Диоды позволяют. Светодиоды: виды, устройство, принцип работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое светодиод и как он устроен. Какие бывают виды светодиодов. Как работает светодиод и на каком принципе основано его свечение. Где применяются светодиоды и каковы их преимущества.

Содержание

Что такое светодиод и как он устроен

Светодиод (LED — Light Emitting Diode) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Основные элементы конструкции светодиода:

Полупроводниковый кристалл с p-n переходом
Отражатель, фокусирующий свет
Корпус с контактными выводами
Линза для формирования светового пучка

Кристалл является главным элементом, в котором происходит преобразование электрической энергии в световую. Он изготавливается из полупроводниковых материалов, легированных для создания p-n перехода.

Виды светодиодов по конструкции и применению

Существует несколько основных типов светодиодов:

Индикаторные — маломощные, для световой индикации
Осветительные — мощные, для освещения
SMD-светодиоды — для поверхностного монтажа

COB-светодиоды — с множеством кристаллов на одной подложке
Светодиодные модули — готовые осветительные решения

По цвету свечения выделяют одноцветные, RGB и белые светодиоды. Белый свет получают с помощью люминофора или смешения цветов.

Принцип работы светодиода

Работа светодиода основана на явлении электролюминесценции. При протекании электрического тока через p-n переход происходит рекомбинация электронов и дырок, сопровождающаяся выделением энергии в виде фотонов света.

Основные этапы работы светодиода:

Подача прямого напряжения на p-n переход
Инжекция носителей заряда в активную область
Рекомбинация электронов и дырок
Излучение фотонов света
Вывод света через линзу

Цвет излучения определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Чем она больше, тем более коротковолновое излучение генерирует светодиод.

Преимущества и недостатки светодиодов

К основным достоинствам светодиодов относятся:

Высокая энергоэффективность (до 150 лм/Вт)
Длительный срок службы (до 100 000 часов)
Отсутствие ртути и других вредных веществ
Мгновенное включение без мерцания
Широкие возможности управления

Среди недостатков можно отметить:

Высокую стоимость качественных светодиодов
Необходимость стабилизации питания
Зависимость характеристик от температуры

Применение светодиодов в различных областях

Благодаря своим преимуществам светодиоды находят широкое применение:

Освещение жилых и общественных помещений
Декоративная и архитектурная подсветка
Автомобильные фары и сигнальные огни
Экраны и табло
Подсветка в электронных устройствах

Световые указатели и светофоры

В промышленности светодиоды применяются для освещения цехов, в сельском хозяйстве — для выращивания растений. Они также используются в медицинском оборудовании и системах связи.

Технологии производства светодиодов

Основные технологии изготовления светодиодов:

Эпитаксиальное выращивание полупроводниковых структур
Фотолитография для формирования контактов
Напыление люминофора для белых светодиодов
Корпусирование и монтаж кристаллов
Тестирование и сортировка готовых светодиодов

Постоянно ведутся работы по повышению эффективности, снижению стоимости и улучшению других характеристик светодиодов. Развиваются технологии квантовых точек и органических светодиодов (OLED).

Характеристики и параметры светодиодов

Основные характеристики светодиодов:

Световой поток (лм) — количество излучаемого света
Сила света (кд) — интенсивность света в заданном направлении
Цветовая температура (К) — характеристика оттенка белого света

Индекс цветопередачи (CRI) — качество передачи цветов
Угол излучения (градусы) — ширина светового пучка
Прямое напряжение (В) — рабочее напряжение светодиода
Прямой ток (мА) — рабочий ток через светодиод

Важными параметрами также являются срок службы, температурные характеристики и стабильность параметров во времени.

Перспективы развития светодиодных технологий

Основные направления развития светодиодов:

Повышение эффективности до теоретического предела (около 300 лм/Вт)
Улучшение качества света и цветопередачи
Снижение стоимости производства
Разработка новых материалов (квантовые точки, перовскиты)
Создание гибких и прозрачных светодиодов
Интеграция с системами управления и IoT

Ожидается, что в ближайшие годы светодиоды практически полностью вытеснят традиционные источники света во всех сферах применения. Это позволит значительно снизить энергопотребление систем освещения.

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и т.д.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей:

1 — Эпоксидная линза
2 — Проволочный контакт
3 — Отражатель
4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения)
5 и 6 — Электроды
7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла.
В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.
В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.

Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:

На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия

Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:

Преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости.
Материал с n-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности.
При подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу.
Заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток.
Процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения.
К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности

На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:

Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:

Двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
Тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
Тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.

По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:

DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек.
«пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся.
SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света.
COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:

Освещение.
С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают светодиоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики

Светодиоды характеризуются следующими параметрами:

Цветовая характеристика.
Длина волны.
Сила тока.
Напряжение (тип применяемого напряжения).
Яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд. ), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств светодиодов можно отметить:

Малое потребление электроэнергии.
Долгий срок службы, измеряемый 30-100 тысячами часов.
Высокая светоотдача. Светодиоды дают 10-250250 люменов светового потока на ватт мощности.
Нет ядовитых паров ртути.
Широкое применение.

Недостатки:

Низкие характеристики у некачественных светодиодов, созданных неизвестными производителями.
Сравнительно высокая цена качественных светодиодов.
Необходимость качественных источников питания.

Как работает светодиод: принцип работы

В переводе с английского сокращение LED дословно означает «диод, который излучает свет». Это полупроводниковое устройство, способное трансформировать электрический ток в световое излучение. Это простое приспособление, конструкция которого довольно сильно отличается от привычных нам изделий для освещения (лампы накаливания, разрядные, люминесцентные лампы и т. д.).

Как работает светодиод, будет интересно узнать каждому. Этот прибор не имеет изначально ненадежных хрупких элементов конструкции и стеклянной колбы (в отличие от других ламп). Стоимость диодов настолько мала, что ненамного отличается от батареек, которые служат их источником питания. Популярность подобных изделий объясняется рядом факторов, в том числе и их конструкцией.

История возникновения

Рассматривая вопрос, почему работают светодиоды, следует изучить историю их возникновения. Впервые подобное устройство было создано в 1962 г. ученым Н. Холоньяком. Это был монохромный диод красного свечения. Он имел ряд недостатков, но сама технология была признана перспективной.

Спустя 10 лет после создания красного диода появились зеленые и желтые разновидности. Их применяли в качестве индикаторов во многих электронных приборах. Интенсивность светового потока диодов благодаря научным разработкам постоянно возрастала. В 90-х годах был создан осветитель с эффективностью потока 1 люмен.

В 1993 году С. Накамура создал первый синий диод, который характеризовался высокой яркостью. С этого момента стало возможным создавать любой цвет спектра (в том числе белый). Технологии неустанно развивались.

При соединении синего и ультрафиолетового типа диодов получается белый люминофорный осветитель. Они стали постепенно вытеснять лампы накаливания. К 2005 году выпускались диоды с мощностью светового потока до 100 лм и даже выше. Стали изготавливать белые осветительные приборы с разными оттенками (теплые, холодные).

Устройство светодиода

Чтобы понять, как работает точечный светодиод, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Этот осветительный прибор, по мнению представителей Ассоциации развития оптоэлектронной индустрии и департамента энергетики, в скором времени станет самым востребованным источником освещения в обычных домах, офисах, учреждениях.

Светодиод имеет основой полупроводниковый кристалл. Он пропускает электрический ток только в одну сторону. Кристалл расположен на особой подложке. Она не проводит ток. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий. Он имеет выходы в виде контактов, а также оптическую систему.

Чтобы повысить продолжительность эксплуатации прибора, пространство между пластиковой линзой и самим кристаллом заполнили прозрачным силиконовым компонентом. Чтобы отводить избыточное тепло, применяется алюминиевая основа. Это обычное устройство современного диода. При работе он выделяет относительно небольшое количество теплоты. Это также является преимуществом прибора.

Принцип работы

Рассматривая, как работает светодиод, необходимо вникнуть в основной принцип работы подобных устройств. Прибор представленного типа имеет один электронно-дырчатый переход. Это связано с разным принципом проводимости компонентов осветителя. Один полупроводник имеет излишек электронов, а другой – излишек дырок.

При помощи процесса легирования дырчатый материал обогащается носителями отрицательного заряда. Если в месте обогащения полупроводников противоположными зарядами приложить ток, получится прямое смещение. Через переход этих двух материалов побежит электричество.

При этом в корпусе диода происходит сплавление носителей зарядов с различным электрическим статусом. Когда дырки и электроны сталкиваются, выделяется определенное количество энергии. Это квант светового потока. Его называют фотоном.

Цвет светодиода

При создании диодов применяются различные полупроводниковые материалы. Это определяет цвет, который испускает при работе представленное устройство. Разные материалы способны посылать в пространство волны разной длины. Это позволяет человеческому глазу увидеть тот или иной цвет видимого спектра.

Изучая вопрос, как работает светодиод, следует рассмотреть материалы полупроводников. Раньше в подобных целях применялись фосфид галлия, тройные соединения GaAsP, AlGaAs. При этом прибор мог посылать в пространство красный, желто-зеленый световой поток.

Представленная технология ныне применяется только для индикаторных устройств. Сегодня для таких изделий используют алюминий индий-галлий (AllnGaP) и индий-нитрид галлия (InGaN). Они выдерживают довольно высокий уровень проходящего тока, высокие показатели влажности и нагрева. Возможна комбинация светодиодов разных типов.

Смешение цветов

Современные диодные ленты могут выдавать разные оттенки светового потока. Один прибор может производить монотонный цвет. При создании многокристального устройства возможно получить огромное количество различных оттенков. Подобно монитору телевизора или компьютера, диод может создать любой цвет при помощи модели RGB (расшифровывается как красный, зеленый, синий).

Это простой принцип, позволяющий понять, как работают RGB-светодиоды. При помощи этой технологии можно создавать и белое освещение. Для этого все три цвета смешиваются в равной пропорции.

Однако, помимо представленной технологии, можно получить белое свечение при соединении диода коротковолнового излучения (ультрафиолетовый, синий) вместе с желтым покрытием люминофорного типа. При комбинации фотонов желтого и синего цвета в итоге получается белое свечение.

Производство

Чтобы понять, от скольких вольт работают светодиоды, необходимо рассмотреть производство этих устройств. В первую очередь следует отметить, что приборы с матрицей типа RGB стоят дороже, чем люминоформы. Причем последние позволяют добиться освещения высокого качества.

Недостатком люминофоров является меньшая светоотдача, а также различная окраска (температура) потока. Это устройство стареет быстрее, чем светодиод. Поэтому в продажу поступают осветительные приборы обоих принципов работы. Для создания индикаторов производятся диоды с потреблением 2-4 В напряжения постоянного типа (при токе 50 мА).

Для создания полноценного освещения необходимы устройства с таким же потреблением напряжения, но более высоким уровнем тока — до 1 А. Если в одном модуле диоды подключить последовательно, суммарное напряжение будет достигать 12 или 24 В.

Усиление яркости

Рассматривая вопрос, от какого напряжения работают светодиоды, следует сказать о повышении яркости представленных устройств. Мощность таких приборов достигает 60 мВт. Если подобные диоды установить в средний по габаритам корпус, световых элементов потребуется установить 15-20 шт.

Диоды с усиленной яркостью свечения могут нести в себе мощность до 240 Вт. Чтобы обеспечить нормальную подсветку, подобных элементов потребуется 4-8 шт. В продаже представлены устройства, способные полноценно освещать помещения, наружную рекламу, витрины и т. д. Некоторые ленты создаются для выполнения подсветки средней или малой интенсивности.

Для подключения представленного оборудования применяют блоки управления соответствующей мощности. Для цветных лент возможно применять контроллеры, управляющие не только интенсивностью освещения, но и задающие оттенки и режимы работы устройства.

Управление свечением

Существует огромное количество вариантов представленного оборудования. Есть светодиоды, работающие от батареек (например, в фонариках), запитанные в стационарную сеть. Их применяют как для внутренней, так и внешней работы. В зависимости от условий применения подбирается соответствующий класс защиты диода.

Чтобы отрегулировать яркость свечения, напряжение питания не снижают. Для уменьшения интенсивности свечения применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В этом случае приобретается блок управления.

Представленный метод заключается в подаче на диод импульсно-модулированного тока. Частота сигнала при этом достигает тысяч герц. Может изменяться ширина импульсов и интервалов пауз. При этом можно управлять свечением прибора. Диод в этом случае не погаснет.

Долговечность

Диоды считаются долговечными устройствами. Это объясняется их конструкцией. Однако если не работают светодиоды на лампе, возможно, срок их эксплуатации вышел. Это можно определить по насыщенности свечения и изменению цвета.

