Світлодіод — Вікіпедія

Світлодіодний вуличний світильник

Світлодіо́д (англ. LED — light-emitting diode) — напівпровідниковий пристрій, що випромінює некогерентне світло, при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету [1]. Існують методи розширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектру, рівномірно у всіх напрямках, звичайні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіоди були удосконалені до лазерних діодів, — які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати когерентне світло.

Вперше інфрачервона емісія з напівпровідникових елементів, була зареєстрована Рубіном Браунштейном, працівником компанії Radio Corporation of America в 1955, який використовував арсенід галію (GaAs) та інші напівпровідникові сплави . Але перший світлодіод, тобто прилад, що дає випромінювання на напівпровідниковому переході, при пропусканні через нього електричного струму, як і патент на нього, був отриманий працівниками компанії Texas Instruments — Бобом Б’ярдом і Гарі Пітманом, в 1961 році. Згодом, світлодіоди що працюють на GaAs та GaP (фосфід галію), почали виготовлятися комерційно — для використання як індикаторів. Перший світлодіод, який працює у видимому діапазоні, був розроблений групою Ніка Голоняка, в компанії General Electric, в 1962 р. [2].

проф. Нік Голоняк, група якого винайшла перший напівпровідниковий світлодіод, що працює у видимому діапазоні

Еволюція світлодіодів у 1960–1970-х роках, поступово привела до створення світлодіодів, що мають колір від червоного до зеленого, — постійно зсуваючи межу у сторону коротких хвиль. Іншим напрямком роботи, було підвищення ефективності світлодіодів. Найпопулярнішими матеріалами були GaP (червоний — зелений) та GaAsP (жовтий — інтенсивний червоний). При цьому з’явилося багато нових застосувань світлодіодів (у калькуляторах, цифрових годинниках, тестових приладах). Хоча надійність свілодіодів завжди перевищувала надійність ламп розжарювання, неонових ламп тощо, відсоток вибраковки ранніх пристроїв був набагато вищим. В тому було винне ручне збирання того часу. Індивідуальні оператори виконували вручну такі завдання, як розподіл епоксидної смоли, розміщення її крапельки в потрібну позицію, змішування епоксидної смоли. Це призводило до дефектів, таких, наприклад, як «витік епоксидної смоли», яка викликала підтікання, та інколи навіть скорочення p-n переходу. Окрім цього, високі числа дефектів в кристалі, підкладці і епітаксійному шарі, призводили до зменшеної ефективності і коротшої тривалості життя пристрою.

На початку 1980-х, з появою нового матеріалу — GaAlAs (галій-алюмінієвий арсенід), почалася революція у виробництві світлодіодів. GaAlAs дозволив підвищити ефективність у 10 разів, що привело до нових використань: у зовнішніх знаках та написах, зчитуванні штрих-коду, передачі даних через оптичне волокно, у медичному обладнанні. Але GaAlAs працював тільки у червоній ділянці спектру (660 нм) та мав короткий час життя (більш 50 % падіння ефективності після 100 000 годин роботи). Частина цих проблем була вирішена завдяки появі лазерних діодів, які стали комерційно виготовлятися у 1980-х роках. Використання технологій, розроблених для лазерних діодів, дозволило зробити наступний стрибок виробникам світлодіодів . Однією з таких технологій, стало створення нового люмінесцентного матеріалу InGaAlP, який зробив можливим плавне настроювання кольору, за рахунок настроювання ширини забороненої зони. Так світлодіоди всіх можливих кольорів видимого спектру, почали виготовлятися за однією технологією, та значно зменшилась деградація приладів, навіть за умов високих температур та вологості.

Наступним кроком у розвитку, стала розробка компанією Toshiba методу нанесення MOCVD (метал-оксидне хімічне парове нанесення, Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), який зробив можливим створення складніший пристроїв, з ефективністю до 90 % (тобто 90 % електроенергії може бути перероблене на світло). В той самий час, корпорація Nichia запропонувала перші блакитні світлоди на GaN (нітриді галію), InGaN (індій-галій-нітриді) та SiC (карбіді кремнію). Згодом з’явилися і перші білі світлодіоди, які комбінували три основні кольори. Але вони швидко були замінені широкосмуговими білими світлодіодами, що мають вторинний флюоресцентний шар.

Одним з кроків стало також створення «Лабораторією фундаментальних досліджень», компанії NTT, світлодіода, що випромінював хвилі в ультрафіолетовій частині спектру, завдовжки 210 нм. Випромінювання з такою короткою довжиною хвилі знайшло широке застосування в медицині і техніці. Відомо, що невидиме для людського ока ультрафіолетове випромінювання має знезаражуючий ефект. Окрім того, ці світлодіоди змогли замінити червоні лазерні діоди, при читанні даних з оптичних дисків, чим забезпечили подальше збільшення густини запису.

Сучасні напрямки розвитку, включають розробку органічних світлодіодів (які повинні дозволити виробництво дешевих та екологічно безпечних пристроїв), використання квантових точок (які дозволяють отримувати біле світло) та просування далі у короткохвильову область.

Схематична діаграма принципу роботи світлодіоду

При протіканні через діод прямого струму відбувається інжекція електронів.

Процес самовільної рекомбінації інжектованих електронів, що відбувається, як в базовій області, так і в самому p-n переході, супроводжується їхнім переходом з високого енергетичного рівня на нижчий. Електрон після рекомбінації знаходиться у дуже нестабільному стані, оскільки він має зайву енергію (Евх,). В такому стані електрон довго перебувати не може. Він перейде на стаціонарну орбіту з нижчим енергетичним рівнем (Ест.) і випромінить квант світла. Тому E

кв.св. = E_надл., E_надл. = Е_вх — Е_ст. Щоб кванти енергії (фотони), які вивільнились при рекомбінації відповідали квантам видимого світла, збільшують кількість p-n переходів.

Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випромінюють світло при рекомбінації. Гарними випромінювачами є, як правило, прямозонні напівпровідники типу A

IIIB^V (наприклад, GaAs або InP) і A^IIB^VI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди різних довжин хвиль, — від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).

Діоди, виготовлені з непрямозонних напівпровідників (наприклад, кремнієвий Si або германієвий Ge діоди, а також сплави SiGe, SiC), світло практично не випромінюють. Утім, у зв’язку з розвиненістю кремнієвої технології, роботи зі створення світлодіодів на основі кремнію активно ведуться. Останнім часом, великі надії пов’язують з технологією квантових точок і фотонних кристалів.

Ефективність світлодіодів найбільше проявляється там, де потрібно виробляти потужні кольорові світлові потоки (світлові сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектру (червону, синю, зелену). 90 % енергії світлового потоку, від лампи розжарення, втрачається, при проходженні світла крізь світлофільтр. Усі ж 100 % випромінювання світлодіода, є забарвленим світлом і в застосуванні світлофільтра, немає потреби. Більше того, близько 80-90 % споживаної потужності лампи розжарення, витрачається на її нагрів, — для досягнення потрібної колірної температури (шкала Кельвіна), на яку вони спроектовані.

Світлодіодні лампи, є енергоощадними та споживають від 3 % до 60 % потужності, необхідної для звичайних ламп розжарення, аналогічної яскравості та станом на 2017 рік, мають високий індекс передавання кольору. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів), дозволяє використовувати світлодіодні лампи за підвищених вібрацій. Світлодіоди не бояться частих вмикань і вимикань. Термін служби світлодіодної лампи— понад 100 000 годин (11 років).

Використовуючи світлодіоди можна одержати світло з високою насиченістю кольору. Світлодіоди застосовують в індикаційній техніці (світлові індикатори, та інше), при побудові світлодіодних джерел світла (інформаційні табло, світлофори, ліхтарики, гірлянди тощо).

Цей розділ статті ще не написано. За задумом одного з дописувачів, тут має розташовуватися окремий розділ. Ви можете допомогти проєкту, написавши цей розділ.

• Енергоефективні світлодіодні освітлювальні системи: [монографія] / З. Готра, В. Корнага, В. Мартіросова, Г. Нікітський, І. Пастух, А. Рибалочка, В. Сорокін, В. Щиренко; ред.: В. Сорокін; НАН України, Ін-т фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова, Нац. ун-т «Львів. політехніка», НАМН України, Ін-т медицини праці. — Київ: Авіцена, 2016. — 334, [1] c.
• Юнович А. Э. Светодиоды и их применение для освещения
• Кашкаров А. П. Устройства на светодиодах и не только. -М.: ДМК Пресс, 2012. -218 с.
• Шуберт Ф. Светодиоды /пер. с англ. под ред. Юновича А. Э. -2 изд. М.: Физматлит, 2008. -496 с.

Електровакуумний діод — Вікіпедія

Електрова́куумний діо́д — вакуумна електронно-керована лампа, яка має лише анод і катод^[1].

Електровакуумні діоди в асортименті

Катод діода нагрівається до температур, при яких виникає термоелектронна емісія. При подаванні на анод негативної відносно катода напруги усі емітовані катодом електрони повертаються на катод, при подаванні на анод позитивної напруги частина емітованих електронів спрямовується до анода, формуючи його струм. Таким чином, діод випрямляє прикладену до нього напругу. Ця властивість діода використовується для випрямлення змінного струму й детектування сигналів високої частоти. Практичний частотний діапазон традиційного вакуумного діода обмежений частотами до 500 МГц. Дискові діоди, інтегровані у хвилеводи, здатні детектувати частоти до 10 ГГц^[2].

Перші зразки діодів конструкції Флемінга (вентилі Флемінга) (поч. 1900-х)

У 1873 році британський вчений Фредерік Ґутрай (англ. Frederick Guthrie; 1833–1886) відкрив принцип функціонування вакуумного діода. Підносячи розжарений метал до додатно зарядженого електроскопа, і не торкаючись його, він зміг розрядити електроскоп, а з від’ємно зарядженим електроскопом такого не траплялося. У 1883 році Томас Едісон, незалежно від попередника, у процесі досліджень причин перегоряння електричних лампочок встановив, що між розжареною ниткою лампи та зовнішнім електродом є можливе проходження струму. Він запатентував встановлений ефект, що згодом отримав назву «термоелектронна емісія», але робіт у напрямку його дослідження чи використання не проводив.

Перший електровакуумний діод сконструював англійський фізик Джон Амброз Флемінг у 1904 році^[3].

Ірвінг Ленгмюр виконуючи роботи на замовлення компанії General Electric у 1909–1916 роках суттєво удосконалив техніку вакуумування й винайшов вакуумний дифузійний насос, що зробило можливим досягнення глибокого вакууму й значно покращило характеристики електровакуумного діода. Ленгмюр відкрив також ефект впливу домішок торію на зростання емісійної здатності вольфрамового катода.

У 1925 році Radio Corporation of America та General Electric випустили на ринок UX213, перший масовий електровакуумний випрямний діод.

