Как работает диод с барьером Шоттки

Содержание

1. Металл и полупроводник: особенности контакта
2. Низковольтные диоды
3. Производство диодов Шоттки
4. Диоды Шоттки в блоках питания
5. Проявление неисправностей диодов Шоттки
6. Диагностика диодов Шоттки
7. Заключение

Диод Шоттки был разработан немецким физиком и инженером Вальтером Шоттки в 1930-х годах. Он заметил, что электрическое поле взаимодействует со свободными электронами, заставляя их вылетать из полосы проводимости. Буквально, это похоже на выход из твердого состояния. Отношение названо в честь его первооткрывателя, самого Уолтера Шоттки. В научной литературе это явление называется эффектом Шоттки.

При этом в зоне контакта образуется слой, содержащий небольшое количество электронов и обладающий выраженными вентиляционными свойствами. Через некоторое время его начали использовать в электротехнике, при создании различных устройств. В статье подробно описаны все особенности конструкции диода, область его применения и способы использования. Кроме того, в статью включены видеоролик и научная статья по выбранной теме.

 

Металл и полупроводник: особенности контакта

На границе раздела полупроводник-металл эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, обедненного электронами. Этот слой обладает вентильными свойствами полупроводникового p-n-перехода. Эта зона действует как барьер для носителей заряда, поэтому такие радиочастотные элементы часто называют диодами с барьером Шоттки.

Эти элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими особенностями:

1. Уменьшенное падение напряжения при прямом смещении;
2. Низкая собственная емкость;
3. низкий обратный ток;
4. Низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки составляет менее 0,5 В, в то время как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет примерно 2-3 В. Это связано с низким сопротивлением переходной области между полупроводником и металлом.

В таблице ниже приведены характеристики диодов Шоттки.

 

Следовательно, собственная емкость этого слоя стремится к нулю. Это свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в схемах высокой и очень высокой частоты, а также в устройствах с импульсным режимом работы — всевозможных цифровых устройствах, электронных системах управления и импульсных источниках питания.

Низковольтные диоды

Особенностью диодов Шоттки является то, что они являются низковольтными диодами. Если приложенная разность потенциалов превышает определенный допустимый уровень, по квантовым законам происходит пробой, который в обычном полупроводниковом ВЧ-элементе может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает работать нормально. Тепловой отказ означает фатальный отказ.

 

Диодный мост Шоттки

Однако чувствительность этих радиочастотных компонентов не всегда является недостатком. Например, благодаря этому свойству диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных схемах гетеродинов, которые приобретают способность обрабатывать радиосигналы с очень низкой мощностью.

Основные параметры:

1. Максимальное обратное напряжение постоянного тока;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное постоянное напряжение на диоде при заданном токе проводимости через диод;
6. Обратный ток диода на пределе обратного напряжения;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Обратное время регенерации;
9. Общая емкость диода.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда только тепловой. Это особенность перехода металл-полупроводник. Если обратное смещение велико, компонент выходит из строя и подлежит замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству — при монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими компонентами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

 

 

Диод Шоттки в электрической схеме

Производство диодов Шоттки

Стандартными материалами, используемыми в качестве полупроводников, являются кремний, германий и арсенид галлия. В процессе изготовления радиоэлементов на них осаждаются такие металлы, как золото, серебро, палладий и вольфрам. Именно эти элементы Периодической таблицы обеспечивают высокий потенциальный барьер, который определяет функциональность диодов Шоттки. Радиоактивные элементы германия демонстрируют высокую устойчивость к изменениям температуры, поэтому этот материал чаще, чем кремний и арсенид галлия, используется для производства диодов для мощных схем. С другой стороны, кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные характеристики.

Диоды Шоттки в блоках питания

В источниках питания диоды Шоттки используются для выпрямления каналов +3,3 В и +5 В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет несколько десятков ампер, что приводит к необходимости очень серьезно относиться к быстродействию выпрямителей и снижению их энергетических потерь. Решение этих проблем может значительно повысить эффективность источников питания и улучшить надежность силовых транзисторов в первичной части источника питания.

Таким образом, для снижения динамических коммутационных потерь и устранения режима короткого замыкания при переключении в каналах с наибольшим током (+3,3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, в качестве выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Причины использования диодов Шоттки в этих каналах следующие:

• Диод Шоттки является практически инертным устройством с очень коротким временем восстановления обратного сопротивления, что приводит к уменьшению вторичного обратного тока и снижению пускового тока через коллекторы первичных силовых транзисторов во время переключения диода. Это значительно снижает нагрузку на силовые транзисторы и, следовательно, повышает надежность источника питания.
• Прямое падение напряжения на диоде Шоки также очень мало, что при токе 15-30 А обеспечивает значительное увеличение КПД.

Поскольку канал +12В становится очень мощным в современных источниках питания, использование диодов Шоттки в этом канале также даст значительный энергетический эффект, но их применение в канале +12В нежелательно. Это связано с тем, что при обратном напряжении выше 50 В (а в канале +12 В обратное напряжение может достигать 60 В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго и со значительными обратными токами утечки), что приводит к потере любого преимущества их использования. По этой причине в канале +12В используются высокоскоростные кремниевые импульсные диоды.

 

 

Диодные устройства.

Конечно, сейчас промышленность выпускает диоды Шоттки с высоким обратным напряжением, но их использование в источниках питания не считается целесообразным по разным причинам, включая экономические. Однако из каждого правила есть исключения, поэтому диодные сборки Шоттки также можно встретить в некоторых источниках питания в каналах +12 В. В современных компьютерных блоках питания диоды Шоттки обычно представляют собой сборки из двух диодов (полудиодные мосты), что заметно повышает конвертируемость и компактность блоков питания и улучшает охлаждение диодов. Использование одиночных диодов вместо массивов диодов в настоящее время является показателем низкого качества электропитания.

 

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, отказ диода Шоттки является одной из основных проблем современных источников питания. Итак, по каким признакам можно определить, что они неисправны? Есть несколько признаков. Во-первых, неисправности и утечки диодов вторичного выпрямителя обычно приводят к срабатыванию защиты, и источник питания не запускается. Это может проявляться по-разному:

• При включении питания вентилятор «дергается», т.е. делает несколько оборотов и останавливается, после чего выходное напряжение вообще отсутствует, т.е. питание заблокировано.
• При включении питания вентилятор постоянно «дергается», а на выходах блока питания видны пульсации напряжения, т.е. защита срабатывает периодически, но блок питания полностью не блокируется.
• Признаком неисправного диода Шоттки является сильный нагрев вторичного радиатора, на котором установлен диод Шоттки.
• Признаком утечки диода Шоттки может быть отключение блока питания и, соответственно, компьютера при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора) или невозможность запуска компьютера после «обновления», даже если блок питания имеет достаточную мощность.

Кроме того, важно знать, что в источниках питания с плохой и непродуманной схемой негерметичные выпрямительные диоды приводят к перегрузке первичной цепи и скачкам тока через силовые транзисторы, что может привести к их выходу из строя. Поэтому профессиональный подход к ремонту источников питания диктует необходимость проверки диодов вторичного выпрямителя при каждой замене ключевых транзисторов первичного источника питания.

Диагностика диодов Шоттки

Тестирование и точная диагностика диодов Шоттки на практике довольно сложны, так как многое зависит от типа используемого измерительного прибора и опыта в подобных измерениях, хотя обнаружить общую неисправность в одном или двух диодах в диодной сборке Шоттки несложно. Для этого отпаяйте диодную сборку и с помощью тестера проверьте оба диода в соответствии со схемой на рис. 5. Для этого вида диагностики тестер должен быть установлен в режим проверки диодов. Неисправный диод в обоих направлениях будет показывать одинаковое сопротивление (обычно очень низкое, т.е. короткое замыкание), что указывает на его непригодность для дальнейшего использования. Однако на практике явные отказы диодных сборок случаются очень и очень редко.

[stextbox id=’info’]Чаще всего нам приходится иметь дело с утечками (часто тепловыми) в диодах Шоттки. Однако обнаружить утечки таким способом невозможно. «Негерметичный диод в подавляющем большинстве случаев полностью исправен при проверке тестером в режиме «диод». По нашему мнению, только замена диода на аналогичное устройство, заведомо исправное, может гарантировать точный диагноз.»[/stextbox].

Тем не менее, мы можем попытаться обнаружить «подозрительный» диод, измерив сопротивление его обратного перехода. Для этого мы будем использовать не режим проверки диодов, а простой омметр.

Предупреждение. При использовании этой методики следует помнить, что разные тестеры могут давать разные показания из-за различий в самих тестерах.

Поэтому установите предел измерения на [20K] и измерьте обратное сопротивление диода (Рисунок 6). Хорошие диоды должны показывать бесконечно высокое сопротивление на этом пределе измерения.

Интересно, что такое адресная светодиодная лента

Принцип работы диода Шоттки

 

 

 

Иногда возникают ситуации, когда из строя выходит только один из диодов в сборке. В этом случае неисправность также легко обнаружить, сравнив обратное сопротивление двух диодов из одной сборки. Диоды из одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление. Предложенный метод может быть дополнен испытанием на термическую стойкость. Суть этой проверки заключается в следующем. При проверке сопротивления обратного перехода на пределе измерения [20K] (см. предыдущий параграф) прикоснитесь нагретым паяльником к контактам диодной сборки, обеспечив тем самым нагрев ее кристалла.

Неисправная диодная сборка начинает «плавать» почти сразу, т.е. ее обратное сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, в то время как исправная диодная сборка сохраняет свое обратное сопротивление на бесконечно высоком уровне в течение довольно длительного времени. Этот тест очень важен, так как диодная сборка во время работы сильно нагревается (не зря ее помещают на радиатор) и под воздействием тепла меняет свои свойства. Описанная выше методика позволяет проверить устойчивость диодов Шоттки к изменениям температуры, поскольку повышение температуры корпуса до 100 или 125°C приводит к увеличению обратного тока утечки в сотни раз (см. данные в таблице 1).

Вот как можно попытаться проверить диод Шоттки, но не злоупотребляйте предложенными методами, т.е. не проводите испытания со слишком высокими пределами измерения сопротивления и слишком сильным нагревом диода, поскольку теоретически все это может повредить диод.

Кроме того, из-за возможности температурного повреждения диода Шоттки следует строго придерживаться всех рекомендуемых условий пайки (температура и время пайки). Хотя надо отдать должное производителям диодов, поскольку многие из них добились того, что сборки могут быть собраны при высокой температуре 250 °C в течение 10 секунд.

Заключение

В этой статье описаны все аспекты работы и проектирования диодов Шоттки. Еще больше информации можно найти в статье Проектирование высоковольтных диодов Шоттки. В нашей группе ВК вы можете задавать вопросы и получать подробные ответы от профессиональных экспертов в области электроники. Чтобы подписаться на группу, пожалуйста, нажмите на следующую ссылку: https://vk.com/electroinfonet. В конце статьи я хотел бы поблагодарить источники, из которых мы черпали информацию:

 

1n4148: Все о кремниевом диоде общего назначения

Есть много типов полупроводниковых диодов с очень разнообразным применением. От выпрямительных диодов через стабилитрон до светодиодов, излучающих свет. В этой статье нас интересуют электронный компонент бетон, 1n4148 диод общего назначения. Это будет тот, который мы проанализируем с точки зрения его характеристик, и мы покажем некоторые из возможных приложений.

1n4148 — это небольшой кремниевый блок скрывающие великие секреты, которые вам следует знать. Компонент, который может внести большой вклад в ваши проекты, если вам нравится электроника DIY или вы являетесь производителем …

Индекс

• 1 Что такое полупроводниковый диод?
  • 1.1 приложений
  • 1.2 Типы диодов
• 2 1n4148 диод общего назначения
  • 2.1 история
  • 2.2 Распиновка и упаковка 1н4148
  • 2.3 функции
  • 2.4 Где купить 1н4148

Что такое полупроводниковый диод?

Un диод — полупроводниковый прибор Он действует как твердотельный переключатель и односторонний для тока. Хотя есть исключения, например, светодиод или ИК-диод, излучающий электромагнитную волну. В первом случае видимый свет какого-то цвета или инфракрасное излучение. С другой стороны, в этой статье, поскольку мы будем говорить о 1n4148, нас интересуют только те, которые действуют как прерыватели тока.

Слово диод происходит от греческого языка и означает «два пути». Несмотря на это, он делает прямо противоположное, то есть блокирует ток в другом направлении. Однако, если оценить характеристическую ВАХ диода, можно увидеть, что она состоит из двух дифференцированных областей. Ниже определенной разности потенциалов он будет вести себя как разомкнутая цепь (непроводящая), а выше — как короткое замыкание с очень небольшим электрическим сопротивлением.

Эти диоды имеют союз из двух типов полупроводников P и N. И они также имеют два соединительных вывода, анод (положительный вывод) и катод (отрицательный вывод). В зависимости от способа подачи тока можно выделить две конфигурации:

• Прямая поляризация: когда текущий поток проходит. Отрицательный полюс батареи или источника питания отталкивает свободные электроны от кристалла N, и электроны направляются к PN-переходу. Положительный полюс батареи или источника притягивает валентные электроны из кристалла P (подталкивает отверстия к PN-переходу). Когда разность потенциалов между выводами больше, чем разность потенциалов зоны пространственного заряда, свободные электроны в кристалле N приобретают достаточно энергии, чтобы прыгнуть в отверстия в кристалле P, и течет ток.
• Обратная поляризация: когда он действует как изолятор и не пропускает ток. В этом случае поляризация будет противоположной, то есть источник будет подавать в противоположном направлении, заставляя ток электронов проходить через зону P и толкать электроны в яйца. Положительный полюс батареи будет притягивать электроны из зоны N, и это создаст полосу, которая будет действовать как изолятор между переходами.

Здесь мы сосредоточимся на одном типе диодов. Дело в разных фотодиодах, светодиодах и т. Д.

Эти компоненты созданы по принципу Ли Де Форест эксперименты. Первыми появились большие вакуумные клапаны или вакуумные трубки. Термоэмиссионные стеклянные ампулы с рядом электродов, которые служили этими устройствами, но выделяли много тепла, потребляли много тепла, были большими и могли быть повреждены, как лампочки. Поэтому было решено заменить его твердотельными компонентами (полупроводниками).

приложений

Диоды, такие как 1n4148, имеют множество приложений. Они очень популярны в электронных схемах постоянного тока, а также в некоторых схемах переменного тока. Фактически, мы уже видели, как в источники питания они выполнили очень важную задачу при переходе от переменного тока к постоянному. Это их аспект как выпрямителей, поскольку они меняют синусоидальный токовый сигнал на непрерывный в форме импульсов, блокируя ток в противоположном направлении.

Они также могут функционировать как переключатели с электрическим управлением, как устройства защиты цепи, как генераторы шума и т. д.

Типы диодов

Диоды можно классифицировать по допустимому напряжению, интенсивности, материалу (например, кремнию) и другим характеристикам. Некоторые из самые важные типы являются:

• Детекторный диод: они известны как слабый сигнал или точечный контакт. Они предназначены для работы с очень высокими частотами и малым током. Вы можете найти их как из германия (порог от 0.2 до 0.3 вольт), так и из кремния (порог от 0.6 до 0-7 вольт). В зависимости от легирования зон P и N они будут иметь разные характеристики сопротивления и затухания.
• Выпрямительный диод: они гонят только при прямой порализации, как я уже объяснял ранее. Они используются для преобразования напряжений или выпрямления сигналов. Вы также можете найти разные типы с разными допусками по току и поддерживаемому напряжению.
• Диодо Зенер: еще один очень популярный тип. Они позволяют току течь в обратном направлении и часто используются в качестве устройств управления. Если они поляризованы напрямую, они могут вести себя как обычный диод.
• LED: светодиод отличается от предыдущих, поскольку он преобразует электрическую энергию в свет. Это происходит благодаря процессу электролюминесценции, в котором дырки и электроны рекомбинируют, чтобы произвести этот свет, когда он прямо поляризован.
• Диод ШотткиОни известны как «быстрое восстановление» или «горячие носители». Обычно они изготавливаются из кремния и характеризуются очень небольшим падением напряжения (примерно <0.25 В). То есть время переключения будет очень коротким.
• Диод Шокли: Несмотря на схожесть названия, он отличается от предыдущего. Он имеет переходы PNPN и имеет два возможных стабильных состояния (блокировка или высокий импеданс и проводимость или низкий импеданс).
• Пошаговый восстанавливающий диод (SRD): Он также известен как накопление заряда и имеет способность сохранять заряд положительного импульса и использовать отрицательный импульс синусоидальных сигналов.
• Туннельный диод: Также называемые Esaki, они используются в качестве высокоскоростных твердотельных переключателей, поскольку могут работать за наносекунды. Это из-за чрезвычайно тонкой зоны истощения и кривой, на которой область отрицательного сопротивления уменьшается с увеличением напряжения.
• Варакторный диод: он менее известен, чем предыдущие, но также используется в некоторых проектах. Варикап используется как конденсатор переменной емкости, управляемый напряжением. Он работает наоборот.
• Лазерный и ИК-фотодиод: Это диоды, похожие на светодиоды, но вместо излучения света они излучают очень специфическую электромагнитную волну. Как это может быть монохроматический свет (лазер) или инфракрасный (ИК).
• Диод подавления переходных напряжений (TVS)— Он предназначен для обхода или отклонения скачков напряжения и защиты цепей от этой проблемы. Они также могут защитить от электростатического разряда (ESD).
• Легированные золотом диоды: это диоды, легированные атомами золота. Это дает им преимущество, а именно то, что они реагируют намного быстрее.
• Диод Пельтье: этот тип ячеек обеспечивает объединение, способное генерировать тепло и охлаждение в зависимости от того, с какой стороны. Больше информации.
• Лавинный диод: Они похожи на стабилитрон, но работают в условиях другого явления, известного как эффект лавины.
• другие: есть и другие, такие как GUNN, варианты предыдущих, такие как OLED для экранов и т. д.

1n4148 диод общего назначения

El 1N4148 диод Это своего рода стандартный кремниевый переключающий диод. Это один из самых популярных в мире электронных устройств. Кроме того, он очень прочный, так как имеет очень хорошие характеристики, несмотря на низкую стоимость.

Название следует за Номенклатура JEDEC, и очень полезен для переключения приложений с частотами примерно до 100 МГц с временем обратного восстановления, которое обычно не превышает 4 нс.

история

Texas Instruments создал в 1960 г. диод 1н914. После регистрации год спустя более десятка производителей приобрели права на его производство. В 1968 году 1N4148 попал в реестр JEDEC, и в то время его начали использовать в военных и промышленных приложениях. В настоящее время многие производят и продают эти устройства как под названием 1N4148, так и под 1N914. Различия между ними практически в названии и мало чем другом. Они различаются только характеристиками тока утечки.

Распиновка и упаковка 1н4148

HUAREW 12 значений 300…

Нет оценок

Обычно идет диод 1n4148 упакован под ДО-35, с осевой стеклянной оболочкой. Вы также можете найти его в других форматах, таких как SOD для поверхностного монтажа и т. Д.

Относительно цоколевка, он имеет только два контакта или клеммы. Если вы посмотрите на черную полосу на этом диоде, то конец, ближайший к этой черной полосе, будет катодом, а другой конец — анодом.

Больше информации — данные

функции

Что же касается функции из 1n4148 это обычно:

• Максимальное прямое напряжение: От 1 В до 10 мА
• Минимальное напряжение пробоя и обратный ток утечки: 75 В при 5 мкА; 100 В при 100 мкА
• Максимальное время обратного восстановления: 4 нс
• Максимальная рассеиваемая мощность: 500mW

Где купить 1н4148

Если вы хотите купить диод 1н4148 Вы должны знать, что это очень дешевое устройство, и вы можете найти его в специализированных магазинах электроники или в Интернете на таких площадках, как Amazon. Например, вот несколько рекомендаций:

• Портфель с 300 диодами в ассортименте, в том числе 1n4148
• 25 шт. Выпрямительного диода 1n4148
• 50 упаковок по 1н4148

Диод Определение и значение | Dictionary.com.

[ dahy-ohd ]

/ ˈdaɪ oʊd /

См. слово, которое чаще всего путают со стабилитроном

Сохранить это слово!

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

---

существительное Электроника.

Устройство, такое как двухэлементная электронная лампа или полупроводник, через которое ток может свободно проходить только в одном направлении.

СРАВНИТЬ ЗНАЧЕНИЯ

Нажмите, чтобы сравнить значения. Используйте функцию сравнения слов, чтобы узнать разницу между похожими и часто путаемыми словами.

ВИКТОРИНА

ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Происхождение диода

Впервые записано в 1919 году; ди- ¹ + -ода ²

Слова рядом диод

Дион Кассий, епархия, епархия, Дион Златоуст, Диоклетиан, диод, диодный лазер, Диодор Сицилийский, двудомный, диоэструс, Диоген

Unabridge Dictionary На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. , 2023 г.

ПОДРОБНЕЕ О ДИОДАХ

Что такое диод

?

Диод — это устройство для управления электрическими токами, чтобы они протекали только в нужном направлении (так, как хочет инженер).

Диоды используются во всех видах электронных устройств. Большинство используемых сегодня диодов представляют собой полупроводниковые диоды . Люди часто используют просто слово диод , когда говорят о полупроводнике диод. Полупроводник — это материал, через который электричество может проходить, но не так хорошо, как через более прочный проводник, такой как медь. Этот диод типа похож на дверь, через которую проходит электричество, но она открывается только в одну сторону.

Одними из самых простых разновидностей этого устройства являются диоды с p-n переходом. Такие диоды обычно изготавливаются из полупроводникового кремния. Кремний не очень хорошо проводит электричество сам по себе, но его проводимость можно улучшить, добавив другие элементы. В зависимости от того, что вы добавляете к кремнию, он может стать либо так называемым материалом р-типа, который имеет положительный заряд, либо материалом n-типа, который имеет отрицательный заряд. Чтобы создать диод, некоторые материалы p-типа и n-типа материала собраны вместе. Р-тип — это анод, а n-тип — это катод. На стыке, где встречаются два материала, они компенсируют друг друга, и область вокруг стыка не имеет заряда. Электрический ток не может пройти через него. Если вы добавите положительный электрический ток к положительному концу и отрицательный к отрицательному концу, соединение станет меньше, и электричество может течь через соединение. Но если вы перевернете это, соединение станет больше, и ток не сможет пройти. Таким образом, электричество может быть проведено только в одном направлении, и 9Создан диод 0071 .

Другим базовым типом диода является термоэмиссионный диод . Возможно, они вам больше известны как электронные лампы . В вакуумных лампах используются стеклянные трубки для создания вакуума вокруг крошечной проволоки, которая нагревает катод и высвобождает электроны. Затем анод притягивает электроны, что означает, что ток течет в этом направлении. Хотя этот тип диода () был широко распространен в ранних электрических приложениях, сегодня он в значительной степени вытеснен полупроводниковым типом.

Термин LED (как в Светодиодные лампы и Светодиодные лампы ) означает светоизлучающий диод . Некоторые полупроводниковые диоды настолько гибкие и мощные, что их можно заставить излучать свет. Это делает светодиодные лампы более эффективными, чем обычные лампочки.

Пример: Устройство вышло из строя из-за неисправного диода, но его несложно было заменить.

Откуда

диод ?

Первое упоминание слова диод в качестве существительного в электрическом контексте, как полагают, происходит из статьи 1919 года инженера Уильяма Генри Эклза, который использовал это слово как термин для обозначения «трубки с двумя электродами». Это комбинация ди-, , что означает «два», и -ода, , что означает «путь» или «дорога», и используется во многих электрических и электронных терминах, включая анод , катод и электрод .

Судя по этимологии, это звучит как диод — улица с двусторонним движением для электрических токов. Однако на практике типичной функцией диода является управление электрическим током, чтобы он протекал в одном направлении.

Знаете ли вы…?

Как

диод используется в реальной жизни?

Диоды очень часто используются во многих различных видах электроники, но само слово обычно используется только в технических контекстах.

20, 19 ноября06, Гринлиф Уиттиер Пикард получает патент на свой кристаллический (кошачий ус) детектор для приема радиопередач. Первый тип полупроводникового диода, заложивший основу для изобретения транзистора Bell Labs 42 года спустя. #OTD #STEM #ThisDayinSTEM https://t.co/y1sRnk5jjP pic.twitter.com/CrZV7Raodg

— Bell Labs (@BellLabs) 20 ноября 2017 г.

Динамическое перераспределение подвижных ионов в перовскитных светоизлучающих диодах (релевантность: 86%) https://t.co/3dpg63i18n #battchat #batterytwitter pic.twitter.com/C0eYJLer9Дж

— electrochemicat (@electrochemicat) 23 ноября 2020 г.

 

Знаете ли вы? Фотогальванический элемент (PV элемент) представляет собой специализированный полупроводниковый диод, который преобразует видимый свет в постоянный ток (DC). #solarsquad #solar #squad #solarpower #solarenergy #solarpanels #solarthermal #renewableenergy #solarfacts #didyouknow #projectreservoir #funfact pic.twitter.com/lQXVguzctf

— Солнечная команда (@SquadSolar) 11 февраля 2019 г.

Попробуйте использовать

диод !

Правда или ложь?

Многие диоды являются полупроводниковыми диодами .

Как использовать диод в предложении

• Многие из них выступают за установку светоизлучающих диодов или светодиодов в наружных светильниках, таких как городские уличные фонари, в основном из-за их способности направлять свет в заданную область.

  Загрузка: смертельная клещевая болезнь крупного рогатого скота и батареи из расплавленной соли|Рианнон Уильямс|17 ноября 2022 г.|MIT Technology Review

• Многие из них выступают за установку светоизлучающих диодов или светодиодов в наружных светильниках, таких как городские уличные фонари.

  Яркие светодиоды могут положить конец темному небу|Shel Evergreen|17 августа 2022 г.|MIT Technology Review пиксель на экране.

  Лучшие 65-дюймовые телевизоры 2022 года|Брэндон Рассел|16 марта 2022 г.|Popular-Science

• Для увеличения срока службы производители ограничивают ток, проходящий через диоды, что влияет на общую яркость.

  Лучшие OLED-телевизоры 2022 года|Stan Horaczek|25 февраля 2022 г. |Popular-Science .

  Киберпонедельник предлагает игровые телевизоры: LG, Sony, Samsung и другие | Майк Эпштейн | 29 ноября, 2021|Popular-Science

• The Daily Pic: Инго Маурер показывает, что лучше зарядить один диод, чем проклинать тьму.

  CANDLE в (цифровой) ветре | Blake Gopnik | 7 января 2013 г. | Daily Beast

Определения британского словаря для диода

Diode

/ (ˈdaɪəʊd) /

---

nound

.

. p-n переход, применяемый в схемах преобразования переменного тока в постоянный Более формальное название: полупроводниковый диод

самый ранний и самый простой тип электронного вентиля с двумя электродами, анодом и катодом, между которыми ток может течь только в одном направлении. Ранее он широко использовался в качестве выпрямителя и детектора, но в настоящее время в большинстве электрических цепей заменен более эффективным и надежным полупроводниковым диодом

.

— Полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd. 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Научные определения для диода

диод

[ ди’д’ ]

---

---

---

через которые ток легче проходит в одном направлении (от анода к катоду), чем в обратном направлении. Диоды имеют множество применений, включая преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока и декодирование сигналов звуковой частоты из радиосигналов.

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Сколько времени нужно, чтобы поджарить диод?

Научные проекты

44 отзыва

Аннотация

Если вы когда-либо собирали электронную схему с помощью паяльника, то знаете, что выводы компонентов получаются горячими . Какая часть этого тепла попадает в устройство, которое вы паяете? Этот проект показывает вам, как вы можете использовать кремниевый диод в качестве датчика температуры, чтобы выяснить это.

Краткий обзор

Электричество и электроника

 

Краткий (2-5 дней)

Для выполнения этого проекта вам необходимо знать как закон Ома, так и экспоненты.

Доступен

Низкий (20–50 долл. США)

Для калибровки диода в печи рекомендуется наблюдение взрослых.

Авторы: Чарли Чжай и Ричард Блиш, доктор философии.

Под редакцией Эндрю Олсона, доктора философии, Science Buddies

Цель

Когда кто-то впаивает электронный компонент в схему, часть тепла от пушки, карандаша или волны припоя обязательно должна достичь полупроводникового устройства. Сколько и как быстро? Сколько времени потребуется полупроводниковому устройству, чтобы достичь опасно высокой температуры, скажем, 200°C?

Введение

Диоды представляют собой полупроводниковые устройства, которые обычно позволяют току течь в одном направлении, но не в другом. Когда на диод подается постоянный ток в прямом направлении, напряжение на диоде будет пропорционально температуре диода (подробнее об этом ниже). В этом проекте вы узнаете, как сделать источник постоянного тока, как откалибровать показания напряжения диода по температуре и как затем использовать показания напряжения для измерения температуры диода, когда к нему прикладывается паяльник. вести.

Реальные приложения

Только что описанные тепловые диоды широко используются в микропроцессорах для обнаружения чрезмерной температуры, которая может повредить устройство. Чрезмерная температура может снизить надежность или привести к необратимому отказу микропроцессора. Чрезмерная температура также замедляет перенос заряда. Если логические «ворота» не достигают своего надлежащего состояния к тому времени, когда часы переходят к следующему «такту», тогда будут присутствовать неверные данные. Чтобы избежать создания ошибочных данных, микропроцессоры имеют логические схемы для снижения приложенного напряжения и / или тактовой частоты, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность (и тепло), чтобы эти ошибки не возникали.

Входы интегральной схемы CMOS всегда имеют параллельный диод. При нормальной работе диод смещен в обратном направлении, поэтому ток через него не течет. Если искра (любой полярности) проскочит на контакт, соответствующий входу, диод будет проводить. Если полярность искры отрицательная, диод проводит в прямом направлении; если полярность искры положительная, пиковое обратное напряжение превышается, и диод выходит из строя. В любом случае диод действует как защитный элемент для чувствительного входного затвора.

Как работают диоды

На рис. 1 ниже показано соотношение тока и напряжения для типичного выпрямительного диода PN (участники Википедии, 2006 г.). Давайте потратим несколько минут, чтобы изучить и понять этот график.

На графике показана зависимость тока через диод (ось Y) от напряжения (ось X). Давайте сначала посмотрим на область прямого смещения графика. Диод смещен в прямом направлении, когда V > 0. На графике видно резкое изменение наклона кривой, когда напряжение достигает примерно 0,7 В (для диода на основе кремния). Выше этого напряжения ток быстро увеличивается с напряжением. Диод по существу действует как переключатель. При напряжении выше 0,7 В диод включается, позволяя току течь с небольшим сопротивлением. Ниже 0,7 В диод отключается, оказывая большое сопротивление току.

Теперь давайте посмотрим на область обратного смещения графика. Диод смещен в обратном направлении, когда V < 0. Первое, что вам нужно знать, это то, что шкалы осей в области обратного смещения не совпадают со шкалами, используемыми в области прямого смещения. Обратный ток составляет порядка 30 мкА, что более чем на три порядка меньше, чем 50 мА прямого тока при +0,7 В. Пиковое обратное напряжение (PIV) составляет не менее 50 В по сравнению с напряжением включения. 0,7 В. (Существует семейство выпрямительных диодов, пронумерованных 1N4001–1N4007. PIV увеличивается с 50 до 1000 В по мере увеличения номера модели.) Если пиковое обратное напряжение превышено, диод будет необратимо поврежден, и течет большой отрицательный ток. Но пока напряжение остается в пределах рабочего диапазона, для которого был разработан диод, диод действует как электронный переключатель, пропуская ток при положительном напряжении и блокируя ток при отрицательном напряжении.

Теперь, когда вы понимаете основы поведения диода в цепи, давайте подробнее рассмотрим область прямого смещения и посмотрим, как диоды можно использовать в качестве датчиков температуры. Уравнение идеального диода Шокли описывает зависимость тока от напряжения полупроводникового диода PN в условиях прямого смещения. (Не позволяйте уравнению сбить вас с толку. Если вы понимаете экспоненты, вы должны быть в состоянии следовать ему.) Вот уравнение:

I   =  I 903:40 с  × [exp( qV / nkT ) — 1],

где:

• I — ток диода,
• I _s — масштабный коэффициент, называемый током насыщения, в Амперах,
• q — это заряд электрона (1,6 10 ^-19 кулонов), но для этого приложения просто используйте 1 электрон, поскольку мы предоставили постоянную Больцмана (ниже) в единицах электрон-вольт,
• В — приложенное напряжение, в вольтах,
• n — коэффициент эмиссии, обычно со значением ~1, но может достигать 2,
• k – постоянная Больцмана, 8,62·10-5 эВ/°К,
• T — абсолютная температура диода (помните, что °K = °C + 273).

Уравнение Шокли говорит, что ток через диод экспоненциально увеличивается с напряжением. При комнатной температуре (20°C или 293°K), показатель степени ( qV / nkT ) будет равен 1, когда V равно 25 мВ. Это значение называется тепловым напряжением и соответствует средней тепловой энергии любого атома или молекулы при комнатной температуре. Для напряжения ≥ 75 мВ, exp( qV / nkT ) >> 1, поэтому уравнение можно упростить до (результирующая ошибка составляет 5% или меньше):

I  =  I _с  × exp( кв / кТл ).

Упрощенное уравнение Шокли говорит нам, что каждый раз, когда прямое напряжение смещения увеличивается на 25 мВ, прямой ток увеличивается в e раз, по основанию натуральных логарифмов (около 2,718).

Если взять натуральный логарифм обеих частей упрощенной версии уравнения Шокли для прямого смещения, то получится:

ln( I / I _s ) = кв / нкТ .

Если I делается постоянным за счет возбуждения диода от генератора постоянного тока, тогда левая часть уравнения постоянна. Очевидно, что равенство означает, что правая часть также будет постоянной. Чтобы правая часть оставалась постоянной, напряжение и абсолютная температура должны соответствовать друг другу. Таким образом, диод с прямым смещением будет действовать как термометр в условиях постоянного тока. Скорость изменения напряжения в зависимости от температуры обычно находится в диапазоне 2–3 мВ/°К и варьируется в зависимости от значения коэффициента эмиссии. Поскольку коэффициент чувствительности (напряжение в зависимости от температуры) варьируется от одного диода к другому, необходимо выполнить калибровку.

Удобным способом калибровки диода является измерение прямого падения напряжения при постоянном токе в зависимости от температуры в обычной кухонной духовке (см. раздел «Экспериментальная процедура» ниже).

Как создать недорогой источник постоянного тока? Это действительно очень просто! Просто возьмите батарею на 9 В и резистор на 1 МОм последовательно с «нагрузкой», диодом с прямым смещением в нашем случае. Ясно, что можно использовать закон Ома, чтобы увидеть, что в контуре будет течь 9 мкА, если «нагрузка» имеет сопротивление намного меньше, чем последовательный резистор 1 МОм. На самом деле характеристическое сопротивление диода с прямым смещением составляет порядка 10 кОм, но имейте в виду, что это значение сопротивления сильно зависит от температуры и напряжения, поскольку диод является нелинейным устройством.

Термины и концепции

Для выполнения этого проекта вам необходимо провести исследование, которое позволит вам понимать следующие термины и понятия:

• Закон Ома,
• диод,
• вольт-амперная зависимость для диода,
• источник постоянного тока.

Вопросы

• Что значит, когда говорят, что диод «смещен в прямом направлении»?

Библиография

• В этой статье Википедии объясняется зависимость тока от напряжения для диода:
  Авторы Википедии, 2006 г. Диод, Википедия, Бесплатная энциклопедия. Проверено 1 июня 2006 г.
.
• Вы найдете ссылки на техническую информацию о диодах 1N4100 x от многих производителей на следующей веб-странице (у всех будут одинаковые характеристики): Проверено 1 июня 2006 г.
.

Материалы и оборудование

Для проведения этого эксперимента вам потребуются следующие материалы и оборудование, в основном поставляемые Jameco Electronics:

• Диоды 1N4001 (10), номер по каталогу 35975
• Цифровой мультимер, номер по каталогу 2131127
• Аккумулятор 9 В, номер по каталогу 198731
• Зажим для аккумулятора 9 В, № по каталогу 1949488
• Резистор 1 МОм (10), номер по каталогу 691585
• Короткие соединительные провода
  • Вы можете купить комплект с одной перемычкой, например, № 2127718
  • Если вы планируете в будущем выполнять больше проектов в области электроники, будет выгоднее купить катушку соединительного провода 22 калибра и пару инструментов для зачистки проводов
• Паяльник. Jameco Electronics предлагает несколько паяльников по разным ценам. Если вы планируете выполнять множество проектов в области электроники, возможно, стоит инвестировать в более дорогой паяльник.
• Бессвинцовый припой, различные варианты доступны от Jameco Electronics
• «третья рука» для удержания диода при пайке (это могут быть тиски, паяльник с зажимами или помощник с длинногубцами). Несколько вариантов доступны от Jameco Electronics
• Проволочные стяжки
• кухонная печь
• термометр
• таймер или секундомер

Экспериментальная процедура

Примечание перед началом: Этот проект научной выставки требует подключения одно или несколько устройств в электрической цепи. Базовую помощь можно найти в Учебник по электронике. Однако, если у вас нет опыта сборки электрические схемы, вам может быть полезно иметь кого-то, кто может ответить на вопросы и помочь вам устранить неполадки, если ваш проект не работает. Учитель естественных наук или родитель может быть хорошим ресурсом. Если вам нужно найти другого наставника, попробуйте найти кого-нибудь, у кого есть хобби, такие как робототехника, электроника или сборка и ремонт компьютеров. Возможно, вам также придется проложить себе путь к этому проекту, начав с проекта по электронике, который имеет более низкий уровень сложности.

1. Проведите предварительное исследование, чтобы получить представление о терминах, концепциях и вопросах, приведенных выше.

   Калибровка диодов

2. Чтобы откалибровать диод, вы подключите его к источнику постоянного тока, а затем измерите падение напряжения на диоде по мере постепенного повышения температуры диода (в кухонной духовке). Вам нужно будет повторить калибровку для каждого из ваших диодов (вы должны проверить как минимум три). На рис. 2 ниже показана настройка.
   
3. Подсоедините красный (+) провод от зажима батареи к резистору 1 МОм, затем подключите другой конец резистора к катоду диода (вывод, ближайший к полоске). Подсоедините анод диода (самый дальний от полосы провод) к черному (-) проводу зажима батареи.
4. Подсоедините выводы мультиметра к выводам диода (такая же полярность, как и при подключении аккумулятора). Если вам нужна помощь в использовании мультиметра, ознакомьтесь со справочником Science Buddies How to Use a Multimeter.
5. Как показано на рис. 2, соберите выводы в аккуратный пучок с проволочными стяжками и прикрепите датчик температуры. Подвесьте пучок к стойке духовки с помощью проволочных стяжек. (Очевидно, вы должны сделать это перед включением духовки!)
6. Аккуратно закройте дверцу духовки.
7. Убедитесь, что все ваши соединения надежны и что вы получаете правильные показания напряжения и температуры.
8. Включите духовку на слабый огонь. Вы не хотите подниматься выше 75 ° C (около 170 ° F), так как изоляция провода начнет плавиться и создавать беспорядок. Духовка будет нагреваться постепенно, так что вы сможете снимать показания напряжения и температуры. Если вы берете данные каждые 4 или 5 градусов по Цельсию, вы получите хорошую калибровочную кривую.
9. Дайте печи остыть и повторите калибровку для нескольких диодов (не менее трех). Пометьте каждый диод перманентным маркером, чтобы вы знали, какой именно.
10. Создайте график своих данных, как показано на рис. 3 (от руки, с помощью электронной таблицы или программы для построения графиков). Затем проведите линию через точки данных (на глаз, если рисуете вручную).
    
    
11. Чтобы подогнать линии регрессии в Excel, нажмите ряд данных, затем нажмите «Добавить линию тренда». Выберите линейный, перейдите на вкладку «Параметры» и установите флажки, чтобы отобразить уравнение и коэффициент корреляции. Мы рекомендуем использовать цветовую маркировку линий тренда и уравнений для соответствующих данных.

    Измерение температуры с помощью калиброванного диода

12. Теперь, когда вы откалибровали каждый из ваших диодов, вы можете увидеть, как быстро они нагреваются, когда вы имитируете впаивание их в цепь.
13. Вы снова подключите источник постоянного тока и цифровой мультиметр (как в шагах 3 и 4 выше). На этот раз вам нужно обязательно оставить выводы диода доступными, чтобы вы могли прикоснуться к ним паяльником, не касаясь выводов мультиметра или проводов источника тока.
14. Нагрейте паяльник, затем прикоснитесь жалом к ​​одному из выводов диода на одну секунду. Снимите утюг и сразу же отметьте показание напряжения. Запишите в лабораторную тетрадь.
15. Дайте диоду снова остыть (проверьте показания напряжения), а затем повторите односекундный нагрев еще как минимум дважды, каждый раз записывая напряжение.
16. Какой температуре соответствует?
17. Повторите операцию нагрева, постепенно увеличивая время, в течение которого паяльник остается в контакте с выводом диода. Выполните несколько измерений (не менее 3) для каждой временной точки.
18. Сколько времени требуется диоду для достижения температуры 200°C?
19. Усредните показания в каждый момент времени и постройте график зависимости температуры диода от времени контакта паяльника.

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Задать вопрос

Вариации

• Имеет ли значение, где на проводе прикладывать паяльник (т.е. ближе или дальше от самого диода)? Почему или почему нет?
• Есть ли разница какой вывод диода (анод или катод) греть паяльником? Почему или почему нет?
• Чтобы уменьшить количество нагрева компонента во время пайки, вы можете поместить «радиатор» на вывод, между компонентом и жалом паяльника (если, конечно, есть место). Радиатор может быть таким же простым, как зажим типа «крокодил». Попробуйте использовать радиатор на выводе диода. Это работает?
• Паяльник отдает тепло намного эффективнее, когда жало покрыто расплавленным припоем, чем когда оно сухое. Можете ли вы использовать свою установку для получения доказательств того, что это правда?

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

• Руководство по проекту научной ярмарки
• Другие подобные идеи
• Идеи проекта по электричеству и электронике
• Мои Избранные

Лента новостей по этой теме

 

, ,

Цитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь.