Диод применение: Что такое диод и как он работает?

Содержание

Все о диодах Шоттки – [ Подробная статья ]

Устройство получило свое название в честь Вальтера Шоттки, немецкого изобретателя и физика, открывшего квантовую зависимость, согласно которой внешнее электрическое поле принуждает покидать зону проводимости все свободные электроны. Впоследствии ученый был награжден медалью Хьюза за свою деятельность. Примечательно, что имея отношение к теоретической физике, данное открытие находит активное практическое применение.

Содержание статьи

Диод Шоттки является представителем полупроводниковых элементов, обладающих барьером и отличающихся малым падением напряжения при прямом введении компонента в электрическую цепь (от 0,2 до 0,4 вольт). Благодаря простоте конструкции, оперативной возобновляемости заряда, неприхотливости и большому значению тока утечки, барьерный диод активно используется в современной радиоэлектронике.

Отличия от обычного диода

Данный компонент пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает его в другом, как и другие классические диоды, но обеспечивает высокое быстродействие и малое падение напряжения при переходе.

Важнейшая особенность диода Шоттки – вместо привычного электронно-дырочного перехода применяется принцип контакта между металлическими и различными полупроводниковыми материалами, что положительно влияет на повышение рабочей частоты. Диффузная емкость и процесс рекомбинации не проявляются в области контакта, поскольку в так называемой переходной зоне отсутствуют неосновные носители заряда. Собственная емкость данного слоя при этом стремится к 0.

Таким образом, данные изделия являются СВЧ-диодами различного назначения:

  • импульсными;
  • лавинно-пролетными;
  • смесительными;
  • детекторными;
  • умножительными;
  • параметрическими.

Другая особенность заключается в том, что большая часть диодов Шоттки состоит из низковольтных и чувствительных к статическому напряжению моделей. Однако воспринимать это как категорический недостаток неверно, поскольку это дает возможность использовать данные средства для обработки радиосигналов малой мощности.

Наконец, такие изделия отличаются большей стабильностью при подаче электрического тока, чем прочие аналоги, поскольку в их корпус внедрены кристаллические образования (кремниевая подложка).

Как устроен диод Шоттки

Структура элемента включает в себя несколько частей:

  • эпитаксиальный слой;
  • подложка;
  • охранное кольцо;
  • металлическая пленка;
  • барьер;
  • внешний контакт.

Основа, как правило, изготавливается из кремния или арсенида галлия, но если требуется обеспечить схеме высокую устойчивость к изменению температурного режима, используется германий. В качестве материала для напыления применяется палладий, серебро, платина, вольфрам, алюминий или золото. Примечательно, что тыльная сторона полупроводника легируется сильнее. Уровень легирования и разновидность металла оказывают влияние на характеристики выпрямления.

Принцип работы основан на особенностях барьера. В полупроводнике, в контактной области, образуется слой, значительно обедненный электронами, но обладающий вентильными свойствами. Таким образом, появляется барьер для носителей заряда.

В зависимости от мощности существует несколько типов диодов Шоттки:

  • малый;
  • средний;
  • высокий.

Исходя из конструктивных особенностей, различают виды для поверхностного или объемного монтажа, а также модули и выпрямительные аналоги. Выбирая выпрямительные компоненты, следует обращать внимание на показатели тока и напряжения, а также материал конструкции и способ монтирования. Также различают 3 вариации диодных сборок: модели с общим анодом, элементы с удвоением и тремя выводами, а также разновидности, которые имеют вывод с общего катода. Для всех типов действует ограничение допустимого обратного напряжения, величиной 1200 вольт.

Применение диодов Шоттки

Компоненты активно эксплуатируются в составе разных приборов и оборудования:

  • компьютерная техника и бытовая электроника;
  • силовые высокочастотные выпрямители;
  • солнечные батареи и приемники излучения;
  • радиоаппаратура и телевизионное оборудование;
  • усилители звука и МОП-транзисторы;
  • стабилизаторы и БП.

Изделия эксплуатируются везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения. Популярность обусловлена преимуществами диодов Шоттки, которые позволяют восстанавливать обратное сопротивление электрического тока, стабилизировать напряжение, принимать на себя излучения, а также увеличить эффективность конечных приборов.

Несмотря на преимущества, такие приборы обладают недостатками. Но их всего два:

  • в случае повышения температуры фиксируется значительное возрастание обратного тока;
  • пробой необратим в случаях кратковременного превышения критического напряжения.

Существует три основные неисправности, которые могут произойти с диодами данного типа: обрыв, пробой и утечка (выявить сложнее всего). Диагностика осуществляется при помощи универсального тестера (мультиметр). Для получения точных результатов проверка потребует пайки и измерения обратного сопротивления. В случае использования типового тестера следует учитывать указанный показатель электрического тока.

Как маркируется диод Шоттки и обозначается на схемах

Зачастую диод Шоттки на схеме обозначается как обычный диод, а дополнительная информация о типе компонента указывается в спецификации.

Как правило, маркировка диодов Шоттки представляет собой набор символов, нанесенных на корпус изделия согласно международным стандартам. В зависимости от страны производителя маркировки могут различаться. В любом случае расшифровать код можно при помощи радиотехнических справочников.

В случае необходимости можно заменить стандартный диод можно аналогичным устройством с барьером – главное, чтобы совпадали параметры тока и напряжения. Но монтировать классическое изделие вместо барьерного аналога категорически не рекомендуется, поскольку из-за перегрева оно быстро выйдет из строя. Опытные радиотехники могут подобрать элемент с запасом по мощности, проанализировав всю схему.


Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Что такое диод, его основные разновидности, как проверить диод

Диод – простейший полупроводниковый или вакуумный прибор, имеющий два контакта. Главное свойство этого элемента – так называемая односторонняя проводимость.

Это означает, что в зависимости от полярности, полупроводник имеет кардинально разную проводимость. Меняя направление тока, можно открывать или закрывать диод. Свойство широко применяется в самых разных областях схемопостроения.

Принцип действия следующий:
Радиоэлемент состоит из токового перехода с интегрированными рабочими контактами – анодом и катодом.
Прикладывая к электродам прямое напряжение (анод – положительный, катод – отрицательный), мы открываем переход, сопротивление диода становится ничтожно малым, и через него протекает электрический ток, именуемый прямым.

Если поменять местами полярность: то есть на анод подать отрицательный потенциал, а на катод – положительный, сопротивление перехода возрастает настолько, что принято считать его стремящимся к бесконечности. Электрический ток (обратный) фактически равен нулю.

Основные разновидности диодов – не полупроводниковые и полупроводниковые

Первый вид широко использовался в эпоху радиоламп, до начала масштабного применения полупроводников. В колбе, являющейся корпусом радиодетали, мог быть специальный газ или вакуум. Надежность и мощность газонаполненных (вакуумных) диодов не вызывает нареканий, однако крупные габариты и необходимость прогрева для выхода на рабочие характеристики, ограничивает применение.

Для работы требовалось предварительно разогреть один из электродов – катод. После чего внутри лампы возникала электронная эмиссия, и между рабочими электродами протекал ток (в одном направлении).

Это интересно! Несмотря на архаичность вакуумных ламп, ценители хорошей музыки предпочитают усилители, собранные на этих элементах. Считается, что звук будет естественнее и чище, чем в полупроводниковых системах.

Усилитель собран из вакуумных диодов

Полупроводниковые диоды. Рабочим элементом является полупроводниковый материал с интегрированными контактами-электродами.

Поскольку кристалл может работать в любых условиях (ток протекает непосредственно в его теле), необходимости помещения в вакуум или особую газовую среду нет. Требуется лишь механическая защита, ибо все полупроводниковые материалы хрупкие.

Такие детали компактны, для их изготовления требуется меньше материала, да и себестоимость ниже. Поэтому до 95% современной элементной базы – это именно полупроводниковые диоды.

Что такое диод, и для чего он нужен?

Прежде всего, рассмотрим классификацию радиоэлементов. Поскольку вакуумные и газонаполненные диоды являются скорее экзотикой, рассматривать будем лишь полупроводниковые приборы.

Классификация по назначению:

Выпрямительные.
Самый распространенный тип элемента. Применяется для получения постоянного тока из переменного. Для этого применяются специальные выпрямительные схемы – мосты.

Выпрямительные сборки настолько популярны, что они выпускаются сразу в готовом виде, диоды имеют общий корпус и четыре контакта с маркировкой.

Детекторные.
Используется способность детали детектировать сигнал. Применяется в основном в радиоприемниках. Многие радиолюбители знакомы с термином «детекторный приемник». Его работа построена на детекторном диоде.

Импульсные.
Исходя из названия, применяются в импульсных схемах.

Смесительные.
Используются в системах преобразования высокочастотных токов в сигналы промежуточной частоты.

Ограничительные.
На них строятся схемы защиты аппаратуры от скачков напряжения.

Умножительные. Их сфера применения – умножители напряжения.

Генераторные. Используются в генераторах частоты.

Настроечные и параметрические.
Используются в схемах с управляемыми характеристиками, для настройки и поддержания параметров.

В зависимости от назначения, диоды бывают:

  • Низкочастотными;
  • Высокочастотными;
  • Для работы со сверхвысокими частотами (СВЧ).

Классификация конструктивного исполнения:

Диод Шоттки.

В качестве полупроводника используется металл, вместо классического p-n перехода. За счет этого, диод имеет мизерное падение напряжения при прямом токе. Широкое применение такой конструкции ограничено существенным недостатком – при значительном обратном токе диод быстро выходит из строя. Эта особенности учитывается при его проверке.

Как проверить диод Шоттки? Контроль мультиметром в режиме «проверка диода» может показать положительный результат, даже при пробитом полупроводнике. Необходимо замерять сопротивление между рабочими электродами в прямом и обратном подключении в режиме «прозвонка».

Тестер в одном случае показывает низкое сопротивление, а в другом – бесконечно большое. Такой диод исправен.

При подозрении на «пробой» проведите измерение в диапазоне «20 кОм». Сопротивление обратному току должно быть бесконечно большим. При значении 1-2 кОм – диод неисправен.

Посмотрите видео на тему: «Как проверить диод Шоттки мультиметром».

