Полупроводниковият диодмира широко приложение в електротехниката и електрониката. Благодарение ниската си цена и доброто съотношение мощност/размер, той бързо заменикуумните устройства с подобно приложение.
Съдържание
Конструкция и действие полупроводников диод
Полупроводниковият диод се състои от две области (слоеве), изработени от полупроводник (силиций, германий и др.). В едната област има излишък свободни електрони (n-полупроводник), а в другата - недостиг (p-полупроводник) - това се постига чрез допиране основниятериал. Между тях ималка зона, в която излишъкът от свободни електрони от n полюса "покрива" дупките от p полюса (рекомбинация чрез дифузия) и взи област няма свободни носители заряд. Когато се прилага постояннопрежение, областта рекомбинация елка, съпротивлението ѝ е ниско и диодът провежда ток взи посока. Когато се приложи обратнопрежение, зоната без носители се увеличава и съпротивлението диода се увеличава. Взи посока няма тече ток.
Видове, класификация и графики в електрическите вериги
В общия случай диодът се обозначава схема със стилизирана стрелка, указваща посоката тока. Условно графично представяне (CSR) устройство съдържа два терминала - анод итодДвуполюсните полупроводници се свързват директно съответно към плюсовата и минусовата страна веригата.
Съществуват многозновидности това двуполюсно полупроводниково устройство, които могат иматлко по-различна CSD в зависимост от предназначението си.
Стабилитрони (диоди Ценер)
Стабилитронът е полупроводниково устройствоТойботи с обратнопрежение в областтавинообразния пробив. Взи областпрежението върху диода Ценер е стабилно в широк диапазон протичане ток през устройството. Това свойство се използва за стабилизиранепрежението върху товара.
Стабилизатори
Стабилитроните се справят добре със стабилизиранетопреженията от 2 V и повече. За се получи постояннопрежение подзи граница, се използват стабилизатори. Чрез допиранетериала, от койтоправени тези устройства (силиций, селен), се постига възможной-голяма вертикалност правата линиярактеристиката. Това е режимът, в койтоботят стабилизаторите,то произвеждат референтнопрежение между 0,5 V и 2 V предния клон волт-ампернатарактеристика припрежение в права посока.
Диоди Шотки
Диодите Шотки се основават полупроводниково-метална верига и нямат общ преход. Това осигурява двежни свойства:
- Намалендпрежение в права посока (около 0,2 V);
- По-високиботни честоти благодарение по-ниския вътрешенпацитет.
Недостатъците по-високи обратни токове и по-ниска толерантност към обратнотопрежение.
Varicaps .
Всеки диод има електрическипацитет. Двата обемисти заряда (p и n полупроводникови области) служаттопаци кондензатора, а диелектрикът е заключващият слой. Когато се приложи обратнопрежение, този слой сезширява ипацитетътмалява. Това свойство е присъщо всички диоди, но пририкапитепацитетът е нормализиран и известен при определени границипрежението. Товава възможност за използванекива устройствато кондензатори с променливпацитет и се използват застройка или прецизиране вериги чрез подаванезлични нива обратнопрежение.
Тунелни диоди
Тези устройства имат деформация в преднатастрактеристиката, при която увеличаванетопрежението води домаляване тока. Диференциалното съпротивление е отрицателно взи област. Това свойство позволява тунелните диоди се използватто усилватели слаби сигнали ито осцилатори при честотид 30 GHz.
Динистори
Диодни тиристори - Диодните тиристори имат p-n-p-n структура и S-образна форма вълната и не пропускат ток, докато приложенотопрежение не достигне прагово ниво. След това той се отваря и се държито нормален диод, докато токътдне под нивото задържане. Динисторите се използват в силовата електроникато превключватели.
Фотодиоди
Фотодиодът е изработен в корпус,то до кристала достига видима светлина. Когато p-n преходът е облъчен, в него се генерира ЕМП. Това позволява фотодиодът се използвато източник ток (катост от соларна клетка) илито светлинен сензор.
Светодиоди .
Основното свойство фотодиода е, че той може излъчва светлина, когато през p-n-прехода протича ток. Това светене не е свързано с интензивността топлината,кто при крушката сжежаема жичка,ка че устройството е икономично. Понякога се използва директнотожежаване кръстовището, но по-често то се използвато инициатор за запалване фосфора. Това позволи се получат непостижими досега цветове светодиодите,то синьо и бяло.
Диоди Гун
Въпреки че диодътн има обичайния символ, той не е диод в пълния смисъл думата. Това ека, защото той няма p-n преход. Това устройство се състои отлиев арсенид върху метална подложка.
Безвлизаме в тънкостите процесите: когато къмдено устройство се приложи електрическо поле с определена големина, се получават електрически трептения, чийто период зависи отзмера полупроводниковата пластинка (но в определени граници честотата може се коригира с външни елементи).
Диодитен се използватто осцилатори при честоти от 1 GHz и повече. Предимството устройството е стабилността високата честота, а недостатъкът -лката амплитуда електрическите колебания.
Магнитодиоди
Обикновените диоди се влияят слабо от външнигнитни полета.гнитодиодите специално проектирани, за се повиши тяхната чувствителност. Те изработени по p-i-n технология с удължена основа. Под въздействиетогнитно поле съпротивлението устройството се увеличава и това може се използва за създаване безконтактни ключове, преобразувателигнитно поле и други подобни.
Лазерни диоди
Принципът действиезерния диод се основава свойството двойката електрон-дупка излъчва монохроматична и кохерентна видима светлина при определени условия по време рекомбинация.чините за създаване тези условиязлични и потребителят трябва знаемо дължината вълната, излъчвана от диода, и неговата мощност.
Лавинообразни диоди
Тези устройства се използват в микровълновата индустрия. При определени условия режимътвинообразен пробив води до отрицателна област диференциално съпротивление врактеристиката диода. Това свойство LPD позволява те се използватто генератори,ботещи с дължини вълните до милиметровия диапазон.м е възможно се получи мощност от поне 1 W. При по-ниски честоти тези диоди произвеждат до няколко киловата.
ПИН диоди.
Тези диоди се произвеждат по p-i-n технология. Между легираните слоеве от полупроводници има слой от нелегирантериал. Порадизи причина изправителните свойства диода се влошават (рекомбинациятамалява при обратнопрежение поради липсата пряк контакт между p- и n- зоните). От друга страна, благодарениезстоянието между областите ссипен зарядразитниятпацитет става многолък, изтичането сигнал при високи честоти е практически елиминирано в затворено състояние и щифтовите диоди могат се използват ВЧ и СЧВто комутационни елементи.
Основнирактеристики ираметри диодите
Основнитерактеристики полупроводниковите диоди (с изключение тези със специално предназначение)
- максимално допустимо обратнопрежение (постоянно и импулсно)
- ограничаванеботната честота;
- спадпрежението в права посока;
- работен температурен диапазон.
Другитежнирактеристики се илюстрират по-добре от I-V кривата диода.
Волт-ампернарактеристика полупроводников диод
Волт-ампернатарактеристика полупроводниковия диод се състои от прав и обратен клон. Те семират в квадранти I и III, тъйто посоката тока ипрежението през диода винаги съвпада. От волт-ампернатарактеристика може се определят някоираметри,кто и се види визуалнокво влияние оказватрактеристиките устройството.
Праговопрежение проводимостта
Ако към диод се подаде постояннопрежение и започне го увеличава, отначало няма се случи нищо - токът няма се увеличи. Но при определена стойност диодът ще се отвори и токът ще се увеличи в съответствие спрежението. Товапрежение серичапрежение прага проводимост и е отбелязано VACто U-праг. Това зависи оттериала, от който е изработен диодът. Зай-разпространените полупроводници тозираметър е:
- силиций - 0,6-0,8 V;
- германий - 0,2-0,3 V;
- Галиев арсенид - 1,5 V.
Свойството германиевите полупроводници се отварят при нископрежение се използва във вериги с нископрежение и в други ситуации.
Максимален ток през диод при директно захранване
Следто диодът се отвори, токът мураства с увеличаванепрежението в права посока. За идеален диодзи графика стига до безкрайност. практика тя е ограничена от способността полупроводниказсейва топлината. Ако се достигне определена граница, диодът ще прегрее и ще откаже. За се избегне това, производителите посочватй-високия допустим ток (Imax CVC). Това може се определи приблизително отзмера диода и неговия корпус. В низходящ ред:
- Устройствата с метален корпус задържатй-голям ток;
- Пластмасовите корпуси предназначени за средна мощност;
- Стъкленитепсулирани диоди се използват в слаботокови вериги.
Металните уреди могат се монтират върхудиатори - това ще увеличипацитетазсейване.
Ток обратното изтичане
Ако към диода се подаде обратнопрежение, нискочувствителният амперметър няма покаже нищо. Всъщностмо съвършеният диод не пропуска ток. В реалното устройство има ток, но той е многолък и серича ток обратна утечка (на формата вълната, Iobr). Той е десетки микроампери или десети от милиамперите и е много по-малък от прав ток. Тя може бъде определена чрез справочна книга.
Разбиванепрежението
При определена стойност обратнотопрежениестъпва рязко увеличаване тока, което серича пробив. То е от тунелен иливинен тип и е обратимо. Този режимбота се използва за стабилизиранепрежението (лавинен режим) или за генериране импулси (тунелен режим). Когатопрежението се увеличи още повече, пробивът става термичен. Този режим е необратим и диодът се поврежда.
Паразитенпацитет pn-прехода
Вече беше споменато, че p-n преходът има електрическипацитет. И докато пририкапите това свойство е полезно и се използва, при обикновените диоди то може бъде вредно. Въпреки че капацитетът е от порядъка единици или десетки pF и може не се забелязва при постоянен ток или ниски честоти,то ефектът му се увеличава с увеличаване честотата. Няколко пикофарада придиочестота ще създадат достатъчно ниско съпротивление за изтичанеразитен сигнал, ще се добавят към съществуващияпацитет и ще променятраметрите веригата,кто и ще се комбинират с индуктивността оловен или печатен проводник, за образуват верига сразитен резонанс. Поради това при производството високочестотни устройства се вземат мерки замаляванепацитета съединението.
Етикетиране диоди
Най-простият метод за етикетиране диоди е се използва метален корпус. В повечето случаи те обозначени с обозначението устройството изпределението изводите. Диодите в пластмасови корпусиркирани с пръстен от странататода. Но нямаранция, че производителят стриктно спазва това правило, затова е по-добре се консултирате с някой справочник. Още по-добре е използвате мултицет, за тествате устройството.
Домашните стабилитрони с ниска консумация енергия и някои други устройства могат имат два пръстена или точки сзлични цветове от противоположните страни корпуса. За определите типакъв диод и неговия щифт, трябва си вземете справочник илимерите онлайн идентификатор заркиране в интернет.
Приложения за диоди
Въпреки простата си конструкция полупроводниковите диодимират широко приложение в електрониката:
- За коригиране Променливопрежение. Класика внра - използване свойството p-n прехода за провеждане ток в една посока.
- Диодни детектори. При това се използва нелинейността формата вълната, за се извлекатрмоници от сигнала, от които желанитермоници могат бъдат уловени с помощта филтри.
- Два диода, включени успоредно, служатто ограничител за мощни сигнали, които могат претоварят входните стъпаладолу по веригата чувствителнидиоприемници.
- Стабилитроните могат бъдат включенито елементи за искрова защита, за се предотврати достигането импулси с високопрежение до веригите сензорите, инсталирани във взривоопасни зони.
- Диодите могат служатто превключващи устройства във високочестотни вериги. Те се отварят с постояннопрежение и позволяват ВЧ сигнала премине (или не) през тях.
- Параметричните диоди служатто усилватели слаби сигнали в микровълновия диапазон порадиличието участък с отрицателен импеданс в правата линиярактеристиката.
- Диодите се използват за изграждане смесители, коитоботят в предавателно или приемно оборудване. Те се смесват хетеродинен сигнал с високочестотен (или нискочестотен) сигнал за по-нататъшна обработка. По тозичин се използва и нелинейността кривата I-V.
- Нелинейнатарактеристика позволява UHF диодите се използватто честотни множители. Когато сигналът преминава през диода мултипликатора, се извличат по-високитермоници. Те могат бъдат допълнително изолирани чрез филтриране.
- Диодите се използваттостройващи елементи в резонансни вериги. При това се използва контролираниятпацитет p-n прехода.
- Някои видове диоди се използватто осцилатори в микровълновия диапазон. Това основно тунелни диоди и устройства с ефектн.
Това емо кратко описание възможностите полупроводниковите устройства с два извода. Със задълбочено изучаване свойствата ирактеристиките диодите могат се използват за решаване много от предизвикателствата, които стоят пред конструкторите електронни устройства.
Свързани статии:
