Mis on pooljuhtdiood, dioodide tüübid ja volt-ampri karakteristiku graafik

Pooljuhtdioodi kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas ja elektroonikas. Madala hinna ning hea võimsuse ja suuruse suhtega tõrjus see kiiresti välja sarnase otstarbega vaakumseadmed.

Pooljuhtdioodi ehitus ja tööpõhimõte

Pooljuhtdiood koosneb kahest piirkonnast (kihist), mis on valmistatud pooljuhist (räni, germaanium jne). Ühes piirkonnas on vabade elektronide liig (n-pooljuht), teises on puudujääk (p-pooljuht) – see saavutatakse alusmaterjali legeerimisega.Nende vahele jääb väikese suurusega tsoon, milles n-poolsete vabade elektronide liig "sulgeb" p-poolelt tulevaid augud (rekombinatsioon toimub difusiooni tõttu) ja selles piirkonnas puuduvad vabad laengukandjad. Alalispinge rakendamisel on rekombinatsioonipiirkond väike, selle takistus väike ja diood juhib voolu selles suunas. Pöördpinge rakendamisel suureneb kandjateta ala ja dioodi takistus suureneb. Selles suunas vool ei voola.

Elektriahelate tüübid, klassifikatsioon ja graafika

Üldiselt on vooluringis olev diood tähistatud stiliseeritud noolega, mis näitab voolu suunda. Seadme tavapäraselt graafiline kujutis (CSD) sisaldab kahte juhet - anood ja katoodmis otseühenduses on ühendatud vastavalt ahela plusspoolele ja miinuspoolele.

Seda kahepooluselist pooljuhtseadet on palju variante, millel võib olenevalt otstarbest olla veidi erinev CSD.

Stabilitronid (Zeneri dioodid)

Stabilitroon on pooljuhtseadeSee töötab pöördpingega laviini purunemise piirkonnas. Selles piirkonnas on Zeneri dioodi pinge stabiilne laias seadme vooluvahemikus. Seda omadust kasutatakse koormuse pinge stabiliseerimiseks.

Stabilisaatorid

Stabilitronid teevad head tööd pingete stabiliseerimiseks alates 2 V ja üle selle. Konstantse pinge saamiseks alla selle piiri kasutatakse stabilitroneid. Nende seadmete valmistamise materjali (räni, seleen) dopinguga saavutatakse sirgjoone karakteristiku kõrgeim vertikaalsus. See on režiim, milles stabilisaatorid töötavad, tekitades 0,5...2 V piires võrdluspinge volt-amperkarakteristiku otseharule päripingel.

Schottky dioodid

Schottky diood põhineb pooljuht-metallahelal ja sellel puudub ühine ristmik. Selle tulemuseks on kaks olulist omadust:

• Vähendatud päripinge langus (umbes 0,2 V);
• kõrgemad töösagedused madalama sisemise mahtuvuse tõttu.

Puuduste hulka kuuluvad suurenenud pöördvoolud ja vähenenud tolerants pöördpinge tasemete suhtes.

Varicaps

Igal dioodil on elektriline mahtuvus. Kaks mahulist laengut (p ja n pooljuhtpiirkonda) toimivad kondensaatori kattena ja lukustuskiht on dielektrik. Pöördpinge rakendamisel see kiht laieneb ja mahtuvus väheneb. See omadus on omane kõikidele dioodidele, kuid varikappides on mahtuvus normaliseeritud ja teada antud pingepiiridel. See võimaldab selliseid seadmeid kasutada nagu muutuva võimsusega kondensaatorid ja kasutatakse vooluahelate häälestamiseks või peenhäälestamiseks, varustades erineva tasemega pöördpinget.

Tunneldioodid

Nendel seadmetel on karakteristiku esiosas läbipaine, mille korral pinge suurenemine põhjustab voolu vähenemist. Selles piirkonnas on diferentsiaaltakistus negatiivne. See omadus võimaldab tunneldioode kasutada nõrkade signaalide võimenditena ja ostsillaatoritena sagedustel üle 30 GHz.

Dünistorid

Dünistoril, mis on dioodtüristor, on p-n-p-n struktuur ja S-kujuline lainekuju ning see ei juhi voolu enne, kui rakendatav pinge jõuab lävitasemeni. Pärast seda avaneb see ja käitub nagu tavaline diood, kuni vool langeb alla hoidmistaseme. Dinistoreid kasutatakse jõuelektroonikas lülititena.

Fotodioodid

Fotodiood on valmistatud korpusesse, kust pääseb kristallile nähtava valgusega. Kui p-n-siirde kiiritatakse, tekib selles EMF. See võimaldab fotodioodi kasutada vooluallikana (päikesepatareide osana) või valgussensorina.

LEDid

Fotodioodi peamine omadus on see, et see suudab kiirata valgust, kui vool liigub läbi p-n-siirde.See sära ei ole seotud kuumutamise intensiivsusega, nagu hõõglambi puhul, seega on seade ökonoomne. Mõnikord kasutatakse ülemineku otsest sära, kuid sagedamini kasutatakse seda fosforsüüte initsiaatorina. See võimaldas saada varem kättesaamatuid LED-värve, nagu sinine ja valge.

Gunn Dioodid

Kuigi Ganni dioodil on tavaline tavaline graafiline tähis, ei ole see diood selle täies tähenduses. Seda seetõttu, et sellel puudub p-n-ristmik. See seade koosneb galliumarseniidi plaadist metallsubstraadil.

Laskumata protsesside peensustesse: seadmes teatud väärtusega elektrivälja rakendamisel tekivad elektrilised võnked, mille periood sõltub pooljuhtplaadi suurusest (kuid teatud piirides saab sagedust korrigeerida välised elemendid).

Ganni dioode kasutatakse ostsillaatoritena sagedustel 1 GHz ja kõrgemal. Seadme eeliseks on kõrge sageduse stabiilsus ning miinuseks elektrivõnkumiste väike amplituud.

Magnetodioodid

Tavalisi dioode mõjutavad välised magnetväljad nõrgalt. Magnetodioodidel on spetsiaalne disain, mis suurendab tundlikkust selle mõju suhtes. Nende valmistamisel kasutatakse p-i-n tehnoloogiat laiendatud põhjaga. Magnetvälja mõjul suureneb seadme takistus ettepoole ja sellest saab luua kontaktivabu lülituselemente, magnetvälja andureid jne.

Laserdioodid

Laserdioodi tööpõhimõte põhineb elektron-augu paari omadusel eraldada rekombinatsiooni käigus teatud tingimustel monokromaatilist ja koherentset nähtavat kiirgust. Nende tingimuste loomise viisid on erinevad; kasutajal on vaja teada vaid dioodi poolt kiiratavat lainepikkust ja selle võimsust.

Laviini ulatuvad dioodid.

Neid seadmeid kasutatakse mikrolaineahjus.Teatud tingimustel laviini purunemise režiimis ilmub dioodi karakteristikule negatiivse diferentsiaaltakistusega sektsioon. See LPD-de omadus võimaldab neid kasutada generaatoritena, mis töötavad lainepikkustel kuni millimeetri vahemikus. Seal on võimalik saada võimsust mitte vähem kui 1 W. Madalamatel sagedustel eemaldatakse sellistest dioodidest kuni mitu kilovatti.

PIN-dioodid

Need dioodid on valmistatud p-i-n tehnoloogia abil. Pooljuhtide legeeritud kihtide vahel on kiht legeerimata materjali. Sel põhjusel halvenevad dioodi alaldi omadused (p- ja n-tsoonide vahelise otsekontakti puudumise tõttu väheneb rekombinatsioon pöördpinge korral). Kuid kogulaengu piirkondade eraldamise tõttu muutub parasiitmahtuvus väga väikeseks, signaali leke kõrgel sagedusel on suletud olekus praktiliselt välistatud ning HF- ja UHF-i saab kasutada lülituselementidena pin-dioode.

Dioodide peamised omadused ja parameetrid

Pooljuhtdioodide (välja arvatud väga spetsialiseerunud dioodide) peamised omadused on järgmised:

• Maksimaalne lubatud pöördpinge (DC ja impulss);
• piirata töösagedust;
• ettepoole suunatud pinge langus;
• töötemperatuuri vahemik.

Teisi olulisi omadusi on parem kaaluda dioodi CVC näitel - nii on see selgem.

Pooljuhtdioodile iseloomulik volt-amper

Pooljuhtdioodi volt-amprikarakteristik koosneb päri- ja tagasiharust. Need asuvad I ja III kvadrandis, kuna dioodi läbiva voolu ja pinge suund langeb alati kokku. Volt-ampri karakteristiku järgi on võimalik määrata mõningaid parameetreid ja ka visuaalselt näha, mida mõjutavad seadme omadused.

Juhtivuse lävipinge

Kui dioodile on rakendatud alalispinge ja see hakkab seda suurendama, ei juhtu alguses midagi - vool ei suurene. Kuid teatud väärtusel diood avaneb ja vool suureneb vastavalt pingele. Seda pinget nimetatakse juhtivuse lävipingeks ja see on VAC-l märgitud kui U-lävi. See sõltub materjalist, millest diood on valmistatud. Kõige tavalisemate pooljuhtide puhul on see parameeter:

• räni - 0,6-0,8 V;
• Germaanium - 0,2-0,3 V;
• galliumarseniid - 1,5 V.

Germaaniumpooljuhtide omadust avaneda madalpingel kasutatakse madalpingeahelates ja muudes olukordades.

Maksimaalne vool läbi dioodi otse sisselülitamisel

Pärast dioodi avanemist suureneb selle vool koos pärivoolu pinge suurenemisega. Ideaalse dioodi puhul läheb see graafik lõpmatuseni. Praktikas piirab seda parameetrit pooljuhi võime soojust hajutada. Teatud piiri saavutamisel kuumeneb diood üle ja ebaõnnestub. Selle vältimiseks määravad tootjad suurima lubatud voolu (BAC-i Imax). Seda saab umbkaudselt määrata dioodi ja selle korpuse suuruse järgi. Kahanevas järjekorras:

• suurimat voolu hoiavad metallkestas olevad seadmed;
• Plastikust korpused on mõeldud keskmise võimsuse jaoks;
• klaaskastides olevaid dioode kasutatakse nõrkvooluahelates.

Radiaatoritele saab paigaldada metallseadmeid - see suurendab võimsuse hajumist.

Vastupidine lekkevool

Kui dioodile rakendatakse pöördpinget, ei näita madala tundlikkusega ampermeeter midagi. Tegelikult ei leki ainult täiuslik diood voolu. Päris seadmel on vool, kuid see on väga väike ja seda nimetatakse vastupidiseks lekkevooluks (VAC, Iobr). See on kümneid mikroampreid või kümnendikke milliampreid ja on palju väiksem kui pärivool. Leiate selle teatmeteosest.

Läbilöögipinge

Teatud pöördpinge väärtuse korral suureneb voolu järsk tõus, mida nimetatakse purunemiseks.Sellel on tunneli või laviini iseloom ja see on pööratav. Seda režiimi kasutatakse pinge stabiliseerimiseks (laviinirežiim) või impulsside genereerimiseks (tunnelirežiim). Pinge edasisel suurenemisel muutub rike termiliseks. See režiim on pöördumatu ja diood ebaõnnestub.

Pn-siirde parasiitmahtuvus

Juba mainitud, et p-n-siirtel on elektriline mahtuvus. Ja kui varikappides on see omadus kasulik ja kasutatud, siis tavalistes dioodides võib see olla kahjulik. Kuigi mahtuvus on ühikute järjekorras või kümneid pF ja on alalisvoolul või madalatel sagedustel märkamatu, selle mõju suureneb sageduse kasvades. Mõned pikofarad raadiosagedusel loovad parasiitsignaali lekke jaoks piisavalt madala takistuse, liidavad olemasoleva mahtuvuse ja muudavad vooluahela parameetreid ning koos juhtme või trükitud juhi induktiivsusega moodustavad parasiitresonantsiga vooluringi. Seetõttu võetakse kõrgsagedusseadmete valmistamisel meetmeid ristmiku mahtuvuse vähendamiseks.

Dioodi märgistamine

Metalldioodid on märgistatud kõige lihtsamal viisil. Enamikul juhtudel on need märgistatud seadme nime ja selle tihvtiga. Plastkorpuses olevad dioodid on tähistatud katoodi poolel oleva rõngamärgiga. Kuid pole mingit garantiid, et tootja järgib seda reeglit rangelt, seega on parem tutvuda teatmeraamatuga. Veelgi parem, testige seadet multimeetriga.

Kodumaistel väikese võimsusega stabilitronidel ja mõnel muul seadmel võib korpuse vastaskülgedel olla kaks erinevat värvi rõngast või täppi. Sellise dioodi ja selle tihvti tüübi määramiseks peate võtma teatmeteose või leidma Internetist veebipõhise märgistuse identifikaatori.

Dioodide rakendused

Vaatamata lihtsale ehitusele kasutatakse pooljuhtdioode elektroonikas laialdaselt:

1. Parandamiseks Vahelduvpinge. Žanri klassika - p-n-siirde omaduse kasutamine voolu juhtimiseks ühes suunas.
2. Diooddetektorid. See kasutab I-V kõvera mittelineaarsust, mis võimaldab eraldada signaalist harmoonilisi, millest vajalikke saab filtritega eraldada.
3. Kaks paralleelselt lülitatud dioodi toimivad võimsate signaalide piirajana, mis võib tundlike raadiovastuvõtjate järgnevaid sisendastmeid üle koormata.
4. Stabilitrone saab kaasata sädemekaitseelementidena, et vältida kõrgepingeimpulsside sattumist ohtlikesse kohtadesse paigaldatud anduriahelatesse.
5. Dioodid võivad olla kõrgsageduslikes ahelates lülitusseadmeteks. Need avanevad alalispingega ja võimaldavad RF-signaali läbida (või mitte).
6. Parameetrilised dioodid toimivad nõrkade signaalide võimenditena mikrolainevahemikus, kuna karakteristiku otseses harus on negatiivse takistusega sektsioon.
7. Dioode kasutatakse segajate ehitamiseks, mis töötavad saate- või vastuvõtuseadmetes. Nad segunevad heterodüün signaal kõrgsagedusliku (või madala sagedusega) signaaliga järgnevaks töötlemiseks. Siin kasutatakse ka IAC mittelineaarsust.
8. Mittelineaarne karakteristik võimaldab UHF-dioode kasutada sageduse kordajatena. Kui signaal läbib kordistidioodi, vabanevad kõrgemad harmoonilised. Neid saab täiendavalt eraldada filtreerimise teel.
9. Dioode kasutatakse resonantsahelate häälestuselementidena. See kasutab kontrollitava mahtuvuse olemasolu p-n-siirdes.
10. Teatud tüüpi dioode kasutatakse ostsillaatoritena mikrolainealas. Need on peamiselt tunneldioodid ja Ganni efekti seadmed.

See on vaid kahe juhtmega pooljuhtseadmete võimaluste lühikirjeldus. Dioodide omaduste ja omaduste põhjaliku uurimisega saab lahendada paljud elektroonikaseadmete disainerite väljakutsed.

Seotud artiklid: