Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом. Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым. Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.
Содержание статьи
Общая классификация
Диоды делятся на большие группы – неполупроводниковые и полупроводниковые.
Неполупроводниковые
Одной из наиболее давних разновидностей являются ламповые (электровакуумные) диоды. Они представляют собой радиолампы с двумя электродами, один из которых нагревается нитью накала. В открытом состоянии с поверхности нагреваемого катода заряды движутся к аноду. При противоположном направлении поля прибор переходит в закрытую позицию и ток практически не пропускает.
Еще одни вид неполупроводниковых приборов – газонаполненные, из которых сегодня используются только модели с дуговым разрядом. Газотроны (приборы с термокатодами) наполняются инертными газами, ртутными парами или парами других металлов. Специальные оксидные аноды, используемые в газонаполненных диодах, способны выдерживать высокие нагрузки по току.
Полупроводниковые
В основе полупроводниковых приборов лежит принцип p-n перехода. Существует два типа полупроводников – p-типа и n-типа. Для полупроводников p-типа характерен избыток положительных зарядов, n-типа – избыток отрицательных зарядов (электронов). Если полупроводники этих двух типов находятся рядом, то возле разделяющей их границы располагаются две узкие заряженные области, которые называются p-n переходом. Такой прибор с двумя типами полупроводников с разной примесной проводимостью (или полупроводника и металла) и p-n-переходом называется полупроводниковым диодом. Именно полупроводниковые диодные устройства наиболее востребованы в современных аппаратах различного назначения. Для разных областей применения разработано множество модификаций таких приборов.
Полупроводниковые диоды
Виды диодов по размеру перехода
По размерам и характеру p-n перехода различают три вида приборов – плоскостные, точечные и микросплавные.
Плоскостные детали представляют одну полупроводниковую пластину, в которой имеются две области с различной примесной проводимостью. Наиболее популярны изделия из германия и кремния. Преимущества таких моделей – возможность эксплуатации при значительных прямых токах, в условиях высокой влажности. Из-за высокой барьерной емкости они могут работать только с низкими частотами. Их главные области применения – выпрямители переменного тока, устанавливаемые в блоках питания. Эти модели называются выпрямительными.
Точечные диоды имеют крайне малую площадь p-n перехода и приспособлены для работы с малыми токами. Называются высокочастотными, поскольку используются в основном для преобразования модулированных колебаний значительной частоты.
Микросплавные модели получают путем сплавления монокристаллов полупроводников p-типа и n-типа. По принципу действия такие приборы – плоскостные, но по характеристикам они аналогичны точечным.
Материалы для изготовления диодов
При производстве диодов используются кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Наиболее распространенными являются первые три материала.
Очищенный кремний – относительно недорогой и простой в обработке материал, имеющий наиболее широкое распространение. Кремниевые диоды являются прекрасными моделями общего назначения. Их напряжение смещения – 0,7 В. В германиевых диодах эта величина составляет 0,3 В. Германий – более редкий и дорогой материал. Поэтому германиевые приборы используются в тех случаях, когда кремниевые устройства не могут эффективно справиться с технической задачей, например в маломощных и прецизионных электроцепях.
Виды диодов по частотному диапазону
По рабочей частоте диоды делятся на:
- Низкочастотные – до 1 кГц.
- Высокочастотные и сверхвысокочастотные – до 600 мГц. На таких частотах в основном используются устройства точечного исполнения. Емкость перехода должна быть невысокой – не более 1-2 пФ. Эффективны в широком диапазоне частот, в том числе низкочастотном, поэтому являются универсальными.
- Импульсные диоды используются в цепях, в которых принципиальным фактором является высокое быстродействие. По технологии изготовления такие модели разделяют на точечные, сплавные, сварные, диффузные.
Области применения диодов
Современные производители предлагают широкий ассортимент диодов, адаптированных для конкретных областей применения.
Выпрямительные диоды
Эти устройства служат для выпрямления синусоиды переменного тока. Их принцип действия основывается на свойстве устройства переходить в закрытое состояние при обратном смещении. В результате работы диодного прибора происходит срезание отрицательных полуволн синусоиды тока. По мощности рассеивания, которая зависит от наибольшего разрешенного прямого тока, выпрямительные диоды делят на три типа – маломощные, средней мощности, мощные.
- Слаботочные диоды могут использоваться в цепях, в которых величина тока не превышает 0,3 А. Изделия отличаются малой массой и компактными габаритами, поскольку их корпус изготавливается из полимерных материалов.
- Диоды средней мощности могут работать в диапазоне токов 0,3-10,0 А. В большинстве случаев они имеют металлический корпус и жесткие выводы. Производят их в основном из очищенного кремния. Со стороны катода изготавливается резьба для фиксации на теплоотводящем радиаторе.
- Мощные (силовые) диоды работают в цепях с током более 10 А. Их корпусы изготавливают из металлокерамики и металлостекла. Конструктивное исполнение – штыревое или таблеточное. Производители предлагают модели, рассчитанные на токи до 100 000 А и напряжение до 6 кВ. Изготавливаются в основном из кремния.
Диодные детекторы
Такие устройства получают комбинацией в схеме диодов с конденсаторами. Они предназначены для выделения низких частот из модулированных сигналов. Присутствуют в большинстве аппаратов бытового применения – радиоприемниках и телевизорах. В качестве детекторов излучения используются фотодиоды, преобразующие свет, попадающий на светочувствительную область, в электрический сигнал.
Ограничительные устройства
Защиту от перегруза обеспечивает цепочка из нескольких диодов, которые подключают к питающим шинам в обратном направлении. При соблюдении стандартного рабочего режима все диоды закрыты. Однако при выходе напряжения сверх допустимого назначения срабатывает один из защитных элементов.
Диодные переключатели
Переключатели, представляющие собой комбинацию диодов, которые применяются для мгновенного изменения высокочастотных сигналов. Такая система управляется постоянным электрическим током. Высокочастотный и управляющие сигналы разделяют с помощью конденсаторов и индуктивностей.
Диодная искрозащита
Эффективную искрозащиту создают с помощью комбинирования шунт-диодного барьера, ограничивающего напряжение, с токоограничительными резисторами.
Параметрические диоды
Используются в параметрических усилителях, которые являются подвидом резонансных регенеративных усилителей. Принцип работы основан на физическом эффекте, который заключается в том, что при поступлении на нелинейную емкость разночастотных сигналов часть мощности одного сигнала можно направить на рост мощности другого сигнала. Элементом, предназначенным для содержания нелинейной емкости, и является параметрический диод.
Смесительные диоды
Смесительные устройства используются для трансформации сверхвысокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. Трансформация сигналов осуществляется, благодаря нелинейности параметров смесительного диода. В качестве смесительных СВЧ-диодов используются приборы с барьером Шоттки, варикапы, обращенные диоды, диоды Мотта.
Умножительные диоды
Эти СВЧ устройства используются в умножителях частоты. Они могут работать в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах длин волн. Как правило, в качестве умножительных приборов используются кремниевые и арсенид-галлиевые устройства, часто – с эффектом Шоттки.
Настроечные диоды
Принцип работы настроечных диодов основан на зависимости барьерной емкости p-n перехода от величины обратного напряжения. В качестве настроечных используются приборы кремниевые и арсенид-галлиевые. Эти детали применяют в устройствах перестройки частоты в сверхчастотном диапазоне.
Генераторные диоды
Для генерации сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне востребованы устройства двух основных типов – лавинно-пролетные и диоды Ганна. Некоторые генераторные диоды при условии включения в определенном режиме могут выполнять функции умножительных устройств.
Виды диодов по типу конструкции
Стабилитроны (диоды Зенера)
Эти устройства способны сохранять рабочие характеристики в режиме электрического пробоя. В низковольтных устройствах (напряжение до 5,7 В) используется туннельный пробой, в высоковольтных – лавинный. Стабилизацию невысоких напряжений обеспечивают стабисторы.
Стабисторы
Стабиистор, или нормистор, — это полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (примерно 0,7-2 V).
Диоды Шоттки
Устройства, применяемые в качестве выпрямительных, умножительных, настроечных, работают на базе контакта металл-полупроводник. Конструктивно они представляют собой пластины из низкоомного кремния, на которые наносится высокоомная пленка с тем же типом проводимости. На пленку вакуумным способом напыляется металлический слой.
Варикапы
Варикапы выполняют функции емкости, величина которой меняется с изменением напряжения. Основная характеристика этого прибора – вольт-фарадная.
Туннельные диоды
Эти полупроводниковые диоды имеют падающий участок на вольтамперной характеристике, возникающий из-за туннельного эффекта. Модификация туннельного устройства – обращенный диод, в котором ветвь отрицательного сопротивления выражена мало или отсутствует. Обратная ветвь обращенного диода соответствует прямой ветви традиционного диодного устройства.
Тиристоры
В отличие от обычного диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет третий управляющий электрод. Для этих моделей характерны два устойчивых состояния – открытое и закрытое. По устройству эти детали разделяют на динисторы, тринисторы, симисторы. При производстве этих изделий в основном используется кремний.
Симисторы
Симисторы (симметричные тиристоры) – это разновидность тиристора, используется для коммутации в цепях переменного тока. В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.
Динисторы
Динистором, или диодным тиристором, называется устройство, не содержащее управляющих электродов. Вместо этого они управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Их основное применение – управление мощной нагрузкой при помощи слабых сигналов. Также динисторы используют при изготовлении переключающих устройств.
Диодные мосты
Это 4, 6 или 12 диодов, которые соединяются между собой. Число диодных элементов определяется типом схемы, которая бывает – однофазной, трехфазной, полно- или полумостовой. Мосты выполняют функцию выпрямления тока. Часто используются в автомобильных генераторах.
Фотодиоды
Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.
Светодиоды
Эти устройства при подключении к электрическому току излучают свет. Светодиоды, имеющие широкую цветовую гамму свечения и мощность, применяются в качестве индикаторов в различных приборах, излучателей света в оптронах, используются в мобильных телефонах для подсветки клавиатуры. Приборы высокой мощности востребованы в качестве современных источников света в фонарях.
Инфракрасные диоды
Это разновидность светодиодов, излучающая свет в инфракрасном диапазоне. Применяется в бескабельных линиях связи, КИП, аппаратах дистанционного управления, в камерах видеонаблюдения для обзора территории в ночное время суток. Инфракрасные излучающие устройства генерируют свет в диапазоне, который не доступен человеческому взгляду. Обнаружить его можно с помощью фотокамеры мобильного телефона.
Диоды Ганна
Эта разновидность сверхчастотных диодов изготавливается из полупроводникового материала со сложной структурой зоны проводимости. Обычно при производстве этих устройств используется арсенид галлия электронной проводимости. В этом приборе нет p-n перехода, то есть характеристики устройства являются собственными, а не возникающими на границе соединения двух разных полупроводников.
Магнитодиоды
В таких приборах ВАХ изменяется под действием магнитного поля. Устройства используются в бесконтактных кнопках, предназначенных для ввода информации, датчиках движения, приборах контроля и измерения неэлектрических величин.
Лазерные диоды
Эти устройства, имеющие сложную структуру кристалла и сложный принцип действия, дают редкую возможность генерировать лазерный луч в бытовых условиях. Благодаря высокой оптической мощности и широким функциональным возможностям, приборы эффективны в высокоточных измерительных приборах бытового, медицинского, научного применения.
Лавинные и лавинно-пролетные диоды
Принцип действия устройств заключается в лавинном размножении носителей заряда при обратном смещении p-n перехода и их преодолении пролетного пространства за определенный временной промежуток. В качестве исходных материалов используются арсенид галлия или кремний. Приборы в основном предназначаются для получения сверхвысокочастотных колебаний.
PIN-диоды
PIN-устройства между p- и n-областями имеют собственный нелегированный полупроводник (i-область). Широкая нелегированная область не позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Однако зато PIN-диоды широко применяются в качестве смесительных, детекторных, параметрических, переключательных, ограничительных, настроечных, генераторных.
Триоды
Триоды – это электронные лампы. Он имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и управляющую сетку. Сегодня триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами. Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц высокой мощности при маленьком числе активных компонентов, а габариты и масса не имеют большого значения.
Маркировка диодов
Маркировка полупроводниковых диодных устройств включает цифры и буквы:
- Первая буква характеризует исходный материал. Например, К – кремний, Г – германий, А – арсенид галлия, И – фосфид индия.
- Вторая буква – класс или группа диода.
- Третий элемент, обычно цифровой, обозначает применение и электрические свойства модели.
- Четвертый элемент – буквенный (от А до Я), обозначающий вариант разработки.
Пример: КД202К – кремниевый выпрямительный диффузионный диод.
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.
Устройство, параметры и разновидности диодов
В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.
Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.
Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.
Как работает полупроводниковый диод.
В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.
При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.
Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.
При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.
Типы диодов и область их применения.
Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:
Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.
Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.
Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.
Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.
СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.
Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.
Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.
Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.
Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.
Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.
Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.
Параметры полупроводниковых диодов.
Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.
В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.
Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:
U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.
U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).
Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.
I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.
I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.
U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.
Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Применение диодов
Диоды являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Они присутствуют практически во всех электронных приборах, которые мы ежедневно используем – от мобильного телефона до его зарядного устройства. В этой статье рассмотрим основные типы электронных схем, в которых диоды нашли свое применение.
1. Нелинейная обработка аналоговых сигналов
В связи с тем, что диоды относятся к элементам нелинейного типа, они применяются в детекторах, логарифматорах, экстрематорах, преобразователях частоты и в других устройствах, в которых предполагается нелинейная обработка аналоговых сигналов. В таких случаях диоды используют или как основные рабочие приборы – для обеспечения прохождения главного сигнала, или же в качестве косвенных элементов, например в цепях обратной связи. Указанные выше устройства значительно отличаются между собой и используются для разных целей, но применяемые диоды в каждом из них занимают очень важное место.
2. Выпрямители
Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей.
3. Стабилизаторы
Устройства, которые служат для реализации стабильности напряжения на выходе источников питания, называются стабилизаторами. Они бывают разных видов, но каждый из них предполагает применение диодов. Эти элементы могут использоваться либо в цепях, отвечающих за опорные напряжения, либо в цепях, которые служат для коммутации накопительной индуктивности.
4. Ограничители
Ограничители – это специальные устройства, используемые для того, чтобы ограничивать возможный диапазон колебания различных сигналов. В цепях такого типа широко применяются диоды, которые имеют прекрасные ограничительные свойства. В сложных устройствах могут использоваться и другие элементы, но большинство ограничителей базируются на самых обычных диодных узлах стандартного типа.
5. Устройства коммутации
Диоды нашли применение и в устройствах коммутации, которые используются для того, чтобы переключать токи или напряжения. Диодные мосты дают возможность размыкать или замыкать цепь, которая служит для передачи сигнала. В работе применяется некоторое управляющее напряжение, под воздействием которого и происходит замыкание или размыкание. Иногда управляющим может быть сам входной сигнал, такое бывает в самых простых устройствах.
6.Логические цепи
В логических цепях диоды применяются для того, чтобы обеспечить прохождение тока в нужном направлении (элементы «И», «ИЛИ»). Подобные цепи используются в схемах аналогового и аналогово-цифрового типа. Здесь перечислены только основные устройства, в которых применяются диоды, но существует и много других, менее распространенных.
Светодиоды
Светодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, которые излучают свет при прохождении через них электрического тока. Они могут излучать разные цвета и делятся на такие типы — 3 мм, 5мм, 8мм, SMD 0603, Top type, мигающий диод, диод с резистором, Star PCB, Emitter. В сравнении с традиционными лампами светодиоды обладают многими преимуществами – это экономичность, прочность, яркость света, долговечность, низкий нагрев в процессе работы. Что касается недостатков, то главным из них является цена, так как подобные приборы стоят достаточно дорого. Рассмотрим различные виды светодиодных устройств, которые чаще всего применяются на практике.
1. Одиночные светодиоды
Подобные устройства широко используются в самой разной аппаратуре в качестве лампочек индикации, которые чаще всего свидетельствуют о том, включен или выключен прибор. Кроме того, они применяются для освещения различных небольших пространств, например в автомобилях.
2. 7’Segment
Технология Seven-Segment Display с использованием светодиодов применяется в электронных часах, в различных измерительных приборах и в других технических средствах, которые предполагают отображение цифровой информации на дисплее. В таких целях светодиоды используются еще с 1910 года, но они не потеряли своей актуальности и сейчас. 7’Segment позволяет отображать простейшие данные на дисплее самым простым способом и с низкими энергозатратами.
3. Матрица светодиодов
Светодиодная матрица представляет собой определенное количество светодиодов, которые размещаются на одной площадке. Главные характеристики таких устройств это яркость и размеры. Большое количество применяемых диодов позволяет добиться высоких показателей освещения. Устанавливаются подобные матрицы чаще всего в специальных плафонах, которые могут использоваться в различных местах, например в салоне автомобиля, в его бардачке или в багажнике.
4. LED телевизоры
LED телевизоры – это телевизоры, принцип работы которых основывается на использовании светодиодов. Они дают возможность добиться хорошего качества изображения и позволяют экономить на электроэнергии. Благодаря небольшим размерам таких диодов, телевизионные экраны имеют значительно меньшую толщину, чем у традиционных моделей. Кроме того, подобные устройства характеризуются надежностью и достаточно большим сроком службы. Все телевизоры, изготовленные по этой технологии, имеют боковую подсветку экрана и подсветку за матрицей.
Как видим, несмотря на свою простоту, диоды нашли применение в самых разнообразных технических областях, и без их использования работа многих устройств весьма проблематична. Следует заметить, что диоды находят и новые сферы применения.
Диоды и их применение
Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя убыль электронов в этой области, а контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок. В этом случае сопротивление р-n перехода мало, вследствие чего через диод идет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р-n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток.Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на рис. 1, в, диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды в диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р-n перехода, электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки в области типа р к отрицательному контактам диода. В результате граница областей с различными типами электропроводности как бы расширится, образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, в она заштрихована) и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают Iпр, а обратный Iобр.
А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр и закрывания при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления обратный ток Iобр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в ток постоянный.
Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпр) или пропускным, а напряжение обрат ной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр) или непропускным. При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обратное сопротивление диода измерить омметром.
Внутреннее сопротивление открытого диода величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = U/I = 1/0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.
Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую характеристику ты видишь на рис. 2. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр, а внизу — обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпр, влево обратного напряжения Uобр.
На такой вольт-амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр диода в сотни раз больше тока Iобр
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
Полупроводниковым диодом называется прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, позволяющими включать его во внешнюю электрическую цепь. О принципе действия и физике проходящего в этом приборе процессе будет рассказано в данном материале.
Теоретическая часть
Работа полупроводниковых диодов основана на свойствах p-n перехода, который образуется на границе раздела областей полупроводника с дырочной (p) и электронной проводимостью (n). Концентрация электронов в n – области значительно больше, чем в p-области, а дырок в p – области больше, чем в n – области. Неодинаковая плотность частиц вызывает диффузию основных носителей из областей с большей концентрацией: электронов из n – области и дырок из p – области. В результате рекомбинации на границе p — и n — областей возникает обедненный носителями слой, который называется запирающим (рис. 1, а). Ионы донорной и акцепторной примеси в области запирающего слоя создают электрическое поле с напряженностью Евн, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей и создает дрейфовый ток, обусловленный неосновными носителями.
Рисунок 1. Полупроводниковый диод
При подключении источника э.д.с. к n-p переходу в зависимости от направления вектора напряженности источника ширина запирающего слоя может:
- Уменьшаться — векторы напряженности источника и запирающего слоя противоположны, что приводит к увеличению диффузного тока;
- Увеличиваться — векторы напряженности источника и запирающего слоя направлены в одну сторону, что приводит к уменьшению диффузионных токов практически до нуля и увеличению дрейфового тока.
Перечисленные свойства p-n перехода используются в полупроводниковых диодах. Полупроводниковые диоды имеют несимметричные электронно-дырочные переходы. Одна область полупроводника с более высокой концентрацией примесей (высоколегированная область) служит эмиттером, а другая с меньшей концентрацией примесей (низколегированная область) – базой.
Вывод, который подключает эмиттер к внешней электрической цепи, называется катодным, а вывод, который подключается к базе – анодным (рис. 1, б).
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в ток одного направления. Вольт — амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рис. 2.
Рисунок 2. ВАХ полупроводникового диода
Вольт — амперная характеристика имеет прямую («1» на рис. 2) и обратную («2» на рис. 2) ветви. При включении диода в прямом направлении (прямая ветвь ВАХ) вектор напряженности внешнего источника Еист направлен противоположно вектору напряженности p-n перехода диода, положительный полюс источника подключен к аноду диода, а отрицательный полюс к катоду диода. При этом суммарный вектор напряженности уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциального барьера в p-n переходе.
В этом режиме часть основных носителей заряда с наибольшими значениями энергии будет преодолевать понизившийся потенциальный барьер, и проходить через p-n-переход. В переходе нарушится равновесное состояние, и через него потечет диффузионный ток обусловленный инжекцией электронов из n-области в полупроводник и дырок — из p-области в n-полупроводник.
Напряжение Uпор, начиная с которого малые приращения прямого напряжения вызывают резкое увеличение тока, называют пороговым.
При включении диода в обратном направлении (обратная ветвь ВАХ) направление вектора напряженности внешнего источника Еист совпадает с вектором напряженности поля перехода: отрицательный полюс источника соединен катодом диода, а положительный полюс источника соединен с анодом диода. Такое включение диода приводит к увеличению потенциального барьера p-n перехода диода и ток через переход будет определяться неосновными носителями заряда: электронами из p-области в n-область и дырками из n-области в p-область. Этот процесс называется экстракцией неосновных носителей, а ток, протекающий через диод, называют обратным током Iобр.
При дальнейшем увеличении обратного напряжения, приложенного к диоду, при некотором значении Uобр1 в нем будет происходить резкий рост обратного тока – участок «3» на рисунке 2. Это явление называется пробоем. Различают электрический и тепловой пробой p-n перехода. Лавинный пробой – это электрический пробой перехода, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Электроны, ускорившись в поле запирающего слоя, выбивают из атомов полупроводника валентные электроны, которые, в свою очередь, успевают ускориться и выбить новые электроны, и т.д. Процесс развивается лавинообразно и сопровождается быстрым нарастанием обратного тока.
Тепловой пробой возникает из-за перегрева p-n перехода или отдельного его участка (участок «4» на рис. 2). При этом происходит интенсивная генерация пар электрон – дырка и увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, выделяющейся в p-n переходе и дальнейшему его разогреву. Этот процесс также лавинообразный, завершается расплавлением перегретого участка перехода и выходом диода из строя.
В зависимости от соотношения линейных размеров выпрямляющего p-n перехода полупроводниковые диоды делятся на два класса: точечные и плоскостные. Точечные диоды имеют малую емкость p-n перехода и применяются для выпрямления переменного тока любых частот вплоть до СВЧ. В плоскостных диодах емкость p-n перехода составляет несколько десятков пФ.
Практическая часть
Лабораторная работа посвящена исследованию полупроводникового выпрямительного диода. Исследуемый диод FR302 закреплен на стеклотекстолитовой плате вместе с токоограничительным резистором МЛТ-2 43 Ом. Резистор предназначен для ограничения тока при снятии прямой ветви характеристики, т. к. при открытом p-n-переходе сопротивление диода мало.
Проводимость диода исследуется с помощью миллиамперметра (микроамперметра) и вольтметра, по показаниям, которых строится вольтамперная характеристика (ВАХ) диода.
Рисунок 3. Электрическая принципиальная схема снятия прямой ветви ВАХ диода
Питание установки осуществляется от регулируемого блока питания, который дает постоянный ток напряжением от 0 до 12 В (стабилизированный выход) и постоянный ток напряжением от 0 до 36 В (нестабилизированный выход).
Для снятия прямой ветви характеристики используется миллиамперметр и милливольтметр, т. к. в открытом состоянии падение напряжения на диоде составляет около 1 В, а ток через него достигает 200 мА.
Рисунок 4. Электрическая принципиальная схема снятия обратной ветви ВАХ диода
Для снятия обратной ветви ВАХ диода обратное напряжение на диоде доводится до 36 В. При таком напряжении обратный ток диода FR302 остается небольшим (единицы-десятки микроампер), поэтому для его измерения в цепь вместо миллиамперметра включают микроамперметр. Сильно увеличивать обратный ток диода крайне нежелательно, так как это может привести к его выходу из строя. К тому же напряжения выше 42 В опасны, и их использование нежелательно.
Материал предоставил для изучения — Denev.
Форум
Обсудить статью ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
Полупроводниковые диоды широко применяются в электронике и электронной промышленности. Они используются как самостоятельно, так и в качестве p-n-перехода транзисторов и многих других устройств. Как дискретный компонент диоды являются ключевой частью многих электронных схем. Они находят множество применений, начиная от маломощных приложений до выпрямителей тока.
Что такое диод?
В переводе с греческого название данного электронного элемента буквально обозначает «два вывода». Они называются анодом и катодом. В цепи ток проходит от анода к катоду. Полупроводниковый диод является односторонним элементом, и движение тока в противоположном направлении блокируется.
Принцип действия
Устройство полупроводниковых диодов очень разное. Это является причиной того, что существует много их типов, которые различаются как по номиналу, так и по исполняемым ими функциям. Тем не менее в большинстве случаев основной принцип работы полупроводниковых диодов одинаков. Они содержат р-n-переход, который и обеспечивает их базовую функциональность.
Этот термин обычно используется по отношению к стандартной форме диода. В действительности же он применим практически к любому их типу. Диоды составляют основу современной электронной промышленности. Все – от простых элементов и транзисторов до современных микропроцессоров – базируется на полупроводниках. Принцип действия полупроводникового диода основан на свойствах полупроводников. Технология опирается на группу материалов, внесение примесей в кристаллическую решетку которых позволяет получить участки, в которых носителями заряда являются дырки и электроны.
Р-n-переход
Диод р-n-типа получил свое название потому, что в нем используется р-n-переход, который позволяет току течь только в одном направлении. Элемент обладает и другими свойствами, которые также находят широкое применение. Полупроводниковые диоды, например, способны излучать и регистрировать свет, изменять емкость и регулировать напряжение.
P-n-переход является базовой полупроводниковой структурой. Как следует из названия, он представляет собой соединение между областями p- и n-типа. Переход позволяет носителям заряда двигаться только в одном направлении, что, например, дает возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.
Стандартные диоды обычно производятся из кремния, хотя также используется германий и другие полупроводниковые материалы, в основном для специальных целей.
Вольт-амперная характеристика
Диод характеризуется вольт-амперной кривой, которую можно разделить на 2 ветви: прямую и обратную. В обратном направлении ток утечки близок к 0, но с ростом напряжения он медленно увеличивается и при достижении напряжения пробоя начинает резко возрастать. В прямом направлении ток быстро нарастает с увеличением приложенного напряжения выше порога проводимости, который составляет 0,7 В для диодов из кремния и 0,4 В из германия. Элементы, в которых используются другие материалы, имеют другие вольт-амперные характеристики и напряжения порога проводимости и пробоя.
Диод c р-n-переходом можно рассматривать как устройство базового уровня. Он широко используется во многих приложениях – от сигнальных цепей и детекторов до ограничителей или подавителей переходных процессов в индукционных или релейных катушках и выпрямителей высокой мощности.
Характеристики и параметры
Спецификации диодов предоставляют большой объем данных. При этом точные пояснения того, что они собой представляют, не всегда доступны. Ниже приведены подробные сведения о различных характеристиках и параметрах диода, которые приводятся в спецификациях.
Материал полупроводника
Материал, используемый в р-n-переходах, имеет первостепенное значение, поскольку он влияет на многие основные характеристики полупроводниковых диодов. Наиболее широко применяется кремний, поскольку он отличается высокой эффективностью и низкими производственными издержками. Еще одним часто используемым элементом является германий. Другие материалы, как правило, применяются в диодах специального назначения. Выбор полупроводникового материала важен, поскольку от него зависит порог проводимости – около 0,6 В для кремния и 0,3 В для германия.
Падение напряжения в режиме прямого тока (U пр.)
Любая электрическая цепь, через которую проходит ток, вызывает падение напряжения, и этот параметр полупроводникового диода имеет большое значение, особенно для выпрямления, когда потери мощности пропорциональны U пр. Кроме того, электронные элементы часто должны обеспечивать небольшое падение напряжения, поскольку сигналы могут быть слабыми, но им все же необходимо преодолеть его.
Это происходит по двум причинам. Первая заключается в самой природе р-n-перехода и является результатом напряжения порога проводимости, которое позволяет току преодолеть обедненный слой. Вторая составляющая – нормальные резистивные потери.
Показатель имеет большое значение для выпрямительных диодов, по которым могут проходить большие токи.
Пиковое обратное напряжение (U обр. max)
Это наибольшее обратное напряжение, которое полупроводниковый диод может выдержать. Его нельзя превышать, иначе элемент может выйти из строя. Это не просто среднеквадратичное напряжение входящего сигнала. Каждая цепь должна рассматриваться по существу, но для простого выпрямителя с одной полуволной со сглаживающим конденсатором следует помнить, что конденсатор будет удерживать напряжение, равное пику входного сигнала. Затем диод будет подвергаться действию пика входящего сигнала в обратном направлении, и поэтому в этих условиях будет иметь место максимальное обратное напряжение, равное пиковому значению волны.
Максимальный прямой ток (U пр. max)
При проектировании электрической цепи необходимо удостовериться в том, что не превышаются максимальные уровни тока диода. По мере увеличения силы тока выделяется дополнительное тепло, которое необходимо отводить.
Ток утечки (I обр.)
В идеальном диоде обратного тока не должно быть. Но в реальных р-n-переходах он есть из-за присутствия в полупроводнике неосновных носителей заряда. Сила тока утечки зависит от трех факторов. Очевидно, что наиболее значимым из них является обратное напряжение. Также ток утечки зависит от температуры – с ее ростом он значительно повышается. Кроме того, он сильно зависит от типа полупроводникового материала. В этом отношении кремний намного лучше германия.
Ток утечки определяется при определенном обратном напряжении и конкретной температуре. Обычно он указывается в микроамперах (μA) или пикоамперах (pA).
Емкость перехода
Все полупроводниковые диоды обладают емкостью перехода. Обедненная зона представляет собой диэлектрический барьер между двумя пластинами, которые формируются на краю обедненного участка и области с основными носителями заряда. Фактическое значение емкости зависит от обратного напряжения, которое приводит к изменению переходной зоны. Его увеличение расширяет обедненную зону и, следовательно, уменьшает емкость. Этот факт используется в варакторах или варикапах, но для других применений, особенно радиочастотных, этот эффект необходимо свести к минимуму. Параметр обычно указывается в pF при заданном напряжении. Для многих радиочастотных применений доступны специальные низкоомные диоды.
Тип корпуса
В зависимости от назначения полупроводниковые диоды производятся в корпусах разного типа и формы. В некоторых случаях, особенно при использовании в схемах обработки сигналов, корпус является ключевым элементом в определении общих характеристик этого электронного элемента. В силовых цепях, в которых важно рассеивание тепла, корпус может определять многие общие параметры диода. Устройствам большой мощности необходимо иметь возможность крепления к радиатору. Небольшие элементы могут производиться в свинцовых корпусах или в качестве устройств для поверхностного монтажа.
Типы диодов
Иногда бывает полезно ознакомиться с классификацией полупроводниковых диодов. При этом некоторые элементы могут относиться к нескольким категориям.
Обращенный диод. Хотя он и не так широко используется, представляет собой разновидность элемента р-n-типа, который по своему действию очень похож на туннельный. Отличается низким падением напряжения в открытом состоянии. Находит применение в детекторах, выпрямителях и высокочастотных переключателях.
Инжекционно-пролетный диод. Имеет много общего с более распространенным лавинно-пролетным. Используется в СВЧ-генераторах и системах сигнализации.
Диод Ганна. Не относится к р-n-типу, но представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами. Он обычно используется для генерации и преобразования сигналов СВЧ в диапазоне 1-100 ГГц.
Светоизлучающий или светодиод – один из наиболее популярных типов электронных элементов. При прямом смещении ток, протекающий через переход, вызывает излучение света. В них используются составные полупроводники (например, арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия), и они могут светиться разными цветами, хотя первоначально ограничивались только красным. Существует множество новых разработок, которые меняют способ функционирования и производства дисплеев, примером которых являются OLED-светодиоды.
Фотодиод. Используется для обнаружения света. Когда фотон попадает на p-n-переход, он может создавать электроны и дырки. Фотодиоды обычно работают в условиях обратного смещения, при которых можно легко обнаружить даже небольшой ток, возникающий в результате действия света. Фотодиоды можно использовать для генерации электроэнергии. Иногда в качестве фотоприемников применяются элементы pin-типа.
Pin-диод. Название электронного элемента хорошо описывает устройство полупроводникового диода. У него стандартные области р- и n-типа, но между ними существует внутренняя область без примесей. Она оказывает эффект увеличения площади области истощения, которая может быть полезна для переключения, а также в фотодиодах и т. д.
Стандартный р-n-переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диода, который используется сегодня. Они могут применяться в радиочастотных или других низковольтных устройствах, а также в высоковольтных и высокомощных выпрямителях.
Диоды Шоттки. Имеют более низкое прямое падение напряжения, чем стандартные кремниевые полупроводники р-n-типа. При малых токах оно может составлять от 0,15 до 0,4 B, a не 0,6 В, как у кремниевых диодов. Для этого они изготавливаются не как обычно – в них используется контакт металл-полупроводник. Они широко применяются в качестве ограничителей, выпрямителей и в радиоаппаратуре.
Диод с накоплением заряда. Представляет собой разновидность СВЧ-диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Его работа основана на очень быстрой характеристике отключения.
Лазерный диод. Отличается от обычного светоизлучающего, поскольку производит когерентный свет. Лазерные диоды применяются во многих устройствах – от DVD и CD-приводов до лазерных указок. Они намного дешевле других форм лазеров, но значительно дороже светодиодов. Отличаются ограниченным сроком эксплуатации.
Туннельный диод. Хотя сегодня он широко не используется, ранее применялся в усилителях, генераторах и переключающих устройствах, схемах синхронизации осциллографов, когда он был эффективнее других элементов.
Варактор или варикап. Используется во многих радиочастотных устройствах. У данного диода обратное смещение меняет ширину слоя истощения в зависимости от приложенного напряжения. В этой конфигурации он действует как конденсатор с областью истощения, выполняющей роль изолирующего диэлектрика, и пластинами, образованными проводящими областями. Применяется в генераторах, управляемых напряжением, и радиочастотных фильтрах.
Стабилитрон. Является очень полезным типом диода, поскольку обеспечивает стабильное опорное напряжение. Благодаря этому стабилитрон используется в огромных количествах. Работает в условиях обратного смещения и пробивается при достижении определенной разницы потенциалов. Если ток ограничен резистором, то это обеспечивает стабильное напряжение. Широко используется для стабилизации источников питания. В стабилитронах имеют место 2 вида обратного пробоя: разложение Зинера и ударная ионизация.
Таким образом, различные типы полупроводниковых диодов включают элементы для маломощных и высокомощных применений, излучающие и обнаруживающие свет, с низким прямым падением напряжения и переменной емкостью. В дополнение к этому существует ряд разновидностей, которые используются в СВЧ-технике.
Полупроводниковые приборы — диод / Хабр
Введение
Каждый технически грамотный человек должен знать электронику. Подавляющее большинство устройств современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. По этому в рамках этой статьи, я бы хотел рассказать о диодах. Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять, как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствами полупроводников не достаточно. Необходимо разобраться в очень интересных и не всегда простых явлениях.
Краткая справка
Электро-дырочный переход (p-n переход) — это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
Диоды — это полупроводниковые приборы, основой которых является p-n переход. В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд их свойств, таких как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электро-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.
Используемое свойство перехода
- Выпрямительный — асимметрия вольт-амперной характеристики
- Стабилитрон — пробой
- Варикап — барьерная ёмкость
- Импульсный — переходные процессы
Познакомимся с ними подробнее.
Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного сигнала в постоянный.
Рассмотрим принцип действия простейшего однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.
Описание работы
При поступлении от первичного источника переменного напряжения, диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт на отрицательной. В результате на полуволне через диод и сопротивление нагрузки будет протекать ток. конденсатор при этом заряжается до значения, близкого к пиковому. При уменьшении напряжения во входной цепи диод запирается. При этом конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки.
Недостатком является то, что выпрямительное напряжение сильно зависит от сопротивления нагрузки и имеет большую амплитуду пульсаций. Поэтому такие выпрямители применяются только при высокомерных нагрузках. Для формирования Импульсов применяются амплитудные ограничители, которые могут быть последовательными и параллельными. В последовательных диодных ограничителях диод включается последовательно с сопротивлением нагрузки.
Варикапы
Варикап — полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости.
Эти параметрические диоды работают в обратном направлении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемой не механически, а электрически, при изменении обратного напряжения.
Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на рисунке.
Описание работы
Настройка колебательного контура на резонансную частоту может осуществляться двумя способами. Во-первых, посредством варьирования частоты проводимого к контуру переменного входного напряжения Uвх. Во-вторых, за счет изменения частоты собственных колебаний Wо, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя величину обратного напряжения Uобр., можно регулировать емкость варикапа, а следовательно и менять резонансную частоту контура. Конденсатор Cp является разделительным. Он необходим для предотвращения шунтирования варикапа индуктивностью.
Стабилитроны
Стабилитрон — это полупроводниковый диод, используемый для стабилизации напряжения.
Участок соответствующий электрическому пробою Uпроб. на котором напряжение слабо зависит от тока, является рабочим. При использовании стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения, его включают параллельно нагрузке. Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rн постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление Rогр. должно иметь определенное значение. Для исключения температурного дрейфа напряжение используют последовательно соединенный диод. Подобные диоды называются термокомпенсированными стабилитронами.
Импульсные диоды
Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в качестве коммутирующих элементов. Существуют различные типы импульсных диодов: сплавные, точечные меза-диоды, диоды Шоттки.
Импульсные диоды широко используют в качестве коммутирующих элементов, т.е. устройств, имеющих два устойчивых состояния: «открыто», когда сопротивления прибора мало и «закрыто», когда велико.
При использовании диода в качестве ключа, могут комбинироваться различные диодные и диодно-транзисторные схемы, предназначенные для работы в цифровой аппаратуре.
В заключении
Прошу прощения за рисунки, элементы схем не по госту(их соотношение), но думаю для наглядного примера сойдет.
PS: стоит ли рассказать о транзисторах?
Полупроводниковый диод — тип диода, который содержит «p-n-переход», изготовленный из полупроводниковых материалов с различным легированием. Это двусторонний нелинейный электронный компонент, в котором терминал, присоединенный к слою « p » ( + ), называется анодом, а катод слоя « n » ( — ). Этот электронный компонент в основном используется из-за его способности пропускать электрический ток только в одном направлении (от анода до катода ) после прямого смещения вышеупомянутого «p-n-перехода» с положительным электрическим напряжением.
Рис. 1. Символ полупроводникового диода
Однако в обратном направлении (обратное смещение «p-n» перехода с отрицательным электрическим напряжением) можно сказать, что в идеальном полупроводниковом диоде электрический ток не будет течь. Вот почему полупроводниковый диод часто называют «электрическим клапаном», который может пропускать или блокировать поток электрического тока.
Semiconductor Diode — Задания для студентов
Если вы студент или просто хотите узнать, как решать задачи Semiconductor Diode, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронные задания.
Полупроводниковый диод — внутренняя конструкция
Полупроводниковый диод состоит из двух полупроводниковых кристаллов разной легирования — типа «p» и «n». Вместе они образуют так называемый « pn-переход» , где «n» -слой (с электронодонорными легирующими добавками) имеет избыточное количество электронов, которые являются основными носителями там (у нас больше электронов (-), чем электронные дыры (+)). Однако в слое «р» (акцептор электронов) основными носителями являются электронные дыры (+), а не электроны (-), поэтому у нас больше дырок для «заполнения», чем доступных электронов.Электронная дыра — это вакансия, созданная электроном, «путешествующим» из своего начального места в какое-то другое место в этом кристалле. В действительности нет такой вещи, как «дыра», но отсутствие электронов делает ее положительно заряженной частицей, которая притягивает отрицательные электроны, чтобы снова образовать пару (дыры тоже могут двигаться).
После их объединения начинается пропорциональное распределение электронов. Электроны, которых раньше не было в «р» слое, переносятся туда из «н» слоя, где их было слишком много.Итак, слой «n» является хорошим другом для слоя «p», верно? 🙂 И именно здесь формируется так называемая обедненная область , которая предотвращает протекание электрического тока (термодинамическое равновесие).
Рис. 2. PN-переход в состоянии термодинамического равновесия
Чтобы поток электрического тока проходил через «pn-переход» (включается электрический клапан), необходимо приложить внешнее положительное электрическое напряжение, чтобы «подтолкнуть» и помочь большой группа электронов и дырок, чтобы встретиться вместе (прямое смещение диода).После того, как они «проталкиваются» через область обеднения с достаточной силой (V F = 0,7 В), диод начинает проводить ток, поэтому он начинает протекать через него.
Рис. 3. Прямое смещение PN-соединения (электрический клапан включен)
Чтобы убедиться, что электрический ток не будет течь (электрический клапан отключен), необходимо подать внешнее отрицательное напряжение на полупроводниковый диод ( обратное смещение), чтобы сделать область истощения еще больше (иллюстрация ниже).
Рис. 4.Обратное смещение P-N (электрический клапан отключен)
Со временем технологические требования возрастали, что привело к разработке новых типов диодов. Когда полупроводник объединяется с соответствующим металлом, мы получаем переход MS (Metal-Semiconductor), который также обладает выпрямляющими свойствами (токопроводимость в одном направлении) — он используется, например, в быстрых диодах Шоттки .
MS-переходы могут иметь одну из двух вольт-амперных характеристик:
- Несимметричный нелинейный
- Симметричный линейный
MS-переход Свойства зависят в основном от состояния поверхности полупроводника и от выхода Отличие работы электронов от металла и самого полупроводника.Диод Шоттки в основном используется в системах, требующих с быстрым временем переключения (малая емкость перехода C j на диода оказывает решающее влияние) с частотами до нескольких десятков ГГц.
Semiconductor Diode — Вольт-амперная характеристика
На графике ниже показана вольт-амперная характеристика полупроводникового диода . Это типичная характеристика для полупроводниковых диодов, используемых в электронике (V F = 0,7 В).Полупроводниковый диод начинает проводить ток после превышения порогового значения прямого напряжения, указанного производителем в техническом паспорте. Полутермические диоды в основном используются для защиты других электронных компонентов.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода
Как определить, где находится анод, а где катод?
Простой мультиметр можно использовать для определения полярности диода. Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу здесь два самых популярных способа, которые можно сделать даже с самыми дешевыми мультиметрами (Get Basetech BT-11 Multimeter):
a) Использование омметра (диапазон 2 кОм):
Инжир.6. Прямое смещение: Омметр покажет приблизительное прямое напряжение диода (около 0,7 В)
Рис. 7. Обратное смещение: Омметр показывает «1», что означает очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен)
Вы также можете использовать функцию «проверка диода» (символ диода на мультиметре), но результат будет таким же, как и выше, с использованием омметра.
б) Использование функции измерения VDC:
Рис. 8. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения примерно на 0,7 В для кремниевых диодов
Рис.9. Обратное смещение: мультиметр укажет приблизительное полное напряжение питания. ( Примечание: Здесь диод вставлен в противоположном направлении по сравнению с примером выше. В действительности, я бы изменил полярность блока питания , потому что вы не можете размонтировать «своими руками» после пайки компонента, если вы не удалите его. Конечно, мы не хотим делать это с хорошим операционным компонентом. Я просто хотел показать вам пример, который вы должны также обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макете)
Типы Полупроводниковые диоды
- Выпрямительный диод — выпрямитель переменного тока,
- Стабилитрон — стабилизация напряжения и тока в электронных системах,
- Светодиод (LED) — излучает свет в инфракрасном или видимом свете спектр,
- переменный емкостный диод — его мощность зависит от напряжения, приложенного к нему в обратном смещении,
- переключающий диод — используется в импульсном режиме электронные системы, требующие очень короткого времени переключения,
- Туннельный диод — специально разработанный диод, характеризующийся областью отрицательного динамического сопротивления,
- Фотодиод — диод, который работает в качестве фотоприемника — он реагирует на световое излучение (видимое, инфракрасное или ультрафиолетовое) ), ,
- , Gunn Diode — компонент, используемый в высокочастотной электронике.
Эксперимент для самостоятельного выполнения
Этот эксперимент позволит вам визуализировать принцип работы полупроводникового диода независимо от того, проводит ток ток или нет. Поскольку вы сделаете это сами, вам лучше запомнить этот урок.
Необходимые элементы:
Мы будем использовать две схемы, которые вы видели ранее:
Рис. 10. В этом случае светодиод должен проводить ток, и вы должны видеть, что он светит
Рис.11. Здесь светодиод не должен гореть — диод не проводит ток ( Примечание: Здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с примером выше. В действительности, я бы изменил полярность источника питания, , потому что Вы не можете размонтировать «своими руками» один раз припаянный компонент, если вы не припаяете его. Конечно, мы не хотим делать это с хорошим рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны заплатить внимание к правильному размещению компонентов на вашей печатной плате или макете)
Ниже вы можете видеть рисунки, показывающие схему, установленную на макете, и визуализацию двух противоположных положений светодиодного диода (обратная полярность).
Рис. 12. Схема «перенесена» на макетную плату (диод проводит ток)
Рис. 13. В этом случае, как вы видите, диод не проводит ток (вставлен в противоположную сторону) ( Примечание: Здесь диод вставлен в противоположном направлении по сравнению с примером выше На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, , потому что вы не можете размонтировать «своими руками» после пайки компонента, если вы не отпаяете это. Конечно, мы не хотим делать это с хорошей операционной составляющей.Я просто хотел показать вам пример, который вы должны также обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макетной плате)
На первом изображении светодиод был переведен в проводящее состояние. Потенциал напряжения на аноде был выше (+), чем на катоде (-), поэтому протекание тока было возможно. В нашем эксперименте мы использовали батарею 9 В, поэтому ток, протекающий через диод, будет около 9 мА (рассчитывается по закону Ом ).
На втором изображении диод был вставлен в противоположную сторону (потенциал напряжения на катоде был выше (+), чем на аноде (-)), поэтому диод вел себя как закрытый электрический клапан, что предотвращало поток тока — светодиод не горит.
типов диодов и их применение
Различные типы диодов с их характеристиками и использованием
Диод является наиболее часто используемым полупроводниковым устройством в электронных схемах. Это двухконтактный электрический обратный клапан, который пропускает ток в одном направлении . Они в основном состоят из кремния, но также используется германий. Обычно они используются для выпрямления. Но существуют различные свойства и характеристики диодов, которые могут быть использованы для различного применения.Эти характеристики модифицированы для формирования различных типов диодов. В настоящее время доступно несколько различных типов диодов, имеющих различные свойства.
Ниже обсуждаются некоторые из различных типов диодов с их свойствами и областями применения:
P-N-диод перехода
P-N-диод состоит из полупроводникового материала. Он состоит из двух слоев полупроводников. Один слой легирован материалом P-типа, а другой слой — материалом N-типа.Комбинация этих слоев P и N-типа образует соединение, известное как соединение P-N. Отсюда и название P-N переходного диода .
Позволяет протекать току в прямом направлении и блокирует его в обратном направлении. Они также известны как выпрямительный диод, используемый для выпрямления.
Существуют различные типы диодов, которые используют переход P-N с изменением концентрации легирования. Они обсуждаются ниже.
Малый сигнальный диод
Это тип переходного диода P-N, который работает на сигналах низкого напряжения.Его площадь соединения очень мала. Благодаря этому, соединение имеет меньшую емкость и низкую емкость накопления заряда. Это позволяет малому сигнальному диоду иметь высокую скорость переключения с очень быстрым временем восстановления. Однако его ограничениями являются низкого напряжения и параметры тока .
Благодаря высокой скорости переключения, эти типы диодов используются в цепях с высокими частотами.
Выпрямительный диод
Выпрямительный диод — это тип P-N-переходного диода, чья площадь P-N-контакта очень велика.Это приводит к высокой емкости в обратном направлении. Имеет низкую скорость переключения.
Это наиболее распространенный и наиболее используемый тип диода. Эти типы диодов могут выдерживать сильный ток и используются при преобразовании переменного тока в постоянный ( Выпрямитель ).
Диод Шоттки
Диод Шоттки, названный в честь немецкого физика Вальтер Шоттки, , представляет собой тип диода, который состоит из небольшого перехода между полупроводником N-типа и металлом.Он не имеет P-N соединения.
Плюсом диода Шоттки является то, что он имеет очень низкое прямое напряжение , падение напряжения и быстрое переключение . Поскольку емкостный переход отсутствует (переход P-N), скорость переключения диода Шоттки очень высокая.
Ограничение диода Шоттки состоит в том, что он имеет низкое напряжение обратного пробоя и высокий ток обратной утечки.
Супербарьерные диоды
Супербарьерные диоды (SBR) также являются выпрямительными диодами, но они имеют низкое прямое напряжение , как и диод Шоттки.Они имеют с низким обратным током утечки , как и обычный диод P-N.
SBR использует MOSFET путем короткого контакта между его затвором и источником.
SBR имеет низкое прямое падение напряжения, меньший ток обратной утечки и возможность быстрого переключения.
Светоизлучающий диод (LED)
Светоизлучающий диод также представляет собой тип переходного диода P-N, который излучает свет в конфигурации прямого смещения.
Светодиод состоит из полупроводника прямой полосы. Когда носители заряда (электроны) пересекают барьер и рекомбинируют с электронными дырами на другой стороне, они испускают фотонные частицы (свет). При этом цвет света зависит от энергетической щели полупроводника.
Светодиод преобразует электрическую энергию в энергию света.
Фотодиод
Фотодиод представляет собой тип переходного P-N-диода, который преобразует энергию света в электрический ток.Его работа противоположна работе LED .
На каждый полупроводниковый диод воздействуют оптические носители заряда. Именно поэтому они упакованы в легкий блокирующий материал.
В фотодиоде есть специальное отверстие, которое позволяет свету проникать в его чувствительную часть.
Когда свет (частицы фотона) попадает на PN-переход, он создает пару электрон-дырка. Эти электроны и дырки вытекают как электрический ток. Для повышения его эффективности используется диод с PIN-переходом .
Фотодиод используется в обратном смещении и может использоваться в солнечных элементах.
Лазерный диод
Лазерный диод похож на светодиод, потому что он преобразует электрическую энергию в энергию света. Но в отличие от светодиодов, лазерный диод производит когерентный свет.
Лазерный диод состоит из PIN-перехода, , где электрон и дырки соединяются вместе во внутренней области (I). когда они объединяются, он генерирует лазерный луч.
Лазерные диоды используются в оптической связи, лазерной указке, приводах компакт-дисков и лазерных принтерах и т. Д.
Туннельный диод
Туннельный диод был изобретен Лео Эсаки в 1958 году , за что он получил Нобелевскую премию в 1973 году, поэтому он также известен как Эсаки диод .
Туннельный диод — это сильно легированный P-N-переходный диод . Работает по принципу туннелирования с эффектом . Из-за высокой концентрации легирования соединительный барьер становится очень тонким. Это позволяет электрону легко выйти через барьер.Это явление известно как туннельный эффект .
Туннельный диод имеет область на своей кривой VI , где ток уменьшается с ростом напряжения. Эта область известна как область отрицательного сопротивления . Туннельный диод работает в этой области в различных приложениях, таких как генератор и микроволновый усилитель .
Символ с характеристикой VI кривой туннельного диода приведен ниже:
Туннельный диод также проводит ток в обратном направлении, и это устройство с быстрым переключением.
Стабилитрон
Стабилитрон назван в честь Кларенса Малвина Зинера , который открыл стабилитрон .
Это тип диода, который позволяет не только протекать ток в прямом направлении, но и в обратном направлении. когда обратное напряжение достигает напряжения пробоя, известного как напряжение стабилитрона , оно пропускает ток.
Стабилитрон имеет более высокую концентрацию легирования, чем обычный диод с P-N-переходом.Следовательно, он имеет очень тонкую область истощения.
При прямом смещении он работает как простой диод с P-N-переходом (выпрямитель).
При обратном смещении блокируется, пока обратное напряжение не достигнет пробоя. После этого он пропускает ток с постоянным падением напряжения.
Обратный пробой стабилитрона вызван двумя причинами: квантовым туннелированием электронов и пробой лавин .
Стабилитрон используется в основном в конфигурации с обратным смещением.Он обеспечивает стабилизированное напряжение для защиты цепей от перенапряжения.
обратный диод
Обратный диод или задний диод представляет собой P-N-переход, который работает аналогично туннельному диоду и стабилитрону . Но рабочее напряжение намного ниже.
Обратный диод — это, по существу, туннельный диод, у которого одна сторона перехода имеет относительно меньшую концентрацию легирования по сравнению с другой стороной.
В прямом смещении он работает как туннельный диод , но его туннельный эффект значительно меньше по сравнению с туннельным диодом.В противном случае он работает как обычный диод P-N.
В обратном смещении он работает как стабилитрон , но напряжение пробоя намного ниже.
Широко используется, но может использоваться для выпрямления сигнала низкого напряжения (от 0,1 до 0,6 В). Благодаря высокой скорости переключения он может использоваться как переключатель в радиочастотном микшере и умножителе.
Лавинный диод
Лавинный диод представляет собой P-N-переход, специально предназначенный для работы в области лавинного пробоя .
Лавинный пробой — это явление, при котором на P-N-переход подается достаточное обратное напряжение. Из-за этого меньший носитель ионизируется и запускает сильный ток в обратном направлении.
Лавинный диод работает электрически аналогично стабилитрону. Однако концентрация легирования стабилитрона относительно выше, чем у лавинного диода.
Сильное легирование внутри стабилитрона создает небольшой переход, а низкие напряжения могут легко его сломать.Тем не менее, лавинный диод имеет широкий переход из-за легкого концентрации легирования. Таким образом, для его пробоя требуется высокое напряжение. Такое широкое соединение делает его лучшим сетевым фильтром по сравнению с простым стабилитроном.
Диод подавления переходных напряжений (TVS)
Диод подавления переходных напряжений или диод TVS — это тип лавинного диода, который защищает цепь от скачков напряжения.
TVS диод обладает способностью выдерживать высокие напряжения по сравнению с лавинным диодом.
Однонаправленный диод TVS работает аналогично лавинному диоду. он действует как выпрямитель в прямом смещении и сетевой фильтр в обратном смещении.
Двунаправленный диод TVS действует как два лавинных диода, последовательно противостоящих друг другу. Он изготовлен как единый компонент. Он работает в обоих направлениях и обеспечивает защиту от перенапряжения при использовании параллельно с цепью.
Золотой легированный диод
В таком типе диода в качестве легирующей добавки (легирующего материала) используется золото или платина.Это позволяет диоду работать с высокой скоростью переключения, но за счет увеличения прямого падения напряжения. Кроме того, его обратный ток утечки выше, чем у обычного P-N переходного диода.
Диод постоянного тока
Диод постоянного тока AKA ограничивающий ток диод (CLD) представляет собой двухполюсный диод, изготовленный из JFET. Он регулирует протекающий через него ток до фиксированного уровня.
CLD производится путем короткого контакта между затвором и источником JFET.Он ограничивает ток так же, как стабилитрон ограничивает напряжение.
Ступенчатый восстановительный диод
Ступенчатый восстановительный диод или защелкивающийся диод — это переходный P-N-диод, который внезапно прекращает протекание тока при изменении направления.
SRD (ступенчатый диод восстановления) сделан из P-N-перехода с очень низкой концентрацией легирования вблизи перехода. За счет этого количество носителей заряда (электронов и дырок) вблизи перехода также уменьшается.Следовательно, емкость накопления заряда вблизи соединения становится незначительной. Это позволяет SRD очень быстро переключаться из ON в OFF.
В обычном диоде, когда он переключается с прямой проводки на обратную отсечку, ток кратковременно течет из-за накопленного заряда. За счет чего обычный диод занимает некоторое время при переключении. SRD не хранит заряд, поэтому он может мгновенно прекратить протекание тока.
Пельтье или тепловой диод
Пельтье или тепловой диод — это тип диода, тепловое сопротивление которого в одном направлении отличается от другого.Таким образом, генерируемое тепло течет в одном направлении к одной стороне (клемме) и покидает другую сторону кулера.
Этот диод используется для контроля температуры в микропроцессоре и в холодильниках для эффекта охлаждения.
Вакуумный диод
Это самая простая форма диода, изготовленная из вакуумной трубки и двух электродов (катода и анода). Анод и катод заключены внутри вакуумной трубки (пустой стакан).
Когда катод нагревается, он испускает электроны, анод улавливает электроны, и поток продолжается.
Катод может быть нагрет прямо или косвенно.
При прямом смещении свободный электрон на катоде выпускается в вакуум после нагревания. Анод собирает эти электроны и ток течет.
При обратном смещении свободный электрон в вакууме отталкивается анодом, поскольку он соединен с отрицательным выводом, поэтому ток не течет.
Таким образом, ток течет только в одном направлении.
Варакторный диод
Варакторный диод, также известный как диод Vericap, является управляемым напряжением конденсатором.Они имеют соединение P-N с переменной емкостью соединения.
Варатный диод работает в условиях обратного смещения. Слой истощения между материалами типа P и N варьируется путем изменения обратного напряжения.
Емкость всех переходных диодов изменяется в зависимости от обратного напряжения, но диод Варактор может использовать этот эффект с большим диапазоном емкостного сопротивления.
Применения Varactor диодов в качестве генератора , управляемого напряжением в контуре фазовой синхронизации, в РЧ-фильтрах настройки и умножителей частоты .
Похожие сообщения: Типы микросхем. Классификация интегральных микросхем и их ограничение
Диод Ганна
Диод Ганна АКА «Устройство с перенесенным электроном » (TED) представляет собой тип диода с отрицательным сопротивлением, как туннельный диод. Он назван в честь британского физика Дж. Б. Ганна , который открыл «эффект Ганна » в 1962 году.
Диод Ганна не имеет P-N-перехода. Фактически он состоит из материала только N-типа , поэтому он не выпрямляет переменный ток и не работает как обычный диод.Это также причина, по которой многие люди называют это «переданным электронным устройством» (TED) вместо диода.
Состоит из трех слоев N-типа; два из них, которые находятся на стороне терминала, имеют более высокую концентрацию легирования, тогда как средний тонкий слой имеет более легкую концентрацию легирования.
Когда напряжение подается на диод Ганна, первоначально его ток увеличивается с увеличением напряжения.
При более высоком напряжении сопротивление среднего слоя начинает расти с ростом напряжения.Это приводит к падению тока. Это область с отрицательным сопротивлением , и диод Ганна работает в этой области.
Диод Ганна используется в генераторе для генерации микроволн высокой частоты .
PIN-диод
PIN-диод представляет собой трехслойный диод, то есть P-слой, I-слой и N-слой. Внутренний полупроводниковый слой ‘ I is расположен между сильно легированным P и полупроводником N-типа.
Электрон и дырки из области N и P-типа соответственно попадают во внутреннюю область (I).Как только область «I» полностью заполняется электронными дырками, диод начинает проводимость.
При обратном смещении широкий внутренний слой в диоде может блокировать и выдерживать высокие обратные напряжения.
При более высокой частоте PIN-диод будет действовать как линейный резистор. Это из-за того, что у PIN-диода плохое время обратного восстановления . Причина в том, что сильно заряженная область «I» не получает достаточно времени для разрядки во время быстрых циклов.
На низких частотах работает как выпрямительный диод.Потому что у него достаточно времени, чтобы разрядиться и выключиться во время цикла.
Если фотон входит в область «I» PIN-диода с обратным смещением, он создает пару электрон-дырка. Эта электронно-дырочная пара вытекает как ток. Поэтому он также используется в фотоприемниках и фотоэлементах .
PIN-диоды используются в выпрямлении высокого напряжения, в радиочастотном применении в качестве аттенюатора и переключающего элемента.
Кремниевый выпрямитель (SCR)
SCR — это четырехслойное полупроводниковое коммутационное устройство P-N-P-N.У этого есть три терминала Анод, Катод и Ворота.
SCR — это по сути диод с внешним управляющим входом, известным как вход затвора. Это позволяет току течь в одном направлении.
Когда SCR подключен в прямом смещении, он еще не пропустит ток. Это называется режимом прямой блокировки .
Чтобы заставить SCR проводить в прямом режиме, ему нужно либо необходимое напряжение для пересечения своего предела переключения, либо путем подачи положительного импульса на его вход затвора.
Чтобы отключить SCR, либо уменьшите ток ниже точки удержания тока, либо отключите вход затвора и на короткое время замкните анод-катод.
При обратном смещении SCR не пропускает ток даже после применения входа затвора. Но если обратное напряжение достигает напряжения обратного пробоя, SCR начинает проводимость из-за лавинных явлений.
SCR используется для управления цепями большой мощности, выпрямлением большой мощности переменного тока.
Shockley Diode
Shockley — это четырехслойный диод PNPN.Это похоже на SCR, но у него нет контроля или входа затвора.
Диод Шокли имеет тенденцию оставаться «ВКЛ», как только он включен «ВКЛ», и имеет тенденцию оставаться «ВЫКЛ», когда он выключен «ВЫКЛ».
Как мы знаем, диод Шокли не имеет входного затвора, поэтому единственный способ включить его «ВКЛ» — это подать прямое напряжение, превышающее его напряжение пробоя.
После подачи напряжения, превышающего его напряжение пробоя, он пропустит ток.
В состоянии проводимости он не выключится, даже если напряжение снизится по сравнению с напряжением пробоя.Чтобы выключить его, напряжение должно быть достаточно ниже его напряжения пробоя.
Точечный контактный диод
Он также известен как Cat Whisker диод или кристаллический диод .
Это тип диода, в котором между металлической проволокой и полупроводниковым кристаллом N-типа образуется небольшое точечное соединение.
« cat whisker » представляет собой тонкую пружинящую проволоку, изготовленную из фосфористой бронзы или вольфрама.Это делает соединение точечного контакта с полупроводником N-типа, отсюда и название диод с точечным контактом .
Поскольку образованный переход очень мал, емкость перехода точечного контактного диода очень мала. Таким образом, емкость накопителя заряда очень мала, что делает его быстрым переключающим устройством.
Во время производства пропускание относительно большого тока по проводу типа «кошачий усы» приводит к образованию небольшой P-области на полупроводнике N-типа .Это небольшое соединение действует как соединение P-N.
Точечные контактные диоды используются для низковольтного сигнала и в микроволновых микшерах и детекторах.
Это некоторые из наиболее распространенных типов диодов, используемых при проектировании и эксплуатации электронных схем. Если вы хотите добавить больше видов диодов, сообщите нам об этом в поле для комментариев ниже.
.Что такое полупроводниковый диод?
Диод — это двухполюсное устройство, образованное двумя легированными областями кремния, разделенными pn-переходом. Наиболее распространенная категория диодов, известных как универсальные диоды, покрыта.
Другие названия, такие как выпрямительный диод или сигнальный диод, зависят от конкретного типа применения, для которого был разработан диод. Вы узнаете, как использовать напряжение, чтобы диод проводил ток в одном направлении и блокировал его в другом направлении.Этот процесс называется смещением.
Диодные приложения
- Распознавание электрического символа для диода и нескольких конфигураций пакета диодов
- Применение прямого смещения к диоду
- Определение прямого смещения и определение необходимых условий
- Обсудить влияние прямого смещения на область истощения
- определяет потенциал барьера и его влияние при прямом смещении
3. Обратное смещение диода
- Определите обратное смещение и укажите необходимые условия
- Обсудите обратный ток и обратный пробой
Диод
As упоминалось, что диод сделан из небольшого куска полупроводникового материала, обычно кремния, половина которого легирована как область p , а половина легирована как область n с областью перехода pn и областью обеднения между ними ,
Область p называется анодом и соединена с проводящей клеммой. n называется катодом и соединен со вторым проводящим выводом. Основная структура диода и условное обозначение показаны на рисунке выше.
Типичные диодные пакеты
Показаны некоторые общие физические конфигурации диодов, установленных в отверстиях. Анод (A) и катод (K) указаны на диоде несколькими способами, в зависимости от типа упаковки.Катод обычно маркируется рукой, вкладкой или какой-либо другой особенностью. На этих упаковках, где один вывод является условием для случая, случай является катодом.
Диодные пакеты для поверхностного монтажа
Типичные диодные пакеты для поверхностного монтажа на печатной плате. Пакеты SOD и SOT имеют форму чайки. Пакет SMA имеет L-образные выводы, которые изгибаются под пакетом. Типы SOD и SMA имеют полосу на конце для обозначения катода. Тип SOT представляет собой трехполюсник, в котором есть один или два диода.В SOT-упаковке с одним диодом вывод 1 обычно является анодом, а вывод 3 — катодом. В двухдиодном корпусе SOT третий вывод является общим выводом и может быть либо анодом, либо катодом. Всегда проверяйте спецификацию конкретного диода для проверки конфигурации контактов.
Типичные диодные пакеты с идентификацией клемм. Буква K используется для катода, чтобы избежать путаницы с определенными электрическими величинами, которые представлены C. Номера типов корпусов указаны для каждого диода.
Полупроводниковый диод (видео)
.
P-N Junction полупроводниковый диод — Диод
Что
такое полупроводниковый диод p-n перехода?
А
p-n переходный диод — двухполюсное или двухэлектродное полупроводниковое устройство,
который пропускает электрический ток только в одном направлении
в то время как блокирует электрический ток в противоположном или обратном направлении
направление.Если диод смещен вперед, это позволяет
электрический ток. С другой стороны, если диод
смещенный в обратном направлении, он блокирует электрический ток.
Р-Н
полупроводниковый диод перехода также называют p-n-переходом
полупроводниковое устройство.
В п-типа полупроводники, бесплатно электроны являются основными носителями заряда, тогда как в р-типа полупроводники, дырки являются основными носителями заряда.Когда n-тип полупроводник соединен с полупроводником р-типа, а р-н соединение образовано. P-N-переход, который формируется когда полупроводники p-типа и n-типа соединены, называется p-n переходным диодом.
р-н переходный диод выполнен из полупроводниковых материалов такие как кремний, германий и арсенид галлия.Для При разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий. Диоды p-n перехода из кремния полупроводники работают при более высокой температуре по сравнению с диодами p-n перехода из германия полупроводники.
основной символ p-n переходного диода при прямом смещении и обратное смещение показано на рисунке ниже
В На приведенном выше рисунке стрелка диода указывает на обычное направление электрического тока, когда диод смещен вперед (от положительной клеммы к отрицательный терминал).Отверстия, которые движутся от позитива вывод (анод) к отрицательному выводу (катод) условное направление тока.
Свободные электроны движутся от отрицательного конца (катод) к положительному концу (анод) на самом деле нести электрический ток. Однако из-за конвенция мы должны предположить, что текущее направление от положительного до отрицательного.
Смещение полупроводниковый диод p-n-перехода
Процесс подачи внешнего напряжения на p-n переход Полупроводниковый диод называется смещением. Внешнее напряжение до p-n переходный диод применяется любым из двух методов: прямое или обратное смещение.
Если
диод перехода p-n смещен вперед, это позволяет
электрический ток.В прямом смещенном состоянии,
полупроводник p-типа подключен к положительному выводу
батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к
отрицательный вывод батареи.
Если диод перехода p-n смещен в обратном направлении, он блокирует электрический ток. В обратном смещенном состоянии полупроводник p-типа подключен к отрицательному полюсу батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к положительный вывод батареи.
Клеммы pn переходного диода
Как правило, Терминал относится к точке или месту, в котором любой объект начинается или заканчивается. Например, автовокзал или конечная остановка место, в котором все автобусы начинаются или заканчиваются. Точно так же в контактный диод p-n, терминал относится к точке, в которой носители заряда начинаются или заканчиваются.
П-н Распределительный диод состоит из двух клемм: положительного и отрицательный.В положительный терминал, все свободные электроны закончатся и все отверстия начнутся, тогда как на отрицательном конце все начнутся свободные электроны и закончатся все дырки
Терминалы диода под прямым смещением
В смещенный диод p-n перехода (p-тип подключен к положительный терминал и n-тип подключен к отрицательному терминал), анодный терминал является положительным терминалом, тогда как катодная клемма является отрицательной клеммой.
Анод клемма представляет собой положительно заряженный электрод или проводник, который поставляет отверстия для p-n перехода. Другими словами, анод или анодный терминал или положительный терминал является источником положительных носителей заряда (дырок), положительный заряд носители (отверстия) начинают свое путешествие на анодном терминале и пройти через диод и заканчивается на катодной клемме.
катод отрицательно заряженный электрод или проводник, который поставляет свободные электроны на p-n-переход. Другими словами, катодный терминал или отрицательный терминал является источником свободного электроны, отрицательные носители заряда (свободные электроны) начинает свое путешествие на катодном терминале и проходит через диод и заканчивается на анодной клемме.
свободные электроны притягиваются к анодной клемме или
положительный конец, тогда как отверстия притягиваются к
катодная клемма или отрицательная клемма.
Терминалы диода при обратном смещении
Если диод обратного смещения (р-типа подключен к отрицательному терминал и n-тип подключен к положительной клемме), анодная клемма становится отрицательной клеммой, тогда как катодный терминал становится положительным.
Анод терминал или отрицательный терминал поставляет свободные электроны к P-N Junction. Другими словами, анодный терминал является источником свободных электронов, свободные электроны начинают свое путешествие на отрицательном или анодном терминале и заполняет большое количество дырки в полупроводнике p-типа. Отверстия в р-типе полупроводник притягивается к отрицательному полюсу.Свободные электроны с отрицательного конца не могут двигаться в сторону положительного конца, потому что широкое истощение область в p-n-переходе сопротивляется или противостоит потоку свободные электроны.
катод терминал или положительный терминал поставляет отверстия в п-н узел. Другими словами, катодный терминал является источником дырки, дырки начинают свое путешествие на позитив или катод терминал и занимает положение электронов в n-типе полупроводник.Свободные электроны в n-типе полупроводник притягивается к положительному полюсу. Отверстия от положительной клеммы не могут двигаться в направлении отрицательный конец, потому что широкая область истощения на p-n-переход противодействует потоку отверстий.
Кремний и
германиевые полупроводниковые диоды
- для При разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий.
- p-n переходные диоды из кремниевых полупроводниковых работ
при более высокой температуре, чем у германиевого полупроводника
диоды.
- вперед
Напряжение смещения для кремниевого полупроводникового диода
примерно 0,7 вольт, тогда как для германия
полупроводниковый диод примерно
0.3 вольт
- Кремний полупроводниковые диоды не допускают электрический ток поток, если напряжение на кремниевом диоде меньше чем 0,7 вольт.
- Кремний полупроводник диоды начинают пропускать ток, если напряжение приложенное на диоде достигает 0,7 вольт.
- германий
полупроводниковые диоды не допускают электрический ток
поток, если напряжение на германиевом диоде
меньше 03 вольт
- германий
полупроводниковые диоды начинают пропускать ток, если
напряжение на германиевом диоде достигает 0,3
вольт.
- стоимость кремниевых полупроводников низкая по сравнению с германиевые полупроводники.
Преимущества p-n переходного диода
П-н переходный диод является самой простой формой из всех полупроводниковых устройства.Тем не менее, диоды играют важную роль во многих электронные устройства.
,