सेमीकंडक्टर डायोड क्या है, डायोड के प्रकार और वोल्ट-एम्पीयर विशेषता का ग्राफ

सेमीकंडक्टर डायोड का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है। कम लागत और आकार के अनुपात में अच्छी शक्ति के साथ, इसने समान उद्देश्य के वैक्यूम उपकरणों को जल्दी से विस्थापित कर दिया।

सेमीकंडक्टर डायोड का निर्माण और संचालन सिद्धांत

एक अर्धचालक डायोड में अर्धचालक (सिलिकॉन, जर्मेनियम, आदि) से बने दो क्षेत्र (परतें) होते हैं। एक क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉनों (एन-सेमीकंडक्टर) की अधिकता है, दूसरे में कमी (पी-सेमीकंडक्टर) है - यह आधार सामग्री को डोपिंग करके प्राप्त किया जाता है।उनके बीच एक छोटा आकार का क्षेत्र होता है जिसमें एन-साइड से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अधिकता पी-साइड से छिद्रों को "बंद" करती है (प्रसार के कारण पुनर्संयोजन होता है), और इस क्षेत्र में कोई मुफ्त चार्ज वाहक नहीं हैं। जब एक सीधा वोल्टेज लगाया जाता है, तो पुनर्संयोजन क्षेत्र छोटा होता है, इसका प्रतिरोध छोटा होता है, और डायोड इस दिशा में करंट का संचालन करता है। जब एक रिवर्स वोल्टेज लागू किया जाता है, तो वाहक रहित क्षेत्र बढ़ जाएगा, और डायोड प्रतिरोध बढ़ जाएगा। इस दिशा में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी।

इलेक्ट्रिकल सर्किट में प्रकार, वर्गीकरण और ग्राफिक्स

सामान्य तौर पर, एक सर्किट में एक डायोड को एक स्टाइलिश तीर के साथ नामित किया जाता है जो वर्तमान की दिशा को दर्शाता है। एक उपकरण के पारंपरिक ग्राफिक चित्रण (सीएसडी) में दो लीड होते हैं - एनोड और कैथोडजो सीधे सर्किट के प्लस साइड और माइनस साइड से क्रमशः जुड़े होते हैं।

इस दो-ध्रुव अर्धचालक उपकरण की कई किस्में हैं, जो उनके उद्देश्य के आधार पर, थोड़ा भिन्न सीएसडी हो सकती हैं।

स्टेबिलिट्रोन (जेनर डायोड)

एक स्टेबिलिट्रॉन एक अर्धचालक उपकरण हैयह हिमस्खलन टूटने वाले क्षेत्र में एक रिवर्स वोल्टेज के साथ काम करता है। इस क्षेत्र में, जेनर डायोड वोल्टेज डिवाइस के माध्यम से करंट की एक विस्तृत श्रृंखला पर स्थिर होता है। इस संपत्ति का उपयोग पूरे लोड में वोल्टेज को स्थिर करने के लिए किया जाता है।

स्टेबलाइजर्स

Stabilitrons 2 V और उससे अधिक के वोल्टेज को स्थिर करने का अच्छा काम करते हैं। इस सीमा से नीचे एक स्थिर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, स्टेबिलिट्रॉन का उपयोग किया जाता है। जिस सामग्री से ये उपकरण (सिलिकॉन, सेलेनियम) बनाए जाते हैं, उस सामग्री को डोपिंग करके सीधी रेखा विशेषता की उच्चतम ऊर्ध्वाधरता प्राप्त की जाती है। यह वह मोड है जिसमें स्टेबलाइजर्स काम करते हैं, आगे वोल्टेज पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता की सीधी शाखा पर 0.5...2 वी के भीतर एक संदर्भ वोल्टेज का उत्पादन करते हैं।

शोट्की डायोड

Schottky डायोड एक सेमीकंडक्टर-मेटल सर्किट पर आधारित है और इसमें एक सामान्य जंक्शन नहीं है। इसका परिणाम दो महत्वपूर्ण गुणों में होता है:

• कम आगे वोल्टेज ड्रॉप (लगभग 0.2 वी);
• कम आंतरिक समाई के कारण उच्च परिचालन आवृत्तियों।

नुकसान में रिवर्स करंट में वृद्धि और रिवर्स वोल्टेज स्तरों के प्रति कम सहिष्णुता शामिल है।

वैरिकैप्स

प्रत्येक डायोड में एक विद्युत समाई होती है। दो वॉल्यूमेट्रिक चार्ज (पी और एन सेमीकंडक्टर क्षेत्र) संधारित्र के कवर के रूप में कार्य करते हैं, और लॉकिंग परत ढांकता हुआ है। जब एक रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह परत फैलती है और समाई घट जाती है। यह गुण सभी डायोड में निहित है, लेकिन varicaps में समाई सामान्यीकृत होती है और दी गई वोल्टेज सीमा पर जानी जाती है। यह इस तरह के उपकरणों का उपयोग करने की अनुमति देता है परिवर्तनीय क्षमता के कैपेसिटर और रिवर्स वोल्टेज के विभिन्न स्तरों की आपूर्ति करके सर्किट के ट्यूनिंग या फाइन-ट्यूनिंग के लिए उपयोग किया जाता है।

सुरंग डायोड

इन उपकरणों में विशेषता के आगे के खंड में एक विक्षेपण होता है, जिसमें वोल्टेज में वृद्धि से वर्तमान में कमी आती है। इस क्षेत्र में, अंतर प्रतिरोध नकारात्मक है। यह गुण सुरंग डायोड को कमजोर संकेतों के लिए एम्पलीफायरों के रूप में और 30 गीगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों पर ऑसिलेटर के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।

डायनिस्टर्स

एक डायनिस्टर, जो एक डायोड थाइरिस्टर है, में एक पी-एन-पी-एन संरचना और एस-आकार की तरंग होती है, और जब तक लागू वोल्टेज थ्रेशोल्ड स्तर तक नहीं पहुंच जाता है, तब तक करंट का संचालन नहीं करता है। उसके बाद, यह एक सामान्य डायोड की तरह खुलता है और तब तक व्यवहार करता है जब तक कि करंट होल्ड लेवल से नीचे न गिर जाए। बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स में स्विच के रूप में डाइनिस्टर का उपयोग किया जाता है।

फोटोडिओड

एक फोटोडायोड एक आवास में बनाया जाता है जिसमें क्रिस्टल के लिए दृश्य प्रकाश पहुंच होती है। जब पी-एन जंक्शन विकिरणित होता है, तो उसमें एक ईएमएफ उत्पन्न होता है। यह फोटोडायोड को वर्तमान स्रोत (सौर कोशिकाओं के हिस्से के रूप में) या प्रकाश संवेदक के रूप में उपयोग करना संभव बनाता है।

एल ई डी

फोटोडायोड का मुख्य गुण यह है कि जब पी-एन जंक्शन से करंट प्रवाहित होता है तो यह प्रकाश उत्सर्जित कर सकता है।यह चमक ताप की तीव्रता से संबंधित नहीं है, जैसा कि गरमागरम लैंप में होता है, इसलिए डिवाइस किफायती है। कभी-कभी संक्रमण की प्रत्यक्ष चमक का उपयोग किया जाता है, लेकिन अधिक बार इसका उपयोग फॉस्फोर इग्निशन सर्जक के रूप में किया जाता है। इससे नीले और सफेद जैसे पहले से अप्राप्य एलईडी रंग प्राप्त करना संभव हो गया।

गन डायोड

हालांकि एक गान डायोड में सामान्य पारंपरिक ग्राफिक पदनाम होता है, लेकिन यह पूर्ण अर्थों में डायोड नहीं है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसमें कोई p-n जंक्शन नहीं है। इस उपकरण में धातु सब्सट्रेट पर गैलियम आर्सेनाइड प्लेट होती है।

प्रक्रियाओं की सूक्ष्मता में जाने के बिना: डिवाइस में एक निश्चित मूल्य के विद्युत क्षेत्र को लागू करते समय, विद्युत दोलन होते हैं, जिसकी अवधि सेमीकंडक्टर प्लेट के आकार पर निर्भर करती है (लेकिन कुछ सीमाओं के भीतर आवृत्ति को ठीक किया जा सकता है) बाहरी तत्व)।

गैन डायोड का उपयोग 1 GHz और उससे अधिक की आवृत्तियों पर दोलक के रूप में किया जाता है। डिवाइस का लाभ उच्च आवृत्ति स्थिरता है, और नुकसान विद्युत दोलनों का छोटा आयाम है।

मैग्नेटोडायोड्स

पारंपरिक डायोड बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों से कमजोर रूप से प्रभावित होते हैं। मैग्नेटोडायोड्स में एक विशेष डिज़ाइन होता है जो इस प्रभाव की संवेदनशीलता को बढ़ाता है। इन्हें विस्तारित आधार के साथ p-i-n तकनीक का उपयोग करके बनाया गया है। चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, आगे की दिशा में डिवाइस प्रतिरोध बढ़ जाता है, और इसका उपयोग संपर्क रहित स्विचिंग तत्व, चुंबकीय क्षेत्र ट्रांसड्यूसर आदि बनाने के लिए किया जा सकता है।

लेजर डायोड

लेजर डायोड के संचालन का सिद्धांत पुनर्संयोजन के दौरान कुछ शर्तों के तहत मोनोक्रोमैटिक और सुसंगत दृश्य विकिरण उत्सर्जित करने के लिए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी की संपत्ति पर आधारित है। इन स्थितियों को बनाने के तरीके अलग हैं; उपयोगकर्ता को केवल डायोड द्वारा उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य और उसकी शक्ति को जानने की जरूरत है।

हिमस्खलन फैले डायोड।

इन उपकरणों का उपयोग माइक्रोवेव अनुप्रयोगों में किया जाता है।हिमस्खलन ब्रेकडाउन मोड में कुछ शर्तों के तहत, डायोड विशेषता पर नकारात्मक अंतर प्रतिरोध वाला एक खंड दिखाई देता है। एलपीडी की यह संपत्ति उन्हें मिलीमीटर रेंज तक तरंग दैर्ध्य पर काम करने वाले जनरेटर के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है। वहां कम से कम 1 डब्ल्यू की शक्ति प्राप्त करना संभव है। कम आवृत्तियों पर, ऐसे डायोड से कई किलोवाट तक हटा दिए जाते हैं।

पिन डायोड

ये डायोड p-i-n तकनीक का उपयोग करके बनाए जाते हैं। अर्धचालकों की डोप की गई परतों के बीच गैर-डोपेड सामग्री की एक परत होती है। इस कारण से, डायोड के रेक्टिफायर गुण खराब हो जाते हैं (पी- और एन-ज़ोन के बीच सीधे संपर्क की अनुपस्थिति के कारण रिवर्स वोल्टेज पर पुनर्संयोजन कम हो जाता है)। लेकिन बल्क चार्ज क्षेत्रों के अलग होने के कारण, परजीवी समाई बहुत छोटी हो जाती है, बंद अवस्था में उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल रिसाव व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाता है, और पिन डायोड का उपयोग एचएफ और यूएचएफ में स्विचिंग तत्वों के रूप में किया जा सकता है।

डायोड की मुख्य विशेषताएं और पैरामीटर

सेमीकंडक्टर डायोड की मुख्य विशेषताएं (अत्यधिक विशिष्ट को छोड़कर) हैं:

• अधिकतम स्वीकार्य रिवर्स वोल्टेज (डीसी और पल्स);
• ऑपरेटिंग आवृत्ति सीमित करें;
• आगे वोल्टेज ड्रॉप;
• तापमान रेंज आपरेट करना।

डायोड के सीवीसी के उदाहरण पर विचार करने के लिए अन्य महत्वपूर्ण विशेषताएं बेहतर हैं - इसलिए यह अधिक स्पष्ट है।

अर्धचालक डायोड की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

अर्धचालक डायोड की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता में एक आगे की शाखा और एक रिवर्स शाखा होती है। वे चतुर्थांश I और III में स्थित हैं, क्योंकि डायोड के माध्यम से वर्तमान और वोल्टेज की दिशा हमेशा मेल खाती है। वोल्ट-एम्पीयर विशेषता से कुछ मापदंडों को निर्धारित करना और यह भी देखना संभव है कि डिवाइस की विशेषताएं क्या प्रभावित करती हैं।

चालकता दहलीज वोल्टेज

यदि डायोड पर एक सीधा वोल्टेज लगाया जाता है और इसे बढ़ाना शुरू कर देता है, तो पहले तो कुछ नहीं होगा - करंट नहीं बढ़ेगा। लेकिन एक निश्चित मूल्य पर डायोड खुल जाएगा और वोल्टेज के अनुसार करंट बढ़ेगा। इस वोल्टेज को चालकता थ्रेशोल्ड वोल्टेज कहा जाता है और इसे वीएसी पर यू-थ्रेशोल्ड के रूप में चिह्नित किया जाता है। यह उस सामग्री पर निर्भर करता है जिससे डायोड बनाया जाता है। सबसे आम अर्धचालकों के लिए यह पैरामीटर है:

• सिलिकॉन - 0.6-0.8 वी;
• जर्मेनियम - 0.2-0.3 वी;
• गैलियम आर्सेनाइड - 1.5 वी।

जर्मेनियम सेमीकंडक्टर्स का लो वोल्टेज पर खुलने का गुण लो-वोल्टेज सर्किट और अन्य स्थितियों में उपयोग किया जाता है।

डायोड के माध्यम से अधिकतम धारा जब सीधे चालू होती है

एक डायोड के खुलने के बाद, आगे के वोल्टेज में वृद्धि के साथ इसका करंट बढ़ता है। एक आदर्श डायोड के लिए, यह ग्राफ अनंत तक जाता है। व्यवहार में, यह पैरामीटर अर्धचालक की गर्मी को खत्म करने की क्षमता से सीमित है। जब एक निश्चित सीमा तक पहुँच जाता है, तो डायोड ज़्यादा गरम हो जाएगा और विफल हो जाएगा। इससे बचने के लिए, निर्माता उच्चतम स्वीकार्य करंट (BAC पर Imax) निर्दिष्ट करते हैं। यह मोटे तौर पर डायोड के आकार और उसके आवास से निर्धारित किया जा सकता है। घटते क्रम में:

• धातु के खोल में उपकरणों द्वारा उच्चतम धारा धारण की जाती है;
• प्लास्टिक के बाड़ों को औसत शक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है;
• कांच के मामलों में डायोड का उपयोग कम-वर्तमान सर्किट में किया जाता है।

धातु के उपकरणों को रेडिएटर्स पर लगाया जा सकता है - इससे बिजली अपव्यय में वृद्धि होगी।

रिवर्स लीकेज करंट

यदि डायोड पर रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो कम संवेदनशीलता वाला एमीटर कुछ नहीं दिखाएगा। वास्तव में, केवल एक पूर्ण डायोड किसी भी धारा का रिसाव नहीं करता है। एक वास्तविक उपकरण में करंट होगा, लेकिन यह बहुत छोटा है, और इसे रिवर्स लीकेज करंट (VAC, Iobr पर) कहा जाता है। यह दसियों माइक्रोएम्पीयर या मिलीएम्पियर का दसवां हिस्सा है और आगे की धारा से बहुत छोटा है। आप इसे एक संदर्भ पुस्तक में पा सकते हैं।

बिजली की ख़राबी

रिवर्स वोल्टेज के एक निश्चित मूल्य पर, करंट में तेज वृद्धि होती है जिसे ब्रेकडाउन कहा जाता है।इसमें एक सुरंग या हिमस्खलन चरित्र है और यह प्रतिवर्ती है। इस मोड का उपयोग वोल्टेज (हिमस्खलन मोड) को स्थिर करने या दालों (सुरंग मोड) को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, ब्रेकडाउन थर्मल हो जाता है। यह मोड अपरिवर्तनीय है और डायोड विफल हो जाता है।

पीएन जंक्शन के परजीवी समाई

यह पहले ही उल्लेख किया जा चुका है कि पी-एन जंक्शन में है विद्युत समाई. और अगर वैरिकैप में यह गुण उपयोगी और उपयोग किया जाता है, तो साधारण डायोड में यह हानिकारक हो सकता है। यद्यपि समाई इकाइयों के क्रम में है या दसियों पीएफ और डीसी या कम आवृत्तियों पर ध्यान देने योग्य नहीं है, आवृत्ति बढ़ने के साथ इसका प्रभाव बढ़ता है। आरएफ में कुछ पिकोफैराड परजीवी सिग्नल रिसाव के लिए कम पर्याप्त प्रतिरोध पैदा करेंगे, मौजूदा कैपेसिटेंस और परिवर्तन सर्किट पैरामीटर में जोड़ देंगे, और साथ में लीड या मुद्रित कंडक्टर के अधिष्ठापन के साथ परजीवी अनुनाद के साथ एक सर्किट बनाते हैं। इसलिए, जंक्शन समाई को कम करने के लिए उच्च आवृत्ति वाले उपकरणों के निर्माण में उपाय किए जाते हैं।

डायोड लेबलिंग

धातु डायोड को सबसे सरल तरीके से लेबल किया जाता है। ज्यादातर मामलों में, उन्हें डिवाइस के नाम और उसके पिन के साथ लेबल किया जाता है। एक प्लास्टिक के मामले में डायोड को कैथोड की तरफ एक रिंग मार्क के साथ चिह्नित किया जाता है। लेकिन इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि निर्माता इस नियम का सख्ती से पालन करता है, इसलिए बेहतर होगा कि आप किसी संदर्भ पुस्तक से परामर्श लें। बेहतर अभी तक, एक मल्टीमीटर के साथ डिवाइस का परीक्षण करें।

घरेलू कम-शक्ति वाले स्टेबिलिट्रॉन और कुछ अन्य उपकरणों में मामले के विपरीत पक्षों पर अलग-अलग रंगों के दो छल्ले या बिंदु हो सकते हैं। ऐसे डायोड के प्रकार और उसके पिन को निर्धारित करने के लिए, आपको एक संदर्भ पुस्तक लेनी होगी या इंटरनेट पर एक ऑनलाइन अंकन पहचानकर्ता खोजना होगा।

डायोड के लिए आवेदन

उनके सरल निर्माण के बावजूद, अर्धचालक डायोड का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है:

1. सुधारने के लिए एसी वोल्टेज. शैली का एक क्लासिक - एक दिशा में वर्तमान का संचालन करने के लिए पी-एन जंक्शन की संपत्ति का उपयोग करना।
2. डायोड डिटेक्टर। यह आई-वी वक्र की गैर-रैखिकता का उपयोग करता है, जो सिग्नल से हार्मोनिक्स को अलग करने की अनुमति देता है, जिनमें से आवश्यक फिल्टर द्वारा अलग किया जा सकता है।
3. काउंटर-समानांतर में स्विच किए गए दो डायोड शक्तिशाली संकेतों के एक सीमक के रूप में कार्य करते हैं, जो संवेदनशील रेडियो रिसीवर के बाद के इनपुट चरणों को अधिभारित कर सकते हैं।
4. उच्च वोल्टेज दालों को खतरनाक क्षेत्रों में स्थापित सेंसर सर्किट में प्रवेश करने से रोकने के लिए स्टैबिलिट्रॉन को स्पार्क सुरक्षा तत्वों के रूप में शामिल किया जा सकता है।
5. डायोड हाई-फ़्रीक्वेंसी सर्किट में स्विचिंग डिवाइस के रूप में काम कर सकते हैं। वे डीसी वोल्टेज के साथ खुलते हैं और आरएफ सिग्नल को गुजरने देते हैं (या नहीं)।
6. पैरामीट्रिक डायोड विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा में नकारात्मक प्रतिरोध वाले खंड की उपस्थिति के कारण माइक्रोवेव रेंज में कमजोर संकेतों के एम्पलीफायरों के रूप में कार्य करते हैं।
7. डायोड का उपयोग मिक्सर बनाने के लिए किया जाता है जो उपकरणों को ट्रांसमिट करने या प्राप्त करने में काम करता है। वे मिश्रण हेटेरोडाइन संकेत बाद के प्रसंस्करण के लिए एक उच्च आवृत्ति (या कम आवृत्ति) संकेत के साथ। यहां भी IAC की गैर-रैखिकता का उपयोग किया जाता है।
8. नॉनलाइनियर विशेषता यूएचएफ डायोड को आवृत्ति गुणक के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है। जब कोई सिग्नल गुणक डायोड से होकर गुजरता है, तो उच्च हार्मोनिक्स निकलते हैं। इन्हें छानकर और अलग किया जा सकता है।
9. डायोड का उपयोग गुंजयमान सर्किट के लिए ट्यूनिंग तत्वों के रूप में किया जाता है। यह पी-एन जंक्शन पर नियंत्रणीय समाई की उपस्थिति का उपयोग करता है।
10. माइक्रोवेव रेंज में कुछ प्रकार के डायोड का उपयोग ऑसिलेटर के रूप में किया जाता है। ये मुख्य रूप से टनल डायोड और गान इफेक्ट डिवाइस हैं।

यह दो लीड वाले अर्धचालक उपकरणों की क्षमताओं का केवल एक संक्षिप्त विवरण है। डायोड का उपयोग करके गुणों और विशेषताओं के गहन अध्ययन के साथ, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण डिजाइनरों के लिए कई चुनौतियों का समाधान किया जा सकता है।

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