Типы диодов: Страница не найдена

Содержание

Различные типы диодов и их использование

В этом уроке мы узнаем о различных типах диодов. К ним относятся диоды слабых сигналов, стабилитроны, светоизлучающие диоды, диоды Шоттки, туннельные диоды, лавинные диоды и т. д. Это будет краткая заметка о различных типах диодов с базовой функциональностью и символе на схеме.

Введение

Диоды — это электронные компоненты, функционирующие как односторонний клапан, это означает, что он позволяет току течь в одном направлении. Эти диоды изготовлены из полупроводниковых материалов германия, кремния и селена. Работу диода можно классифицировать двумя способами: если он допускает ток, то он включен в прямом направлении, в противном случае он включен в обратном направлении.

Различные типы диодов имеют разные требования к напряжению. Для кремниевых диодов прямое напряжение составляет 0,7 В, а для германия — 0,3 В. В кремниевом диоде темная полоса обозначает катодную клемму, а другая клемма является анодной. Обычно диоды используются в качестве защиты от переполюсовки и защиты от переходных процессов. Существует много типов диодов, и некоторые из них перечислены ниже. Купить выпрямительный диодможно на сайте https://k206.net/.

Давайте теперь кратко рассмотрим несколько распространенных типов диодов.

1. Диод слабых сигналов

Это небольшое устройство с диспропорциональными характеристиками, применение которого в основном относится к высокочастотным устройствам и устройствам с очень малым током, таким как радиоприемники, телевизоры и т. д. Чтобы защитить диод от загрязнения, он покрыт стеклом, поэтому его также называют пассивированным диодом.

Внешний вид сигнального диода очень мал по сравнению с силовым диодом. Для обозначения катодного вывода один край помечен черным или красным цветом. Для применений на высоких частотах производительность маленького сигнального диода очень эффективна.

Что касается функциональных частот сигнального диода, то пропускная способность по току и мощности очень мала, а максимальная — почти 150 мА и 500 мВт.

Сигнальный диод представляет собой кремниевый полупроводниковый диод или германиевый диод, но в зависимости от легирующего материала характеристики диода изменяются. В сигнальном диоде характеристики кремниевого легированного диода приблизительно противоположны германиевому легированному диоду.

Кремниевый сигнальный диод имеет высокое падение напряжения на соединении примерно от 0,6 до 0,7 вольт, поэтому он имеет очень высокое сопротивление, но низкое прямое сопротивление. С другой стороны, германиевый сигнальный диод имеет низкое сопротивление из-за низкого падения напряжения почти на 0,2–0,3 В и высокого прямого сопротивления. Из-за слабого сигнала функциональная точка в маленьком сигнальном диоде не нарушается.

2. Силовые диоды

Эти диоды имеют большой слой PN перехода. Таким образом, преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение не ограничено. Это также увеличивает текущую пропускную способность и обратное блокирующее напряжение. Он не подходит для высокочастотных применений.

Основное применение этих диодов в устройствах зарядки аккумулятора, таких как инверторы. В этих диодах диапазон прямого сопротивления находится в омах, а обратное сопротивление блокировки — в мегомах. Поскольку он обладает высокими характеристиками тока и напряжения, их можно использовать в электрических устройствах, которые используются для подавления высоких пиковых напряжений.

3. Стабилитрон

Это пассивный элемент, работающий по принципу пробоя стабилитрона. Впервые произведенный Кларенсом Зинером в 1934 году. Он похож на обычный диод в прямом направлении, он также пропускает ток в обратном направлении, когда приложенное напряжение достигает напряжения пробоя. Он предназначен для предотвращения мгновенных импульсов напряжения на других полупроводниковых устройствах. Он действует как регулятор напряжения.

4. Светоизлучающий диод (СИД)

Эти диоды преобразуют электрическую энергию в энергию света. Первое производство началось в 1968 году. Он подвергается электролюминесцентному процессу, в котором дырки и электроны рекомбинируются для производства энергии в форме света в состоянии прямого включения.

Раньше они использовались в индукторных лампах, но теперь в недавних приложениях они используются в окружающей среде и задачах. В основном используется в таких приложениях, как авиационное освещение, светофоры, вспышки камер.

5. Диоды постоянного тока

Функция диода регулирует напряжение при определенном токе. Он функционирует как двухполюсный ограничитель тока. Символ диода постоянного тока показан ниже.

6. Диод Шоттки

В этом типе диода соединение образуется при контакте полупроводникового материала с металлом. За счет этого прямое падение напряжения уменьшается до минимума. Полупроводниковый материал представляет собой кремний N-типа, который действует как анод, а металл действует как катод, чьи материалы — хром, платина, вольфрам и т. д.

Благодаря металлическому переходу эти диоды имеют высокую токопроводимость, поэтому время переключения сокращается. Таким образом, Шоттки более широко используется для переключения приложений. Главным образом из-за перехода металл-полупроводник падение напряжения низкое, что, в свою очередь, повышает производительность диода и снижает потери мощности. Таким образом, они используются в высокочастотных выпрямительных устройствах. Символ диода Шоттки показан ниже.

7. Диод Шокли

Это было изобретение первых полупроводниковых приборов, оно имеет четыре слоя. Он также называется диодом PNPN. Он равен тиристору без клеммы затвора, что означает, что клемма затвора отключена. Поскольку триггерных входов нет, единственным способом, которым диод может управлять, является подача прямого напряжения.

Диод имеет два рабочих состояния: проводящее и непроводящее. В непроводящем состоянии диод проводит с меньшим напряжением.

8. Туннельный диод

Он также называется отсоединяемым диодом или аккумулятором. Это особый тип диодов, который сохраняет заряд от положительного импульса и использует в отрицательном импульсе синусоидальные сигналы. Время нарастания импульса тока равно времени привязки. Благодаря этому явлению он имеет скорость восстановления импульсов.

Применения этих диодов находятся в умножителях высшего порядка и в схемах формирователя импульсов. Частота среза этих диодов очень высока и составляет порядка гигагерца.

В качестве множителя этот диод имеет диапазон частоты среза от 200 до 300 ГГц. В операциях, которые выполняются в диапазоне 10 ГГц, эти диоды играют жизненно важную роль. Эффективность высока для множителей более низкого порядка. Символ для этого диода показан ниже.

Он используется как высокоскоростной переключатель порядка наносекунд. Благодаря эффекту туннелирования он работает очень быстро в области микроволновых частот. Это двухконтактное устройство, в котором концентрация присадок слишком высока.

10. Варикап

Он действует как переменный конденсатор. Операции выполняются в основном только в состоянии обратного смещения. Эти диоды очень известны благодаря своей способности изменять диапазоны емкости в цепи при наличии постоянного напряжения.

Они могут варьировать емкость до высоких значений. Эти диоды имеют множество применений в качестве генератора, управляемого напряжением для сотовых телефонов, спутниковых предварительных фильтров и т. д. Символ варакторного диода приведен ниже.

11. Лазерный диод

Аналогично светодиоду, в котором активная область образована pn-переходом. Электрически лазерный диод — это пин-диод, в котором активная область находится во внутренней области. Используется в оптоволоконных коммуникациях, считывателях штрих-кодов, лазерных указках, считывании и записи CD / DVD / Blu-ray, лазерной печати.

12. Диод подавления переходного напряжения

В полупроводниковых приборах из-за внезапного изменения состояния будут возникать переходные напряжения. Они повредят выходной отклик устройства. Для решения этой проблемы используются диоды для подавления напряжения. Работа диода подавления напряжения аналогична работе диода Зенера.

Работа этих диодов является нормальной, как у диодов с pn-переходом, но во время переходного напряжения его работа меняется. В нормальных условиях сопротивление диода высокое. Когда в цепи возникает какое-либо переходное напряжение, диод входит в область лавинного пробоя, в которой обеспечивается низкое сопротивление.

Это спонтанно и очень быстро, потому что продолжительность пробоя лавины колеблется в пикосекундах. Диод подавления переходного напряжения будет фиксировать напряжение до фиксированных уровней, в основном его напряжение зажима находится в минимальном диапазоне.

13. Легированные золотом диоды

В этих диодах золото используется в качестве легирующей добавки. Эти диоды быстрее, чем другие диоды. В этих диодах ток утечки в состоянии обратного смещения также меньше. Даже при более высоком падении напряжения это позволяет диоду работать на частотах сигнала.

14. Супер Барьерные Диоды

Это выпрямительный диод с низким падением прямого напряжения в качестве диода Шоттки, способный выдерживать скачки напряжения и малый обратный ток утечки в качестве диода с pn-переходом. Он был разработан для приложений с высокой мощностью, быстрым переключением и низким уровнем потерь. Супербарьерные выпрямители — это выпрямители следующего поколения с более низким прямым напряжением, чем диод Шоттки.

15. Диод Пельтье

В этом типе диода в соединении двух материалов полупроводника он генерирует тепло, которое течет от одного контакта к другому. Этот поток осуществляется только в одном направлении, которое равно направлению тока.

Это тепло производится за счет электрического заряда, возникающего при рекомбинации неосновных носителей заряда. Это в основном используется в системах охлаждения и отопления. Этот тип диодов используется в качестве датчика и теплового двигателя для термоэлектрического охлаждения.

16. Хрустальный диод

Его работа зависит от давления контакта между полупроводниковым кристаллом и точкой. При этом присутствует металлическая проволока, которая прижимается к полупроводниковому кристаллу. При этом полупроводниковый кристалл действует как катод, а металлическая проволока — как анод. Эти диоды устарели по своей природе. В основном используется в микроволновых приемниках и детекторах.

17. Лавинный диод

Это пассивный элемент, работающий по принципу лавинного пробоя. Он работает в режиме обратного смещения. Это приводит к большим токам из-за ионизации, вызванной pn-переходом во время обратного смещения.

Эти диоды специально разработаны для пробоя при определенном обратном напряжении, чтобы предотвратить повреждение. Символ лавинного диода показан ниже:

18. Кремниевый выпрямитель

Он состоит из трех клемм: анода, катода и затвора. Это почти равно диоду Шокли. Как видно из названия, он в основном используется для целей управления, когда в цепи подается небольшое напряжение. Символ кремниевого выпрямителя, как показано ниже:

19. Вакуумные диоды

Вакуумные диоды состоят из двух электродов, которые будут действовать как анод и катод. Катод состоит из вольфрама, который испускает электроны в направлении анода. Всегда поток электронов будет происходить только от катода к аноду. Таким образом, он действует как переключатель.

Если катод покрыт оксидным материалом, то способность к эмиссии электронов высока. Анод немного длиннее по размеру, а в некоторых случаях его поверхность шероховата, чтобы снизить температуру, возникающую в диоде. Диод будет работать только в одном случае, когда анод положителен относительно катодной клеммы. Символ как показано на рисунке:

20. PIN-диод

Улучшенная версия обычного PN-диода дает PIN-диод. В ПИН-диодах допирование не нужно. Собственный материал означает, что материал, который не имеет носителей заряда, вставлен между областями P и N, которые увеличивают площадь обедненного слоя.

Когда мы прикладываем прямое напряжение смещения, дырки и электроны выталкиваются в собственный слой. В какой-то момент из-за этого высокого уровня инжекции электрическое поле также будет проходить через собственный материал.

Виды и типы светодиодов, как классифицировать и упорядочить

Быстрое развитие рынка светодиодного освещения «выкинуло» на рынок различные виды и типы светодиодов. Большая часть производителей подразделяют свои чипы способом — «как Бог на душу положит». Четкая классификация отсутствует. Но все же просматривается некоторая «четкая линия» — подразделение по видам на основании общих признаков, характеристик.

По большей мере такая классификация не совсем правильная, однако обоснована. Нет точного разделения по характеристикам по одной простой причине: если брать цвет, то светодиоды можно отнести к одному виду или типу, а по второй ( мощности ) такие светодиоды уже с трудом можно отнести к одному виду. А так как характеристик у LEDs достаточно много, то «скомпоновать» их вместе достаточно проблематично.

На основании этого производители с легкостью сводят к одному классу COB и SMD диоды в одну группу, индикаторные и осветительные в другую. В общем и целом образовалась некоторая неразбериха по классификации светодиодов на основании характеристик.

Дабы исправить это положение стоит принять, что любые характеристики диодов условные. Только таким образом можно объединить и каким-то образом классифицировать их.

Виды и типы светодиодов индикаторных


К индикаторным типам следует относить такие виды диодов как: DIP (DIL), Superflux, Волоконные. Первые два достаточно сильно морально устарели, но все же их еще можно увидеть во многих гаджетах и устройствах. Не редки случаи, когда можно увидеть использование индикаторных диодов в качестве осветительных. Нонсенс на сегодняшний день, но это «имеет место быть». Оставим такое применение на совести производителей и будем рассматривать индикаторные светодиоды более подробно.

DIP (Dual In-line Package) или DIL (Dual In-Line – англ. двойное размещение в линию)


Интересные и устаревающие виды и типы светодиодов  DIP. Дословный перевод таких светодиодов — DIP(DIL) двойное размещение в линию. По способу монтажа определяются как: PHT (Plating Through Holes – англ. через отверстие платы).

Характерными представителями этой группы в классификации являются 3мм, 5мм, 8мм и 10мм светодиоды. Мы уже говорили, что это устаревшие типы, т.к. были первопроходцами в области становления твердотельного освещения. И использование в промышленных масштабах находится под большим вопросом.

Полупроводники этого вида различаются по цвету, материалу и диаметру колбы 3мм, 5мм, 8мм,10мм и т.д. Выбор шикарен. Можно найти чипы на любой вкус и цвет от круглых до прямоугольных. Главное достоинство любых экземпляров в этой группе —  малый нагрев при достаточно не плохой яркости. Основное использование в электронных табло, бегущих строках, разнообразных индикаторах ( отчего и идет такое разделение ).

Если смотреть со стороны конструкции, то индикаторные диоды имеют цилиндрическую форму с встроенной выпуклой линзой. Выпускают как в одном цвете, так и в многоцветном (RGB).

Обособленно в эту группу можно отнести и виды OLED диодов  ( Organic Light Emitting Diode )- органические светодиоды. Популярны в производстве подсветки ЖК экранов, дисплеев и телевизоров.

Super Flux Пиранья


Светодиоды Пиранья из данной группы обладают самыми лучшими световыми характеристиками по световому потоку. Конструктивной особенностью можно считать прямоугольную форму с четырьмя выводами (пинами). На сегодняшний день имеются 4 цвета: красный, зеленый, синий, белый. Размеры: 3мм, 5мм и Falt.

Основное применение сверхярких светодиодов Пиранья — автомобили и реклама.

Особенностью и преимуществом перед DIP диодами 3,5,10 мм — наличие четырех пинов. За счет этого обуславливается более «жесткое» присоединение к плате.

Подложка Пираней выполнена из свинца, т.к. имеет большую теплопроводность. Рабочий температурный режим достаточно широкий, что позволяет применять большие входные мощности. По поводу безопасности и экологичности остается вопрос… Свинец… Не совсем экологичный материал…Мягко говоря…

Угол рассеивания светового потока широкий — от 40 до 120 градусов.

Если проводить параллель по применяемости и востребованности, то Пираньи все-таки, держат пальму первенства.

Новый вид индикаторных — волоконные светодиоды


Это одни из новых видов и типов светодиодов, которые были представлены широкой публике корейскими производителями в конце 2015 года. Пока они используются только как отдельные волокна, но не за горами тот момент, когда их можно будет использовать в текстильной промышленности. И как только этот день настанет, то их можно с большой уверенностью переносить в группу осветительных светодиодов.

Способ производства основан на покрытии подложки полиэтилентерефталатом, пропитанным раствором PEDOT:PSS (поли-3,4-этилендиокситиофена полистиролсульфоната). Далее волокна покрывают олед диодом, сушат и наносят завершающий слой фтористого лития алюминия (LiAl).

Виды и типы светодиодов осветительных


Самый интересные и широко используемые виды и типы светодиодов — осветительные. В повседневном использовании применяются диоды с белым излучением. Он в свою очередь подразделяется на:  холодный белый, теплый белый. Сами по себе полупроводники не могут воспроизводить белый цвет. Поэтому используется несколько методик получения белого цвета.

К первому относится способ RGB. Самая дешевая технология получения белых диодов. Но с ее использованием ухудшается индекс цветопередачи. О том, что это такое — читайте в соответствующем материале.

Второй метод — самый распространенный. Нанесение люминофора на голубой или синий светодиод. Данный способ самый распространенный. В этом случае мы получаем желтый и зеленый цвета, или красный и зеленый. Этот метод идеален, если мы желаем получить цвет максимально приближенный к люминесцентному.

Осветительные светодиоды вида SMD


Один из самых распространенных видов в осветительной группе. Обратимся к переводу. Аббревиатура SMD — Surface Mounted Device – англ. прибор. монтируемый на поверхность.

Конструктивно такие типы достаточно сложные. Состоят из алюминиевой или медной подложки. На подложку монтируется сам кристалл, припаеваемый к контактам корпуса, в котором заключена подложка.

Кристалл покрывают линзой, в некоторых случаях только люминофором. На одной подложке можно разместить до трех диодов, в зависимости от применения будущего источника света.

Распространенный вид светодиодов – COB


Другими, наиболее распространенными и модными видами являются диоды COB типа (Chip On Board – англ. чип на плате). В этом случае на одну плату ( подложку ) монтируется от 9 и более кристаллов. Их заливают люминофором. В таком виде мы получаем светодиод с большой яркостью. Данная технология упростила и существенно удешевила изготовление светотехнических LED устройств. Световой поток COB диодов на порядок больше, чем у СМД.

Основное назначение – освещение. В то время, как COB диоды можно использовать и в качестве индикаторов.

В плане ремонтопригодности COB наименее предпочтительны, т.к. в случае перегорания придется поменять всю матрицу.

И кстати, мною давно замечено, что в COB чипах достаточно сложно (простому обывателю) определить количество, размер кристаллов. А соответственно и сопоставить полученные измерения ( подсчеты ) с заявленными характеристиками источников света.

Ну и последняя новинка 2015 года в твердотельном освещении – filament светодиоды.

Новый вид светодиодов – filament


Данный тип диодов сформировался не так давно. Но сразу полюбились покупателями. И это не мудрено, т.к. при одинаковой мощности ( в сравнении с COB или SMD ) мы можем получить большую освещенность.

Пока основное применение filament светодиодов — LED лампы. Филаментные светодиоды монтируются на стеклянную или сапфировую подложку.  Технология – Chip-On-Glass. В результате чего, свет распространяется на 360 градусов. Достаточно интересная и «далеко идущая» технология.

Заключение


В принципе, указанные в статье виды и типы светодиодов не полные и данную классификацию можно расширять, применяя ряд подвидов и классов. Кому-то она покажется простой. Кому-то правильной, кому-то смешной. Но в силу того, что никакой определенной «научной концепции» по распределению светодиодов не существует, то для общего понимания того, как можно разделить светодиоды на виды и классы мы получили. Чего, в принципе и добивались.

Лекция. P-N переход Полупроводниковые диоды. Типы диодов.

Контрольная работа рейтинг 1

Контрольная работа рейтинг 1 ЗАДАНИЕ 1 1. Дать определение потенциального барьера n-p перехода, от чего зависит его величина и толщина перехода. Их влияние на параметры диода. 2. Определить внутреннее

Подробнее

варикапы, стабилитроны и др.

2.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Полупроводниковыми диодами называют полупроводниковые приборы с одним электрическим переходом и двумя выводами. Они применяются для выпрямления переменного тока, детектирования

Подробнее

Дисциплина «Твердотельная электроника»

Дисциплина «Твердотельная электроника» ТЕМА 3: «Полупроводниковые диоды» Легостаев Николай Степанович, профессор кафедры «Промышленная электроника» Классификация диодов. Полупроводниковым диодом называют

Подробнее

5.1. Физические основы полупроводников

5.1. Физические основы полупроводников Тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную (N), а другая дырочную (Р) проводимость, называется электронно-дырочным

Подробнее

Лекция 11. Электронно-дырочный переход

Лекция 11. Электронно-дырочный переход Контакт двух примесных полупроводников с различными типами проводимости называется электронно-дырочным переходом или сокращенно p-n-переходом. Обычно он создается

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

к изучению дисциплины

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ. С.Г.Камзолова ПОСОБИЕ к изучению дисциплины «Общая электротехника и электроника», раздел «Электронные приборы» Часть 1. для студентов

Подробнее

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды Электроника Полупроводниковые диоды приборы с одним p-n-переходом и двумя выводами, обладающие односторонней проводимостью тока. Вольт-амперная характеристика диода ВАХ диода -

Подробнее

Изучение работы p-n перехода

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЛ техники эксперимента МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» www.rib.ru e-mail: [email protected] 010804. Изучение работы -

Подробнее

2. Полупроводниковые приборы.

1 2. Полупроводниковые приборы...1 2.1. Основные свойства полупроводников...1 2.2. Примесные полупроводники...3 2.3. P-n переход...5 2.4. Типы диодов...8 2.5. Биполярные транзисторы...13 2.6. Характеристики

Подробнее

СБОРНИК ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Кафедра радиоэлектроники

Подробнее

Электронно-дырочный переход

Кафедра экспериментальной физики СПбПУ Электронно-дырочный переход Методические указания к лабораторному практикуму по общей физике СПбПУ 2014 Лабораторная работа 2.08 «Электронно-дырочный переход» 1 http://physics.spbstu.ru

Подробнее

Нелинейные сопротивления «на ладони»

Нелинейные сопротивления «на ладони» Структурой, лежащей в основе функционирования большинства полупроводниковых электронных приборов, является т.н. «p-n переход». Он представляет собой границу между двумя

Подробнее

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1 Тема: Работа с полупроводниковыми ми Рабочее место: аудитория. Время проведения занятия: 80мин Цель: Научиться работать с полупроводниковыми ми, определять их маркировку по справочным

Подробнее

Оглавление. Дшпература... 44

Оглавление Предисловие редактора Ю. А. Парменова...11 Глава I. Основные сведения из физики полупроводников... 13 1.1. Элементы зонной теории... 13 1.2. Собственные и примесные полупроводники... 18 1.3.

Подробнее

Собственный полупроводник

Собственный полупроводник Для изготовления полупроводников применяют в основном германий и кремний, а также некоторые соединения галлия, индия и пр. Для полупроводников характерен отрицательный температурный

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники

Подробнее

2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область эмиттером (Э), а другая коллектором (К). Обычно концентрация примесей в эмиттере больше, чем в коллекторе.

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

Ф-106 Изучение характеристик р-п перехода.

1 «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Факультет «Фундаментальные науки»

Подробнее

2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор (ПТ) это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда одного знака, протекающим через проводящий канал,

Подробнее

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Лектор: ст. преподаватель Баевич Г.А. Лекция 4 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1. Назначение, классификация и параметры диодов. 2. Устройство диодов малой, средней и большой мощности.

Подробнее

Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1

Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током. Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями

Подробнее

) j 1 и j з - j 2 - j2 - j 2. V2. j2 -

ТИРИСТОРЫ ПЛАН 1. Общие сведения: классификация, маркировка, УГО. 2. Динистор: устройство, принцип работы, ВАХ, параметры и применение. 3. Тринистор. 4. Симистор. Тиристор - это полупроводниковый прибор

Подробнее

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Лектор:. преподаватель Баевич Г.А. Лекция 5 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1. Последовательное и параллельное соединение диодов. 2. Выпрямитель переменного тока на одном диоде.

Подробнее

Полупроводниковые приборы

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Кафедра «Электротехника»

Подробнее

ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ Методические указания

Подробнее

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Министерство образования и науки Российской Федерации Ухтинский государственный технический университет З.Х. Ягубов ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Учебное пособие Ухта 2005 УДК 621.38 (075.8) Я 31 Ягубов,

Подробнее

Характеристика диодов

История возникновения диода

Возникновение диода обязано ученому из Великобритании Фредерику Гутри и немецкому физику Карлу Фердинанду Брауну. В 1873 и 1874 годах они открыли принцип работы термионных диодов и принцип работы кристаллических диодов. Позже термионными диодами стали называть специализированные вакуумные лампы. В начале 1880 года Томас Эдиссон повторно задокументировал работу термионного диода, но развитие этого радиоэлектронного компонента произошло только через 9 лет, когда немецкий ученый Карл Браун показал действие выпрямителя на кристалле. В начале 20 века Гринлиф Пикард предъявил публике первый радиоприемник, в основе которого был положены свойства диода реагировать на электромагнитные колебания. Промышленный выпуск диодов термионного типа (ламповых диодов) был налажен в Британии с разрешения Джона Флеминга в 1904 году, а через 2 года американец Пикард запатентовал первый детектор из кристаллов кремния. Современную терминологию слова «диод» (от греч. «di» — два, «odos» — путь) ввел Вильям Генри Иклс в 1919 году. В СССР главную роль в развитии полупроводниковых компонентов сыграл физик Б. М. Вул.

Первое развитие получили ламповые диоды или кенотроны (электровакуумные диоды), а так же газонаполненные диоды (газотроны, стабилитроны, игнитроны). Однако основной вклад в развитие радиоэлектронных компонентов внесли полупроводниковые диоды на основе кремния и германия.

Физические основы работы диода

Открытый в 1882 году химический элемент «германий» Клеменсом Винклером в процессе изучения в электричестве позволил выявить эффект полупроводника тока. Эксперименты физиков для получения одностороннего проводника тока привели к такому результату, что если к германию присоединить акцепторную примесь (барий, алюминий, галлий или индий), способную захватывать электроны, накопленные в германии, то в результате получится электронный элемент, способный пропускать электроны только в одну сторону (от германия к акцепторной смеси). Как мы знаем, электрон – это отрицательно заряженная частица, притягивающаяся к положительной частице, однако в электронике принято обозначение перемещения тока от плюса к минусу. Таким образом, диод представляет собой смесь германия или кремния с акцепторным материалом. Германий, за счет накопленных электронов несет в себе отрицательный N заряд (N — negative), а акцепторная смесь насыщается положительными P ионами (P — positive). Процесс протекания тока из P области в N область через место «соединения» или p-n переход и есть принцип работы диода. Его особенностью является возможность протекания тока только в одном направлении, поэтому диод является однонаправленным полупроводником. Отрицательно заряженную сторону с германием принято называть «катодом», а положительно заряженную половину «анодом». На схемах диод обозначается в виде направления протекания тока в виде стрелки к отрицательно заряженной стороне.

Когда диод не подключен к источнику питания, p-n переход находится в состоянии покоя. И в результате притягивания электронов к положительным ионам происходит их дрейф через переход. Такой процесс называется «диффузией», предусматривающий притягивание электронов через переход к «дыркам» положительных ионов. Диффузионное движение из-за постоянно меняющейся концентрации ионов и электронов происходит возле перехода постоянно.

При подключении к p-n структуре внешнего источника напряжения или напряжения смещения происходит изменение условий переноса заряда через переход. Важным фактором здесь становится полярность внешнего напряжения, подключенного к аноду и катоду диода.

Прямое подключение напряжения к p-n структуре

При прямом включении диода, когда плюс источника питания подключен к p-области, а минус к n-области происходит прямое протекание тока через переход. При этом электроны, находящиеся в n-области за счет подключенного минуса источника питания будут передвигаться ближе к переходу. Собственно, с положительно заряженными частицами в p-области будет происходить то же эффект. В результате p-n переход будет заполняться электронами в «дырках» (положительных ионах). Возникнет электрическое поле, которое позволит свободным электронам преодолеть сопротивление перехода, пройти барьерную зону и p-область к положительному контакту источника питания. В данной цепи возникнет электрический ток, который называют прямым током смещения перехода. Величина этого тока будет ограничена техническими характеристиками диода.

Момент, когда создается электрическое поле в p-n переходе на положительной ветви Вольт — Амперной Характеристики диода (ВАХ) отмечен некоторым напряжением ∆Ua. Это напряжение определено не только силой тока, но и сопротивлением самого p-n перехода. Чем ниже это сопротивление, тем меньше необходимо энергии для того, чтобы открыть переход, а так же его закрыть. Отступив от темы статьи, стоит сказать, что энергия в переходе при исчезновении питания моментально не пропадает. Происходит эффект рассасывания заряда, обусловленный емкостью перехода. Чем ниже эта емкость, тем быстрее диод перейдет в «выключенное» состояние с успокоением всех переходных процессов в p-n переходе. Этот параметр очень важен в частотных диодах, о которых мы расскажем ниже. В современных диодах значения напряжения ∆Ua варьируется от 0,3 до 1,2 вольта (кремний 0,8 – 1,2В., германий 0,3 – 0,6В.) в зависимости от мощности диода. Так же его называют падением напряжения p-n перехода.

Обратное подключение напряжения к p-n структуре

При подключении к диоду питания в обратном направлении происходит увеличение сопротивление p-n перехода и барьер возрастает, вследствие того, что электронам в n-области и свободным ионам в p-области легче соединиться с зарядом источника питания. При увеличении напряжения питания происходит лавинообразный отток заряженных частиц от перехода. В результате диод переходит в закрытое состояние из-за обратного напряжения.

На обратной ветви ВАХ участок 0 – 1 обусловлен небольшим обратным напряжением. При этом увеличение обратного тока наблюдается за счет уменьшения диффузионной составляющей. Другими словами в p и n областях присутствуют неосновные носители. Даже когда диод закрыт, через барьер при малом напряжении они могут протекать из одной области в другую. Значение этого тока несоизмеримо мало по сравнению с прямым током, поскольку количество неосновных носителей в разных областях p и n минимально. Начиная с точки 1 основные носители уже не способны преодолеть барьер, а диффузионные неосновные носители полностью рассасываются в свои области переходов. Этим объясняется отсутствие роста тока при увеличении обратного напряжения. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда зависит от температуры сплава (иначе «кристалла»), то обратный ток будет увеличиваться в зависимости от увеличения температуры кристалла. Именно поэтому его называют тепловым. Это лавинообразный процесс и он подчиняется экспотенциальному закону. Именно из-за обратных токов диоды начинают греться и их устанавливают на теплоотводы. Если значение обратного тока будет выше предусмотренного диодом, то начнется неконтролируемый процесс так называемого теплового пробоя, после которого следует электрический пробой, приводящий диод в негодность. Стабильная работа кремниевых диодов возможна при температуре 130 – 135 градусов. Разрушение кристалла германиевых диодов происходит при температуре 50 – 60 градусов.

Полная вольт – амперная характеристика диода

Вольт – амперная характеристика отображает зависимость протекающего через диод тока от величины приложенного прямого и обратного напряжения. Чем круче и ближе к оси Y прямая ветвь и ближе к оси X его обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При несоизмеримо большом обратном напряжении у диода наступает электрический пробой. При этом резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода возможна в том случае, если приложенное к нему обратное напряжение не превышает максимально допустимое, называемое пробивным напряжением. Как мы уже писали, токи диодов зависят от температуры кристалла. На каждый градус падение напряжения на p-n переходе изменяется на 2мВ. Если температура кристалла растет вверх, то обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, у кремниевых диодов обратный ток растет в 2,5 раза на каждые 10 градусов. При этом пробивное напряжение при увеличении температуры понижается.

Конструктивное исполнение диодов

По технологическому исполнению диоды могут быть плоскостные и точечные. P-n переход плоскостных диодов (на рисунке б – плоскостной сплавной диод) выполняется на границе двух слоев в полупроводнике. Слои имеют электропроводимость разных типов. За счет большей площади перехода плоскостные диоды могут пропускать большие токи через себя. Их недостатком является большая переходная емкость , что ограничивает применение плоскостных диодов в высокочастотной технике. Однако, есть гибридные диоды, сочетающие в себе и малую емкость, и малое переходное сопротивление, и возможность пропускать большие токи. Примером может быть отечественный диод КД213.

У точечных диодов p-n переход изготовляется в месте контакта полупроводниковой пластины с острием металлической иглы. Современные диоды производят с применением германия, кремния, фосфида и арсенида галлия. 

Типы и характеристика диодов

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды используются для выпрямления переменных токов на частотах, как правило, ниже 50 кГц. Конструктивное исполнение таких диодов преимущественно плоскостное. За счет этого диоды позволяют проводить через себя большие выпрямленные токи. Большей частью материалом изготовления выпрямительных диодов является кремний за счет устойчивости к температурным изменениям. Основными параметрами, определяющими характеристику диода, являются:

Uпр. – постоянное прямое напряжение на диоде при заданном постоянном прямом токе.

Uобр. – постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении.

Iпр. – постоянный ток, протекающий через диод при подключении в прямом направлении.

Iобр. – постоянный ток, протекающий через диод, включенный в обратном направлении.

Iпр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

Iобр.ср. – обратный ток, усредненный за период.

Rдиф. – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

Кроме того, всех типов существуют ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ, определяющие их максимальные технические возможности, к которым относятся:

Uобр.max – максимальное напряжение, приложенное при обратном включении диода.

Iпр.max – максимально допустимый постоянный прямой ток (один из важнейших параметров).

Iпр.ср.max – максимально допустимый средний прямой ток.

Iвп.ср.max – максимально допустимый средний выпрямленный ток.

К дополнительным параметрам относится интервал рабочих температур.

Выпрямительные диоды широко применены в электронной схемотехнике. На их основе нередко можно встретить диодные мосты для изменения формы тока из переменного в постоянный.

Современное развитие электроники невозможно без применения высокочастотных диодов.

Высокочастотные диоды

Данные диоды используются в широком диапазоне частот вплоть до нескольких сотен мегагерц и выше. Чаще всего их применяют для модуляции и детектирования, а так же в высокочастотных радиоцепях. В качестве высокочастотных диодов используются элементы, выполненные в точечном исполнении из-за малой емкости перехода.

Для таких диодов дополнительно важны две характеристики, это максимальная рабочая частота в МГц и емкость диода в пФ.

Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для преобразования импульсных сигналов. В силовой схемотехнике мощные импульсные диоды могут работать в качестве выпрямителей. Примером может служить импульсный блок питания, где они используются во вторичной цепи после импульсного трансформатора. Так же импульсные диоды применяют в телевизионной технике (детекторах видеосигналов), в ключевых и логических устройствах. Различают двух и трех электродные импульсные диоды (спаренные). Трех электродные диоды могут быть с общим анодом или с общим катодом. Для импульсных диодов свойственны следующие дополнительные характеристики:

Uпр.и – пиковое прямое напряжение при заданном импульсе тока.

Uобр.и – соответственно, обратное напряжение в пике как однократное, так и периодически повторяющееся.

Сд – общая емкость диода при заданных напряжениях и частоте. Большой параметр Сд снижает частотные свойства диода. Так же от значения Сд напрямую зависит следующий параметр.

τ вос – время восстановления с момента окончания импульса тока в состояние заданного обратного запирающего напряжения (окончание переходных процессов рассасывания заряда в p-n переходе)

Qпк – часть накопленного заряда, вытекающего во внешнюю цепь при реверсивном изменении тока с прямого значения на обратное.

Одним из основных параметров диодов Шотки является

Iпр.и max – максимально допустимый ИМПУЛЬСНЫЙ прямой ток.

Стабилитроны и стабисторы

Данный тип диодов необходим в цепях стабилизации напряжения при изменении проходящего через диод тока. Его основными характеристиками является:

Uст — напряжение стабилизации.

Iст. max и Iст. min – максимальный и минимальный ток стабилизации.

Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Для стабилитронов рабочим является пробойный участок ВАХ. На рисунке он отмечен расстоянием между точками Iст.min и Iст.max. На этом участке напряжение на стабилитроне остается постоянным при существенном изменении значения тока. Для стабисторов рабочим является прямой участок ВАХ. Так же существуют двуханодные стабилитроны, включающие в себя два встречно включенных p-n перехода. Каждый из этих переходов является основным при изменении полярности его подключения.

Варикап

Специальный полупроводниковый диод. Его емкость p-n перехода изменяется в значительных пределах в зависимости от приложенного к нему обратного напряжения. В случае увеличения обратного напряжения, емкость перехода уменьшается и наоборот. Варикапы активно применяются в гетеродинах (радиоблоках, где необходима регулировка частоты). К примеру, варикап довольно часто можно встретить в FM – радиоприемниках. К основным характеристикам варикапа относятся:

Сн – измеренная емкость при заданном напряжении.

Кс – соотношение емкостей при минимальном и максимально допустимом напряжении.

Iобр – максимальный ток, протекающий через варикап в обратном напрявлении. (ток утечки).

Туннельный диод

Туннельный диод используется в высокочастотных усилителях и генераторах электрических колебаний (например телевизионных усилителях). Кроме того его применяют в различных импульсных устройствах. Его особенностью является участок А-В с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяющим отношение между изменением напряжения к приращению тока. К его дополнительным параметрам относятся:

Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ, при котором приращение тока к напряжению равняется 0.

Lд – индуктивность диода, препятствующая прохождению высокочастотного сигнала.

Кш – шумовая составляющая диода.

Rп – сопротивление потерь туннельного диода.

Диод Шоттки

Популярный диод в радиотехнике за счет малого шума и высокого быстродействия. Его относят к подвиду импульсных диодов. Технологически диод Шоттки выполняется из структуры металл-полупроводник. Применение диодов с барьером Шоттки самое разнообразное, от ATX блоков питания ПК, до СВЧ устройств. Переход диода Шоттки выполнен по принципу p-i-n, где в качестве i выступает высокоомный слаболегированный полупроводник. Под действием напряжения изменяются его частотные характеристики, что позволяет использовать диод в схемах управления сигналами, например аттеньюаторах, ограничителях уровня, модуляторах. Мощные диоды Шоттки могут использоваться в качестве выпрямительных радиоэлементов частотных блоков питания.

Светодиод

Специальный тип диода, который может создавать некогенерентное излучение (испускание видимых фотонов света атомами p-n перехода). В зависимости от количества легирующего материала изменяют длину спектра. За счет этого светодиоды могут изготавливать разных цветов. Применение светодиода самое широкое: от сигнальных цепей оповещения, до бытового освещения. Кроме того, при использовании специальных материалов изготовления светодиод может излучать в инфракрасном спетре. Это свойство нашло ему применение в пультах дистанционного управления и других электронных устройствах. Современные светодиоды выполняются на большие мощности (до 10Вт.) p-n переход очень чувствителен к токовым изменениям, поэтому для его использования необходим специализированный драйвер, представляющий собой стабилизатор / регулятор тока.

Фотодиод

Часто применяется для приема инфракрасного светового спектра, а так же в цепях гальванической развязки. Кроме того, первые солнечные батареи использовали именно фотодиод. Совместно с излучающими диодами или транзисторами может организовывать единое устройство, называемое оптопарой. Работа фотодиода основана на фотогальваническом эффекте, при котором за счет разделения электронов и дырок в p-n переходе начинает появляться ЭДС. В зависимости от степени освещенности уровень вырабатываемой ЭДС в фотодиоде так же изменяется.

Как подобрать диод и чем они отличаются?

По своим типам подразделяют на:

  • Полупроводниковые. Приборы с 1 электрическим выпрямляющим переходом и 2 выводами, в нем применяется определенное свойство перехода. В свою очередь, полупроводники разделяют на выпрямительные устройства большой, средней и малой мощности, импульсные и полупроводниковые стабилитроны.
  • Выпрямительные с небольшой мощностью. Сюда определяют приборы с прямым током до 300 мА. Выпрямительный допустимый ток определяет среднее значение при показателе 50 Гц. Показатель обратного максимального напряжения – до 1200 В.
  • Выпрямительные со средней мощностью. Со средним значением тока 300 мА – 10 мА. Больший ток тут возможен при помощи увеличения размеров кристаллов на переходе. В большей части кремниевые диоды. Небольшой обратный ток.
  • Силовые. Работают в диапазоне от 10 А  и больше. Показатель обратного напряжения составляет значение 6000 В и меньше. Изготовлены они, как правило, из кремниевого материала.

Функции диодов

Полупроводники выполняют ряд функций, которые зависят от используемого типа  прибора.

Диодные мосты. Это соединенные между собой 4,6,12 диодов. Их основная функция – это выпрямительная, лучше всего применять для автомобильного генератора, потому что использование такого типа мостов  способно уменьшить габариты используемого прибора, а заодно и увеличить его надежность. При последовательном одностороннем соединении повышается минимальный показатель напряжения, нужного для того, чтобы открыть весь мост.

Диодный детектор. Это – часть конструкции большинства бытовых приборов, как, например, приемников и телевизоров. Обеспечена защита от неправильной полярности, перегрузки, ключа от пробоя  электрической силой, которая может появиться в процессе самоиндукции. Для того, чтобы защитить схемы от перегрузки, используют цепочку, которая состоит из нескольких диодов. Они подключены к шинам питания в обратном порядке. Вход с защитой подключают, как правило, на середину указанной цепочки.

Во время обычной работы схем, диоды  находятся в закрытом положении, но если они уловили, что потенциал на входе превысил допустимые показатели, то происходит активизирование защитного элемента. По причине этого допустимые потенциальные показатели ограничиваются по формату питающего допустимого напряжения вместе с прямыми падениями показателя напряжения на защитных приборах.

Диодные переключатели применяют для того, чтобы произвести коммутирование сигналов на высоких частотах. Управляют всем этим с помощью электрического постоянного тока, подачи сигнала управления, разделения высокой частоты, это происходит из-за индуктивности и конденсаторов.

Диодная искрозащита. Шунто-диодные барьеры в ней применяются для того, чтобы гарантировать безопасность, ограничив напряжение на нужной заданной электроцепи.

Также вместе с этим используют токоограничивающие резисторы, которые нужны для того, чтобы ограничить показатель электротока, проходящего по сети, и увеличить параметры защиты.

Применение диодов по типам

Зависимо от сферы применения, полупроводниковые приборы подразделяют на такие типы: выпрямительные, универсальные, сверхвысокочастотные, импульсные. Также - вирикапы, стабилитроны, обращенные тоннельные, фотодиоды, генераторы шумов, светоизлучающие, магнитодиоды.  Купить диоды вы сможете на нашем сайте, для этого вам всего лишь нужно ознакомиться с предложенным каталогом, выбрать и заказать именно то, что нужно. Наши менеджеры любезно предоставят вам детальную консультацию для того, чтобы ваша покупка была максимально удачной и полезной.

Полупроводники применяют в электронике, для выпрямления тока, для подключения к источникам с переменными токами, еще – в качестве защиты при неверном подключении, для приема сигнала.

Штырьевые диоды:

Вывод:

Таким образом, анализируя все вышесказанное, можно сделать следующие выводы. Выбирая диод, нужно ориентироваться на выдвигаемые к нему требования.  Независимо от того, для чего именно подбирается устройство, при выборе нужно обратить внимание на основные характеристики, на допустимое максимальное значение прямых токов с обратным напряжением. Если импульсный показатель прямых токов средней величины значительно превышен, то нужно именно его и учитывать, особенно – для полупроводникового диода.

Если нужно выпрямить токи на большой частоте, то нужно ориентироваться на быстрое действие прибора, у полупроводникового точечного устройства собственная емкость ниже, чем у плоскостного. По причине этого они выпрямляют ток на высокой частоте. К тому же – маломощные.  Аналогичны с небольшой разницей диоды Шоттки.

Если не имеет значения кпд и не нужен обратный ток, лучше выбрать электровакуумное устройство, выпрямляющее при небольшом напряжении.

Полупроводниковые диоды - типы, принцип работы

Полупроводниковый диод - это электронный прибор, выполненный на основе полупроводникового кристалла.

Стоит заметить, что технологий изготовления диодов достаточно много, но рассмотрение принципа работы полупроводникового диода на молекулярно - электронном уровне целью данной статьи не является.

Дело в том, что для большинства практических целей достаточно знать основные параметры, назначение, общие принципы действия различных типов диодов, схемы подключения.

Области применения полупроводниковых диодов весьма разнообразны, ниже я их конспективно перечислю, а вопросы применения наиболее распространенных типов полупроводниковых диодов подробно рассмотрю на соответствующих страницах.

Выпрямительные диоды обладают высоким сопротивлением при обратном включении и низким - при прямом, то есть хорошо проводят ток только в одном направлении.

Высокочастотные и импульсные диоды имеют схожий принцип действия с предыдущим типом полупроводниковых приборов, однако, за счет малой собственной емкости могут работать на высоких частотах, что, собственно, следует из их названия.

Стабилитроны - при определенных значениях обратного напряжения обратный ток стабилитрона резко увеличивается, что позволяет использовать их как стабилизатор напряжения.

Светодиоды (LED диоды) преобразуют электрическую энергию в световую, широко используются как индикаторы и осветительные устройства (см., например, светодиодная лента).

Фотодиоды преобразуют оптическое излучение в электрический заряд. Могут использоваться как источники электроэнергии (солнечные батареи), кроме того, совместно со светодиодами применяются в пультах дистанционного управления, а также могут обеспечивать гальваническую развязку в электронных схемах.

Варикапы обладают зависимостью своей емкости от приложенного напряжения. Являются своего рода электронно управляемыми конденсаторами переменной емкости.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Маркировка диодов: таблица обозначений

Стандартная конструкция полупроводникового диода выполнена в виде полупроводникового прибора. В нем имеется два вывода и один выпрямляющий электрический переход. Вся система соединена в едином корпусе из пластмассы, стекла, металла или керамики. Часть кристалла с более высокой концентрацией примесей носит название эмиттера, а область, имеющая низкую концентрацию, называется базой. Маркировка диодов и схема обозначений применяются в соответствии с их индивидуальными свойствами, конструктивными особенностями и техническими характеристиками.

Характеристики и параметры диодов

В зависимости от применяемого материала, диоды могут быть выполнены из кремния или германия. Кроме того, для их изготовления используется фосфид индия и арсенид галлия. Диоды из германия обладают более высоким коэффициентом передачи, по сравнению с кремниевыми изделиями. У них большая проводимость при сравнительно невысоком напряжении. Поэтому, они широко используются в производстве транзисторных приемников.

В соответствии с технологическими признаками и конструкциями, диоды различаются как плоскостные или точечные, импульсные, универсальные или выпрямительные. Среди них следует отметить отдельную группу, куда входят светодиоды, фотодиоды и тиристоры. Все перечисленные признаки дают возможность определить диод по внешнему виду.

Характеристики диодов определяются такими параметрами, как прямые и обратные токи и напряжения, диапазоны температур, максимальное обратное напряжение и другие значения. В зависимости от этого, производится нанесение соответствующих обозначений.

Обозначения и цветовая маркировка диодов

Современные обозначения диодов соответствуют новым стандартам. Они разделяются на группы, в зависимости от предельной частоты, при которой происходит усиление передачи тока. Поэтому, диоды бывают низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты. Кроме того, у них различная рассеиваемая мощность: малая, средняя и большая.

Маркировка диодов представляет собой краткое условное обозначение элемента в графическом исполнении с учетом параметров и технических особенностей проводника. Материал, из которого изготовлен полупроводник, имеет обозначение на корпусе соответствующими буквенными символами. Эти обозначения проставляются вместе с назначением, типом, электрическими свойствами прибора и его условным обозначением. Это помогает, в дальнейшем, правильно подключить диод в электронную схему устройства.

Выводы анода и катода обозначаются стрелкой или знаками плюс или минус. Цветовые коды и метки в виде точек или полосок, наносятся возле анода. Все обозначения и цветовая маркировка позволяют быстро определить тип устройства и правильно использовать его в различных схемах. Подробная расшифровка данной символики приводится в справочных таблицах, которые широко используются специалистами в области электроники.

Маркировка импортных диодов

В настоящее время широко используются SMD-диоды зарубежного производства. Конструкция элементов выполнена в виде платы, на поверхности которой закреплен чип. Слишком маленькие размеры изделия не позволяют нанести на него маркировку. На более крупных элементах обозначения присутствуют в полном или сокращенном варианте.

В электронике SMD-диоды составляют около 80% всех используемых изделий этого типа. Такое разнообразие деталей заставляет внимательнее относиться к обозначениям. Иногда они могут не совпадать с заявленными техническими характеристиками, поэтому желательно провести дополнительную проверку сомнительных элементов, если они планируются к использованию в сложных и точных схемах. Следует учитывать, что маркировка диодов этого типа может быть разной на совершенно одинаковых корпусах. Иногда присутствует только буквенная символика, без каких-либо цифр. В связи с этим рекомендуется использовать таблицы с типоразмерами диодов от разных производителей.

Для SMD-диодов чаще всего используется тип корпуса SOD123. На один из торцов может наноситься цветная полоса или тиснение, что означает катод с отрицательной полярностью для открытия р-п-перехода. Единственная надпись соответствует обозначению корпуса.

Тип корпуса не играет решающей роли при использовании диода. Одной из основных характеристик является рассеивание некоторого количества тепла с поверхности элемента. Кроме того, учитываются значения рабочего и обратного напряжения, величина максимально допустимого тока через р-п-переход, мощность рассеивания и другие параметры. Все эти данные указаны в справочниках, а маркировка лишь ускоряет поиск нужного элемента.

По внешнему виду корпуса не всегда удается определить производителя. Для поиска нужного изделия существуют специальные поисковики, в которые нужно ввести цифры и буквы в определенной последовательности. В некоторых случаях диодные сборки вообще не несут какой-либо информации, поэтому в таких случаях сможет помочь только справочник. Подобные упрощения, делающие обозначение диода очень коротким, объясняются крайне ограниченным пространством для нанесения маркировки. При использовании трафаретной или лазерной печати удается разместить 8 символов на 4 мм2.

Стоит учесть и тот факт, что одним и тем же буквенно-цифровым кодом могут обозначаться совершенно разные элементы. В таких случаях анализируется вся электрическая схема.

Иногда в маркировке указывается дата выпуска и номер партии. Подобные отметки наносятся для возможности отслеживания более современных модификаций изделий. Выпускается соответствующая корректирующая документация с номером и датой. Это позволяет более точно установить технические характеристики элементов при сборке наиболее ответственных схем. Применяя старые детали для новых чертежей, можно не получить ожидаемого результата, готовое изделие в большинстве случаев просто отказывается работать.

Маркировка диодов анод катод

Каждый диод, как и резистор, оборудован двумя выводами – анодом и катодом. Эти названия не следует путать с плюсом и минусом, которые означают совершенно другие параметры.

Тем не менее, очень часто требуется определить точное соответствие каждого диодного вывода. Существует два способа определения анода и катода:

  • Катод маркируется полоской, которая заметно отличается от общего цвета корпуса.
  • Второй вариант предполагает проверку диода мультиметром. В результате, не только устанавливается местонахождение анода и катода, но и проверяется работоспособность всего элемента.

Полупроводниковые диоды и их типы

(Последнее обновление: 29 июля 2020 г.)

Полупроводниковые диоды Введение

Полупроводниковые диоды - Диод, сделанный из полупроводниковых компонентов, обычно кремния. Катод, который заряжен отрицательно и имеет избыток электронов, расположен рядом с анодом, который имеет положительный заряд, несущий избыток дырок.

Диод состоит из кремния или германия, имеющего некоторые примеси, которые являются пятивалентной примесью для полупроводника N-типа и трехвалентной примесью для полупроводника P-типа.Di означает два, а Ode означает электроды. Следовательно, Diode - это двухэлектродное устройство. Эти два электрода называются анодом и катодом. Поскольку это PN-переход, «P» называется анодом (имеющим дырки или заряды + Ve), а N называется катодом (имеющим электроны или заряды –Ve). Схема для диода с PN переходом представлена ​​как.

Когда диод смещен в прямом направлении, он имеет очень низкое сопротивление и, следовательно, будет иметь место проводимость, и он будет действовать как проводник. При обратном смещении диода i.е, когда земля соединена с анодом, а плюс источника питания соединен с катодом, он имеет очень высокое сопротивление и не будет проводить. Следовательно, он будет действовать как изолятор. Таким образом, мы можем сказать, что диод - это одностороннее устройство с двумя терминальными анодом и катодом, как показано на рисунке выше.

Стрелка показывает направление обычного тока при прямом смещении. Каждый диод имеет свою идентификацию и спецификацию. Есть разные типы диодов.

  • Силовой диод
  • Стабилитрон
  • контактный диод
  • Диод общего назначения
  • Диод быстрого восстановления
  • Диод Шоттки
  • Ступенчатый восстанавливающий диод
  • Фотодиод
  • Варакторный диод
  • Туннельный диод

Силовые диоды или выпрямительные диоды - жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования сетевого напряжения переменного тока в постоянное.Они используются в силовой электронике в качестве выпрямителей. Диоды также можно использовать для предотвращения катастрофического повреждения оборудования с батарейным питанием, когда батареи подключены с неправильной полярностью. Стабилитроны также используются в качестве регуляторов напряжения.

-контактные диоды используются в качестве переключающих диодов для частот сигналов. Штыревые диоды также используются для амплитудной модуляции.

Диоды общего назначения

используются в качестве преобразователей частоты с низких частот на более высокие. Диоды с быстрым восстановлением имеют низкое время восстановления, обычно менее 5 микросекунд.Они используются в цепях преобразователя постоянного тока в переменный и переменного в постоянный. Диоды Шоттки используются для источников питания сильноточных и низковольтных цепей. В цифровых схемах используются ступенчатые восстанавливающие диоды. Они также используются как мультиплексоры. Фотодиоды также производят электрический ток из света. Варакторные диоды используются для управления напряжением при настройке радио и ТВ-приемников. Туннельные диоды используются там, где требуется очень высокая скорость переключения. Поэтому он используется в памяти высокоскоростных компьютеров.Он также используется в высокочастотных генераторах.

На рис.1 показаны следующие диоды с общим проводом на концах:

  1. Три силовых выпрямителя (мостовой выпрямитель для использования с сетевым (линейным) напряжением) и два выпрямительных диода сетевого напряжения).
  2. Диод с точечным контактом (в стеклянной капсуле) и диод Шоттки.
  3. Кремниевый диод слабого сигнала.
  4. Стабилитроны в корпусе из стекла или черной смолы.
  5. Подборка светодиодов.От красного до против часовой стрелки: желтый и зеленый светодиоды, инфракрасный фотодиод, теплый белый светодиод 5 мм и синий светодиод высокой яркости 10 мм.
Рис. 1. Типы диодов.

Обозначения диодных цепей

Как объяснялось ранее, диод - это однонаправленное полупроводниковое устройство, снабженное двумя выводами. Два вывода диода - анод или положительный вывод и катод или отрицательный вывод. В идеале диод будет пропускать ток при правильном смещении, то есть когда его анод или положительный вывод более положительный, чем его катод или отрицательный вывод, в то время как его анод будет блокировать ток, когда он более отрицательный, чем его катод.В условных обозначениях схем, показанных на рис. 2, катод показан в виде стержня, а анод - в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода также может быть обозначен буквой «a», а катод - буквой «k».

Рис. 2 Условные обозначения диодных цепей

В каком направлении протекает диодный ток?

Направление потока тока можно увидеть на рисунке 2, то есть обычный ток течет от анодного (положительного) вывода к катодному (отрицательному) выводу, в то время как движение электронов происходит в противоположном направлении от вывода Катод к аноду диода.

Конструкция кремниевого диода

Диод - это кремниевый полупроводник, изготовленный из материалов двух типов: N-типа и P-типа. Полупроводник N-типа получается при добавлении пятивалентной примеси к чистому кристаллу Ge. Каждый пятивалентный атом образует четыре ковалентные связи с четырьмя электронами Si или Ge. Из 5 электронов пятивалентного атома четыре соединены с четырьмя электронами Ge или кремния, пятый электрон является избыточным (Extra) и слабо связан с ядром пятивалентного атома.Итак, этот электрон еще называют свободным электроном. Его можно легко возбудить из валентной зоны в зону проводимости путем приложения внешней энергии, которая может быть электрической или тепловой энергией.

Полупроводник P-типа получается при добавлении трехвалентной примеси (Ga, B) к чистому кристаллу Ge. Три валентных электрона «B» образуют три ковалентные связи с четырьмя окружающими Ge. Но четвертая связь остается незавершенной, в результате возникает дырка, которая становится вакансией для электрона.Таким образом, он примет электрон от ближайшего атома. B называется акцепторной примесью, повторяя процесс снова, и снова будет много-много дырок. Обратите внимание, что в акцепторе буква «P» означает внешний полупроводник P-типа, а также «P» для носителей заряда + Ve. В DONOR буква «N» обозначает полупроводник N-типа или заряды –Ve.

Современные кремниевые диоды обычно производятся с использованием одной из различных версий планарного процесса, который также используется для изготовления транзисторов и интегральных схем.Слоистая структура, используемая в силиконовых планарных методах, предлагает множество преимуществ, таких как предсказуемые характеристики, обратимые характеристики и надежность, и является преимуществом для массового производства. Упрощенный планарный кремниевый диод описан на рис. 3. Использование этого процесса для кремниевых диодов позволяет получить два отдельных легированных слоя кремния, которые образуют «PN переход». Нелегированные или `` внутренние '' молекулы кремния имеют решетчатую структуру, которая содержит четыре валентных электрона, в то время как кремний P-типа и кремний n-типа легируют путем добавления очень небольшого количества материала, который имеет молекулярную структуру с тремя валентными электронами (e .грамм. бор или алюминий). ) Пять валентных электронов (например, мышьяк или фосфор) для образования кремния P-типа или N-типа. Эти легированные версии силикона называются «внешним» силиконом. Кремний P-типа теперь имеет в своей структуре валентные электроны с дефицитом валентных электронов, которые можно рассматривать как `` дырки '' или избыток носителей положительного заряда, в то время как мембранные молекулы N-типа имеют пять электронов в своей валентной оболочке и, следовательно, имеют избыток электронов. , которые являются носителями отрицательного заряда.

Рис. 3 Кремниевый планарный диод Рис.4 слой истощения диодов

Диод PN переход

Когда полупроводниковый материал P-типа присоединяется к полупроводниковому материалу N-типа, контактная поверхность обоих полупроводников называется PN-переходом, как показано на рисунке ниже.

PN-переход получается одним из следующих типов изготовления.

  • Коронный переход
  • Сплав сплава
  • Диффузное соединение
  • Эпитаксиальный рост Соединение
  • Точечный контактный переход
  • Поверхностный барьерный переход
  • Перекристаллизованный переход

Когда PN-переход упакован как полупроводниковое устройство, это будет называться диодом PN-перехода или полупроводниковым диодом.Поскольку отверстия являются основным носителем в P-области, а электроны являются основным носителем в N-области.

Белый представляет отверстия, а синий - электроны. Когда PN-переход только что сформирован, некоторые дырки P-типа будут двигаться в сторону N-типа (где есть электроны), дырки диффундируют в электронах и претерпевают рекомбинацию дырочных электронов. Точно так же некоторые электроны N-типа диффундируют в некоторые дырки полупроводника P-типа и подвергаются рекомбинации электронных дырок.Весь этот процесс называется диффузией.

Таким образом, вдоль перехода между кремнием P- и N-типа образуется небольшой естественный потенциал между полупроводниковыми материалами P и N, с отрицательно заряженными электронами на стороне P-типа перехода и положительно заряженными дырками на стороне N. соединение. Этот слой антиполярных носителей заряда создан, чтобы вместить больше дырок или предотвратить свободное движение электронов.

Эта диффузия дырок и электронов через переход происходит в течение очень короткого времени.После нескольких рекомбинаций дырок и электронов в переходе на внутренних концах полупроводников P-типа и N-типа создается узкая область, называемая барьером. Этот барьер остановит дальнейшее движение зарядов. Барьер состоит из неподвижных фиксированных ионов + Ve и –Ve. Следовательно, область, состоящая из зарядов + Ve и –Ve, называется обедненным слоем, или обедненной областью, или сопротивлением, или областью пространственного заряда.

Размер обедненной области зависит от уровня легирования полупроводников P-типа и N-типа.Слой обеднения широк для сильно легированного полупроводника и узкий для слаболегированного полупроводника. Приблизительно его ширина составляет 10 -6 м, из-за разделения зарядов, то есть зарядов + Ve и зарядов –Ve, электрический потенциал, называемый барьерным напряжением, создается на переходе, даже если внешний источник не подключен. Напряжение барьера обозначается VB, и его значение составляет 0,3 В для германия и 0,7 В для кремния при комнатной температуре.

Следовательно, когда диод подключен к цепи, ток не течет между анодом и катодом до тех пор, пока анод не станет более положительным, чем катод, по крайней мере на достаточный прямой потенциал или напряжение (VF), чтобы преодолеть естественный обратный потенциал перехода. .Это значение зависит в основном от материалов, из которых сделаны P- и N-слои диода, и от количества используемого легирования. Различные типы диодов имеют естественный обратный потенциал в диапазоне примерно от 0,1 В до 2 или 3 В. Кремниевые диоды с PN переходом имеют емкость перехода от 0,6 В до 0,7 В. Начинается, как показано на рис. 5.

Рис. 5 Прямая проводимость диода

По мере увеличения приложенного напряжения между анодом и катодом прямой ток сначала медленно увеличивается, когда носители заряда начинают пересекать слой затухания, а затем быстро увеличивается примерно по экспоненте.Сопротивление диода не равно нулю Ом, но очень низкое при работе в режимах «Вкл.» Или «Смещение в прямом направлении». Поскольку прямая проводимость увеличивается после того, как потенциал уменьшения приблизительно превышен на следующей экспоненциальной кривой, прямое сопротивление (V / I) слегка изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Обратно смещенный диод Когда диод имеет обратное смещение (анод подключен к отрицательному напряжению, а катод подключен к положительному напряжению), положительные отверстия находятся на отрицательной стороне анода и вдали от перехода, как показано на рис. .6.

Рис. 6. Обратное смещение диода

Аналогичным образом отрицательные электроны притягиваются от перехода к положительному напряжению, приложенному к катоду. Это действие оставляет больше места на стыке без каких-либо носителей заряда (положительных дырок или отрицательных электронов) по мере расширения слоя ослабления. Поскольку область перехода теперь обеднена носителями заряда, она действует как изолятор, а при приложении высоких напряжений с обратной полярностью слой ослабления сильно изменяется по мере увеличения количества носителей заряда из перехода.Диод не работает с обратным напряжением (обратное смещение), за исключением очень небольшого «обратного тока утечки» (IR), который обычно составляет менее 25 нА в кремниевых диодах. Однако, если приложенное напряжение достигает значения тока «обратного напряжения пробоя» (VRRM) в обратном направлении, диод будет разрушен, если ток каким-либо образом не ограничен. I / V характеристики диодов. Работа диодов также может быть описана с помощью специального графика, называемого «кривой характера», как описано выше. Эти графики показывают взаимосвязь между фактическими токами и напряжениями, связанными с различными клеммами устройства.Понимание этих графиков поможет вам понять, как работает устройство. Для диодов характеристическая кривая называется ВАХ, потому что она показывает взаимосвязь между приложенным напряжением между анодом и катодом и результирующим током, протекающим через диод. Общая вольт-амперная характеристика показана на рис. 7

. Рис.7. Типичная вольт-амперная характеристика диода

Оси графика показывают положительные и отрицательные значения и пересекаются. Пересечение имеет нулевое значение как для тока (ось Y), так и для напряжения (ось X).Оси + I и + V (верхняя правая область графика) после области начального нулевого тока показывают, что ток увеличивается. Это прямая проводимость диода, когда анод положительный, а катод отрицательный. В начале нет токов, пока приложенное напряжение не превысит емкость прямого перехода. После этого ток хорошо растет примерно по экспоненте. Оси -V и -I показывают состояние обратного смещения (нижняя левая область графика). Здесь можно увидеть, что очень небольшой ток утечки увеличивается с увеличением обратного напряжения.Однако при достижении напряжения обратного пробоя обратный ток (-I) резко возрастает.

Применение диода

Простейший полупроводниковый компонент, диод, имеет поразительное количество применений, начиная с множества практичных и уникальных диодов, которые имеют решающее значение в современной электронике. Хотя это только двухконтактные полупроводниковые устройства, ключевые диоды находят множество применений в современной электронике. Известно, что диоды перемещают ток только в одном направлении.Это позволяет диоду работать как односторонний клапан, размещая сигналы там, где это необходимо, или вращая их вокруг компонентов. В то время как диоды допускают только одно направление тока, каждый тип диода работает по-своему, что делает их полезными для многих приложений. Некоторые общие области применения диодов:

  • Корректирующее напряжение, например преобразование переменного тока в переменный постоянный ток
  • Разделение сигналов от источника питания
  • Опорное напряжение
  • A Управление размером сигнала
  • Смешивание сигналов
  • Сигналы обнаружения
  • Освещение
  • Лазеры диоды

Методология

Экспериментальный метод был использован для исследования того, как температура (температура) влияет на надежность, стабильность и рабочие характеристики этого электронного компонента, даже как схемы, электрического / электронного оборудования или как персонального устройства.В этом исследовании я пояснил, что объем этого исследования ограничен только одним электронным компонентом, которым является диод. Эта часть подвергается воздействию температуры выше комнатной (35-65 по Цельсию) с использованием печи и последующего подключения проводов, макетов и мультиметра. Затем с помощью мультиметра были сняты выходные показания повышения температуры.

Различные типы диодов

Давайте теперь кратко рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых типов диодов.

  1. Малый сигнальный диод

Это небольшое устройство с неодинаковыми характеристиками, и его приложения в основном связаны с высокочастотными и слаботочными устройствами, такими как радиоприемники и телевизоры. Также известный как пассивированный стеклом диод, он широко используется как 1N4148, поскольку он покрыт стеклом для защиты диода от загрязнения.

Внешний вид сигнального диода очень мал по сравнению с силовым диодом. Край, отмеченный черным или красным цветом, обозначает катодный вывод.Характеристики малого сигнального диода очень эффективны для приложений на высоких частотах.

Что касается функциональных частотных коэффициентов сигнального диода, допустимая нагрузка по току и мощности очень мала, в пределах от 150 мА до 500 мВт.

Сигнальный диод представляет собой полупроводниковый диод, легированный кремнием или диод, легированный германием, но свойства диода меняются в зависимости от легирующего материала. Свойства легированного кремнием диода в сигнальном диоде такие же, как и у легированного германием диода.

Кремниевый сигнальный диод имеет высокое падение напряжения от 0,6 до 0,7 В на переходе, поэтому он имеет очень высокое сопротивление, но низкое прямое сопротивление. С другой стороны, германиевый сигнальный диод имеет низкое падение напряжения от 0,2 до 0,3 В и низкое сопротивление из-за высокого прямого сопротивления. Функциональная точка не мешает малому сигнальному диоду из-за слабого сигнала.

  1. Большой сигнальный диод

Эти диоды имеют большой слой PN перехода.Следовательно, переход переменного напряжения в постоянный не ограничен. Это также увеличивает прямую пропускную способность и обратное напряжение блокировки. Эти большие сигналы также мешают работе функциональной точки. По этой причине он не подходит для высокочастотных приложений.

Основное применение этих диодов - в устройствах для зарядки аккумуляторов, таких как инверторы. Диапазон прямого сопротивления этих диодов выражается в омах, а обратное блокирующее сопротивление - в мегаомах. Их можно использовать в электрическом оборудовании, поскольку они обладают высокими характеристиками по току и напряжению, что используется для подавления высоких пиковых напряжений.

  1. Стабилитрон

Это пассивный элемент, работающий по принципу жанровой разбивки. Впервые произведен Кларенсом Дженнером в 1934 году. Он похож на обычный диод в прямом направлении, он пропускает ток в обратном направлении, когда приложенное напряжение достигает напряжения пробоя. Он предназначен для защиты других полупроводниковых устройств от импульсов переходного напряжения. Он действует как регулятор напряжения.

Рис 8. Символ
  1. Светоизлучающий диод (LED)

Эти диоды преобразуют электрическую энергию в световую.Первое производство началось в 1968 году. Он подвергается процессу электролюминесценции, в котором дырки и электроны рекомбинируют, чтобы произвести энергию в виде света в состоянии прямого смещения.

Раньше они использовались в индукционных лампах, но теперь в более поздних приложениях они используются в управлении окружающей средой и производством. Чаще всего используется в таких приложениях, как авиационное освещение, светофоры, вспышки фотокамер.

  1. Диоды постоянного тока

Также известен как токорегулирующий диод, диод постоянного тока, токоограничивающий диод или транзистор с диодным соединением.Функция диода - контролировать напряжение при определенном токе.

Он действует как ограничитель тока с двумя выводами. Это служит ограничением тока для достижения высокого выходного сопротивления полевого транзистора. Символ диода постоянного тока показан ниже.

Рис.10 Диод постоянного тока
  1. Диод Шоттки

В диодах этого типа переход формируется путем контакта полупроводникового материала с металлом. Благодаря этому падение прямого напряжения уменьшается в минуту.Полупроводниковый материал представляет собой кремний N-типа, который действует как анод и действует как металлический катод, его материалами являются хром, платина, вольфрам и т. Д.

Благодаря металлическому переходу эти диоды обладают высокой допустимой нагрузкой по току, что сокращает время переключения. Итак, у Шоттки больше возможностей менять приложения. Падение напряжения из-за перехода металл-полупроводник невелико, что увеличивает характеристики диода и снижает потери мощности. Поэтому они используются в высокочастотных выпрямителях.Символ диода Шоттки показан ниже.

Рис 11. Символ
  1. Лазерный диод

Аналогичен светодиоду, который формирует активную область через переход P-N. Электрический лазерный диод представляет собой p-i-n-диод, в котором активная область находится во внутренней области. Используется в волоконно-оптической связи, считывателях штрих-кодов, лазерных указателях, считывании и записи CD / DVD / Blu-ray, лазерной печати.

Типы лазерных диодов:
  1. Лазер с двойной гетероструктурой: В этой области одновременно доступны свободные электроны и дырки.
  2. Лазеры на квантовых ямах: Лазеры с более чем одной квантовой ямой называются лазерами с несколькими квантовыми ямами.
  3. Квантово-каскадные лазеры: Это лазеры на гетеропереходах, которые инициируют лазерное воздействие на относительно длинных волнах.
  4. Специальные гетероструктурные лазеры с ограничениями: Мы выбираем специальные ограниченные гетероструктурные лазеры, чтобы заменить проблему тонких слоев в квантовых лазерах.
  5. Лазеры с распределенным брэгговским отражателем: Это могут быть лазеры с торцевым излучением или внутренние органы.
F12. Обозначение лазерного диода
  1. Фотодиоды

В фотодиодах используются переходы между полупроводниками p- и n-типа. Полупроводник n-типа имеет намного больше подвижных электронов, в то время как материал p-типа имеет меньше подвижных положительных дырок. Когда два таких материала соединяются, электроны и дырки притягиваются к противоположным сторонам соединения, и может быть получена структура энергетических уровней, показанная на нижнем рисунке. Область вблизи перехода практически не имеет электронов или дырок и называется слоем распада.

Когда переход освещается, электроны валентной зоны возбуждаются в зону проводимости, создавая электронно-дырочные пары. Из-за сильного градиента потенциала в области перехода электроны и дырки ускоряются в противоположных направлениях, и ток течет.

Скорость отклика и чувствительность фотодиода можно увеличить за счет обратного смещения; положительная сторона батареи соединена с материалом n-типа, а отрицательная сторона - с материалом p-типа.Высокая чувствительность может быть получена за счет вставки слоя из высокоомного (внутреннего) материала между p- и n-слоями; такое устройство называется P-I-N (или штыревым) диодом. Пин-диоды имеют полезный отклик на частотах до нескольких сотен МГц

При достаточно высоком обратном смещении может происходить размножение электронов из-за вторичной эмиссии. Этот эффект используется для получения чувствительности в несколько сотен раз в лавинных фотодиодах, но за счет увеличения шума при более низких уровнях освещенности.Фотодиоды также доступны в комплекте с высокопроизводительным операционным усилителем. Эти устройства могут использоваться при очень слабом освещении и, в отличие от фотоумножителей, требуют только низкого напряжения. Линейная зависимость между выходным напряжением (и током) и уровнем освещенности может быть получена на протяжении нескольких десятилетий.

Кремниевые фотодиоды обычно используются и имеют максимальную чувствительность около 0,8–0,9, как показано на рис. 7.3. Фотодиоды из германия и InGaAs полезны в этой области с 1.От 1 до 1,7 м.

Принцип работы

Кремний - это полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,12 эВ при комнатной температуре. Это промежуток между валентной полосой и полосой пропускания. При абсолютном нуле температуры валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости пуста. При повышении температуры электроны возбуждаются и увеличиваются за счет тепловой энергии из валентной зоны в зону проводимости. Электроны могут усиливаться до полосы пропускания частицами или фотонами с мощностью больше 1.12 эВ, что соответствует длинам волн менее 1100 нм. Электроны в зоне проводимости могут свободно проводить ток.

Из-за градиента концентрации диффузия электронов из области N-типа в область P-типа и расширение пор из области P-типа в область N-типа создают встроенное напряжение на переходе. Взаимная диффузия электронов и дырок между областями N и P через переход приводит к области, свободной от носителей. Это область упадка.Встроенное напряжение в области затухания приводит к максимальному электрическому полю на переходе и отсутствию поля за пределами области затухания. Любое приложенное обратное смещение увеличивает встроенное напряжение и приводит к широкой области затухания. Электронно-дырочные пары, генерируемые светом, смываются дрейфом в области распада и собираются диффузией из несовершенной области. Текущее выходное событие пропорционально энергии света или излучения. Свет резко поглощается на расстоянии и пропорционален коэффициенту поглощения.Коэффициент поглощения очень высок для коротких волн в УФ-диапазоне и невелик для высоких длин волн (рис. 2). Поэтому фотоны с малой длиной волны, такие как УФ, объединяются в тонкий верхний поверхностный слой, в то время как кремний становится прозрачным для света с длинами волн более 1200 нм. Кроме того, фотоны с меньшей энергией, чем у

запрещенная зона не воспринимаются все.

Рис. 14. Глубина проникновения света в поверхность кремния для разных длин волн (1 / e).

Применение диода: -
  • Выпрямители
  • Цепи клиперов
  • Цепи зажима
  • Цепи защиты от обратного тока
  • В логике Логические ворота
  • Умножители напряжения

Диоды специального назначения | Диоды и выпрямители

диоды Шоттки

S Диоды Шоттки сконструированы из металлического перехода к N , а не из полупроводникового перехода P-N.Диоды Шоттки, также известные как с горячими несущими диодами , характеризуются быстрым временем переключения (малым временем обратного восстановления), низким прямым падением напряжения (обычно от 0,25 до 0,4 В для перехода металл-кремний) и низкой емкостью перехода.

Условное обозначение диода Шоттки показано на рисунке ниже.

Условное обозначение диода Шоттки.

Преимущества и недостатки диодов Шоттки

Прямое падение напряжения (VF), время обратного восстановления (trr) и емкость перехода (CJ) диодов Шоттки ближе к идеалу, чем у среднего «выпрямляющего» диода.Это делает их подходящими для высокочастотных приложений. К сожалению, диоды Шоттки обычно имеют более низкие номинальные значения прямого тока (IF) и обратного напряжения (VRRM и VDC), чем выпрямительные диоды, и поэтому не подходят для приложений, требующих значительного количества энергии. Хотя они используются в источниках питания импульсных стабилизаторов низкого напряжения.

Применение диодов Шоттки

Технология диодов Шоттки

находит широкое применение в высокоскоростных компьютерных схемах, где быстрое время переключения соответствует высокой скорости, а низкое прямое падение напряжения означает меньшее рассеивание мощности при проведении.

Блоки питания импульсного стабилизатора

, работающие на частоте 100 кГц, не могут использовать обычные кремниевые диоды в качестве выпрямителей из-за их низкой скорости переключения. Когда сигнал, подаваемый на диод, изменяется с прямого на обратное смещение, проводимость продолжается в течение короткого времени, в то время как носители уносятся из области обеднения. Проводимость прекращается только после того, как истечет время обратного восстановления tr . Диоды Шоттки имеют более короткое время обратного восстановления.

Независимо от скорости переключения, 0.Прямое падение напряжения на кремниевых диодах 7 В приводит к снижению эффективности источников питания с низким напряжением. Это не проблема, скажем, при питании 10 В. При питании 1 В падение 0,7 В составляет значительную часть выходной мощности. Одним из решений является использование силового диода Шоттки с меньшим прямым падением.

Туннельные диоды

Туннельные диоды используют странное квантовое явление, называемое резонансным туннелированием , для обеспечения характеристик прямого смещения с отрицательным сопротивлением. Когда на туннельный диод подается небольшое прямое смещение, он начинает проводить ток.(Рисунок ниже (b)) По мере увеличения напряжения ток увеличивается и достигает пикового значения, называемого пиковым током (IP). Если напряжение увеличивается еще немного, ток фактически начинает уменьшаться , пока не достигнет нижней точки, называемой током впадины (IV). Если напряжение еще больше увеличивается, ток снова начинает увеличиваться, на этот раз не снижаясь в другую «долину». Схематическое обозначение туннельного диода показано на рисунке (а) ниже.

Туннельный диод (a) Условное обозначение. (b) График зависимости тока от напряжения (c) Осциллятор.

Прямые напряжения, необходимые для управления туннельным диодом до его пикового и минимального токов, известны как пиковое напряжение (VP) и минимальное напряжение (VV), соответственно. Область на графике, где ток уменьшается при увеличении приложенного напряжения (между VP и VV по горизонтальной шкале), известна как область отрицательного сопротивления .

Туннельные диоды

, также известные как диоды Esaki в честь их японского изобретателя Лео Эсаки, способны очень быстро переключаться между пиковыми и минимальными уровнями тока, «переключаясь» между высоким и низким состояниями проводимости намного быстрее, чем даже диоды Шоттки.На характеристики туннельного диода также относительно не влияют изменения температуры.

Зависимость напряжения обратного пробоя от уровня легирования. После Сзе [SGG]

Характеристики туннельных диодов

Туннельные диоды сильно легированы как в P-, так и в N-областях, что в 1000 раз превышает уровень выпрямителя. Это видно на рисунке выше. Стандартные диоды находятся слева, стабилитроны слева, а туннельные диоды - справа от пунктирной линии. Сильное легирование дает необычно тонкую обедненную область.Это создает необычно низкое напряжение обратного пробоя с высокой утечкой. Тонкая обедненная область вызывает высокую емкость. Чтобы преодолеть это, площадь перехода туннельного диода должна быть крошечной.

Прямая характеристика диода состоит из двух областей: нормальная прямая характеристика диода с экспоненциально возрастающим током сверх VF, 0,3 В для Ge, 0,7 В для Si.

Между 0 В и VF находится дополнительный характеристический пик «отрицательного сопротивления». Это происходит из-за квантово-механического туннелирования, связанного с дуальной волновой природой электронов.Область обеднения достаточно тонкая по сравнению с эквивалентной длиной волны электрона, через которую они могут туннелировать. Им не нужно преодолевать нормальное прямое напряжение на диоде VF. Уровень энергии зоны проводимости материала N-типа перекрывает уровень валентной зоны в области P-типа. С повышением напряжения начинается туннелирование; уровни перекрываются; ток увеличивается до определенного предела. При дальнейшем увеличении тока уровни энергии перекрываются меньше; ток уменьшается с увеличением напряжения.Это часть кривой «отрицательного сопротивления».

Применение туннельных диодов

Туннельные диоды не являются хорошими выпрямителями, поскольку они имеют относительно высокий ток утечки при обратном смещении. Следовательно, они находят применение только в специальных схемах, где имеет значение их уникальный туннельный эффект. Чтобы использовать туннельный эффект, в этих диодах поддерживается напряжение смещения где-то между пиковым и минимальным уровнями напряжения, всегда с прямым смещением полярности (положительный анод и отрицательный катод).

Пожалуй, наиболее распространенное применение туннельного диода - в простых схемах высокочастотного генератора, как на рисунке (c) выше, где он позволяет источнику постоянного напряжения вносить мощность в «резервуар» LC-цепи, причем диод проводит ток, когда напряжение на нем достигает пикового (туннельного) уровня и эффективно изолирует при всех других напряжениях. Резисторы смещают туннельный диод на несколько десятых вольта с центром на участке отрицательного сопротивления характеристической кривой. Резонансный контур L-C может быть частью волновода для работы в микроволновом режиме.Возможны колебания до 5 ГГц.

История туннельных диодов

Когда-то туннельный диод был единственным доступным твердотельным СВЧ-усилителем. Туннельные диоды были популярны с 1960-х годов. Они были более долговечными, чем ламповые усилители бегущей волны, что важно для спутниковых передатчиков. Туннельные диоды также устойчивы к излучению из-за сильного легирования.

Сегодня различные транзисторы работают на сверхвысоких частотах. Даже туннельные диоды с малым сигналом дороги, и их трудно найти сегодня.Остается один производитель германиевых туннельных диодов и ни одного производителя кремниевых устройств. Иногда их используют в военной технике, поскольку они нечувствительны к радиации и большим перепадам температуры.

Были проведены некоторые исследования, связанные с возможной интеграцией кремниевых туннельных диодов в интегральные схемы КМОП. Считается, что они могут переключаться на частоте 100 ГГц в цифровых схемах. Единственный производитель германиевых устройств производит их по одному. Необходимо разработать пакетный процесс для кремниевых туннельных диодов, а затем интегрировать его с обычными КМОП-процессами.[SZL]

Туннельный диод Esaki не следует путать с резонансно-туннельным диодом CH 2, более сложной конструкции из сложных полупроводников. RTD - это более поздняя разработка, способная работать с более высокой скоростью.

Светодиоды

Принцип излучения лучистой энергии

Диоды, как и все полупроводниковые устройства, подчиняются принципам, описанным в квантовой физике. Один из этих принципов - излучение излучательной энергии определенной частоты всякий раз, когда электроны падают с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень.

Тот же принцип работает в неоновой лампе - характерное розово-оранжевое свечение ионизированного неона из-за специфических энергетических переходов его электронов посреди электрического тока. Уникальный цвет свечения неоновой лампы обусловлен тем фактом, что неон находится внутри трубки, а не определенной величиной тока через трубку или напряжением между двумя электродами. Неоновый газ светится розовато-оранжевым светом в широком диапазоне ионизирующих напряжений и токов.Каждый химический элемент имеет свою собственную «сигнатуру» излучения лучистой энергии, когда его электроны «прыгают» между различными квантованными уровнями энергии. Например, газообразный водород при ионизации светится красным светом; пары ртути светятся синим светом. Это то, что делает возможной спектрографическую идентификацию элементов.

Излучение лучистой энергии в светодиодах

Электроны, протекающие через PN-переход, испытывают аналогичные переходы по уровню энергии и при этом излучают лучистую энергию. Частота этой лучистой энергии определяется кристаллической структурой полупроводникового материала и составляющими его элементами.Некоторые полупроводниковые переходы, состоящие из особых химических комбинаций, излучают лучистую энергию в спектре видимого света, когда электроны меняют уровни энергии. Проще говоря, эти переходы светятся при прямом смещении. Диод, специально спроектированный так, чтобы светиться как лампа, называется светодиодом или светодиодом .

Электролюминесценция

Кремниевые диоды с прямым смещением выделяют тепло, когда электрон и дырки из областей N-типа и P-типа соответственно рекомбинируют в переходе.В светодиодах с прямым смещением рекомбинация электронов и дырок в активной области на рисунке (c) ниже дает фотоны. Этот процесс известен как электролюминесценция . Чтобы испускать фотоны, потенциальный барьер, через который падают электроны, должен быть выше, чем для кремниевого диода. Падение прямого диода может достигать нескольких вольт для некоторых цветных светодиодов.

Диоды, изготовленные из комбинации элементов галлия, мышьяка и фосфора (называемые арсенид-фосфид галлия ), светятся ярко-красным светом и являются одними из наиболее распространенных производимых светодиодов.Изменяя химический состав PN-перехода, можно получить разные цвета. Ранние поколения светодиодов были красными, зелеными, желтыми, оранжевыми и инфракрасными, более поздние поколения включали синий и ультрафиолетовый, причем фиолетовый был последним цветом, добавленным к выбору. Другие цвета могут быть получены путем объединения двух или более светодиодов основного цвета (красного, зеленого и синего) в одном корпусе с использованием одной и той же оптической линзы. Это позволило использовать многоцветные светодиоды, такие как трехцветные светодиоды (коммерчески доступные в 1980-х годах), с использованием красного и зеленого (которые могут создавать желтый цвет), а затем светодиоды RGB (красный, зеленый и синий), которые покрывают весь цветовой спектр.

Условное обозначение светодиодов

Схематический символ светодиода представляет собой диод правильной формы внутри круга с двумя маленькими стрелками, направленными в сторону (обозначающими излучаемый свет), как показано на рисунке (a) ниже.

Светодиод, светоизлучающий диод: (а) схематический символ. (b) Плоская сторона и короткий вывод устройства соответствуют катоду, а также внутреннему устройству катода. (c) Поперечное сечение светодиодной матрицы.

Это обозначение наличия двух маленьких стрелок, указывающих в сторону от устройства, является общим для схематических символов всех светоизлучающих полупроводниковых устройств.И наоборот, если устройство светится - активировано (это означает, что входящий свет стимулирует его), тогда на символе будут две маленькие стрелки, указывающие на . Светодиоды могут воспринимать свет. Они генерируют небольшое напряжение при воздействии света, очень похоже на солнечную батарею в небольшом масштабе. Это свойство может с успехом применяться в различных светочувствительных схемах.

Работа светодиода

Поскольку светодиоды состоят из других химических веществ, чем кремниевые диоды, их прямое падение напряжения будет другим.Обычно светодиоды имеют гораздо большее прямое падение напряжения, чем выпрямительные диоды, от 1,6 до более 3 вольт, в зависимости от цвета. Типичный рабочий ток для светодиода стандартного размера составляет около 20 мА. При работе светодиода от источника постоянного напряжения, превышающего прямое напряжение светодиода, необходимо включить последовательно подключенный «падающий» резистор, чтобы предотвратить повреждение светодиода полным напряжением источника. Рассмотрим пример схемы на рисунке (а) ниже с использованием источника 6 В.

Установка тока светодиода на 20 мА.(а) для источника 6 В, (б) для источника 24 В.

При падении на светодиоде 1,6 В на резисторе будет 4,4 В. Подобрать резистор для тока светодиода 20 мА так же просто, как взять его падение напряжения (4,4 В) и разделить на ток цепи (20 мА) в соответствии с законом Ома (R = E / I). Это дает нам цифру 220 Ом.

Рассчитывая рассеиваемую мощность для этого резистора 220 Ом, мы берем его падение напряжения и умножаем на его ток (P = IE) и получаем 88 мВт, что находится в пределах номинала резистора на 1/8 Вт.

Более высокое напряжение батареи потребует понижающих резисторов большего номинала, а также, возможно, резисторов большей мощности. Рассмотрим пример на рисунке (b) выше для напряжения питания 24 В:

В данном случае резистор сброса должен быть увеличен до размера 1,12 кОм, чтобы упасть 22,4 вольта при 20 мА, чтобы на светодиод по-прежнему подавалось только 1,6 вольт. Это также способствует увеличению рассеиваемой мощности резистора: 448 мВт, почти половина ватта мощности! Очевидно, что резистор, рассчитанный на рассеивание мощности 1/8 Вт или даже 1/4 Вт, при использовании здесь будет перегреваться.

Падение резисторов в цепях светодиодов

Значения падающего резистора для цепей светодиодов не обязательно должны быть точными. Предположим, мы должны были использовать резистор 1 кОм вместо резистора 1,12 кОм в схеме, показанной выше. В результате ток в цепи и падение напряжения на светодиодах немного увеличатся, что приведет к более яркому свету светодиода и небольшому сокращению срока службы. Падение резистора со слишком большим сопротивлением (скажем, 1,5 кОм вместо 1,12 кОм) приведет к меньшему току цепи, меньшему напряжению светодиода и более тусклому свету.Светодиоды довольно устойчивы к колебаниям подаваемой мощности, поэтому вам не нужно стремиться к совершенству в выборе размера понижающего резистора.

Несколько светодиодов в цепи

Иногда требуется несколько светодиодов, например, при освещении. Если светодиоды работают параллельно, каждый из них должен иметь собственный ограничивающий ток резистор, как показано на рисунке (а) ниже, для обеспечения более равномерного деления токов. Однако более эффективно использовать светодиоды последовательно (рисунок (b) ниже с одним понижающим резистором. По мере увеличения количества последовательно подключенных светодиодов значение последовательного резистора должно уменьшаться до определенного значения для поддержания тока.Количество последовательно соединенных светодиодов (Vf) не может превышать мощность источника питания. Можно использовать несколько последовательностей строк, как показано на рисунке (c) ниже.

Несмотря на выравнивание токов в нескольких светодиодах, яркость устройств может не совпадать из-за различий в отдельных частях. Детали могут быть выбраны для согласования яркости для критических приложений.

Несколько светодиодов: (а) параллельно, (б) последовательно, (в) последовательно-параллельно

Кроме того, из-за своего уникального химического состава светодиоды имеют гораздо более низкие значения пикового обратного напряжения (PIV), чем обычные выпрямительные диоды.Типичный светодиод может быть рассчитан только на 5 В в режиме обратного смещения. Следовательно, при использовании переменного тока для питания светодиода подключите защитный выпрямительный диод встречно-параллельно светодиоду, чтобы предотвратить обратный пробой через каждый второй полупериод, как показано на рисунке (a) ниже.

Управление светодиодом с помощью переменного тока

Противопараллельный диод на Рисунке (а) выше можно заменить встречно-параллельным светодиодом. Получившаяся пара встречно-параллельных светодиодов загорается на чередующихся полупериодах синусоидального сигнала переменного тока.Эта конфигурация потребляет 20 мА, равномерно распределяя его между светодиодами в чередующихся полупериодах переменного тока. Из-за этого разделения каждый светодиод получает только 10 мА. То же самое и с антипараллельной комбинацией светодиодов с выпрямителем. Светодиод получает только 10 мА. Если для светодиода (-ов) требовалось 20 мА, значение резистора можно было бы уменьшить вдвое.

Типовые характеристики светодиодов

Прямое падение напряжения светодиодов обратно пропорционально длине волны (λ). По мере уменьшения длины волны от инфракрасного к видимому и ультрафиолетовому цветам Vf увеличивается.Хотя эта тенденция наиболее очевидна для различных устройств от одного производителя, диапазон напряжений для светодиодов определенного цвета от разных производителей различается. Этот диапазон напряжений показан в таблице ниже.

Оптические и электрические свойства светодиодов

Светодиод λ нм (= 10 -9 м) V f (начиная с) V f (к)
инфракрасный 940 1.2 1,7
красный 660 1,5 2,4
оранжевый 602-620 2,1 2,2
желтый, зеленый 560-595 1,7 2,8
белый, синий, фиолетовый 3 4
ультрафиолет 370 4,2 4,8
Светодиоды по сравнению с лампами накаливания

Как лампы, светодиоды во многих отношениях превосходят лампы накаливания.

Прежде всего, это эффективность: светодиоды излучают намного больше световой мощности на ватт потребляемой электроэнергии, чем лампы накаливания. Это значительное преимущество, если рассматриваемая схема питается от батареи, эффективность которой приводит к увеличению срока службы батареи.

Во-вторых, светодиоды намного надежнее и имеют гораздо больший срок службы, чем лампы накаливания. Это связано с тем, что светодиоды являются «холодными» устройствами: они работают при гораздо более низких температурах, чем лампа накаливания с раскаленной добела металлической нитью, подверженной поломке от механических и термических ударов.

В-третьих, это высокая скорость включения и выключения светодиодов. Это преимущество также связано с «холодным» режимом работы светодиодов: им не нужно преодолевать тепловую инерцию при переключении из выключенного состояния во включенное или наоборот. По этой причине светодиоды используются для передачи цифровой (вкл. / Выкл.) Информации в виде световых импульсов, проводимых в пустом пространстве или по оптоволоконному кабелю, с очень высокой скоростью (миллионы импульсов в секунду).

Светодиоды

превосходно подходят для монохроматических осветительных приборов, таких как светофоры и автомобильные задние фонари.Лампы накаливания ужасны в этом приложении, поскольку требуют фильтрации, снижая эффективность. Светодиоды не требуют фильтрации.

Недостатки светодиодов

Одним из основных недостатков использования светодиодов в качестве источников освещения является их монохроматическое (одноцветное) излучение. Никто не хочет читать книгу при свете красного, зеленого или синего светодиода. Однако при использовании в комбинации цвета светодиодов могут быть смешаны для более широкого спектра свечения. Новый источник света широкого спектра - белый светодиод.В то время как маленькие белые панели индикаторов доступны уже много лет, устройства уровня освещенности все еще находятся в стадии разработки.

Эффективность и срок службы светодиодов и различных осветительных приборов

Эффективность освещения

Тип лампы КПД люмен / ватт Срок службы банкноты
Белый светодиод 35 100 000 дорогостоящие
Белый светодиод, будущее 100 100 000 Цель НИОКР
Лампа накаливания 12 1000 недорого
Галоген 15-17 2000 высококачественный свет
Компактный люминесцентный 50-100 10 000 рентабельно
Пары натрия, LP 70-200 20 000 открытый
Пары ртути 13-48 18 000 открытый

Белый светодиод - это синий светодиод, возбуждающий люминофор, излучающий желтый свет.Синий плюс желтый соответствует белому свету. Природа люминофора определяет характеристики света. Красный люминофор может быть добавлен для улучшения качества смеси желтого и синего за счет эффективности. В таблице выше сравниваются белые светодиоды с ожидаемыми в будущем устройствами и другими обычными лампами. Эффективность измеряется в люменах светоотдачи на ватт входной мощности. Если устройство мощностью 50 люмен / ватт может быть улучшено до 100 люмен / ватт, белые светодиоды будут сравнимы по эффективности с компактными люминесцентными лампами.

История светодиодов

светодиода в целом были основным объектом исследований и разработок с 1960-х годов. Из-за этого нецелесообразно охватить все геометрические формы, химические составы и характеристики, которые были созданы за десятилетия. Первые устройства были относительно тусклыми и потребляли умеренные токи. В последующих поколениях эффективность была улучшена до такой степени, что опасно смотреть внимательно и прямо на светящийся светодиод. Это может привести к повреждению глаз, а для светодиодов требуется лишь незначительное увеличение падающего напряжения (Vf) и тока.Современные устройства высокой интенсивности достигают 180 люмен при использовании 0,7 А (82 люмен / ватт, холодный белый цвет серии Luxeon Rebel), и даже модели с более высокой интенсивностью могут использовать еще более высокие токи с соответствующим увеличением яркости. Другие разработки, такие как квантовые точки, являются предметом текущих исследований, поэтому ожидайте увидеть новые возможности для этих устройств в будущем

Лазерные диоды

Лазеры

Лазерный диод является дальнейшим развитием обычного светодиода или светодиода.Сам термин «лазер» на самом деле является аббревиатурой, несмотря на то, что он часто пишется строчными буквами. «Лазер» означает L, , , , усиление , , , , миссия R , и относится к другому странному квантовому процессу, при котором характерный свет, излучаемый электронами, падает с высокого уровня на низкий. Энергетические состояния в материале стимулируют другие электроны в веществе совершать аналогичные «прыжки», в результате чего происходит синхронизированный выход света из материала.Эта синхронизация распространяется на фактическую фазу излучаемого света, так что все световые волны, излучаемые «лазерным» материалом, имеют не только одну и ту же частоту (цвет), но и одинаковую фазу, так что они усиливают одну другой и могут путешествовать в очень плотно ограниченном недиспергирующем пучке. Вот почему лазерный свет остается так замечательно сфокусированным на больших расстояниях: каждая световая волна, исходящая от лазера, синхронизируется друг с другом.

(а) Белый свет многих длин волн.(b) Монохроматический светодиодный свет с одной длиной волны. (c) Фазово-когерентный лазерный свет.

Лампы накаливания излучают «белый» (смешанный по частоте или смешанный цвет) свет, как показано на рисунке (а) выше. Обычные светодиоды излучают монохроматический свет: одинаковой частоты (цвета), но разных фаз, что приводит к аналогичной дисперсии луча на рисунке (b). Лазерные светодиоды излучают когерентный свет : свет, который является как монохроматическим (одноцветным), так и однофазным (однофазным), что приводит к точному ограничению луча, как показано на рисунке (c).

Лазерный свет находит широкое применение в современном мире: во всем: от геодезии, где прямой и не рассеивающий луч света очень полезен для точного наведения на измерительные маркеры, до считывания и записи оптических дисков, где только узкая сфокусированная лазерный луч способен разрешать микроскопические «ямки» на поверхности диска, состоящие из двоичных единиц и нулей цифровой информации.

Некоторые лазерные диоды требуют специальных мощных «импульсных» цепей для передачи большого количества напряжения и тока короткими импульсами.Другие лазерные диоды могут работать непрерывно с меньшей мощностью. В лазере непрерывного действия лазерное воздействие происходит только в определенном диапазоне диодного тока, что требует некоторой формы схемы регулятора тока. По мере старения лазерных диодов их требования к мощности могут изменяться (требуется больший ток для меньшей выходной мощности), но следует помнить, что маломощные лазерные диоды, такие как светодиоды, являются довольно долговечными устройствами с типичным сроком службы в несколько десятков лет. тысячи часов.

Фотодиоды

Фотодиод - это диод, оптимизированный для создания потока электронного тока в ответ на облучение ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным светом.Кремний чаще всего используется для изготовления фотодиодов; однако можно использовать арсенид германия и галлия. Переход, через который свет попадает в полупроводник, должен быть достаточно тонким, чтобы пропускать большую часть света в активную область (область истощения), где свет преобразуется в пары электронов-дырок.

На рисунке ниже мелкая диффузия P-типа в пластину N-типа создает PN-переход около поверхности пластины. Слой P-типа должен быть тонким, чтобы пропускать как можно больше света.Сильная диффузия N + на обратной стороне пластины вступает в контакт с металлизацией. Верхняя металлизация может быть тонкой сеткой из металлических пальцев на верхней части пластины для больших ячеек. В небольших фотодиодах верхний контакт может быть единственным соединительным проводом, контактирующим с оголенной кремниевой крышкой P-типа.

Фотодиод: схематическое изображение и поперечное сечение.

Как работают фотодиоды?

Интенсивность света, попадающего в верхнюю часть стопки фотодиодов, экспоненциально спадает в зависимости от глубины.Тонкий верхний слой P-типа позволяет большинству фотонов проходить в обедненную область, где образуются электронно-дырочные пары. Электрическое поле в обедненной области из-за встроенного потенциала диода заставляет электроны попадать в N-слой, а дырки - в P-слой.

На самом деле электронно-дырочные пары могут образовываться в любой из полупроводниковых областей. Однако те, которые образуются в области истощения, наиболее вероятно, будут разделены на соответствующие N- и P-области. Многие электронно-дырочные пары, образующиеся в P- и N-областях, рекомбинируют.Лишь немногие делают это в области истощения. Таким образом, несколько электронно-дырочных пар в N- и P-областях и большая часть в обедненной области вносят вклад в фототок , который возникает в результате падения света на фотодиод.

Работа фотодиода

Может наблюдаться напряжение на фотодиоде. Работа в этом фотоэлектрическом режиме (PV) не является линейным в большом динамическом диапазоне, хотя он чувствителен и имеет низкий уровень шума на частотах менее 100 кГц.Предпочтительным режимом работы часто является режим фототока (ПК) , потому что ток линейно пропорционален световому потоку в течение нескольких десятилетий интенсивности, и может быть достигнута более высокая частотная характеристика. Режим ПК достигается с обратным смещением или нулевым смещением на фотодиоде. Усилитель тока (трансимпедансный усилитель) следует использовать с фотодиодом в режиме ПК. Линейность и режим PC достигаются до тех пор, пока диод не смещен в прямом направлении.

Фотодиоды часто требуют высокоскоростной работы, а не солнечных элементов.Скорость - это функция емкости диода, которую можно минимизировать, уменьшив площадь ячейки. Таким образом, датчик для высокоскоростной оптоволоконной линии связи будет использовать площадь не больше, чем необходимо, скажем, 1 мм2. Емкость также может быть уменьшена путем увеличения толщины обедненной области в процессе производства или путем увеличения обратного смещения на диоде.

Различные типы PIN-диодов

PIN-диод PIN-диод или PIN-диод - это фотодиод с внутренним слоем между P- и N-областями, как показано на рисунке ниже.Структура P - I ntrinsic- N увеличивает расстояние между проводящими слоями P и N, уменьшая емкость, увеличивая скорость. Объем светочувствительной области также увеличивается, повышая эффективность преобразования. Полоса пропускания может увеличиваться до 10 ГГц. Фотодиоды с PIN-кодом являются предпочтительными из-за высокой чувствительности и высокой скорости при умеренной стоимости.

Фотодиод

PIN: собственная область увеличивает толщину обедненной области.

Лавинный фотодиод: Лавинный фотодиод (APD) , предназначенный для работы при высоком обратном смещении, демонстрирует эффект электронного умножителя, аналогичный фотоэлектронному умножителю. Обратное смещение может составлять от 10 вольт до почти 2000 В. Высокий уровень обратного смещения ускоряет созданные фотонами электронно-дырочные пары во внутренней области до достаточно высокой скорости, чтобы освободить дополнительные носители от столкновений с кристаллической решеткой. Таким образом, получается много электронов на фотон.Мотивация для APD состоит в том, чтобы добиться усиления внутри фотодиода для преодоления шума во внешних усилителях. В некоторой степени это работает. Однако APD создает собственный шум. На высокой скорости APD превосходит комбинацию усилителей с PIN-диодами, но не для низкоскоростных приложений. APD дороги, примерно столько же, сколько фотоэлектронный умножитель. Таким образом, они могут конкурировать только с фотодиодами с PIN-кодом для нишевых приложений. Одно из таких приложений - подсчет одиночных фотонов применительно к ядерной физике.

Солнечные элементы

Фотодиод, оптимизированный для эффективной подачи энергии на нагрузку, - это солнечный элемент . Он работает в фотоэлектрическом режиме (PV), потому что он смещен в прямом направлении напряжением, возникающим на сопротивлении нагрузки.

Монокристаллические солнечные элементы

Монокристаллические солнечные элементы производятся по технологии, аналогичной обработке полупроводников. Это включает выращивание монокристаллической були из расплавленного кремния высокой чистоты (P-типа), хотя и не такой высокой чистоты, как для полупроводников.Були распиливают алмазной пилой или проволочной пилой на вафли. Концы були должны быть выброшены или переработаны, а силикон теряется в пропиле пилы. Поскольку современные ячейки почти квадратные, кремний теряется при возведении були в квадрат. Клетки могут быть вытравлены для текстуры (придания шероховатости) поверхности, чтобы помочь улавливать свет внутри клетки. При производстве квадратных пластин 10 или 15 см теряется значительная часть кремния. В наши дни (2007 г.) производители солнечных элементов обычно закупают пластины на этом этапе у поставщика полупроводниковой промышленности.

Компоненты солнечных батарей

Пластины P-типа загружаются встык в лодочки из плавленого кварца, открывая только внешнюю поверхность для легирующей примеси N-типа в диффузионной печи. В процессе диффузии наверху ячейки образуется тонкий слой n-типа. Распространение также сокращает края ячейки спереди назад. Чтобы раскоротить клетку, необходимо удалить периферию путем плазменного травления. Серебряная или алюминиевая паста нанесена на заднюю часть ячейки, а серебряная сетка - на передней. Они спекаются в печи для обеспечения хорошего электрического контакта.(Рисунок ниже)

Ячейки соединены последовательно металлическими лентами. Для зарядки 12-вольтовых батарей 36 ячеек с напряжением примерно 0,5 В ламинируются в вакууме между стеклом и металлической полимерной задней панелью. Стекло может иметь текстурированную поверхность, которая помогает улавливать свет.

Кремниевый солнечный элемент

Конечные коммерческие высокоэффективные (21,5%) монокристаллические кремниевые солнечные элементы имеют все контакты на задней стороне элемента. Активная площадь ячейки увеличивается за счет перемещения верхних (-) контактных проводников к задней части ячейки.Верхние (-) контакты обычно подключаются к кремнию N-типа в верхней части ячейки. На рисунке ниже (-) контакты соединены с диффузорами N + на дне, чередующимися с (+) контактами. Верхняя поверхность текстурирована, чтобы помочь улавливать свет внутри ячейки. [VSW]

Высокоэффективный солнечный элемент со всеми контактами сзади. Взято из рисунка 1 [VSW]

Различные виды солнечных батарей

Элементы из мультикристаллического кремния начинаются с заливки расплавленного кремния в прямоугольную форму.Когда кремний охлаждается, он кристаллизуется в несколько больших (от миллиметров до сантиметров) беспорядочно ориентированных кристаллов вместо одного. Остальная часть процесса такая же, как и для монокристаллических ячеек. На готовых ячейках видны линии, разделяющие отдельные кристаллы, как если бы ячейки были треснутыми. Высокая эффективность не так высока, как у монокристаллических ячеек, из-за потерь на границах кристаллических зерен. Поверхность ячейки не может быть огрублена травлением из-за случайной ориентации кристаллов. Однако антибликовое покрытие повышает эффективность.Эти ячейки конкурентоспособны во всем, кроме космического применения.

Трехслойный элемент : Солнечный элемент с наивысшей эффективностью представляет собой набор из трех элементов, настроенных на поглощение различных частей солнечного спектра. Хотя три ячейки могут быть установлены друг на друга, монолитная монокристаллическая структура из 20 полупроводниковых слоев более компактна. При КПД 32% в настоящее время (2007 г.) он предпочтительнее кремния для космического применения. Высокая стоимость не позволяет найти множество приложений, связанных с землей, кроме концентраторов на основе линз или зеркал.

В результате интенсивных исследований недавно была разработана версия, улучшенная для земных концентраторов на 400–1000 солнц и КПД 40,7%. Для этого требуется либо большая недорогая линза Френеля, либо отражатель и небольшая площадь дорогого полупроводника. Эта комбинация считается конкурентоспособной с недорогими кремниевыми элементами для солнечных электростанций. [RRK] [LZy]

Создание трехслойных солнечных элементов

Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) осаждает слои поверх германиевой подложки P-типа.Верхние слои фосфида галлия-индия (GaInP) N- и P-типа, имеющие ширину запрещенной зоны 1,85 эВ, поглощают ультрафиолетовый и видимый свет. Эти длины волн имеют достаточно энергии, чтобы превышать ширину запрещенной зоны.

Более длинные волны (более низкая энергия) не обладают достаточной энергией для создания электронно-дырочных пар и перехода к следующему слою. Слои арсенида галлия с шириной запрещенной зоны 1,42 эВ поглощают ближний инфракрасный свет.

Наконец, слой германия и подложка поглощают дальнее инфракрасное излучение. Серия из трех ячеек производит напряжение, которое является суммой напряжений трех ячеек.Напряжение, развиваемое каждым материалом, на 0,4 В меньше, чем энергия запрещенной зоны, указанная в таблице ниже. Например, для GaInP: 1,8 эВ / э - 0,4 В = 1,4 В. Для всех трех напряжение составляет 1,4 В + 1,0 В + 0,3 В = 2,7 В. [BRB]

Высокоэффективный трехслойный солнечный элемент.

Слой Ленточный зазор Светопоглощенный
Галлий фосфид индия 1,8 эВ УФ, видимый
Арсенид галлия 1.4 эВ ближний инфракрасный
Германий 0,7 эВ дальняя инфракрасная область

Кристаллические солнечные батареи имеют долгий срок службы. Многие массивы имеют гарантию 25 лет и считаются работоспособными в течение 40 лет. Они не подвержены начальной деградации по сравнению с аморфным кремнием.

Как монокристаллические, так и мультикристаллические солнечные элементы основаны на кремниевых пластинах. Кремний является как подложкой, так и активными слоями устройства.Потребляется много кремния. Этот вид элементов существует уже несколько десятилетий и занимает около 86% рынка солнечной электроэнергии. Для получения дополнительной информации о кристаллических солнечных элементах см. Honsberg. [CHS]

Аморфный кремний Тонкопленочные солнечные элементы используют крошечные количества активного сырья - кремния. Примерно половину стоимости обычных кристаллических солнечных элементов составляет кремний для солнечных элементов. Процесс нанесения тонких пленок снижает эту стоимость.

Обратной стороной является то, что эффективность примерно вдвое ниже, чем у обычных кристаллических ячеек.Кроме того, под воздействием солнечного света КПД снижается на 15-35%. Элемент с КПД 7% скоро вырастет до КПД 5%. Ячейки из тонкопленочного аморфного кремния работают лучше, чем кристаллические элементы при тусклом свете. Они находят хорошее применение в калькуляторах на солнечных батареях.

Солнечные элементы на основе не кремния составляют около 7% рынка. Это тонкопленочные поликристаллические изделия. Различные составные полупроводники являются предметом исследований и разработок. Некоторые продукты без силикона находятся в производстве. Как правило, эффективность лучше, чем у аморфного кремния, но не так хорошо, как у кристаллического кремния.

Теллурид кадмия в виде тонкой поликристаллической пленки на металле или стекле может иметь более высокую эффективность, чем тонкие пленки из аморфного кремния. При нанесении на металл этот слой является отрицательным контактом с тонкой пленкой теллурида кадмия. Прозрачный сульфид кадмия P-типа поверх теллурида кадмия служит буферным слоем. Положительный верхний контакт представляет собой прозрачный, электропроводящий оксид олова, легированный фтором. Эти слои могут быть нанесены на жертвенную фольгу вместо стекла в процессе, описанном в следующем параграфе.Жертвенная фольга удаляется после того, как ячейка прикреплена к постоянной подложке.

Солнечный элемент из теллурида кадмия на стекле или металле.

Создание солнечного элемента из теллурида кадмия

Процесс нанесения теллурида кадмия на стекло начинается с нанесения прозрачного, электропроводящего оксида олова N-типа на стеклянную подложку. Следующий слой - теллурид кадмия Р-типа; тем не менее, можно использовать N-тип или внутренний. Эти два слоя составляют NP-переход.Слой теллурида свинца P + (тяжелый P-тип) помогает установить контакт с низким сопротивлением. Металлический слой обеспечивает окончательный контакт с теллуридом свинца. Эти слои могут быть нанесены путем вакуумного осаждения, химического осаждения из паровой фазы (CVD), трафаретной печати, электроосаждения или химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD) в гелии. [KWM]

Разновидностью теллурида кадмия является теллурид кадмия ртути. Более низкое объемное сопротивление и меньшее контактное сопротивление повышает эффективность по сравнению с теллуридом кадмия.

Кадмий, индий, галлий, диселенидный солнечный элемент (CIGS)

Диселенид кадмия, индия, галлия: наиболее многообещающий тонкопленочный солнечный элемент в настоящее время (2007 г.) производится на рулоне гибкого полиимида - кадмия, индия и галлия (CIGS) шириной десять дюймов. Его эффективность составляет 10%. Хотя ячейки из кристаллического кремния коммерческого класса превзошли это десятилетие назад, CIGS должен быть конкурентоспособным по стоимости. Процессы осаждения происходят при достаточно низкой температуре, чтобы использовать полиимидный полимер в качестве подложки вместо металла или стекла.(Рисунок выше) CIGS изготавливается методом рулонного производства, что должно снизить затраты. Ячейки GIGS также могут быть произведены с помощью низкозатратного электрохимического процесса. [EET]

ОБЗОР:

  • Большинство солнечных элементов представляют собой монокристаллические или мультикристаллические кремниевые элементы из-за их хорошей эффективности и умеренной стоимости.
  • Остальной рынок составляют менее эффективные тонкие пленки из различных аморфных или поликристаллических материалов.
  • В таблице ниже сравниваются выбранные солнечные элементы.

Свойства солнечных элементов

Тип солнечного элемента Максимальный КПД Практическая эффективность Банкноты
Селен поликристаллический 0,7% 1883, Чарльз Фриттс
Кремний, монокристалл 4% 1950-е годы, первый кремниевый солнечный элемент
Кремний, монокристалл PERL, наземный, космический 25% солнечных машин, стоимость = 100х коммерческих
Кремний, монокристалл, наземный коммерческий 24% 14-17% 5–10 долларов за пиковую мощность
Cypress Semiconductor, Sunpower, монокристалл кремния 21.5% 19% все контакты на задней части ячейки
Галлий фосфид индия / арсенид галлия / германий, монокристалл, многослойный 32% Предпочтительно для размещения.
Расширенная наземная версия выше. 40,7% Использует оптический концентратор.
Кремний мультикристаллический 18,5% 15,5%
Тонкие пленки,
Кремний аморфный 13% 5-7% Разлагается на солнце.Подходит для использования в помещении для калькуляторов или в пасмурную погоду.
Теллурид кадмия поликристаллический 16% стеклянная или металлическая подложка
Диселенид арсенида индия меди поликристаллический 18% 10% Гибкое полимерное полотно 10 дюймов. [NTH]
Органический полимер, 100% пластик 4,5% НИОКР

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Руководство по выбору диодов

| Инженерное дело360

Полупроводниковый диод - это нелинейное устройство, наиболее выдающейся особенностью которого является то, что ток, по сути, может течь только в одном направлении.Диод построен путем соединения двух полупроводниковых материалов: материала N-типа (богатого отрицательными носителями или свободными электронами) и материала P-типа (богатого положительными носителями или дырками). Площадь контакта называется стыком. По этой причине диод обычно называют PN Junction .


Когда приложенное напряжение заставляет диод проводить электроны от анода к катоду, он работает в состоянии прямого смещения . Когда приложенный потенциал не допускает резкого увеличения тока и наблюдается только минимальное, практически нулевое значение тока на переходе, говорят, что диод находится в состоянии обратного смещения .При прямом смещении диод ведет себя так же, как замкнутый переключатель, а при обратном смещении диод ведет себя как разомкнутый переключатель.

Для обозначения диода используется следующий схематический символ:

Кредит изображения: GotToKnow.com

Анод представляет собой материал P-типа, а катод - материал N-типа перехода.

Работа диода

Работой диода управляет вольт-амперная характеристика диода.Диод в цепи с положительным (самым высоким) потенциалом, подключенным к материалу P, и отрицательным потенциалом, подключенным к материалу N, смещен в прямом направлении. Диод, самый высокий потенциал которого подключен к материалу N, а самый низкий потенциал - к материалу P, смещен в обратном направлении.

На следующем рисунке показано прямое и обратное смещение диода, подключенного к цепи.

Кредит изображения: Electrapk

Характеристики диода

Типичные ВАХ диода показаны на следующем рисунке.Есть две рабочие области, которые четко обозначены: область прямого смещения и область обратного смещения. Две шкалы используются вдоль каждой оси, чтобы отобразить различный отклик диода как в положительном, так и в отрицательном направлениях. Прямой смещенный ток на этой конкретной ВАХ выражается в миллиамперах (мА), тогда как в области обратного смещения ток выражается в микроамперах (мкА). Основные характеристики этих двух рабочих условий объясняются ниже.

Изображение предоставлено: Nikhil.M.R

Область прямого смещения

В области прямого смещения существуют две важные области, которые следует различать в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Первая область - это низкие уровни напряжения на диоде (V D ) и связанный с этим ток очень мал. Вторая область - это когда напряжение на диоде (V D ) превышает пороговое напряжение (V th ), и ток резко увеличивается.

Напряжение диода th - Для любого напряжения диода (V D ) от нуля до (V th ) ток очень мал. В общем, в качестве приближения мы можем считать этот ток равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень высоким сопротивлением.

Напряжение диода ≥ В th - При любом напряжении диода (V D ) больше, чем (V th ), ток резко возрастает.В общем, в качестве приближения мы можем считать сопротивление равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как замкнутый переключатель.

Реакция на приложенное напряжение в области прямого смещения контролируется пороговым напряжением диода, которое зависит от типа материала, из которого изготовлен диод. Кремниевый диод имеет приблизительное значение V th = 0,7 В, а германиевый диод имеет приблизительное значение V th = 0.3 В.


Область обратного смещения

В области обратного смещения также существуют две важные области, которые можно различить в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Ток через диод очень мал, практически равен нулю, когда напряжение на диоде находится между нулем и напряжением пробоя (V BD ). За пределами напряжения пробоя (V BD ) наблюдается резкое увеличение тока, которое отмечает вторую интересующую область в области обратного смещения.

Напряжение диода <В BD - В этой области ток очень мал. Мы называем этот ток током утечки. В практических приложениях вы можете считать его равным нулю. Таким образом, в этой области диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень большим сопротивлением.

Напряжение на диоде ≥В BD - В области пробоя ток очень быстро увеличивается в зависимости от напряжения на диоде.Диод ведет себя как замкнутый переключатель или как устройство с очень маленьким сопротивлением. Обратите внимание, что напряжение на диоде в этом случае очень близко к V BD для практических приложений, для любого напряжения источника.

Напряжение пробоя не является постоянным значением, как пороговое напряжение прямого смещения. V BD отличается для каждого диода. Это значение является параметром спецификации, предоставленным производителем.

В следующей таблице приведены рабочие условия диодов.Последний столбец таблицы показывает поведение идеального диода. Когда идеальный диод смещен в прямом направлении, он будет вести себя как замкнутый переключатель с сопротивлением, равным нулю (0 Вт). В обратном смещении идеальный диод аналогичен разомкнутому ключу с током, равным нулю, и бесконечным (∞ Ω) сопротивлением.

Напряжение диода (В D )

Текущая

Сопротивление

Идеальное поведение

Прямое смещение

≈ 0

очень большой

выключатель разомкнутый

(V D th )

(≈ ∞)

Прямое смещение

большой

очень маленький

выключатель замкнутый

(V D ≥ V th )
Обратное смещение

≈ 0

очень большой

выключатель разомкнутый

(V D BD )

(≈ ∞)

Обратное смещение

большой

очень маленький

выключатель замкнутый

(V D ≥ V BD )

Идентификация диода

Схематический символ, используемый для диода, обычно представляет собой стрелку с короткой линией на конце.Катод выполнен из материала N-типа и обозначен острием стрелки. Анод выполнен из материала P-типа и обозначен основанием стрелки.

Производители могут использовать различные методы для обозначения анода и катода диода. В наиболее распространенном методе катод (материал N-типа) идентифицируется цветной полосой. Таким образом, конец диода, ближайший к этой полосе, является катодом. Другой конец - анод (материал P-типа).

Изображение предоставлено: Integrated Publishing

Характеристики диода

Важные характеристики диодов зависят от типа диода и области его применения.Ниже мы перечислим наиболее важные характеристики для всех типов диодов.

  • Прямое напряжение (В F ) - это напряжение на выводах диода, приводящее к резкому увеличению тока в прямом направлении.

  • Прямой ток (I F ) - это ток при приложении прямого напряжения; он течет через диод в направлении меньшего сопротивления.

  • Обратный ток (I R ) или ток утечки - это значение тока при приложении обратного напряжения. Это ток, который протекает при приложении обратного смещения к полупроводниковому переходу.

  • Обратное напряжение (В R ) - это максимально допустимое обратное напряжение, которое можно применять повторно.

  • Напряжение пробоя (В BR ) - это обратное напряжение, при котором небольшое увеличение напряжения приводит к резкому увеличению обратного тока.

  • Рассеиваемая мощность (P D ) - это максимально допустимая рассеиваемая мощность на выходе (в Вт) диода при указанной температуре окружающей среды. Рассеиваемая мощность - это мощность, рассеиваемая диодом во включенном состоянии.

  • Рабочая температура перехода (T j ) - это диапазон температур, при котором диод предназначен для работы.

Типы диодов

Термин «диод» можно использовать для описания типичного PN-диода, также известного как диод общего назначения, или его можно использовать как более широкий термин для описания одного из многих других типов диодов.Определенный тип диода может использоваться для конкретного приложения или демонстрировать определенное поведение или характеристику. Следующие ниже описания и иллюстрации охватывают краткий список диодов общего и специального назначения.

Диоды общего назначения - это электронные компоненты с двумя выводами, которые позволяют току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду. Эти простые полупроводники представляют собой PN-переходы с положительной или P-областью с положительными ионами и отрицательной или N-областью с отрицательными электронами.Приложение прямого напряжения к PN-переходу заставляет ток течь только в одном направлении, поскольку электроны из N-области заполняют «дыры» в P-области. Обратное напряжение диода является потенциальным барьером, препятствующим протеканию тока в обратном направлении, аналогично номинальному давлению на обратном клапане.

Изображение предоставлено: AMB Laboratories

Светоизлучающие диоды (LED) - это устройства с PN переходом, которые испускают световое излучение посредством электролюминесценции при прямом смещении.Они используются в качестве различных индикаторов в авиационном, автомобильном и транспортном освещении, а также в качестве освещения некоторых ламп и фонарей. Большинство светодиодов работают в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах, хотя теперь есть и УФ-светодиоды.

Кредит изображения: MRISAR

Фотодиоды представляют собой двухэлектродный, чувствительный к излучению переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения.Фотодиоды используются для определения оптической мощности и для преобразования оптической мощности в электрическую. Фотодиоды могут быть PN, PIN или лавинными. PN-фотодиоды имеют двухэлектродный чувствительный к излучению PN-переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения. PIN-фотодиоды - это диоды с большой внутренней областью, зажатой между полупроводниковыми областями, легированными P и N. Фотоны, поглощенные в этой области, создают пары электрон-дырка, которые затем разделяются электрическим полем, таким образом генерируя электрический ток в цепи нагрузки.Лавинные фотодиоды - это устройства, в которых используется лавинное умножение фототока с помощью дырочных электронов, создаваемых поглощенными фотонами. Когда напряжение обратного смещения устройства приближается к уровню пробоя, пары дырка-электрон сталкиваются с ионами, создавая дополнительные пары дырка-электрон, таким образом достигая усиления сигнала.

Изображение предоставлено: MCU Tutor

PIN-диоды представляют собой трехслойные полупроводниковые диоды, состоящие из внутреннего слоя, разделяющего сильно легированные слои P и N.Заряд, накопленный в собственном слое, вместе с другими параметрами диода определяет сопротивление диода на ВЧ- и СВЧ-частотах. Это сопротивление обычно составляет от кОм до менее 1 Ом для данного диода. PIN-диоды обычно используются в качестве переключателей или элементов аттенюатора.

Кредит изображения: Все о схемах

Выпрямители получают переменный ток (AC) со средним значением ноль вольт и подают постоянный ток (DC), сигнал одной полярности с чистым значением больше нуля вольт, процесс, также известный как выпрямление.Важнейшим компонентом выпрямителя является диод. Диод - это электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду (-). Один выпрямительный диод позволит распространяться только половине сигнала переменного тока, блокируя обратную полярность, пока она не превышает напряжение пробоя. Доступно несколько схем, которые позволяют выполнять однополупериодное и двухполупериодное выпрямление.

Изображение предоставлено: Marine Insight

Диоды Шоттки также известны как диоды с барьером Шоттки или диоды с горячей несущей.Они состоят из стыка металлического слоя и полупроводникового элемента. Металлический слой, катод, сильно занят электронами зоны проводимости. Полупроводниковый элемент, анод, представляет собой слаболегированный полупроводник N-типа. При прямом смещении электроны с более высокой энергией в N-области инжектируются в металлическую область, позволяя переходу работать во включенном состоянии. Диоды Шоттки достигают высоких скоростей переключения, поскольку они очень быстро отдают свою избыточную энергию, когда они колеблются между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ.

Изображение предоставлено: Electrical-Info.com

Туннельные диоды - это сильно легированные P-N диоды, в которых туннелирование электронов из зоны проводимости материала N-типа в валентную зону в области P-типа создает область отрицательного сопротивления. Эта область отрицательного сопротивления является наиболее важной областью работы. По мере увеличения напряжения ток уменьшается. Эта особенность делает туннельные диоды особенно полезными в генераторах малой мощности и радиочастотных (RF) приложениях.

Кредит изображения: HyperPhysics

Варакторные диоды - это диоды с p-n переходом, которые предназначены для работы в качестве конденсатора с регулируемым напряжением при работе в режиме обратного смещения. Когда PN-переход смещается путем приложения напряжения к переходу, это приводит к отрицательному заряду на стороне P и положительному заряду на стороне N. Область между этими положительными и отрицательными зарядами, известная как область истощения, не содержит движущихся зарядов.

Собственная емкость является результатом смещения перехода: два противоположных заряда разделены изолятором. Фактически, все PN-переходы имеют соответствующую емкость (Cj), и когда на диод подается напряжение, область обеднения уменьшается (прямое смещение) или увеличивается (обратное смещение), изменяя значение емкости PN-перехода.

Варакторы изготавливаются таким образом, что емкость PN перехода имеет известное и управляемое отношение к приложенному напряжению на диоде.Эта управляемая напряжением емкость обычно создается исключительно с использованием только обратного смещения. На следующем рисунке показаны схема, символ и кривая, показывающая взаимосвязь между приложенным напряжением обратного смещения и емкостью.

Изображение предоставлено: Политех Лилль

Обратите внимание, что по мере увеличения напряжения обратного смещения (V R ) емкость уменьшается.Качество C T - это емкость устройства при отсутствии приложенного напряжения. Связь между напряжением обратного смещения и емкостью определяется следующей формулой:

Где:

C j = емкость перехода

C T = конечная емкость

В R = Напряжение обратного смещения

Стабилитроны - это устройства с PN переходом, которые предназначены для работы в области обратного пробоя.Напряжение пробоя (Vz) стабилитронов устанавливается путем тщательного контроля уровня легирования во время производства. Это явление пробоя называется напряжением Зенера или эффектом Зенера.

Кредит изображения: TDK Lambda UK

Тип диода

Характеристики

Заявление

Светоизлучающий диод (LED)

PN Соединительное устройство, излучающее световое излучение

Передатчик света / оптических сигналов

PN Соединительный диод

Проводить ток от анода (+) к катоду (-)

Общего назначения

Фотодиод

Оптоэлектронное устройство, в котором обратный ток меняется в зависимости от освещенности

Обнаружение / преобразование оптической мощности

PIN диод

Увеличенная область истощения; Более низкая емкость; Повышенное обратное напряжение пробоя

Выпрямитель высокого напряжения, РЧ-переключатель; Фотоприемник

Выпрямитель

проводит постоянный ток (DC) с однополярным сигналом с чистым значением выше нуля вольт

Исправление

Диод Шоттки

Низкое прямое напряжение; Нет времени обратного восстановления

Высокая частота; Высокоскоростное переключение

Туннельный диод

Область отрицательного сопротивления в области прямого смещения; Узкая область истощения

Низкое усиление мощности; Высокая частота; Высокоскоростное переключение

Варакторный диод

Емкость является функцией обратного напряжения смещения; Используется как конденсатор переменной емкости

VCO; RF фильтры

Стабилитрон

проводит ток, когда обратное смещение достигает VBR; Постоянное выходное напряжение; Резкое увеличение тока @ VBR

Источники питания; Регулирование напряжения

Этапы жизненного цикла продукта

Диоды

соответствуют этапам жизненного цикла продукта, которые определены Альянсом электронной промышленности (EIA) в EIA-724.EIA-724 признает шесть различных фаз жизненного цикла продукта: внедрение, рост, зрелость, насыщение, снижение и постепенный отказ.

Кредит изображения: UIUC

  • Введение - Планирование или проектирование продукта продолжается. Образцы могут существовать, а могут и не существовать. Могут произойти изменения в спецификациях и запланированные даты внедрения могут быть отложены. Заказы и отгрузка продукции не допускаются.

  • Рост - Производство быстро растет. Производственные мощности добавляются. Заказы и отгрузки разрешены.

  • Срок погашения - Рост продукта стабилизировался или достиг пика. Качество продукции очень высокое. Заказы и отгрузки разрешены. Продукт рекомендован к использованию в новых разработках.

  • Насыщение - Продажи и мощности достигли пика. Заказы и отгрузки разрешены.

  • Снижение - Производительность начинает снижаться.Заказы и отгрузки разрешены, но устройства не рекомендуются для новых разработок

  • Поэтапный отказ - Производственные мощности быстро сокращаются. Может быть выпущено официальное уведомление о прекращении производства. Возможны ограничения на отгрузку, но заказы по-прежнему разрешены. Устройства не рассматриваются в новых разработках.

Соответствие RoHS

Изображение предоставлено: Решения по промышленной безопасности


Ограничение содержания опасных веществ (RoHS) - это директива Европейского Союза (ЕС), которая требует от всех производителей электронного и электрического оборудования, продаваемого в Европе, продемонстрировать, что их продукция содержит только минимальные уровни следующих опасных веществ: свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромированный дифенил и полибромированный дифениловый эфир.RoHS вступил в силу 1 июля 2006 г.

Ресурсы

Диоды и выпрямители

Теория полупроводниковых диодов

Типы диодов


Что такое диод? Типы, символы и применение диода

Определение диода, типы, символ и применение

Вы все наверняка слышали про диод .Диод - очень важный компонент или устройство в электронной технике. Существует множество применений и типов диода. В этом посте мы познакомимся с принципом работы , типами и применением диода .




Что такое диод?

Диод - это электронный компонент , имеющий два вывода или два электрода, который позволяет протекать току в одном или обоих направлениях.
Большинство диодов пропускают ток в одном направлении, но некоторые диоды, например, стабилитрон , пропускают ток в обоих направлениях.


Материалы диода:

Большинство диодов изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий, селен, арсенид галлия и т. Д.
Раньше диоды изготавливались из электронных ламп.


Типы диодов:

Есть много типов диодов. Важные типы приведены ниже:
  1. PN Junction Diode
  2. Стабилитрон
  3. Светоизлучающий диод (LED)
  4. Диод Шоттки
  5. Фотодиоды
Давайте поговорим о PN Junction Diode:

Наиболее важным и широко используемым диодом является PN Junction Diode .Применение диодов с PN переходом шире, чем у других диодов. В большинстве электронных схем используются диоды с PN переходом.






Конструкция диода с PN переходом очень проста. Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа соединены вместе. Клемма из материала P-типа называется Положительная клемма или Анод , а клемма из материала N-типа - Отрицательная клемма или Катод .Место P-типа и N-типа называется областью истощения, поскольку в этом месте нет носителя заряда.

PN-переходный диод позволяет протекать току только в одном направлении от положительного к отрицательному. Для работы диода с PN переходом он должен быть подключен к Forward Bias , что означает, что клемма P диода должна быть подключена к положительной клемме источника, а клемма N диода должна быть подключена к отрицательной клемме диода. источник или аккумулятор.

Почему диод PN-перехода позволяет току течь только в одном направлении?

Когда мы подключаем катод или отрицательную клемму диода к положительной клемме батареи, а анод или положительную клемму диода с отрицательной клеммой батареи, это называется, что диод подключен в Reverse Bias .В состоянии обратного смещения диод не пропускает ток, потому что

Поскольку отрицательная клемма батареи подключена к положительной клемме или клемме P диода, отверстия притягиваются со стороны P диода к отрицательной клемме аккумулятора. С другой стороны, поскольку положительный полюс батареи подключен к отрицательной клемме или клемме N диода, электроны притягиваются со стороны N диода к отрицательной клемме батареи. Следовательно, область истощения будет увеличена и будет препятствовать прохождению тока.

Характеристики идеального диода с PN переходом:

Характеристики идеального диода с PN-переходом: он действует как хороший проводник при прямом смещении и действует как хороший изолятор при обратном смещении .

Символ и применение PN-диода:


  1. PN Соединительные диоды используются в цепи выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный ток
  2. Переходные диоды
  3. PN используются в цепи инвертора как диоды свободного хода.
  4. Диоды с PN переходом используются в схеме демодуляции радио.
  5. PN Соединительные диоды используются в схемах генераторов с регулируемым напряжением.

Применение и символ стабилитрона:


  1. Основное применение стабилитрона в цепи постоянного тока в качестве регулятора напряжения.
  2. Стабилитроны используются в цепи лома


Спасибо, что посетили сайт. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений. Диод

- Энциклопедия Нового Света


В электронике диод - это компонент, который позволяет электрическому току течь в одном направлении, но блокирует его в противоположном направлении.Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана. Цепи, которые требуют протекания тока только в одном направлении, обычно включают в себя один или несколько диодов.

Ранние диоды включали кристаллы «кошачьи усы» и устройства на электронных лампах (на диалекте британского английского языка они назывались «термоэмиссионными клапанами»). Сегодня наиболее распространенные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий.

Диоды - чрезвычайно полезные устройства для множества приложений.Например, они использовались для демодуляции радиопередач AM; для выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный; проводить опасное высокое напряжение вдали от чувствительных электронных устройств; для построения логических вентилей в электронных устройствах; для детекторов излучения и частиц; и для приборов измерения температуры.

крупным планом с кристаллом германия

История

Параллельная разработка термоэлектронных и твердотельных диодов. Принцип действия термоэмиссионных диодов был открыт Фредериком Гатри в 1873 году. [1] Принцип действия кристаллических диодов был открыт в 1874 году немецким ученым Карлом Фердинандом Брауном.

Принципы термоэмиссионных диодов были заново открыты Томасом Эдисоном 13 февраля 1880 года, и он получил патент в 1883 году (патент США 307031 (PDF)), но дальше не развивал идею. Браун запатентовал кристаллический выпрямитель в 1899 году. Первый радиоприемник, использующий кристаллический диод, был построен около 1900 года компанией Greenleaf Whittier Pickard. Первый термоэмиссионный диод был запатентован в Великобритании Джоном Амброузом Флемингом (научным советником компании Marconi и бывшим сотрудником Эдисона) 16 ноября 1904 года (У.S. Patent 803684 (PDF) в ноябре 1905 г.). Пикард получил патент на кремниевый детектор кристаллов 20 ноября 1906 года (патент США 836531 (PDF)).

На момент своего изобретения такие устройства были известны как выпрямители. В 1919 году Уильям Генри Эклс ввел термин диод от греческих корней; di означает «два», а ode (из odos ) означает «путь».

Термоэлектронные или газообразные диоды

Обозначение для лампового диода. Сверху вниз расположены анод, катод и нагреватель.

Термоэлектронные диоды - это термоэмиссионные клапанные устройства (также известные как вакуумные лампы), которые представляют собой системы электродов, окруженных вакуумом внутри стеклянной оболочки, внешне похожие на лампы накаливания.

В термоэмиссионных вентильных диодах ток проходит через нить накала нагревателя. Это косвенно нагревает катод, другую нить накала, обработанную смесью оксидов бария и стронция, которые являются оксидами щелочноземельных металлов; эти вещества выбраны потому, что они имеют небольшую работу выхода.(В некоторых клапанах используется прямой нагрев, при котором ток нагрева проходит через сам катод.) Тепло вызывает термоэлектронную эмиссию электронов в вакуумную оболочку. В прямом режиме окружающий металлический электрод, называемый анодом, заряжается положительно, так что он электростатически притягивает испускаемые электроны. Однако при изменении полярности напряжения электроны нелегко освободить от ненагретой поверхности анода, и, следовательно, любой обратный поток представляет собой очень крошечный ток.

На протяжении большей части двадцатого века термоэмиссионные вентильные диоды использовались в приложениях аналоговых сигналов и в качестве выпрямителей в источниках питания.Сегодня вентильные диоды используются только в нишевых приложениях, таких как выпрямители в гитарных и ламповых усилителях Hi-Fi, а также в специализированном высоковольтном оборудовании.

Полупроводниковые диоды

Условное обозначение диода. Обычный ток может течь от анода к катоду, но не наоборот.

Большинство современных диодов основаны на полупроводниковых p-n переходах. В p-n диоде обычный ток течет от стороны p-типа (анод) к стороне n-типа (катод), но не в противоположном направлении.Другой тип полупроводникового диода, диод Шоттки, формируется из контакта между металлом и полупроводником, а не из p-n-перехода.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода, или I-V, приписывается поведению так называемого обедненного слоя или обедненной зоны , которая существует на p-n-переходе между разными полупроводниками. Когда pn-переход создается впервые, электроны зоны проводимости (подвижные) из области с примесью азота диффундируют в область с примесью фосфора, где имеется большая популяция дырок (места для электронов, в которых нет электронов), с которыми электроны "рекомбинировать.«Когда мобильный электрон рекомбинирует с дыркой, дырка исчезает, и электрон больше не является мобильным. Таким образом, исчезли два носителя заряда. Область вокруг pn-перехода истощается от носителей заряда и, таким образом, ведет себя как изолятор.

Однако ширина обеднения не может расти без ограничений. Для каждой пары электрон-дырка, которая рекомбинирует, положительно заряженный ион примеси остается в области, легированной N, а отрицательно заряженный ион примеси остается в области, легированной P область, край.По мере того, как рекомбинация продолжается и образуется больше ионов, через зону обеднения возникает увеличивающееся электрическое поле, которое замедляет, а затем, наконец, останавливает рекомбинацию. На данный момент существует «встроенный» потенциал в зоне истощения.

Если на диод подается внешнее напряжение с той же полярностью, что и встроенный потенциал, зона обеднения продолжает действовать как изолятор, предотвращающий значительный электрический ток. Это явление обратного смещения .Однако, если полярность внешнего напряжения противоположна встроенному потенциалу, рекомбинация может снова продолжиться, приводя к значительному электрическому току через p-n-переход. Для кремниевых диодов встроенный потенциал составляет примерно 0,6 вольт (В). Таким образом, если через диод пропускают внешний ток, через диод будет развиваться около 0,6 В, так что область, легированная P, будет положительной по отношению к области, легированной N, и диод будет «включен». так как у него смещение вперед .

ВАХ диода с P-N переходом (без масштаба).

Вольт-амперная характеристика диода может быть аппроксимирована двумя рабочими областями. Ниже определенной разницы потенциалов между двумя выводами обедненный слой имеет значительную ширину, и диод можно рассматривать как разомкнутую (непроводящую) цепь. По мере увеличения разности потенциалов на каком-то этапе диод станет проводящим и позволит зарядам течь, после чего его можно рассматривать как соединение с нулевым (или, по крайней мере, очень низким) сопротивлением.Точнее, передаточная функция логарифмическая, но настолько четкая, что выглядит как угол на уменьшенном графике.

В нормальном кремниевом диоде при номинальных токах падение напряжения на проводящем диоде составляет приблизительно от 0,6 до 0,7 вольт. Значение отличается для других типов диодов - диоды Шоттки могут иметь низкое напряжение 0,2 В, а светодиоды (светодиоды) могут иметь напряжение 1,4 В или более (синие светодиоды могут иметь напряжение до 4,0 В).

Ссылаясь на изображение ВАХ, в области обратного смещения для нормального выпрямительного диода PN, ток через устройство очень низкий (в диапазоне мкА) для всех обратных напряжений вплоть до точки, называемой пиковым обратным напряжением. (PIV).За пределами этой точки происходит процесс, называемый обратным пробоем, который приводит к повреждению устройства и значительному увеличению тока. Для диодов специального назначения, таких как лавинные или стабилитроны, концепция PIV не применима, поскольку они имеют преднамеренный пробой сверх известного обратного тока, так что обратное напряжение «фиксируется» до известного значения (так называемое стабилитрон или напряжение пробоя). Эти устройства, однако, имеют максимальное ограничение по току и мощности в зоне стабилитрона или лавины.

Уравнение диода Шокли

Уравнение идеального диода Шокли или закон диода (названный в честь соавтора транзистора Уильяма Брэдфорда Шокли) - это ВАХ идеального диода при прямом или обратном смещении (или без смещения) . Он выводится в предположении, что единственными процессами, вызывающими ток в диоде, являются дрейф (из-за электрического поля), диффузия и тепловая рекомбинация-генерация. Также предполагается, что ток генерации рекомбинации (R-G) в области обеднения незначителен.{V _ {\ mathrm {D}} / (nV _ {\ mathrm {T}})} - 1 \ right), \,}

, где

I - ток диода,
I S - коэффициент масштабирования, называемый током насыщения
В D - напряжение на диоде
В T - тепловое напряжение
n - эмиссия коэффициент

Коэффициент излучения n варьируется от примерно 1 до 2 в зависимости от процесса изготовления и материала полупроводника и во многих случаях предполагается примерно равным 1 (и поэтому опускается).Тепловое напряжение В T составляет примерно 25,2 мВ при комнатной температуре (примерно 25 ° C или 298 K) и является известной константой. Он определяется следующим образом:

VT = kTe, {\ displaystyle V _ {\ mathrm {T}} = {\ frac {kT} {e}},}

, где

e - величина заряд на электроне (элементарный заряд)
k - постоянная Больцмана
T - абсолютная температура pn перехода

Типы полупроводниковых диодов

Есть несколько типов полупроводниковых диодов:

:

Нормальные (pn) диоды

Эти диоды работают, как описано выше.Обычно из легированного кремния или, реже, германия. До разработки современных кремниевых выпрямительных диодов использовалась закись меди, а затем селен; его низкий КПД обеспечивал гораздо более высокое прямое падение напряжения (обычно 1,4–1,7 В на «элемент», при этом несколько ячеек уложены друг над другом для увеличения пикового значения обратного напряжения в высоковольтных выпрямителях) и требовали большого радиатора (часто увеличивающего металлическая подложка диода), намного больше, чем потребовался бы кремниевый диод с такими же номинальными токами.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки сконструированы по типу контакта металл-полупроводник. У них меньшее прямое падение напряжения, чем у стандартных диодов с PN переходом. Их прямое падение напряжения при прямом токе около 1 мА находится в диапазоне от 0,15 В до 0,45 В, что делает их полезными для приложений ограничения напряжения и предотвращения насыщения транзисторов. Их также можно использовать в качестве выпрямителей с малыми потерями, хотя их обратный ток утечки обычно намного выше, чем у выпрямителей других производителей.Диоды Шоттки являются устройствами с большинством несущих и поэтому не страдают от проблем с хранением неосновных носителей, которые замедляют работу большинства обычных диодов. Они также имеют тенденцию иметь гораздо более низкую емкость перехода, чем диоды PN, и это способствует их высокой скорости переключения и их пригодности в высокоскоростных схемах и ВЧ-устройствах, таких как смесители и детекторы.

«Легированные золотом» диоды

В качестве легирующей примеси золото (или платина) действует как центры рекомбинации, которые способствуют быстрой рекомбинации неосновных носителей.Это позволяет диоду работать на частотах сигнала за счет более высокого прямого падения напряжения. [2] Типичным примером является 1N914.

Отрывные или ступенчатые диоды восстановления

Термин «ступенчатое восстановление» относится к форме характеристики обратного восстановления этих устройств. После прохождения прямого тока в SRD и прерывания или реверсирования тока обратная проводимость прекращается очень резко (как в ступенчатой ​​форме волны). Таким образом, SRD могут обеспечивать очень быстрые переходы напряжения за счет очень внезапного исчезновения носителей заряда.

Точечные диоды

Они работают так же, как описанные выше переходные полупроводниковые диоды, но имеют более простую конструкцию. Строится блок из полупроводника n-типа, и проводящий заостренный контакт с каким-либо металлом группы 3 помещается в контакт с полупроводником. Часть металла мигрирует в полупроводник, образуя небольшую область полупроводника p-типа рядом с контактом. Давно популярная германиевая версия 1N34 до сих пор используется в радиоприемниках в качестве детектора и иногда в специализированной аналоговой электронике.

Кошачьи усы или кристаллические диоды

Это разновидность диодов с точечным контактом. Диод кошачьих усов состоит из тонкой или заостренной металлической проволоки, прижатой к полупроводниковому кристаллу, обычно галениту или куску угля. Проволока образует анод, а кристалл - катод. Диоды Кошачьи усы также назывались кристаллическими диодами и нашли применение в кристаллических радиоприемниках. Диоды кошачьих усов устарели.

PIN-диоды

PIN-диод имеет центральный нелегированный или собственный слой , образующий структуру p-типа / внутреннего / n-типа.Ширина внутреннего слоя больше, чем у P и N. Они используются в качестве радиочастотных переключателей, подобных варакторным диодам, но с более резким изменением емкости. Они также используются как детекторы ионизирующего излучения большого объема и как фотодетекторы. PIN-диоды также используются в силовой электронике, поскольку их центральный слой может выдерживать высокие напряжения. Кроме того, структуру PIN можно найти во многих силовых полупроводниковых устройствах, таких как IGBT, силовые MOSFET и тиристоры.

Варикап или варакторные диоды

Используются как конденсаторы с регулируемым напряжением.Они важны в схемах PLL (контур фазовой автоподстройки частоты) и FLL (контур автоподстройки частоты), позволяя схемам настройки, например, в телевизионных приемниках, быстро блокироваться, заменяя старые конструкции, для разогрева и блокировки которых требовалось много времени. ФАПЧ быстрее, чем ФАПЧ, но подвержена целочисленной гармонической синхронизации (если кто-то пытается синхронизироваться с широкополосным сигналом). Они также позволяли настраиваемые генераторы на ранних этапах дискретной настройки радиоприемников, где дешевый и стабильный кварцевый генератор с фиксированной частотой обеспечивал опорную частоту для генератора, управляемого напряжением.

Стабилитроны

Диоды с обратным током. Этот эффект, называемый пробоем стабилитрона, происходит при точно определенном напряжении, что позволяет использовать диод в качестве прецизионного источника опорного напряжения. В практических схемах опорного напряжения стабилитроны и переключающие диоды включены последовательно и в противоположных направлениях, чтобы уравновесить температурный коэффициент почти до нуля. Некоторые устройства, обозначенные как высоковольтные стабилитроны, на самом деле являются лавинными диодами. Два (эквивалентных) стабилитрона, включенных последовательно и в обратном порядке, в одной упаковке, составляют поглотитель переходных процессов (или Transorb, зарегистрированная торговая марка).Они названы в честь доктора Кларенса Мелвина Зенера из Университета Южного Иллинойса, изобретателя устройства.

Лавинные диоды

Диоды, которые проводят в обратном направлении, когда напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя. Они электрически очень похожи на стабилитроны и часто ошибочно называются стабилитронами, но выходят из строя по другому механизму, лавинному эффекту . Это происходит, когда обратное электрическое поле через p-n-переход вызывает волну ионизации, напоминающую лавину, приводящую к сильному току.Лавинные диоды предназначены для пробоя при четко определенном обратном напряжении без разрушения. Разница между лавинным диодом (который имеет обратный пробой выше примерно 6,2 В) и стабилитроном состоит в том, что длина канала первого превышает «длину свободного пробега» электронов, поэтому на выходе между ними происходят столкновения. Единственное практическое различие состоит в том, что оба типа имеют температурные коэффициенты противоположной полярности.

Диоды подавления переходных напряжений (TVS)

Это лавинные диоды, разработанные специально для защиты других полупроводниковых устройств от высоковольтных переходных процессов.Их p-n-переходы имеют гораздо большую площадь поперечного сечения, чем у обычных диодов, что позволяет им проводить большие токи на землю без повреждений.

Фотодиоды

Полупроводники могут генерировать оптические носители заряда, и поэтому большинство из них упаковано в материал, блокирующий свет. Если они упакованы в материалы, пропускающие свет, их светочувствительность может быть использована. Фотодиоды можно использовать как в солнечных батареях, так и в фотометрии.

Светодиоды (LED)

В диоде, сформированном из полупроводника с прямой запрещенной зоной, такого как арсенид галлия, носители, которые пересекают переход, излучают фотоны, когда они рекомбинируют с основным носителем на другой стороне. В зависимости от материала могут быть получены длины волн (или цветов) от инфракрасного до ближнего ультрафиолета. Прямой потенциал этих диодов зависит от длины волны излучаемых фотонов: 1,2 В соответствует красному цвету, 2,4 - фиолетовому.Первые светодиоды были красными и желтыми, а со временем были разработаны более высокочастотные диоды. Все светодиоды монохромные; «белые» светодиоды на самом деле представляют собой комбинацию трех светодиодов разного цвета или синего светодиода с желтым сцинтилляторным покрытием. Светодиоды также могут использоваться в качестве фотодиодов с низким КПД в сигнальных приложениях. Светодиод может быть соединен с фотодиодом или фототранзистором в одном корпусе, чтобы сформировать оптоизолятор.

Лазерные диоды

Когда светодиодная структура содержится в резонансной полости, образованной полировкой параллельных торцевых поверхностей, может быть сформирован лазер.Лазерные диоды обычно используются в оптических запоминающих устройствах и для высокоскоростной оптической связи.

Esaki или туннельные диоды

Они имеют рабочую область, показывающую отрицательное сопротивление, вызванное квантовым туннелированием, что позволяет усиливать сигналы и использовать очень простые бистабильные схемы. Эти диоды также являются наиболее стойкими к ядерному излучению.

Диоды Ганна

Они похожи на туннельные диоды в том, что они сделаны из таких материалов, как GaAs или InP, которые имеют область отрицательного дифференциального сопротивления.При соответствующем смещении дипольные домены образуются и перемещаются по диоду, что позволяет создавать высокочастотные микроволновые генераторы.

Диоды Пельтье

Используются в качестве датчиков, тепловых машин для термоэлектрического охлаждения. Носители заряда поглощают и излучают энергию своей запрещенной зоны в виде тепла.

Токоограничивающие полевые диоды

Фактически это полевой транзистор с закороченным затвором на источник и функционирует как двухконтактный токоограничивающий аналог стабилитрона; они позволяют току, проходящему через них, повышаться до определенного значения, а затем выравниваться до определенного значения.Также называется CLD, диодов постоянного тока, транзисторов с диодным соединением, или токорегулирующих диодов.

Другие применения полупроводниковых диодов включают измерение температуры и вычисление аналоговых логарифмов (см. Применение операционных усилителей # Логарифмические).

Приложения

Демодуляция радио

Первым применением диода была демодуляция радиопередач с амплитудной модуляцией (AM). Таким образом, AM-сигнал состоит из чередующихся положительных и отрицательных пиков напряжения, амплитуда или «огибающая» которых пропорциональна исходному звуковому сигналу, но среднее значение которого равно нулю.Диод (первоначально кристаллический диод) выпрямляет сигнал AM, оставляя сигнал, средняя амплитуда которого является желаемым звуковым сигналом. Среднее значение извлекается с помощью простого фильтра и подается в преобразователь звука, который генерирует звук.

Преобразование энергии

Выпрямители состоят из диодов, где они используются для преобразования электричества переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Точно так же диоды также используются в умножителях Кокрофта-Уолтона для преобразования переменного тока в очень высокие напряжения постоянного тока.

Защита от перенапряжения

Диоды часто используются для отвода высокого напряжения от чувствительных электронных устройств. Обычно они имеют обратное смещение (непроводящие) в нормальных условиях и становятся смещенными в прямом направлении (проводящими), когда напряжение поднимается выше своего нормального значения. Например, диоды используются в схемах шагового двигателя и реле для быстрого обесточивания катушек без разрушительных скачков напряжения, которые в противном случае могли бы возникнуть. Многие интегральные схемы также включают диоды на соединительных контактах, чтобы предотвратить повреждение чувствительных транзисторов внешним напряжением.Специализированные диоды используются для защиты от перенапряжений на более высоких мощностях.

Логические вентили

Диоды можно комбинировать с другими компонентами для создания логических вентилей И и ИЛИ. Это называется диодной логикой.

Детекторы ионизирующего излучения

Помимо света, упомянутого выше, полупроводниковые диоды чувствительны к более энергичному излучению. В электронике космические лучи и другие источники ионизирующего излучения вызывают шумовые импульсы и одиночные или множественные битовые ошибки.Этот эффект иногда используется детекторами частиц для обнаружения излучения. Одна частица излучения с энергией в тысячи или миллионы электрон-вольт генерирует множество пар носителей заряда, поскольку ее энергия вкладывается в полупроводниковый материал. Если слой истощения достаточно велик, чтобы уловить весь ливень или остановить тяжелую частицу, можно довольно точно измерить энергию частицы, просто измерив проводимый заряд и без сложностей, связанных с магнитным спектрометром.

Эти полупроводниковые детекторы излучения требуют эффективного и равномерного сбора заряда и низкого тока утечки. Их часто охлаждают жидким азотом. Для частиц с большим радиусом действия (около сантиметра) им нужна очень большая глубина истощения и большая площадь. Для частиц с коротким радиусом действия им необходимо, чтобы любой контактный или не обедненный полупроводник по крайней мере на одной поверхности был очень тонким. Напряжения обратного смещения близки к пробою (около тысячи вольт на сантиметр). Германий и кремний - обычные материалы.Некоторые из этих детекторов определяют положение, а также энергию.

У них ограниченный срок службы, особенно при обнаружении тяжелых частиц, из-за радиационного повреждения. Кремний и германий совершенно разные по своей способности преобразовывать гамма-лучи в электронные ливни.

Полупроводниковые детекторы частиц высоких энергий используются в большом количестве. Из-за колебаний потерь энергии точное измерение выделенной энергии менее полезно.

Измерение температуры

Диод может использоваться в качестве прибора для измерения температуры, поскольку прямое падение напряжения на диоде зависит от температуры.Эта температурная зависимость следует из приведенного выше уравнения идеального диода Шокли и обычно составляет около -2,2 мВ на градус Цельсия.

Устройства с зарядовой связью

В цифровых камерах и аналогичных устройствах используются матрицы фотодиодов, интегрированные со схемой считывания.

Дополнительные

Диоды могут также называться управляемых выпрямителей, сокращенно CR на печатных монтажных платах.

Примечания

Источники

  • Neudeck, George W. PN-переходной диод . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис Холл, 1988. ISBN 0201122960
  • Пьер, Роберт Ф. Основы полупроводников . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 1988. ISBN 0201122952
  • Sze, S.M. Физика современных полупроводниковых приборов . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley Interscience, 1997. ISBN 0471152374

Кредиты

New World Encyclopedia писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. могут применяться ограничения на использование отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Диод - ток, катод, полупроводник и тип

Диод - это электронное устройство, в котором два электрода расположены таким образом, что электроны могут течь только в одном направлении. Из-за этой способности управлять потоком электродов диод обычно используется в качестве выпрямителя, устройства, которое преобразует переменный ток в постоянный. Обычно существует два типа диодов. Старые диоды представляли собой вакуумных трубок, содержащих два металлических компонентов, в то время как более новые диоды представляют собой твердотельные устройства, состоящие из одного полупроводника n-типа и одного полупроводника p-типа.

Рабочий элемент в вакуумном ламповом диоде представляет собой металлический провод или цилиндр, известный как катод . Вокруг катода или на некотором расстоянии от него находится металлическая пластина. Катод и пластина герметично закрыты стеклянной трубкой , из которой удален весь воздух. Катод также прикреплен к нагревателю, который при включении заставляет катод светиться. Когда катод светится, он испускает электроны.

Если на металлической пластине поддерживается положительная разность потенциалов по сравнению с катодом, электроны будут течь от катода к пластине.Однако, если пластина отрицательна по сравнению с катодом, электроны отталкиваются, и электрический ток от катода к пластине отсутствует. Таким образом, диод действует как выпрямитель, позволяя электронам течь только в одном направлении, от катода к пластине.

Одно из применений такого устройства - преобразование переменного тока в постоянный. Переменный ток - это ток, который течет сначала в одном направлении, а затем в другом. Но переменный ток, подаваемый в диод, может двигаться только в одном направлении, тем самым преобразуя ток в односторонний или постоянный ток.

Новые типы диодов изготавливаются из полупроводников n-типа и полупроводников p-типа. Полупроводники N-типа содержат небольшие примеси, которые обеспечивают избыток электронов, способных перемещаться по системе. Полупроводники P-типа содержат небольшие примеси, которые создают избыток положительно заряженных «дырок», способных перемещаться по системе.

Полупроводниковый диод изготавливается путем соединения полупроводника n-типа с полупроводником p-типа через внешнюю цепь, содержащую источник электрического тока.Ток может течь от n-полупроводника к p-полупроводнику, но не в другом направлении. В этом смысле n-полупроводник соответствует катоду, а p-полупроводник - пластине в диоде вакуумной трубки. Полупроводниковый диод выполняет большинство тех же функций, что и более старый вакуумный диод, но он работает намного эффективнее и занимает гораздо меньше места, чем вакуумный диод.

Введение в диоды - инженерные знания

Здравствуйте, ребята, надеюсь, вам всем весело в жизни.В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим Введение в диод и его практическую реализацию. Это электронное устройство имеет два вывода: первый положительный, а второй - отрицательный. Диод позволяет току течь только в одном направлении, поскольку он показывает высокое значение сопротивления в одном направлении и меньшее сопротивление в другом направлении. Диод впервые был создан из кристаллов минералов и известен как диод Cat’s Whisker.

На рынке доступно множество типов диодов, которые используются в различных электронных проектах и ​​устройствах.Основная функция диода - преобразование переменного тока в постоянный, поскольку некоторым устройствам для работы требуется постоянный ток. Таким образом, диод используется для управления этими устройствами с переменным током на входных клеммах. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его конструкцию, работу, типы и практическое использование в различных проектах. Итак, давайте начнем с введения в Diode.

Введение в диод
  • Диод - это электронный компонент, который преобразует переменный ток в постоянный посредством процесса выпрямления и позволяет току течь только в одном направлении.
  • Работа диода аналогична работе обратного клапана, который позволяет жидкости течь только в одном направлении, аналогично току через диод протекает только в одном направлении.
  • Диод изготовлен из комбинации двух различных полупроводниковых материалов P и N.
  • Сторона P полупроводника является положительной и называется анодом, а сторона N диода отрицательна и называется анодом.
  • Из-за высокотемпературных опор кремний используется в конструкции диода, но также германий используется для производства диодов, когда требуется меньшее значение потерь напряжения.

Типичные диодные блоки

  • На данном рисунке доступно множество пакетов диодов, показаны разные пакеты.
  • Анод и катод могут быть определены различными способами.
  • В зависимости от характеристик катод определяется как полоса или выступ. В таких схемах диодной структуры, где только при наличии свинца корпус диода ведет себя как катод.

Диод для поверхностного монтажа

  • Существует множество корпусов диодов для поверхностного монтажа на печатной плате, показанных на данном рисунке.
  • На рисунке показаны 2 упаковки: первая - SOD (малый контурный диод), а вторая - SOT (малый контурный транзистор).
  • Выводы в конструкции корпуса SOT и SOD похожи на крыло чайки.
  • В корпусе SMA выводы имеют L-образную форму, которые изогнуты в корпусе.
  • Изогнута одна точка SOD и SMA, которая работает как катод.

Прямое смещение диода
  • Смещение - это процесс, при котором входное питание подается на клеммы диода.
  • При пересылке смещенного состояния ток течет из-за движения электронов и дырок через PN-переход.
  • На данном рисунке вы можете видеть, что диод присоединен к источнику постоянного напряжения в прямом смещенном направлении.

  • Напряжение смещения, обеспечиваемое внешним источником постоянного тока, представлено как Vbias.
  • Вы можете видеть, что в цепи сопротивление последовательно соединено с батареей и диодом, оно предназначено для ограничения значения тока и известно как сопротивление ограничения тока.
  • Для условия прямого смещения должны соблюдаться 2 условия.
  • Первый - соединить анод диода с положительной клеммой батареи и катод с отрицательной клеммой батареи.
  • Во втором случае значение источника напряжения, подключенного к диоду, должно быть больше, чем потенциальный барьер.
  • Поведение диода после прямого смещения показано на данном рисунке.

  • Как мы знаем, одинаковые заряды противоположны друг другу, поэтому отрицательная клемма прикладывает силу к электронам в N-области, и они начинают двигаться к PN-переходу.
  • Из-за движения электронов через электроны течет ток.
  • В качестве отрицательной клеммы батареи, непрерывно обеспечивающей энергией электроны, поэтому они имеют достаточно энергии, чтобы пересечь потенциальный барьер и войти в P-область и объединиться с дырками после потери своей энергии.
  • Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, положительный полюс батареи также притягивает электроны в области P, электрон начинает двигаться к этой клемме.
  • По мере того, как электрон перемещается из N-области в P-область, дыры также создаются в N-области, которая движется к отрицательному выводу батареи.
  • В этом процессе мы можем сделать вывод, что ток в состоянии прямого смещения протекает из-за потока электронов и дырок.

Влияние смещения пересылки на область истощения

  • As обедненная область представляет собой комбинацию положительных и отрицательных ионов.
  • При пересылке смещается по мере того, как количество электронов, поступающих в обедненную область, увеличивается, поэтому они объединяются с положительными ионами, существующими в обедненной области, а дырки, поступающие со стороны P, объединяются с отрицательными ионами.
  • Из-за комбинации ионов с дырками и электронами уменьшается их количество, поскольку потенциальные барьеры состоят из ионов, поэтому из-за уменьшения количества ионов уменьшается и площадь потенциальных барьеров. Это показано на данном рисунке.

Влияние барьерного потенциала при прямом смещении:

  • Выше мы обсуждали, что область истощения состоит из положительного и отрицательного, и они связаны друг с другом посредством электрического поля.
  • И это поле создает энергетический барьер для электронов и дырок, пересекающих обедненную область, этот энергетический барьер называется потенциальным барьером .
  • Когда диод подключен к состоянию прямого смещения, электроны получают энергию, чтобы пересечь барьер и переместиться в сторону P.
  • Энергия, обеспечиваемая аккумулятором, равна потенциальному барьеру.
Обратное смещение диода
  • В условиях обратного смещения ток не течет или протекает очень мало.
  • В ситуации обратного смещения положительный полюс батареи соединен с катодом, а отрицательный вывод присоединен к аноду диода. Это показано на данном рисунке.

  • Источник напряжения, подключенный при этом обратном смещении, обозначается как Vbias.
  • На приведенном выше рисунке вы можете видеть, что область истощения шире, чем область истощения прямого смещения.
  • Процесс обратного смещения подробно описан на приведенном ниже рисунке.

  • Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, положительный полюс батареи притягивает электроны в N областях, поэтому из-за движения электронов создаются дополнительные положительные ионы, и площадь области истощения увеличивается.
  • Точно так же электроны, связанные с отрицательной клеммой в P-области диода, объединяются с отверстием и образуют отрицательные ионы, увеличивая площадь обедненной области.
  • С увеличением площади обедненной области количество основных носителей в области P и N уменьшается.
  • Из-за большой площади обедненной области и ионов сила электрического поля также увеличивается, и отсутствует возможность протекания тока, но есть очень небольшая величина протекания тока из-за некоторых неосновных носителей, которыми можно пренебречь.

обратный ток

  • Этот ток протекает в условиях обратного смещения из-за неосновных носителей, существующих в областях P и N.
  • Небольшое количество электронов, присутствующих в P-области, отталкивается отрицательной клеммой аккумулятора и перемещается в сторону PN-перехода.
  • Когда электроны достигают области обеднения, они пересекают ее и перемещаются в область P из-за этого движения протекает небольшое количество тока, этот ток называется обратным током , поскольку он протекает через сторону N на P диода.
  • На приведенном ниже рисунке поясняется движение обратного тока в противоположном направлении.

Обратная разбивка

  • Обычно обратный ток намного меньше и не учитывается, но если входное напряжение обеспечивается на уровне, известном как напряжение пробоя , тогда обратный ток протекает очень сильно.
  • После получения энергии от источника напряжения неосновные электроны в P-областях движутся к потенциальному барьеру, во время своего движения они сталкиваются с другим атомом, высвобождая валентные электроны из этого атома.
  • Высвободившиеся электроны также столкнулись с другим атомом и высвободились дополнительные электроны.
  • Итак, этот процесс превращает неосновные электроны в большинство, и они перемещаются в N-область после пересечения потенциального барьера.
  • Увеличение количества свободных электронов называется лавинным эффектом , поэтому количество обратного тока увеличивается из-за лавинного эффекта.
  • Если этот обратный ток не находится в ограниченном состоянии, он может повредить диод.
Разница между диодом и светодиодом
  • Теперь обсудим разницу между диодом и светодиодом подробнее.
Диод Светодиод
Диод используется для выпрямления и работает только в одном направлении. LED означает светодиод. Когда к нему подключен источник напряжения, он излучает свет.
Изготовлен из кремния и германия. Изготовлен из GaAs и GaP.
Преобразует энергию в тепло. Превращает энергию в свет.
Его обратное напряжение пробоя велико. Его обратное напряжение меньше.
Начинает работать при 0,7 в случае кремния и 0,3 в случае германия Работает от 1,2 до 2 вольт.
Используется для преобразования переменного тока в постоянный. использовался для производства света
Используется как выпрямители, зажимные цепи и т. Д. Используется как источник света, как индикатор на семисегментном индикаторе.
Разница между диодом и фотодиодом
  • Теперь обсудим сравнение диода и фотодиода.
Диод Фотодиод
Работает только при прямом смещении. Он работает в режиме обратного смещения.
Работает как выключатель Преобразует свет в электрический ток.
Изготовлен из кремния и германия Он также изготовлен из германия, а покрытие из нитрида серебра используется как антибликовое.
Используется для выпрямления, зажимных цепей и т. Д. Используется в оптических устройствах, таких как фотоаппараты и т. Д.
Разница между диодом и стабилитроном
  • Вот некоторые различия между диодом и стабилитроном.
Стабилитрон
Диод Стабилитрон
Работает только при прямом смещении. работает в прямом и обратном режиме смещения.
Если он работает в обратном смещенном состоянии, он повредит. Он будет работать при обратном смещении без каких-либо повреждений.
Уровень легирования в общем диоде меньше по сравнению с стабилитроном. У этого диода уровень легирования большой, чтобы получить высокое значение пробоя.
Используется для выпрямления, зажимных цепей и т. Д. Используется в схемах регулирования напряжения.
Разница между диодом и транзистором
  • Вот некоторые отличия диода от транзистора.
Диод Транзистор
Диод - это двухконтактное устройство, используемое для протекания тока в одном направлении. Транзистор - это трехконтактное устройство, через которое ток течет из области с высоким сопротивлением в область с меньшим сопротивлением.
В конструкции диода используются только два полупроводниковых материала P и N. В диоде используются три слоя полупроводников, один находится между двумя полупроводниковыми материалами P или N и представляет собой комбинацию транзисторов NPN или PNP.
В диоде только одна обедненная область Транзистор имеет 2 зоны истощения.
Диод имеет только один переход среди материалов P и N. Он имеет 2 перехода: первый - между эмиттером и базой, второй - между базой и коллектором.
Диод имеет 2 полюса: положительный, называемый анодом, и отрицательный, называемый катодом. Три вывода в транзисторах, известные как эмиттер, база и коллектор.
Может работать как выключатель. Может работать как переключатель и усилитель.
Он работает как выключатель в схемах ограничения и выпрямителя. Работает как усилитель и генератор.
Типы диодов
  • Существует множество типов диодов, о которых поговорим подробнее.

Лавинные диоды
  • Работа этих диодов происходит, когда напряжение обратного смещения пересекает напряжение пробоя.
  • Работа этих диодов почти аналогична стабилитрону, но с некоторыми отличиями в эффекте пробоя, который представляет собой лавинный эффект.
  • Это происходит, когда обратное напряжение пересекает потенциальный барьер, и ток начинает течь в больших количествах, как лавина.
  • Структура этих диодов, не позволяющая им выйти из строя при обратном смещении.

Диоды постоянного тока
  • Этот диод также известен как соединительный полевой транзистор (JFET), его вывод затвора прикреплен к истоку.
  • Значит, он работает как стабилитрон, ограничивающий напряжение.
  • Этот диод также известен как CLD (диод постоянного тока) из-за соединения транзисторов.

Кристаллический диод
  • Этот диод также известен как диод с точечным контактом, когда он впервые был сконструирован для использования в приемнике микроволн.
  • Работа этого диода зависит от давления между точечным и полупроводниковым веществом, используемым в его конструкции.
Диод Ганна
  • Этот диод также известен как устройство с переносом электронов (TED), он имеет отрицательное сопротивление с двумя выводами.
  • Используется в таких электронных проектах, где требуется высокая частота.
  • Используется для генерации микроволн в электронных генераторах.
  • Из-за генерации микроволн используется в РАДАРАХ, микроволновых печах и автоматических дверных замках.

светодиод
  • Светодиод означает светоизлучающий диод, который излучает свет при подаче питания на его клеммы.
  • Процесс излучения света достигается, когда электроны перемещаются с N-стороны на P-сторону и соединяются с дырками.
  • Когда электроны соединяются с дырой, они высвобождают свою энергию, и эта энергия излучается в виде света.
  • Цвет излучаемого света зависит от полупроводникового материала, из которого изготовлен светодиод.

Лазерный диод
  • Лазерный диод (свет, усиленный вынужденным излучением), также называемый инжекционным лазерным диодом.
  • Он также излучает свет, похожий на диод, но в этом процессе излучения другой.Он использует процесс спонтанного и стимулированного излучения для излучения света.
  • Работа лазерного диода упоминалась ранее, вы также прочтите это с подробным описанием. Лазерный диод

Термодиод
  • Этот диод похож на обычный диод и передает энергию только в одном направлении, как ток в обычном диоде.
  • Используется в тепловых двигателях, холодильных установках и некоторых других приложениях, связанных с теплопередачей.

Фотодиод
  • Тип диода, преобразующего свет в ток.Фотоны света столкнулись с фотодиодом, преобразованным в ток.
  • С увеличением площади поверхности время ее отклика уменьшается. Практическим примером фотодиода является солнечный элемент, в котором используются многочисленные фотодиоды для преобразования света в ток.
PIN диод
  • Рабочий фотодиод похож на фотодиод, преобразующий свет в ток.
  • PIN-диод состоит из 3 основных частей: первая - P, вторая - I (внутренняя), а третья - N-область.
  • Внутренняя область зажата между P и N, которые представляют собой сильно легированные полупроводниковые материалы.
  • PIN-диод используется в различных схемах переключения, фотодетекторах и крупных энергоемких электронных приборах.

Диод Шоттки
  • Этот диод изготовлен из металла и полупроводников. Падение напряжения смещения в прямом направлении у этого диода меньше по сравнению с обычным диодом с PN переходом.
  • Значение потерь напряжения при передаче при токе в один миллиампер находится в диапазоне от 0,15 до 0,45 вольт, благодаря этой особенности он используется в схемах ограничения.

Супер барьерный диод
  • Этот диод используется в выпрямительных схемах из-за меньшего значения потерь напряжения смещения при пересылке и лучшей способности выдерживать перенапряжения.
  • Он также имеет меньшее значение обратного тока утечки, чем обычный диод.

Золотой верхний диод
  • В этом диоде золото является легирующим материалом, в некоторых диодах платина также используется в качестве легирующего материала.
  • Использование золота увеличивает перемещение электронов из области N в область P.
  • Золотой диод работает быстрее, чем другой диод, но меньше, чем диод Шоттки.
  • Величина тока утечки меньше по сравнению с диодами Шоттки.

Ступенчатые восстанавливающие диоды
  • Этот диод еще называют конденсатором переменной емкости, зависящим от напряжения. Его уровень легирования гораздо менее близок к PN-переходу.
  • Кроме того, количество носителей немного ближе к стыку.
  • Этот диод работает очень быстро при меньшем значении частоты, поэтому он также используется в качестве схемы переключения с контролем заряда.
  • Он работает в режиме прямого смещения и не работает в цепи с обратным смещением.

Туннельный диод
  • Этот диод имеет особенности, с которыми уменьшается приращение напряжения-тока.
  • Используется в компьютере из-за быстрого переключения, а также в схемах высокочастотных усилителей.
  • Другое название этого диода - диод Эсаски из-за имени его создателя.

Варакторный диод
  • Слово варактор происходит от переменного конденсатора. У этого диода только обратное смещение.
  • Аналогичен конденсатору переменной емкости при обратном смещении.
  • Есть и другие названия этого диода, такие как настройка варикапа, диод переменной емкости.

Применение диода
  • Друзья. Надеюсь, вы до сих пор хорошо разбирались в диоде, а теперь давайте подробно обсудим практическое применение диодов.

Радио демодуляция

  • Впервые в схеме использовался диод для демодуляции радиосигнала AM.
  • Амплитудно-модулированная или AM-волна состоит из положительных и отрицательных пиков радиоволн в качестве несущей, величина этой волны равна звуковой.
  • Диод только выпрямляет радиосигнал с амплитудной модуляцией.
  • После этого звук отделяется от несущего сигнала с помощью фильтра и подается на преобразователь для преобразования в звуковой сигнал.

Преобразователь мощности

  • Диод, используемый в качестве выпрямителя, в котором он преобразует сигнал переменного тока в постоянный, этот процесс называется выпрямлением.
  • На данной схеме показан процесс выпрямления диода.

Логические ворота

  • Диоды используются для создания логических элементов в сочетании с другими приборами.

Приборы для измерения температуры

  • Диод также используется в качестве устройства для вычисления температуры, прямое падение напряжения на диоде зависит от температуры.
Похожие сообщения

Итак, друзья, это подробный пост о диоде, который у меня есть по всем параметрам, связанным с диодом. Я изо всех сил старался упростить и упростить этот пост и описать все аспекты диода. Если у вас есть вопросы по диодам, задавайте их в комментариях. Увидимся в следующем интересном уроке. Хорошего дня. Спасибо за прочтение.

Автор: Генри
http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях.Я также пишу технический контент, мое хобби - изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *