, им хочется уделить более пристальное внимание, потому как их значимость в радиоэлектронике трудно переоценить. В этом уроке будет предложена несложная практическая работа для закрепления материала. Во всем остальном этот урок по значимости ни чем не отличается от предыдущих. Если вы заметили во всех уроках, я стараюсь выкладывать основные мысли по теме, чтобы не перегружать юных радиолюбителей непонятными математическими выкладками и т.д., за исключением подробных пояснений, если это необходимо. И так; как и в предыдущих уроках, что выделено красным курсивом, зазубриваем, - черным, - принимаем к сведению. Приступайте!

Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Здесь речь пойдет лишь о некоторых приборах, с которыми вам в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно представить, как две пластинки полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а другая - n типа. 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 потечет 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. Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя недостаток 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.

Рис. 1 Схематическое устройство и работа полупроводникового диода.

В этом случае сопротивление р - n перехода мало, вследствие чего через диод течет 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 на 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 закрываться 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 постоянный
. Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпp.) или пропускным, а напряжение обратной 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. 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 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 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 (ВАХ).
Такую характеристику вы видите 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 Uпp., влево - обратного напряжения. На такой вольт - амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь вольт - амперной характеристики, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр. диода в сотни раз больше тока Iобр. Так, например, уже при прямом напряжении Uпp. = 0,5 В ток Iпр. равен 50 мА (точка (а) на характеристике), при Uпp. = 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). Подсчитайте, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Рис. 2 Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода.
Рис. 3 Схематическое устройство (а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б).

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 видите, 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 вам 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 мм квадратных 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). Приборы заключены в цельнометаллические или стеклянные 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. Теперь познакомимся с принципом преобразования переменного тока в ток постоянный. Схему простейшего выпрямителя переменного тока вы видите на (рис. 4, а). На вход выпрямителя подается переменное напряжение электроосветительной сети. К выходу выпрямителя подключен резистор Rн, символизирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямительного элемента выполняет диод V. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке. 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 диода 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 форма выпрямленного 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 промежутках между импульсами, поэтому мерцания света будут едва заметными. 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 (Сф) большой емкости, 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 сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульсации пока еще очень ощутимы. В выпрямителе, с работой которого мы сейчас разбираемся, 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.

Рис. 4 Схемы однополупериодного выпрямителя.
Рис. 5 Двухполупериодный выпрямитель с трансформатором.

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. 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. Постарайтесь вникнуть и запомнить классическую схему диодного моста! 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 вам 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). Это диод серии Д9. Буква «Д» в его маркировке означает диод, а цифра 9 - порядковый заводской номер конструкции. Выпрямительным элементом диода служат тонкая и очень маленькая (площадью около 1 мм квадратных) пластина полупроводника германия или кремния типа n 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.

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

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 50мкм. 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. Основные параметры наиболее распространенных точечных и плоскостных полупроводниковых диодов можно найти здесь.

Стабилитрон и его применение

Стабилитрон это тоже диод, но предназначен он не для выпрямления переменного тока, хотя и может выполнять такую функцию, а для стабилизации, т.е. поддержания постоянства напряжения в цепях питания радиоэлектронной аппаратуры. Внешний вид одной из конструкций наиболее распространенных среди радиолюбителей стабилитронов и его графическое обозначение показаны на (рис. 8). По устройству и принципу работы кремниевые стабилитроны широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам. Но работает стабилитрон не на прямом участке вольт - амперной характеристики, как выпрямительные или высокочастотные диоды, а на обратной ветви вольт - амперной характеристики, где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение обратного тока через прибор. Разобраться в сущности действия стабилитрона вам поможет его вольт - амперная характеристика, показанная на (рис. 8, а). Здесь (как и на рис. 2) по горизонтальной оси отложены в некотором масштабе обратное напряжение Uобр., а по вертикальной оси вниз - обратный ток Iобр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности, т. е. включают так, чтобы его анод был соединен с отрицательным полюсом источника питания. При таком включении через стабилитрон течет обратный ток Iобр. По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет очень медленно - характеристика идет почти параллельно оси Uобр. Но при некотором напряжении Uобр. (на рис. 8, а - около 8 В) р - n переход стабилитрона пробивается и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт - амперная характеристика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси Iобр. Этот участок и является для стабилитрона рабочим. Пробой же р - n перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторого допустимого значения.

Рис. 8 Стабилитрон и его графическое обозначение на схемах.
Рис. 9 Вольт - амперная характеристика стабилитрона (а) и схема параметрического стабилизатора напряжения (б).

На (рис. 8 ,б) приведена схема возможного практического применения стабилитрона. Это так называемый параметрический стабилизатор напряжения. При таком включении через стабилизатор V течет обратный ток Iобр., создающийся источником питания, напряжение которого может изменяться в значительных пределах. Под действием этого напряжения ток Iобр., текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему нагрузке Rн остается практически неизменным - стабильным. Резистор R ограничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон. Со стабилизаторами напряжения вам неоднократно придется иметь дело на практике. Вот наиболее важные параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст., ток стабилизации Iст., минимальный ток стабилизации Icт.min и максимальный ток стабилизации Icт.max. Параметр Uст. - это то напряжение, которое создается между выводами стабилизатора в рабочем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до 180 В. Минимальный ток стабилизации Iст. min - это наименьший ток через прибор, при котором начинается устойчивая работа в режиме пробоя (на рис. 8, а - штриховая линия Iст.min), с уменьшением этого тока прибор перестает стабилизировать напряжение. Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max - это наибольший ток через прибор (не путайте с током, текущим в цепи, питающейся от стабилизатора напряжения), при котором температура его р - n перехода не превышает допустимой (на рис. 8, а - штриховая линия Icт.max) - Превышение тока Iст.max ведёт к тепловому пробою р - n перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.

Для лучшего понимания материала данного урока и чтобы лучше закрепить в памяти ваше представление о свойствах диодов, предлагаю провести такой опыт. В электрическую цепь, составленную из батареи 3336Л (в народе называю квадратной батареей) или кроны, лампочки накаливания, рассчитанной на напряжение 3,5 В или 6.3 В если это крона и ток накала 0,28 А, включите любой Диод из серии Д7, Д226, КД226, КД220, и др. так, чтобы анод диода был соединен непосредственно или через лампочку с положительным выводом батареи, а катод - с отрицательным выводом (рис. а). Лампочка должна гореть почти так же, как если бы диода небыло в цепи. Измените порядок включения электродов диода в цепь на обратный (рис. 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. 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 Uпp., 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.

 

Опыт с диодом.

 

Переходим к следующему уроку !

Что такое PIN-диод? - Определение, структура, работа и применение

Определение: Диод, в котором собственный слой с высоким сопротивлением зажат между P- и N-областями полупроводникового материала такого типа, известен как PIN-диод. Слой с высоким сопротивлением внутренней области обеспечивает большое электрическое поле между P- и N-областями. Электрическое поле возникает из-за движения дырок и электронов. Направление электрического поля - от n-области к p-области.

Высокое электрическое поле генерирует большие пары электронных дырок, благодаря которым диод обрабатывает даже слабые сигналы. PIN-диод - это тип фотодетектора, используемый для преобразования энергии света в электрическую.

Внутренний слой между областями P- и N-типа увеличивает расстояние между ними. Ширина области обратно пропорциональна их емкости. Если расстояние между областями P и N увеличивается, их емкость уменьшается.Эта характеристика диодов увеличивает время их отклика и делает диод пригодным для работы в микроволновом диапазоне.

Обозначение PIN диода

Символическое изображение PIN-диода показано на рисунке ниже. Анод и катод - это два вывода PIN-диода. Анод - это положительный вывод, а катод - их отрицательный вывод.

Структура диода PIN

Диод состоит из P-области и N-области, разделенных внутренним полупроводниковым материалом.В P-области дырка является основным носителем заряда, а в n-области электрон является основным носителем заряда. Внутренняя область не имеет свободного носителя заряда. Он действует как изолятор между n и p-областью. I-область имеет высокое сопротивление, которое препятствует прохождению потока электронов через нее.

Работа PIN диода

Работа PIN-диода аналогична работе обычного диода. Когда диод несмещен, их носитель заряда будет рассеиваться.Слово диффузия означает, что носители заряда обедненной области пытаются переместиться в свою область. Процесс диффузии продолжается до тех пор, пока заряды не станут равновесными в области истощения.

Пусть N и I-слой составляют область истощения. Диффузия дырки и электрона через область создает слой обеднения через область NI. Тонкий обедненный слой индуцирует через n-область, а толстый обедненный слой противоположной полярности индуцирует через I-область.

ПИН-диод с прямым смещением

Когда диод остается смещенным вперед, заряды непрерывно инжектируются в I-область из P- и N-областей. Это снижает прямое сопротивление диода, и он ведет себя как переменное сопротивление.

Носитель заряда, который входит из P- и N-области в i-область, не сразу объединяется во внутреннюю область. Конечное количество заряда, накопленного в собственной области, снижает их удельное сопротивление.

Считайте, что Q - это количество заряда, накопленного в области истощения.Τ - время, затраченное на рекомбинацию зарядов. Количество зарядов, хранящихся в собственной области, зависит от времени их рекомбинации. Прямой ток начинает течь в область I.

Где, I F - прямой ток
τ- время рекомбинации

Сопротивление (R s ) тока при прямом смещении обратно пропорционально заряду Q, накопленному в собственной области.

Где, w - ширина области
μ - подвижность электронов
μ 0 - подвижность дырок

Из уравнений (1) и (2) получаем

Вышеприведенное уравнение показывает, что сопротивление собственной области зависит от ширины области.

Обратно-смещенный PIN-диод

Когда на диод подается обратное напряжение, ширина обедненной области увеличивается. Толщина области увеличивается до тех пор, пока весь подвижный носитель заряда I-области не уносится от нее. Обратное напряжение, необходимое для полного удаления носителя заряда из I-области, известно как напряжение качания.

При обратном смещении диод ведет себя как конденсатор. Области P и N действуют как положительная и отрицательная пластины конденсатора, а внутренняя область - изолятор между пластинами.

Где, A - диод
w - толщина собственной области

Самая низкая частота, с которой начинается эффект, выражается как

.

Где, ε - диэлектрическая проницаемость кремния

Применение ПИН-диода

  • Высоковольтный выпрямитель - Используется как высоковольтный выпрямитель. Диод имеет большую внутреннюю область между N и P-областями, которая может выдерживать высокое обратное напряжение.
  • Фотодетектор - PIN-диод используется для преобразования световой энергии в электрическую.Диод имеет большую область истощения, что улучшает их характеристики за счет увеличения объема преобразования света.

PIN-диод наиболее подходит для низковольтных устройств.

Диод

PIN - Технология, работа, применение »Электроника

PIN-диод или p-i-n-диод имеет дополнительный слой внутреннего материала между слоями p-типа и n-типа, что придает ему некоторые полезные характеристики.


Учебное пособие по PIN-диоду Включает:
Основы работы с PIN-диодом Характеристики и характеристики PIN-диода

Другие диоды: Типы диодов


Хотя диоды с основным PN-переходом на сегодняшний день являются наиболее популярным типом используемых диодов, в ряде приложений могут использоваться и другие типы диодов.Один тип, который используется в различных схемах, - это PIN-диод. Эта форма диода используется во многих областях. PIN-диод очень хорош для переключения RF, а PIN-структура также очень полезна в фотодиодах.

PIN-диод нашел свое первое применение в 1952 году в качестве низкочастотного выпрямителя большой мощности. Он также использовался в ряде микроволновых приложений, хотя только в 1960 году его использование стало более популярным в этом приложении. Еще одно применение PIN-диода - это фотодетектор (фотодетектор или фотодиод), где его структура особенно подходит для поглощения света.

ПИН-диодная структура

PIN-диод получил свое название из-за того, что он имеет три основных слоя. PIN-диод состоит не только из слоев типа P и N, но и из трех слоев:

    • P -тип слой
    • I n Внутренний слой
    • N -тип слой

Внутренний слой PIN-диода - это тот слой, который обеспечивает изменение свойств по сравнению с обычным диодом с PN-переходом.Собственная область состоит из нелегированного или практически нелегированного полупроводника, и в большинстве PIN-диодов она очень тонкая - порядка 10–200 микрон.

Есть две основные структуры, которые можно использовать, но та, которая называется планарной, показана на схеме. На диаграмме внутренний слой показан намного больше, чем если бы он был нарисован в масштабе. Это было сделано, чтобы лучше показать общую структуру PIN-диода.

PIN-диоды с планарной конструкцией

PIN-диоды широко изготавливаются из кремния, и это был полупроводниковый материал, который использовался исключительно до 1980-х годов, когда начали использовать арсенид галлия.

Характеристики PIN диода

Внутренний слой между областями P-типа и N-типа PIN-диода позволяет ему обеспечивать такие свойства, как высокое обратное напряжение пробоя и низкий уровень емкости, а также другие свойства, такие как накопление несущей, когда он имеет прямое смещение, что позволяет использовать его для определенных микроволновых приложений.

Обнаружено, что при низких уровнях обратного смещения обедненный слой полностью истощается. После полного истощения емкость PIN-диода не зависит от уровня смещения, поскольку в собственном слое имеется небольшой общий заряд.Однако уровень емкости обычно ниже, чем у других форм диодов, и это означает, что любая утечка радиочастотных сигналов через диод ниже.

Когда PIN-диод смещен в прямом направлении, оба типа носителей тока вводятся во внутренний слой, где они объединяются. Именно этот процесс позволяет току течь через слой.

Особенно полезный аспект PIN-диода возникает, когда он используется с высокочастотными сигналами, диод проявляется как резистор, а не как нелинейное устройство, и он не производит выпрямления или искажений.Его сопротивление определяется приложенным смещением постоянного тока. Таким образом, можно использовать устройство в качестве эффективного высокочастотного переключателя или переменного резистора, создающего гораздо меньшие искажения, чем обычные диоды с PN переходом.

Применение и преимущества PIN-диода

PIN-диод используется во многих областях в результате его структуры, демонстрирующей некоторые свойства, которые особенно полезны.

  • Высоковольтный выпрямитель: PIN-диод может использоваться как высоковольтный выпрямитель.Внутренняя область обеспечивает большее разделение между областями PN и N, позволяя допускать более высокие обратные напряжения.
  • Радиочастотный переключатель: PIN-диод является идеальным радиочастотным переключателем. Внутренний слой между областями P и N увеличивает расстояние между ними. Это также уменьшает емкость между ними, тем самым повышая уровень изоляции при обратном смещении диода.
  • Фотодетектор: Поскольку преобразование света в ток происходит в области истощения фотодиода, увеличение области истощения путем добавления внутреннего слоя улучшает характеристики за счет увеличения объема, в котором происходит преобразование света.

Это три основных области применения PIN-диодов, хотя они также могут использоваться в некоторых других областях.

Сводка

PIN-диоды, хотя и не так широко используются, как обычные диоды с PN переходом, тем не менее, используются в больших количествах. PIN-диоды особенно используются в ВЧ-приложениях, где низкие уровни емкости, а также их коммутационные свойства и свойства переменного сопротивления делают их очень хорошими в приложениях с переключением и регулируемым аттенюатором.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Микроволны101 | PIN-диоды

PIN-диоды - это рабочая лошадка в индустрии твердотельных переключателей СВЧ! Аббревиатура «PIN» соответствует полупроводниковому стеку из материала P-типа, внутреннего материала и материала N-типа.PIN-диоды могут быть выполнены как на GaAs, так и на кремнии.

Небольшой совет для всех, кто хочет узнать о PIN-диодах ... во всемирной паутине есть множество отличных технических данных от поставщиков PIN-диодов, которые все объясняют! Вы спросите, почему мы не предлагаем ссылки на них с этой страницы ... почему они не платят нам за бизнес, мы спрашиваем.

В PIN-диоде контакт P является анодом, а контакт N - катодом. Согласно принятому соглашению сторона, на которую подается постоянный ток (при прямом смещении), всегда называется анодом.На схематическом обозначении анод - это сторона с треугольником, катод - это сторона с «пластиной». Как вы помните, что есть что? Обозначение анода - треугольник, входящий в состав буквы А ...

.

Типы PIN-диодов

На рисунке ниже показан горизонтальный PIN-диод, иногда называемый H-PIN. Здесь слои P и N формируются поверх слоя I.

Вот так называемый вертикальный PIN-диод или V-PIN.Здесь диод сформирован из пакета из трех материалов, сверху вниз, P, I, N.

Наконец, вот структура, известная как диод NIP. Это просто ПИН-диод, перевернутый.

ПИН-диодный отклик

PIN-диод действует как резистор с регулируемым током. Чем больше тока вы вводите через область I, тем ниже сопротивление RF. В идеале характеристика ток / сопротивление имеет вид R = K / I (где K - постоянная), что выглядит как прямая линия на графике в логарифмическом масштабе.Спасибо за исправление, Мортен!

Посмотрите на диапазон сопротивления, который вы можете получить, от 0,1 Ом до 10 000 Ом ... да, PIN-диод в значительной степени покрывает всю горизонтальную ось диаграммы Смита! (Посмотрите на таблицу выше и обратите внимание, что сопротивление 50 Ом находится очень близко к центру отклика). Это то, что делает его таким универсальным устройством, оно может вести себя как разомкнутая цепь, короткое замыкание или любой промежуточный коэффициент отражения. Вы можете использовать его для создания переключателей, фазовращателей и регулируемых аттенюаторов, и мы покажем вам, как это сделать, если вы перейдете по ссылкам в верхней части страницы.

Нижнее ограничение частоты PIN-диодов

PIN-диоды

имеют ограничение по низкой частоте из-за срока службы несущей. Что за перевозчик? Какая разница? Проблему можно объяснить, не беспокоясь о физике полупроводников.

«Обычный» диод работает как выпрямитель, независимо от частоты. Выпрямитель имеет знакомую нелинейную кривую ВАХ. При прямом смещении ток уходит на Луну после полувольта или около того. При обратном смещении ток для многих вольт практически равен нулю, пока не произойдет пробой.Диод Шоттки - отличный пример выпрямительного диода, поэтому его используют как детектор. РФ входит, постоянный ток уходит.

PIN-диод действует как выпрямитель только на низких частотах. На микроволновых частотах ВАХ претерпевает изменение, так что он ведет себя как резистор, значение сопротивления которого определяется уровнем постоянного тока, присутствующего в I-области. Таким образом, PIN-диод - это, по сути, высокочастотный резистор, управляемый постоянным током. Не менее важно, что при отсутствии постоянного тока диод ведет себя как разомкнутая цепь.

Частота, при которой PIN-диод переходит от действия диода к действию резистора, является функцией толщины I-области. Более толстые диоды можно использовать в качестве переключателей на более низкие частоты. Тщательно подобрав диоды, вы можете заставить переключатели на PIN-диодах работать на частотах до 1 МГц.

Как будто этого поведения недостаточно, подождите, это еще не все! Управляющий постоянный ток может быть небольшим, в то время как микроволновый ток может быть огромным ... несколько миллиампер тока при постоянном токе могут привести к короткому замыканию PIN-диода на ампер или более высокочастотного тока.Это огромное преимущество для разработчиков радиочастотных переключателей, которым необходимо учитывать управление мощностью.

PIN диодные ограничители

PIN-диоды

также могут использоваться для создания ограничителей (типа нелинейных устройств), обычно в качестве одного или нескольких шунтирующих элементов на линии передачи. Часто диоды разделены волшебной четвертьволной, чтобы улучшить отклик на слабый сигнал. Ограничитель - это (обычно) пассивное устройство, которое имеет низкие потери для слабых сигналов, а затем увеличивает свое затухание по мере увеличения уровней мощности.

Некоторые ограничители PIN-диодов являются пассивными, что означает, что PIN-диод сам создает нелинейный отклик. «Активный ограничитель» добавляет схему детектора, которая подает постоянный ток на PIN-диод, чтобы включить его сильнее при более низкой мощности. В детекторе используется диод Шоттки. Переключаемый ограничитель использует управляющий сигнал постоянного тока для включения PIN-диода.

Диоды-ограничители

PIN | Microsemi

Обзор

Описание

Microsemi предлагает диоды-ограничители ПИН в вариантах с керамическим и поверхностным монтажом, включая пакеты SOT23, GigaMite и MMSM.Серия

GC4700Керамические корпусные диоды серии GC4700 представляют собой PIN-диоды специальной обработки, предназначенные для использования в пассивных или активных ограничителях на частотах в диапазоне Ku. Предлагается тринадцать категорий устройств для гибкости в разработке ограничителей низкой, средней и высокой мощности. Ограничители с низким VB имеют более тонкие области I для более быстрого включения и лучшей плоской утечки. Microsemi также производит ограничители с «золотой примесью» для максимально быстрого включения. Кроме того, мы производим высоковольтные ограничители с двойным переходом для превосходной обработки пиковой и непрерывной мощности.