Также специалисты отмечают, что срок эксплуатации маломощных устройств гораздо продолжительнее. Но даже в самых ярких лентах или лампах диоды гарантированно работают 20-50 тыс. часов. Так как они не имеют хрупких элементов конструкции, механические воздействия с большей вероятностью не нанесут вреда подобным осветителям.

Изучив, как работает светодиод, можно понять принцип устройства этого прибора, а также его эксплуатационные характеристики. Это оборудование считается осветителями будущего поколения.

Читать Электроника в вопросах и ответах онлайн (полностью и бесплатно) страница 13

Рис. 3.4.р-n переход, смещенный в прямом (а) и обратном (б) направлениях

Независимо от движения основных носителей в р-n переходе существует также перемещение неосновных носителей в противоположном направлении. Ток, протекающий в цепи в результате движения неосновных носителей заряда, называют обратным током (или тепловым). При смещении в проводящем направлении диффузионный ток значительно больше, чем обратный.

При подключении источника противоположной полярности (рис. 3.4, б) переход смещается в обратном направлении. В этом случае дырки, находящиеся в области n

-типа, движутся в направлении отрицательного полюса батареи через полупроводник p-типа, а электроны из полупроводника р-типа — в направлении положительного полюса батареи через полупроводник n-типа. Это движение неосновных носителей. Такое смещение вызывает расширение запирающего слоя и повышение потенциального барьера для основных носителей.

При такой ситуации протекание основных носителей становится полностью невозможным, и во внешней цепи протекает лишь относительно малый обратный ток.

Каковы свойства плоскостного диода?

Свойства плоскостного (полупроводникового) диода определяются явлениями, происходящими в р-n переходе. На рис. 3.5 показана характеристика типичного плоскостного диода, представляющая зависимость постоянного тока, протекающего через диод, от постоянного напряжения, подводимого к диоду. Для малых напряжений в проводящем направлении ток равен нулю. Когда напряжение таково, что преодолевается потенциальный барьер в переходе, ток начинает возрастать, сначала незначительно, а затем почти линейно.

Напряжение, необходимое для преодоления потенциального барьера (пороговое значение), составляет около 0,2 для германиевых и 0,7 Б для кремниевых диодов. При отрицательных напряжениях, смещающих диод в обратном направлении, существует относительно небольшой обратный ток, возрастающий с ростом температуры. Этот рост особенно велик для кремниевых диодов, однако обратный ток для германиевых диодов значительно больше. Обратные токи для типовых плоскостных диодов лежат обычно в пределах от микроампер до пикоампер, в то же время токи, протекающие в прямом направлении при напряжении, не превышающем нескольких вольт, составляют от нескольких миллиампер до нескольких ампер.

Рис. 3.5.Вольт-амперная характеристика плоскостного диода

Кроме вольт-амперной характеристики параметры диода определяют также указанием сопротивления в рабочей точке. Сопротивление диода в очень большой степени зависит от выбора рабочей точки, поскольку в общем зависимость тока от напряжения нелинейна.

Сопротивление полупроводникового диода в прямом направлении обычно лежит в интервале от нескольких десятков до нескольких ом, а в обратном направлении достигает нескольких сотен килоом и более.

Сопротивление диода в рабочей точке называется статическим сопротивлением или сопротивлением по постоянному току и определяется как отношение напряжения на аноде диода к току, протекающему через диод в этой точке, Rст = U/I. Во многих применениях, например при подведении переменного напряжения к диоду, работающему в определенной рабочей точке, важно определить сопротивление диода, указывающее ход характеристики вблизи рабочей точки. В связи с этим вводится понятие динамического сопротивления (или дифференциального), определяемого наклоном касательной к характеристике диода в рабочей точке. Наклон определяется как отношение приращений напряжения и тока вблизи этой точки.

Что такое точечный диод?

Это полупроводниковый диод, в котором вместо плоской конструкции используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника типа n или р, образующей один электрод, и металлического проводника в виде острия, являющегося другим электродом. При сплавлении острия с пластинкой образуется микропереход. Характеристика точечного диода представлена на рис. 3.6. По сравнению с плоскостным диодом падение напряжения на точечном диоде в прямом направлении очень мало (малое сопротивление).

Ток в обратном направлении значительно меняется в зависимости от напряжения. Точечные диоды обладают малой межэлектродной емкостью и часто используются для выпрямления малых токов высокой частоты.

Рис 3.6.Вольт-амперная характеристика точечного диода

Что такое диод Шотки?

Это плоскостной полупроводниковый диод с переходом металл-полупроводник вместо р-n перехода. Проводимость диода основывается на протекании основных носителей в отличие от р-n переходов, в которых ток в проводящем направлении возникает в связи с движением неосновных носителей заряда. При использовании полупроводника n-типа основными носителями являются электроны, протекающие в слой металла. По сравнению с точечным диодом диод Шотки (рис. 3.7) имеет более крутую характеристику в области малых напряжений в прямом направлении, значительно меньший обратный ток, меньший разброс параметров, большую надежность и высокую устойчивость к ударам, а также меньшее сопротивление в прямом направлении, но несколько большую паразитную емкость.

Кроме того, диод Шотки обладает малой инерционностью, что делает его пригодным для работы в качестве переключателя и в диапазоне высоких частот. Малая инерционность является следствием того, что накопленный в переходе металл — полупроводник заряд очень мал по сравнению с зарядом, который накапливается n плоскостном диоде с р-n переходом в режиме проводимости.

Диоды Шотки часто применяют в детекторах и смесителях в диапазоне частот вплоть до 2000 ГГц.

Рис. 3.7. Вольт-амперные характеристики диода Шотки (кривая 1) и точечного диода (кривая 2)

Какая разница в свойствах плоскостного и точечного диодов?

Разница в свойствах германиевых и кремниевых плоскостных диодов и точечных диодов непосредственно вытекает из сравнения вида типичных вольт-амперных характеристик, приведенных на рис. 3.8.

Рис. 3.8.Типичные вольт-амперные характеристики германиевого (кривая 1) и кремниевого (кривая 2) плоскостных диодов, а также точечного диода (кривая 3)

Что такое идеальный диод?

Идеальным диодом называют обычно диод с характеристикой, представленной на рис. 3.9. Резкий излом характеристики, состоящей из двух прямых отрезков, наблюдается при напряжении, равном нулю. С точки зрения эквивалентной схемы такой диод представляется нулевым сопротивлением в прямом направлении и бесконечно большим сопротивлением в обратном направлении. В некоторых применениях, например при детектировании, почти идеальным считается диод с прямолинейной характеристикой, представленной пунктирной линией на рис. 3.9.

Рас. 3.9. Вольт-амперная характеристика идеального диода

Такой диод при работе в прямом направлении аналогичен постоянному сопротивлению малого значения. В эквивалентной схеме идеального диода отсутствуют паразитные емкость и индуктивность, поэтому работа такого диода не зависит от частоты.

Характеристики реальных диодов (см. рис. 3.8) отличаются от характеристики идеального диода. Они обладают большой нелинейностью и большим изменением сопротивления, особенно в диапазоне малых напряжений в прямом направлении, и не имеют резкого излома характеристики при нулевом напряжении.

Кроме того, в эквивалентной схеме реального диода следует учесть емкость между электродами, а для более высоких частот и паразитную индуктивность. В некоторых применениях существенна также инерционность диода в процессе переключения из прямого на обратное направление.

Свойства реального диода зависят не только от конструкции, но и от материала полупроводника. Лучшие свойства имеют диоды, у которых в качестве полупроводника применен кремний. При одной и той же конструкции кремниевые диоды отличаются меньшим обратным током, большим обратным напряжением, большей крутизной характеристики в прямом направлении и, что особенно существенно, большей допустимой температурой перехода (примерно до 170 °C), что позволяет работать при большей рассеиваемой мощности.

Введение в электронику. Диоды

Серия статей известного автора множества радиолюбительских публикаций Дригалкина В.В. для начинающих радиолюбителей

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Диоды

Данный элемент пропускает ток только в одном направлении. У диода два вывода: анод и катод. Если подключить к нему батарею полюсами: плюс – к аноду, минус – к катоду, в направлении от анода к катоду потечет ток. Сопротивление диода в этом направлении небольшое. Если же попробовать изменить полюса батарей, то есть включить диод “наоборот”, то ток через диод не пойдет. В этом направлении диод имеет большое сопротивление. Таким образом, проводимость диода сильно зависит от полярности приложенного напряжения. А это позволяет производить выпрямление переменного тока, детектировать1 сигналы и т.п.

Разновидностей диодов существует несколько. Самый используемый в любых конструкциях – полупроводниковый. Вернее это название классификации, которая включает несколько классов диодов, среди них, в частности, –

выпрямительные, импульсные, стабилитроны.

Выпрямительный полупроводниковый диод предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Они используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т.д.

Диодный мост – определенная последовательность соединения четырех выпрямительных диодов, предназначенная для преобразования (“выпрямления”) переменного тока в пульсирующий постоянный. Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, или в виде монолитной диодной сборки (см. Рис. 16,ж). Преимуществом такой сборки является простота монтирования на плате. Используется в блоках питания.

Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов.

Детектирование (от лат. detectio – открытие, обнаружение) – преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Применяется в радиоприёмных устройствах для выделения колебаний звуковой частоты, в телевидении – сигналов изображения и т.д

Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды обладают минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Импульсные диоды применяются в качестве ключевых элементов в схеме при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросекунды и доли микросекунд) .

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольтамперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это позволяет использовать его в усилителях, генераторах синусоидальных и релаксационных колебаний, переключающих схемах. Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении значительно больше, чем при прямом вследствие туннельного эффекта. Большой обратный ток и нелинейность вблизи нулевой точки позволяют использовать такие туннельные диоды в качестве пассивного элемента радиотехнических устройств, детекторов и смесителей для работы при малом сигнале и как ключевые устройства для импульсных сигналов малой амплитуды.

Стабилитроны предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через диод тока, они подразделяются на маломощные и средней мощности с допустимой мощностью рассеивания до 0,3 Вт и от 0,3 до 5 Вт соответственно. Эти полупроводниковые приборы имеют два вывода: анод и катод. В прямом направлении (от анода к катоду) стабилитрон работает как диод, свободно пропуская ток. А в обратном направлении он сначала не пропускает ток (как и диод), а при увеличении подаваемого на него напряжения вдруг “пробивается ” и начинает пропускать ток. Напряжение “пробоя” называют напряжением
стабилизации. Она будет оставаться неизменной даже при значительном увеличении входного напряжения. Благодаря этому свойству стабилитрон применяется во всех случаях, если надо получить стабильное напряжение питания какого-либо устройства при колебаниях, например сетевого напряжения. Этот прибор ранее был очень популярен в блоках питания.

Подобно стабилитрону работает стабистор. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации , которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов. Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Варикап – полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения, предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Заметим, что у всех диодов по мере увеличения обратного напряжения емкость перехода уменьшается. Отличительная особенность варикапов состоит в том, что эта зависимость выражена более ярко — емкость может изменяться в 3—5 раз. Основными параметрами варикапов являются величина номинальной емкости и напряжения смещения (постоянное обратное напряжение, при котором емкость перехода равна номинальной
емкости) . Они используются в приемниках, генераторах и других радиоустройствах в качестве конденсатора переменной емкости.

Схемотехническое изображение диода (см. Рис. 1 справа) наглядно передает его проводимость: треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости . Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод. По другому обстоят дела с диодным мостом. Правильнее будет сказать, что он имеет вход и выход. Первый обозначен на схеме знаком(и) “~”, второй – “+” и “-“. На вход подается переменный ток, а на выходе получаем ток строго одной полярности.

В зависимости от использованного полупроводникового материала различают диоды германиевые, кремниевые и арсенид-галиевые. Германиевые диоды применяют в основном для детектирования слабых высокочастотных сигналов, а для выпрямителей используют кремниевые диоды.

Перейти к следующей статье: Транзисторы

диодов | Клуб Электроники

Диоды | Клуб электроники

Сигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Стабилитрон

Смотрите также: светодиоды | Блоки питания

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа схемы показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — электрическая версия вентиль и первые диоды на самом деле назывались вентилями.

Типы диодов

Обычные диоды можно разделить на два типа:

Дополнительно есть:

Подключение и пайка

Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или — для катода (да, это действительно k, а не c, для катода!).Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом, вам может потребоваться ручная линза, чтобы прочитать его.

Сигнальные диоды могут быть повреждены нагревом при пайке, но риск невелик, если только вы используете германиевый диод (коды начинаются OA …), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим «крокодил»), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.

Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.

Испытательные диоды

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер проект (батарея, резистор и светодиод), чтобы проверить, что диод проводит только в одном направлении.

Лампа может использоваться для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод.

Падение прямого напряжения

Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как человек. толкая дверь пружиной.Это означает, что есть небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства кремниевых диодов оно составляет около 0,7 В.

Прямое падение напряжения на диоде практически постоянно, независимо от тока, протекающего через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (вольт-амперный график).

обратное напряжение

При приложении обратного напряжения проводит не идеальный диод, а настоящие диоды утечка очень небольшого тока (обычно несколько мкА).Это можно игнорировать в большинстве схем. потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В и более), и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и будет пропускать большой ток в обратном направлении, это называется поломка .

Диоды сигнальные (малоточные)

Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуются только для пропускания небольших токов до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Rapid Electronics: 1N4148

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает Их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. Сейчас они используются редко, и их может быть трудно найти.

Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются под воздействием тепла при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при приложении обратного напряжения.

Защитные диоды для реле

Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и ИС от кратковременного высокого напряжения, возникающего, когда катушка реле выключен. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле «наоборот».

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле гаснет быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и ИС.

Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC) этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

Rapid Electronics: 1N4001

Диод	Максимум Ток	Максимум Обратное Напряжение
1N4001	1A	50V
1N4002	1A	100V
1N4007
1N5401	3A	100V
1N5408	3A	1000V

Книги по комплектующим:

Мостовые выпрямители

Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный. Мостовой выпрямитель — один из них, и он доступен в специальных пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители рассчитаны на максимальный ток и максимальное обратное напряжение. У них есть четыре вывода или клеммы: два выхода постоянного тока помечены + и -, два входа переменного тока помечены .

На схеме показана работа мостового выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный. Обратите внимание, как проводят чередующиеся пары диодов.

Rapid Electronics: мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители различных типов

Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору

Фотографии © Rapid Electronics

Стабилитроны

Стабилитроны используются для поддержания постоянного напряжения.Они рассчитаны на «поломку» в надежных и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном порядке для поддержания фиксированного напряжения на их выводах.

Стабилитроны

можно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя. которые напечатаны на них. Коды стабилитронов начинаются BZX … или BZY … Их напряжение пробоя обычно печатается с буквой V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.

a = анод, k = катод

Rapid Electronics: стабилитроны

На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.

Стабилитроны

имеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны номиналы мощности 400 мВт и 1,3 Вт.

Для получения дополнительной информации см. Страницу источников питания.

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Веб-сайт размещен на Tsohost

Темы по применению диодов [Analog Devices Wiki]

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

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

7.1 Полупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором или пиковым детектором

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

Рисунок 7.1.1 Простой пиковый детектор

Когда диод направлен, как показано на рисунке 7.1.1, схема обнаруживает положительные пики. Если направление диода было изменено на противоположное, схема обнаружит отрицательные пики на входе. Выходной сигнал простого пикового детектора на самом деле не является истинным пиковым значением входа из-за присущего встроенному падению напряжения диода.За счет включения операционного усилителя, как показано на рисунке 7. 1.2, ошибка из-за падения напряжения на диодах значительно уменьшается за счет прямого усиления операционного усилителя.

Рисунок 7.1.2 Прецессионный однополупериодный выпрямитель или пиковый детектор

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

7.2 схемы абсолютного значения

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

7.2. 1 Прецизионный однополупериодный выпрямитель

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

Рисунок 7.2.1 Схема прецизионного однополупериодного выпрямителя.

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

Рисунок 7.2.2 Моделирование прецизионного полуволнового выпрямителя.

Пример применения: измерение пикового значения переменного напряжения

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

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

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

7.2.2 Прецизионный двухполупериодный выпрямитель

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

Рисунок 7.2.4 Схема абсолютного значения.

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

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

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

Рисунок 7.2.5 Моделирование двухполупериодного выпрямителя.

ADALM1000 Лабораторная деятельность, прецизионные выпрямители, схемы абсолютных значений

7. 3 Детектор конвертов

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

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

Рисунок 7.3.1 Детектор конверта

Рисунок 7.3.2 Формы сигналов на входе и выходе детектора огибающей

У простого диодного детектора огибающей есть несколько недостатков:

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

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

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

7.4 диодных зажима

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

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

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

Рисунок 7.4.1 Формы сигналов на входе и выходе фиксатора постоянного тока

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

Рисунок 7.4.2 Схема восстановления диодного постоянного тока

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

Схема зажима операционного усилителя

Схема на рисунке 7. 4.3 включает схему фиксации операционного усилителя с ненулевым опорным напряжением фиксации. Усиления разомкнутого контура очень большие операционный усилитель обеспечивает то преимущество, что зажимной уровень находится на очень почти опорном напряжении.Там нет необходимости принимать во внимание прямого падения вольтовую диода (который необходим в предыдущих простых схемах, как это добавляет к опорному напряжению). Влияние падения напряжения на диоде на выход схемы будет уменьшено коэффициентом усиления разомкнутого контура усилителя, что приведет к незначительной ошибке.

Рисунок 7.4.3 Схема прецизионных зажимов операционного усилителя

7.5 Диодные клипсаторы / ограничители

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

Рисунок 7.5.1 Характеристика отсечки напряжения

Рисунок 7.5.2 Формы сигналов ограничителя

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

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

Рисунок 7.5.3 Схема параллельного или параллельного ограничителя

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

Рисунок 7.5.4 Схема последовательного ограничителя

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

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

7.6 Регулируемый аттенюатор, управляемый напряжением

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

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

Рисунок 7.6.1 Регулируемый аттенюатор, управляемый напряжением

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

Где:
n — масштабный коэффициент площади (размера) диода
V _T — тепловое напряжение
I _D — ток диода
k — постоянная Больцмана
q — заряд электрона
T — абсолютная температура

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

7.7 Логарифмические выходные усилители

Рисунок 7.7.1 Логарифмический усилитель

Соотношение между входным напряжением В _в и выходным напряжением В _{на выходе} определяется следующим образом:

где I _S — ток насыщения, а V _T — тепловое напряжение.

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

где I _D — ток через диод.

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

Это уравнение, когда напряжение В _D больше нуля, можно аппроксимировать следующим образом:

Сложив эти две формулы вместе и учитывая, что выходное напряжение является отрицательной величиной напряжения на диоде ( В, , _{на выходе,} = — В, , _D,), логарифмическое соотношение между выходом и входом верно.

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

Чтобы проиллюстрировать характеристики входного и выходного напряжения диодного логарифмического усилителя, была смоделирована схема на рисунке 7.7.1 с R, установленным на 1 кОм, и диодом 1N4148. Результаты представлены на рисунке 7. 7.2. Нижняя зеленая кривая представляет собой линейную развертку В _IN от 0 до 5 В.Таким образом, с резистором 1 кОм ток через диод изменяется от 0 до 5 мА . Верхняя синяя кривая показывает характерную логарифмическую форму, которую мы ожидаем.

Рисунок 7.7.2 Моделирование логарифма усилителя

7.8 Усилители экспоненциального (антилогарифмического) выхода

Рисунок 7.8.1 Антилогарифмический усилитель

где I _S — ток насыщения, а V _T — тепловое напряжение.

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

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

Выходное напряжение определяется как:

Для иллюстрации характеристик входного напряжения и выходного напряжения диодного антилогарифмического усилителя приведена схема на рисунке 7. 8.1 был смоделирован с R, установленным на 1 кОм, и диодом 1N4148. Результаты представлены на рисунке 7.8.2. Нижняя зеленая кривая представляет собой линейную развертку В _IN от 0 до 660 мВ . Используя тот же диод, который мы использовали в разделе 7.7 для логарифмических ампер, мы знаем, что 660 мВ даст ток 1 мА через диод, и с тем же самым выходным напряжением резистора 1 кОм будет 5 В. Верхняя синяя кривая показывает характерную экспоненциальную форму, которую мы ожидаем.

Рисунок 7.8.2 Имитация антилогарифмического усиления

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

зажимные диоды и их применение

зажимные диоды и их применение

Практически в любой схеме вы обязательно найдете диоды. Какими бы простыми они ни были, эти устройства выполняют важные функции, которые могут быть разницей между функционированием схемы должным образом или отказом.Природа диодов придает им большое значение. Они изготовлены из легированных полупроводников кремния или германия, и уровень легирования имеет значение для их конечного применения.

Диоды проводят ток в одном направлении с соответствующим падением напряжения. Эта характеристика находит применение при выпрямлении сигналов. Кроме того, существует минимальное пороговое напряжение, необходимое в прямом направлении, прежде чем ток начнет течь через диод.

ВАХ обычного диода

Напряжение, необходимое для протекания тока в прямом направлении, зависит от типа полупроводникового материала, используемого для его конструкции — около 0.6-0,8В для кремниевого диода. Если на его выводы подается положительное напряжение менее 0,6 (положительный вывод, анод находится под более высоким напряжением, чем отрицательный катод), ток через кремниевый диод не протекает.

Когда приложенное напряжение эквивалентно пороговому значению, ток начинает течь в положительном направлении. За пределами порогового значения небольшое увеличение напряжения приводит к более значительному увеличению протекающего тока. Эта экспоненциальная рабочая область диода используется в силовых приложениях.

Если на диод подается отрицательное напряжение (катод находится под более высоким напряжением, чем анод), происходит аналогичный сценарий — за исключением того, что здесь мы имеем дело с отрицательными токами. Напряжение пробоя — это обратное напряжение, при превышении которого ток через диод значительно возрастает при небольшом увеличении напряжения. Для обычных диодов цель — работать вдали от напряжения пробоя. Однако напряжение пробоя — это свойство специализированных диодов, используемых для защиты схем от перенапряжения.

Различные применения диодов

Существует много видов диодов с широким набором функций.

Несколько распространенных приложений:

Выпрямление переменного напряжения в постоянное
Управление величиной сигнала / формы волны
Изоляция сигналов от входа
Смешивание сигналов
Защита от обратного тока
Защита от скачков напряжения

Сегодня мы поговорим о диодах, используемых в качестве фиксаторов (фиксирующих диодов).В самом простом смысле схема ограничивающего диода состоит из диода, конденсатора и резистора для ограничения выходного напряжения в заданном диапазоне. Диод подключается параллельно нагрузке. Эти схемы часто используются при работе с чувствительными входами для предотвращения повреждения статическим разрядом, например, логических схем КМОП.

Цепь зажима (цепь зажима, фиксатор, устройство восстановления постоянного тока, переключатель уровня переменного тока, фиксирующий диод)

В схеме диод проводит ток только в одном направлении и ограничивает сигнал опорным напряжением. Форма выходного сигнала точно повторяет форму входного сигнала, за исключением того, что один край ограничен нулевым напряжением или напряжением смещения.

Конденсатор обеспечивает постоянный ток от накопленного заряда. Резистивная нагрузка вместе с конденсатором определяют величину постоянной времени (RC), гарантируя, что конденсатор не разряжает чрезмерно напряжение, когда диод не проводит ток. RC определяет диапазон частот, в котором схема будет эффективной.

Рабочие категории зажимных цепей

Поведение схемы фиксации зависит от выходного сигнала, который они выдают.Категории операций могут быть положительными или отрицательными, а также предвзятыми или беспристрастными.

Цепь положительного ограничивающего диода несмещенная

Схема ограничения фиксирует нижний предел напряжения равным нулю, то есть начало сигнала равно 0 В. Схема ограничения положительного напряжения блокирует входной сигнал, когда диод смещен в прямом направлении. Во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока диод смещен в прямом направлении и пропускает через него электрический ток. Нет выходного сигнала. Протекающий ток заряжает конденсатор до максимального значения входного сигнала.Конденсатор заряжается в обратной полярности со входом.

Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диод имеет обратное смещение и не пропускает электрический ток через него. Конденсатор разряжается, и выходное напряжение является суммой входного напряжения и напряжения, разряженного конденсатором. Следовательно, сигнал смещается вверх.

Положительная цепь ограничивающего диода с положительным смещением

Для сдвига уровня сигнала постоянного тока используется схема ограничения смещения.Источник постоянного напряжения (например, аккумулятор постоянного тока) является дополнительным компонентом в этой цепи.

Во время положительного полупериода сигнала переменного тока напряжение аккумулятора смещает диод в прямом направлении, в то время как входное напряжение меньше напряжения аккумулятора. Ток течет и заряжает конденсатор. Когда входное напряжение превышает напряжение батареи, диод становится смещенным в обратном направлении и перестает пропускать через него ток. Выходное напряжение представляет собой сумму входного напряжения, напряжения, разряженного конденсатором, и положительного напряжения смещения из-за батареи.Выходной сигнал смещается вверх с ненулевым пусковым напряжением.

Во время отрицательного полупериода напряжение входного сигнала и напряжение аккумулятора смещают диод в прямом направлении. Диод пропускает через него электрический ток, и конденсатор заряжается.

Положительная цепь ограничивающего диода с отрицательным смещением

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока напряжение аккумулятора смещает диод в обратном направлении, в то время как входное напряжение меньше напряжения аккумулятора.В диоде нет тока, и сигнал появляется на выходе. Когда входное напряжение превышает напряжение батареи, диод смещается в прямом направлении, позволяя току течь через него, который заряжает конденсатор. Выходной сигнал не появляется.

Во время положительного полупериода как напряжение входного сигнала, так и напряжение аккумулятора смещают диод в обратном направлении. На выходе появляется сигнал. Выходное напряжение представляет собой сумму входного напряжения, напряжения, разряженного конденсатором, и отрицательного напряжения смещения из-за батареи.Выходной сигнал смещается вверх с ненулевым пусковым напряжением.

Работа схемы отрицательного ограничения аналогична и может быть выведена из обсуждения выше.

Диоды (фиксирующие диоды) для защиты от высокого напряжения

В неформальном смысле ограничивающие диоды относятся к диодам, используемым в качестве фиксаторов напряжения для защиты чувствительных компонентов от переходных процессов и перенапряжений. Переходные процессы — это резкие всплески напряжения продолжительностью от 10 до 100 микросекунд, которые могут возникать из-за ударов молнии, переключения индуктивной нагрузки и электростатического разряда.Их происхождение и величину нелегко предсказать, и они не всегда начинаются с нулевого напряжения.

Специализированные ограничивающие диоды были разработаны для обработки таких больших скачков напряжения и энергии. Это устройства подавления переходных процессов, устанавливаемые параллельно нагрузке, которую они должны защищать. Они работают, отводя переходные процессы от нагрузки и ограничивая остаточное напряжение.

Выбор лучшего устройства подавления переходных процессов требует изучения компромисса между допустимой нагрузкой на ток, током утечки, режимом отказа, выбросом напряжения, емкостью, возможностью поверхностного монтажа, физическим размером и ценой.

TVS-диоды для защиты чувствительных цепей

Эти ограничивающие напряжение диоды реагируют быстрее, чем многие другие классы устройств подавления переходных процессов, и доступны в различных корпусах для поверхностного монтажа. TVS-диоды имеют p-n-переходы с большей площадью поперечного сечения, чем обычные диоды.

При нормальной работе диод TVS невидим для схемы. При наличии переходного напряжения они ограничивают напряжение на защищаемой нагрузке до заданного уровня без повреждения.Эффект лавинного пробоя делает это возможным, в результате чего диод, который ранее не проводил электричество (кроме тока утечки), начинает проводить, и всплеск напряжения приводит к выбиванию электронов в микроструктуру диода. Свободные и энергичные электроны, в свою очередь, выбивают другие электроны, создавая лавину. По окончании переходного процесса диод TVS возвращается в нормальное состояние.

Диоды

TVS могут выдерживать киловатты мощности из-за переходных процессов и являются полезными устройствами защиты в общей электронике и телекоммуникационных устройствах.Они также используются для защиты входных сигналов от электростатических разрядов, например, портов USB.

Другой ограничивающий диод, который функционирует как устройство подавления переходных процессов, — это металлооксидный варистор. Ниже приводится их сравнение:

TVS диоды

Зажим при пониженном напряжении
Не деградировать со временем
Имеют низкую емкость, подходят везде, где чувствительность сигнала имеет высокий приоритет, например, порты USB
Дороже

Варисторы (MOV)

Напряжение зажима выше
Со временем деградируют даже при использовании в соответствии со спецификацией и становятся более проводящими
Более эффективен для защиты цепей, требующих высокой емкости
Имеют большую толерантность к высокой энергии / температурам, используемым в средах с высоким напряжением, например.г., электросеть
Более экономичная

Как работают диоды Шоттки | ОРЕЛ

Как и другие диоды, диод Шоттки регулирует направление тока в цепи. Эти устройства действуют как улица с односторонним движением в мире электроники, позволяя току проходить только от анода к катоду. Однако, в отличие от стандартных диодов, диод Шоттки известен своим низким прямым напряжением и возможностью быстрого переключения.Это делает их идеальным выбором для радиочастотных приложений и любых устройств с низким напряжением. Диод Шоттки имеет множество применений, в том числе:

Выпрямитель мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в приложениях с большой мощностью благодаря низкому прямому падению напряжения. Эти диоды потребляют меньше энергии и могут уменьшить размер радиатора.

Несколько источников питания. Диоды Шоттки также могут помочь разделить питание в схеме с двумя источниками питания, например, с сетью и батареей.

Солнечные элементы. Диоды Шоттки могут помочь максимизировать эффективность солнечных элементов благодаря низкому прямому падению напряжения. Они также помогают защитить ячейку от обратных зарядов.

Зажим. Диоды Шоттки также можно использовать в качестве фиксаторов в транзисторных схемах, например, в логических схемах 74LS или 74S.

( Источник изображения )

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из основных преимуществ использования диода Шоттки перед обычным диодом является их низкое прямое падение напряжения.Это позволяет диоду Шоттки потреблять меньше напряжения, чем стандартному диоду, используя только 0,3-0,4 В на его переходах. На приведенном ниже графике вы можете видеть, что прямое падение напряжения примерно на 0,3 В начинает значительно увеличивать ток в диоде Шоттки. Это увеличение тока не вступит в силу до 0,6 В для стандартного диода.

( Источник изображения )

На изображениях ниже показаны две схемы, иллюстрирующие преимущества более низкого прямого падения напряжения.Схема слева содержит обычный диод, справа — диод Шоттки. Оба питаются от источника постоянного тока 2 В.

( Источник изображения )

Обычный диод потребляет 0,7 В, а для питания нагрузки остается только 1,3 В. Благодаря более низкому прямому падению напряжения диод Шоттки потребляет всего 0,3 В, оставляя 1,7 В для питания нагрузки. Если бы наша нагрузка требовала 1,5 В, то для работы подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом:

Более быстрое время восстановления .Небольшой заряд, накопленный в диоде Шоттки, делает его идеальным для приложений с высокоскоростным переключением.
Меньше шума . Диод Шоттки будет производить меньше нежелательных шумов, чем обычный диод с p-n переходом.
Лучшая производительность . Диод Шоттки потребляет меньше энергии и может легко удовлетворить требования низковольтных приложений.

Диоды Шоттки имеют некоторые недостатки. Диод Шоттки с обратным смещением будет испытывать более высокий уровень обратного тока, чем традиционный диод.При обратном подключении это приведет к большей утечке тока.

Диоды Шоттки

также имеют более низкое максимальное обратное напряжение, чем стандартные диоды, обычно 50 В или меньше. Как только это значение будет превышено, диод Шоттки выйдет из строя и начнет проводить большой ток в обратном направлении. Однако даже до достижения этого обратного значения диод Шоттки будет пропускать небольшой ток, как и любой другой диод.

Как работает диод Шоттки

Типичный диод объединяет полупроводники p-типа и n-типа для образования p-n перехода.В диоде Шоттки металл заменяет полупроводник p-типа. Этот металл может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д.

Когда металл соединяется с полупроводником n-типа, образуется m-s переход. Это соединение называется барьером Шоттки. Поведение барьера Шоттки будет отличаться в зависимости от того, находится ли диод в несмещенном, прямом или обратном смещении.

( Источник изображения )

Беспристрастное состояние

В несмещенном состоянии свободные электроны будут перемещаться от полупроводника n-типа к металлу, чтобы установить баланс.Этот поток электронов создал барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Свободным электронам потребуется большая подводимая энергия, чем их встроенное напряжение, чтобы преодолеть этот барьер.

( Источник изображения )

Состояние с опережением

Подключение положительной клеммы батареи к металлической и отрицательной клеммы к полупроводнику n-типа создаст состояние с прямым смещением. В этом состоянии электроны могут пересекать переход от n-типа к металлу, если приложенное напряжение больше 0.2 вольта. Это приводит к протеканию тока, типичному для большинства диодов.

( Источник изображения )

Состояние с обратным смещением

Подключение отрицательной клеммы батареи к металлу и положительной клеммы к полупроводнику n-типа создаст состояние с обратным смещением. Это состояние расширяет барьер Шоттки и предотвращает прохождение электрического тока. Однако, если обратное напряжение смещения продолжает расти, это может в конечном итоге сломать барьер.Это позволит току течь в обратном направлении и может повредить компонент.

( Источник изображения )

Производство диодов Шоттки и параметры

Существует множество способов изготовления диода Шоттки. Самый простой способ — подключить металлический провод к поверхности полупроводника, это называется точечным контактом. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся с использованием этого метода, но он не известен своей надежностью.

( Источник изображения )

Самый популярный метод — это использование вакуума для осаждения металла на поверхность полупроводника. Этот метод представляет собой проблему разрушения металлических краев из-за воздействия электрических полей вокруг полупроводниковой пластины. Чтобы исправить это, производители будут защищать полупроводниковую пластину оксидным защитным кольцом. Добавление этого защитного кольца помогает улучшить порог обратного пробоя и предотвращает физическое разрушение соединения.

( Источник изображения )

Параметры диода Шоттки

Ниже вы найдете список параметров, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки для вашего следующего электронного проекта:

Примеры диодов Шоттки

Это помогает увидеть, как эти параметры обычно указаны на веб-сайте производителя или в техническом описании. Вот два примера:

Диод Шоттки 1N5711 — это сверхбыстрый переключающийся диод с высоким обратным пробоем, низким прямым падением напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

Диод Шоттки 1N5828 представляет собой стержневой диод, используемый для выпрямления мощности.

Управляйте потоком

Планируете работать с ВЧ или силовым приложением, требующим работы от низкого напряжения? Диоды Шоттки — это то, что вам нужно! Эти диоды известны своим низким падением прямого напряжения и быстрой скоростью переключения.

Что такое светодиод и как он устроен

Виды светодиодов по конструкции и применению

Принцип работы светодиода

Преимущества и недостатки светодиодов

Применение светодиодов в различных областях

Технологии производства светодиодов

Характеристики и параметры светодиодов

Перспективы развития светодиодных технологий

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Устройство

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей:

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.<img src='/800/600/https/images.ru.prom.st/716931314_w640_h640_diod-2d215m.jpg' />

Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:

Принцип действия

Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:

Разновидности

На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:

По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:

COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:

Будущее светодиодов

Типичные характеристики

Светодиоды характеризуются следующими параметрами:

Достоинства и недостатки

Среди достоинств светодиодов можно отметить:

Недостатки:

Похожие темы:

Как работает светодиод: принцип работы

История возникновения

Устройство светодиода

Принцип работы

Цвет светодиода

Смешение цветов

Производство

Усиление яркости

Управление свечением

Долговечность

Читать Электроника в вопросах и ответах онлайн (полностью и бесплатно) страница 13

Каковы свойства плоскостного диода?

Что такое точечный диод?

Что такое диод Шотки?

Какая разница в свойствах плоскостного и точечного диодов?

Что такое идеальный диод?

Введение в электронику. Диоды

Диоды

диодов | Клуб Электроники

Типы диодов

Подключение и пайка

Испытательные диоды

Падение прямого напряжения

обратное напряжение

Диоды сигнальные (малоточные)

Защитные диоды для реле

Зачем нужен защитный диод?

Выпрямительные диоды (большой ток)

Книги по комплектующим:

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители различных типов

Стабилитроны

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Темы по применению диодов [Analog Devices Wiki]

7.1 Полупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором или пиковым детектором

7.2 схемы абсолютного значения

7.2.<img src='/800/600/https/images.ru.prom.st/716931291_w640_h640_diod-2a555b1.jpg' /> 1 Прецизионный однополупериодный выпрямитель

Пример применения: измерение пикового значения переменного напряжения

7.2.2 Прецизионный двухполупериодный выпрямитель

7.<img src='/800/600/https/www.matiot.com/uf5408-fast-diode-3a-1000v-do-201ad-fast-diodes-mic-14225-65-B.jpg' /> 3 Детектор конвертов

7.4 диодных зажима

Схема зажима операционного усилителя

7.5 Диодные клипсаторы / ограничители

7.6 Регулируемый аттенюатор, управляемый напряжением

7.7 Логарифмические выходные усилители

7.8 Усилители экспоненциального (антилогарифмического) выхода

зажимные диоды и их применение

Как работают диоды Шоттки | ОРЕЛ

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Как работает диод Шоттки

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

7.2. 1 Прецизионный однополупериодный выпрямитель

7. 3 Детектор конвертов