Стабилитрон.
Способность давать стабильные токи в режиме пробоя – особенность диода, которая применяется в стабилизаторах напряжения. В данном случае конструктивный недостаток применяется как основная характеристика. Как проверить диод-стабилитрон мультиметром? Также, как обычный диод. Напряжение тестера не способно организовать пробой с обратным током.

Стабистор.
Назначение такое же, как у стабилитрона, но зависимость напряжения от силы тока тут меньше. Поэтому стабисторы применяются для меньших напряжений.

Диод Ганна.
Эти детали вообще не имеют p-n перехода в полупроводниковом кристалле. Его работа основана на собственных эффектах монокристалла, в отличие от перехода в классическом диоде. Применяется в диапазонах СВЧ. Внимание! Проверка диода мультиметром невозможна. Для этого применяются стенды СВЧ.

Варикап.
Некая смесь диода с конденсатором. Емкость зависит от обратного напряжения p-n перехода. Применяются в радиосвязи, на них строятся колебательные контуры.

Фотодиод.

При попадании световой энергии на чувствительный элемент – в p-n переходе возникает разность потенциалов. Замкнув цепь, мы получаем электрический ток. Принцип фотодиодов применен в солнечных элементах электростанций. Широкое распространение эти элементы получили в датчиках освещенности и движения.

Как проверить фото-диод тестером? Подключиться к электродам в режиме измерения постоянного напряжения и направить не кристалл мощный свет. На шкале появится значение напряжения.

Светодиод.

На этом элементе остановимся подробнее. Элемент работает так же, как обычный полупроводниковый диод. Пропускает ток лишь в одном направлении. Однако его кристалл начинает излучать свет при определенной силе тока. Для усиления яркости, место p-n перехода покрывают люминофором. В результате сила света может достигать десятков люменов на одном кристалле.

Подбирая различные материалы, можно получить любой спектр – от инфракрасного до видимого (разных цветов), и ультрафиолетового.

Как проверить светодиод мультиметром?

Проверка проводимости не отличается от обычного диода. Ток протекает только в одном направлении. А вот светиться диод начинает лишь при превышении напряжения падения. Для однокристальных деталей это диапазон 2,5-3,6 вольта. Убедитесь в том, что ваш тестер имеет питание от 3 вольт и выше.

Подробно о проверке диода и светодиода мультиметром рассказано в этом видео.

About sposport

View all posts by sposport

ДИОДЫ

   Диод является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:

Пример односторонней проводимости диода

   На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь. 

Иллюстрация прямой обратный ток диода

   Подробнее можно узнать, посмотрев следующий график, Вольт-Амперную характеристику диода:

Вольт-амперная характеристика диода

   В прямом включении, как мы видим из этого графика диод имеет небольшое сопротивление, и соответственно хорошо пропускает ток, а в обратном включении до определенной величины напряжения диод закрыт, имеет большое сопротивление и практически не проводит ток. В этом легко убедиться, если есть под рукой диод и мультиметр, нужно поставить прибор в положение звуковой прозвонки, либо установив переключатель мультиметра напротив значка диода, в крайнем случае, можно попробовать прозвонить диод, установив переключатель на положение 2 КОм измерения сопротивления. Изображается на принципиальных схемах диод так, как на рисунке ниже, запомнить, где какой вывод легко: ток у нас, как известно, всегда течет от плюса к минусу, так вот треугольник в изображении диода как бы показывает своей вершиной направление тока, то есть от плюса к минусу.

Диод полупроводниковый

   Соединив красный щуп мультиметра с Анодом, мы можем убедиться в том, что диод пропускает ток в прямом направлении, на экране прибора будут цифры равные ~ 800-900 или близкие к этому. Подключив щупы наоборот, черный щуп к аноду, красный к катоду мы увидим на экране единицу, что подтверждает, в обратном включении диод не пропускает ток. Рассмотренные выше диоды бывают плоскостные и точечные. Плоскостные диоды рассчитаны на среднюю и большую мощность и используют их в основном в выпрямителях. Точечные диоды рассчитаны на незначительную мощность и применяются в детекторах радиоприемников, могут работать на высоких частотах.  

 

Плоскостной и точечный диод

Какие бывают типы диодов ?

Схематическое изображение диодов


Фото выпрямительного диода

   А) На фото изображен рассмотренный нами выше диод.

Стабилитрон изображение на схеме

   Б) На этом рисунке изображён стабилитрон, (иностранное название диод Зенера), он используется при обратном включении диода. Основная цель: поддержание напряжения стабильным.


Двуханодный стабилитрон - изображение на схеме

   В) Двухсторонний (или двуханодный) стабилитрон. Плюс этого стабилитрона в том, что его можно включать вне зависимости от полярности.

Туннельный диод

   Г) Туннельный диод, может использоваться в качестве усилительного элемента.

Обращенный диод

   Д) Обращенный диод, применяется в высокочастотных схемах для детектирования.

Варикап

   Е) Варикап, применяется как конденсатор переменной ёмкости.

Фотодиод

   Ж) Фотодиод, при освещении прибора в цепи, подключенной к нему, возникает ток из-за возникновения пар электронов и дырок. 

 

Светодиоды

   З) Светодиоды, всем известные, и наверное наиболее широко применяемые приборы, после обычных выпрямительных диодов. Применяются во многих электронных устройствах для индикации и не только. 

   Выпрямительные диоды выпускаются также в виде диодных мостов, разберем, что это такое - это соединенные для получения постоянного (выпрямленного) тока четыре диода в одном корпусе. Подключены они по Мостовой схеме, стандартной для выпрямителей:

Схема диодного моста

   Имеют четыре промаркированных вывода: два для подключения переменного тока, и плюс с минусом. На фото изображен диодный мост КЦ405:

Фото диодный мост

   А теперь давайте рассмотрим подробнее область применения светодиодов. Светодиоды (вернее светодиодная лампа) выпускаются промышленностью и для освещения помещений, как экономичный и долговечный источник света, с цоколем позволяющим вкрутить их в обычный патрон для ламп накаливания.

Светодиодная лампа фото

   Светодиоды существуют в разных корпусах, в том числе и SMD.

smd светодиод фото

   Выпускаются и так называемые RGB светодиоды, внутри них находятся три кристалла светодиодов с разным свечением Red-Green-Blue соответственно Красный - Зеленый – Голубой, эти светодиоды имеют четыре вывода и позволяют путем смешения цветов получить видимым любой цвет.

Подключение RGB ленты

   Эти светодиоды в SMD исполнении часто выпускаются в виде лент с уже установленными резисторами и позволяют подключать их напрямую к источнику питания 12 вольт. Можно для создания световых эффектов использовать специальный контроллер:

Контроллер rgb

   Светодиоды при использовании не любят, когда на них подается напряжение питания выше того, на которое они рассчитаны и могут перегореть сразу или спустя какое-то время, поэтому напряжение источника питания должно быть рассчитано по формулам. Для советских светодиодов типа АЛ-307 напряжение питания должно подаваться примерно 2 вольта, на импортные 2-2,5 вольта, естественно с ограничением тока. Для питания светодиодных лент, если не используется специальный контроллер, необходимо стабилизированное питание. Материал подготовил - AKV.

   Форум по радиодеталям

Светодиоды: принципы работы, виды, характеристики, области применения | LIGHT-RU.RU

Светодиоды различных цветов

Сегодняшний мир невозможно себе вообразить без электрического освещения. Огромные мегаполисы и самые отдаленные уголки земного шара освещаются всевозможными электрическими источниками искусственного света. Однако, непрерывное развитие технологий приводит к тому, что мастодонт электрического освещения — «лампочка Ильича» — уверенно уступает лидирующие позиции современным высокотехнологичным и высокоэкономичным источникам электрического света, среди которых, безусловно, безоговорочно лидируют светодиоды.

Содержание статьи

Что такое светодиод и история его изобретения

Принцип действия светодиода

Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий фотоны определенной частоты при пропускании через него электрического тока.

Часто термин «светодиод» заменяется англоязычной аббревиатурой LED от «led emitting diod» — светоизлучающий диод. Русскоязычный аналог данного словосочетания — СИД — используется значительно реже.

Эффект испускания фотонов достигается благодаря наличию в этих приборах электронно-дырочного перехода, рекомбинация электронов и дырок в котором сопровождается переходом электронов с одного энергетического уровня на другой, в результате чего избыток энергии высвобождается в виде свободного фотонного излучения.

Олег Лосев, советский ученый, изобретатель, один из праотцов светодиода

Впервые подобное явление было обнаружено в далеком 1907 году английским исследователем Генри Раундом. Позднее независимо от него советский ученый Олег Лосев в 1923 году также зафиксировал электролюминесценцию в точке контакта карбида кремния и стали под воздействием электрического тока и даже смог запатентовать своё изобретение под названием «Световое реле» в 1927 году. Но, как часто бывает, открытие не было должным образом оценено современниками и до победного шествия светодиодов оставались долгие десятилетия.

Технология создания инфракрасных светодиодов была освоена в США лишь в 1961 году, а первый реально применимый светодиод в видимом диапазоне спектра (красный) был создан в 1962 году Ником Холоньяком. Позднейшие исследования привели к созданию в 1971 году синего светодиода, а в 1972 году был создан первый жёлтый светодиод и были разработаны способы десятикратного увеличения яркости красных светодиодов.

Тем не менее, несмотря на очевидный прогресс в развитии светодиодной техники, светодиоды оставались чрезмерно дорогими вплоть до конца 60-х годов ХХ века. Их широкое промышленное производство и применение начинается лишь в 70-х годах ХХ века, а производство дешевых синих светодиодов началось лишь после 1990 года, когда японским ученым, получившим позднее за это Нобелевскую премию, удалось критически усовершенствовать технологию их создания.

Виды светодиодов в зависимости от химического состава полупроводников

Поскольку светодиоды являются полупроводниковыми приборами, то и материалы, используемые для их создания, являются традиционными для полупроводниковой техники. Самый распространенный, безусловно, галлий в химических соединениях с другими элементами. Широко применяются также индий, алюминий, кремний.

Использование разнообразных соединений дает возможность получать светодиоды, испускающие свет в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового. А использование дополнительно нанесенных люминофоров и цветных пластиков еще больше расширяет цветовую палитру получаемого света.

Виды полупроводниковых материалов, используемых в светодиодах для получения излучения различного спектра
Цвет Длина волны, нм Падение напряжения, В Полупроводниковые материалы
Инфракрасный λ > 760 ΔU Арсенид галлия (GaAs)
Алюминия галлия арсенид
(Aluminium gallium arsenide AlGaAs)
Красный 610 1,63 Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs)
(Aluminium gallium arsenide AlGaAs)
Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Оранжевый 590 2,03 Галлия фосфид-арсенид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Жёлтый 570 2,10 Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Зеленый 500 1,9 Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
Синий 450 2,48 Селенид цинка (ZnSe)
Индия-галлия нитрид (InGaN)
Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата
Кремний (Si) в качестве субстрата — (в разработке)
Фиолетовый 400 2,76 Индия-галлия нитрид (InGaN)
Пурпурный Смесь нескольких спектров 2,48 Двойной: синий/красный диод,
синий с красным люминофором,
или белый с пурпурным пластиком
Ультрафиолетовый λ 3,1 Алмаз (235 нм)
Нитрид бора (215 нм)
Нитрид алюминия (AlN) (210 нм)
Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) — (менее 210 нм)
Белый Широкий спектр ΔU ≈ 3,5 Синий/фиолетовый диод с люминофором

Типоразмеры SMD светодиодов

SMD — Surface Mount Device — электронные детали или устройства, монтируемые на поверхность (как правильно, на поверхность платы). Именно такой тип монтажа стал самым распространенным в мире электроники и, соответственно, самыми распространенным являются и SMD светодиоды, т.е. светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Иногда их называют чип-светодиодами, но такое название скорее редкость.

Существует несколько самых распространенных размеров SMD светодиодов. Как правило, разные производители придерживаются общепринятых стандартов, хотя, например, световой поток светодиодов одного типоразмера у разных изготовителей может отличаться.

SMD 3528

Светодиод SMD 3528

Светодиоды для поверхностного монтажа типоразмера 3528 являются, пожалуй, одним из наиболее распространенных вариантов. Они имеют прямоугольную форму со сторонами 3,5 и 2,8 миллиметра. Толщина составляет 1,4 мм. Для облегчения монтажа на корпусе светодиода со стороны катода делается срез угла, позволяющий однозначно определить правильное расположение элемента. Светоизлучающая поверхность сформирована в виде круга и, как правило, покрыта люминофором, отличающимся в зависимости от целей использования светодиода. Существенной особенностью данных светодиодных элементов является сильная зависимость их яркости от температуры. Так, при нагревании светодиода до 80 °C его яркость может упасть на 25% и более.

SMD 5050

Светодиод SMD 5050

Светодиоды SMD 5050 обладают квадратным корпусом размером 5,0 на 5,0 мм, внутри которого расположены три кристалла по своим характеристикам идентичных тем, которые устанавливаются в SMD 3528. Фактически SMD 5050 можно считать более совершенной версией светодиодов 3528. Возможность установки трёх кристаллов в один корпус позволяет создавать более мощные и яркие светодиоды, а наличие возможности независимого управления каждым кристаллом позволяет создавать многоцветные RGB светодиоды, способные излучать практически весь видимый человеческим глазом световой спектр.

SMD 5630

Светодиод SMD 5630

Появление нового типа светодиодов с габаритами корпуса 5,6 на 3,0 мм засвидетельствовало не только внешние изменения привычных размеров SMD, но и ознаменовало внесение в их конструкцию заметных улучшений, влияющих на существенные показатели их работы. Применение новых материалов и инженерных решений позволило увеличить мощность и светоотдачу светодиодов 5630 по сравнению с их более ранними собратьями.

Несмотря на наличие в SMD 5630 четырёх выводов используется всего два из них. Второй является отрицательным катодом, а четвертый положительным анодом. При этом ключ катода расположен возле первого вывода. Размещение чипов SMD 5630 на металлической подложке является хорошим тоном, так как способствует значительному улучшению отвода тепла из рабочей зоны и, соответственно, продлению срока службы высокотехнологичного устройства.

На следующем рисунке наглядно представлена разница между направлением светового потока и углами обзора у светодиодов 3528, 5050 и 5630. Невооруженным глазом заметен рост данных показателей с увеличением форм-фактора чип-светодиода.

Сравнительная характеристика направления и угла излучения светодиодов 3528, 5050 и 5630

SMD 5730

Светодиод SMD 5730

Братья-близнецы светодиодов 5630 — светодиоды SMD 5730 — появились на рынке практически одновременно со своими младшими соплеменниками и во многом являются их аналогами. Среди конструктивных отличий необходимо отметить, что светоизлучающие диоды 5,7 на 3,0 мм имею лишь два контакта, в отличие от светодиодов 5630. При этом они несколько выше (приблизительно на 0,5 мм). Также светодиоды 5730 подразделяются по потребляемой мощности на два класса: 0,5 Вт и 1 Вт, и часто обозначаются соответственно SMD 5730-05 и SMD 5730-1. Устройства обоих этих классов являются высокоэффективными светоизлучающими устройствами с низким тепловым сопротивлением кристалл/подложка около 4 °C, что значительно повышает энергоэффективность и долговечность оборудования на их базе.

Сравнительные характеристики чип-светодиодов SMD5730-05 и SMD5730-1
Параметр SMD Максимально допустимое значение Единица измерения
SMD5730-05 SMD5730-1
Прямой ток 180 350 mA
Импульсный прямой ток 400 800 mA
Рассеиваемая мощность 0.5 1.1 W
Температура перехода 130 130 °C
Рабочая температура - 40 / + 65 - 40 / + 65 °C
Температура хранения - 55 / + 100 - 55 / + 100 °C
Температура пайки 300°C в течении 2 сек. 300°C в течении 2 сек.

Как видно из приведенных данных, светодиоды 5730-1, имея вдвое большую рассеиваемую мощность, функционируют и при больших токах. Таким образом, при выборе между светодиодами 5730-05 и 5730-1 необходимо учитывать как условия отвода тепла в готовом изделии, так и электротехнические параметры работы светоизлучающего диода.

Сравнительная характеристика светодиодов различных типоразмеров
Параметр 3528 5050 5630 5730 (0,5 Вт) 5730 (1 Вт)
Световая отдача (Лм/Вт) 5 15 40 40 100
Мощность, Вт 0,06 0,2 0,5 0,5 1,0
Температура, °C +65 +65 +80 +80 +80
Ток, А 0,02 0,06 0,15 0,15 0,30
Напряжение, В 3,3 3,3 3,3 3,4 3,4
Размеры, мм 3,5 х 2,8 5,0 х 5,0 5,6 х 3,0 5,7 х 3,0 5,7 х 3,0

SMD 3014

Светодиод SMD 3014

Сравнительно недавно появившиеся светоизлучающие диоды форм-фактора 3,0 на 1,4 мм не только имеют существенно меньшие внешние размеры, чем более ранние SMD, но и обладают значительно более высокой энергетической эффективностью.

Данные светодиоды работают при максимальном токе 30 мА, что позволяет отнести их к слаботочным устройствам. Также при их монтаже необходимо учитывать, что контакты анода и катода не только выведены на боковые поверхности, но и уходят под нижнюю часть изделия. Целью данного изменения было увеличение теплоотвода от меньшего по размеру, но более мощного потребителя.

SMD 2835

Светодиод SMD 2835

Светодиоды SMD 2835 вобрали в себя, пожалуй, самые лучшие черты других LED SMD. Несмотря на то, что размеры светодиодов 2835 совпадают с размерами светодиодов 3528 (3,5 х 2,8 мм), SMD2835 имеют иную конструкцию светоизлучающей поверхности, выполненной в форме прямоугольника, что снижает неэффективные потери энергии и повышает оптические показатели, в частности, угол обзора.

Конструктивные особенности светодиодов 2835 (использование контактов анода и катода в качестве теплоотводящей подложки) сближает эти устройства с SMD3014, в которых реализован такой же принцип. По электротехническим же характеристикам наиболее близкими к SMD2835 являются SMD5730-05

Энергетическая эффективность различных светодиодов

Развитие LED технологий направлено в первую очередь на увеличение их энергоэффективности. Средние показатели световой отдачи для различных типов чип-светодиодов составляют следующие значения:

  • SMD 3528 — 70 лм/Вт
  • SMD 5050 — 80 лм/Вт
  • SMD 5630 — 80 лм/Вт
  • SMD 5730-05 — 80 лм/Вт
  • SMD 5730-1 — 100 лм/Вт

Из приведенных данных видно, что со сменой поколений светодиодов кардинального роста световой отдачи не произошло. В тоже время, если сравнить светодиоды SMD3528 и светодиоды SMD5730-1, то можно обнаружить, что световой поток вырос почти в 22 раза, в то время как потребление энергии возросло всего в 15 раз.

Подключение светодиодов в электрическую цепь

Обозначение светодиода на электрической схеме

Штатное функционирование светоизлучающих диодов возможно только при подаче на анод положительного потенциала, а на катод — отрицательного, т.е. при прохождении через него тока только в прямом направлении.

Поскольку p-n переход имеет резко возрастающую вольт-амперную характеристику, светодиод должен подключаться к источнику тока. При подключении светодиода к источнику напряжения должна предусматриваться установка ограничивающих ток элементов (например, резисторов). Роль таких элементов может выполнять сама электрическая цепь. Модели светодиодов некоторых производителей поставляются с уже встроенными токолимитирующими элементами. В таких случаях в техническом описании к светодиодам указываются максимальные и минимальные допустимые значения подаваемого на светоизлучающий диод напряжения.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода в светодиодах

Выход из строя светодиода может быть связан с подачей на его контакты напряжения, превышающего заявленные производителем пределы. В этом случае на светодиоде выделяется количество тепла, которое не может быть отведено теплоотводящими элементами, что приводит к перегреву SMD светодиода и его необратимому выходу из строя.

Токолимитирующая цепь для маломощных светодиодов (простейший вариант) может представлять собой элементарный резистор, включенный последовательно со светодиодом. В более сложных случаях, когда существует необходимость защиты мощных светодиодов, применяются схемы с широтно-импульсной модуляцией. Такой вариант позволяет решить сразу две задачи: во-первых, поддерживает среднее значение тока, идущего через светодиод на безопасном уровне и, во-вторых, позволяет диммировать светодиод, т.е. регулировать яркость его свечения.

Необходимо помнить, что при использовании источников питания с низким внутренним сопротивлением, не допускается подача на светодиод напряжения обратной полярности, т. к. у большинства светодиодов обратное пробивное напряжение составляет всего несколько вольт. В том случае, если светодиод используется в схеме, где есть вероятность появления обратного напряжения, светодиод следует защищать путём установки параллельно с ним обычного диода в обратной полярности.

Варианты защиты светодиодов от обратного напряжение (на примере подключения к сети переменного тока 220В)
Защита светодиодов от обратного напряжения диодом Встречно-параллельное подключение светодиода и диода Встречно-параллельное подключение двух светодиодов

Преимущества светодиодов по сравнению с другими источниками света

Являясь качественно новыми источниками электромагнитного излучения, светодиоды обладают рядом существенных преимуществ перед своими предшественниками, что способствует их широкому перманентному внедрению в различных областях народно-хозяйственного комплекса.

Среди преимуществ светодиодов необходимо выделить следующие их качества и характеристики:

  • Отсутствие в LED светодиодах чувствительных к механическим воздействиям конструктивных элементов (таких, например, как нить накаливания) определяет их повышенную вибро- и механическую стойкость к неблагоприятным воздействиям во время изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.
  • Крайне эффективное преобразование светодиодами электрической энергии в световую определяет крайне высокий коэффициент их световой отдачи. Натриевые газоразрядные и металлогалогенные лампы, бывшие многие десятилетия бесспорными лидерами на рынке по показателю световой отдачи, в настоящее время утратили свои лидирующие позиции из-за появления не менее эффективных светоизлучающих диодов. Так, если показатель световой отдачи у натриевых газоразрядных ламп составляет около 150 лм на Вт потребляемой мощности, то у самых современных светодиодов он достиг 146 лм/Вт и продолжает повышаться вместе с развитием технологий и применением новых конструкторских решений.
  • Срок эксплуатации светодиодов составляет от 30 тыс. до 100 тыс. часов, что значительно превышает показатели источников света, изготовленных по другим технологиями. Недостатком светоизлучающих диодов является то, что при длительной эксплуатации и/или неэффективном отводе тепла их кристаллы подвержены так называемой деградации, приводящей к плавному снижению яркости излучения.
  • Существенным плюсом светодиодов является независимость длительности их службы от количества итераций включения-выключения. Этим они выгодно отличаются от других светоизлучающих устройств (например, газоразрядных ламп и ламп накаливания), чувствительных к количеству циклов включения-выключения.
  • Излучению светодиодов имманентно присуща спектральная чистота, в то время как в других устройствах она достигается за счет использование различных светофильтров. Спектрографический анализ излучения красного светодиода
  • Экологическая безопасность LED обусловлена тем, что в их производстве не используются опасные элементы и соединения (ртуть, фосфор, галогениды металлов). Также в спектре их излучения отсутствует ультрафиолет, что приводит к отсутствию необходимости создания защиты от него.
  • Светодиоды безопасны в эксплуатации, т.к. обычно они питаются относительно низкими напряжениями и, благодаря высокой светоотдаче, редко нагреваются выше 50-60 °C
  • Немаловажным фактором, способствующим широкому применению светодиодов, является отсутствие инерционности их включения: максимальная яркость излучения достигается сразу после включения, в то время как у энергосберегающих люминесцентных ламп время включения колеблется от 1 секунды до 1 минуты, а выход на стопроцентную яркость происходит в течение 3-10 минут после начала работы (в зависимости от температуры окружающей среды и особенностей лампы).
  • Практически нулевая чувствительность светодиодов к низким и ультранизким температурам позволяет использовать их вне помещений в странах с суровым климатом. В тоже время, как уже отмечалось, светодиоды (как и любые другие полупроводниковые приборы) чувствительны к высоким температурам. В связи с этим при монтаже LED устройств всегда необходимо уделять особое внимание наличию достаточного уровня отвода тепла.
  • Широкое варьирование угла излучения у различных видов светодиодов (от 15° до 180°) позволяет решать различные конструкторские и технологические задачи при создании устройств с их использованием.
  • Наличие широкого спектра белых светодиодов (белый теплый, белый дневной, белый холодный) дает возможность использовать различные их типы для решения различных задач в зависимости от конкретной ситуации и необходимости получения того или иного эффекта от освещения.
  • Относительно низкая стоимость светодиодов (особенно индикаторных).
  • Высокие показатели коэффициента цветопередачи CRI.

Применение светодиодов

Благодаря широкому спектру преимуществ, светодиодные источники излучения нашли применения в разнообразных областях. Основными направлениями использования LED являются:

  • Исторически первой областью применения светодиодов было приборостроение. Именно здесь светодиоды стали массово применяться в качестве устройств индикации. Индикаторами могут быть как одиночные LED (например, индикатор включения в сеть), так и собранные в различные табло (цифровые, цифро-буквенные).
  • В последние десятилетия стали широко использоваться так называемые светодиодные кластеры. По сути это массив светодиодов, находящихся под общим цифровым (как правило) управлением. Обывателю такие кластеры знакомы в виде бегущих строк, больших экранов, размещаемых на улицах городов.
  • Также светодиоды обеспечивают подсветку жидкокристаллических экранов мобильных устройств, телевизоров и мониторов персональных компьютеров и ноутбуков.
  • Мощные и сверхмощные светодиоды нашли своё применение в фонарях уличного освещения, а также в современных светофорах. Применение LED излучателей в светофорах крупных городов не только способствует оптимизации потребления электроэнергии, но и за счет высокой светоотдачи и цветопередачи способствует снижению аварийности на дорогах.
  • Повышению безопасности на дорогах способствует и внедрение принципиально новых элементов дорожной обстановки: дорожных знаков на основе светодиодов. Такие знаки прекрасно видны в любое время суток и практически в любую погоду.
  • В последние годы светодиоды получили широкое распространение в качестве основных источников промышленного и бытового освещения. Светильники на основе LED, а также светодиодные ленты уверенно вытесняют с рынка другие виды источников света. В первую очередь это происходит за счет лавинообразного снижения цен на светодиоды в последнее время, а также благодаря появлению множества локальных производителей достаточно качественной светодиодной продукции.
  • Использование LED технологий в растениеводстве позволяет создавать узкоспециализированные источники освещения (фитолампы) с особым спектром излучения, обеспечивающим максимальную эффективность процесса фотосинтеза в листьях сельскохозяйственных растений. Применение подобных приборов особенно перспективно на территориях с северным климатом.
  • Стремительное развитие информационных технологий также обуславливает значительный спрос на светодиодную продукцию. Использование LED в качестве легкодоступных источников модулированного электромагнитного излучения широко распространено при создании систем передачи информации по оптическим волокнам.
  • Заняли свою нишу светодиоды и в сфере дизайна в виде цветных светодиодных лент, гибких шнуров дюралайт, светодиодных гирлянд. С их помощью оформляются как интерьеры жилых помещений, так и архитектурные и арт-объекты, а также концертные и выставочные залы, бары, дискотеки, ночные клубы.
  • Дешевизна и чарующая привлекательность LED привела к их повсеместному использованию в игрушках, детских играх, различных USB-устройствах.
  • Менее известно, но от того не менее широко распространено использование светодиодов в оптронах, позволяющих создавать разнообразные детекторы наличия, дискретные спидометры, детекторы начала и конца, а также устройства передачи сигнала без передачи электрического напряжения. Устройство и обозначение оптрона (оптопары)

LIGHT-ru.RU — С НАМИ СВЕТЛЕЕ!

диодов - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 58

Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют огромное применение. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель - это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется - быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями - но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Таким образом, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель можно сделать всего из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, посылается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Формы входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) сигналов напряжения после прохождения через схему однополупериодного выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных выступов в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходной волны, которую она создает (синий / правый).

Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали стенную бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, исправляющих ее.

Можете ли вы заметить в этой бородавке четыре диода, образующие мостовой выпрямитель?

Защита от обратного тока

Вы когда-нибудь вставляли батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, включенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.

Этот диод полезен, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.

Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диоды Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические ворота

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда оба входа имеют логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.

Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды , обоих диодов соединены вместе, где и находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному выводу и также подтягивать его к высокому уровню. Если на одном из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.

Обратные диоды и подавление скачков напряжения

Диоды

очень часто используются для ограничения потенциального повреждения от неожиданных больших скачков напряжения. Диоды с подавлением переходных напряжений (TVS) - это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большими номинальными мощностями (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратные диоды

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, таким как двигатель.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь для разряда, фактически многократно проходя через индуктивность и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Это всего лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.



← Предыдущая страница
Типы диодов

Темы по применению диодов [Analog Devices Wiki]

В этой главе мы исследуем различные схемы, в которых используются определенные характеристики диода с PN переходом.В главе 6 мы обсудили использование диода как средства преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Существуют и другие случаи, когда изменяющийся во времени сигнал может потребоваться преобразовать в сигнал постоянного тока. В этих ситуациях часто желательно эффективно компенсировать или скорректировать прямое падение напряжения на диоде, чтобы точно измерить требуемое значение сигнала.

Другое свойство диода состоит в том, что проводимость (или сопротивление) малого сигнала диода является функцией постоянного тока, протекающего через диод (рабочая точка).Эта характеристика может быть использована для создания аттенюатора, зависящего от напряжения (фактически тока). Также, как мы обнаружили в главе 5, напряжение на диоде в области прямой проводимости экспоненциально связано с током, протекающим через диод. Это свойство можно использовать для создания схем нелинейных усилителей, которые имеют либо логарифмические, либо антилогарифмические (экспоненциальные) отношения входа и выхода.

7.1 Полупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором или пиковым детектором

Простейшей формой схемы детектора пиков является последовательное соединение диода и конденсатора, которое выводит на конденсатор напряжение постоянного тока, равное пиковому значению входного сигнала переменного тока (за вычетом падения напряжения прямого смещения диода).Как правило, требуется какой-либо переключатель, подключенный параллельно конденсатору, для периодического сброса выходного напряжения, например, когда требуется новое обнаружение пика.

Рисунок 7.1.1 Простой пиковый детектор

Когда диод направлен, как показано на рисунке 7.1.1, схема обнаруживает положительные пики. Если направление диода было изменено на противоположное, схема обнаружит отрицательные пики на входе. Выходной сигнал простого пикового детектора на самом деле не является истинным пиковым значением входа из-за присущего встроенному падению напряжения диода.За счет включения операционного усилителя, как показано на рисунке 7.1.2, ошибка из-за падения напряжения на диоде значительно уменьшается за счет прямого усиления операционного усилителя.

