Виды диодов: устройство, принцип работы и применение полупроводниковых приборов

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

• Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

  

• Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

• Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

• Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

  

• СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

• Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

• Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

• Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

• Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

  

• Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

• U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

• U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

  Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

• I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

• I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

• U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Разновидности диодов — Студопедия

В зависимости от назначения и свойств различают выпрямительные диоды, стабилитроны, высокочастотные диоды, импульсные диоды, варикапы, диоды Шоттки, светодиоды, фотодиоды, диодные оптроны и т. п.

Выпрямительные диоды используют в схемах преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный ток. Как правило, это плоскостные диоды средней и большой мощности. В высокочастотных и импульсных маломощных цепях электронных устройств используют точечные диоды: кремниевые типа КД или 2Д и германиевые

типа ГД или 1Д, из арсенида галлия типа 3Д. Например, диоды ГД107А, КД203Д рассеивают мощность Р от 1 до 1,5 Вт, а диод КД512А — мощность P > 1,5 Вт.

К маломощным относят диоды с мощностью рассеивания до 0,3 Вт, к диодам средней мощности от 0,3 до 10 Вт, диоды большой мощности с мощностью рассеяния P>10 Вт.

Основные параметры выпрямительных диодов:

Iпр — прямой ток;

Uпр — прямое напряжение;

Iпрmax — максимальный допустимый прямой ток;

Uобр.mах — максимальное допустимое обратное напряжение;

Iобр — обратный ток, который нормируется при определенном обратном напряжении.

В настоящее время выпускаются так называемые диодные столбы, в которых для увеличения обратного напряжения последовательно соединены от 5 до 50 диодов с допустимым обратным напряжением от 2 до 40 кВ.

Стабилитроны или опорные кремниевые диоды предназначены для использования в параметрических стабилизаторах напряжения (рис. 13). Рабочим участком ВАХ стабилитрона является участок обратной её ветви, соответствующий области обратного электрического пробоя p-n-перехода (рис. 13) и ограниченный минимальным и максимальным значениями тока.

Рисунок 13 Схема включения стабилитрона и его ВАХ

При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне Uобр незначительно изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона Iст . Поэтому при изменении входного напряжения изменяется в основном напряжение на балластном резисторе Rб, напряжение на нагрузке R почти не изменяется.

При прямом включении стабилитрон может рассматриваться как обычный диод, однако в связи с повышенной концентрацией примесей напряжение Uпр = 0,3…0,4 В мало изменяется при значительных изменениях прямого тока Iпр. Прибор, в котором используется прямая ветвь в схемах стабилиза-ции напряжения, называют стабистором.

Высокочастотные диоды — приборы универсального назначения (для выпрямления токов в широком диапазоне частот — до сотен мегагерц, генерации колебаний СВЧ_диапазона, модуляции сигналов, детектирования и других нелинейных преобразований).

Импульсные диоды используют в ключевых схемах при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросекунды и доли микросекунд). Важным моментом является инерционность включения и выключения диодов (малая длительность рекомбинации носителей заряда — восстановление обратного сопротивления за счет уменьшения так называемой барьерной ёмкости Сбар p-n-перехода).

Варикапы — это полупроводниковые диоды, предназначенные для использования их ёмкости, управляемой обратным напряжением Uобр (рис. 14).

Рисунок 14- ВАХ варикапа

В общем случае диод обладает барьерной и диффузионной ёмкостями. Барьерная ёмкость проявляется при приложении к p-n-переходу обратного изменяющегося во времени напряжения. При этом через p-n-переход протекает ток. Та доля тока (ток смещения), которая не связана с движением носителей заряда через p-n-переход, и определяет барьерную ёмкость

(появление тока смещения связано с изменением объёмного заряда). Объёмный заряд в p-n-переходе может быть положительным и отрицательным.

Диффузионную ёмкость обычно связывают с изменением заряда инжектированных неосновных носителей при изменении напряжения на диоде. В качестве варикапов используют диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная ёмкость. Для различных варикапов ёмкость может быть от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад. Варикапы применяют в основном в устройствах высоких и сверхвысоких частот, например, для настройки колебательных контуров.

Диоды Шоттки — это полупроводниковые приборы, в которых используются свойства потенциального барьера (барьера Шоттки) на контакте металл — полупроводник.

В рассматриваемых диодах из-за разной высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок нет инжекции неосновных носителей заряда, нет и таких медленных процессов, как накопление и рассасывание неосновных носителей в базе. В результате инерционность диодов с выпрямлением на контакте металл —полупроводник определяется величиной барьерной ёмкости выпрямляющего контакта (Cбар = 1 пФ). Кроме того, у этих диодов

незначительные активные потери (прямое напряжение Uпр = 0,4 В,

что на 0,2 В меньше, чем у обычных диодов). ВАХ диодов Шоттки — строгая экспонента (рис. 15).

Рисунок 15-ВАХ диода Шотки

В связи с тем, что барьерная ёмкость и последовательное активное сопротивление в таких диодах небольшие, соответственно мало

и время перезарядки ёмкости; это даёт возможность использовать

диоды Шоттки в качестве сверхскоростных импульсных диодов (f = 3-15 ГГц), например, в некоторых схемах в качестве быстродействующих логарифмических элементов и в мощных высокочастотных выпрямителях, в которых диоды способны работать на частотах до 1 МГц при Uобр = 50В и Iпр=10А.

Туннельные диоды — это полупроводниковые приборы (не имеющие p-n-перехода), использующие эффект Ганна — возникновение на ВАХ участка отрицательного дифференциального сопротивления (рис. 16).

Рисунок 16-ВАХ туннельного диода

Отношение токов Imax / Imin = 5…10. Это свойство диодов Ганна используют при разработке усилителей, генераторов синусоидальных и релаксационных колебаний, в переключающих устройствах с частотами от 100 МГц до 10 ГГц.

Светодиоды — это излучающие полупроводниковые приборы (индикаторы), предназначенные для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

В основе принципа функционирования светодиодов лежит преобразование электрической энергии в электромагнитное излучение, спектр которого полностью или частично лежит в видимой области, диапазон длин волн которой составляет 0,45-0,68 мкм.

Светодиодная структура представляет собой р-п-переход, в котором при протекании прямого тока в несколько миллиампер в обеих областях перехода происходит рекомбинация инжектированных электронов и дырок, но наиболее эффективное преобразование инжектированных электронов в световую энергию протекает в базовой р-области.

Максимальное значение энергии, которое может выделиться при рекомбинации, равно ширине запрещённой зоны данного полупроводника. В полупроводниковых материалах с шириной запрещённой зоны менее 1,8 эВ может возбуждаться излучение с длиной волны более 0,7 мкм, которое лежит за пределами диапазона длин волн видимого света. Поэтому основными полупроводниковыми материалами, применяемыми для изготовления серийных светодиодов, являются фосфид галлия GaP), твёрдые растворы (GaAsP, GaAlP) и карбид кремния (SiC) с шириной запрещённой зоны более 2 эВ. Условное изображение и яркостная характеристика В(Iпр) све_

тодиода, где В — яркость света в канделах, приведены на рис. 17.

Рисунок 17-ВАХ светодиода

Фотодиод — это полупроводниковый прибор с p-n-переходом,

обратный ток которого зависит от освещенности Ф (рис. 18, а).

Рисунок 18-ВАХ фотодиода Рисунок 19-ВАХ диодного

оптрона

При поглощении квантов света в p-n-переходе или в прилегающих к нему областях кристалла полупроводника образуются новые носители заряда (пары электрон-дырка), поэтому обратный ток (фототок) через фотодиод при освещении возрастает.

С увеличением светового потока Ф сопротивление перехода уменьшается (рис. 18, б).

Приборы, предназначенные для использования этого явления, называют фоторезисторами, а транзисторы и тиристоры, реагирующие на эффект облучения световым потоком и способные одновременно усиливать фототок, называют соответственно фототранзисторами и фототиристорами.

Диодные оптроны — это приборы, состоящие из оптически связанных между собой элементов оптронной пары (управляемого светодиода и принимаю-щего излучение фотодиода) и предназначенные для выполнения функциональных электрических и оптических преобразований.

На рис. 19, а изображена схема диодного оптрона с внутренней прямой оптической связью. Изменение входного тока Iвх через светодиод сопровождается изменением яркости его свечения и изменением освещенности фотодиода, что приводит к уменьшению сопротивления фотодиода и соответственно к увеличению тока Iвых через выход оптрона (рис. 19, б).

Важным свойством такого оптрона является полная электрическая развязка входа и выхода прибора, что исключает обратную электрическую связь с его выхода на вход.

Типы полупроводниковых диодов

Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа.

Диоды полупроводниковые

На принципиальных электрических схемах полупроводниковые диоды изображаются в виде треугольника и отрезка, расположенного на одной из его вершин и находящегося параллельно противолежащей стороне.

В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы. В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока.

В той части обозначения, где располагается треугольник, находится p-область, которую ещё называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок, находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой.

Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создаёт очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току.

Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь p—n-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные p—n-переходы соответствующие последнему слову науки и техники.

Технология создания p—n-перехода получается, за счёт ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создаёт в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии.

Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными».

Простейший выпрямитель

В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод V работает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2 практически равно входящему напряжению.

График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя

При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю. В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным.

Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя.

Схема простейшего стабилизатора напряжения

В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон.

График стабилитрона

Такими диодами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 В и выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния.

Вольтамперная характеристика стабистора

Плоскостные диоды обладают с высокими ёмкостными характеристиками. С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока. На больших частотах вследствие того в диоде есть ёмкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади p—n-перехода.

В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными p—n-переходами. Нужный точечный p—n-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником. При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта p—n-переход. Микросплавными называются такие диоды, у которых p—n-переход создаётся при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом.

Виды и типы светодиодов: классификация, характеристики, назначение

Светодиоды становятся все более востребованными решениями, причем в самых разных сферах. Они могут задействоваться как декоративные изделия или же в целях освещения помещений, а также различных территорий за пределами зданий. Светодиоды поставляются на рынок в достаточно широком спектре модификаций. При этом разработчики соответствующих изделий периодически предлагают инновационные решения, которые в перспективе способны образовывать новые рыночные ниши. Каковы самые распространенные типы светодиодов сегодня? В каких целях они могут использоваться?

Что представляют собой светодиоды?

Прежде чем рассматривать распространенные типы светодиодов, изучим общие сведения о соответствующих устройствах. Светодиод представляет собой полупроводник, который способен преобразовывать электрический ток в свет. При этом полупроводниковый кристалл, который является его основным компонентом, состоит из нескольких слоев, характеризующихся 2 типами проводимости. А именно — дырочной и электронной.

Проводимость первого типа предполагает переход электрона с одного атома на другой, на котором есть свободное место. В свою очередь, на первый атом приходит другой электрон, на предыдущий — еще один и т. д. Данный механизм действует за счет ковалентных связей между атомами. При этом их перемещения не происходит. По сути дела, перемещается положительный заряд, который физики условно именуют дыркой. При этом при переходе электрона на дырки происходит выделение света.

По своей структуре светодиод в целом схож с выпрямительным диодом. То есть у него есть 2 вывода — анод и катод. Данная особенность предопределяет необходимость соблюдения полярности при подключении светодиода к источнику электрического тока.

Рассчитаны соответствующие изделия в общем случае на прямой ток в 20 миллиампер. В принципе, это значение можно и уменьшить, правда, в этом случае может измениться цвет и снизиться яркость светодиода. В свою очередь, увеличивать соответствующий параметр нежелательно. В случае если ток превышает оптимальное значение, то для того, чтобы уменьшить его до требуемого уровня, применяется ограничивающий резистор.

Существует довольно много нюансов, которые следует иметь в виду при инсталляции светодиодов. Это предопределяется их внутренней структурой, формой исполнения. В ряде случаев может потребоваться применять стабилизатор для светодиодов и иные электронные компоненты для обеспечения функционирования прибора, в который инсталлируется рассматриваемое изделие.

В зависимости от состава полупроводников в светодиоде он может быть красным, желтым, зеленым или же синим. Например, если в структуре соответствующего электронного компонента содержится нитрид галлия, то светодиод будет светиться синим. Собственно, одним из критериев, исходя из которых выделяются те или иные типы светодиодов, может быть их цвет.

Применение

Первые светодиоды, поставляемые на рынок, выпускались в корпусах из металла. Постепенно его стала заменять пластмасса. При этом по цвету она, как правило, выбирается с учетом цвета свечения светодиода. Однако довольно часто встречаются также прозрачные пластмассовые корпуса.

Рассматриваемые электронные устройства находят широкое применение в самых разных сферах. Это обусловлено тем, что практически все виды светодиодов характеризуются:

— энергоэффективностью;

— долгим сроком службы;

— возможностью определять цвет свечения, а также регулировать его мощность;

— безопасностью;

— экологичностью.

Если говорить об энергоэффективности, светодиоды при одинаковой световой отдаче могут иметь существенно меньшую мощность, чем обычные лампы. Меньшая мощность светодиода при этом снижает общую нагрузку на энергосистему здания. Срок службы устройств может в несколько десятков раз превышать тот, что характеризует обычные лампы. При этом с точки зрения функций светодиоды могут совершенно не уступать им.

По мере образования массового спроса на подобные изделия, а также их удешевления, светодиоды все чаще применяются в тех же целях, что и обычные лампы. Каких-либо сложностей в инсталляции соответствующих решений в сравнении с традиционными осветительными приборами не возникает. Важно только убедиться в том, подходит ли конкретный светодиод для установки в электросеть помещения. Для этого может потребоваться заблаговременно — перед закупкой светодиодов — выявить ее основные параметры.

Какие еще преимущества могут иметь рассматриваемые решения?

Так, можно отметить, что цветовая температура светодиода может быть практически любой — в том числе при сочетании указанных выше цветов. Кроме того, устройства можно дополнять различными светофильтрами, которые могут значительно расширить сферу применения светодиодов с точки зрения подбора требуемой цветовой температуры.

Возможность управления мощностью свечения — еще одно преимущество рассматриваемых устройств. Данная опция отлично сочетается с их высокой энергоэффективностью. Мощность светодиода может регулироваться в автоматическом режиме — исходя из фактических условий пользования осветительными приборами. И это практически не влияет на срок их службы.

Светодиоды экологичны, поскольку не выделяют вредных для человека видов излучения. Данная характеристика, опять же, расширяет возможности применения рассматриваемых устройств.

Классификация: индикаторные и осветительные решения

Эксперты выделяют 2 основные категории светодиодов — индикаторные, а также осветительные. Первые предназначены главным образом для создания декоративного светового эффекта и используются как элемент украшения здания, комнаты, транспортного средства. Или же как инструмент стилизации текста — например, на рекламном баннере.

В свою очередь, есть осветительные светодиоды. Они предназначены для повышения яркости освещения в помещении или на определенном участке территории — например, если рассматривать светодиоды для авто. Соответствующего типа решения являются альтернативой применению обычных ламп и во многих случаях более выгодной с точки зрения энергоэффективности и экологичности.

Типы исполнения

Но вернемся к классификации светодиодов. Можно определить самый широкий спектр оснований для их отнесения к тем или иным категориям. Распространенный в среде экспертов подход предполагает выделение следующих основных типов светодиодов:

— DIP;

— Spider LED;

— SMD;

— COB;

— волоконные;

— Filament.

Рассмотрим их подробнее.

В чем заключается специфика DIP-светодиодов?

Если подробнее изучать то, каким образом указанные типы светодиодов появлялись на рынке, то устройства класса DIP можно отнести к первым, которые стали продаваться массово. Данные решения представляют собой кристаллы, которые размещены в корпусах с оптическими компонентами, в частности линзой, которая создает световой пучок.

Можно отметить, что рассматриваемая категория светодиодов, несмотря на всеобщую распространенность, довольно редко используется в высокотехнологичной сфере. Чаще всего данные решения применяются в качестве компонентов световой рекламы, лент, подсветок, украшений.

Светодиоды DIP относятся к категории индикаторных. У них есть еще одно наименование — DIL. Инсталлируются они на плату, на которой предварительно нужно проделывать отверстия. Можно отметить, что в рамках рассматриваемой категории могут выделяться различные типы светодиодов, которые отличаются диаметром колбы, цветом, материалом изготовления. При этом соответствующие параметры могут быть представлены в самом широком спектре. По форме рассматриваемые решения — цилиндрические. Среди соответствующих светодиодов есть как монохромные, так и многоцветные устройства.

Spider LED

Данного типа светодиоды в целом очень схожи с предыдущими устройствами. Но у них вдвое больше выводов — 4. В то время как у светодиодов DIP — 2. Тот факт, что представленный тип решений имеет больше выходов, оптимизирует теплоотвод и повышает надежность соответствующих компонентов. На практике они используются в разных сферах, в частности как светодиоды для авто.

Светодиоды типа SMD

Данные решения выпускаются с применением концепции поверхностного монтажа. То есть они представляют собой светодиоды, инсталлируемые на какую-либо поверхность, в то время как другие решения могут устанавливаться посредством сквозного монтажа.

Размеры светодиодов этого типа могут быть существенно меньше, чем у альтернативных им решений, равно как и тех конструкций, на которые они инсталлируются. Опять же, в данном случае правомерно вести речь о более оптимальном теплоотводе. Использование светодиодов типа SMD во многих случаях позволяет расширить вариативность исполнения осветительных конструкций.

SMD-светодиоды относятся к категории осветительных. Характеризуются достаточно сложной структурой. Так, сам светодиод состоит из металлической подложки. На ней фиксируется кристалл, который припаивается непосредственно к контактам корпуса подложки. Над кристаллом размещается линза. При этом на одной подложке может быть инсталлировано 1-3 светодиода. К SMD относятся распространенные типы сверхярких светодиодов, таких как 3528. Данные решения имеют высокий уровень востребованности.

Светодиоды типа COB

Следующий популярный тип светодиода — COB. Он изготовлен с применением технологии, которая предполагает инсталляцию кристалла непосредственно на плату. Данное решение характеризуется большим количеством преимуществ:

— защищенность соединения от окисления;

— небольшие габариты конструкции;

— эффективность теплоотвода;

— снижение себестоимости инсталляции светодиодов — в сравнении, в частности, с устройствами типа SMD.

Если рассматривать указанные выше типы светодиодов, то можно отметить, что решения марки COB можно отнести к самым инновационным. Впервые подобная технология была реализована японскими инженерами в конце 2000-х годов. Сейчас данные виды светодиодов продолжают набирать популярность.

Как считают эксперты, рассматриваемые решения могут и вовсе стать наиболее востребованными на рынке, особенно если говорить о коммерческом сегменте, о сфере бытового освещения. Стоит отметить, что есть сферы, в рамках которых применение светодиодов COB может быть затруднено. В числе таковых — производство профессионального осветительного оборудования. Дело в том, что рассматриваемые светодиоды не слишком оптимальны с точки зрения приспособления к организации освещения с установленной кривой силы света. В таких случаях более подходящими могут оказаться устройства типа SMD.

Описываемые диоды относятся к осветительным. Как отмечают эксперты, их можно отнести к лучшим, исходя из характеристик светового потока. Поставляются на рынок в разных цветах, например красном, зеленом, синем, а также белом. Световой поток у этих моделей имеет угол рассеивания в 40-120 градусов.

На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов типа COB. Покрываются они люминофором, вследствие чего приобретают высокую яркость. Можно отметить, что световой поток у данных решений выше, чем у устройств типа SMD. Таким образом, если рассматривать то, какой тип светодиодов лучше, то по указанному критерию преимущество может иметь решение класса COB.

Светодиоды типа COB также находят применение в автомобильной индустрии. Их можно использовать в качестве компонента передних, задних фар, поворотников. Главное — правильно инсталлировать приобретенные устройства. Для этого имеет смысл обратиться к опытным специалистам.

Волоконные светодиоды

К инновационным можно отнести волоконные светодиоды. Они появились на рынке недавно, в 2015 году. Разработаны были рассматриваемые решения инженерами из Южной Кореи.

Использовать данные типы светодиодов можно в производстве одежды. То есть, из них вполне реально сшить рубашку или футболку, которые могут светиться. Производство одежды на основе волоконных светодиодов предполагает также применение различных полимеров, а также соединений алюминия.

Светодиоды Filament

Еще один пример инновационных светодиодов — решения типа Filament. Главное их преимущество — высокая энергоэффективность. При одинаковой мощности, к примеру, с такими светодиодами, как COB, решения типа Filament могут обеспечивать более высокий уровень освещенности.

Рассматриваемый инновационный продукт чаще всего используется при изготовлении осветительных ламп. В числе примечательных характеристик производства соответствующих светодиодов — осуществление монтажа непосредственно на подложку, выполненную из стекла. Данный подход дает возможность распространять свет, излучаемый светодиодом, на 360 градусов.

Как выбрать оптимальный вариант?

Как определить тип светодиода, оптимальный для той или иной конструкции? Существует большое количество критериев, на которые можно ориентироваться в данном вопросе. В принципе, вполне правомерно определить сферу применения светодиода исходя из его классификации по тем признакам, которые мы рассмотрели выше. Изучим специфику выбора соответствующих электронных компонентов с учетом особенностей девайсов:

— DIP;

— SMD;

— COB.

Выбор светодиодов: особенности решений типа DIP

Как мы отметили выше, DIP-светодиоды относятся к самым ранним продуктам, появившимся на рынке. Таким образом, в них задействованы довольно старые, но до сих пор востребованные технологии. Главные их преимущества — простота установки, удобство формы, низкое энергопотребление, слабый нагрев, а также достаточно высокая степень защищенности от внешнего воздействия.

Чаще всего рассматриваемые светодиоды выпускаются в диаметре 3 и 5 мм. Если проводить сравнения светодиодов по типам, то можно прийти к выводу, что рассматриваемые решения наиболее оптимальны для применения:

— в качестве элементов тюнинга автомобилей;

— как декоративные компоненты;

— в составе маломощных — как вариант самодельных — фонарей.

Рассматриваемые светодиоды имеют относительно невысокую стоимость и доступность на рынке. Можно отметить, что в числе самых часто встречаемых модификаций — светодиоды на 12 вольт. Они могут присутствовать в различных онлайновых каталогах, а также специализированных магазинах в широком ассортименте. Собственно, любые светодиоды на 12 вольт характеризуются достаточно высокой востребованностью на рынке.

Выбор светодиодов: особенности решений типа SMD

Соответствующего типа решения по внешнему виду принципиально отличаются от других тем, что имеют плоскую форму. Монтаж данных электронных компонентов осуществляется без использования ножек. Ток на светодиоды типа SMD подается на клеммы, которые находятся с их обратной стороны.

Таким образом, инсталляция данных девайсов осуществляется без использования отверстий. Размещение светодиодов можно осуществить очень компактно. Как результат — может уменьшиться и конструкция, на которой соответствующие устройства располагаются.

Основные способы применения рассматриваемых устройств — тот же автотюнинг, различные типы интерьерного освещения. В числе самых значимых преимуществ данных вариантов — высокая яркость, светоотдача. В сочетании с небольшими размерами эти решения обладают существенными преимуществами перед альтернативными моделями изделий.

В числе самых распространенных на современном рынке — тип светодиода 3528. Данные изделия широко применяются при выпуске светодиодных лент. Конструкция соответствующих изделий позволяет выпускать трехцветные светодиоды — с красным, синим, а также зеленым цветами свечения. На базе решений типа 3528 производятся многие другие электронные компоненты, например светодиод типа SMD 5050.

Рассматриваемые изделия также характеризуются ценовой доступностью. Представлены на рынке они обычно в широком ассортименте.

Выбор светодиодов: особенности решений типа COB

Прежде всего стоит отметить, что значительная часть светодиодов соответствующего типа — очень мощные конструкции. Их характерная особенность — быстрое рассеивание света, благодаря размещению кристаллов на поверхности, которая обеспечивает динамичное отведение тепла.

Рассматриваемые светодиоды — очень яркие. Это делает их востребованными как раз для использования в конструкции автомобильных фар. Стоит отметить, что данные изделия следует инсталлировать с учетом ряда значимых нюансов — таковые могут знать только опытные специалисты. Поэтому для установки соответствующих решений рекомендуется обращаться к компетентным сервисным службам.

типов диодов — условное обозначение, характеристики и применение.

Базовый диод состоит из двух клемм. Этот терминал называется анодом и катодом. Он обладает свойством проводить течение тока в едином и унифицированном направлении. Это основное свойство диода делает его базовым строительным блоком в блоках питания. потому что там это предпочтительнее в процессе ректификации.

Используется во время модуляции сигналов. Существует много применений для диодов, основанных на требованиях в различных областях электроники, а также электротехники.Как правило, диоды изготавливаются из полупроводников, таких как кремний или германий, исходя из того, что тип полупроводникового материала является предпочтительным.

Различные типы диодов

Во-первых, он начался с основного диода, состоящего из p-n-перехода. Дальнейшее развитие и увеличение потребностей и потребностей в различных подсистемах проложили путь к формированию различных типов диодов. Каждый диод имеет свое значение в области электроники.

Использование диода в электронных модулях огромно. Тем не менее, особые случаи диодов были построены так, чтобы он мог работать в обратном смещении, а также для удовлетворения соответствующих терминологии.

Давайте рассмотрим различные типы диодов, которые используются в базовой электронике. Это

1) P-N Соединительный диод

Это основной диод, образованный взаимодействием материалов p-типа и n-типа. Это касается концепции смещения. Это смещение заставляет его классифицировать на различные режимы работы.

Этот диод проводит только во время пересылки смещения. В обратном смещении нет очевидного потока тока. Это указывает на то, что ток блокируется во время обратного смещения.

Символ соединительного диода P-N

Они используются там, где предпочтительны применения для слабых токов, таких как сигнальные диоды. одно из основных применений этого в качестве выпрямителей.

2) Стабилитрон

Это диод, сконструированный таким образом, что он может работать в режиме обратного смещения.Для примененного прямого смещения рабочие характеристики будут аналогичны характеристикам обычного диода с основным p-n-переходом.

Zener Diode

Когда диод находится в режиме обратного смещения после того, как он достигает минимального напряжения Зенера, мы видим приращение значений тока, но напряжение остается постоянным после этой точки.

Это делает его применимым для использования при регулировании напряжений. Особенность диода заключается в том, что он начинает проводить во время обратного смещения.Более дзен-напряжение этого типа диодов фиксируется производителями. По этой причине может быть изготовлено больше дзен-диодов с различными более дзен-напряжениями.

3) Диоды Шоттки

Диод, который может работать с малым временем переключения, называется диодом Шоттки. Падение напряжения, которое считается прямым, очень низкое.

Диод Шоттки

Применение диодов этого типа можно увидеть в достаточно быстрых цепях зажима.Этот тип диодов работает в диапазоне гигагерц. То есть это может быть предпочтительным во время высокочастотных применений.

4) Шоковые диоды

Это еще один тип диодов, которые также используются для коммутации. Он имеет некоторое основное напряжение, которое называется напряжением запуска.

Символ Shockley Diode

Если приложенное к нему напряжение меньше базового значения триггера, оно не может переключиться, поскольку оно остается в режиме высокого сопротивления.Когда приложенное напряжение превышает базовое значение триггера, устанавливается путь низкого сопротивления. Таким образом, диоды Шокли работают.

5) Varactor или Varicap Diode

Это еще одна особая категория диодов, где приложение обратного напряжения изменяет емкость на стыке. Поскольку это диод с переменной емкостью, его можно сокращенно называть варикапом.

Символ для Varicap Diode

Приложенное значение обратного напряжения может влиять на ширину перехода.Они прямо пропорциональны друг другу. Но они обратно связаны с емкостью на стыке.

Это основная причина, по которой они применяются в генераторах. Изменение значения емкости заставляет схему работать как тюнер.

6) Barrett Diode

BARITT обозначает время прохождения барьерного впрыска. В диодах этого типа излучение происходит за счет тепловой энергии. Это состоит из меньшего шума по сравнению с диодами другого типа.

Они применимы в различных устройствах, таких как микшеры, это могут быть усилители, основанные на способности слабого сигнала, или это могут быть генераторы.

7) Диод Ганна

Это основной диод с двумя клеммами. Он не обладает переходом P-N, как другие диоды. Генераторы из диодов Ганна используются во время радиосвязи.

Gunn Diode

Они также используются в военных областях. Основные тахометры состоят из этого диода в нем. В настоящее время в системах контроля открытия дверей требуются датчики, что возможно благодаря диодам Ганна. В схемах охранной сигнализации этот диод также является предпочтительным.

8) Светоизлучающие диоды (светодиоды)

Это типы диодов, которые работают в рабочей области смещения переадресации. Когда диод начинает проводить в этой области, возникает поток тока. Этот ток называется током пересылки. Во время этого процесса свет излучается от диода.

Светодиод

К ним относятся различные типы светодиодов. А именно мигает тот, который может действовать как вкл / выкл в течение определенного количества времени.Это могут быть триколорные выводы, которые излучают более двух цветов в зависимости от полученного положительного значения напряжения.

Кроме того, есть светодиоды, излучающие инфракрасный свет. Практическое применение этого можно увидеть в пультах дистанционного управления. Выше обсуждены некоторые из типов, присутствующих в LED.

9) LASER Diode

Его нельзя назвать таким же, как обычный светодиод. Поскольку этот тип диода излучает свет, отличный от нормального, он называется когерентным светом.Этот свет фокусируется как пятно диаметром менее одного микрометра.

LASER Diode

Поскольку время отклика у диодов этого типа меньше, они используются в качестве оптических запоминающих устройств, а также в проигрывателях компакт-дисков. В настоящее время можно увидеть сканеры штрих-кода, это одно из применений лазерного диода. Они также видны в принтерах LASER, факсов и т. Д.

10) Фотодиод

Как следует из названия, когда диод взаимодействует с генерируемым током света.Это означает, что на этапе темноты не может быть никакого тока, указывающего, что это состояние разомкнутой цепи.

Когда диод входит в контакт со светом, он взаимодействует, и количество тока течет в цепи, делая диод ярким. Функциональность фотодиода больше напоминает диод дзен, потому что он также может проводить во время обратного смещения.

Photo Diode

Текущее значение и значение интенсивности света прямо пропорциональны друг другу.Они также имеют достаточно быстрое время отклика, которое составляет наносекунды. Диоды этого типа также могут генерировать электричество.

11) PIN-диод

Этот диод характеризуется во время своей конструкции. В этом типе диода он имеет как стандарты p-типа, так и n-типа. Но соединение, образованное из-за его взаимодействий здесь, не будет иметь концентрации легирования в нем, относящемся к собственному полупроводнику.

Символ для диода PiN

Этот регион полезен во время таких приложений, как переключение.

12) Диод быстрого восстановления

Согласно названию, диод будет обладать более быстрым временем восстановления. Во время выпрямления в качестве входного сигнала применяется переменный ток. Это имеет положительные и отрицательные уровни в нем. Для изменения полярностей с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное время восстановления должно быть быстрым.

Во время высокочастотных применений это становится обязательным для обеспечения самого быстрого времени восстановления. Следовательно, этот диод является предпочтительным в таких случаях. Это приводит к тому, что представление должно быть точным и поддерживать целостность сигнала.

13) Туннельный диод

Это диод с основным переходом p-n, который обладает свойством отрицательного сопротивления. В этом типе диодов значения напряжения и тока обратно пропорциональны друг другу.

Туннельный диод

В диапазоне сверхвысоких скоростей в этих туннельных диодах используются переключатели. Время переключения будет в нано или пикосекундах. Из-за концепции отрицательного сопротивления, включенного в него, это используется в терминологии схемы генератора релаксации.

14) Шаг восстановления диода

Он может упоминаться как часть микроволнового диода. В высокочастотном диапазоне это имеет тенденцию генерировать импульсы. Эти диоды зависят от типа диодов, которые имеют характеристики быстрого отключения в зависимости от их работы.

Символ ступенчатого восстановления Диод

Следовательно, различные типы диодов и их применение обсуждались выше. Каждый диод уникален как по представлению, так и по применению.Выше мы обсуждали различные типы в диоде относительно его применений. Можете ли вы описать функциональность различных типов диодов?

типов диодов, функциональная схема, рабочие характеристики и характеристики

С самого начала, начиная с электронного проектирования и заканчивая производством и ремонтом, диоды широко используются в различных областях. Они бывают разных типов и передают электрический ток в зависимости от свойств и характеристик этого конкретного диода. В основном это P-N переходные диоды, светочувствительные диоды, стабилитроны, диоды Шоттки, варакторные диоды. Фоточувствительные диоды включают светодиоды, фотодиоды и фотоэлектрические элементы.Некоторые из них кратко описаны в этой статье.

1. Диод перехода P-N

Переход P-N — это полупроводниковое устройство, которое состоит из полупроводникового материала P-типа и N-типа. P-тип имеет высокую концентрацию дырок, а N-тип имеет высокую концентрацию электронов. Диффузия дырок — от р-типа до n-типа, а диффузия электронов — от n-типа до p-типа.

Донорные ионы в области n-типа становятся положительно заряженными, когда свободные электроны переходят из n-типа в p-тип.Следовательно, положительный заряд построен на N-стороне соединения. Свободные электроны через соединение — это отрицательные акцепторные ионы, заполняя отверстия, тогда отрицательный заряд, установленный на p-стороне соединения, показан на рисунке.

Электрическое поле, образованное положительными ионами в области n-типа и отрицательными ионами в областях p-типа. Эта область называется диффузионной областью. Поскольку электрическое поле быстро уносит свободные носители, следовательно, область обеднена свободными носителями.Встроенный потенциал V _bi за счет Ê, сформированный на стыке, показан на рисунке.

Функциональная схема

диода перехода PN:

Функциональная схема диода перехода PN

Характеристики прямого соединения PN:

Когда положительный вывод батареи подключен к P-типу, а отрицательный вывод подключен к N-типу Вызывается прямое смещение PN перехода показано на рисунке ниже.

Прямые характеристики соединения P-N

Если это внешнее напряжение становится больше значения потенциального барьера, приблизительно 0.7 вольт для кремния и 0,3 В для Ge, потенциальный барьер пересечен, и ток начинает течь из-за движения электронов через переход и то же самое для дырок.

Характеристики прямого смещения PN-перехода

Характеристики обратного PN-перехода:

Когда положительное напряжение подается на n-часть, а отрицательное напряжение на p-часть диода, говорят, что оно обратное состояние смещения.

Цепь характеристик обратного перехода P-N

Когда положительное напряжение подается на N-часть диода, электроны движутся к положительному электроду, и приложение отрицательного напряжения к p-части заставляет отверстия двигаться к отрицательному электроду.В результате электроны пересекают соединение, чтобы соединиться с отверстиями на противоположной стороне соединения, и наоборот. В результате образуется обедненный слой, имеющий высокоимпедансный путь с высоким потенциальным барьером.

Характеристики обратного смещения перехода P-N

Применение диода перехода P-N:

Диод перехода P-N представляет собой двухполюсное устройство, чувствительное к полярности, диод проводит при смещении переадресации, а диод не проводит при обратном смещении. Благодаря этим характеристикам, P-N переходный диод используется во многих приложениях, таких как

1. Выпрямители в источнике постоянного тока
2. Схемы демодуляции
3. Сети отсечки и ограничения

2.Фотодиод

Фотодиод — это своего рода диод, который генерирует ток, пропорциональный энергии падающего света. Это преобразователь света в напряжение / ток, который находит применение в системах безопасности, конвейерах, системах автоматического переключения и т. Д. Фотодиод по своей конструкции похож на светодиод, но его p-n-переход очень чувствителен к свету. P-n-переход может быть открыт или упакован с окном для ввода света в P-N-переход. В состоянии прямого смещения ток проходит от анода к катоду, а в состоянии обратного смещения фототок течет в обратном направлении.В большинстве случаев упаковка фотодиода аналогична светодиодной с анодными и катодными выводами, выступающими из корпуса.

Фотодиод

Существует два вида фотодиодов — фотодиоды PN и PIN. Разница в их производительности. PIN-фотодиод имеет внутренний слой, поэтому он должен быть обратным смещением. В результате обратного смещения ширина области обеднения увеличивается, а емкость p-n-перехода уменьшается. Это позволяет генерировать больше электронов и дырок в области истощения.Но одним недостатком обратного смещения является то, что он генерирует шумовой ток, который может снизить отношение сигнал / шум. Поэтому обратное смещение подходит только в приложениях, где требуется более высокая пропускная способность. Фотодиод PN идеально подходит для работы в условиях слабого освещения, потому что работа беспристрастна.

Фотодиод работает в двух режимах, а именно: фотоэлектрический режим и фотопроводящий режим. В фотоэлектрическом режиме (также называемом режимом нулевого смещения) фототок от устройства ограничен, и напряжение накапливается.Теперь фотодиод находится в состоянии смещения вперед, и через p-n-переход начинает течь «темновой ток». Этот поток темнового тока происходит противоположно направлению фототока. Темный ток генерируется в отсутствие света. Темновой ток — это фототок, индуцированный фоновым излучением, плюс ток насыщения в устройстве.

Режим фотопроводимости возникает, когда фотодиод имеет обратное смещение. В результате этого ширина обедненного слоя увеличивается и приводит к уменьшению емкости p-n-перехода.Это увеличивает время отклика диода. Чувствительность — это отношение генерируемого фототока к энергии падающего света. В режиме фотопроводимости диод генерирует только небольшой ток, называемый током насыщения, или обратный ток вдоль своего направления. Фототок остается неизменным в этом состоянии. Фототок всегда пропорционален люминесценции. Несмотря на то, что фотокондуктивный режим работает быстрее, чем фотогальванический, электронный шум выше в фотопроводящем режиме.Фотодиоды на основе кремния генерируют меньше шума, чем фотодиоды на основе германия, поскольку кремниевые фотодиоды имеют большую запрещенную зону.

3. Стабилитрон

Стабилитрон представляет собой тип диода, который позволяет протекать току в прямом направлении, аналогичном выпрямительному диоду, но в то же время он может разрешать обратный ток также при напряжении выше значения пробоя стабилитрона. Это обычно на одно-два вольт выше номинального напряжения стабилитрона и известно как напряжение стабилитрона или точка лавинного напряжения.Zener был назван так в честь Кларенса Зенера, который открыл электрические свойства диода. Стабилитроны находят применение в регулировании напряжения и для защиты полупроводниковых приборов от колебаний напряжения. Стабилитроны широко используются в качестве эталонов напряжения и в качестве шунтирующих регуляторов для регулирования напряжения на цепях.

Стабилитрон использует свое p-n-соединение в режиме обратного смещения для получения эффекта Зенера. Во время эффекта Зенера или пробоя Зенера, Зенер удерживает напряжение, близкое к постоянному значению, известному как напряжение Зенера.Обычный диод также обладает свойством обратного смещения, но если напряжение обратного смещения будет превышено, диод будет подвергаться воздействию сильного тока, и он будет поврежден. Стабилитрон, с другой стороны, специально разработан для того, чтобы иметь пониженное напряжение пробоя, называемое напряжением Зенера. Стабилитрон также обладает свойством контролируемого пробоя и позволяет току поддерживать напряжение на стабилитроне вблизи напряжения пробоя. Например, 10-вольтный стабилитрон будет падать на 10 вольт в широком диапазоне обратных токов.

Когда диод Зенера смещен в обратном направлении, его p-n-переход испытывает пробой Лавины, и стабилитрон проводит в обратном направлении. Под воздействием приложенного электрического поля валентные электроны будут ускоряться, чтобы сбить и выпустить другие электроны. Это заканчивается эффектом Лавины. Когда это происходит, небольшое изменение напряжения приведет к большому току. Пробой стабилитрона зависит от приложенного электрического поля, а также от толщины слоя, на который подается напряжение.

Для стабилитрона требуется последовательный резистор ограничения тока, чтобы ограничить протекание тока через стабилитрон. Обычно ток стабилитрона фиксируется как 5 мА. Например, если используется стабилитрон на 10 В с источником питания 12 В, то 400 Ом (близкое значение — 470 Ом) идеально подходит для поддержания тока стабилитрона на уровне 5 мА. Если напряжение питания составляет 12 вольт, то на стабилитроне 10 вольт, а на резисторе 2 вольт. При 2 В на резисторе 400 Ом ток через резистор и стабилитрон составит 5 мА.Поэтому, как правило, резисторы от 220 Ом до 1 кОм используются последовательно с стабилитроном в зависимости от напряжения питания. Если ток через стабилитрон недостаточен, выход будет нерегулируемым и меньше номинального напряжения пробоя.

Следующая формула полезна для определения тока через стабилитрон:

Стабилизатор = (VIn — V Out) / R Ом

Значение резистора R должно удовлетворять двум условиям.

1. Это должно быть низкое значение для обеспечения достаточного тока через стабилитрон
2. Номинальная мощность резистора должна быть достаточно высокой, чтобы защитить стабилитрон.

Фото предоставлено:

• Zener от wikimedia
• Функциональная схема диода P-N-перехода по Кюру

.

диодов ＜ Типы диодов ＞ | Основы электроники

Выпрямительный диод

(REC): структура и характеристики

Структура	Символ	Приложения ・ Характеристики
		Используется для выпрямления (то есть первичная сторона блока питания) Преимущественно класс 1A и выше, высокое напряжение пробоя (400 В / 600 В)

Выпрямительные диоды

, как следует из их названия, предназначены для выпрямления общих частот переменного тока.Выпрямление в основном включает в себя преобразование из переменного тока в постоянное и может включать в себя высокие напряжения и токи. Эффективность преобразования может сильно различаться в зависимости от рабочей частоты и условий. Таким образом, предлагаются различные типы, включая модели с низким V _F (прямое напряжение), высокоскоростное переключение и модели с низким уровнем шума.

Configuration Конфигурация выпрямительной цепи］

Коммутационный диод

(SW): структура и особенности

Структура	Символ	Приложения ･ Характеристики
		Идеально подходит для различных коммутационных приложений Скорость переключения: короткое время обратного восстановления trr

Эти диоды обеспечивают коммутацию.Подача напряжения в прямом направлении приведет к току (ВКЛ). И наоборот, подача напряжения в обратном направлении остановит протекание тока. Переключающие диоды обычно характеризуются более коротким временем обратного восстановления (trr), что приводит к лучшей производительности переключения.

Включить	Выключить
>

Что такое обратное время восстановления (trr)?

Время обратного восстановления trr относится ко времени, которое требуется переключающему диоду для полного выключения из состояния ВКЛ.Как правило, электроны не могут быть остановлены сразу после выключения работы, что приводит к некоторому току, протекающему в обратном направлении. Чем выше этот ток утечки, тем больше потери. Однако время обратного восстановления можно сократить за счет диффузии тяжелых металлов, оптимизации материала или разработки FRD (диодов быстрого восстановления), которые подавляют звон после восстановления.

Ключевые точки

• трр означает время, за которое ток исчезает после переключения напряжения в противоположном направлении.
• Более короткое значение trr означает меньшие потери и более высокие скорости переключения

Барьерные диоды Шоттки (SBD): структура и особенности

Структура	Символ	Приложения ･ Характеристики
		Используется для выпрямления вторичного источника питания Низкое V F (малые потери), большое I R Быстрая скорость переключения

В отличие от обычных диодов, которые обеспечивают характеристики диодов через переход PN (полупроводник-полупроводник), барьерные диоды Шоттки используют барьер Шоттки, состоящий из перехода металл-полупроводник.Это приводит к значительно более низким характеристикам V _F (прямое падение напряжения) по сравнению с диодами с PN-переходами, что обеспечивает более высокие скорости переключения. Однако одним недостатком является больший ток утечки (I _R ), что делает контрмеры необходимыми для предотвращения теплового разгона.

SBD

, которые часто используются для выпрямления вторичного источника питания, имеют характеристики, которые могут сильно различаться в зависимости от типа используемого металла. ROHM предлагает широкую линейку ведущих SBD, в которых используются различные металлы.

• RB ** 1 серия low V _F тип
• RB ** 0 серия низкая I _R тип
• ROHM предлагает серии RB ** 8 диодов ультранизкого уровня I _R для автомобильной промышленности

Ключевые точки

Типы
• Low V _F и I _R могут быть достигнуты простым изменением типа металла.

Тепловой побег

Барьерные диоды Шоттки чувствительны к чрезмерному выделению тепла при большом потоке тока.В результате сочетание высокой температуры с увеличением I _R (ток утечки) может привести к повышению температуры корпуса и окружающей среды. Следовательно, реализация неправильного теплового проекта может привести к тому, что количество выделяемого тепла превысит количество рассеиваемого, что может привести к увеличению тепловыделения и тока утечки и в конечном итоге привести к повреждению. Это явление называется «тепловым побегом».

Ключевые точки

• Высокие температуры окружающей среды могут стать причиной теплового разгона

Стабилитрон

(ZD) ： Структура и особенности

Структура	Символ	Приложения ・ Характеристики
		Используется в цепях постоянного напряжения Защищает микросхемы от повреждений в результате скачков тока и ESD Генерирует постоянное напряжение, когда напряжение подается в обратном направлении.

Стабилитроны

обычно используются в цепях постоянного напряжения для обеспечения постоянного напряжения, даже если ток колеблется, или в качестве элементов защиты от импульсных токов и электростатических разрядов.В отличие от стандартных диодов, которые используются в прямом направлении, стабилитроны предназначены для использования в обратном направлении. Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется напряжением стабилитрона V _Z , а значение тока в это время называется током стабилитрона (I _Z ). В последние годы в связи с продолжающейся миниатюризацией и повышением производительности электронных устройств возникает необходимость в более совершенных защитных устройствах, что приводит к появлению диодов TVS (подавление переходных напряжений).

Ключевые точки

• Только диоды Зенера работают в обратном направлении

высокочастотных диодов (PIN-диодов): структура и особенности

Что такое диодная емкость (C _т )

Количество накопленного заряда внутри при подаче обратного смещения называется емкостью диода (C _t ). Электрически нейтральный обедненный слой формируется путем заполнения собственного слоя, созданного между слоями P и N, носителями заряда (дырками и электронами).Слой истощения действует как паразитный конденсатор, емкость которого пропорциональна площади PN-соединения и обратно пропорциональна расстоянию d. Расстояние определяется концентрацией слоев P и N. Подача напряжения на диод приведет к увеличению обедненного слоя и уменьшению C _t . Требуемое значение Ct будет варьироваться в зависимости от применения.

［При подаче обратного напряжения］

Ключевые точки

• Чем шире слой обеднения (и больше расстояние), тем ниже емкость C _t .

диодов к странице продукта

ROHM использует оригинальные передовые технологии, чтобы предложить широкую линейку диодов. Кроме того, передовые знания в области малосигнальных диодов и диодов средней и высокой мощности позволили разработать высококачественные диоды Шоттки и диоды с быстрым восстановлением.

,

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия Анод и Катод. Катод отмечен на корпусе.

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

Диоды могут быть использованы для преобразования переменного тока в постоянный ток (Диодный мост). Они используются в источниках питания, а иногда и для декодирования радиосигналов амплитудной модуляции (как в кристаллическом радио).Светодиоды (светодиоды) представляют собой тип диодов, которые производят свет.

Сегодня самые распространенные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или иногда германий.

Первые типы диодов назывались клапанами Флеминга. Это были вакуумные трубки. Они были внутри стеклянной трубки (очень похоже на лампочку). Внутри стеклянной колбы была маленькая металлическая проволока и большая металлическая пластина. Маленький металлический провод нагревался и излучал электричество, которое захватывалось пластиной.Большая металлическая пластина не нагревалась, поэтому электричество могло проходить в одном направлении через трубу, но не в другом направлении. Клапаны Флеминга больше не используются, потому что они были заменены полупроводниковыми диодами, которые меньше, чем клапаны Флеминга. Томас Эдисон также обнаружил это свойство, работая над своими лампочками.

Структура лампового диода

Полупроводниковые диоды изготовлены из двух типов полупроводников, соединенных друг с другом. Один тип имеет атомы с дополнительными электронами (так называемая n-сторона).Другой тип имеет атомы, которые хотят электронов (так называемая р-сторона). Из-за этого электричество будет легко перетекать со стороны со слишком большим количеством электронов в сторону со слишком небольшим количеством. Однако электричество не будет течь легко в обратном направлении. Эти различные типы сделаны легированием (полупроводник). Кремний с растворенным в нем мышьяком является хорошим полупроводником на n-стороне, а кремний с растворенным в нем алюминием — хорошим полупроводником на p-стороне. Другие химические вещества также могут работать.

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

Положительное напряжение на стороне p [изменить | изменить источник]

Если вы подаете положительное напряжение на сторону p и отрицательное напряжение на сторону n, электроны на стороне n захотят перейти к положительному напряжению на стороне p, а отверстия на стороне p захотят перейти к отрицательному напряжению на н-стороне. Из-за этого поток тока может существовать, но для его запуска требуется определенное количество напряжения (очень маленькое количество напряжения недостаточно, чтобы электрический ток протекал).Это называется напряжением включения. Напряжение включения кремниевого диода составляет около 0,7 В. Германиевому диоду необходимо напряжение включения около 0,3 В.

Отрицательное напряжение на стороне p [изменить | изменить источник]

Если вместо этого вы подаете отрицательное напряжение на сторону p и положительное напряжение на сторону n, электроны стороны n хотят перейти к источнику положительного напряжения вместо другой стороны диода. То же самое происходит на стороне р. Таким образом, ток не будет течь между двумя сторонами диода.Увеличение напряжения в конечном итоге заставит протекать электрический ток (это напряжение пробоя). Многие диоды будут разрушены обратным потоком, но некоторые сделаны, чтобы выжить.

Когда температура увеличивается, напряжение включения снижается. Это облегчает прохождение электричества через диод.

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

Символы [изменить | изменить источник]

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

Стандартный выпрямительный диод [изменить | изменить источник]

Это изменяет A / C (переменный ток, как в розетке в доме) на D / C (постоянный ток, используемый в электронике).Стандартный выпрямительный диод имеет особые требования. Он должен выдерживать большой ток, не подвергаться значительному воздействию температуры, иметь низкое напряжение включения и поддерживать быстрые изменения направления тока. Современная аналоговая и цифровая электроника использует такие выпрямители.

Светодиод [изменить | изменить источник]

Светодиод излучает свет при прохождении через него электричества. Это более длительный и эффективный способ создания света, чем лампы накаливания. В зависимости от того, как это было сделано, светодиод может делать разные цвета.Светодиоды были впервые использованы в 1970-х годах. Светодиод может в конечном итоге заменить лампочку, так как развивающаяся технология делает ее ярче и дешевле (она уже более эффективна и длится дольше). В 1970-х годах светодиоды использовались для отображения цифр в таких приборах, как калькуляторы, и в качестве способа показать, что питание включено для больших приборов. ^[1]

Фотодиод [изменить | изменить источник]

Фотодиод — это фотодетектор (противоположность светодиода).Он реагирует на свет, который входит. Фотодиоды имеют оконное или оптоволоконное соединение, которое пропускает свет в чувствительную часть диода. Диоды обычно имеют сильное сопротивление; свет уменьшает сопротивление. ^[2]

стабилитрон [изменить | изменить источник]

Стабилитрон похож на обычный диод, но вместо разрушения большим обратным напряжением он пропускает электричество. Необходимое для этого напряжение называется напряжением пробоя или напряжением стабилитрона. ^[3] Поскольку он построен с известным напряжением пробоя, его можно использовать для подачи известного напряжения.

Varactor Diode [изменить | изменить источник]

Варикап или варактор используется во многих устройствах. Он использует область между p-стороной и n-стороной диода, где электроны и дырки уравновешивают друг друга. Это называется зоной истощения. Изменяя величину обратного напряжения, размер зоны истощения изменяется. В этой области имеется некоторая емкость, и она изменяется в зависимости от размера зоны истощения.Это называется переменной емкостью или для краткости варикап. ^[4] Используется в ФАПЧ (контурах фазовой синхронизации), которые используются для управления высокоскоростной частотой, на которой работает чип.

Step-Recovery-Diode [изменить | изменить источник]

Символ является символом диода с некой загвоздкой. Используется в цепях с высокими частотами до ГГц. Он отключается очень быстро, когда прекращается прямое напряжение. Для этого используется ток, который течет после изменения полярности.

PIN-диод [изменить | изменить источник]

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

диод Шоттки [изменить | изменить источник]

Символом этого является символ диода с буквой «S» на пике.Вместо того, чтобы обе стороны были полупроводниками (такими как кремний), одна сторона была металлической, как алюминий или никель. Это снижает напряжение включения примерно до 0,3 вольт. Это примерно половина порогового напряжения обычного диода. Функция этого диода состоит в том, что не вводятся неосновные носители — на n-стороне есть только дыры, а не электроны, а на p-стороне есть только электроны, а не дырки. ^[5] Поскольку он чище, он может реагировать быстрее, без диффузионной емкости, которая может замедлять его. Это также создает меньше тепла и является более эффективным.Но он имеет некоторую утечку тока при обратном напряжении.

Когда диод переключается с постоянного тока на постоянный ток, это называется переключением. Это занимает десятки наносекунд в типичном диоде; это создает некоторый радиошум, который временно ухудшает радиосигналы. Диод Шоттки переключается за небольшую долю того времени, меньше наносекунды.

Туннельный диод [изменить | изменить источник]

В символе туннельного диода есть дополнительная квадратная скобка в конце обычного символа.

Туннельный диод состоит из высоколегированного pn-перехода. Из-за этого высокого легирования существует только очень узкая щель, через которую электроны могут проходить. Этот туннельный эффект появляется в обоих направлениях. После того, как определенное количество электронов прошло, ток через зазор уменьшается до тех пор, пока не начнется нормальный ток через диод при пороговом напряжении. Это вызывает область отрицательного сопротивления. Эти диоды используются для работы с действительно высокими частотами (100 ГГц).Он также устойчив к радиации, поэтому их используют в космических кораблях. Они также используются в микроволновых печах и холодильниках. ^[6]

Обратный диод [изменить | изменить источник]

Символ имеет в конце диода знак, который выглядит как большой I. Он сделан аналогично туннельному диоду, но n- и p-слой не легированы так высоко. Это позволяет току течь в обратном направлении при небольших отрицательных напряжениях. Он может быть использован для устранения низкого напряжения (менее 0,7 вольт).

Кремниевый выпрямитель (SCR) [изменить | изменить источник]

Вместо двух слоев, как обычный диод, он имеет четыре слоя, в основном это два диода, соединенных вместе, с затвором посередине.Когда между затвором и катодом подается напряжение, включается нижний транзистор. Это позволяет току проходить, что активирует верхний транзистор, и тогда ток не нужно будет включать напряжением затвора. ^[7]

Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с Диоды .

,