Будова електровакуумного діода: 1 — скляна колба; 2 — анод; 3 — катод

Електровакуумний діод являє собою посудину (балон), в якому створено високий вакуум. В балоні розміщені два електроди — катод і анод. Катод прямого нагріву має вигляд прямої або W-подібної нитки, що розігрівається струмом розжарення. Катод непрямого нагріву — довгий циліндр або короб, всередині яких покладена електрично ізольована спіраль підігрівача. Зазвичай, катод вкладений всередину циліндричного або коробчастого анода, який в силових діодах може мати ребра або «крильця» для відводу тепла. Виводи катода, анода і підігрівача (в лампах непрямого нагріву катода) з’єднані з зовнішніми виводами (ніжками лампи).

При розігріві катода електрони почнуть покидати його поверхню за рахунок термоелектронної емісії. Покинувши поверхню електрони будуть перешкоджати вильоту інших електронів, в результаті навколо катода утворюється свого роду хмара електронів. Частина електронів з найменшими швидкостями із хмари падає назад на катод. При заданій температурі катода хмара стабілізується: на катод падає стільки ж електронів, скільки з нього вилітає.

Уже при нульовій напрузі анода відносно катода (наприклад, при короткому замиканні анода на катод) в лампі тече струм електронів з катода в анод: відносно швидкі електрони долають потенційну яму просторового заряду і притягуються до анода. Відсічення струму наступає тільки тоді, коли на анод подано замикаюча негативна напруга порядку −1 В і нижче. При подачі на анод позитивної напруги в діоді виникає прискорювальне поле, струм анода зростає. При досягненні струмом анода значень, близьких до межі емісії катода, зростання струму сповільнюється, а далі стабілізується (насичується).

Вольт-амперна характеристика[ред. | ред. код]

Вольт-амперна характеристика електровакуумного діода

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) електровакуумного діода має 3 характерних ділянки:

1. Нелінійна ділянка. На початковій ділянці ВАХ струм повільно зростає при збільшенні напруги на аноді, що пояснюється протидією полю анода об’ємного негативного електричного заряду електронної хмари. У порівнянні із струмом насичення, анодний струм при Ua=0{\displaystyle U_{a}=0} є надзвичайно малим (і не показаний на схемі). Його залежність від напруги має експоненціальний характер. Для повної зупинки анодного струму слід прикласти деяку від’ємну напругу, що називають напругою закриття.

2. Ділянка закону степеня три других (закон Чайлда). Залежність анодного струму від напруги описується законом:

j=g⋅Ua3/2,{\displaystyle j=g\cdot U_{a}^{3/2},}

де g — стала, що залежить від конфігурації й розмірів електродів. В найпростішій моделі вона не залежить від складу й температури катода, в дійсності ж зростає з ростом температури через нерівномірне нагрівання катода.

3. Ділянка насичення. При подальшому збільшенні напруги на аноді зростання струму сповільнюється, а потім повністю припиняється, так як всі електрони, що вилітають з катода, досягають анода. Подальше збільшення анодного струму при даній величині напруги розжарювання є неможливим, оскільки для цього потрібні додаткові електрони, а їх взяти ніде, так як вся емісія катода вичерпана. Усталений анодний струм називається струмом насичення. Ця ділянка описується рівнянням Річардсона-Дешмана (див. термоелектронна емісія):

j=AT2exp⁡(−eφkT),{\displaystyle j=AT^{2}\exp \left(-{e\varphi \over kT}\right),}

де A=4πmek2h4=120Acm2K2{\displaystyle A={4\pi mek^{2} \over h^{3}}=120{{\text{A}} \over {{\text{cm}}^{2}{\text{K}}^{2}}}} — універсальна термоелектронна стала Зоммерфельда.

ВАХ анода залежить від напруги розжарення — чим більшим є розжарювання, тим більшою є крутизна ВАХ і тим більшим є струм насичення. Надмірне збільшення напруги розжарювання приводить до зменшення терміну служби лампи.

До основних параметрів електровакуумного діода належать:

• Крутизна ВАХ: S=dIadUa{\displaystyle S={dI_{a} \over dU_{a}}} — зміна анодного струму в мА на 1 В зміни напруги.
• Диференціальний опір: Ri=1S{\displaystyle R_{i}={1 \over S}}
• Максимально допустима зворотна напруга. При деякій напрузі, прикладеній у зворотному напрямі (тобто зміні полярності катода й анода), відбувається пробій діода — проскакує іскра між катодом та анодом, що супроводжується різким зростанням сили струму.
• Напруга закриття — напруга, яка необхідна для припинення струму у діоді.
• Максимально допустима потужність розсіювання.

Крутизна і внутрішній опір є функціями від анодної напруги і температури катода.

Якщо температура катода стала, то в межах ділянки «степеня трьох других» крутизна дорівнює першій похідній від функції «степеня трьох других».

Електровакуумний діод (кенотрон) марки 1Ц21Р (1975) Електровакуумний подвійний діод пальцевого типу марки 6Х2П (1958)

Залежно від призначення та виконання електровакуумні діоди бувають наступних виконань:

• Одинарний (одноанодний) діод — малопотужний різновид електровакуумного діода, призначений для детектування сигналів високої частоти.
• Подвійний (двоанодний) діод — те ж але містить два діоди в одному корпусі із спільним розігрівом катода з метою використання їх у схемах двопівперіодного випрямлення.
• Кенотрон (від грец. kenos — порожній і (elec)tron)  — електровакуумний діод, що використовується у випрямних та імпульсних режимах^[1] (потужний різновид електровакуумного діода). Одинарний (одноанодний) кенотрон містить катод прямого або непрямого розігріву і анод. Низьковольтні кенотрони (допустима зворотна напруга на аноді до 2 кВ, допустима сила прямого струму сягає декількох ампер) мають оксидні катоди. Високовольтні кенотрони (напруга до 1 МВ, сила струму до 500 мА) мають оксидний або карбідований катод. З розвитком напівпровідникової техніки кенотрони повністю витіснені напівпровідниковими діодами.
• Механотрон — електронно-керована лампа, в якій керування потоком електронів та іонів здійснюється механічним переміщенням одного чи декількох їх електродів відносно інших^[1]. Може виконуватись як електровакуумний або газорозрядний прилад. Зазвичай, це різновид діода, у якому силою електронного чи іонного струму можна керувати механічним впливом ззовні. Механотрон є одним з видів електронно-механічних перетворювачів. Призначений для прецизійного вимірювання лінійних переміщень, кутів, сил і вібрації в контрольно-вимірювальних пристроях.

Електровакуумні діоди маркувались за наступним принципом^[5]:

1. Перше число вказує на величину напруги розжарювання, заокруглену до цілого числа.
2. Другий символ означає тип електровакуумного приладу. Для діодів:
   • Д — одинарний діод.
   • Ц — кенотрон (випрямний діод)
   • X — подвійний діод (містить два діоди в одному корпусі із спільним нагрівом)
     • МХ — механотрон-подвійний діод
     • МУХ — механотрон-подвійний діод для вимірювання кутів
3. Наступне число — порядковий номер розробки приладу.
4. Останній символ — конструктивне виконання приладу:
   • С — скляний балон діаметром понад 24 мм без цоколя або з октальним (восьмиштирковим) пластмасовим цоколем з ключем.
   • П — пальчикові лампи (скляний балон діаметром 19 або 22,5 мм з жорсткими штировими виводами без цоколя).
   • Б — мініатюрна серія з гнучкими виводами і з діаметром корпуса до 10 мм.
   • А — мініатюрна серія з гнучкими виводами і з діаметром корпуса до 6 мм.
   • К — серія ламп в керамічному корпусі.

Відсутність останнього символу свідчить про металевий корпус.

Умовні графічні познаки[ред. | ред. код]

Умовні графічні познаки найвідоміших типів електровакумних діодів за ГОСТ 2.730-73^[6].

Діод з катодом прямого нагріву

Діод з катодом непрямого навгріву

Подвійний діод

Порівняння з напівпровідниковими діодами[ред. | ред. код]

Порівняно з напівпровідниковими діодами в електровакуумних діодах відсутній зворотний струм, і вони витримують вищі напруги. Вони є стійкими до іонізуючих випромінювань, однак мають набагато більші розміри і менший коефіцієнт корисної дії.

1. ↑ ^{а б в} ДСТУ 2385-94 Прилади електровакуумні Терміни та визначення.
2. ↑ Батушев В. А. Электронные приборы. — М. : Высшая школа, 1969. — С. 52. — 90.000 прим.
3. ↑ Patent US 803684 A John Ambrose Fleming Instrument for converting alternating electric currents into continuous currents. Publication date Nov 7, 1905.
4. ↑ ГОСТ 13393-76 Приборы электровакуумные. Система условных обозначений. (втратив чинність без заміни у зв’язку із зняттям приладів з виробництва)
5. ↑ ГОСТ 2.730-73 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Приборы электровакуумные.

• Клейнер Э. Ю. Основы теории электронных ламп. — М.: Высшая школа, 1974. — 368 с.
• Кацман Ю. А. Электронные лампы. Теория, основы расчета и проектирования: Учебник для вузов по специальности «Электронные приборы». — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Высшая школа, 1979 . — 301 с.
• Электронные приборы: Учебник для вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин и др.; Под ред. Г. Г. Шишкина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
• Рейх, Г. Дж. Теория и применение электронных приборов. — Л. : Госэнергоиздат, 1948. — 940 с. — 7.000 прим.
• Физический энциклопедический словарь. Том 5, М. 1966, «Советская энциклопедия»

Що таке діод, стабілітрон, варикап, тиристор, їх типи та застосування

 

   Напівпровідникові прилади застосовувалися в радіотехніці ще до винаходу електронних ламп. Винахідник радіо А. С. Попов використовував для виявлення електромагнітних хвиль спочатку когерер (скляну трубку з металлічеокімі тирсою), а потім контакт сталевої голки з вугільним електродом. Це був перший напівпровідниковий діод – детектор. Пізніше були створені детектори з використанням природних і штучних кристалічних напівпровідників (Галена, цінкіта, халькопирита і т. д.). Такий детектор складався з кристала напівпровідника, упаяний в чашечку-тримач, і сталевий або вольфрамової пружинки з загостреним кінцем (рис. 117). Положення вістря на кристалі знаходили досвідченим шляхом, домагаючись найбільшої гучності передачі-радіостанції.

У 1922 р. співробітник Нижегородської радіолабораторії О. В. Лосєв виявив чудове явище: кристалічний детектор, виявляється, може генерувати і підсилювати електричні коливання. Це було справжньою сенсацією, але недостатність наукових знань, відсутність потрібного експериментального обладнання не дозволили в той час глибоко досліджувати суть процесів, що відбуваються в напівпровіднику, і створити напівпровідникові прилади, здатні конкурувати з електронною лампою.

 

 

Рис. 117

 

 

Рис. 118

   Напівпровідникові діоди позначають символом, що збереглися в загальних рисах з часів перших радіоприймачів (рис. 118,6). Вершина трикутника в цьому символі вказує напрям найбільшою провідності (трикутник символізує анод діода, а коротка риска, перпендикулярна лініях-висновків, – його катод). Цим же символом позначають напівпровідників

 

 

Рис. 119.

ші випрямлячі, що складаються, наприклад, з декількох послідовно, паралельно або змішано з’єднаних діодів (випрямні стовпи і т. п.).

Для живлення радіоапаратури часто використовують мостові випрямлячі. Накреслення тажой схеми з’єднання діодів (квадрат, сторони якого утворені символами діодів) давно вже стало загальноприйнятим, тому для позначення таких випрямлячів стали іополікшать спрощений символ – квадрат з символом одного діода всередині (рис. 119). Залежно від значення випрямленої нтрмжгннн к »жд<І ‘

На основі символу діода побудовані умовні позначення напівпровідникових діодів з особливими властивостями. Для отримання потрібного символу використовують спеціальні знаки, ізВбражаемие або на самому базовому символі, або в безпосередній близькості від нього, а щоб акцентувати увагу на деяких з них, базовий символ поміщають в коло – умовне позначення корпусу напівпровідникового приладу.

   Тунельні діоди. Знаком, що нагадує пряму дужку, позначають катод тунельних діодів, (рис. 121, а). Їх виготовляють з напівпровідникових матеріалів з дуже великим вмістом домішки, внаслідок чого напівпровідник перетворюється в напівметал. Завдяки незвичайній формі вольт-амперної характеристики (на ній є ділянка негативного опору) тунельні діоди використовують для посилення і генерування електричних сигналів і в перемикаючих пристроях. Важливим достоїнством цих діодів є те, що вони можуть працювати на дуже високих частотах (до 10 «Гц).

 

 

Рис. 121

 

 

Рис. 122

Різновид тунельних діодів – звернені діоди, у яких при малій напрузі на р-п перехід провідність у зворотному напрямку більше, ніж у прямому. Використовують такі діоди у зворотному включенні. В умовному позначенні зверненого діода рисочку-катод зображають з двома штрихами, що стосуються її своей’середіной (рис. 121,6).

   Стабілітрони. Міцне місце в джерелах живлення, особливо низьковольтних, завоювали напівпровідникові стабілітрони, працюють також на зворотному гілки вольт-амперної характеристики. Це площинні кремнієві діоди, виготовлені за особливою технологією. При включенні їх у зворотньому напрямку і певній напрузі-на переході останній «пробивається», і надалі, незважаючи на збільшення струму через-перехід напруга на ньому залишився майже незмінним. Дякуй цій властивості стабілітрони широко застосовують в якості самостійних стабілізуючих елементів, а також джерел зразкових напруг в стабілізаторах на транзисторах. Для отримання малих зразкових напруг стабілітрони включають в прямому напрямку, при цьому напруга стабілізації стабілітрона одного одно 0,7 … 0,8 В. Такі ж результати виходять при включенні в прямому напрямку звичайних кремнієвих діодів.

Для стабілізації низьких напруг розроблені і широко застосовуються спеціальні напівпровідникові діоди – Стабистор. Відмінність їх від стабілітронів в тому, що вони працюють на прямий галузі вольт-амперної характеристики, тобто при включенні в прямому (провідному) напрямку.

Щоб показати на схемі стабілітрон, рисочку-катод базового символу доповнюють коротким штрихом, спрямованим у бік символу анода (рис. 122, а). Слід зазначити, що розташування штриха щодо символу анода повинно бути незмінним незалежно від положення умовного позначення стабілітрона на схемі. Це повною мірою відноситься і до символу двох-анодного (двостороннього) стабілітрона (рис. 122,6), який можна включати в електричний ланцюг в будь-якому напрямку (по суті, це два зустрічно включених однакових стабілітрона).

   Варікапи. Електронно-дірковий перехід, до якого прикладено зворотне напруга, має властивості конденсатора. При цьому роль діелектрика грає сам р-п перехід, в якому вільних носіїв зарядів мало, а роль обкладок – прилеглі шари напівпровідника з електричними зарядами різного-знака – електронами і дірками. Змінюючи напругу, прикладена

 

 

Рис. 123

 

 

Рис. 124

до р-п переходу, можна змінювати його товщину, а отже, і ємність між шарами напівпровідника. Це явище використано у спеціальних напівпровідникових приладах – варикапах [від англійських слів vari (able) – Змінний і cap (acitor) – конденсатор]. Їх широко застосовують для налаштування коливальних контурів, в пристроях автоматичного підстроювання частоти, а також як частотних модуляторів в різних генераторах.

Умовне графічне позначення варикапа (див. рис. 123, а), наочно відображає їх суть: дні паралельні рисочки сприймаються як символ конденсаторі. Кік і конденсатори змінної ємності, варикапів часто виготовляють і вигляді блоків (їх називають матрицями) із загальним катодом і роздільними анодами. Для прикладу на рис. 123,6 показано позначення матриці з двох варикапів, а на рис. 123, в – з трьох.

   Тиристори. На основі базового символу діода побудовані і умовні позначення тиристорів (від грецького thyra – двері та англійської (resi) stor – резистор). Це діоди, що представляють собою чергуються шари кремнію з електропровідністю типів р та п. Таких шарів в тиристорі чотири, тобто він має три р-п переходу (структура р-п-р-п). Тиристори знайшли широке застосування в різних регуляторах змінної напруги, в релаксаційних генераторах, комутуючих пристроях і т. д.

Тиристори з висновками тільки від крайніх шарів структури називають діністорімн і позначають символом діода, перекресленим відрізком лінії, паралельної риски-катода (рис 124, а). Такий же прийом використано і при

побудові позначення симетричного динистора (рис. 124, б), що проводить струм (після включення) в обох напрямках.

Тиристори з додатковим (третім) висновком (від одного з внутрених листкове структури) називають тріністорамі. Управління у катода в позначенні цих приладів показують ламаною лінією, приєднаної до символу катода (рис. 124, в), по аноду – лінією, що продовжує одну зі сторін трикутника, що символізує анод (мал. 124, г). Умовне позначення симетричного (двунаправленного) трііістора отримують з символу симетричного динистора додаванням третьому висновку (рис. 124, (5).

   Фотодіоди. Основною частиною фотодіода є перехід, що працює при зворотному зміщенні. У його корпусі є віконце, через яке висвітлюється кристал напівпровідника. За відсутності світла струм через р-п перехід

 

 

Рис. 126

 

 

Рис. 125

дуже малий – не перевищує зворотного струму звичайного діода. При висвітленні кристала зворотне опір переходу різко падає, струм через нього зростає. Щоб показати такий напівпровідниковий діод на схемі, базовий символ діода поміщають в гурток, а поруч з ним (зліва зверху, незалежно від положення символу) зображають знак фотоелектричного ефекту – дві похилі паралельні стрілки, спрямовані в бік символу (мал. 125, а). Подібним чином неважко побудувати і условнбе позначення будь-якого іншого напівпровідникового приладу, що змінює свої властивості під дією оптичного випромінювання. Як приклад на рис. 125,6 показано позначення фотодіністора.

   Світлодіоди і світлодіодні індикатори. Напівпровідникові діоди, що випромінюють світло при проходженні струму через р-n перехід, називають светодіо-дами. Включають такі діоди в прямому напрямку. Умовне графічне позначення світлодіода схоже на символ фотодіода і відрізняється від нього тим, що стрілки, що позначають оптичне випромінювання, поміщені праворуч від гуртка і направлені в протилежну сторону (рис. 126).

Для відображення цифр, букв та інших знаків у низьковольтної апаратури часто застосовують світлодіодні знакові індикатори, що представляють собою набори светоизлучающих кристалів, розташованих певним чином і залитих прозорою пластмасою. Умовних позначень для подібних виробів стандарти ЕСКД не передбачають, але на практиці часто використовують символи, подібні показаному на рис. 127 (символ семісегмент-ного індикатора для відображення цифр і коми). Як видно, таке графічне позначення наочно відображає реальне розташування светоизлучающих ‘елементів (сегментів) в індикаторі, хоча й не позбавлене недоліки: воно не несе інформації про полярності включення висновків індикатора в електричний ланцюг (індикатори випускають як із загальним для всіх сегментів висновком анода, так і з загальним висновком катода). Однак особливих труднощів це звичайно не викликає, оскільки підключення загального висновку індикатора (як, втім, і мікросхем) обумовлюють на схемі.

   Оптрони. Світловипромінюючі кристали широко використовують в оптронів – спеціальних приладах, застосовуваних для зв’язку окремих частин електронних пристроїв в тих випадках, коли необхідна їхня гальванічна розв’язка. На схемах оптрони зображують, як показано на рис. 128. Оптичну зв’язок випромінювача світла (світлодіоди) з фотоприймачем показують двома паралельними стрілками, перпендикулярними лініям-висновків Оптрон. Фотоприймачем

 

 

 

Рис. 127

 

 

Рис. 128

в оптроні можуть бути не тільки фотодіод (рис. 128, а), а й фоторезистор (рис. 128,6), фотодіністор (рис. 128, в) і т. д. Взаємна орієнтація символів випромінювача і фотоприймача не регламентується.

При необхідності складові частини Оптрон допускається зображувати окремо, але в цьому випадку знак оптичного зв’язку слід замінити знаками оптичного випромінювання і фотоефекту, а приналежність частин до оптрони показати в позиційному позначенні (рис. 128, г).

Література:
В.В. Фролов, Мова радіосхем, Москва, 1998

Діод Зенера — Вікіпедія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Зображення діода Зенера на електричних принципових схемах Схема включення

Діод Зенера (стабілітрон) — напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою слабо залежить від струму, і який застосовується для стабілізації напруги. Низьковольтні стабілітрони виготовляються на основі сильнолегованого кремнію. В них відбувається тунельний пробій. Високовольтні стабілітрони виготовляються з слабколегованого кремнію і в них проходить лавинний пробій. Застосовуються в схемах захисту, еталонних джерелах напруги.

Схема з обмеженням амплітуди змінної напруги Обмеження амплітуди змінної напруги

Діод Зенера — різновид діодів, що в режимі прямих напруг, проводять струм як звичайні діоди, а при зворотній напрузі — струм різко зростає тільки в області напруг близьких до пробою («зенерівська напруга»). Прилад отримав назву на честь імені його першовідкривача Кларенса Зенера.

Конструкція і принцип дії[ред. | ред. код]

В основі роботи стабілітрона лежать два механізми:

Незважаючи на схожі наслідки, ці два фізичні механізми принципово відрізняються один від одного. Як правило, домінує один із механізмів пробою. В діодах Зенера, до напруги 5,6 В домінує тунельний пробій, а при вищій напрузі — домінуючим стає лавинний пробій (із позитивним температурним коефіцієнтом).^{[джерело?]} При напрузі рівній 5,6 В обидва механізми врівноважуються, і тому вибір такої напруги є оптимальним для пристроїв з широким температурним діапазоном використання.^{[джерело?]}

Діоди Зенера широко використовуються для побудови джерел опорної напруги в різноманітних електронних схемах. Для цього їх під’єднують до джерела напруги через обмежуючий опір (резистор) який називають баластним. Каскад стабілізатора напруги у якому стабілізування напруги виконується тільки за рахунок активної взаємодії стабілітрона та його баластного резистора називають параметричним стабілізатором.

Призначення діода

Призначення діода – проводити електричний струм тільки в одному напрямку. Колись давно застосовувалися лампові діоди. Але зараз використовуються в основному напівпровідникові діоди. На відміну від лампових вони значно менші за розміром, не вимагають ланцюгів напруження і їх дуже просто з’єднувати різним чином.

На малюнку показано умовне позначення діода на схемі. Літерами А і К відповідно позначені анод діода і катод діода. Анод діода – це вивод, який підключається до позитивного виводу джерела живлення, безпосередньо або через елементи схеми. Катод діода – це вивод з якого виходить струм позитивного потенціалу і далі через елементи схеми потрапляє на анод джерела струму.

Тобто струм через діод йде від анода до катода.

А в зворотному напрямку діод струм не пропускає. Якщо якимось зі своїх виводів діод підключається до джерела змінної напруги, то на іншому його виведенні виходить постійна напруга з полярністю, що залежить від того, як діод підключений. Якщо він підключений анодом до змінної напруги, то з катода ми отримаємо позитивну напругу. Якщо він підключений катодом, то з анода буде отримано відповідно негативна напруга.

Як перевірити діод мультиметром або тестером – таке питання постає тоді, коли є підозра, що діод несправний. Але, відповідь на це питання дає ще одну відповідь, де у діода анод, а де катод. Тобто якщо ми спочатку не знаємо цоколівку діода, то просто ставимо мультиметр або тестер на прозвонку діодів (або на вимірювання опору) і по черзі продзвонюємо діод в обох напрямках. Якщо діод справний, наш прилад буде показувати проходження струму тільки в одному з варіантів. Якщо діод пропускає струм в обох варіантах – діод пробитий. Якщо він не пропускає ні в якому варіанті, діод перегорів і також несправний. У разі справного діода, коли він проводить струм, дивимося на клеми приладу, той вивод діода, що підключений до позитивного виводу тестера, є анодом діода, а той, що до негативного – катодом діода. Перевірка діодів дуже схожа на перевірку транзисторів.

« КМОП мікросхеми Основні параметри діодів »

Випрямний діод: принцип дії та основні параметри

Випрямний діод — це прилад проводить струм тільки в одну сторону. В основі його конструкції один p-n перехід і два висновки. Випрямний діод змінює змінний струм на постійний. Крім цього, випрямні діоди повсюдно практикують в электросхемах множення напруги, ланцюгах, де відсутні жорсткі вимоги до параметрів сигналу за часом і частотою.

ЗМІСТ

• Принцип роботи
• Різновиди пристроїв, їх позначення
• Вольт-амперна характеристика
• Коефіцієнт випрямлення
• Основні параметри пристроїв
• Випрямні схеми
• Імпульсні прилади
• Імпортні прилади

Принцип роботи

Принцип роботи цього пристрою ґрунтується на особливостях p-n переходу. Біля переходів двох напівпровідників розташований шар, в якому відсутні носії заряду. Це замикаючий шар. Його опір великий.

При впливі на шар певного зовнішнього змінного напруги, товщина його стає менше, а згодом і взагалі зникне. Зростаючий при цьому струм називають прямим. Він проходить від анода до катода. Якщо зовнішнє змінне напруга буде мати іншу полярність, то замикаючий шар буде більше, опір зросте.

Різновиди пристроїв, їх позначення

По конструкції розрізняють прилади двох видів: точкові і площинні. У промисловості найбільш поширені кремнієві (позначення — Si) і германієві (позначення — Ge). У перших робоча температура вище. Перевага друге — мале падіння напруги при прямому струмі.

Принцип позначень діодів – це буквено-цифровий код:

• Перший елемент – позначення матеріалу з якого він виготовлений;
• Другий визначає підклас;
• Третій позначає робочі можливості;
• Четвертий є порядковим номером розробки;
• П’ятий – позначення разбраковки за параметрами.

Вольт-амперна характеристика

Вольт-амперну характеристику (ВАХ) випрямного діода можна представити графічно. З графіка видно, що ВАХ пристрої нелінійна.

У початковому квадранті Вольт-амперної характеристики її пряма гілка відображає найбільшу провідність пристрою, коли до нього прикладена пряма різниця потенціалів. Зворотна гілка (третій квадрант) ВАХ відображає ситуацію низької провідності. Це відбувається при зворотної різниці потенціалів.

Реальні Вольт-амперні характеристики підвладні температурі. З підвищенням температури пряма різниця потенціалів зменшується.

З графіка Вольт-амперної характеристики випливає, що при низької провідності струм через пристрій не проходить. Однак при певній величині зворотної напруги відбувається лавинний пробій.

ВАХ кремнієвих пристроїв відрізняється від германієвих. ВАХ наведено в залежності від різних температур навколишнього середовища. Зворотний струм кремнієвих приладів набагато менше аналогічного параметра германієвих. З графіків ВАХ слід, що вона зростає із збільшенням температури.

Найважливішою властивістю є різка асиметрія ВАХ. При прямому зміщенні – висока провідність, при зворотному – низька. Саме ця властивість використовується у випрямних приладах.

Коефіцієнт випрямлення

Аналізуючи приладові характеристики, слід зазначити: враховуються такі величини, як коефіцієнт випрямлення, опір, ємність пристрою. Це диференціальні параметри.

Коефіцієнт випрямлення відображає якість випрямляча.

Коефіцієнт випрямлення можна розрахувати. Він буде дорівнює відношенню прямого струму приладу до зворотного. Такий розрахунок прийнятний для ідеального пристрою. Значення коефіцієнта випрямлення може досягати декількох сотень тисяч. Чим він більше, тим краще випрямляч робить свою роботу.

Основні параметри пристроїв

Які параметри характеризують прилади? Основні параметри випрямних діодів:

• Найбільше значення середнього прямого струму;
• Найбільше припустиме значення зворотної напруги;
• Максимально допустима частота різниці потенціалів при заданому прямому струмі.

Виходячи з максимального значення прямого струму, випрямні діоди поділяють на:

• Прилади малої потужності. У них значення прямого струму до 300 мА;
• Випрямні діоди середньої потужності. Діапазон зміни прямого струму від 300 мА до 10 А;
• Силові (великої потужності). Значення більше 10 А.

Існують силові пристрої, що залежать від форми, матеріалу, типу монтажу. Найбільш поширені з них:

• Силові прилади середньої потужності. Їх технічні параметри дозволяють працювати з напругою до 1,3 кіловольт;
• Силові, великої потужності, що можуть пропускати струм до 400 А. Це високовольтні пристрої. Існують різні корпусу виконання силових діодів. Найбільш поширені штирьовий і таблетковий вигляд.

Випрямні схеми

Схеми включення силових пристроїв бувають різними. Для випрямлення напруги вони поділяються на однофазні і багатофазні, однополупериодные і двухполупериодные. Більшість з них однофазні. Нижче представлена конструкція такого однопівперіодного випрямляча і двох графіків напруги на тимчасовій діаграмі.

Змінна напруга U1 подається на вхід (рис. а). Праворуч на графіку воно представлено синусоїдою. Стан діода відкрите. Через навантаження Rн протікає струм. При негативному полупериоде діод закритий. Тому до навантаження підводиться тільки позитивна різниця потенціалів. На рис. у відображена його часова залежність. Ця різниця потенціалів діє протягом одного напівперіоду. Звідси походить назва схеми.

Найпростіша двухполупериодная схема складається з двох однополупериодных. Для такої конструкції випрямлення достатньо двох діодів і одного резистора.

Діоди пропускають тільки позитивну хвилю змінного струму. Недоліком конструкції є те, що в напівперіод змінна різниця потенціалів знімається лише з половини вторинної обмотки трансформатора.

Якщо в конструкції замість двох діодів застосувати чотири коефіцієнт корисної дії підвищиться.

Випрямлячі широко використовуються в різних сферах промисловості. Трифазний прилад задіяний в автомобільних генераторах. А застосування винайденого генератора змінного струму сприяло зменшенню розмірів цього пристрою. Крім цього, збільшилася його надійність.

У високовольтних пристроях широко застосовують високовольтні стовпи, які скомпоновані з діодів. З’єднані вони послідовно.

Імпульсні прилади

Імпульсним називають прилад, у якого час переходу з одного стану в інше мало. Вони застосовуються для роботи в імпульсних схемах. Від своїх випрямних аналогів такі прилади відрізняються малими ємностями p-n переходів.

Для приладів подібного класу, крім параметрів, зазначених вище, слід віднести наступні:

• Максимальні імпульсні прямі (зворотні) напруги, струми;
• Період встановлення прямої напруги;
• Період відновлення зворотного опору приладу.

У швидкодіючих імпульсних схемах широко застосовують діоди Шоткі.

Імпортні прилади

Вітчизняна промисловість виробляє достатню кількість приладів. Проте сьогодні найбільш затребувані імпортні. Вони вважаються більш якісними.

Імпортні пристрої широко використовуються в схемах телевізорів і радіоприймачів. Їх також застосовують для захисту різних приладів при неправильному підключенні (неправильна полярність). Кількість видів імпортних діодів різноманітно. Повноцінної альтернативної заміни їх на вітчизняні поки не існує.

Джерело

Тунельний діод — Вікіпедія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Позначення тунельного діода в схемах

Тунельний діод — напівпровідниковий активний елемент електричного кола з нелінійною вольт-амперною характеристикою, на якій існує ділянка з від’ємною диференційною провідністю.

Винайшов тунельний діод у 1957 році Ісакі Леона. В 1973 році він отримав Нобелівську премію з фізики за відкриття явища тунелювання електрона.

Будова та принцип дії[ред. | ред. код]

В тунельному діоді використовується сильно легований p-n перехід, крізь який носії заряду можуть тунелювати при умові збігу енергій донорних рівнів електронів у n-області і акцепторних рівнів дірок у p-області. Струм через p-n перехід зростає для значень напруги, при яких такий збіг створюється, але зменшується при більшій напрузі, створюючи ділянку з від’ємною диференційною провідністю.

Тунельні діоди відносно стійкі до іонізуючого випромінювання, в порівнянні з іншими діодами. Це робить їх придатними для застосування в середовищах з високими рівнями радіації, наприклад, у космосі.

Також широко використовуються в генераторах, підсилювачах та у високочастотних перемикачах. Можуть працювати на дуже великих частотах.

• Гаряинов С. А., Абезгауз И. Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. — М.: Энергия, 1970. — 320с.
• Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ. под ред. А. Ф. Трутко. — М.: Энергия, 1973. — 656 с.
• Тугов Н. М., Глебов Б. А., Чарыков Н. А. Полупроводниковые приборы. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 576 с. — ISBN 5-283-00554-2.