Лист данных доступных деталей

Серия GML4700 GML4701-GM1 специально разработан для поверхностного монтажа в больших объемах. Конструкция GigaMite оптимизирована для улучшения электрических и тепловых характеристик по сравнению со стандартной пластиковой упаковкой. Результат - более широкий частотный охват и лучшая мощность, чем у сопоставимых пластиковых корпусов. Параметры продукта были оптимизированы для приложений ограничителя. Паразиты пакета Gigamite обеспечивают плавную нерезонансную работу через 5 ГГц.Microsemi использует высококачественные диэлектрические материалы, что обеспечивает низкие потери и широкополосные характеристики.

Техническое описание доступных деталей

Серия MPL4700 В серии MPL4700 используется новая уникальная технология MMSM. MMSM обеспечивает интеграцию пакета / устройства на уровне изготовления пластины. Поскольку в межсоединениях катода и анода используются прецизионные фотолитографические методы, а не проволочные соединения, паразитная индуктивность корпуса строго контролируется. Паразитные компоненты пакета обеспечивают плавную нерезонансную работу через X-диапазон.

Технический паспорт доступных деталей

Все серии ограничительных диодов соответствуют требованиям RoHS согласно Директиве ЕС 2002/95 / EC.

Ограничитель PIN Диод Характеристики

  • Доступны как устройства в упаковке или как микросхемы для гибридных приложений
  • Низкие потери
  • Низкие паразиты
  • Подходит для приложений с диапазоном X
  • Отличные характеристики плоской утечки
  • Низкая точка компрессии 1 дБ
  • Легированные золотом диоды для быстрого включения GC4700
  • Соответствует RoHS

Таблица выбора

Керамические упаковки

Номер детали В b (мин.) КОНТАКТ ПИКОВОЙ МОЩНОСТИ @ 1uS (дБм) ТИПИЧНАЯ УТЕЧКА Pout (дБм) ТИПИЧНЫЙ ПОРОГ (дБм) ТИПОВЫЙ INS.ПОТЕРЯ I L (дБ) МАКСИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ в непрерывном режиме (Вт)
GC4701 20 50 22 10 0,1 2
GC4702 20 53 24 10 0,2 3
GC4711 45 53 27 15 0.1 3
GC4712 45 56 29 15 0,2 4
GC4713 45 59 31 15 0,2 5
GC4721 120 60 39 20 0.1 5
GC4722 120 63 41 20 0,2 10
GC4723 120 66 44 20 0,2 15
GC4731 15 47 19 7 0.1 2
GC4732 15 50 22 4 0,1 3
GC4741 30 47 24 12 0,1 3
GC4742 30 50 27 12 0.1 4
GC4750 250 56 @ 10 мкс 44 31 0,2 50

Пакеты для поверхностного монтажа

Номер модели Тип упаковки PIN (дБм) @ 1us VB (В) IR = 10 мкА (мин) CT (пФ) при 10 В (макс.)

RS (Ом) при 1 мА (тип.)

RS (Ом) при 10 мА (макс.) VF Если = 100 мкА (мин.) VF Если = 100 мА (макс.) TL (тип.)
MPL4700 MMSM-206 25 0.15 4 2 20
MPL4701 MMSM-206 15 0,2 6 2,5 10
MPL4702 MMSM-406 50 b 3 12 2 0.45 1 30
MPL4703 MMSM-406 25 б 0,3 6 3 0,73 1,2 20
GML4701-GM1 GigaMite-GM1 50 20 0,4 2,5
GC4701-6LP QFN-6LP 50 20 .35 1,5 10

ресурсов

Руководство разработчика PIN-диодов

Примечания по применению диода PIN

Руководство по выбору PIN-диодов

Приложения

Рекомендуемые приложения для диодов-ограничителей ПИН

Параметрический поиск

  • «Предыдущая
  • {{n + 1}}
  • Следующий "
  • Показано 2550100 на страницу
Детали Состояние детали упаковка Тип Перевозчик пакетов {{attribute.имя | noComma}} ({{attribute.type}})

В этой категории нет параметрических данных! попробуйте другие категории

GaAs PIN-диоды | Microsemi

Обзор

Описание

GaAs PIN-дидо от Microsemi изготовлены с использованием золотой контактной мезы и защищены нитридом кремния. У диодов короткий срок службы несущей, что обеспечивает высокую скорость переключения и низкое последовательное сопротивление. GaAs PIN дидо доступны в виде склеиваемых микросхем, микросхем на плате и в различных корпусах.

GaAs PIN-диоды, по сравнению с Si PIN-диодами, достигают состояния высокого импеданса при нулевом смещении и не требуют обратного смещения для низких потерь. Наносекундная скорость переключения достигается с помощью GaAs PIN-диодов с использованием недорогих драйверов TTL.

Характеристики

  • Низкое сопротивление серии
  • Быстрая скорость переключения
  • Низкая емкость
  • Обратное смещение не требуется
  • Доступен в упаковках и в виде связующих чипов
  • Доступны в виде компонентов на плате

Приложения

  • Переключатели
  • Аттенюаторы
  • Фазовращатели

ресурсов

Паспортные листы GaAs-диодов

Руководство разработчика PIN-диодов

Примечания по применению диода PIN

Руководство по выбору PIN-диодов


Параметрический поиск

  • «Предыдущая
  • {{n + 1}}
  • Следующий "
  • Показано 2550100 на страницу
Детали Состояние детали упаковка Тип Перевозчик пакетов {{attribute.имя | noComma}} ({{attribute.type}})

В этой категории нет параметрических данных! попробуйте другие категории

Фотодиод

- символ, работа и типы

Введение

А Фотодиод - это p-n-переход или штыревой полупроводниковый прибор, который потребляет световую энергию для выработки электрического тока. Это также иногда называют фотодетектором, фотодатчиком или светом детектор.

Фотодиоды находятся специально предназначен для работы в условиях обратного смещения. Обратное смещение означает, что сторона p фотодиода подключена к отрицательная клемма аккумулятора и n-сторона подключена к положительный полюс аккумуляторной батареи.

Фотодиод очень чувствителен к свету, поэтому, когда свет или фотоны падают на Фотодиод легко преобразует свет в электрический ток.Солнечный элемент также известен как фотодиод большой площади, потому что он преобразует солнечную или световую энергию в электрическую. Однако солнечная батарея работает только при ярком свете.

строительство и работа фотодиода практически аналогична нормальному p-n переходной диод. PIN (p-тип, внутренний и n-тип) структура в основном используется для построения фотодиода вместо структуры соединения p-n (p-тип и n-тип), потому что Структура PIN-кода обеспечивает быстрое время отклика.PIN-фотодиоды в основном используется в высокоскоростных приложениях.

В нормальный диод p-n перехода, напряжение используется как энергия источник для выработки электрического тока, тогда как в фотодиоды, как напряжение, так и свет используются в качестве источника энергии для выработки электрического тока.

Фотодиод символ

символ фотодиода аналогичен нормальному p-n переходу диод, за исключением того, что он содержит стрелки, указывающие на диод.В стрелки на диоде представляют свет или фотоны.

А фотодиод имеет два вывода: катод и анод.

Цели и ограничения фотодиода

  1. Фотодиод всегда должен работать в режиме обратного смещения.
  2. Применено напряжение обратного смещения должно быть низким.
  3. Создать низкий уровень шума
  4. Высокое усиление
  5. Высокая скорость отклика
  6. Высокая светочувствительность
  7. Низкий чувствительность к температуре
  8. Низкая стоимость
  9. Малый размер
  10. Длинный срок службы

Как фотодиод работает?

А нормальный диод с p-n переходом допускает небольшое количество электрического ток в условиях обратного смещения.Для увеличения электрического ток в условиях обратного смещения, нам нужно генерировать больше миноритарные перевозчики.

внешнее обратное напряжение, приложенное к диоду p-n перехода будет поставлять энергию неосновным носителям, но не увеличивать население миноритарных перевозчиков.

Однако небольшое количество неосновных носителей генерируется из-за внешнее обратное напряжение смещения.Неосновные перевозчики создали на n-стороне или p-стороне будет рекомбинировать в том же материале перед они пересекают перекресток. В результате отсутствует электрический ток. потоки за счет этих носителей заряда. Например, меньшинство носители, генерируемые в материале p-типа, испытывают сила отталкивания от внешнего напряжения и попытаться двигаться в сторону n. Однако перед пересечением перекрестка свободные электроны рекомбинируют с дырками внутри одного материал.В результате не протекает электрический ток.

Кому преодолеть эту проблему, нам необходимо применить внешнюю энергию непосредственно к истощению область для генерации большего количества носителей заряда.

А специальный тип диода, называемый фотодиодом, предназначен для генерируют большее количество носителей заряда в области истощения. В фотодиодах мы используем свет или фотоны в качестве внешней энергии. для генерации носителей заряда в обедненной области.

Типы фотодиодов

рабочая работа всех типов фотодиодов одинакова. Различные типы фотодиодов разрабатываются на основе конкретных применение. Например, фотодиоды с PIN-кодом разработаны для увеличить скорость отклика. Фотодиоды PIN используются там, где нужна высокая скорость отклика.

другой типов фотодиодов

  • PN переход фотодиод
  • PIN фотодиод
  • Лавина фотодиод

Среди все три фотодиода, фотодиоды с PN переходом и PIN наиболее широко используется.

PN переходной фотодиод

PN переходные фотодиоды - первая разновидность фотодиодов. Oни являются наиболее широко используемыми фотодиодами до разработка PIN-фотодиодов. Фотодиод на PN переходе также просто фотодиод. В настоящее время фотодиоды с PN-переходом не получили широкого распространения.

Когда внешний световая энергия поступает на фотодиод p-n перехода, валентный электроны в обедненной области получают энергию.

Если световая энергия, подаваемая на фотодиод, больше запрещенная зона полупроводникового материала, валентные электроны приобретают достаточно энергии и разорвать связь с родительским атомом. Валентность электрон, который разрывает связь с родительским атомом, станет свободный электрон. Свободные электроны свободно перемещаются из одного места в другое. другое место, проводя электрический ток.

Когда валентный электрон покидает валентную оболочку пустое пространство создается в валентной оболочке, на которой ушел валентный электрон. Это пустое пространство в валентной оболочке называется дырой. Таким образом, как свободные электроны, так и дырки образуются парами. В механизм генерации электронно-дырочной пары с помощью света энергия известна как внутренний фотоэлектрический эффект.

неосновные носители в обедненной области испытывают силу из-за в область истощения электрического поле и внешнее электрическое поле. Например, бесплатно электроны в области обеднения испытывают отталкивание и сила притяжения от присутствующих отрицательных и положительных ионов на краю обедненной области на p-стороне и n-стороне.Как в результате свободные электроны движутся к n-области. Когда свободные электроны достигают n области, они притягиваются к положительные клеммы аккумуляторной батареи. Аналогичным образом отверстия движутся в противоположном направлении.

электрическое поле в области сильного обеднения и внешнее электрическое поле увеличивает скорость дрейфа свободного электроны.Из-за этой высокой скорости дрейфа меньшинство носители (свободные электроны и дырки), образующиеся при обеднении область пересечет p-n-переход, прежде чем они рекомбинируют с атомы. В результате ток неосновных носителей увеличивается.

Когда на фотодиод обратного смещения не подается свет, он несет небольшой обратный ток из-за внешнего напряжения. Этот маленький электрический ток при отсутствии света называется темным текущий.Обозначается I λ .

В фотодиод, обратный ток не зависит от обратного смещения вольтаж. Обратный ток в основном зависит от света интенсивность.

В фотодиоды, большая часть электрического тока переносится носителями заряда генерируется в обедненной области, поскольку носители заряда в области истощения имеет высокую скорость дрейфа и низкую скорость рекомбинации, тогда как носители заряда на n-стороне или p-сторона имеет низкую скорость дрейфа и высокую скорость рекомбинации.В электрический ток, генерируемый в фотодиоде из-за применение света называется фототоком.

полный ток через фотодиод - это сумма темновых ток и фототок. Темновой ток необходимо уменьшить для увеличения чувствительности устройства.

электрический ток, протекающий через фотодиод, напрямую пропорционально количеству падающих фотонов.

PIN фотодиод

PIN Фотодиоды разработаны на основе фотодиодов с PN переходом. PIN-фотодиод работает аналогично PN-переходу. фотодиод, за исключением того, что фотодиод PIN производится иначе улучшить его производительность.

Фотодиод PIN разработан для увеличения неосновной несущей ток и скорость отклика.

PIN фотодиоды генерируют больше электрического тока, чем PN переходные фотодиоды с таким же количеством световой энергии.

слоев ПИН-фотодиода

А Фотодиод на PN переходе состоит из двух слоев: p-типа и полупроводник n-типа, тогда как фотодиод PIN состоит из трех слои, а именно p-тип, n-тип и собственный полупроводник.

В PIN-фотодиод, дополнительный слой, называемый внутренним полупроводник помещается между p-типом и n-типом полупроводник для увеличения тока неосновных носителей.

P-типа полупроводник

Если трехвалентные примеси добавляются к собственному полупроводнику, р-тип полупроводник.

В Полупроводники p-типа, количество свободных электронов в зона проводимости меньше, чем количество отверстий в валентная полоса. Следовательно, дырки являются основными носителями заряда и свободными электроны являются неосновными носителями заряда. В р-типе В полупроводниках через отверстия проходит большая часть электрического тока.

тип N полупроводник

Если пятивалентный примеси добавляются к собственному полупроводнику, n-тип полупроводник.

В Полупроводники n-типа, количество свободных электронов в зона проводимости больше, чем количество дырок в валентная полоса. Таким образом, свободные электроны являются основными носителями заряда и дырки являются неосновными носителями заряда. В n-типе полупроводники, свободные электроны несут большую часть электрического текущий.

Внутренний полупроводник

Внутренний Полупроводники - это чистая форма полупроводников.В собственный полупроводник, количество свободных электронов в зона проводимости равна количеству дырок в валентной группа. Следовательно, собственный полупроводник не имеет заряда. носители для проведения электрического тока.

Однако при комнатной температуре небольшое количество носителей заряда генерируется. Это небольшое количество носителей заряда будет нести электрический ток.

PIN работа фотодиода

А PIN-фотодиод состоит из p-области и n-области, разделенных внутренний слой с высоким сопротивлением. Собственный слой помещается между областью p и областью n для увеличения ширины области истощения.

Полупроводники p-типа и n-типа сильно легированы.Следовательно, p-область и n-область фотодиода PIN имеют большие количество носителей заряда для проведения электрического тока. Тем не мение, эти носители заряда не будут проводить электрический ток под условие обратного смещения.

Вкл. с другой стороны, собственный полупроводник - нелегированный полупроводниковый материал. Следовательно, внутренняя область не иметь носителей заряда для проведения электрического тока.

Менее обеспечить регресс условие смещения, основные носители заряда в области n и p регион удаляется от стыка. В результате ширина область истощения становится очень широкой. Поэтому большинство носители не будут проводить электрический ток при обратном смещении состояние.

Однако неосновные носители будут переносить электрический ток, потому что они испытывают силу отталкивания от внешнего электрического поля.

В PIN-фотодиод, носители заряда, генерируемые при истощении по региону проходит большая часть электрического тока. Носители заряда генерируемые в области p или n, несут лишь небольшой электрический ток.

Когда к PIN-диоду прикладывается энергия света или фотона, большая часть энергии наблюдается внутренней или обедненной областью из-за большой ширины истощения.В результате большой количество электронно-дырочных пар.

Бесплатно электроны, генерируемые в собственной области, движутся в сторону n-сторону, тогда как дыры, образованные во внутренней области, перемещаются в сторону p. Свободные электроны и дырки переместились из одного от региона к другому региону проводят электрический ток.

Когда свободные электроны и дырки достигают n области и p области, они привлечены к положительным и отрицательным клеммам батарея.

численность населения неосновных носителей в фотодиоде PIN очень велико по сравнению с к фотодиоду PN перехода. Поэтому ПИН-фотодиод несут больший ток неосновных носителей, чем у фотодиода с PN переходом.

Когда на фотодиод PIN подается напряжение прямого смещения, ведет себя как резистор.

ср знайте, что емкость прямо пропорциональна размеру электродов и обратно пропорционально расстоянию между электроды.В фотодиоде с PIN-кодом действуют области p и n. как электроды и внутренняя область действует как диэлектрик.

расстояние разделения между p областью и n областью в PIN фотодиод очень большой из-за большой ширины обеднения. Таким образом, PIN-фотодиод имеет низкую емкость по сравнению с Фотодиод с PN переходом.

В PIN-фотодиод, большая часть электрического тока проходит через носители заряда, генерируемые в обедненной области.Заряд носители, генерируемые в области p или n, несут лишь небольшой электрический ток. Следовательно, увеличивая ширину истощения область увеличивает электрический ток неосновных носителей.

Преимущества из PIN фотодиод

  1. широкий полоса пропускания
  2. Высокий квант эффективность
  3. Высокая скорость отклика

Лавина фотодиод

операция лавинного фотодиода похож на PN переход и PIN фотодиод, за исключением того, что прикладывается высокое обратное напряжение смещения в случае лавинного фотодиода для схода лавины умножение.

Применение высоко напряжение обратного смещения на лавинный фотодиод не будет напрямую увеличивают генерацию носителей заряда. Тем не мение, он обеспечивает энергией электронно-дырочные пары, генерируемые падающий свет.

Когда на лавинный фотодиод подается световая энергия, электронно-дырочные пары генерируются при обеднении.В генерируемые электронно-дырочные пары испытывают силу из-за электрическое поле обедненной области и внешнее электрическое поле.

В лавинный фотодиод, очень высокое напряжение обратного смещения большое количество энергии к неосновным носителям (электронно-дырочные пары). Неосновные перевозчики, которые получают большое количество энергия ускоряется до больших скоростей.

Когда свободные электроны движущиеся на большой скорости сталкиваются с атомом, они сбивают больше свободных электронов. Вновь образованные свободные электроны снова ускоряется и сталкивается с другими атомами. Потому что это непрерывное столкновение с атомами, большое количество создаются неосновные носители. Таким образом, лавинные фотодиоды генерирует большее количество носителей заряда, чем PN и PIN фотодиоды.

Лавина фотодиоды используются в приложениях, где высокий коэффициент усиления важен фактор.

Преимущества из лавинный фотодиод

  1. Высокая чувствительность
  2. Больше прирост

Недостатки из лавинный фотодиод

генерирует высоко уровень шума, чем у фотодиода PN

Фотодиод операция режимы

А Фотодиод может работать в одном из двух режимов: фотоэлектрический режим или фотопроводящий режим.

Эксплуатация Режим выбор фотодиода зависит от скорости требования приложения и количество темнового тока это терпимо.

Фотоэлектрические режим

В фотоэлектрический режим, фотодиод несмещен. В другом словами, на фотодиод не подается внешнее напряжение. фотоэлектрический режим.

В фотоэлектрический режим темновой ток очень низкий. Фотодиоды работали в фотоэлектрический режим имеет низкую скорость отклика.

фотодиоды работают в фотоэлектрическом режиме, обычно используются для низкой скорости приложений или для обнаружения низкого уровня освещенности.

Фотопроводящий режим

В фотопроводящий в режиме внешнего обратного смещения фотодиод.

Применение напряжение обратного смещения увеличивает ширину обедненной области и уменьшает емкость перехода, что приводит к повышенная скорость отклика. Обратное смещение также увеличивает темное течение.

Фотодиоды при работе в фотопроводящем режиме имеет высокий ток шума. Этот возникает из-за обратного тока насыщения, протекающего через фотодиод.

Темное течение

Темный ток - это ток утечки, который протекает в фотодиоде в отсутствие света. Темновой ток в фотодиоде увеличивается при повышении температуры. Материал, используемый для Построенный фотодиод также влияет на темновой ток.

другой материалы, используемые для изготовления фотодиодов: кремний (Si), Германий, (Ge), фосфид галлия (GaP), индий галлий Арсенид (InGaAs), антимонид арсенида индия (InAsSb), Арсенид индия-галлия (InGaAs), ртуть Теллурид кадмия (MCT, HgCdTe).

Германий, Антимонид арсенида индия, арсенид галлия индия и Теллурид кадмия ртути генерирует большой темновой ток, потому что они очень чувствительны к температуре.

скорость отклика кремния, фосфида галлия, индия галлия Арсенид и арсенид галлия индия расширенного диапазона очень высоко.

Производительность параметры фотодиода

Ответственность

Отзывчивость является отношение генерируемого фототока к падающему свету мощность.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность определяется как отношение количества электронно-дырочных пар (фотоэлектроны) генерируются падающими фотонами.

Время отклика или время в пути

время отклика фотодиода определяется как время, которое требуется для световых носителей заряда, чтобы пересечь p-n переход.

Фотодиод приложения

различные применения фотодиодов

  1. Компакт-диск игроков
  2. Дым детекторы
  3. Космос приложения
  4. Фотодиоды используются в медицинских приложениях, таких как вычисленные томография, инструменты для анализа проб и пульс оксиметры.
  5. Фотодиоды используются для оптической связи.
  6. Фотодиоды используются для измерения очень низкой интенсивности света.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. стабилитрон диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. П-Н переходной диод

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *