विद्युत अभियांत्रिकी आणि इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये सेमीकंडक्टर डायोडचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. कमी किमतीत आणि चांगल्या पॉवर टू साइज रेशोसह, याने समान उद्देशाची व्हॅक्यूम उपकरणे त्वरीत विस्थापित केली.
सामग्री
सेमीकंडक्टर डायोडचे बांधकाम आणि ऑपरेशनचे सिद्धांत
सेमीकंडक्टर डायोडमध्ये सेमीकंडक्टर (सिलिकॉन, जर्मेनियम इ.) बनलेले दोन क्षेत्र (स्तर) असतात. एका प्रदेशात मुक्त इलेक्ट्रॉन्स (एन-सेमीकंडक्टर) जास्त आहेत, दुसऱ्यामध्ये कमतरता आहे (पी-सेमिकंडक्टर) - हे बेस मटेरियल डोपिंग करून साध्य केले जाते.त्यांच्या दरम्यान एक लहान आकाराचा झोन आहे ज्यामध्ये एन-साइडवरील मुक्त इलेक्ट्रॉन्सचे अतिरिक्त पी-साइडचे छिद्र "बंद" करतात (प्रसारामुळे पुनर्संयोजन होते), आणि या भागात कोणतेही विनामूल्य शुल्क वाहक नाहीत. जेव्हा डायरेक्ट व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा पुनर्संयोजन क्षेत्र लहान असते, त्याचा प्रतिकार लहान असतो आणि डायोड या दिशेने विद्युत प्रवाह चालवतो. रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केल्यावर, वाहक नसलेले क्षेत्र वाढेल आणि डायोडचा प्रतिकार वाढेल. या दिशेने कोणताही विद्युत प्रवाह वाहणार नाही.
इलेक्ट्रिकल सर्किट्समधील प्रकार, वर्गीकरण आणि ग्राफिक्स
सर्वसाधारणपणे, सर्किटमधील डायोड विद्युत् प्रवाहाची दिशा दर्शविणाऱ्या शैलीकृत बाणाने नियुक्त केला जातो. उपकरणाच्या पारंपारिकपणे ग्राफिक चित्रण (CSD) मध्ये दोन लीड असतात - एनोड आणि कॅथोडजे थेट कनेक्शनमध्ये सर्किटच्या प्लस बाजूशी आणि वजा बाजूला अनुक्रमे जोडलेले असतात.
या द्वि-ध्रुव सेमीकंडक्टर उपकरणाच्या अनेक प्रकार आहेत, जे त्यांच्या उद्देशानुसार, थोडे वेगळे CSD असू शकतात.
स्टॅबिलिट्रॉन्स (जेनर डायोड)
स्टॅबिलिट्रॉन हे अर्धसंवाहक उपकरण आहेहे हिमस्खलन ब्रेकडाउन प्रदेशात रिव्हर्स व्होल्टेजसह कार्य करते. या प्रदेशात, उपकरणाद्वारे झेनर डायोड व्होल्टेज विद्युत् प्रवाहाच्या विस्तृत श्रेणीवर स्थिर आहे. या गुणधर्माचा वापर संपूर्ण लोडमध्ये व्होल्टेज स्थिर करण्यासाठी केला जातो.
स्टॅबिलिस्टर्स
स्टॅबिलिट्रॉन्स 2 V आणि त्यावरील व्होल्टेज स्थिर करण्याचे चांगले काम करतात. या मर्यादेपेक्षा स्थिर व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, स्टेबिलिट्रॉन वापरले जातात. ज्या सामग्रीपासून ही उपकरणे बनविली जातात (सिलिकॉन, सेलेनियम) डोपिंग करून सरळ रेषेच्या वैशिष्ट्याची सर्वोच्च अनुलंबता प्राप्त केली जाते. हा एक मोड आहे ज्यामध्ये स्टॅबिलायझर्स कार्य करतात, फॉरवर्ड व्होल्टेजवर व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्याच्या थेट शाखेवर 0.5...2 V च्या आत संदर्भ व्होल्टेज तयार करतात.
स्कॉटकी डायोड्स
Schottky डायोड सेमीकंडक्टर-मेटल सर्किटवर आधारित आहे आणि त्याला सामान्य जंक्शन नाही. याचा परिणाम दोन महत्त्वपूर्ण गुणधर्मांमध्ये होतो:
- कमी फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप (सुमारे 0.2 V);
- कमी आंतरिक क्षमतामुळे उच्च ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी.
तोट्यांमध्ये रिव्हर्स करंट्स वाढणे आणि रिव्हर्स व्होल्टेज पातळी कमी सहनशीलता समाविष्ट आहे.
व्हेरीकॅप्स
प्रत्येक डायोडमध्ये इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटन्स असते. दोन व्हॉल्यूमेट्रिक चार्जेस (p आणि n सेमीकंडक्टर क्षेत्र) कॅपेसिटरचे कव्हर म्हणून काम करतात आणि लॉकिंग लेयर डायलेक्ट्रिक आहे. रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केल्यावर, हा थर विस्तारतो आणि कॅपेसिटन्स कमी होतो. हा गुणधर्म सर्व डायोड्समध्ये अंतर्निहित आहे, परंतु व्हेरीकॅप्समध्ये कॅपेसिटन्स सामान्यीकृत आणि दिलेल्या व्होल्टेज मर्यादेनुसार ओळखले जाते. हे अशा उपकरणांना म्हणून वापरण्यास अनुमती देते परिवर्तनीय क्षमतेचे कॅपेसिटर आणि रिव्हर्स व्होल्टेजचे विविध स्तर पुरवून सर्किट्सच्या ट्यूनिंग किंवा फाइन-ट्यूनिंगसाठी वापरले जाते.
टनेल डायोड
या उपकरणांमध्ये वैशिष्ट्याच्या फॉरवर्ड विभागात एक विक्षेपण आहे, ज्यामध्ये व्होल्टेजमध्ये वाढ झाल्यामुळे विद्युत प्रवाह कमी होतो. या प्रदेशात, विभेदक प्रतिकार नकारात्मक आहे. हे गुणधर्म 30 GHz वरील फ्रिक्वेन्सीवर कमकुवत सिग्नल आणि ऑसिलेटरसाठी अॅम्प्लिफायर म्हणून बोगदा डायोड वापरण्याची परवानगी देते.
Dynistors
डायनिस्टर, जो डायोड थायरिस्टर आहे, त्यात p-n-p-n रचना आणि S-आकाराचे वेव्हफॉर्म आहे आणि जोपर्यंत लागू व्होल्टेज थ्रेशोल्ड पातळीपर्यंत पोहोचत नाही तोपर्यंत विद्युत प्रवाह चालवत नाही. त्यानंतर, विद्युत प्रवाह होल्ड पातळीच्या खाली येईपर्यंत तो उघडतो आणि सामान्य डायोडप्रमाणे वागतो. डिनिस्टरचा वापर पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये स्विच म्हणून केला जातो.
फोटोडायोड्स
क्रिस्टलमध्ये दृश्यमान प्रकाश प्रवेश असलेल्या गृहनिर्माणमध्ये फोटोडायोड बनविला जातो. जेव्हा p-n जंक्शन विकिरणित होते, तेव्हा त्यात एक EMF तयार होतो. यामुळे फोटोडायोडचा वापर वर्तमान स्रोत (सौर पेशींचा भाग म्हणून) किंवा प्रकाश सेन्सर म्हणून करणे शक्य होते.
LEDs
फोटोडायोडचा मुख्य गुणधर्म असा आहे की जेव्हा पी-एन जंक्शनमधून विद्युत प्रवाह वाहतो तेव्हा तो प्रकाश उत्सर्जित करू शकतो.ही चमक गरम होण्याच्या तीव्रतेशी संबंधित नाही, जसे की इनॅन्डेन्सेंट दिव्यामध्ये, म्हणून डिव्हाइस किफायतशीर आहे. कधीकधी संक्रमणाची थेट चमक वापरली जाते, परंतु अधिक वेळा ते फॉस्फर इग्निशन इनिशिएटर म्हणून वापरले जाते. यामुळे पूर्वी अप्राप्य एलईडी रंग मिळणे शक्य झाले, जसे की निळा आणि पांढरा.
गन डायोड्स
गॅन डायोडमध्ये नेहमीचे पारंपारिक ग्राफिक पदनाम असले तरी ते संपूर्ण अर्थाने डायोड नाही. याचे कारण असे की त्याला p-n जंक्शन नाही. या उपकरणात धातूच्या थरावर गॅलियम आर्सेनाइड प्लेट असते.
प्रक्रियेच्या सूक्ष्मतेमध्ये न जाता: डिव्हाइसमध्ये विशिष्ट मूल्याचे इलेक्ट्रिक फील्ड लागू करताना, विद्युत दोलन असतात, ज्याचा कालावधी अर्धसंवाहक प्लेटच्या आकारावर अवलंबून असतो (परंतु विशिष्ट मर्यादेत वारंवारता दुरुस्त केली जाऊ शकते. बाह्य घटक).
Gann डायोड 1 GHz आणि त्याहून अधिक फ्रिक्वेन्सीवर ऑसिलेटर म्हणून वापरले जातात. डिव्हाइसचा फायदा उच्च वारंवारता स्थिरता आहे, आणि गैरसोय म्हणजे विद्युत दोलनांचे लहान मोठेपणा.
मॅग्नेटोडायोड्स
पारंपारिक डायोड बाह्य चुंबकीय क्षेत्राद्वारे कमकुवतपणे प्रभावित होतात. मॅग्नेटोडिओड्सची एक विशेष रचना आहे जी या प्रभावाची संवेदनशीलता वाढवते. ते विस्तारित बेससह p-i-n तंत्रज्ञान वापरून तयार केले जातात. चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, पुढील दिशेने उपकरणाचा प्रतिकार वाढतो आणि याचा वापर संपर्करहित स्विचिंग घटक, चुंबकीय क्षेत्र ट्रान्सड्यूसर इत्यादी तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
लेसर डायोड्स
लेसर डायोडच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत पुनर्संयोजनादरम्यान विशिष्ट परिस्थितींमध्ये मोनोक्रोमॅटिक आणि सुसंगत दृश्यमान रेडिएशन उत्सर्जित करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन-होल जोडीच्या गुणधर्मावर आधारित आहे. या परिस्थिती निर्माण करण्याचे मार्ग भिन्न आहेत; वापरकर्त्याला फक्त डायोडद्वारे उत्सर्जित होणारी तरंगलांबी आणि त्याची शक्ती माहित असणे आवश्यक आहे.
हिमस्खलन स्पॅनिंग डायोड्स.
ही उपकरणे मायक्रोवेव्ह ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरली जातात.हिमस्खलन ब्रेकडाउन मोडमध्ये विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, डायोड वैशिष्ट्यावर नकारात्मक विभेदक प्रतिकार असलेला विभाग दिसून येतो. LPD ची ही मालमत्ता त्यांना जनरेटर म्हणून वापरण्याची परवानगी देते, मिलिमीटर श्रेणीपर्यंतच्या तरंगलांबीवर काम करतात. तेथे 1 W पेक्षा कमी नसलेली शक्ती मिळवणे शक्य आहे. कमी फ्रिक्वेन्सीवर, अशा डायोड्समधून अनेक किलोवॅट्स काढले जातात.
पिन डायोड
हे डायोड p-i-n तंत्रज्ञान वापरून बनवले जातात. सेमीकंडक्टरच्या डोप केलेल्या थरांच्या दरम्यान न-डोप केलेल्या सामग्रीचा एक थर असतो. या कारणास्तव, डायोडचे रेक्टिफायर गुणधर्म खराब होतात (पी- आणि एन-झोनमधील थेट संपर्काच्या अनुपस्थितीमुळे रिव्हर्स व्होल्टेजवर पुनर्संयोजन कमी होते). परंतु बल्क चार्ज क्षेत्र वेगळे केल्यामुळे, परजीवी कॅपॅसिटन्स खूपच लहान होते, बंद स्थितीत उच्च फ्रिक्वेन्सीवरील सिग्नल लीकेज व्यावहारिकरित्या काढून टाकले जाते आणि पिन डायोड्सचा वापर HF आणि UHF वर स्विचिंग घटक म्हणून केला जाऊ शकतो.
डायोडची मुख्य वैशिष्ट्ये आणि पॅरामीटर्स
सेमीकंडक्टर डायोडची मुख्य वैशिष्ट्ये (अत्यंत विशिष्ट वगळता) आहेत:
- कमाल स्वीकार्य रिव्हर्स व्होल्टेज (डीसी आणि पल्स);
- ऑपरेटिंग वारंवारता मर्यादित करा;
- फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप;
- ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी.
डायोडच्या सीव्हीसीच्या उदाहरणावर इतर महत्त्वाची वैशिष्ट्ये विचारात घेणे चांगले आहे - म्हणून ते अधिक स्पष्ट आहे.
सेमीकंडक्टर डायोडचे व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य
सेमीकंडक्टर डायोडच्या व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्यामध्ये पुढे शाखा आणि उलट शाखा असतात. ते चतुर्थांश I आणि III मध्ये स्थित आहेत, कारण डायोडद्वारे प्रवाह आणि व्होल्टेजची दिशा नेहमी एकसारखी असते. व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्यावरून काही पॅरामीटर्स निर्धारित करणे शक्य आहे आणि डिव्हाइसची वैशिष्ट्ये काय प्रभाव पाडतात हे दृश्यमानपणे पाहणे देखील शक्य आहे.
चालकता थ्रेशोल्ड व्होल्टेज
जर डायोडवर डायरेक्ट व्होल्टेज लागू केले आणि ते वाढवण्यास सुरुवात केली, तर सुरुवातीला काहीही होणार नाही - वर्तमान वाढणार नाही. परंतु एका विशिष्ट मूल्यावर डायोड उघडेल आणि विद्युतप्रवाह व्होल्टेजनुसार वाढेल. या व्होल्टेजला चालकता थ्रेशोल्ड व्होल्टेज म्हणतात आणि VAC वर U-थ्रेशोल्ड म्हणून चिन्हांकित केले जाते. हे डायोड बनवलेल्या सामग्रीवर अवलंबून असते. सर्वात सामान्य सेमीकंडक्टरसाठी हे पॅरामीटर आहे:
- सिलिकॉन - 0.6-0.8 व्ही;
- जर्मेनियम - 0.2-0.3 व्ही;
- गॅलियम आर्सेनाइड - 1.5 व्ही.
कमी व्होल्टेजमध्ये उघडण्यासाठी जर्मेनियम सेमीकंडक्टरची मालमत्ता कमी-व्होल्टेज सर्किट्स आणि इतर परिस्थितींमध्ये वापरली जाते.
डायोडद्वारे थेट चालू केल्यावर जास्तीत जास्त प्रवाह
डायोड उघडल्यानंतर, फॉरवर्ड व्होल्टेजच्या वाढीसह त्याचा प्रवाह वाढतो. आदर्श डायोडसाठी, हा आलेख अनंतापर्यंत जातो. सराव मध्ये, हे पॅरामीटर सेमीकंडक्टरच्या उष्णता नष्ट करण्याच्या क्षमतेद्वारे मर्यादित आहे. जेव्हा विशिष्ट मर्यादा गाठली जाते, तेव्हा डायोड जास्त गरम होईल आणि अयशस्वी होईल. हे टाळण्यासाठी, उत्पादक सर्वोच्च स्वीकार्य वर्तमान (BAC वर Imax) निर्दिष्ट करतात. डायोड आणि त्याच्या घरांच्या आकाराद्वारे हे अंदाजे निर्धारित केले जाऊ शकते. उतरत्या क्रमाने:
- मेटल शेलमधील उपकरणांद्वारे सर्वोच्च प्रवाह धरला जातो;
- प्लॅस्टिकच्या संलग्नकांची रचना सरासरी शक्तीसाठी केली जाते;
- काचेच्या केसांमधील डायोड कमी-वर्तमान सर्किटमध्ये वापरले जातात.
मेटल डिव्हाइसेस रेडिएटर्सवर माउंट केल्या जाऊ शकतात - यामुळे पॉवर अपव्यय वाढेल.
रिव्हर्स लीकेज करंट
डायोडवर रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केल्यास, कमी-संवेदनशीलता ammeter काहीही दर्शवणार नाही. खरं तर, केवळ एक परिपूर्ण डायोड कोणताही विद्युत प्रवाह गळत नाही. वास्तविक डिव्हाइसमध्ये विद्युत प्रवाह असेल, परंतु तो खूपच लहान आहे आणि त्याला रिव्हर्स लीकेज करंट म्हणतात (VAC, Iobr वर). हे दहापट मायक्रोअँपीअर्स किंवा मिलीअॅम्पियर्सच्या दशांश आहे आणि फॉरवर्ड करंटपेक्षा खूपच लहान आहे. आपण ते संदर्भ पुस्तकात शोधू शकता.
ब्रेकडाउन व्होल्टेज
रिव्हर्स व्होल्टेजच्या एका विशिष्ट मूल्यावर, विद्युत् प्रवाहामध्ये तीव्र वाढ होते ज्याला ब्रेकडाउन म्हणतात.यात बोगदा किंवा हिमस्खलन वर्ण आहे आणि ते उलट करता येण्यासारखे आहे. या मोडचा वापर व्होल्टेज स्थिर करण्यासाठी किंवा डाळी (बोगदा मोड) तयार करण्यासाठी केला जातो. जसजसे व्होल्टेज आणखी वाढते तसतसे ब्रेकडाउन थर्मल होते. हा मोड अपरिवर्तनीय आहे आणि डायोड अयशस्वी होतो.
pn जंक्शनची परजीवी कॅपेसिटन्स
हे आधीच नमूद केले आहे की p-n जंक्शन आहे विद्युत क्षमता. आणि जर व्हेरीकॅप्समध्ये ही गुणधर्म उपयुक्त आणि वापरली गेली, तर सामान्य डायोडमध्ये ते हानिकारक असू शकते. तरी कॅपेसिटन्स युनिट्सच्या क्रमाने आहे किंवा दहापट pF आणि DC किंवा कमी फ्रिक्वेन्सीवर लक्ष न देता येणारा आहे, वारंवारता वाढल्याने त्याचा प्रभाव वाढतो. RF वरील काही पिकोफॅरॅड्स परजीवी सिग्नल लीकेजसाठी कमी पुरेसा प्रतिकार निर्माण करतील, विद्यमान कॅपॅसिटन्समध्ये वाढ करतील आणि सर्किट पॅरामीटर्स बदलतील आणि लीड किंवा मुद्रित कंडक्टरच्या इंडक्टन्ससह, परजीवी अनुनाद असलेले सर्किट तयार करतील. म्हणून, जंक्शन कॅपेसिटन्स कमी करण्यासाठी उच्च-फ्रिक्वेंसी उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये उपाय केले जातात.
डायोड लेबलिंग
मेटल डायोडला सर्वात सोप्या पद्धतीने लेबल केले जाते. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, त्यांना डिव्हाइसचे नाव आणि त्याच्या पिनसह लेबल केले जाते. प्लॅस्टिक केसमधील डायोड कॅथोडच्या बाजूला रिंग चिन्हाने चिन्हांकित केले जातात. परंतु निर्माता या नियमाचे काटेकोरपणे पालन करतो याची कोणतीही हमी नाही, म्हणून संदर्भ पुस्तकाचा सल्ला घेणे चांगले. अजून चांगले, मल्टीमीटरने डिव्हाइसची चाचणी घ्या.
घरगुती लो-पॉवर स्टॅबिलिट्रॉन आणि काही इतर उपकरणांमध्ये केसच्या विरुद्ध बाजूस वेगवेगळ्या रंगांचे दोन रिंग किंवा ठिपके असू शकतात. अशा डायोडचा प्रकार आणि त्याची पिन निश्चित करण्यासाठी, तुम्हाला संदर्भ पुस्तक घ्यावे लागेल किंवा इंटरनेटवर ऑनलाइन मार्किंग आयडेंटिफायर शोधावे लागेल.
डायोडसाठी अर्ज
त्यांचे साधे बांधकाम असूनही, सेमीकंडक्टर डायोड इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात:
- दुरुस्त करण्यासाठी एसी व्होल्टेज. शैलीचा एक क्लासिक - एका दिशेने विद्युत प्रवाह चालविण्यासाठी p-n जंक्शनचा गुणधर्म वापरणे.
- डायोड डिटेक्टर. हे I-V वक्र ची गैर-रेखीयता वापरते, जे सिग्नलपासून हार्मोनिक्स वेगळे करण्यास अनुमती देते, ज्याचे आवश्यक फिल्टरद्वारे वेगळे केले जाऊ शकते.
- काउंटर-पॅरललमध्ये स्विच केलेले दोन डायोड शक्तिशाली सिग्नल्सची मर्यादा म्हणून काम करतात, जे संवेदनशील रेडिओ रिसीव्हर्सच्या पुढील इनपुट स्टेजला ओव्हरलोड करू शकतात.
- धोकादायक भागात स्थापित केलेल्या सेन्सर सर्किटमध्ये उच्च व्होल्टेजच्या डाळींना प्रवेश करण्यापासून रोखण्यासाठी स्पार्क संरक्षण घटक म्हणून स्टॅबिलिट्रॉन समाविष्ट केले जाऊ शकतात.
- डायोड्स उच्च-फ्रिक्वेंसी सर्किट्समध्ये स्विचिंग डिव्हाइसेस म्हणून काम करू शकतात. ते डीसी व्होल्टेजसह उघडतात आणि आरएफ सिग्नलला जाण्याची (किंवा नाही) परवानगी देतात.
- पॅरामेट्रिक डायोड वैशिष्ट्यांच्या थेट शाखेत नकारात्मक प्रतिकार असलेल्या विभागाच्या उपस्थितीमुळे मायक्रोवेव्ह श्रेणीतील कमकुवत सिग्नलचे अॅम्प्लीफायर म्हणून काम करतात.
- डायोड्सचा वापर मिक्सर तयार करण्यासाठी केला जातो जे उपकरणे प्रसारित किंवा प्राप्त करण्यासाठी कार्य करतात. ते मिसळतात हेटरोडाइन सिग्नल त्यानंतरच्या प्रक्रियेसाठी उच्च-फ्रिक्वेंसी (किंवा कमी-फ्रिक्वेंसी) सिग्नलसह. येथे देखील IAC ची नॉनलाइनरिटी वापरली जाते.
- नॉनलाइनर वैशिष्ट्यामुळे UHF डायोड्स फ्रिक्वेन्सी गुणक म्हणून वापरता येतात. जेव्हा गुणक डायोडमधून सिग्नल जातो तेव्हा उच्च हार्मोनिक्स सोडले जातात. ते फिल्टरिंगद्वारे वेगळे केले जाऊ शकतात.
- रेझोनंट सर्किट्ससाठी डायोड ट्यूनिंग घटक म्हणून वापरले जातात. हे p-n जंक्शनवर कंट्रोलेबल कॅपेसिटन्सची उपस्थिती वापरते.
- काही प्रकारचे डायोड मायक्रोवेव्ह रेंजमध्ये ऑसिलेटर म्हणून वापरले जातात. हे प्रामुख्याने टनेल डायोड्स आणि गॅन इफेक्ट उपकरणे आहेत.
हे दोन लीड्स असलेल्या सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या क्षमतेचे फक्त एक संक्षिप्त वर्णन आहे. डायोड्सचा वापर करून गुणधर्म आणि वैशिष्ट्यांचा सखोल अभ्यास करून, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण डिझाइनरसाठी अनेक आव्हाने सोडवता येतील.
संबंधित लेख: