Диоды что это: Что такое диод — простым языком

Содержание

| Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

Компания *

Номер телефона *

Страна * — Пожалуйста, выберите значение -United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Диоды катоды аноды: для чего нужны

Что такое диод? Для того чтобы ответить на этот вопрос, надо копнуть вглубь, в самое начало, а именно, с чего начинается полупроводник.

Вакуумная двухэлектродная лампа

Вступление из теории

Проводник

Попробуем представить себе кусок материала проводника, например, меди. Чем он характеризуется: в нем есть свободные носители заряда – электроны. Причем таких отрицательных частиц в нем очень много.

Если на эту область подать плюс, то все эти отрицательные элементы устремятся к нему, то есть потечет ток через медь. Это известный факт, поэтому в качестве токопроводящих материалов применяют именно медь. К проводникам также относятся такие элементы периодической таблицы Менделеева, как алюминий, железо, золото и многие другие.

Диэлектрик

Диэлектрик – это материал, который свободных носителей заряда не имеет и, следовательно, ток не проводит.

Полупроводник

Полупроводник – это и металл, и неметалл. Материал, который и проводит ток, и не проводит. В нем мало свободных носителей заряда. Типичными полупроводниками являются кремний, германий.

Что такое диод

Кремний является четырехвалентным элементом. Чтобы его превратить в проводник, к нему подмешивают пятивалентный мышьяк. В результате этого соединения появляются лишние электроны, то есть свободные носители заряда. А если добавить к кремнию трехвалентный индий, в материале появятся позитроны, частицы с нехваткой электрона. Из таких областей и состоит диод.

Полученная структура называется PN элементом или PN-переходом. P – позитивная часть, N – негативная. Одна часть материала обогащена плюсовыми позитронами, другая – минусовыми электронами.

Как работает диод

Можно физически сами диоды не видеть, но результат их действия окружает нас повсюду. Эти устройства позволяют управлять потоком тока в указанном направлении. Существует много различных вариантов исполнения диодов. В каких случаях это бывает необходимо? Ниже будут рассмотрены примеры и в некоторой степени принцип работы полупроводниковых диодов.

Если добавить две металлические обкладки к P и N рабочим областям материала, то получатся электроды анод и катод. Схема подключения электродов к источнику может работать следующим образом:

  • подача напряжения с батарейки к электроду N обеспечивает притяжение позитронов, соответственно к P электроду – электронов;
  • отсутствие напряжения все возвращает в исходное состояние;
  • смена полярности подаваемого напряжения обеспечивает притяжение электронов в обратном направлении к плюсовой пластине, а позитронов – к минусовой.

В последнем случае избыточные заряды скапливаются на металлических обкладках, тогда как в центре самого материала образуется мертвая изолирующая зона. Таким образом, центральный участок материала становится диэлектриком. В таком направлении устройство не пропускает ток.

Для информации. Слово происходит от di (double) + -ode.  Определение терминов катод и анод диода, относящихся к контактам, известно каждому человеку. Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. Если подать на анод плюс, а на катод – минус, то диод откроется, и электроток по нему потечет.

Таким образом, диод – это устройство, которое имеет два электрода: катод и анод. Простое нелинейное электронное устройство, состоящее из двух разных полупроводников. Как устроен диод, хорошо видно на изображении.

Принцип работы диода

Диоды – это полупроводники, состоящие из областей P и N. Благодаря свойствам PN-перехода диод проводит ток только в одном направлении. Таков принцип действия этих устройств. Для чего нужны они?

Назначение диодов

Диоды бывают различного исполнения: от громоздких советских до миниатюрных современных. Может устройство быть одной и той же мощности, но из-за времени выпуска различаться по габаритам. Диоды на большой ток нуждаются в охлаждении, поэтому производятся с креплением под радиатор. Соответственно, устройства без радиатора рассчитаны на малый ток.

Применение диодов

Устройства диодов могут быть ориентированы на ограничение или приостановление движения тока. Чрезвычайно распространенным приложением является его использование в качестве выпрямителя.

Полупроводниковый диодный ограничитель

Выпрямители

Поскольку диод позволяет току течь лишь в одном направлении, то переменный ток проходит через диод только положительную или отрицательную часть напряжения синусоидальной волны. Это означает, что можно эффективно преобразовывать переменный ток в постоянный ток, применяя диоды, расположенные в виде полноволнового выпрямителя.

Например, имеется источник переменного тока. На выходе из него в цепь поставлен диод, через который подключена нагрузка. Что получится? Если источник дает синусоиду, то на выходе диода пройдет только положительная полуволна. И так до следующей полуволны. Но если развернуть диод другой стороной, то на выходе получится отрицательная полуволна, то есть устройство пропускает ток только в одном направлении.

Если поставить на место диода мост, состоящий из четырех диодов, то на выходе будет сигнал в форме полуволн, напоминающих верблюжий горб. Полуволны будут развернуты все в одном направлении. При установке после диодов дополнительного конденсатора получатся те же полуволны, только сглаженные.

Мостовой выпрямитель

Варикапы

Графический значок варикапа очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. Варикап – это и есть обыкновенный диод. Работа устройства основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения. Если напряжение подается маленькое, емкость получается большая, если подается большое напряжение – емкость становится маленькой. Реально варикапы изменяют свою емкость в несколько раз (до 7 раз).

Стабилитроны

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. Выбирают стабилитрон с большим запасом рассеиваемой мощности, потому что он постоянно работает в режиме пробоя. Основное назначение стабилитронов – стабилизация напряжения.

Основной целью стабилизатора напряжения является поддержание постоянного напряжения на нагрузке, независимо от изменений входного напряжения и тока нагрузки. При изменяющихся условиях тока нагрузки стабилитрон может использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения. Это основная причина использования стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки – это низковольтное устройство, в котором используются в качестве электродов металл и обогащенный электронами полупроводник. Напряжение такого диода составляет примерно 0,2-0,4 В, в сравнение с обычным диодом эта величина в два раза меньше.

Зона применения диода Шоттки ограниченная, поскольку он не может работать без стабилитрона. В основном диоды Шоттки используются в устройствах, работающих в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Диодный прибор Шоттки

Светодиоды

Светоизлучающие диоды в настоящее время широко применяются в качестве диодных блоков легких энергосберегающих лампочек. Они становятся незаменимыми для жизни людей, поскольку способствуют снижению возрастающих цен на электроэнергию.

Для информации. Мигающие светодиоды часто применяют в различных сигнальных цепях, для украшения домашнего интерьера. Существуют схемы, с помощью которых можно заставить мигать светодиоды. Сделать мигающие светодиоды – вполне выполнимая задача.

Светодиоды LED

Можно совсем кратко ответить на вопрос, что такое диоды, и зачем они нужны. Именно этот элемент способен остановить свободное движение электронов в определенном направлении.

Видео

Оцените статью:

Диоды | Это работает | Символ

СОДЕРЖАНИЕ
  • Определение
  • Символ диода
  • Важные особенности
  • Техника смещения диодов
  • Важные типы
  • Применение диодов

Что такое диоды?

Определение диода:

«Диод — это особый электронный элемент с двумя электродами, которые называются анодом и катодом».

Различные типы диодовs

                                 

Большинство диодов изготовлено из полупроводников, таких как кремний, германий или селен.

Как работает диод?

Принцип работы диода:

Основные характеристики диода — пропускать электрический ток только в одном направлении. Если катод заряжен отрицательно при более высоком напряжении, чем анод, через него начинает течь определенный ток, называемый «прямое прерывание».

Когда катод заряжен + ve относительно анода, он не будет проводить никакого тока. Они могут работать как выпрямители, переключатели и ограничители.

Перенапряжение прямого прерывания составляет примерно 0.6 В для кремния, 0.3 В для германия и 1 В для селена соответственно.

В точке прямого обрыва, если аналоговый сигнал проходит через диод, форма сигнала неточная и искажается. Все генерируемые сигналы являются гармоническими и целыми кратными входной частоты. Обычно они генерируют сигналы на микроволновой частоте с правильным уровнем и полярностью приложения напряжения.

Символ диода:Символ диода

Важные особенности диодов:
  • Диод — двухконтактный электронный компонент
  • У него меньшее сопротивление в одном направлении и выше в другом.
  • Большинство диодов изготовлено из кремния.
  • Падение напряжения при прямом смещении составляет примерно 0.7 В.
  • При обратном смещении область обедненного слоя будет увеличиваться.

Различные типы диодов:

1. PN переходный диод —

«Диод — это PN переход с P-типом с одной стороны и N-типом с другой».

2. Светоизлучающий диод (LED) —

«Светодиод — это полупроводниковый источник света, который излучает свет, когда через него протекает ток».

3. Фото диод —

Это полупроводниковый диод с PN-переходом, который при воздействии света создает разность потенциалов.

4.   Диод Шоттки —

  Это связано с соединением полупроводника с металлом. Когда-то известный как диод с горячей несущей ».

5.   Туннельный диод —

Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением из-за туннелирования ».

6.   Варакторный диод —

  Диод с изменяющейся внутренней емкостью при изменении обратного напряжения ».

7.   Стабилитрон —

Диод особого типа, позволяющий току проходить в обратном направлении при приложении обратного напряжения ».

Какие бывают идеальные диоды?

В идеальном диоде, когда он находится в прямом смещении, ток начинает свободно течь от устройства. В идеале обычно без падения напряжения при прямом смещении. Все остальные источники напряжения падают на резисторы цепи. При обратном смещении идеальный диод имеет нулевой ток и бесконечное сопротивление.

Что такое практические диоды?

В практическом диоде некоторые сопротивления позволяют протекать току при прямом смещении. Из-за наличия сопротивлений некоторая мощность рассеивается, когда ток начинает течь через прямое смещение. Когда он смещен в обратном направлении, из-за высокого сопротивления он может проводить.

Диод обычно является PN переходом.

  1. Это барьерный потенциал. Чтобы преодолеть эту проблему, приложив дополнительное напряжение к pn переходу, он может быть проводящим.
  2. Таким образом, ток будет проходить через pn переход, когда потенциал барьера не учитывается.
  3. Он с двумя металлическими проводниками известен как pn переход.
  4. Процесс подачи внешнего напряжения — это смещение канала.

Прямое смещение:
  • Аккумулятор подключил клемму + ve к стороне p диода pn перехода, а затем подключил клемму -ve к стороне n.
  • Если мы приложим внешнее напряжение, которое больше, чем потенциальный барьер, тогда он начнет проводить ток, чтобы пройти
  • Диод подключен к источнику постоянного напряжения (В).
  • Напряжение на диоде называется прямой характеристикой диода с pn переходом.
  • Ток через диод не течет до тех пор, пока не будет достигнуто значение A, поскольку внешнее напряжение Vf  противостоит встроенному напряжению, значение которого равно 0.
  • Однако напряжение увеличивается выше А, и ток диода быстро уменьшается.
  • Если прямой ток идет внешне назад, он отсекает ось напряжения в точке, от которой Vk можно определить

Обратное смещение:
  • Если напряжение подается на диоды pn перехода, клемма ve подключается к полупроводнику p-типа. Точно так же клемма + ve подключается к n-типу.
  • Отверстия со стороны p притягиваются к клемме -ve. В то время как свободные электроны с n-стороны притягиваются к положительной клемме.
  • Обратное смещение увеличивается ступенчато, и наблюдается ток диода.
  • Когда обратное смещение увеличивается VBR обратный ток диода увеличивается очень быстро.

Коммутационная способность диодов:

При прямом смещении, когда приложено небольшое напряжение, диод проводит ток, превышающий срезанное напряжение, известное как состояние включения.

При обратном смещении только источники тока малого напряжения с обратным приложенным напряжением, меньшим, чем значение пробоя, известны как выключенное состояние.

При переключении свойство диода переключается из включенного состояния прямого смещения в выключенное состояние обратного смещения или наоборот.

Применение диодов

коррекция:

Диод обычно действует как выпрямитель, превращая источник переменного тока в постоянный источник питания. Этого можно достичь, преграждая поток в одном направлении и проходя в другом направлении.

Световое излучение:  

Светодиод обеспечивает гораздо более эффективный источник света. Лампы стоят больше, чем их аналоги от ламп накаливания, отчасти потому, что они требуют дополнительных схем управления для работы от сети переменного тока.

Рассеивание индуктивной нагрузки:

В этом приложении используются диоды. Когда индуктивная нагрузка отключается, энергия, которую она хранит, должна куда-то уходить. Без надлежащей защиты схемы накопленная энергия может привести к всплескам напряжения, которые могут вызвать дугу на переключателе и потенциально перегрузить транзистор. Эта конфигурация позволяет току рассеиваться через катушку индуктивности, и он возвращается в источник питания и защищает схему.

Обнаружение и контроль:

Полупроводники могут легко генерировать электрические заряды на основе оптических эффектов. Как правило, эти устройства упакованы таким образом, что они блокируют свет, чтобы избежать непреднамеренной электрической активности. Фотодиоды созданы для оптимизации этого эффекта. Эти фотодиоды часто используются в инфракрасном спектре, например, в бытовых пультах дистанционного управления.

Дополнительные статьи по электронике нажмите сюда

О Сумали Бхаттачарье

В настоящее время я инвестирую в сферу электроники и связи.
Мои статьи сосредоточены на основных областях базовой электроники с использованием очень простого, но информативного подхода.
Я хорошо учусь и стараюсь быть в курсе всех последних технологий в области электроники.

Подключимся через LinkedIn —
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

Диоды что это такое

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

Пример односторонней проводимости диода

На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен

Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь.

Иллюстрация прямой обратный ток диода

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

Вольт-амперная характеристика диода

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

Соединив красный щуп мультиметра с Анодом, мы можем убедиться в том, что диод пропускает ток в прямом направлении, на экране прибора будут цифры равные

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

Плоскостной и точечный диод

Какие бывают типы диодов ?


Схематическое изображение диодов


Фото выпрямительного диода

А) На фото изображен рассмотренный нами выше диод.

Стабилитрон изображение на схеме

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

Двуханодный стабилитрон – изображение на схеме

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

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

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

Е) Варикап, применяется как конденсатор переменной ёмкости.

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

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

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

Схема диодного моста

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

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

Светодиодная лампа фото

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

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

Подключение RGB ленты

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

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

AKV.

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.

Диод представляет собой простой полупроводниковый прибор, который нашел широкое применение в технике. Не каждый человек знает, что такое диод, и еще меньшее количество людей точно представляет себе принцип работы изделия.

При этом существует большое количество разновидностей этого прибора, о которых стоит знать всем, кто интересуется радиоэлектроникой.

Устройство и принцип работы

Если понять, как работает диод, то разобраться в устройстве этого полупроводникового прибора будет довольно просто. Основу детали составляет токовый переход, соединенный с двумя контактами (положительным — анодом и отрицательным — катодом). При прямом включении напряжения открывается переход, сопротивление которого небольшое. В результате через изделие проходит ток, называемый прямым.

Если же при включении детали в схему изменить полярность, то сопротивление участка перехода резко возрастет, а показатель электротока будет стремиться к нулю. Такое напряжение принято называть обратным.

Современные диоды имеют принципиальное отличие от первых моделей, активно используемых во время радиоламп. В полупроводниковых радиодеталях токовый переход изготавливается из кремния или германия и носит название р-n-переход. Основное различие между этими материалами заключается в показателях прямого напряжения, при которых происходит открытие.

Так как полупроводниковый кристалл может эффективно работать в любых условиях, то необходимость создания особой среды исчезла.

В ламповых устройствах для этого в колбу закачивался специальный газ либо создавался вакуум. В результате современные изделия имеют небольшие габариты, а стоимость их производства значительно снизилась.

Основные виды

Диоды принято классифицировать по нескольким параметрам. В зависимости от рабочих частот, они могут быть низко-, высокочастотными, а также способными функционировать в условиях сверхвысоких частот. Также существует деление и в соответствии с конструктивными особенностями, где можно выделить следующие виды диодов:

  • Диод Шоттки — вместо привычного p-n-перехода используется металл. С одной стороны, это позволяет добиться минимальных потерь напряжения при прямом включении. Однако с другой при высоком обратном токе, изделие быстро выходит из строя.
  • Стабилитрон — позволяет стабилизировать напряжение.
  • Стабистор — отличается от стабилитрона меньшей зависимостью напряжения от тока.
  • Диод Гана — лишен p — n -перехода, вместо которого используется особый кристалл. Используется для работы в диапазоне сверхвысоких частот.
  • Варикап — представляет собой сочетание диода с конденсатором. Емкость изделия зависит от обратного напряжения в области p — n -перехода, а применяется он при создании колебательных контуров.
  • Фотодиод — попадание светового потока на токовый переход приводит к созданию в нем разности потенциалов. Если замкнуть в этот момент цепь, то в ней появится ток.
  • Светодиод — при достижении определенного показателя тока в p — n -переходе, устройство начинает излучать световой поток.

Область применения

Сфера использования этих деталей в современной радиотехнике высока. Сложно найти устройство, которое работает без этих деталей. Чтобы понять, для чего нужен диод, можно привести несколько примеров:

  • Диодные мосты — содержат от 4 до 12 полупроводниковых устройств, которые соединяются между собой. Основной задачей диодных мостов является выпрямление тока, и они активно используются, например, при создании генераторов для автомобилей.
  • Детекторы — создаются при сочетании диодов и конденсаторов. В результате появляется возможность выделить низкочастотную модуляцию из различных сигналов. Применяются при изготовлении радио- и телеприемников.
  • Защитные устройства — позволяют обезопасить электрическую схему от возможных перегрузок. Несколько изделий подключаются в обратном направлении. Когда схема работает нормально, то они остаются в закрытом положении. Как только входное напряжение достигает критических показателей, устройство активируются.
  • Переключатели — такие системы на основе этих изделий позволяют осуществлять коммутацию высокочастотных сигналов.
  • Системы искрозащиты — создание шунт-диодного барьера позволяет ограничить показатель напряжения в электроцепи. Для увеличения степени защиты вместе с полупроводниковыми деталями используются специальные токоограничивающие резисторы.

Это лишь несколько примеров использования диодов. Они являются достаточно надежными устройствами, с помощью которых можно решать большое количество задач. Чаще всего эти радиодетали выходят из строя по причине естественного старения либо из-за перегрева.

Если произошел электрический пробой изделия, то его последствия редко являются необратимыми, так как кристалл не разрушается.

ᐉ Диоды

Диод — это полупроводниковый прибор, способный пропускать электрический ток только в одном направлении, которое называется прямым. Условное обозначение и внешний вид некоторых образцов диодов показаны на рисунке.

Рис. Диод и его условное обозначение

Ток в прямом направлении (прямой ток) протекает через диод в том случае, если приложенное напряжение имеет определенную полярность (прямое смещение) и величину, превышающую некоторый пороговый уровень. Это пороговое напряжение еще называется падением напряжения в прямом направлении (для кремниевых диодов оно составляет порядка 0,7 В). В обратном направлении ток через диод почти не течет. На рисунке показана вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода, иллюстрирующая зависимость тока от напряжения. Наиболее характерной диодной схемой является так называемый выпрямитель. Если к точкам А и В схемы, показанной на рисунке, прикладывается переменное напряжение, то во временных интервалах а-b и c-d к диоду приложено прямое напряжение,а в интервале b-с — обратное. Поэтому в резисторе R ток протекает только в первую половину периода.

Рис. ВАХ диода

Рис. Схема диодного выпрямителя

Рис. Иллюстрация выпрямляющего действия диодного выпрямителя: v — входное напряжение переменного тока; i — выходной ток

Рис. Схема устранения бросков обратного напряжения

Схема, показанная на последнем рисунке, широко используется для работы с индуктивной нагрузкой, например обмоткой реле.

В момент запирания транзистора в обмотке возникает противо-ЭДС, вызывающая в цепи эмиттер-коллектор бросок напряжения, приводящий к пробою транзистора. Диод, включенный, как показано на этом рисунке, устраняет броски напряжения и исключает опасность пробоя транзистора.

Диоды различаются в зависимости от величины допустимого тока и других параметров.


что это, как работает, схема выпрямителя

Выпрямительный диод (VD) — это радиоэлемент, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Существует немало устройств для выполнения подобной задачи, но диоды являются наиболее востребованными. Их применяют в умножителях напряжения, блоках питания и выпрямителях переменного тока.

Общая характеристика и принцип работы

Выпрямительные диоды способны замыкать и размыкать цепи, а также коммутировать электрические сигналы. Их принцип работы основан на определенных особенностях p-n перехода. Суть заключается в том, что у каждого диода есть два вывода или электрода. Один из них — анод, а второй — катод.  Анод соединен с p-слоем, а катод примыкает к n-слою.

Между p- и n-слоем имеется небольшая область без подвижных носителей заряда, обладающая высоким электрическим сопротивлением. Она называется запирающим слоем и определяет потенциальный барьер.

Когда на p-n переход поступает внешнее напряжение, создающее электрополе, направленное противоположно полю запирающего слоя, то данный слой начинается уменьшаться по толщине. Окончательно он исчезает при напряжении 0.4–0.6 Вольт. При этом существенно возрастает ток, который называется прямым.

Подача внешнего питания другой полярности приводит к увеличению запирающего слоя и возрастанию сопротивления p-n перехода. В этом случае ток создается неосновными носителями заряда. Он будет иметь незначительную величину даже при сравнительно большом напряжении.

Следовательно, прямой ток создается основными носителями заряда, а обратный — неосновными. Диоды-выпрямители пропускают прямой (положительный) электроток по направлению от анода к катоду.

Как работает выпрямительный диод проще всего объяснить, используя схему простого однополупериодного выпрямителя.

Диодный однополупериодный выпрямитель на протяжении положительного полупериода пребывает в открытом положении, поэтому ток проходит через него и поступает на нагрузку. Во время отрицательного полупериода диод запирается, и напряжение не поступает на нагрузку. В результате на выход поступают импульсы, которые состоят только из положительных полупериодов и называются постоянным током.

Разновидности диодов

Основным элементом выпрямляющего диода является полупроводник. Чаще всего в качестве него применяется кристалл кремния или германия. Кремневые диоды используются чаще, чем германиевые. Это связано с тем, что последние отличаются более высокой величиной обратных токов, что существенно ограничивает допустимую величину обратного напряжения. Для германиевых полупроводников этот показатель не превышает 400 Вольт. У кремниевых диодов максимальное обратное напряжение может достигать 1500 Вольт.

Кроме того, кремниевые полупроводники отличаются более высокой рабочей температурой. Но с этим достоинством связан и существенный минус данных радиоэлементов. Если обратное напряжение приводит к их пробою, то он носит тепловой характер. Это означает, что пробитый кремниевый выпрямитель практически всегда необходимо заменять новым.

Преимуществом германиевых считается небольшое падение напряжения при прямом электротоке.

В зависимости от технологии изготовления полупроводниковые диоды делятся на точечные и плоскостные. Первые состоят из небольшой пластины n-типа и стальной иглы, создающей в месте контакта p-n переход. Основными конструктивными элементами плоскостных полупроводниковых диодов являются две соединенные вместе пластины разной электропроводности.

Максимально допустимый прямой ток определяет мощность выпрямительных диодов. Исходя из этой характеристики, их принято делить на:

  • Слаботочные. Они отличаются небольшими габаритами и малым весом. Выпускаются преимущественно в пластмассовых корпусах. Выпрямляемый ток не превышает 0.3 Ампер.
  • Диоды средней мощности. Их корпуса изготавливаются из металла, а на одном из выводов (катоде) присутствует резьба, с помощью которой радиоэлемент можно надежно зафиксировать на радиаторе, используемом для отвода тепла. Способны выпрямлять переменный ток от 0.3 до 10 Ампер.
  • Силовые полупроводниковые выпрямители. Рассчитаны на прямой ток, превышающий 10 А. Выпускаются в металлокерамических или металлостеклянных корпусах таблеточного или штыревого типа.

Существуют еще такие разновидности выпрямительных диодов, как:

  • Импульсные. Их используют в маломощных электронных схемах. Главной их особенностью является небольшое время, затрачиваемое на переход от закрытого состояния к открытому, и наоборот. Это примерно 100 мкс.
  • Обращенные. При обратном включении они оказывают небольшое сопротивление проходящему току и намного большее при прямом включении. Обращенные диоды предназначены в основном для  выпрямления небольших сигналов с амплитудой напряжения не более 1 Вольта.
  • Выпрямители Шоттки. Они отличаются небольшим сопротивлением, поэтому используются для выпрямления значительных токов, достигающих десятки ампер. Внутри выпрямителей Шоттки не накапливается тепловая энергия, поэтому отсутствует и рассасывание неосновных носителей электрозарядов.
  • Стабилитроны. Способны сохранять все свои рабочие характеристики даже в режиме электрического пробоя. За рубежом их называют диодами Зенера.
  • Диодный мост. Данная схема собирается из четырех элементов. Используется с целью улучшения качества преобразования переменного тока в постоянный. Отличается тем, что способен пропускать ток на протяжении каждого полупериода. Мосты выпускаются в виде устройства, заключенного в корпус из пластика.

Все виды выпрямительных диодов отличаются внешним видом, но их выбор упрощает соответствующее обозначение, нанесенное на корпус. Каталоги с маркировкой и УГО данных полупроводниковых элементов представлены в специальном справочнике. Следует отметить, что маркировка импортных диодов отличается от отечественных. Буквенно-цифровое обозначение отечественных диодов регламентирует ОСТ 11366.919-81. Расшифровка маркировки согласно этому документу представлена на рисунке ниже.

Следовательно, если на корпусе имеется маркировка КД202А, то это будет кремниевый выпрямительный диод средней мощности исполнения А.

Существуют требования и относительно условных графических изображений диодов на схемах.

Параметры диодного выпрямителя

Каждый тип диодов имеет свои предельно допустимые и рабочие характеристики. Основные параметры выпрямительных диодов представлены в таблице:

Как правило, к данной информации обращаются тогда, когда элемент из схемы выпрямителей недоступен и ему необходимо найти замену. В большинстве случаев аналоги выбираются по первым пяти параметрам из таблицы, но иногда еще следует учитывать такие характеристики выпрямительных диодов, как рабочая температура и частота.

Очень важный параметр диодов — это их прямой ток. Его стоит учитывать, когда происходит замена исходных диодов на аналоги, а также в случае создания самодельных устройств. В зависимости от различных модификаций показатели значения прямого тока могут достигать величин в несколько десятков и даже сотен ампер. Поэтому в мощных устройствах диодные мосты обязательно устанавливают в специальном корпусе вместе с охлаждающим радиатором, который не позволяет перегреваться кристаллу в диоде.

Некоторые подвиды диодов, например Шоттки, очень восприимчивы к перепадам обратного напряжения, поэтому могут быстро прийти в негодность. А вот кремниевые полупроводники, наоборот, являются устойчивыми к повышению показателей обратного напряжения. Они способны прослужить длительный период, а именно до тех пор, пока кристалл на проводнике не перегреется и не выйдет из строя, для чего необходимо много времени.

Вольт-амперная характеристика

Не всегда на практике расчетные величины полностью совпадают с теоретическими основными параметрами полупроводниковых элементов. Например, вольт-амперная характеристика используемого выпрямительного диода или ВАХ зависит от показателей передвижения электрического тока в проводнике в прямом и обратном направлении. Значение прямого тока на порядок больше обратного, а значение прямого напряжения на порядок меньше. Когда обратное напряжение достигает своей пороговой величины, обратный ток резко возрастает и происходит пробой p-n слоя.

Зависимости прямых и обратных токов и напряжений можно представить в виде графика. Он состоит из двух ветвей — прямой и обратной. Прямая расположена в первом квадранте и отражает максимальную проводимость диода при прямом напряжении. Обратная находится в третьем квадранте и соответствует низкой проводимости при обратном напряжении. Ток при низкой проводимости через полупроводник не проходит.

ВАХ выпрямительного полупроводникового диода зависит от температуры. С повышением данного параметра уменьшается прямое напряжение. Имеют значение и такие свойства графика, как резкая асимметрия. Смещение прямой ветви указывает на высокую проводимость, а обратной — на низкую.

В областях с высокой разницей потенциалов зависимость тока от напряжения становится практически линейной.

Где применяется на практике

С развитием научно-технического прогресса применение выпрямительных диодов стало необходимостью. Они используются в таких узлах и механизмах, как:

  • Блоки питания двигателей наземных, водных и воздушных транспортных средств, промышленных станков, буровых установок.
  • Диодные мосты для сварочных аппаратов.
  • Выпрямительные установки для гальванических ванн.
  • Установки для очистки воздуха и воды.
  • Высоковольтные линии передач.

Схемы выпрямительных устройств делятся на однофазные и многофазные, однополупериодные и двухполупериодные. Самую простую двухполупериодную схему можно построить на основе двух однополупериодных. В такой выпрямительной схеме присутствуют два диода и один резистор. Если же применить не два, а четыре диода, тогда коэффициент полезного действия существенно повысится.

Качество выпрямителя отражает коэффициент выпрямления. Его величина определяется соотношением прямого и обратного токов. Чем выше коэффициент, тем лучше выпрямитель справляется со своей работой.

Диоды на практике применяются не только в качестве выпрямительных, но и детекторных приборов. Из диодных выпрямителей очень легко можно сконструировать работающие ограничители сигнала. Для этого необходимо подключить два диода параллельно. В таком положении они будут выступать отличной и эффективной защитой для входа усилителя. Например, этот способ используют для микрофонного усилителя, так как он способствует максимальному увеличению качества и уровня сигнала.

Диоды «вживают» в логические приборы, а также рации, теленяни и другие коммутаторы, задачей которых является передача четких бесперебойных удаленных сигналов.

Востребованными на данный момент являются и светодиоды. Еще несколько десятков лет назад их применяли лишь в качестве индикаторов внутри различных приборов. На сегодняшний день светодиодами оснащены и такие простые устройства, как ручные фонарики, и более сложная техника, например, жидкокристаллические телевизоры.

Подводя итог, можно сказать, что современные выпрямительные диоды представлены в большом ассортименте. Они отличаются и своим конструктивным исполнением, и рабочими характеристиками. При выборе нужного радиоэлемента следует руководствоваться данными, приведенными в справочных пособиях.

Видео по теме

Полупроводниковый диод: история, развитие, особенности

Полупроводниковый диод – это электрический прибор с одним p-n-переходом, обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой. В аппаратуре используется для выпрямления тока, входит в состав мостов различного толка. Полупроводниковый диод обозначается на схеме темным (реже прозрачным) треугольником с вершиной и перпендикулярной чертой при катоде (n-область).

Основные термины и определения

К полупроводниковым диодам принято относить ряд классов, по праву выделяемые в отдельные семейства. Это варикапы, стабилитроны, светодиоды и прочее. Общим становится наличие единственного p-n-перехода. Ламповые выпрямители также называют диодами. В указанном контексте и применяется эпитет полупроводниковые, чтобы отметить наличие p-n-перехода.

Электрический диод

Диоды ценятся за ярко выраженные выпрямляющие свойства. Ток проходит через p-n-переход в одном направлении, что решает большой спектр технических задач. Массово применяются выпрямительные свойства полупроводников и в интегральных схемах, включая кристаллы. Хотя в процессорах по большей части на подложке формируются транзисторы, рассматриваемые как два включённых навстречу полупроводниковых диода. Избыточность оправдывается унификацией технологического цикла.

Выпрямительные свойства полупроводниковых диодов открыты на примере сульфида меди. Об этом нетрудно прочитать в исторической справке, приведённой ниже. Вдобавок полупроводниковые диоды создаются на основе любого природного минерала, неметаллов IV, V и VI групп, различных оксидов, сплавов, части органических красителей (для светодиодов используется указанный класс веществ).

История развития полупроводниковой техники

Первые «кристаллические» диоды

Вопреки общепринятому мнению выпрямляющие свойства перехода металл-полупроводник (диод Шоттки) известны давно. В широком смысле полупроводниковая техника начала развиваться семимильными шагами после Второй мировой войны. Причины случившегося:

  1. В военное время большинство стран вело исследования в области новых технологий. К примеру, появился на свет и был немедленно засекречен транзистор. Равно как и первый операционный усилитель предполагалось использовать для привода зенитных орудий системы противовоздушной обороны. Это изобретение могло бы увидеть свет раньше, первые работы в упомянутой области проводились на заре 30-х годов XX века.
  2. Приблизительно за 10 лет до начала Второй мировой войны большинство стран оказалось в курсе грядущих событий. Не удивительно, что держали в секрете избранные сведения.
  3. Если брать в рассмотрение фашистскую Германию, её правительство по соображениям давно взлелеянной неприязни отказывалось общаться с прочими европейскими державами. Поводом стали итоги Первой мировой войны.

Применение диода

Итак, полупроводниковая техника стала развиваться в условиях недавно созданной ООН, гарантировавшей мир на земле, и принятого ею устава. Выпрямительные свойства полупроводников открыты немецким учёным Карлом Фердинандом Брауном, получившим на пару с Маркони Нобелевскую премию за развитие беспроводного телеграфа (радиосвязи) в 1909 году. К великому сожалению, нет возможности найти перевод работы “Ueber die Stromleitung durch Schwefelmetalle”, опубликованной в журнале Annalen der Physik und Chemie 1874 года за номером 153.

Двумя годами ранее, в марте 1872 года Карл получает степень доктора философии за работу в области колебаний струны. Потом остаётся в Берлинском Университете. Научный руководитель работы, Георг Квинке, получает назначение в Вюрцбург, и оба следуют туда, где внимание сосредотачивают на проводимости материалов. Опубликованы отчёты о прохождении тока сквозь расплавы солей и выпрямляющих свойствах слоёв газа с разной проводимостью. Первоначально заинтересовавшись солями свинца, Карл Браун дошёл, наконец, до сульфида меди.

23 ноября 1874 года в свет выходит работа, где обсуждаются искусственно созданные и натуральные образцы материала с точки зрения электропроводности. Избранные демонстрировали разницу в сопротивлении, зависящую от направления, составлявшую 30%. Обнаружено, что в одном из направлений проводимость образца зависит от силы текущего тока, измеренной гальванометром. Так обнаружились и нелинейные свойства материала, ныне демонстрируемые полупроводниковыми диодами. Одновременно эффект зависел от способа приложения металлических электродов, что указывало на анизотропность обнаруженных качеств.

В то время происходящее считалось необъяснимым, наблюдаемый результат противоречил известным научным фактам. Сегодня известно, что переход металл-полупроводник обладает выпрямляющими свойствами наравне с p-n-переходом. Разница в том, что на первом падение напряжения меньше. Соответственно, полупроводниковые диоды Шоттки применяют в качестве выпрямителей на выходных каскадах блоков питания. В упомянутое время Вернер Сименс обнаружил одностороннюю проводимость кристаллов селена. А Браун добавил ещё ряд материалов, среди прочего – псиломелан (руда марганца), создав первый усиковый (точечный) диод.

Первый детектор для радио

Идеям Брауна нашёл практическое применение Джагдиш Чандра Бос, собравший первый детектор для радио под частоты миллиметрового диапазона из галенита (сульфид свинца) и получивший на него патент США за номером 755840, поданный на рассмотрение 30 сентября 1901 года и одобренный в марте 1904. Бенгальский учёный доложил об изобретении в 1899 году Королевскому научному обществу Англии. Уже в декабре 1901 года прибор применили для расшифровки трансатлантической телеграфной передачи Маркони.

Вскоре появляются новые детекторы:

  • Патент № 836531, поданный 20 августа 1906 года Гринлифом Пикардом, примечателен тем, что впервые здесь упоминается о кристалле кремния (с англ. – силикон).
  • Генри Данвуди 23 марта 1906 года для целей выпрямления тока использует карбид кремния (карборунда). Материал вначале синтезирован и лишь впоследствии обнаружен на осколках упавшего метеорита.

Некоторое время кристаллический детектор использовался и даже дал направление в электронике светодиодам, но с изобретением электронных ламп полупроводники ушли на задний план. И так происходило до послевоенных лет. С началом 50-х и вхождением в обиход транзисторов, а главное – германия, полупроводниковая техника развивается семимильными шагами и поныне.

Объяснение найдено

Лишь в 1928 году Арнольд Зоммерфельд и молодой Феликс Блох (Блоховские электроны) объяснили открытие Брауна с позиций квантовой механики. В первом приближении о новом направлении науки нетрудно узнать из заметки 1931 года On the quantum mechanics of electrons in crystal lattices за авторством Грониха и Пенни из Гронингенского Университета. Русскоязычным читателям удобнее ознакомиться с одномерной моделью движения электронов в периодическом поле, которая впервые наглядно иллюстрирует природу возникновения энергетических зон в кристалле.

Показано, что функция распределения энергий не непрерывна. Присутствуют разрешённые области, разделённые запрещёнными. Сегодня о теории знает каждый ученик из школьного курса физики, но роль первопроходца целиком отдаётся Шокли, что не совсем верно. В действительности полную теорию, хорошо согласующуюся с практикой, подвёл под полупроводники Ханс Альбрехт Бете в 1942 году (несколькими годами позднее знаменитого коллеги).

Полупроводниковый прибор

Бурное развитие полупроводниковой техники

В послевоенные годы выгоды выпуска полупроводниковой техники ещё не были очевидны. На начало 50-х производством занимались две американские компании:

  1. Texas Instruments (с 1951 года – выделенное предприятие, отпочковавшееся от Объединённой геофизической службы) с 1950 году выпускает полупроводниковые транзисторы, и сегодня занимает ведущую роль в производстве электронных компонентов. Небезызвестный Джэк Килби, изобретатель интегральных микросхем, работал в упомянутой компании. На момент середины 50-х Texas Instruments занимала первое место по объёму оборота средств в сфере производства полупроводниковой техники.
  2. Ныне несуществующая компания Transitron, созданная в 1952 году Лео и Дэвидом Бакаларами, к 1955 на пару с Texas Instruments выпускала более трети всех полупроводниковых приборов, за считаные годы поднялась до вершины. Материнская для Texas Instruments компания существовала с 1930 года, работала в военное время на правительство и обладала широкой известностью. На 1961 год оборот средств Transitron составил 40 млн. долларов. И это до первого нефтяного кризиса! Дэвид числился президентом до 1984 года, через пару лет компания прекратила существование.

Упадок Transitron начался в 60-е, когда они ошибочно отказались от новых направлений. Речь идёт об интегральных микросхемах. Перспективы обрёл кремний, хотя прежде в силу известности использовался германий. Более подробно о причинах ситуации можно прочитать в топике про биполярные транзисторы.

Добавим, в полупроводниковой технике требуется столь высокая степень чистоты кремния, что на момент середины XX века производство выходило чрезвычайно дорогим. В то же время германиевые приборы показывают меньшие предельные температуры (85 градусов Цельсия) и при перегреве легко выходят из строя. Легко понять, почему Transitron, отказавшаяся вложить средства в инновации, уже с середины 60-х годов начала терпеть серьёзные убытки.

Последние силы компании оказались отняты разработкой собственного микропроцессора, не имевшего коммерческого успеха. Кстати, германий, по некоторым оценкам, вновь станет весьма перспективным элементом и полупроводником. К примеру, на его основе создаются и выпрямители. Причём не только для радиочастот, но и промышленных сетей 50 Гц 220 В, что делает их перспективными в качестве замены громоздким реле.

Полупроводниковые диоды Шокли

В 1956 году Вильям Шокли основывает в Пало Альто (штат Калифорния) собственную компанию по адресу Сауф Антонио Роуд, 391. Это первое предприятие, занимающееся полупроводниками, на месте, где теперь расположена известная Силиконовая долина. Основной продукцией стал 4-х-слойный диод, называемый в среде профессионалов транзисторным диодом или диодом Шокли.

По задумке автора приборы должны были прийти на замену обычным реле в отрасли связи. Но из-за сложности реализации идея пришлась не по зубам технологии того времени. Читатели уже догадались, что речь идёт о тиристорах с регенеративной характеристикой. Таким образом, диодом можно назвать и указанное полупроводниковое изделие. А точнее – диодом Шокли.

Состоит он из 4-х чередующихся по типу проводимости слоёв полупроводника. Крайний n-типа называется катодом, а противоположный анодом, как у обычного диода. Работа диода Шокли основана на лавинном пробое, после понижения напряжения переходы вновь запираются, и система возвращается в исходное состояние.

Новое время

Если в начале 70-х по производству полупроводниковых материалов однозначно лидировали США, на заре 80-х Япония стала наращивать темпы. Юго-Восточная Азия и Европа стали последними, кто присоединился к этой гонке. Сегодня четыре упомянутых региона примерно поровну поделили объёмы производства, и, конечно, одеяло тянет на себя Китай: за первое десятилетие XXI века удвоил объёмы выпуска. По некоторым прогнозам Пекин к 2020 году возьмёт половину от мирового производства.

Что такое диод? — Определение, работа, типы, применение

Полупроводники имеют удельное сопротивление между проводниками и изоляторами. существует также влияние температуры на проводимость полупроводника, когда к нему добавляется подходящая металлическая примесь. Проводящие свойства полупроводника изменяются. Полупроводники бывают двух типов: собственные полупроводники и внешние полупроводники.

Самая внешняя валентная оболочка атома содержит слабо связанный электрон.когда валентные электроны таких двух типов атомов расположены близко друг к другу, тогда валентные электроны обоих этих атомов объединяются, образуя « электронных пар ». Этот тип связи является ковалентной связью, потому что они слабы по своей природе.

Некоторые электроны имеют тенденцию смещаться со своего места и разрывать ковалентные связи из-за тепловой энергии, подводимой к кристаллу. Эти разорванные ковалентные связи создают свободное пространство из-за свободного электрона, который беспорядочно блуждает. это свободное пространство, созданное удалением электронов, называется дыркой .

Что такое диод?

Диод состоит из двух слов, т. е. «Di» означает два, а «Ode» означает электроды, что означает, что устройство или компонент имеет два электрода. (то есть катод и анод). Диод представляет собой электронное устройство с двухполюсным однонаправленным источником питания. Полупроводниковый диод — это первый диод, который появляется в полупроводниковых электронных устройствах, после чего появилось много новых инноваций. но чаще всего используется полупроводниковый диод.

Диод имеет две клеммы с низким сопротивлением протеканию тока в одном направлении, низкое сопротивление с одной стороны и высокое сопротивление с другой, что ограничивает протекание тока в одном направлении.Полупроводниковые диоды представляют собой двухвыводные устройства, состоящие из p-n перехода и металлических контактов на двух концах.

Материалы, которые используются для изготовления диода: германий, кремний, арсенид германия и т. д.

P-n переход известен как полупроводниковый диод. поскольку он проводит только в одном направлении, поэтому его используют с целью ректификации. Так как он сделан из кристаллоподобного кремния или германия. Он также известен как кристаллический диод. символ диода:

Конструкция диода

Мы знаем, что существует два типа полупроводниковых материалов: внутренние и внешние полупроводники.В собственных полупроводниках число электронов и концентрация дырок равны при комнатной температуре. Во внешнем полупроводнике к полупроводнику добавляют примеси, чтобы увеличить количество электронов или количество дырок. Эти примеси бывают пятивалентными (мышьяк, сурьма, фосфор) или трехвалентными (бор, индий, алюминий).

Полупроводниковый диод имеет два слоя. один слой — полупроводник p-типа, а другой — полупроводник n-типа.

  • Если мы добавим трехвалентные примеси в полупроводник (кремний и германий), то появится большее количество дырок и это положительный заряд.поэтому этот тип слоя известен как слой p-типа.
  • Если добавить пятивалентные примеси в полупроводники (кремний или германий), то из-за избытка электронов возникает отрицательный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой n-типа.

Работа диода

В области N-типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда являются дырки. Принимая во внимание, что в области P-типа большинство носителей заряда являются дырками, а носителями отрицательного заряда являются электроны.Из-за разницы концентраций диффузия происходит в основных носителях заряда, и они рекомбинируют с противоположным зарядом. Он образует положительный или отрицательный ион. они собираются возле перекрестка. и эта область известна как область истощения .

  • Когда анод или диод p-типа подключен к отрицательной клемме, а n-тип или катод подключен к положительной клемме батареи, этот тип диода подключается в с обратным смещением.
  • когда анод или клемма p-типа подключены к положительной клемме, а n-типа или катод подключены к отрицательной клемме батареи, диод этого типа подключается к прямому смещению.

Прямое смещение

Прямое смещение

При смещении полупроводник подключен к внешнему источнику. когда полупроводник p-типа подключен к положительной клемме источника или батареи, а отрицательная клемма к n-типу, то этот тип соединения называется прямым смещением. При прямом смещении направление встроенного электрического поля вблизи перехода и приложенного электрического поля противоположны по направлению. это означает, что результирующее электрическое поле имеет меньшую величину, чем встроенное электрическое поле.из-за этого меньше удельное сопротивление и, следовательно, область истощения тоньше. В кремнии при напряжении 0,6 В сопротивление области обеднения становится совершенно пренебрежимо малым.

Обратное смещение

Обратное смещение

При обратном смещении n-тип подключается к положительной клемме, а р-тип подключается к отрицательной клемме батареи. В этом случае приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление, и результирующая электрического поля имеет более высокую величину, чем встроенное электрическое поле, создавая более активное сопротивление, поэтому обедненная область толще.если приложенное напряжение становится больше, то область обеднения становится более резистивной и толстой.

Несмещенный диод

Когда к полупроводникам не подключен внешний источник, называется несмещенным диодом. электрическое поле создается поперек обедненного слоя между материалом p-типа и n-типа. это происходит из-за несбалансированного нет. электронов и дырок из-за легирования. При комнатной температуре для кремниевого диода барьерный потенциал составляет 0,7 В.

Типы полупроводниковых диодов

Существуют различные типы полупроводниковых диодов:

  1. Светодиод – термин светодиод означает светоизлучающий диод, это наиболее полезный тип диода, когда диод подключен к прямому смещению , тогда ток, который течет через соединение, производит свет.
  2. Стабилитрон — Зенеровский диод — это тип диода, он позволяет протекать току в прямом направлении, он также может работать в обратном направлении, но в состоянии пробоя. Зенеровский диод применяется для регулирования напряжения. использует p-n переход в режиме обратного смещения, чтобы получить эффект Зенера.
  3. Туннельный диод – Туннельный диод используется для СВЧ.
  4. Диод с переменной емкостью — этот тип диода также называется диодом VARICAP, хотя выход переменной емкости может иметь обычный диод с p-n-переходом, но этот диод одобрен для обеспечения предпочтительного изменения емкости, поскольку они относятся к другому типу диода. .
  5. Фотодиод – Этот тип диода, который производит ток при определенном количестве световой энергии, падает на него. два типа фотодиода, т.е. фотодиод PN и фотодиод PIN.
  6. Переключающий диод и т.д.

Применение полупроводникового диода

Применение полупроводникового диода:С).

  • Светодиод – Светодиод используется для излучения инфракрасного спектра.
  • Стабилитрон – Стабилитрон используется для стабилизации тока и напряжения в электронных системах.
  • Фотодиод – работает как фотодетектор.
  • Переключающий диод- , который используется для быстрого переключения.
  • A Туннельный диод – Туннельный диод – это особый тип диода, который используется в области отрицательного сопротивления.
  • Пример вопроса

    Вопрос 1: Дайте определение термину «допинг».

    Ответ: 

    Легирование — это процесс добавления примесей в полупроводник, так что образуется больше электронно-дырочных пар. Добавляемые примеси, как правило, представляют собой пятивалентные и трехвалентные примеси. поэтому они являются полупроводниками p-типа и n-типа.

    Вопрос 2: Что происходит, когда –

    • Положительное напряжение диода приложено к аноду.
    • Отрицательное напряжение диода подается на анод.

    Ответ:

    • Этот тип диода имеет прямое смещение.
    • Этот тип диода имеет обратное смещение.

    Вопрос 3: Как влияет температура на полупроводники:

    Ответ:

    • Для собственных полупроводников проводимость увеличивается с повышением температуры, потому что образуется больше электронно-дырочных пар.
    • Для внешних полупроводников – при повышении температуры количество электронно-дырочных пар увеличивается, что приводит к меньшему эффекту легирования и большему количеству этих пар нейтрализуется.

    Вопрос 4: Дайте определение термину напряжение пробоя p-n перехода.

    Ответ:

    В условиях обратного смещения, когда приложенное напряжение постепенно увеличивается в определенной точке, наблюдается увеличение обратного тока, это пробой перехода, соответствующее приложенное напряжение известно как напряжение пробоя диода p-n перехода. .

    Вопрос 5: Каково соотношение электронов и дырок в собственном полупроводнике?

    Ответ:

    Количество электронов = N E

    Количество отверстий = N H

    в внутреннем полупроводнике, ne = n h

    ne / n h = 1


    Какова функция диода?

    Каталог

    Ⅰ.Принцип работы

    1.1 Терминология

    Диод представляет собой двухполюсное электронное устройство с однонаправленной проводимостью. Он делится на электронный диод и кристаллический диод. Из-за тепловых потерь нити накала эффективность электронного диода ниже, чем у кристаллического диода. Поэтому последний обычно используется в электронике.

    Основной принцип работы диода заключается в использовании однонаправленной проводимости PN-перехода.А добавление выводов и пакетов к PN-переходу становится диодом.

    Кристаллический диод представляет собой PN-переход, образованный полупроводником P-типа и полупроводником N-типа. Слой объемного заряда формируется по обеим сторонам интерфейса, и создается собственное электрическое поле. Когда нет приложенного напряжения, диффузионный ток, вызванный разницей в концентрации носителей между двумя сторонами PN-перехода, и дрейфовый ток, вызванный собственным электрическим полем, равны, то есть они находятся в состоянии электрического равновесия. .

    Когда есть прямое смещение напряжения извне, взаимное подавление внешнего электрического поля и собственного электрического поля вызывает увеличение диффузионного тока носителей, вызывая прямой ток. Когда снаружи имеется смещение обратного напряжения, внешнее электрическое поле и собственное электрическое поле дополнительно усиливаются, образуя обратный ток насыщения, который не зависит от значения напряжения обратного смещения в определенном диапазоне обратного напряжения.

    Когда приложенное обратное напряжение достигает определенного уровня, напряженность электрического поля в слое пространственного заряда PN-перехода достигает критического значения, что приводит к процессу умножения носителей для генерации большого количества электронно-дырочных пар и, наконец, генерации большой обратный ток пробоя, который называется явлением пробоя диода.Другими словами, обратный пробой PN-перехода делится на пробой Зинера и лавинный пробой.

     

    Рисунок 1. Полупроводник P-типа и полупроводник N-типа особый процесс. Кроме того, полупроводники P-типа и полупроводники N-типа обычно называют P-областями и N-областями.Формирование PN-перехода связано с наличием большого количества положительных дырок в области P и большого количества свободных электронов в области N. Следовательно, разница концентраций носителей вызывает диффузионное движение. Положительные дырки из P-области диффундируют в N-область, а свободные электроны из N-области диффундируют в P-область. Кроме того, положительные дырки и свободные электроны движутся в противоположных направлениях.

    Отвод соответственно подключен с двух сторон PN-перехода.Проводка в P-области называется положительным полюсом (анодом) и соединяется с положительным полюсом источника питания; вывод на N-области называется отрицательным полюсом (катодом) и соединяется с отрицательным полюсом источника питания.

    1.2.1 Принцип

    Полупроводники P-типа

    легированы собственными полупроводниками (полностью чистым, структурно неповрежденным кристаллом полупроводника) с небольшим количеством примесей трехвалентных элементов, таких как бор. Из-за атома трибора, когда он образует ковалентную связь с окружающим атомом кремния, из-за отсутствия электрона в кристалле создается вакансия.Когда электроны на соседних ковалентных связях получают энергию, ее можно заполнить, чтобы сделать атом бора неподвижным отрицательным анионом, в то время как ковалентная связь исходного атома кремния образует дырки из-за отсутствия электрона, но весь полупроводник еще нейтрально. В этом полупроводнике P-типа дырки в основном являются проводниками, дырки являются основными носителями и свободными электронами.

    Принцип формирования полупроводников N-типа подобен принципу P-типа. Когда пятивалентные атомы, такие как фосфор, легируются в собственных полупроводниках, они образуют ковалентные связи с атомами кремния, создавая свободные электроны.В полупроводниках N-типа основными носителями являются электроны, а неосновными — дырки.

     

    Рисунок 2. PN-соединение

    Следовательно, трехвалентные и пятивалентные примесные элементы, легированные в две разные области собственного полупроводника, образуют область P-типа и область N-типа. По характеристикам полупроводника N-типа и полупроводника P-типа видно, что разница в концентрации электронов и дырок возникает на границе раздела между ними.Существует разница в концентрации электронов и дырок. Кроме того, и электроны, и дырки диффундируют из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, что нарушает электрическую нейтральность в исходном соединении.

    1.2.2 Характеристика: однонаправленная проводимость

    На PN-переход подается прямое напряжение. Под действием этого приложенного электрического поля равновесное состояние PN-перехода нарушается. Дырки в области P и электроны в области N перемещают PN-переход, а отрицательные ионы нейтрализуют электроны и положительные ионы в области N PN-перехода, что сужает пространство PN-перехода.С увеличением приложенного электрического поля диффузионное движение еще более усиливается, а дрейфовое движение ослабевает. Когда приложенное напряжение превышает пороговое напряжение, PN-переход эквивалентен малому сопротивлению, то есть PN-переход включается.

    1.2.3 Дополнение

    Когда прямое напряжение подается на PN-переход, направление внутреннего тока такое же, как и в источнике питания, и ток может легко образовывать токовую петлю через PN-переход.В это время PN-переход находится в состоянии с низким импедансом (импеданс в состоянии прямого смещения мал), а схема находится в проводящем состоянии.

    Когда обратное напряжение подается на PN-переход, направление тока внутри него противоположно источнику питания, и току не так просто образовать петлю через PN-переход. В это время PN устанавливается в состояние высокого импеданса, а схема находится в выключенном состоянии.

     

    Ⅱ. Применение диодов

    Диод является одним из первых полупроводниковых устройств, благодаря своей однонаправленной проводимости полупроводниковые диоды используются практически во всех электронных схемах.Он играет важную роль во многих электронных схемах. Диод — это фундаментальный компонент, который вы должны понимать, если хотите развить свое мастерство в области электроники.

    Функция диода в цепи Использование

    2.1 Основные функции

    Диоды используются практически во всех электронных схемах. Использование полупроводниковых диодов в схеме может защитить схему и продлить срок службы схемы. Разработка полупроводниковых диодов улучшила интегральные схемы и сыграла активную роль в различных областях.Далее кратко описывается роль диода в следующих четырех схемах.

    (1)В цепи переключения (управление током)

    В цифровых и интегральных схемах однонаправленная проводимость диода используется для включения или выключения цепи, и эта технология получила широкое распространение. Например, переключающие диоды могут хорошо защитить цепь, предотвратить перегорание цепи из-за коротких замыканий и т. д., а также сохранить функцию традиционных переключателей. Еще одной особенностью переключающего диода является высокая скорость переключения.Это не сравнимо с традиционными переключателями.

    (2)В цепи ограничителя (управление сигналом)

    В электронных схемах схемы-ограничители обычно используются для обработки различных сигналов. Он используется для выборочной передачи части сигнала в пределах заданного диапазона уровней. Большинство диодов можно использовать в качестве ограничителей, но иногда необходимы специальные ограничительные диоды, например, защитные устройства.

    (3) В цепи регулятора (защита от перенапряжения)

    Стабилитроны

    обычно используются в цепях стабилизации напряжения.Это кремниевый полупроводниковый диод с поверхностным переходом, изготовленный по специальной технологии. Этот специальный диод имеет высокую концентрацию примесей, высокую плотность заряда в зарядовом пространстве и легко формирует электрическое поле. Когда обратное напряжение на стабилитроне увеличивается до определенного значения, обратный ток резко возрастает, вызывая обратный пробой.

    (4)В варакторной схеме (демодуляция сигналов)

    Варакторные диоды

    обычно используются в варакторных схемах для реализации автоматического управления частотой, настройки, частотной модуляции и сканирования колебаний цепей.Они широко используются в микроволновых схемах, таких как параметрические усилители, электронные тюнеры и удвоители частоты.

     

    2.2 Типичные области применения диодов

    Рисунок 3. Светодиод

    С развитием технологий светодиоды стали широко применяться в индикаторах различных электронных изделий, источниках света для оптоволоконной связи, индикаторах различных приборов и осветительных приборов. Многие характеристики светодиодов не имеют себе равных у обычных светоизлучающих устройств, таких как безопасность, высокая эффективность, защита окружающей среды, длительный срок службы, быстрое реагирование, небольшой размер, прочная конструкция и так далее.Таким образом, светодиод является красивым источником света, отвечающим требованиям зеленого освещения.

    Вот некоторые из их основных применений:

    Светодиоды обычно используются в качестве подсветки экрана или дисплея и источника света в электронных устройствах. Например, от больших ЖК-телевизоров, компьютерных дисплеев до медиаплееров MP3, MP4 и мобильных дисплеев в качестве подсветки экрана используются светодиоды.

    Светодиоды

    широко используются в автомобилях и крупной технике.Указатели поворота, внутреннее освещение, освещение машин и приборов, фары, указатели поворота, стоп-сигналы и задние фонари в автомобилях и крупном механическом оборудовании — все это светодиоды. Кроме того, срок службы светодиодов обычно больше, чем у автомобилей и крупной техники).

    Поскольку светоизлучающие диоды обладают более высокой эффективностью, меньшим потреблением энергии, более длительным сроком службы и высокой яркостью, чем обычные осветительные устройства, они используются в таком оборудовании, как шахтерские лампы и подземное освещение.Они заменят обычные осветительные приборы в приложениях для майнинга.

    В современном обществе неоновые огни являются важным символом городских городов, но неоновые огни имеют короткий срок службы. К счастью, использование светоизлучающих диодов для замены неоновых ламп имеет много преимуществ, поскольку светодиоды имеют такие преимущества, как долгий срок службы, энергосбережение, простота вождения и управления, а также отсутствие необходимости в длительном обслуживании. Поэтому замена неона светодиодами будет неизбежным результатом развития светотехники.

    Стабилитрон , его ток меняется в широких пределах, но напряжение практически не меняется. Они классифицируются по напряжению пробоя. Если вы хотите получить более высокое напряжение, вы можете использовать его последовательно, что может обеспечить более высокое постоянное выходное напряжение. Например, 1N4620 стабилизировал 3,3 В, 1N4625 стабилизировал 5,1 В и т. д., а мощность варьируется от 200 мВт до 100 Вт.

     

    Рисунок 4. Цепь стабилитрона

    Выпрямительный диод может использовать одностороннюю электрическую проводимость для преобразования переменного тока в постоянный.Такое однонаправленное поведение называется исправлением. То есть диод выпрямителя может формировать схему выпрямителя на основе своих характеристик. Как правило, он широко используется в схемах с низкой частотой обработки, таких как схемы выпрямителей, встроенные схемы и схемы защиты. Кроме того, основным соображением при использовании выпрямительных диодов является то, что максимальный выпрямленный ток и максимальное обратное рабочее напряжение должны быть больше, чем значения при фактической работе.

     

    Рисунок 5.Схема двухполупериодного выпрямителя

    Для обратного времени восстановления частоты среза выпрямительного диода в обычном регулируемом источнике питания рабочие требования не очень строгие. Как правило, ключевыми моментами являются максимальный ток выпрямителя и максимальное обратное рабочее напряжение. К таким выпрямительным диодам относятся серии 1NXX и 2CZ. Для высокочастотных импульсных источников питания используются выпрямительные диоды с более высокой рабочей частотой и меньшим временем обратного восстановления, к таким диодам относятся серии РУ, серии В, серии 1СР.

    Детекторные диоды

    обладают высокой эффективностью обнаружения и хорошими частотными характеристиками и обычно используются в слабых сигнальных цепях, таких как полупроводниковые радиоприемники и телевизоры. Что касается обнаружения, то он должен брать сигнал модуляции из входного сигнала, а размер выпрямленного тока обычно составляет 100 мА в качестве точки разделения, а выходной ток обычно меньше 100 мА.

     

    Рисунок 6. Цепь детекторного диода

    Диод Шоттки — маломощный сверхбыстродействующий диод.Его основными характеристиками являются короткое время обратного восстановления и малые потери при переключении. При работе его прямое падение напряжения составляет всего около 0,4 В. Такое маломощное сверхбыстродействующее полупроводниковое устройство широко используется в импульсных источниках питания, инверторах, драйверах и т. д. Они обычно используются в качестве высокочастотных, низковольтных, сильноточных выпрямительных диодов, обратных диодов. , защитные диоды или в СВЧ-связи и других цепях в качестве выпрямительных диодов, диодов обнаружения малых сигналов.

    Переключающий диод — это тип полупроводникового диода.Когда есть прямой ток, ток течет, и устройство включается. Когда течет отрицательный ток, диод не проводит. Он играет роль переключения и изоляции в цепи.

     

    Рис. 7. Цепь переключающего диода

    VD1 является переключающим диодом в схеме, и его функция эквивалентна выключателю, который используется для включения и выключения конденсатора С2.

    Диод быстрого восстановления

    (обозначаемый как FRD) представляет собой полупроводниковый диод с хорошими характеристиками переключения и коротким временем обратного восстановления.Он в основном используется в импульсных источниках питания, широтно-импульсных модуляторах ШИМ, инверторах и других электронных схемах, в качестве высокочастотного выпрямительного диода, обратного диода или демпфирующего диода. В настоящее время быстровосстанавливающиеся диоды в основном используются в качестве выпрямителей в инверторных источниках питания, ограничивающих и зажимающих высокочастотные сигналы.

    Ограничитель переходного напряжения TVS представляет собой твердотельный диод, специально разработанный для защиты от электростатических разрядов.

     

    Рисунок 8. Символ диода

     

    3.1 Вопрос

    Почему мы используем диод в цепи?

    3.2 Ответ

    Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (так называемое прямое направление диода) и блокировать его в противоположном (обратном). Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана. Это однонаправленное поведение называется выпрямлением и используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Формы выпрямителей-диодов можно использовать для таких задач, как выделение модуляции из радиосигналов в радиоприемниках.

     

    Ⅳ. Рекомендация дистрибьютора диодов

    Теперь, когда ваш ток течет в правильном направлении, пришло время применить ваши новые знания с пользой. Ищете ли вы отправную точку или просто запасаетесь, ниже приведены некоторые хорошие дистрибьюторы диодов, которые мы рекомендуем вам:

     

    Часто задаваемые вопросы о функции диода

    1. Для чего используется диод?
    Основные функции. Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (так называемое прямое направление диода) и блокировать его в противоположном (обратном) направлении.Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана.

     

    2. Какова основная функция PN-диода?
    Диод с p-n переходом представляет собой базовое полупроводниковое устройство, управляющее потоком электрического тока в цепи. Он имеет положительную (p) сторону и отрицательную (n) сторону, созданную добавлением примесей к каждой стороне кремниевого полупроводника.

     

    3. Какова функция выпрямительного диода? Выпрямительные диоды
    используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс называется выпрямлением.Они также используются в других местах в цепях, где через диод должен проходить большой ток.

     

    4. Диоды переменного или постоянного тока?
    Один диод или четыре диода преобразуют бытовую электроэнергию 110 В в постоянный ток, образуя промежуточный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель. Диод пропускает только половину волны переменного тока.

     

    5. Какова функция стабилитрона? Стабилитроны
    используются для регулирования напряжения, в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничения.Напряжение нагрузки равно напряжению пробоя VZ диода. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и сбрасывает избыточное напряжение, когда диод открыт.

     

    6. В чем разница между диодом и выпрямителем?
    Диод — это электронный компонент, позволяющий току течь только в одном направлении. Это двухконтактный полупроводниковый прибор. Выпрямитель представляет собой устройство, которое используется для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Диод используется в качестве переключателя, а выпрямитель используется для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

    Альтернативные модели

    Деталь Сравнить Производители Категория Описание
    Произв.Номер детали:EP1C12F256C8N Сравните: Текущая часть Производители: Altera Категория:ПЛИС Описание: FPGA Cyclone Family 12060 Cells 275.03 МГц, 130 нм, технология 1,5 В, 256 контактов, FBGA
    № производителя: EP1C12F256I7N Сравните: EP1C12F256C8N VS EP1C12F256I7N Производители: Altera Категория:ПЛИС Описание: FPGA Cyclone Family 12060 Cells 320.1 МГц, 130 нм, технология 1,5 В, 256 контактов, FBGA
    № производителя: EP1C12F256C8 Сравните: EP1C12F256C8N VS EP1C12F256C8 Производители: Altera Категория:ПЛИС Описание: FPGA Cyclone Family 12060 Cells 275.03 МГц, 130 нм, технология 1,5 В, 256 контактов, FBGA
    № производителя: EP1C12F256C7 Сравните: EP1C12F256C8N VS EP1C12F256C7 Производители: Altera Категория:ПЛИС Описание: Программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) Cyclone® Family 12060 Cells 320.1 МГц, 130 нм, технология 1,5 В, 256 контактов, FBGA

    Факты о диодах для детей

    Анод и катод.Катод маркируется на корпусе.

    Диод представляет собой электронный компонент с двумя электродами (разъемами), который позволяет электричеству проходить через него в одном направлении, а не в другом.

    Диоды можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный (диодный мост). Они используются в источниках питания, а иногда и для декодирования радиосигналов с амплитудной модуляцией (например, в кристаллическом радио). Светоизлучающие диоды (СИД) — это тип диодов, излучающих свет.

    Сегодня наиболее распространены диоды из полупроводниковых материалов, таких как кремний или иногда германий.

    История

    Первые типы диодов назывались вентилями Флеминга. Это были вакуумные трубки. Они находились внутри стеклянной трубки (очень похожей на лампочку). Внутри стеклянной колбы была маленькая металлическая проволока и большая металлическая пластина. Небольшая металлическая проволока нагревалась и излучала электричество, которое улавливалось пластиной. Большая металлическая пластина не нагревалась, поэтому электричество могло проходить по трубе в одном направлении, но не в другом. Клапаны Флеминга больше не используются, потому что они были заменены полупроводниковыми диодами, которые меньше, чем клапаны Флеминга.Томас Эдисон также обнаружил это свойство, когда работал над своими лампочками.

    Строительство

    Структура лампового диода Полупроводниковые диоды

    изготовлены из двух типов полупроводников, соединенных друг с другом. Один тип имеет атомы с дополнительными электронами (так называемая n-сторона). Другой тип имеет атомы, которым нужны электроны (так называемая p-сторона). Из-за этого электричество будет легко течь со стороны, где слишком много электронов, на сторону, где их слишком мало. Однако электричество не будет легко течь в обратном направлении.Эти различные типы изготавливаются путем легирования (полупроводник). Кремний с растворенным в нем мышьяком образует хороший полупроводник на n-стороне, тогда как кремний с растворенным в нем алюминием образует хороший полупроводник на p-стороне. Другие химические вещества также могут работать.

    Разъем на стороне n называется катодом, разъем на стороне p называется анодом.

    Функция диода

    Положительное напряжение на стороне p

    Если подать положительное напряжение на p-сторону и отрицательное на n-сторону, электроны на n-стороне захотят перейти к положительному напряжению на p-стороне, а дырки на p-стороне захотят перейти к отрицательному напряжению на n-стороне.Из-за этого ток может существовать, но для его запуска требуется определенное напряжение (очень малое напряжение недостаточно для протекания электрического тока). Это называется напряжением включения. Напряжение включения кремниевого диода составляет около 0,7 В. Для германиевого диода требуется напряжение включения около 0,3 В.

    Отрицательное напряжение на стороне p

    Если вместо этого подать отрицательное напряжение на p-сторону и положительное напряжение на n-сторону, электроны n-стороны захотят перейти к источнику положительного напряжения, а не к другой стороне диода.То же самое происходит и на стороне p. Таким образом, ток не будет течь между двумя сторонами диода. Увеличение напряжения в конечном итоге приведет к протеканию электрического тока (это напряжение пробоя). Многие диоды будут разрушены обратным потоком, но некоторые из них могут выдержать его.

    Влияние температуры

    При повышении температуры напряжение включения падает. Это облегчает прохождение электричества через диод.

    Типы диодов

    Существует множество типов диодов.Некоторые из них имеют очень специфическое использование, а некоторые имеют множество применений.

    Символы

    Вот некоторые распространенные обозначения полупроводниковых диодов, используемые на принципиальных схемах:

    Стандартный выпрямительный диод

    Это изменяет A/C (переменный ток, как в настенной розетке в доме) на D/C (постоянный ток, используемый в электронике). К стандартному выпрямительному диоду предъявляются особые требования. Он должен работать с большим током, не подвергаться сильному влиянию температуры, иметь низкое напряжение включения и поддерживать быстрое изменение направления тока.В современной аналоговой и цифровой электронике используются такие выпрямители.

    Светодиод

    Светодиод излучает свет, когда через него проходит электричество. Это более долговечный и более эффективный способ создания света, чем лампы накаливания. В зависимости от того, как он был изготовлен, светодиод может иметь разный цвет. Впервые светодиоды были использованы в 1970-х годах. Светодиод может в конечном итоге заменить лампочку, поскольку развивающиеся технологии делают ее ярче и дешевле (она уже более эффективна и служит дольше).В 1970-х годах светодиоды использовались для отображения чисел в таких приборах, как калькуляторы, а также как способ показать, что питание включено для более крупных приборов.

    Фотодиод

    Фотодиод — это фотодетектор (противоположность светодиоду). Он реагирует на поступающий свет. Фотодиоды имеют оконное или оптоволоконное соединение, через которое свет попадает на чувствительную часть диода. Диоды обычно имеют сильное сопротивление; свет уменьшает сопротивление.

    Стабилитрон

    Стабилитрон похож на обычный диод, но вместо того, чтобы разрушаться большим обратным напряжением, он пропускает электричество.Напряжение, необходимое для этого, называется напряжением пробоя или напряжением Зенера. Поскольку он рассчитан на известное напряжение пробоя, его можно использовать для подачи известного напряжения.

    Варакторный диод

    Варикап или варакторный диод используется во многих приборах. Он использует область между p- и n-сторонами диода, где электроны и дырки уравновешивают друг друга. Это называется зоной истощения. При изменении величины обратного напряжения изменяется размер зоны обеднения. В этой области есть некоторая емкость, и она меняется в зависимости от размера зоны обеднения.Это называется переменной емкостью, или сокращенно варикапом. Он используется в PLL (петлях фазовой автоподстройки частоты), которые используются для управления высокоскоростной частотой, на которой работает микросхема.

    Диод ступенчатого восстановления

    Символ представляет собой символ диода с некой защелкой. Используется в цепях с высокими частотами до ГГц. Очень быстро выключается при прекращении подачи прямого напряжения. Для этого он использует ток, который течет после смены полярности.

    PIN-диод

    Конструкция этого диода имеет внутренний (нормальный) слой между n- и p-сторонами.На более медленных частотах он действует как стандартный диод. Но на высоких скоростях он не успевает за быстрыми изменениями и начинает работать как резистор. Внутренний слой также позволяет ему работать с высокой входной мощностью и может использоваться в качестве фотодиода.

    Диод Шоттки

    Символом этого является символ диода с буквой «S» на вершине. Вместо того, чтобы обе стороны были полупроводниками (как кремний), одна сторона металлическая, как алюминий или никель. Это снижает напряжение включения примерно до 0,3 вольта.Это примерно половина порогового напряжения обычного диода. Функция этого диода заключается в том, что неосновные носители не инжектируются — на n-стороне есть только дырки, а не электроны, а на p-стороне только электроны, а не дырки. Поскольку он чище, он может реагировать быстрее, без диффузионной емкости, которая может его замедлить. Он также создает меньше тепла и более эффективен. Но у него есть некоторая утечка тока при обратном напряжении.

    Когда диод переключается с движущегося тока на неподвижный, это называется переключением.В типичном диоде это занимает десятки наносекунд; это создает некоторый радиошум, который временно ухудшает качество радиосигнала. Диод Шоттки переключается за небольшую часть этого времени, менее наносекунды.

    Туннельный диод

    В условном обозначении туннельного диода есть своего рода дополнительная квадратная скобка в конце обычного условного обозначения.

    Туннельный диод состоит из сильнолегированного pn-перехода. Из-за этого сильного легирования существует только очень узкая щель, через которую могут пройти электроны.Этот туннельный эффект проявляется в обоих направлениях. После прохождения определенного количества электронов ток через промежуток уменьшается, пока не начинается нормальный ток через диод при пороговом напряжении. Это вызывает область отрицательного сопротивления. Эти диоды используются для работы с очень высокими частотами (100 ГГц). Также они устойчивы к радиации, поэтому их используют в космических кораблях. Они также используются в микроволновых печах и холодильниках.

    Обратный диод

    Символ имеет на конце диода знак, похожий на большую букву I.Он выполнен аналогично туннельному диоду, но n- и p-слои не так сильно легированы. Это позволяет току течь в обратном направлении с небольшими отрицательными напряжениями. Его можно использовать для выпрямления низких напряжений (менее 0,7 вольт).

    Кремниевый выпрямитель (SCR)

    Вместо двух слоев, как у обычного диода, он имеет четыре слоя, по сути, это два соединенных вместе диода с затвором посередине. Когда между затвором и катодом появится напряжение, нижний транзистор включится. Это позволяет протекать току, который активирует верхний транзистор, и тогда ток не нужно будет включать напряжением затвора.

    Картинки для детей

    • Крупный план кремниевого диода. Анод находится с правой стороны; катод находится с левой стороны (там, где он отмечен черной полосой). Между двумя выводами виден квадратный кристалл кремния.

    • Вакуумная лампа с двумя силовыми диодами

    • Крупный план германиевого точечного диода EFD108 в стеклянном корпусе DO7, на котором виден острый металлический провод ( кошачий ус ), образующий полупроводниковый переход.

    • ВАХ (ток-напряжение) характеристики диода с p-n переходом

    • Диод с PN-переходом в режиме прямого смещения, ширина обеднения уменьшается. И p-, и n-переходы легированы на уровне 1e15/см3, что приводит к встроенному потенциалу ~0,59 В. Обратите внимание на различные квазиуровни Ферми для зоны проводимости и валентной зоны в областях n и p (красные кривые).

    • Схема базового блока питания переменного тока в постоянный

    • Этот простой диодный ограничитель фиксирует отрицательные пики входящего сигнала до напряжения общей шины

    Диоды

     

    Что такое диод?

    А Диод — простейший двухвыводной односторонний полупроводниковый прибор.Он позволяет току течь только в одном направлении и блокирует ток, который течет в противоположном направлении. Две клеммы диода называются анодом и катодом. Символ диода показан на рисунке ниже.

     Рис. 1: Символ диода

    Характеристики диода точно соответствуют характеристикам переключателя. Идеальный переключатель в разомкнутом состоянии не проводит ток ни в одном направлении, а в замкнутом состоянии проводит в обоих направлениях.Характеристика диода показана на рисунке ниже.

    Рис. 2: График электрических характеристик идеального диода

    В идеале, в одном направлении, указанном стрелкой, диод должен быть короткозамкнутым, а в другом направлении, противоположном направлению стрелки, должен быть разомкнут. По идеальным характеристикам диоды теоретически соответствуют этим характеристикам, но не достигаются на практике.Так что практические характеристики диода лишь близки к желаемым.

    Рис. 3: График сравнения электрических характеристик идеальных и практических диодов

    Как работают диоды?

    Диод работает, когда на его клеммы подается сигнал напряжения. Приложение постоянного напряжения для работы диода в цепи называется «смещением».Как уже упоминалось выше, диод похож на односторонний переключатель, поэтому он может находиться либо в состоянии проводимости, либо в состоянии отсутствия проводимости. Состояние «ВКЛ» диода достигается за счет «прямого смещения», что означает, что к аноду прикладывается положительный или более высокий потенциал, а к катоду диода прикладывается отрицательный или более низкий потенциал. Другими словами, в состоянии «ВКЛ» диод имеет приложенный ток в том же направлении, что и стрелка. Состояние «ВЫКЛ» диода достигается за счет «обратного смещения», что означает, что положительный или более высокий потенциал прикладывается к катоду, а отрицательный или более низкий потенциал прикладывается к аноду диода.Другими словами, в состоянии «ВЫКЛ» диода приложен ток в направлении, противоположном направлению стрелки.

     

    В состоянии «ВКЛ» практичный диод обеспечивает сопротивление, называемое «прямым сопротивлением». Диоду требуется прямое напряжение смещения для переключения в состояние «ВКЛ», которое называется напряжением включения. Диод начинает проводить в режиме обратного смещения, когда напряжение обратного смещения превышает его предел, который называется напряжением пробоя. Диод остается в состоянии «OFF», когда на него не подается напряжение.

     

    Простой диод с p-n переходом изготавливается путем легирования слоев p- и n-типа на кремниевой или германиевой пластине. Материалы из германия и кремния предпочтительны для изготовления диодов, потому что:

    ·         Они доступны в высокой чистоте.

    ·         Небольшое легирование, например один атом на десять миллионов атомов желаемой примеси, может значительно изменить проводимость.

    ·         Свойства этих материалов изменяются при воздействии тепла и света, и, следовательно, это важно для разработки устройств, чувствительных к теплу и свету.

     

    Типы диодов

    Типы диодов:

    Другие варианты диодов имеют другую конструкцию, характеристики и применение. различных типов диодов :

    ·          Малый сигнал или диод с малым током . Предполагается, что эти диоды не влияют на рабочую точку из-за слабого сигнала.

    ·          Большие сигнальные диоды – Рабочая точка этих диодов изменяется из-за большого сигнала.

    ·          Стабилитроны  – Этот диод работает в режиме обратного смещения, когда напряжение достигает точки пробоя. Стабильное напряжение может быть достигнуто путем размещения на нем резистора для ограничения тока. Этот диод используется для обеспечения опорного напряжения в цепях питания.

    ·          Светоизлучающие диоды (LED) – Это самый популярный вид диодов. Когда он работает в режиме прямого смещения, ток течет через переход для получения света.

    ·         Фотодиоды – Электроны и дырки генерируются, когда свет попадает на p-n переход, вызывая протекание тока. Эти диоды могут работать как фотодетекторы и используются для выработки электроэнергии.

    ·          Диоды постоянного тока  – Этот диод поддерживает постоянный ток, даже когда приложенное напряжение постоянно меняется. Он состоит из JFET (переход-полевой транзистор) с истоком, закороченным на затвор, чтобы функционировать как двухполюсный ограничитель тока или источник тока.

    ·         Диод Шоттки –  Эти диоды используются в радиочастотных устройствах и схемах фиксации. Этот диод имеет более низкое прямое падение напряжения по сравнению с кремниевыми диодами с PN-переходом.

    ·          Диод Шокли – четырехслойный диод, также известный как диод PNPN. Эта дидо похожа на тиристор, где затвор отключен.

    ·          Диоды с ступенчатым восстановлением . Этот полупроводниковый диод способен генерировать короткие импульсы, поэтому он используется в микроволновых устройствах в качестве генератора импульсов.

    ·          Туннельные диоды . Этот диод сильно легирован в условиях прямого смещения, имеет отрицательное сопротивление при очень низком напряжении и короткое замыкание в отрицательном направлении смещения. Этот диод используется в качестве микроволнового усилителя и в генераторах.

    ·          Варакторные диоды . Этот диод работает в условиях обратного смещения и ограничивает протекание тока через переход. В зависимости от величины смещения ширина обедненной области продолжает меняться.Этот диод состоит из двух обкладок конденсатора, между которыми находится область обеднения. Изменение емкости зависит от области обеднения, и это можно изменить, изменив обратное смещение на диоде.

    ·         PIN-диоды – Этот диод имеет собственный полупроводник, расположенный между областями P-типа и N-типа. В диоде этого типа не происходит легирования, и поэтому собственный полупроводник увеличивает ширину обедненной области. Они используются в качестве ohtodiodes и радиочастотных переключателей.

    ·         ЛАЗЕРНЫЙ диод . Этот диод излучает свет лазерного типа и стоит дороже светодиодов. Они широко используются в приводах CD и DVD.

    ·          Диоды для подавления переходных напряжений – Этот диод используется для защиты электроники, чувствительной к скачкам напряжения.

    ·         Диоды, легированные золотом . В этих диодах в качестве легирующей примеси используется золото, и они могут работать на частоте сигнала, даже если прямое падение напряжения увеличивается.

    ·          Супербарьерные диоды – их также называют выпрямительными диодами. Эти диоды обладают низким обратным током утечки, как у обычного диода с p-n переходом, и низким падением прямого напряжения, как у диода Шоттки с возможностью обработки скачков напряжения.

    ·         Диоды с точечным контактом . Конструкция этого диода проще и используется в аналоговых приложениях и в качестве детектора в радиоприемниках. Этот диод изготовлен из полупроводника n-типа и нескольких проводящих металлов, находящихся в контакте с полупроводником.Некоторые металлы движутся по направлению к полупроводнику, образуя небольшую область полупроводника pt-pye вблизи контакта.

    ·          Диоды Пельтье – Этот диод используется в качестве тепловой машины и датчика для термоэлектрического охлаждения.

    ·          Диод Ганна . Этот диод изготовлен из таких материалов, как GaAs или InP, которые имеют область отрицательного дифференциального сопротивления.

    ·          Кристаллический диод – это тип диодов с точечным контактом, которые также называют диодами с кошачьими усами.Эта дидо состоит из тонкой заостренной металлической проволоки, которая прижимается к полупроводниковому кристаллу. Металлическая проволока является анодом, а полупроводниковый кристалл — катодом. Эти диоды устарели.

    ·          Лавинный диод  – Этот диод работает в условиях обратного смещения, когда напряжение обратного смещения, приложенное к p-n переходу, создает волну ионизации, приводящую к протеканию большого тока. Эти дидоны предназначены для пробоя при определенном обратном напряжении, чтобы избежать каких-либо повреждений.

    ·          Кремниевый управляемый выпрямитель . Как следует из названия, этим диодом можно управлять или переводить в состояние ВКЛ благодаря приложению небольшого напряжения. Они принадлежат к семейству тиристоров и используются в различных областях управления двигателями постоянного тока, регулирования поля генератора, управления системами освещения и частотно-регулируемым приводом. Это трехвыводное устройство с анодом, катодом и третьим управляемым выводом или затвором.

    ·          Вакуумные диоды . Этот диод представляет собой двухэлектродную вакуумную лампу, которая может выдерживать высокое обратное напряжение.

    Рис. 4: Изображение, показывающее символы различных типов диодов

     Рис. 5: Изображение, показывающее различные типы диодов

    Универсальные диоды (слабый сигнал и большой сигнал):  

    Диод с p-n переходом — простейший полупроводниковый прибор. Это двухполюсное двухполюсное одностороннее выпрямительное устройство, проводящее ток только в одном направлении. Общие диоды используются в следующих областях:

    ·          Выпрямление в цепях электропитания

    ·         Извлечение модуляции из радиосигналов в радиоприемнике и в схемах защиты, где могут возникать большие переходные токи на слаботочных транзисторах или ИС при взаимодействии с реле или другими устройствами большой мощности.

    ·         Используется последовательно с вводом питания для электронных схем, где требуется только одно напряжение отрицательной или положительной полярности.

     Рис. 6. Изображение, показывающее конструкцию типового диода

     

    Строительство

    Строительство:  

    Простой диод p-n представляет собой переход, в котором слои p-типа и n-типа легированы на кремниевой или германиевой пластине. Полупроводник p-типа формируется путем легирования трехвалентных или акцепторных атомов примеси на чистый кремний или германий, что приводит к избыточной концентрации дырок.Полупроводник n-типа образуется путем легирования пятивалентных или донорных примесных атомов на чистый кремний или германий, что приводит к избыточной концентрации электронов. Таким образом, дырки являются основными носителями заряда в области p-типа, тогда как электроны в области n-типа. Пары электрон-дырка генерируются термически в обоих типах, которые составляют неосновные носители заряда. Примечательно, что материал p-типа не заряжен положительно, несмотря на наличие избыточных дырок, в то время как материал n-типа не заряжен отрицательно, несмотря на избыточное количество электронов.Это связано с тем, что в материале p-типа наряду с дырками генерируются анионы, а общее количество протонов и электронов остается прежним. Аналогично это наблюдается и для материала n-типа.

     

    Соединение легирования p-типа и n-типа на кремниевой или германиевой пластине создает небольшую область порядка микрометров, обедненную свободными носителями заряда. Эта область образуется за счет диффузии дырок из материала p-типа и электронов из материала n-типа, называемого областью обеднения, областью пространственного заряда или переходной областью.Область p-типа слева от обедненной области имеет акцепторный слой отрицательных ионов, а справа — донорный слой положительных ионов, который индуцирует электрический поток или разность потенциалов через соединение. Концентрация заряда положительна слева от перехода и отрицательна справа от перехода. Этот потенциальный барьер не позволяет дыркам мигрировать в область n-типа, а электронам мигрировать в область p-типа, поскольку потенциал для дырок и электронов повышается, позволяя мигрировать в области n-типа и p-типа.Области носителей заряда вокруг обедненных областей также называются непокрытыми областями. Это показано на графике ниже.

    Рис. 7: График линейного градиента Dioe и ступенчатого диода

    Также важно, что токи неосновного заряда, т. е. ток электронов в области p-типа и ток дырок в области n-типа, экспоненциально уменьшаются по длине диода. Ток меньшинства возникает из-за электронно-дырочных пар, генерируемых термически и зависящих от температуры.Эти токи настолько малы по величине, порядка микроампер. Однако в состоянии проводимости ток через кристалл диода остается стабильным. Общий ток представляет собой сумму токов заряда меньшинства и большинства зарядов из-за биполярной природы диода. Большинство токов заряда представляет собой ток дырок в p-типе и ток электронов в n-типе, которые уменьшаются, поскольку они мигрируют вблизи перехода из-за рекомбинации. Незначительные токи представляют собой электронный ток в p-типе и дырочный ток в n-типе, максимальны вблизи перехода и уменьшаются по мере их миграции от перехода как экспоненциальная функция.Большинство зарядовых токов в их областях после пересечения перехода являются диффузионными токами, а до перехода — дрейфовыми.

     

    Концепция омических контактов. В дополнение к диоду с PN-переходом, для подключения устройства от выводов отходят два перехода металл-полупроводник. Предполагается, что сопротивление этих металлических полупроводниковых контактов остается постоянным независимо от величины и направления тока. Во время работы диода приложенное напряжение эффективно только для увеличения или уменьшения высоты потенциального барьера PN-перехода.

     

    Примечание. Использование ступенчатого диода может улучшить характеристики диода.

     

    Принцип действия и действие

    Принцип и действие:  

    Возможные конфигурации диода:  

    1.      Разомкнутая цепь

    2.      Короткое замыкание

    3.      Смещение вперед

    4.      Обратное смещение

     

    1.      Разомкнутая цепь: В разомкнутом состоянии ток, протекающий через диод, равен нулю (I = 0).Потенциальный барьер на PN-переходе остается таким же, как и при изготовлении диода.

    Рис. 8. Изображение, показывающее работу диода в разомкнутой конфигурации

    2.      Короткое замыкание: В состоянии короткого замыкания суммарное напряжение в контуре должно быть равно нулю. Поэтому предполагается, что потенциальный барьер на PN-переходе компенсируется падением потенциала на переходах металл-полупроводник. Дырки, поставляемые n-областью, должны быть загнаны в p-область, что физически невозможно.Аналогичное обсуждение относится к электронному току в n-области.

    Вывод: Высота потенциального барьера не может быть измерена напрямую мультиметром.

    Рис. 9. Изображение, показывающее работу диода в конфигурации короткого замыкания

    3.      Прямое смещение: В условиях прямого смещения на анод диода подается более высокий или положительный потенциал, а на катод диода подается отрицательный или более низкий потенциал.Положительный потенциал на аноде отталкивает дырки в p-области к n-области, а отрицательный потенциал на катоде отталкивает электроны в n-области к p-области. Таким образом, высота потенциального барьера уменьшается. Область обеднения исчезает, когда приложенное напряжение становится равным потенциальному барьеру и через диод протекает большой ток. Напряжение, необходимое для перевода диода в состояние проводимости, называется «напряжение включения/смещения/порога/срабатывания». Ток имеет значительную величину, поскольку он в основном состоит из токов большинства зарядов, то есть дырочного тока в p-области и электронного тока в n-области.Ток, протекающий от анода к катоду, ограничен объемным сопротивлением кристалла, рекомбинацией зарядов и омическими контактными сопротивлениями в двух переходах металл-полупроводник. Ток ограничен порядка миллиампер.

    Рис. 10: Изображение, показывающее работу диода в конфигурации прямого смещения

    4.      Обратное смещение: В условиях обратного смещения  на катод подается более высокий или положительный потенциал, а на анод подается отрицательный или более низкий потенциал.Отрицательный потенциал на аноде притягивает дырки в p-области, которые находятся вдали от n-области, в то время как положительный потенциал на катоде притягивает электроны в n-области, которые находятся вдали от p-области. Приложенное напряжение увеличивает высоту потенциального барьера. Ток течет преимущественно из-за токов неосновного заряда, то есть тока электронов в p-области и тока дырок в n-области. Таким образом, постоянный ток незначительной величины течет в обратном направлении, который называется «обратным током насыщения».Практически диод остается в непроводящем состоянии. Обратный ток насыщения составляет порядка микроампер в германиевом диоде или наноампер в кремниевом диоде. Если обратное напряжение превышает предел «пробой/стабилитрон/пиковое обратное/пиковое обратное напряжение», возникающий потенциальный пробой приводит к большому обратный ток.

    Рис. 11. Изображение, показывающее работу диода в конфигурации с обратным смещением

    Характеристики

    Характеристики:

     

    Рис.12: График, показывающий характеристики кривую диода

     Ток, протекающий через диод, определяется уравнением:


     где I D  – ток диода. (Положительный для прямого хода и отрицательный для обратного)

                 I S – постоянный обратный ток насыщения

                 В – приложенное напряжение. (положительный для прямого хода и отрицательный для обратного)

    – коэффициент, зависящий от природы полупроводника.(1 для

                     германий и 2 для кремния)

                V T  – вольтовый эквивалент температуры, определяемый как T/11600. (Т равно

                    Температура в Кельвинах)

    Когда на клеммы диода подается прямое напряжение, диод начинает проводить. Во время проводимости включающее или пороговое напряжение превышает приложенное прямое напряжение. Пороговое напряжение для германиевого диода составляет 0,3 В, а для кремниевого диода — 0.7В. Прямой ток (диапазон миллиампер) сначала увеличивается линейно, а затем увеличивается экспоненциально для больших токов.

     

    При подаче обратного напряжения через диод протекает обратный ток насыщения. Диод остается в непроводящем состоянии до тех пор, пока обратное напряжение не упадет ниже напряжения стабилитрона. Когда обратное напряжение приближается к пиковому обратному напряжению, происходит пробой, называемый «лавинным пробоем». Во время пробоя неосновные носители заряда ионизируют стабильные атомы, за которыми следует цепная ионизация с образованием большого количества свободных носителей заряда.Таким образом, диод замыкается накоротко и повреждается.

     

    Примечание. При последовательном соединении диодов увеличивается их эквивалентное пиковое обратное напряжение, а при параллельном соединении увеличивается пропускная способность по току.

     

    По мере повышения температуры количество электронных пар, генерируемых термически, также увеличивается, что увеличивает проводимость в обоих направлениях. Обратный ток насыщения также увеличивается с ростом температуры.Изменение составляет 11% на °C для германиевого диода и 8% на °C для кремниевого диода. С другой стороны, ток диода удваивается на каждые 10°C. С увеличением напряжения напряжение срабатывания в прямой характеристике уменьшается, а пиковое обратное напряжение увеличивается.

     

    Примечание. Пиковое обратное напряжение можно уменьшить, увеличив уровень легирования. Та же концепция используется для разработки стабилитронов.

     

    Сопротивление диода: Сопротивление, связанное с диодом, может быть оценено тремя способами, и соответственно три типа сопротивлений связаны с диодом.

    ·         Постоянное или статическое сопротивление: отношение напряжения диода к току диода в любой точке его характеристических кривых. Он определяется в точке на характеристических кривых.

    ·         Переменное или динамическое сопротивление: отношение изменения напряжения диода к изменению тока диода. Он определяется в точке характеристических кривых над касательной.

    ·         Среднее сопротивление переменному току: отношение изменения напряжения диода к изменению тока диода на прямой линии, соединяющей два рабочих предела.

    Рис. 13: График, показывающий характеристики сопротивления диода

    Емкости диода: Диод имеет два типа емкостей: переходную емкость и диффузионную емкость.

    . Переходная емкость: емкость, возникающая между слоем положительных ионов в n-области и слоем отрицательных ионов в p-области.

    ·         Диффузионная емкость: Эта емкость возникает из-за диффузии носителей заряда в противоположных областях.

     

    Переходная емкость очень мала по сравнению с диффузионной емкостью.

    При переходе с обратным смещением емкость является доминирующей и определяется как:

    где C T  – переходная емкость

    А – сечение диода

                 W – ширина обедненной области

    При прямом смещении преобладает диффузионная емкость, которая определяется как:

    где C D  – диффузионная емкость

                   dQ  – изменение заряда сохраняется в области истощения

                    В – изменение приложенного напряжения

    – временной интервал изменения напряжения

                     g  – проводимость диода

                     r  – сопротивление диода

     Диффузионная емкость на низких частотах определяется по формуле:

    Диффузионная емкость на высоких частотах обратно пропорциональна частоте и определяется по формуле: Примечание: В конструкции варактора используется изменение диффузионной емкости в зависимости от приложенного напряжения.

     

    Время переключения диода: В приложениях переменного тока, когда диод мгновенно переключается из состояния проводимости в состояние отсутствия проводимости, ему требуется некоторое время, чтобы вернуться в состояние отсутствия проводимости, и в течение небольшого периода времени происходит короткое замыкание в обратном направлении. Это происходит потому, что при внезапном изменении смещения диода основные носители заряда мигрируют в другую область, а неосновные носители заряда в этой области. В частности, дырки — это неосновные носители, мигрировавшие из p-типа в n-тип при обратном смещении.. Этим отверстиям требуется некоторое время, чтобы вернуться в состояние отсутствия проводимости, которое называется «обратным временем восстановления». Время обратного восстановления представляет собой сумму времени хранения и времени перехода.

    ·          Срок хранения: Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в обратном направлении.

    ·         Время перехода: Время, прошедшее до возврата в состояние отсутствия проводимости.

     

    Желательно, чтобы диоды имели минимальное время переключения или обратного восстановления t rr .Время переключения диодов составляет от нескольких наносекунд до 1 микросекунды. Теперь также доступны быстродействующие диоды с временем переключения до нескольких пикосекунд.

     Рис. 14: График, показывающий характеристики времени переключения диода

    Идентификационный номер:  

    Диод помечен полосой, которая указывает катодный вывод диода, как показано на рисунке ниже:

    Рис. 15: Изображение, показывающее идентификацию диодных клемм

    Примечание. Различные малые сигнальные диоды, такие как IN4148, 0A90, и выпрямительные диоды, такие как IN4001-4007, IN5400-5408, BY125-127, доступны с различными значениями тока, обратного тока насыщения и пикового обратного напряжения.

     

    Приложения

    Заявка:  

    Диоды

    используются в различных приложениях, таких как выпрямление, ограничитель, ограничитель, умножитель напряжения, компаратор, вентили выборки и фильтры.

    1.      Выпрямление – Выпрямление означает преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Обычными схемами выпрямления являются однополупериодный выпрямитель (HWR), двухполупериодный выпрямитель (FWR) и мостовой выпрямитель.

    ·                    Однополупериодный выпрямитель: эта схема выпрямляет положительный или отрицательный импульс входного переменного тока.Цифра показана ниже:   

    Рис. 16: Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя на основе диода

    ·                    Двухполупериодный выпрямитель. Эта схема преобразует весь сигнал переменного тока в постоянный. Цифра как показано ниже:

    Рис. 17: Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя на основе диода

    ·                    Мостовой выпрямитель. Эта схема преобразует весь сигнал переменного тока в постоянный. Цифра как показано ниже:

    Рис.18: Принципиальная схема диодного мостового выпрямителя

    2.      Ограничитель . Диод можно использовать для отсекания некоторой части импульса без искажения оставшейся части сигнала. Цифра как показано ниже:

    Рис. 19: Принципиальная схема клипера на диодной основе

    3.      Фиксатор — Фиксирующая схема ограничивает уровни напряжения до превышения предела путем смещения уровня постоянного тока. Размах от пика до пика не зависит от зажима.Диоды с резисторами и конденсаторами используются для создания фиксирующих цепей. Иногда для обеспечения дополнительного сдвига могут использоваться независимые источники постоянного тока. Цифра показана ниже:

     Рис. 20: Принципиальная схема диодного фиксатора

    Анализ технических данных

    Анализ технических данных:

    В технических описаниях диодов содержится ценная информация об их различных параметрах, таких как:

    ·         Пиковое обратное напряжение,

    ·         Обратные токи насыщения при указанных обратных напряжениях,

    ·         Максимальный прямой ток,

    ·         Уровни емкости,

    rse время восстановления,

    ·         Температура хранения и рабочая температура,

    ·         Пиковый повторяющийся прямой ток,

    ·         Пиковый прямой ударный ток,

    ·         Средний импульсный ток и многое другое..

    Также прилагаются графики для отображения вольтамперных характеристик и температурных зависимостей.

    Выпрямительные диоды на рынке:

    ·         Доступны диоды с обозначениями от IN4001 до IN4007 с максимальным прямым напряжением 1,1 В и максимальным током выпрямления 1 А. Максимальный обратный ток составляет 5 мкА, а PIV (пиковое обратное напряжение) варьируется от 50 до 1000 В.

    ·         Другая серия диодов — от IN5400 до IN5408 с максимальным прямым напряжением 1.2 В и 3 А — максимальный ток выпрямления. Максимальный обратный ток составляет 5 мкА, а PIV (пиковое обратное напряжение) варьируется от 50 до 1000 В.

     

    Проверка диода

    Проверка диода:  

    Диод может быть разомкнут или замкнут накоротко при повреждении. Его можно проверить с помощью мультиметра, выполнив следующие действия:

    1.      Вставьте щупы в необходимые разъемы: цифровой мультиметр имеет несколько разъемов для тестовых щупов.Вставьте эти щупы и проверьте, находятся ли они уже в правильных гнездах. Как правило, они помечены COM для общего, а другие для тока или напряжения. Обычно он совмещен с гнездом для измерения напряжения.

    2.      Включите мультиметр и выберите диапазон максимального сопротивления.

    3.      Проверьте сопротивление в прямом и обратном направлении. Поместите красный щуп на анод диода и черный щуп на катод, чтобы измерить прямое сопротивление. Поместите красный щуп на катод диода и черный щуп на анод, чтобы измерить обратное сопротивление.Прямое сопротивление должно быть очень маленьким, несколько ом, а обратное сопротивление должно быть очень высоким, порядка мегаом. Если прямое сопротивление очень велико, диод разомкнут, а если обратное сопротивление очень мало, диод закоротит.

    4.      Другой способ – подобрать диод на мультиметре. Поместите красный щуп на анод диода, а черный щуп на катод, и мультиметр издаст звуковой сигнал, что указывает на короткое замыкание, в противном случае он разомкнут. Поместите красный щуп на катод диода, а черный щуп на анод, и если мультиметр не издает звуковой сигнал, это указывает на обрыв цепи, в противном случае, если он издает звуковой сигнал, диод закорочен.

    5.      Выключите мультиметр. После измерения сопротивления мультиметр можно выключить, чтобы сохранить батарейки. Также целесообразно установить переключатель функций в положение высокого напряжения. Таким образом, если мультиметр снова используется для другого типа показаний, не будет причинен ущерб, если он будет использован непреднамеренно без выбора правильного диапазона и функции.


    Рубрики: Учебные пособия
    С тегами: диод, соединение, pn
     

    Как работает диод?

    Диоды являются одним из важнейших элементов схем силовой электроники.Этот специальный элемент имеет уникальный принцип работы.

    Принцип работы диода

    Диод представляет собой двухэлементный полупроводниковый прибор, содержащий анод и катод и обеспечивающий однонаправленную проводимость. Диод позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Многие типы используются в таких устройствах, как выпрямители, детекторы, ограничители пиков, смесители, модуляторы, усилители, генераторы и контрольно-измерительные приборы.

    В схемных символах катод показан в виде полосы, а анод — в виде треугольника.На некоторых принципиальных схемах анод диода также может быть обозначен буквой «а», а катод буквой «к».

    Чтобы понять принцип работы диода, мы должны знать, что такое полупроводник.

    Материалы, допускающие поток электронов, называются проводниками. Материалы, блокирующие поток электронов, называются изоляторами. Материалы, проводимость которых находится между проводниками и изоляторами, называются полупроводниками. Полупроводники — это «частичные» проводники, проводимость которых можно контролировать.Полупроводники оказались весьма полезными в области электроники.

    Диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, в основном из кремния, с добавлением различных соединений (комбинаций более чем одного элемента) и металлов в зависимости от функции диода. Ранние типы полупроводниковых диодов изготавливались из селена и германия, но эти типы диодов были почти полностью заменены более современными конструкциями из кремния.

    Кремний является наиболее распространенным материалом, используемым для создания полупроводниковых устройств.Si является основным компонентом песка, и считается, что кубическая миля морской воды содержит 15 000 тонн Si. Si прядут и выращивают в кристаллическую структуру, а затем разрезают на пластины для изготовления электронных устройств.

    Атомы в пластине из чистого кремния содержат четыре электрона на внешней орбите (называемые валентными электронами). Германий — еще один полупроводниковый материал с четырьмя валентными электронами.

    В структуре кристаллической решетки Si валентные электроны каждого атома Si связаны ковалентными связями с валентными электронами четырех соседних атомов Si.Чтобы сделать полезные полупроводниковые устройства, к Si добавляют такие материалы, как фосфор (P) и бор (B), чтобы изменить проводимость Si.

    Кремний N-типа

    Пятивалентные примеси, такие как фосфор, мышьяк, сурьма и висмут, имеют 5 валентных электронов.

    При добавлении к Si примеси фосфора четыре валентных электрона каждого атома фосфора замыкаются в ковалентную связь с валентными электронами четырех соседних атомов Si. Однако 5-й валентный электрон атома фосфора не находит связывающего электрона и, таким образом, остается свободным в плавании.Когда к кремний-фосфорной смеси прикладывается напряжение, свободные электроны мигрируют в сторону положительного напряжения.

    Когда фосфор добавляется к Si для получения описанного выше эффекта, мы говорим, что Si легирован фосфором. Полученная смесь называется кремнием N-типа (N: кремний с отрицательным зарядом).

    Пятивалентные примеси называются донорными примесями.

    Кремний P-типа

    Трехвалентные примеси, например бор, алюминий, индий и галлий, имеют 3 валентных электрона.

    Когда бор добавляется к Si, три валентных электрона каждого атома бора замыкаются в ковалентную связь с валентными электронами трех соседних атомов Si. Однако внутри ковалентной связи между одним атомом бора и соседним атомом Si создается вакантное пятно «дырка». Дырки считаются носителями положительного заряда.

    Когда на смесь кремния и бора подается напряжение, дырка перемещается в сторону отрицательного напряжения, а соседний электрон заполняет ее место.

    Когда бор добавляется к Si для получения описанного выше эффекта, мы говорим, что Si легирован бором. Полученная смесь называется кремнием P-типа (P: кремний с положительным зарядом).

    Трехвалентные примеси называются акцепторными примесями.

    Отверстие атома бора указывает на отрицательную клемму. Электрон соседнего атома кремния направлен к положительному полюсу. Электрон от соседнего атома кремния попадает в атом бора, заполняя дырку в атоме бора и создавая «новую» дырку в атоме кремния.Кажется, что отверстие движется к отрицательной клемме!

    Как работает диод?

    Диод создается из так называемого PN-перехода. Два полупроводниковых материала соединяются вместе. Этот компонент обеспечивает чрезвычайно низкое сопротивление протеканию тока в одном направлении и чрезвычайно высокое сопротивление протеканию тока в другом. Эта характеристика позволяет использовать диод в приложениях, требующих, чтобы цепь вел себя по-разному в зависимости от направления протекающего в ней тока.

    Идеальный диод пропускал бы бесконечный ток в одном направлении и совсем не пропускал бы ток в другом направлении. Кроме того, диод начинал бы проводить ток при наименьшем напряжении. На практике необходимо приложить небольшое напряжение, прежде чем произойдет проводимость. Кроме того, небольшой ток утечки будет течь в обратном направлении. Этот ток утечки обычно составляет очень небольшую часть тока, который течет в прямом направлении.

    Если полупроводниковый материал P-типа становится положительным по отношению к материалу N-типа на величину, превышающую его прямое пороговое напряжение (около 0.6 В, если материал кремний, и 0,2 В, если материал германий), диод будет свободно пропускать ток. Если, с другой стороны, материал P-типа сделать отрицательным по отношению к материалу N-типа, ток практически не будет течь, если приложенное напряжение не превысит максимальное (пробойное) напряжение, которое может выдержать устройство. Обратите внимание, что нормальный диод будет разрушен, если его обратное напряжение пробоя будет превышено.

    Соединение с материалом P-типа называется анодом, а соединение с материалом N-типа называется катодом.Без приложенного извне потенциала электроны из материала N-типа переходят в область P-типа и заполняют некоторые из вакантных отверстий. Это действие приведет к образованию области по обе стороны от перехода, в которой нет свободных носителей заряда. Эта зона известна как область истощения.

    В режиме прямого смещения диод свободно пропускает ток. В этом состоянии с обратным смещением диод пропускает незначительный ток. В свободно проводящем состоянии с прямым смещением диод действует скорее как замкнутый переключатель.В состоянии обратного смещения диод действует как открытый ключ.

    Если к материалу P-типа приложить положительное напряжение, свободные носители положительного заряда будут отталкиваться и перемещаться от положительного потенциала к соединению. Точно так же отрицательный потенциал, приложенный к материалу N-типа, заставит свободные носители отрицательного заряда двигаться от отрицательного потенциала к переходу.

    Когда положительные и отрицательные носители заряда достигают соединения, они будут притягиваться друг к другу и объединяться (напомним, что разные заряды притягиваются).По мере того, как каждый отрицательный и положительный носитель заряда объединяется на стыке, новый отрицательный и положительный носитель заряда будет вводиться в полупроводниковый материал от источника напряжения. Когда эти новые носители заряда входят в полупроводниковый материал, они будут двигаться к переходу и соединяться. Таким образом устанавливается протекание тока, и оно будет продолжаться до тех пор, пока приложено напряжение.

    Типовая характеристика диода

    Перед тем, как диод начнет проводить ток, должно быть превышено прямое пороговое напряжение.Прямое пороговое напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы полностью удалить обедненный слой и заставить носители заряда двигаться через переход. Для кремниевых диодов это прямое пороговое напряжение составляет приблизительно от 0,6 В до 0,7 В. Для германиевых диодов прямое пороговое напряжение составляет приблизительно от 0,2 В до 0,3 В.

    На рисунке ниже показаны типичные характеристики небольших германиевых и кремниевых диодов. Стоит отметить, что диоды ограничены величиной прямого тока и обратного напряжения, которые они могут выдержать.Этот предел основан на физическом размере и конструкции диода.

    В случае диода с обратным смещением материал P-типа смещен отрицательно по отношению к материалу N-типа. В этом случае отрицательный потенциал, приложенный к материалу P-типа, притягивает носители положительного заряда, уводя их от перехода. Точно так же положительный потенциал, приложенный к материалу N-типа, оттягивает носители отрицательного заряда от соединения. Это оставляет область соединения истощенной; практически отсутствуют носители заряда.Таким образом, область перехода становится изолятором, и протекание тока подавляется. Потенциал обратного смещения может быть увеличен до обратного напряжения пробоя, на которое рассчитан конкретный диод. Как и в случае с максимальным номинальным прямым током, обратное напряжение пробоя указывается производителем. Обратное напряжение пробоя обычно намного выше, чем прямое пороговое напряжение. Типичный диод общего назначения может иметь прямое пороговое напряжение, равное 0.6 В и обратное напряжение пробоя 200 В. Превышение последнего может привести к необратимому повреждению диода.

    Продолжить чтение

    Использование диода — символ, применение, примеры и часто задаваемые вопросы

    Диод — это электронное/полупроводниковое устройство с двумя выводами. Диод используется как электрический компонент, в котором ток имеет однонаправленное течение только в том случае, если диод работает при заданном напряжении.

     

    Этот компонент имеет две клеммы, одна из которых имеет высокое сопротивление, а другая — низкое.

     

    У нас есть другой тип диода, который называется идеальным, потому что он имеет нулевое сопротивление только в одном направлении и бесконечное сопротивление в другом сопротивлении.

     

    На этой странице мы рассмотрим примеры диодов, их использование и применение диодов.

    Что такое диоды?

    Диоды состоят из полупроводников, таких как кремний или германий, которые были вставлены для создания PN-связей. Полупроводники P-типа и N-типа объединяются для создания PN-перехода.Буквы P и N обозначают положительные и отрицательные значения соответственно. Полупроводники имеют положительную стоимость в виде дырок и отрицательную стоимость в виде свободных электронов.

    Стрелка представляет собой диод и указывает направление, в котором может течь сила. Когда ток течет таким образом, он называется прямым смещением. Когда вы переходите на другую сторону, на стрелке появляется полоса, указывающая на то, что волна заблокирована. Реверсивные диоды с током, протекающим в неправильном месте. Фактически, обратимые диоды сначала ограничивают протекание тока, но в конечном итоге разрешают другие, если поток слишком велик в неправильном направлении.

    Светодиоды — это светоизлучающие диоды, предназначенные для излучения света. Когда стабилитроны с обратным смещением, они работают вместо того, чтобы разрушать себя. Варисторы представляют собой обратимые стабилитроны и могут выдерживать 1000 вольт. Варакторы работают так же, как конденсаторы, изменяющие напряжение.

    Использование диодов

    Диоды используются в различных приложениях. Удаляя составляющую сигнала, некоторые из них преобразуют переменный ток в постоянный ток. Они известны как выпрямители при использовании в этом положении.Они действуют как электрические выключатели и могут блокировать скачки напряжения, что делает их идеальными для хирургической защиты. Их нанимают для цифровой логики. Блок питания и удвоители напряжения также выполнены с его помощью. Датчики, а также свет на осветительных приборах и лазерах основаны на светодиодах. Варакторы используются для электронной настройки, а варисторы используются для сжатия переходных процессов в линиях переменного тока. Стабилитроны используются в качестве регуляторов напряжения, варакторы используются для электронной настройки, а варисторы используются для сжатия переходных процессов в линиях переменного тока.

    Транзисторы и операционные усилители построены на базе диодов. P-n-переход является наиболее распространенным типом диодов. Один (n) объект с электронами в качестве зарядного проводника закрывает второй объект (p) с дырками (обедненными электронами областями, действующими как хорошо заряженные частицы) в качестве носителей заряда на этом типе диода. Сужающееся пространство образуется там, где они соединяются, где электроны рассеиваются, чтобы заполнить дыры на p-стороне. Это эффективно останавливает поток электронов. Когда на p-сторону этого перехода подается положительное напряжение, электроны могут легко двигаться от него, чтобы заполнить дырки, и ток течет в диод.Площадь усадки увеличивается по мере взаимодействия отрицательного смещения (т. Е. На p-сторону подается отрицательное напряжение), что затрудняет движение электронов.

    Электронная трубка из прессованного стекла или металла с двумя электродами — плохо заряженным катодом и хорошо заряженным анодом — была первым диодом. Они используются в электронных схемах, таких как радио- и телевизионные приемники, в качестве фильтров и приемников. Когда анод (или пластина) получает положительное напряжение, электроны, выпущенные из горячего катода, перемещаются к пластине, а затем обратно к катоду с внешним источником питания.Электроны не могут быть удалены с катода, когда на пластину подается неправильное напряжение, и по пластине не протекает ток. В результате электроны могут течь от катода к пластине, но не от пластины к катоду в диоде. Когда пластина подвергается воздействию переменного напряжения, ток течет только тогда, когда пластина правильная. Когда переменное напряжение регулируется или преобразуется в постоянный ток, говорят, что оно регулируется.

    Символ диода

    (Изображение будет загружено в ближайшее время)

     

    Для чего используется диод?

    Одним из наиболее важных применений диодов является использование их в качестве электронного компонента для регулирования однонаправленного потока тока.

     

    Примеры диодов

    Ниже приведены примеры использования диодов в повседневной жизни:

     

    Стабилитроны — используются для регулирования напряжения для защиты цепей от скачков высокого напряжения,

    Лавинные диоды — используются для электронной настройки радио- и телеприемников.

     

    Варакторные диоды используются для генерации радиочастотных колебаний

     

    Туннельные диоды — Эти диоды используются в качестве радиочастотных цепей.

     

    Диоды Ганна, диоды IMPATT

     

    Светодиод или светоизлучающий диод для получения света при положительной форме волны напряжения.

     

    PIN-диоды имеют стандартные области как P-типа, так и N-типа, но пространство между двумя областями представляет собой собственный полупроводник, и эти диоды не легированы.

     

    Диоды переменной емкости для настройки.

    Знаете ли вы?

    Диод выглядит как разомкнутая цепь с отрицательным напряжением, что похоже на короткое замыкание.Поскольку диод показывает некоторую неэффективность, график между током и напряжением выглядит нелинейным.

     

    Одно из невероятных и простых полупроводниковых устройств с двумя выводами, такое как диод, имеет жизненно важное значение в современной электронике.

     

    Итак, мы находим применение диода в различных областях, вот некоторые из них:

    Применение диода

    • Исправление напряжения: поворот переменного тока в напряжение DC

    • Контроль размера сигнала

    • Смешивание (мультиплексирование) сигналы

    • Как свободный ход индуктивной энергии

    Для чего используются диоды?

    Ниже приведены примеры применения диода в реальной жизни:

    1.Выпрямление напряжения

    Мы используем диоды для преобразования мощности переменного тока в постоянный. Один или четыре диода могут преобразовывать бытовую электроэнергию 110 В в постоянный ток, образуя полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель.

     

    Итак, как это происходит?

     

    Диод пропускает только половину волны переменного тока. Когда эта волна напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение кажется устойчивым напряжением постоянного тока с небольшой формой волны напряжения.

     

    Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс более эффективным, направляя импульсы переменного тока таким образом, что как положительные, так и отрицательные половины входной синусоиды воспринимаются как только положительные импульсы, конструктивно удваивая частоту входных импульсов. к конденсатору, который помогает держать его заряженным и передавать более стабильное напряжение.

     

    2. Диоды и конденсаторы 

    Диоды и конденсаторы могут создавать умножители переменного напряжения для генерирования небольшого напряжения переменного тока и умножать их для создания очень высоких выходных напряжений.

     

    Выходы переменного и постоянного тока возможны при использовании правильной конфигурации конденсаторов и диодов.

     

    3. Диод, используемый в качестве фонарика

    Светодиодный фонарик представляет собой светящийся светодиод, который светится при наличии положительного напряжения.

     

    4. Фотодиод

    Фотодиод улавливает ток или свет через коллектор (например, устройство с мини-солнечной панелью) и преобразует его в небольшой ток.

    Почему используется диод?

    1. Диод как средство управления током

    Основная функция, для которой используется диод, заключается в управлении током и обеспечении его протекания в правильном направлении.

     

    Одной из областей, в которой обнаружена способность диодов управлять током, является их хороший эффект при переключении с питания, поступающего от источника питания, на питание от батареи.

     

    Когда устройство подключено к сети и заряжается, как и мобильный телефон или источник бесперебойного питания, устройство получает питание только от внешнего источника питания, а не от аккумулятора, а когда устройство подключено к сети, питание потребляет аккумулятор. и перезаряжается. Как только источник питания удаляется, батарея питает устройство, так что пользователь не замечает перебоев.

     

    2. Диод, используемый для демодуляции сигналов

    Чаще всего диоды используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока.

     

    Поскольку отрицательная часть волны переменного тока обычно идентична положительной половине, в процессе удаления части волны теряется очень мало информации; следовательно, что приводит к более эффективной обработке сигналов.

     

    Демодуляция сигналов обычно используется в радиоприемниках как компонент системы фильтрации для извлечения радиосигнала из несущей волны.

    Диоды — Электроника Ссылка

    Меню курса Модуль 1 Введение в электрическую теорию Модуль 2 Фундаментальные концепции Модуль 3 — Цветы DC Введение в цепи постоянного тока резисторов и резисторных цепей Конденсаторы и конденсаторные схемы Модуль 5. Полупроводники Модуль 6. Аналоговые схемы Цепочка светодиодов может использоваться для украшения или даже для обеспечения безопасности.

    Что такое диоды?

    Диоды являются одним из наиболее распространенных электрических компонентов и присутствуют практически в каждой электронной схеме. Диоды — это электронные компоненты, которые позволяют электрическому току течь в одном направлении и предотвращают его протекание в противоположном направлении. Они являются электрическим эквивалентом механического обратного клапана (также известного как односторонний клапан), поскольку пропускают ток только в одном направлении.

    Диоды имеют один вход и один выход, что делает их двумя оконечными устройствами, такими как резисторы.В отличие от резисторов, диоды имеют полярность, а это означает, что они будут работать только при правильной ориентации в цепи. Если диод установлен с неправильной направленностью, он будет работать с точностью до наоборот; это предотвратит ток, который вы хотите, позволяя току течь с неправильного направления.

    Идеальный диод имеет нулевое сопротивление току в одном направлении и бесконечное сопротивление току в противоположном направлении. Реальные диоды никогда не бывают идеальными, но, выбирая правильный диод для правильного применения, мы часто можем игнорировать неидеальные характеристики диодов.

    Первые диоды были изготовлены на электронных лампах, которые до сих пор иногда используются в устройствах большой мощности. Диоды на самом деле являются простейшим типом электронных ламповых устройств. Но наиболее распространенными диодами сегодня являются твердотельные полупроводниковые диоды, изготовленные из легированной кремниевой подложки. Эти устройства обычно изготавливаются из специально разработанных P-N переходов.

    Диоды также могут называться выпрямителями , потому что они «выпрямляют» направление тока. Обычно выпрямитель представляет собой диод, который используется для преобразования переменного тока в постоянный.Одним из наиболее распространенных применений диодов являются схемы выпрямления переменного тока в постоянный. В схемах выпрямителя используется комбинация диодов для минимизации потерь при преобразовании переменного тока в постоянный.

    Как работают диоды?

    Диоды пропускают ток, когда они расположены в конфигурации с прямым смещением, но предотвращают прохождение тока в конфигурации с обратным смещением.

    Ток течет от анода к катоду.

    В диоде ток может только течь от анода к катоду:

    Анод : положительный вывод компонента схемы (например, диода).

    Катод : отрицательный вывод компонента схемы (например, диода).

    Когда положительный вывод диода (анод) соединен с положительным выводом источника питания, эта конфигурация называется прямым смещением . Прямое смещение фактически относится к степени, в которой прямой потенциал приложен к диоду. Большее прямое смещение означает, что на диод подается более высокая разность электрических потенциалов (напряжение), при этом напряжение толкает ток от анода к катоду.Обратное смещение будет относиться либо к диоду, расположенному в противоположной конфигурации, либо к отрицательному напряжению, приложенному к диоду. В любом случае обратное смещение — это напряжение, которое пытается протолкнуть ток от катода к аноду (т. е. в направлении, противоположном обычному направлению, в котором допускается протекание тока через диод).

    При прямом смещении ток течет от анода через диод и выходит из катода, который соединен с отрицательной клеммой источника питания.Поток электронов всегда противоположен потоку тока. Итак, в диоде физически происходит то, что электроны движутся от катода к аноду.

    Таким образом, идеальный диод спроектирован таким образом, чтобы пропускать ток только тогда, когда на него подается прямое смещение, и предотвращать протекание тока, когда используется обратное смещение.

    Два основных типа диодов

    Существует два основных класса диодов; вакуумная трубка (также известная как термоэлектронная) и твердотельная .У них разные функции, которые позволяют каждому из них работать, и мы кратко рассмотрим оба, поскольку понимание одного полезно для понимания другого.

    Ламповые диоды

    Ламповые диоды используют нагретый металл для инжекции электронов от катода к аноду, таким образом генерируя ток от анода к катоду. Схематическое изображение дает достаточно хорошую основу для понимания того, как это работает:

    Вакуумные ламповые диоды (также называемые термоэмиссионными диодами) используют нагреватель, чтобы заставить катод выбрасывать электроны, которые «приземляются» на анод.

    На этом рисунке кружок представляет вакуумную трубку. Катод находится в нижней части трубки, а точка его подключения торчит влево. Анод находится в верхней части вакуумной трубки. Под катодом находится нагреватель в форме буквы «n», который нагревает катод. Когда катод достигает достаточно высокой температуры, он начинает выбрасывать электроны, которые улавливаются анодом в верхней части трубки.

    Из этого простого объяснения мы можем понять, почему ламповый диод пропускает ток только в одном направлении.Это потому, что анод не нагревается; он просто не может выбрасывать электроны так, как катод.

    Твердотельные диоды

    Твердотельные диоды работают по совершенно другому принципу, то есть по P-N переходу.

    В PN-переходе полупроводниковая подложка легирована таким образом, что на одной стороне перехода есть свободные электронные дырки, что называется материалом «P-типа». Это достигается добавлением атомов, у которых на один электрон меньше, чем у атомов объемного полупроводникового кристалла.Другая сторона соединения имеет свободные электроны и называется материалом «N-типа». Это делается путем добавления атомов, у которых на один электрон больше, чем у атомов полупроводникового кристалла.

    На самом переходе образуется обедненная область, через которую не может пройти ток. Если напряжение приложено в одном направлении, обедненная область сожмется и пропустит ток. Если напряжение подается в другом направлении, область обеднения будет расти, и PN-переход будет еще больше сопротивляться току.

    Большинство полупроводниковых диодов представляют собой версии P-N перехода. У диода в прямом смещении его сторона P соединена с положительной клеммой источника питания, а его N-образный кристалл соединен с отрицательной клеммой источника питания.

    Кривая ВАХ (ВАХ) диода

    ВАХ диода, показывающая неидеальные характеристики: прямое напряжение В F и напряжение пробоя В BR

    Как и большинство компонентов схемы, настоящие диоды не вести себя идеально.При прямом смещении диод будет иметь значительную проводимость только при приложении определенного напряжения; это известно как пороговое значение или напряжение включения. Это одно из основных различий между идеальными и реальными диодами.

    Другое существенное неидеальное поведение диодов называется напряжением пробоя. Если к диоду приложить достаточно большое обратное смещение, он начнет пропускать ток от катода к аноду.

    Прямое напряжение, также известное как пороговое напряжение, также известное как напряжение включения

    Диоды будут нормально работать только при подаче минимального прямого напряжения.

    Это напряжение известно как прямое, пороговое или напряжение включения и чаще всего обозначается как V F . Пороговое напряжение соответствует напряжению, необходимому для проталкивания носителей заряда через обедненную область. Нажмите здесь, чтобы узнать об области истощения в PN-переходе.

    При очень низком напряжении диод может вообще не пропускать ток. При более высоких напряжениях, которые ниже порогового напряжения, диод проявляет значительное сопротивление, но при этом пропускает некоторый ток.Выше порогового напряжения сопротивление падает, и диод пропускает ток с небольшим падением напряжения на нем.

    Напряжение пробоя

    Диоды также демонстрируют неидеальное поведение при обратном смещении. Диод пропускает ток при обратном смещении, если на него подается достаточно большое отрицательное напряжение. Это явление называется пробоем при обратном смещении, а напряжение, при котором оно возникает, называется напряжением пробоя, V BR .

    В некоторых случаях это действительно так, а в других может означать выход из строя самого диода.

    При выборе правильного диода для цепи напряжение пробоя является одним из наиболее важных факторов. Необходимо рассчитать максимально возможное обратное смещение на диоде. Затем диод, который имеет более высокое напряжение пробоя, чем максимально возможное обратное смещение, используется в качестве основного параметра для выбора.

    Где и как используются диоды?

    Диоды выполняют множество функций и используются во многих различных типах схем. Диоды не подходят всем. Хотя все диоды имеют общую функциональность диода, различные типы диодов разработаны для конкретных применений.

    Одним из наиболее распространенных применений диодов является преобразование переменного тока в постоянный. Эффективная схема выпрямителя эффективно преобразует переменный ток в постоянный с минимальными потерями мощности.

    Диоды часто используются для защиты цепей, предотвращая протекание тока в неправильном направлении.

    Светоизлучающие диоды (СИД) обеспечивают выпрямляющую функцию диода, а также излучают свет. Это может быть полезно в качестве индикатора производительности или функциональности схемы или может быть основным назначением, как в случае со светодиодным освещением.Светодиоды также используются в большинстве современных телевизоров, в которых они обеспечивают освещение каждого пикселя.

    Типы твердотельных диодов

    Существует несколько различных типов твердотельных диодов, функции которых немного отличаются от функций обычных диодов с P-N переходом.

    Светоизлучающие диоды (СИД)

    Светодиоды или светоизлучающие диоды являются одним из наиболее распространенных электронных компонентов. Они функционируют как выпрямители, как обычные диоды, но также излучают свет, когда через них проходит ток.Излучаемый свет зависит конкретно от материалов и конструкции диода.

    Во всех диодах на основе PN-перехода происходит высвобождение энергии при рекомбинации электронов и дырок в центре перехода при приложении прямого смещения. Светодиоды используют это высвобождение энергии, разрабатывая диод так, чтобы энергия находилась в диапазоне частот видимого света.

    В отличие от ламп накаливания, они излучают свет только на определенных частотах.Это делает их чрезвычайно эффективными при преобразовании электрической энергии в свет, а также позволяет им работать при гораздо более низких температурах, чем у большинства традиционных источников света.

    Лазерные диоды (ЛД)

    Лазерные диоды составляют основу большинства коммерчески доступных лазеров, включая лазерные указки, обычно используемые на работе и дома.

    Лазерные диоды очень похожи на светодиоды с точки зрения их работы. Как и светодиоды, лазерные диоды генерируют свет за счет рекомбинации носителей на стыке.Однако лазерные диоды производят свет определенной частоты из-за явления, называемого вынужденным излучением, при котором один фотон света стимулирует излучение большего количества фотонов с той же точной частотой.

    Кроме того, свет, излучаемый ЛД, ограничивается, а затем фокусируется так, что получается единый коллимированный пучок света.

    Стабилитроны

    Стабилитроны предназначены для использования с обратным смещением. Они имеют тщательно подобранное напряжение пробоя, которое позволяет проходить току, если применяется достаточно высокое обратное смещение.Стабилитроны также рассчитаны на то, чтобы выдерживать это обратное смещение, не повреждаясь при этом.

    Фотодиоды

    Фотодиоды несколько отличаются от других диодов. В то время как большинство диодов сконструированы так, чтобы свет не попадал на соединение, фотодиоды используют энергию света для генерации тока. Вместо того, чтобы функционировать как тип выпрямителя, фотодиоды представляют собой датчики, которые поглощают свет, используя энергию света для рекомбинации носителей заряда на стыке.

    Фотогальванические солнечные элементы, пожалуй, самый распространенный пример фотодиода.

    Как выбрать диод

    Существует несколько полезных шагов для определения правильного диода для использования в цепи:

    1. Определите максимальное обратное смещение на диоде. Напряжение пробоя диода должно быть выше этой цифры.
    2. Рассчитайте максимальный прямой ток. Диод должен быть рассчитан как минимум на этот ток.
    3. Определите максимально допустимое падение напряжения на диоде.

    Используйте комбинацию этих параметров для определения характеристик используемого диода.

    модуль 5 — Полупроводники

    Урок 0 : Модуль 5 Введение

    Урок 1 : Введение в полупроводники

    Урок 2 : Полупроводниковая допинг

    Урок 3 : PN Урок

    Урок 4 : Diodes

    Урок 5: Светодиоды

    7

    Урок 6 : ZENER DIODES

    Урок 7 : Транзисторы

    Урок 8 : Биполярные перевозки транзисторов

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.