Рисунок 7.1.2 Прецессионный однополупериодный выпрямитель или пиковый детектор

Однако существует фундаментальная проблема этой простой схемы в том, что, когда входной сигнал меньше (более отрицательный), чем напряжение, удерживаемое на конденсаторе, диод будет смещен в обратном направлении, а выход операционного усилителя будет «отключен». ”От инвертирующего входного терминала.В этом случае усилитель не будет иметь отрицательной обратной связи, и выход операционного усилителя будет насыщаться на отрицательной шине питания. Когда входное напряжение снова становится более положительным, чем напряжение, удерживаемое на конденсаторе, и выход выходит из состояния насыщения, это влияет на время отклика усилителя. Схема может не реагировать должным образом на быстрые кратковременные положительные пики входного сигнала. В следующем разделе мы исследуем лучшую форму полуволнового выпрямителя.

7.2 схемы абсолютного значения

В этом разделе мы исследуем схемы абсолютного значения. Выпрямители, или схемы «абсолютного значения», часто используются в качестве детекторов для преобразования амплитуд сигналов переменного тока в значения постоянного тока, чтобы их было легче измерить. Для этого типа схемы сигнал переменного тока сначала фильтруется по верхним частотам, чтобы удалить любые составляющие постоянного тока, а затем выпрямляется и, возможно, фильтруется по нижним частотам. Как мы обнаружили в главе 6, простые выпрямительные схемы, построенные на диодах, плохо реагируют на сигналы с амплитудой меньше, чем диодное падение (0.6В для кремниевых диодов). Это ограничивает их использование в конструкциях, в которых необходимо измерять малые амплитуды. Для схем, в которых требуется высокая степень точности, операционные усилители могут использоваться в сочетании с диодами для создания прецизионных выпрямителей или схем абсолютного значения.

7.2.1 Прецизионный однополупериодный выпрямитель

Схема инвертирующего операционного усилителя может быть преобразована в «идеальный» (линейной точности) полуволновой выпрямитель путем добавления двух диодов, как показано на рисунке 7.2.1. Для отрицательной половины входного размаха диод D 1 смещен в обратном направлении, а диод D 2 смещен в прямом направлении, и схема работает как обычный инвертор с коэффициентом усиления -1, предполагая, что R 1 = R 2 .Для положительной половины размаха входа диод D 1 смещен в прямом направлении, замыкая обратную связь вокруг усилителя. Диод D 2 смещен в обратном направлении, отключая выход от усилителя. Выход будет иметь потенциал виртуальной земли (- входной терминал) через резистор R 2 .

Рисунок 7.2.1 Схема прецизионного однополупериодного выпрямителя.

Пик выпрямленного выхода, как показано на рисунке 7.2.2, теперь равен пиковому значению входа.Также есть резкий переход, когда вход пересекает ноль. Читателю следует исследовать формы сигналов в различных точках схемы, например на выходе операционного усилителя, чтобы объяснить, почему эта схема работает лучше, чем простой диодный полуволновой выпрямитель.

Рисунок 7.2.2 Моделирование прецизионного полуволнового выпрямителя.

Пример применения: измерение пикового значения переменного напряжения

У нас есть доступ только к вольтметру постоянного тока, и нам нужно разработать схему, которая может измерять пиковое напряжение сигнала переменного тока.Мы можем использовать прецизионный полуволновой выпрямитель, чтобы обеспечить только отрицательную половину входного сигнала, а затем фильтровать нижних частот выпрямленного выхода, как показано на рисунке 7.2.3. Каково выходное напряжение постоянного тока следующей цепи, если R 1 = 3,24 кОм, R 2 = 10,2 кОм, R 3 = 20 кОм и R 4 = 20 кОм Предположим, Vp = 1 В .

Для синусоидального входа с пиковым значением В P выход полуволнового выпрямителя представляет собой полусинусоидальную волну с пиковым значением В P (R 2 / R 1 ).Полусинусоидальная волна имеет постоянную составляющую, определяемую:

Фильтр нижних частот первого порядка удалит содержимое переменного тока и пропустит компонент постоянного тока с усилением, равным R 4 / R 3 . Конечный выход постоянного тока будет:

7.2.2 Прецизионный двухполупериодный выпрямитель

Схема, показанная на рисунке 7.2.4, представляет собой схему абсолютного значения, часто называемую прецизионным двухполупериодным выпрямителем. Он должен работать как двухполупериодная схема выпрямителя, построенная на идеальных диодах (напряжение на диоде при прямой проводимости равно 0 вольт).Фактические диоды, используемые в схеме, будут иметь прямое напряжение около 0,6 В . Для того, чтобы обе половины входного сигнала имели одинаковое усиление от входа к выходному резистору R 2 = R 3 и R 4 = R 5 .

Рисунок 7.2.4 Схема абсолютного значения.

Если значение R 1 сделать ниже, чем R 2 и R 3 , схема имеет усиление. Если значение R 1 выше, чем R 2 и R 3 , схема может принимать более высокие входные напряжения, поскольку она действует как аттенюатор.Например, если R 1 составляет 1 кОм, с R 2 и R 3 равным 10 кОм, схема имеет усиление 10, а если R 1 составляет 100 кОм, усиление составляет 0,1 (ослабление 10 ). Все другие обычные ограничения для операционных усилителей применяются так же, как и другие каскады инвертирующих операционных усилителей, поэтому при использовании высокого усиления частотная характеристика будет затронута.

Входное сопротивление схемы равно значению R 1 и остается постоянным, пока первый операционный усилитель работает в своих пределах, то есть его инвертирующий вход находится на виртуальной земле.Одна интересная особенность использования инвертирующей топологии заключается в том, что она позволяет схеме функционировать как схема суммирования для нескольких входов. R 1 может быть скопирован для обеспечения второго входа или может быть расширен с помощью третьего резистора и т. Д.

Пик выпрямленного выхода, как показано на рисунке 7.2.5, снова равен пиковому значению входа. Есть резкий переход, когда вход пересекает ноль. Читателю следует исследовать формы сигналов в различных точках схемы, таких как выход операционного усилителя и диоды, чтобы объяснить, почему эта схема работает лучше, чем двухполупериодный диодный или мостовой выпрямитель.

Рисунок 7.2.5 Моделирование двухполупериодного выпрямителя.

ADALM1000 Лабораторная деятельность, Прецизионные выпрямители, Абсолютные схемы

7.3 Детектор конвертов

Детектор огибающей - это схема, которая принимает входной сигнал с высокочастотной амплитудной модуляцией и выдает выходной сигнал, который является «огибающей» AM-сигнала. Конденсатор в цепи накапливает заряд на переднем фронте и медленно сбрасывает его через резистор, когда сигнал падает.Последовательный диод выпрямляет входящий сигнал, позволяя току течь только тогда, когда положительный входной терминал имеет более высокий потенциал, чем отрицательный входной терминал.

Большинство практических детекторов огибающей используют либо полуволновое, либо двухполупериодное выпрямление сигнала для преобразования входного сигнала AM в импульсный сигнал постоянного тока, где пики импульсов постоянного тока представляют собой модулирующий сигнал. Затем используется низкочастотная фильтрация для сглаживания конечного результата, оставляя компонент низкочастотного модулирующего сигнала.Эта фильтрация редко бывает идеальной, и на выходе детектора огибающей, вероятно, останется некоторая «рябь», особенно для низкочастотных входов, таких как ноты бас-гитары. Большая фильтрация дает более гладкий результат, но снижает высокочастотный отклик на исходный модулирующий сигнал. Реальные проекты должны быть оптимизированы для данного приложения.

Рисунок 7.3.1 Детектор конверта

Рисунок 7.3.2 Формы сигналов на входе и выходе детектора огибающей

У простого диодного детектора огибающей есть несколько недостатков:

1) Вход в детектор должен быть отфильтрован полосой пропускания вокруг полезного сигнала несущей, иначе детектор будет одновременно демодулировать несколько сигналов.Фильтрация может выполняться с помощью настраиваемого фильтра или, что более практично, супергетеродинного приемника
2) Он более чувствителен к шумам, чем детектор продукта
3) Если сигнал перемодулирован, возникнут искажения

Большинство из этих недостатков относительно незначительны и обычно являются приемлемым компромиссом для простоты и низкой стоимости использования детектора огибающей.

Лабораторная работа ADALM1000, АМ-модуляция и детектор огибающей
Лабораторная работа ADALM2000, детектор конверта

7.4 диодных зажима

Когда сигнал управляет разомкнутым конденсатором связи переменного тока, средний уровень напряжения на выходном выводе конденсатора определяется некоторым начальным зарядом на этом выводе конденсатора и, следовательно, будет непредсказуемым. В этом случае необходимо, чтобы обеспечить путь постоянного тока от выходной клеммы конденсатора к земле или какой-либо другой опорного напряжения через большой резистор. Этот путь постоянного тока истощает любой избыточный заряд и приводит к нулевому среднему или нулевому выходному напряжению постоянного тока.Это полезно, если мы хотим принудительно привязать среднее значение сигнала переменного тока к известному значению, однако, что, если мы хотим принудительно установить положительный или отрицательный пик сигнала переменного тока на известное значение? Так называемый зажим схема может быть использована для «зажима» пикового значения к известному опорному уровню.

Зажим - это электронная схема, которая предотвращает выход сигнала выше или ниже определенного заданного значения постоянного тока или уровня ограничения. Фиксатор не изменяет амплитуду сигнала от пика до пика, он сдвигает его вверх или вниз на фиксированное значение.Диодный фиксатор (простой, распространенный тип) основан на свойстве диода проводить только в одном направлении, а также на резисторах и конденсаторах для поддержания измененного уровня постоянного тока на выходе фиксатора.

Схема фиксации фиксирует верхний или нижний пик формы сигнала на фиксированном уровне постоянного напряжения. Эту схему также иногда называют восстановителем постоянного напряжения по понятным причинам. В несмещенном состоянии схема фиксации фиксирует нижний предел выходного напряжения (или верхний предел в случае отрицательных фиксаторов) равным 0 вольт.Посредством включения фиксированного напряжения смещения последовательно с диодом схема будет ограничивать пик формы волны до определенного уровня постоянного тока.

Рисунок 7.4.1 Формы сигналов на входе и выходе фиксатора постоянного тока

Схема диодного зажима, показанная на рисунке 7.4.2, показывает, что это относительно простое устройство. Два компонента, создающие эффект ограничения, - это конденсатор, за которым следует диод, включенный параллельно выходу. Схема фиксации основана на изменении постоянной времени конденсатора; это результат изменения пути тока диода, проводящего или непроводящего, при изменении входного напряжения.Значение C 1 и величина любой внешней нагрузки R выбираются так, чтобы Τ = RC было достаточно большим, чтобы гарантировать, что напряжение на конденсаторе не будет значительно разряжаться во время непроводящего интервала диода. Во время первой отрицательной фазы входного переменного напряжения конденсатор в положительном фиксаторе быстро заряжается. Когда В IN становится положительным, конденсатор служит удвоителем напряжения; поскольку он сохранил эквивалент пикового значения В IN во время отрицательного цикла, он обеспечивает почти такое же напряжение во время положительного цикла; это по существу удваивает напряжение на выходе V OUT .Когда В IN становится отрицательным, конденсатор действует как батарея с таким же напряжением V IN . Входное напряжение и конденсатор противодействуют друг другу, в результате чего на выходе получается нулевое напряжение на выходе V OUT .

Рисунок 7.4.2 Схема восстановления диодного постоянного тока

Простой способ создания ссылки постоянного тока для выходного напряжения с помощью диодного зажима, как показано на рисунке 7.4.2. Проводя проводку всякий раз, когда напряжение на выходном выводе конденсатора становится отрицательным, эта схема накапливает средний заряд на выводе, достаточный для предотвращения того, чтобы выходной сигнал когда-либо становился более отрицательным, чем прямое напряжение диода. Положительный заряд на этом выводе эффективно задерживается.

Схема зажима операционного усилителя

Схема на рисунке 7.4.3 включает схему фиксации операционного усилителя с ненулевым опорным напряжением фиксации. Усиления разомкнутого контура очень большие операционный усилитель обеспечивает то преимущество, что зажимной уровень находится на очень почти опорном напряжении.Там нет необходимости принимать во внимание прямого падения вольтовую диода (который необходим в предыдущих простых схемах, как это добавляет к опорному напряжению). Влияние падения напряжения на диоде на выход схемы будет уменьшено за счет усиления разомкнутого контура усилителя, что приведет к незначительной ошибке.

Рисунок 7.4.3 Схема прецизионных зажимов операционного усилителя

7.5 Ограничители / ограничители диодные

Схема ограничения на диоде может использоваться для ограничения размаха напряжения сигнала.Передаточная функция между входом и выходом идеальной схемы ограничения показана на рисунке 7.5.1. V OUT равно V IN , пока V IN меньше V L + и больше V L- . Когда V IN находится за пределами этих предельных напряжений, V OUT ограничивается или ограничивается до V L + или V L- .

Рисунок 7.5.1 Характеристика отсечки напряжения

Рисунок 7.5.2 Формы сигналов ограничителя

На рисунке 7.5.3 показана диодная схема, которая фиксирует как положительные, так и отрицательные колебания напряжения до опорных напряжений. Основные компоненты, необходимые для схемы ограничения, - это идеальный диод и резистор. Чтобы зафиксировать уровень ограничения на желаемом уровне, отличном от уровня земли, источник постоянного тока также должен быть включен последовательно с диодом, как показано на рисунке.Когда диод смещен в прямом направлении, он действует как замкнутый переключатель, замыкающий V OUT на V L + или V L- , а когда диод смещен в обратном направлении, он действует как разомкнутый переключатель . Различные уровни ограничения можно получить, изменяя напряжение источника постоянного тока, а также меняя местами диод и резистор.

В зависимости от характеристик диода, положительная или отрицательная область входного сигнала «отсекается», и, соответственно, ограничители диода могут быть положительными или отрицательными.

Рисунок 7.5.3 Схема параллельного или параллельного ограничителя

Есть две основные формы клипсаторов: последовательные и параллельные (или шунтирующие). В шунтирующем ограничителе диод находится в ветви, параллельной нагрузке, в то время как последовательная конфигурация, рисунок 7.5.4, определяется как конфигурация, в которой диод включен последовательно с нагрузкой.

Рисунок 7.5.4 Схема последовательного ограничителя

Недостатки шунтирующих и диодных клипсаторов серии В шунтирующих ограничителях, когда диод находится в непроводящем состоянии, передача входного сигнала на выход должна происходить без какого-либо затухания или потерь.Но в случае высокочастотных, РЧ входных сигналов емкость диода отрицательно влияет на работу схемы, и сигнал ослабляется (то есть проходит через емкость диода на землю).

В последовательных ограничителях, когда диод находится в непроводящем состоянии, входной сигнал не передается на выход. Но в случае высокочастотных радиочастотных сигналов утечка происходит через емкость диода, что нежелательно. Это недостаток использования диода в качестве последовательного элемента в таких клипсаторах.

7.6 Регулируемый аттенюатор, управляемый напряжением

Регулируемые ВЧ-аттенюаторы с электронным управлением являются обычным явлением в конструкции цепей ВЧ-сигналов. Например, часто желательно иметь возможность управлять амплитудой радиочастотного сигнала с помощью управляющего напряжения. Эти регулируемые ВЧ-аттенюаторы можно использовать даже в программируемых ВЧ-аттенюаторах. Здесь управляющее напряжение генерируется цифро-аналоговым преобразователем, который программируется микроконтроллером или цифровым сигнальным процессором ( DSP ).

Изменяя ток смещения через PN-диод, можно изменять ВЧ сопротивление. На высоких частотах диод выглядит как резистор, сопротивление которого является обратной функцией его прямого тока. Кроме того, диод может использоваться в некоторых конструкциях регулируемого аттенюатора в качестве амплитудных модуляторов или схем выравнивания выходного сигнала (автоматической регулировки усиления). Пример конфигурации схемы аттенюатора показан на рисунке 7.6.1.

Рисунок 7.6.1 Регулируемый аттенюатор, управляемый напряжением

Назначение C 1 (и C 2 ) - блокировать постоянный ток из входных и выходных цепей, чтобы не влиять на рабочую точку диода.Назначение индуктора L 1 - блокировать прохождение сигнала переменного тока в R 2 . Аттенюатор использует тот факт, что сопротивление «слабого сигнала» диода r D является функцией постоянного тока, протекающего в диоде I D . См. Уравнения ниже:

Где:
n - масштабный коэффициент площади (размера) диода
В T - тепловое напряжение
I D - ток диода
k - постоянная Больцмана
q - заряд электрона
T - абсолютная температура

В схеме установлен делитель напряжения между R 1 и сопротивлением D 1 .Ток в D 1 изменяется путем изменения тока в R 2 . Когда ток в D 1 мал, r D велик, и доля входного сигнала, видимого на выходе, велика. По мере того, как ток в D 1 увеличивается, его сопротивление уменьшается, и доля входа, видимого на выходе, уменьшается.

7.7 Логарифмические выходные усилители

Рисунок 7.7.1 Логарифмический усилитель

Соотношение между входным напряжением В в и выходным напряжением В на выходе определяется следующим образом:

где I S - ток насыщения, а V T - тепловое напряжение.

Если операционный усилитель считается идеальным, отрицательный вывод находится на виртуальной земле, поэтому ток, протекающий через резистор со входа (и, таким образом, через диод на выход, поскольку ток не течет на входы операционного усилителя) равен:

где I D - ток через диод.

Как мы знаем из главы 5, соотношение между током и напряжением для диода следующее:

Это уравнение, когда напряжение V D больше нуля, можно аппроксимировать следующим образом:

Сложив эти две формулы вместе и учитывая, что выходное напряжение является отрицательным значением напряжения на диоде ( В, , , выход, = - В, , D, ), логарифмическое соотношение между выходом и входом истинно.

Обратите внимание, что в этой реализации не учитывается температурный дрейф напряжения диода из-за теплового напряжения В, , Т, и других неидеальных эффектов.

Чтобы проиллюстрировать характеристики входного и выходного напряжения диодного логарифмического усилителя, была смоделирована схема на рисунке 7.7.1 с R, установленным на 1 кОм, и диодом 1N4148. Результаты представлены на рисунке 7.7.2. Нижняя зеленая кривая представляет собой линейную развертку В IN от 0 до 5 В.Таким образом, с резистором 1 кОм ток через диод изменяется от 0 до 5 мА . Верхняя синяя кривая показывает характерную логарифмическую форму, которую мы ожидаем.

Рисунок 7.7.2 Моделирование логарифма усилителя

7.8 Усилители экспоненциального (антилогарифмического) выхода

Рисунок 7.8.1 Антилогарифмический усилитель

Соотношение между входным напряжением В в и выходным напряжением В на выходе определяется следующим образом:

где I S - ток насыщения, а V T - тепловое напряжение.

Если мы снова рассматриваем операционный усилитель как идеальный, то отрицательный вывод находится на виртуальной земле, поэтому ток через диод определяется выражением:

когда напряжение на диоде В D больше нуля, это можно приблизительно определить следующим образом:

Выходное напряжение определяется как:

Для иллюстрации характеристик входного напряжения и выходного напряжения диодного антилогарифмического усилителя приведена схема на рисунке 7.8.1 был смоделирован с R, установленным на 1 кОм, и диодом 1N4148. Результаты представлены на рисунке 7.8.2. Нижняя зеленая кривая представляет собой линейную развертку V IN от 0 до 660 мВ . Используя тот же диод, который мы использовали в разделе 7.7 для логарифмических ампер, мы знаем, что 660 мВ приведет к току 1 мА через диод и при том же выходном напряжении резистора 1 кОм будет 5 В. Верхняя синяя кривая показывает характерную экспоненциальную форму, которую мы ожидаем.

Рисунок 7.8.2 Имитация антилогарифмического усиления

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Введение в схему выпрямительных диодов Wokring и ее применение

Диоды - широко используемые полупроводниковые устройства. Выпрямительный диод - это двухпроводной полупроводник, который позволяет току проходить только в одном направлении.Как правило, диод с P-N переходом формируется путем соединения полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. Сторона P-типа называется анодом, а сторона n-типа - катодом. Многие типы диодов используются в широком диапазоне приложений. Выпрямительные диоды - жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Стабилитроны используются для регулирования напряжения, предотвращая нежелательные изменения в источниках постоянного тока в цепи.

Символ диода

Символ выпрямительного диода показан ниже, стрелка указывает в направлении обычного тока.

Выпрямительный диод Символ

Схема работы выпрямительного диода

Материалы как n-типа, так и p-типа химически комбинируются с помощью специальной технологии изготовления, которая приводит к образованию p-n перехода. Этот переход P-N имеет две клеммы, которые можно назвать электродами, и по этой причине он называется «ДИОДОМ» (диодом).

Если к любому электронному устройству через его клеммы подается внешнее напряжение постоянного тока, это называется смещением.

Несмещенный выпрямительный диод

  • Когда на выпрямительный диод не подается напряжение, он называется несмещенным диодом, на N-стороне будет большинство электронов и очень небольшое количество отверстий (из-за теплового возбуждения), тогда как P-сторона будет иметь большинство носителей заряда дырки и очень небольшое количество электронов.
  • В этом процессе свободные электроны с N-стороны будут диффундировать (распространяться) на P-сторону, и рекомбинировать происходит в имеющихся там дырках, оставляя + ve неподвижных (неподвижных) ионов на N- стороне и создавая -ve неподвижные ионы в сторона P диода.
  • Неподвижный в стороне n-типа у края стыка. Точно так же неподвижные ионы на стороне p-типа около края перехода. Из-за этого на стыке будет накапливаться количество положительных и отрицательных ионов. Образованная таким образом область называется областью истощения.
  • В этой области через PN переход диода создается статическое электрическое поле, называемое барьерным потенциалом.
  • Он препятствует дальнейшей миграции дырок и электронов через переход.
Несмещенный диод (напряжение не подается)

Диод с прямым смещением

  • Прямое смещение: в диоде с PN-переходом положительная клемма источника напряжения подключена к стороне p-типа, а отрицательная клемма подключена к n на стороне типа, диод находится в состоянии прямого смещения.
  • Электроны отталкиваются отрицательной клеммой источника постоянного напряжения и дрейфуют к положительной клемме.
  • Итак, под действием приложенного напряжения этот дрейф электронов вызывает протекание тока в полупроводнике. Этот ток называется «дрейфовым током». Поскольку основными носителями являются электроны, ток n-типа - это ток электронов.
  • Поскольку отверстия являются основными носителями в p-типе, они отталкиваются от положительной клеммы источника постоянного тока и перемещаются через переход к отрицательной клемме.Итак, ток в p-типе - это ток дырки.
  • Таким образом, общий ток большинства носителей создает прямой ток.
  • Направление обычного тока, протекающего от положительного к отрицательному положению батареи, в направлении обычного тока противоположно потоку электронов.
Выпрямительный диод с прямым смещением

Диод с обратным смещением

  • Состояние с обратным смещением: если диод является положительной клеммой источника, напряжение подключено к концу n-типа, а отрицательная клемма источника подключена к p- типа конец диода, через диод не будет тока, кроме обратного тока насыщения.
  • Это связано с тем, что в состоянии обратного смещения обедненный слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения.
  • Хотя есть небольшой ток, протекающий от конца n-типа к концу p-типа в диоде из-за неосновных носителей. Этот ток называется током обратного насыщения.
  • Неосновные носители - это, в основном, термически генерируемые электроны / дырки в полупроводнике p-типа и полупроводнике n-типа соответственно.
  • Теперь, если обратное приложенное напряжение на диоде постоянно увеличивается, то после определенного напряжения слой обеднения разрушится, что вызовет протекание огромного обратного тока через диод.
  • Если этот ток не ограничен извне и превышает безопасное значение, диод может выйти из строя.
  • Эти быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими атомами в устройстве, чтобы отбить у них еще несколько электронов. Электроны, высвобождаемые таким образом, высвобождают гораздо больше электронов из атомов, разрывая ковалентные связи.
  • Этот процесс называется умножением несущих и приводит к значительному увеличению тока через p-n переход.Связанное с этим явление называется лавинным распадом.
Диод с обратным смещением

Некоторые применения выпрямительного диода

Диоды имеют множество применений. Вот некоторые из типичных применений диодов включают:


  • выпрямления напряжения, такие как превращение переменного тока в напряжение постоянного тока
  • Разделительные сигналы от источника
  • опорного напряжения
  • контролируя размер сигнала
  • Mixing сигналы
  • Сигналы обнаружения
  • Системы освещения
  • ЛАЗЕРНЫЕ диоды
Полуволновой выпрямитель

Одним из наиболее распространенных применений диода является выпрямление переменного напряжения в источник постоянного тока.Поскольку диод может проводить ток только в одном направлении, когда входной сигнал становится отрицательным, тока не будет. Это называется однополупериодным выпрямителем. На рисунке ниже показана схема однополупериодного выпрямительного диода.

Полупериодный выпрямитель
Полноволновой выпрямитель
  • Схема двухполупериодного выпрямительного диода состоит из четырех диодов, с помощью этой структуры мы можем сделать обе половины волны положительными. Как для положительного, так и для отрицательного цикла входа существует прямой путь через диодный мост.
  • В то время как два диода смещены в прямом направлении, два других смещены в обратном направлении и эффективно исключены из схемы. Оба проводящих пути заставляют ток течь в одном и том же направлении через нагрузочный резистор, выполняя двухполупериодное выпрямление.
  • Двухполупериодные выпрямители используются в источниках питания для преобразования переменного напряжения в постоянное. Большой конденсатор, подключенный параллельно к выходному нагрузочному резистору, снижает пульсации в процессе выпрямления. На рисунке ниже показана схема двухполупериодного выпрямительного диода.
Full-Wave Rectifier

Итак, это все о выпрямительном диоде и его использовании. Знаете ли вы какие-либо другие диоды, которые регулярно используются в электрических и электронных проектах в реальном времени? Затем оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Как образуется обедненная область в диоде D ?

Работа диода Шоттки и его применение

Диод Шоттки - это один из типов электронных компонентов, который также известен как барьерный диод.Он широко используется в различных приложениях, таких как смеситель, в радиочастотных приложениях и в качестве выпрямителя в энергетических приложениях. Это низковольтный диод. Падение мощности ниже по сравнению с диодами с PN переходом. Диод Шоттки назван в честь ученого Шоттки. Его также иногда называют диодом с горячими носителями, диодом с горячими электронами и даже диодом с поверхностным барьером. В этой статье обсуждается, что такое диод Шоттки, конструкция, применение, характеристики и преимущества.

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки также известен как диод с горячей несущей; это полупроводниковый диод с очень быстрым переключением, но с низким падением прямого напряжения.Когда через диод протекает ток, на выводах диода возникает небольшое падение напряжения. В нормальном диоде падение напряжения составляет от 0,6 до 1,7 вольт, тогда как в диоде Шоттки падение напряжения обычно находится в диапазоне от 0,15 до 0,45 вольт. Это меньшее падение напряжения обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется переход полупроводник-металл, создавая барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.


Диод Шоттки

Конструкция диода Шоттки

Это односторонний переход. Переход металл-полупроводник формируется на одном конце, а другой контакт металл-полупроводник формируется на другом конце. Это идеальный омический двунаправленный контакт без потенциала между металлом и полупроводником, и он не выпрямляющий. Встроенный потенциал на диоде с разомкнутой цепью с барьером Шоттки характеризует диод Шоттки.

Физическая структура диода Шоттки

Диод Шоттки является функцией падения температуры.Снижается и увеличивается температурная концентрация легирования в полупроводнике N-типа. В производственных целях используются металлы диода с барьером Шоттки, такие как молибден, платина, хром, вольфрам, алюминий, золото и т. Д., И используются полупроводники N-типа.

Диод с барьером Шоттки

Диод с барьером Шоттки также известен как диод Шоттки или диод с горячей несущей. Диод с барьером Шоттки - это металл-полупроводник. Переход формируется путем приведения металла в контакт с умеренно легированным полупроводниковым материалом N-типа.Диод с барьером Шоттки - это однонаправленное устройство, проводящее ток только в одном направлении (обычный ток, протекающий от металла к полупроводнику)

Барьерный диод Шоттки

VI Характеристики барьерного диода Шоттки

ВИ-характеристики диода с барьером Шоттки ниже


  • Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки очень мало по сравнению с обычным диодом с PN переходом.
  • Прямое падение напряжения от 0.От 3 до 0,5 вольт.
  • Прямое падение напряжения барьера Шоттки состоит из кремния.
  • Прямое падение напряжения увеличивается одновременно с увеличением концентрации легирования в полупроводнике N-типа.
  • ВАХ диода с барьером Шоттки очень крутые по сравнению с ВАХ нормального диода с PN переходом из-за высокой концентрации носителей тока.
Токовые компоненты в диоде Шоттки

Ток в диоде с барьером Шоттки проходит через основные носители, которые являются электронами в полупроводнике N-типа.Формула в диоде с барьером Шоттки:

I T = I Диффузия + I Туннелирование + I Термоэлектронная эмиссия

Где I Диффузия - это ток диффузии из-за градиента концентрации и диффузии плотность тока Дж n = D n * q * dn / dx для электронов, где D n - постоянная диффузии электронов, q - заряд электрона = 1.6 * 10 19 кулонов, dn / dx - градиент концентрации электронов.
ITunneling - это туннельный ток из-за квантово-механического туннелирования через барьер. Вероятность туннелирования увеличивается с уменьшением барьера или встроенного потенциала и уменьшением ширины обедненного слоя. Этот ток прямо пропорционален вероятности туннелирования.
I Термоэлектронная эмиссия - это ток, обусловленный током термоэлектронной эмиссии. Из-за теплового перемешивания некоторые носители имеют энергию, равную или превышающую энергию зоны проводимости для границы раздела металл-полупроводник и для тока.Это известно как ток термоэлектронной эмиссии.
Так как ток, протекающий непосредственно через диод с барьером Шоттки, проходит через основные носители заряда. Следовательно, он подходит для высокоскоростных коммутационных приложений, поскольку прямое напряжение очень низкое, а время обратного восстановления очень короткое.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки используются для ограничения напряжения и предотвращения насыщения транзистора из-за высокой плотности тока в диоде Шоттки.Кроме того, диод Шоттки отличается низким прямым падением напряжения, он теряется в меньшем количестве тепла, что делает их эффективным выбором для чувствительных и очень эффективных приложений. Поскольку диод Шоттки используется в автономных фотоэлектрических системах для предотвращения разряда батарей для солнечных панелей в ночное время, а также в системах, подключенных к сети, несколько цепочек соединяются параллельно. Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей в источниках питания.

Преимущества диода Шоттки

Диоды Шоттки используются во многих приложениях по сравнению с другими типами диодов, которые не работают должным образом.

  • Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 вольт. Для кремниевого диода оно составляет от 0,6 до 0,7 В у стандартного кремниевого диода.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления означает небольшой накопленный заряд, который можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.
  • Низкая емкость перехода: Он занимает очень небольшую площадь после результата, полученного при точечном контакте кремния.Так как уровни емкости очень маленькие.
Характеристики диода Шоттки

Характеристики диода Шоттки в основном включают следующие

  • Повышенный КПД
  • Низкое прямое падение напряжения
  • Низкая емкость
  • Низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа, сверхмалое
  • Встроенное защитное кольцо для защиты от напряжения

Итак, это все о работе диода Шоттки, его принципе работы и применениях. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию.Кроме того, при любых сомнениях относительно этой статьи или проектов в области электрики и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция диода Шоттки?

Фото:

Вопросы GATE по применению диодов за предыдущий год

IIT Delhi является организатором экзамена GATE 2020. GATE 2020 назначен на 1, 2, 8 и 9 февраля 2020 года. Экзамен будет проводиться по 25 работам.Всего в GATE 2020 задано 65 вопросов со 100 баллами. Есть 2 типа вопросов - Тип цели и Тип числовой пригодности (NAT). В вопросах NAT ответы следует вводить с помощью виртуальной клавиатуры.

Практика GATE Вопросы за прошлые годы Документ дает представление об уровне вопросов и увеличивает шансы получить высокие оценки на экзамене. Всегда старайтесь решать вопросы, которые требуют меньше времени. GATE - это больше о скорости и точности.Итак, важно практиковать вопросы прошлых лет. Кандидаты должны следовать надлежащему графику обучения, чтобы улучшить свой GATE Preparation .

GATE Syllabus различных областей техники, таких как электротехника и телекоммуникационная техника, электротехника и приборостроение, охватывает диоды и их применение как одну из наиболее важных тем. На протяжении многих лет было замечено, что около 1-2 вопросов каждый год задавали Diode и его приложениям.

Простейший полупроводниковый компонент, диод, имеет поразительное количество применений, что обеспечивается рядом практичных и уникальных типов диодов, жизненно важных в современной электронике.

Вопросы GATE за предыдущие годы по применению диодов, а также их решения приведены ниже.

1990

Q 1. Для того же переменного тока напряжение и сопротивление нагрузки, какие из следующих утверждений о выпрямителе верны?

  1. Средний ток нагрузки у двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у полуволнового выпрямителя
  2. Средний ток нагрузки двухполупериодного выпрямителя в n раз больше, чем у однополупериодного выпрямителя.
  3. Полупериодный выпрямитель будет иметь трансформатор большего размера по сравнению с двухполупериодным выпрямителем
  4. Полупериодный выпрямитель будет иметь трансформатор меньшего размера по сравнению с двухполупериодным выпрямителем

Ответ: A&D

Для решения Проверьте - Видео

1994

1 кв. A Напряжение линейного изменения v (t) = 100 вольт подается на RC-дифференцирующую цепь с R = 5 кОм и C = 4 мкФ. Максимальное выходное напряжение ______

  1. 0,2 В
  2. 2,0 В
  3. 10,0 В
  4. 50,0 В

Ответ: b

Для решения Проверьте - Видео

Q 2. Импульс, имеющий время нарастания 40 нсек, отображается на CRO с полосой пропускания 12 МГц. Время нарастания импульса, наблюдаемое на CRO, будет примерно равно ____________

.

Ответ: 49.5 нс

Для решения Проверьте - Видео

1996

Q 1. Предположим, что в схеме, показанной на рисунке, диоды идеальные, а измеритель представляет собой средний индикаторный амперметр. Амперметр покажет ________

Ответ: D

Для решения Проверьте - Видео

1997

Q 1. В однополупериодном выпрямителе используется диод с прямым сопротивлением R f .Напряжение V м sinωt, сопротивление нагрузки R L . Постоянный ток равен

.

Ответ: B

Для решения Проверьте - Видео

1998

Q 1. Утверждается, что для двухполупериодного выпрямления четырехдиодный мостовой выпрямитель имеет следующие преимущества перед двухдиодной схемой:

  1. Менее дорогой трансформатор
  2. Трансформатор меньшего размера и
  3. Пригоден для работы с более высоким напряжением.

из них

  1. Только 1 и 2 верны
  2. Верны только 1 и 3
  3. Только 2 и 3 истинные
  4. 1, 2 и 3 верны

Ответ: A&D

Для решения Проверьте - Видео

Q 2. Для работы на переменном токе со слабым сигналом практический диод с прямым смещением можно смоделировать как

  1. Последовательное сопротивление и емкость
  2. Идеальный диод и сопротивление параллельно
  3. Сопротивление и идеальный диод в серии
  4. Сопротивление

Ответ: D

Для решения Проверьте - Видео

3 квартал. Для показанной схемы

  1. Изобразите передаточные характеристики, если оба диода D 1 и D 2 идеальны.
  2. Как бы изменились характеристики, если D 2 идеален, а D 1 не идеален? Предположим, что D 1 имеет прямое сопротивление 10 Ом и обратное сопротивление бесконечности.

Для решения проверьте - Видео

2000

1 кв. а. Для показанной схемы постройте график V o в установившемся режиме, с конденсатором C и без него. Предположим, что диод идеален.

Ответ: С конденсатором схема действует как детектор огибающей, а без конденсатора схема действует как ограничитель, который отсекает отрицательный полупериод.

Для решения проверьте - Видео
b. Разработайте схему, используя два идеальных диода, один резистор и два источника напряжения, которые преобразуют входное напряжение в выходное напряжение, как показано на рисунке.Значение резистора указывать не нужно.

Ответ:

Для решения Проверьте - Видео

2002

Q 1. Треугольный сигнал напряжения V i (t) подается на вход показанной схемы. Считаю диоды идеальными.

  1. Определить выходную мощность V o (t)
  2. Аккуратно нарисуйте форму выходного сигнала, наложенного на входной V i (t), и отметьте ключевые точки.

Для решения проверьте - Видео

2003

Q 1. Цепь, показанная на рисунке, лучше всего описать как

  1. Мостовой выпрямитель
  2. Кольцевой модулятор
  3. Дискриминатор частоты
  4. Удвоитель напряжения

Ответ: D

Для решения Проверьте - Видео

2004

1 кв. В двухполупериодном выпрямителе, использующем два идеальных диода, V dc и V m представляют собой постоянное и пиковое значения напряжения соответственно на резистивной нагрузке. Если PIV - пиковое обратное напряжение диода, то соответствующие отношения для этого выпрямителя равны

.

Ответ: B

Для решения Проверьте - Видео

2005

Q 1. Прямоугольный импульс амплитудой 3 вольта подается на RC-цепь, показанную на рисунке.Конденсатор изначально не заряжен. Выходное напряжение V o в момент времени t = 2 сек равно

  1. 3 вольта
  2. –3 В
  3. 4 вольта
  4. –4 вольт

Ответ: B

2011

Заявление для связанных ответов Вопросы (1 и 2):

В схеме, показанной ниже, предположим, что падение напряжения на диоде, смещенном в прямом направлении, составляет 0,7 втс. Тепловое напряжение V T = KT / q = 25 мВ.Вход слабого сигнала v i = 100 cos (ωt) мВ.

1 кв. Ток смещения I DC через диоды равен

  1. 1 мА
  2. 1,28 мА
  3. 1,5 мА
  4. 2 мА

Ответ: A

Q 2. Выходное напряжение переменного тока V AC равно

  1. 0,25 cos (ωt) мВ
  2. 1 cos (ωt) мВ
  3. 2 cos (ωt) мВ
  4. 22 cos (ωt) мВ

Ответ: B

Для решения Проверьте - Видео

2013

1 кв. Напряжение 1000 син Ом вольт приложено к YZ. Предполагая идеальные диоды, напряжение, измеренное на WX в вольтах, составляет

  1. Sinωt
  2. (Sinωt + | Sinωt |) / 2
  3. (Sinωt - | Sinωt |) / 2
  4. 0 для всех т

Ответ: D

Для решения Проверьте - Видео

Q 2. В схеме, показанной ниже, критический ток идеального стабилитрона составляет 10 мА.Для поддержания 5 В на нагрузке R L минимальное значение R L в Ом и минимальная номинальная мощность стабилитрона в мВт соответственно равны

.

  1. 125 и 125
  2. 125 и 250
  3. 250 и 125
  4. 250 и 250

Ответ: B

Для решения Проверьте - Видео

2014

Q 1. Предположим, что прямое падение напряжения на PN-диод D 1 и диод Шоттки D 2 равно 0.7 вольт и 0,3 вольт соответственно. Если ВКЛ обозначает проводящее состояние диода, а ВЫКЛ обозначает непроводящее состояние диода, то в схеме

  1. Оба включены
  2. D 1 включен, а D 2 выключен
  3. Оба выключены
  4. D 1 выключен, а D 2 включен

Ответ: D

Для решения Проверьте - Видео

2 кв. Диод в показанной цепи, если V на = 0,7 вольт, но в противном случае идеален. Если V i = 5 sin (ωt) вольт, минимальное и максимальное значения V o (в вольтах) соответственно равны

  1. -5 и 2,7
  2. 2.7 и 5
  3. -5 и 3,85
  4. 1.3 и 5

Ответ: C

Для решения Проверьте - Видео

Q 3. На рисунке показан однополупериодный выпрямитель.Диод D идеален. Средний установившийся ток (в амперах) через диод составляет примерно …………

Ответ: 0,09

Для решения Проверьте - Видео

Q 4. В схеме, показанной на рисунке, используются два кремниевых диода с прямым падением напряжения 0,7 вольт. Диапазон входного напряжения Vi, для которого выходное напряжение Vo = Vi, составляет

  1. -0,3 В

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *