Полупроводники (Диоды). Виды и особенности. Неисправности

Существуют полупроводники в зависимости от их применения и назначения. Рассмотрим основные виды диодов.

Эти полупроводниковые диоды имеют незначительное падение напряжения, имеют высокую скорость работы, в отличие от обычных диодов, которые не смогут заменить в действии диод Шоттки и выйдут из строя. Свое название диод имеет по изобретателю из Германии. В конструкции в качестве потенциального барьера используется переход «металл-полупроводник» вместо р-n перехода. Его допустимое напряжение при обратном подключении 1200 В. Практически они применяются в цепях низкого напряжения.

Стабилитроны

Они предотвращают увеличение напряжения свыше допустимого значения на участке схемы, могут защищать и ограничивать схему от повышенных значений тока. Стабилитроны могут работать только на постоянном токе, поэтому при включении их в цепь соблюдение полярности является обязательным. Стабилитроны одного типа можно соединять по последовательной схеме для увеличения напряжения, либо создания делителя напряжения.

Основным свойством таких полупроводников является стабилизирующее напряжение.

Варикапы

Этот полупроводник еще называют емкостным диодом. Он изменяет значение сопротивления при изменении напряжения питания. Используется в качестве управляемого конденсатора с изменяемой емкостью. Может применяться для настраивания контуров колебаний высокой частоты.

Тиристоры

Полупроводники могут находиться в двух устойчивых положениях:

1. Закрытое (низкая проводимость).
2. Открытое (высокая проводимость).

То есть, он может переходить под воздействием сигнала из одного состояния в другое.

У тиристора имеется три электрода. Кроме обычных катода и анода, есть еще и электрод управления, который служит для подачи сигнала управления для перевода полупроводника в состояние включения. Современные тиристоры иностранного производства производятся в различных корпусах.

Такие полупроводники включают в схемы для регулирования мощности, плавного запуска электромоторов, подключения освещения. Тиристоры дают возможность включать большие токи, достигающие наибольшего тока 5 кА, напряжением до 5 киловольт в закрытом виде. Мощные силовые приборы на основе тиристоров используются в управляющих панелях электромоторами и других устройствах.

Симисторы

Эти полупроводники применяются в схемах, подключенных к переменному напряжению. Прибор условно состоит из двух тиристоров, подключенных встречно-параллельно, и пропускающих ток в любую сторону.

Светодиоды

Они испускают световой поток при подключении к ним напряжения, используются для создания индикации параметров, в электронных схемах, различных электронных гаджетах, дисплеях, в качестве источников света, при этом бывают многоцветными и одного цвета.

Инфракрасные диоды

Это светодиоды, выдающие световой поток в инфракрасном спектре. Они используются для измерительных и контрольных приборов оптического вида, в пультах управления, коммутационных устройствах, линиях связи без проводов и т. д. Обозначаются на схемах как обычные светодиоды. Инфракрасные лучи не видны человеку. Их можно увидеть с помощью смартфона в камеру.

Фотодиоды

Они работают при попадании на их чувствительный элемент света, преобразуя его в электрический ток. Используются для преобразования потока света в сигнал электрического тока.

Фотодиоды обычно сравнивают по принципу работы с батареями на солнечных элементах.

Неисправности диодов

Полупроводники иногда могут выходить из строя вследствие естественного старения и амортизации внутренних материалов, либо по другим причинам:

• Пробивание перехода кристалла. Его следствием является то, что по сути полупроводник приобретает свойства обычного проводника, так как он лишен основных качеств полупроводимости и уже пропускает ток практически в любую сторону. Такая неисправность быстро обнаруживается с помощью обычного мультитестера. Измерительный прибор выдает сигнал звука и на дисплее видно значение очень малого сопротивления диода.
• Обрыв. В этом случае действует обратный процесс – полупроводник не пропускает ток ни в каком направлении, так как внутри кристалла нарушена проводимость, вследствие полного обрыва проводника, то есть, диод, по сути, стал диэлектриком. Чтобы точно выяснить обрыв, нужно применять мультиметры с исправными щупами. Иначе можно получить ложную диагностику этой неисправности. У диодов на основе сплавов эта неисправность является редкой.
• Утечка. Эта поломка возникает из-за повреждения корпуса полупроводника, вследствие чего нарушается герметичность корпуса диода, и его нормальное функционирование становится невозможным.

Пробой перехода

При чрезмерном повышении обратного напряжения может возникнуть пробой электронного прибора. Существуют специальные полупроводники, в которых используется это свойство, которые называются стабилитронами.

Такие неисправности возникают в случаях, когда величина обратного тока резко возрастает из-за достижения обратного напряжения чрезмерных значений, выше допустимых.

Существует несколько типов пробоя переходов:

• Тепловые пробои. Они вызываются внезапным возрастанием температуры с дальнейшим перегревом.
• Электрические пробои. Появляются от действия большого электрического тока на полупроводниковый переход.

Электрический пробой

Такой вид пробоя не является фатальным, и является обратимым процессом, так как при этом не произошло разрушения кристалла полупроводника. Поэтому при медленном снижении напряжения возможно восстановление характеристик диода и его рабочего состояния.

Такие пробои разделяют на два подвида:

• Туннельные пробои. Они возникают при протекании повышенного напряжения по узким проходам кристалла полупроводника. Это позволяет отдельным электронам проскакивать через него. Чаще всего туннельные пробои образуются в случае наличия в полупроводнике большого числа различных недопустимых примесей. При таком пробое обратный ток внезапно стремится к возрастанию, а напряжение продолжает оставаться на прежнем уровне.
• Лавинные пробои. Они могут возникнуть вследствие действия повышенных значений электрических полей, которые разгоняют электроны выше допустимой границы скорости. Поэтому они выбивают из атомов некоторое количество валентных электронов, вылетающих в область проводимости. Такой процесс происходит с лавинообразной скоростью, поэтому и получил такое название.

Тепловой пробой

Образование теплового пробоя может происходить из-за возникновения различных причин. Это может быть недостаточный отвод тепла от корпуса полупроводника, а также перегрева перехода кристалла, возникающего по причине прохождения электрического тока повышенной величины, выше допустимого.

Вследствие увеличения режима температуры в переходе полупроводника и областях, находящихся рядом, появляются такие отрицательные последствия:

• Возрастание колебания атомов, которые входят в состав материала кристалла диода.
• Залетание электронов в зону проводимости.
• Чрезмерное внезапное возрастание температуры.
• Повреждение и деформация кристаллической решетки полупроводника.
• Неисправность и выход из строя диода.

Похожие темы:

• Диоды (часть 1). Устройство и работа. Характеристики и особенности
• Свойства полупроводников. Устройство и работа. Применение
• Лазерные диоды. Виды. Устройство и работа. Подключение
• Вентили СВЧ. Виды и устройство. Работа и особенности
• Игнитроны. Устройство и работа. Плюсы и минусы. Особенности
• Тиратроны. Виды и устройство. Работа и применение

Диоды: их разновидности и особенности применения

Предыдущая статья Следующая статья

25.09.2019

Развитие техники дало миру много открытий, которые успешно применяются и сегодня. Одно из них – обычный диод. Что такое диоды и где они используются, вы можете узнать прямо сейчас.

История создания

Идея создания силового диода принадлежит сразу двум ученым-изобретателям, но занимались они работой параллельно:

1. Британия, 1873 год – исследование Фредерика Гутри над открытием принципа работы термионных диодов (еще их называют лампами вакуумного типа с прямым накалом).
2. Годом позже в Германии – изобретение Карлом Фердинандом Брауном кристаллических или как их называют твердотельных диодных элементов.

Однако изобретение не диода связывают с их именами, чаще встречается утверждение, что принцип работы 13 февраля 1880 года открыл Томас Эдисон. Позже (в 1883 году) ученый получил на него патент. Последующего развития в трудах Эдисона тема диодов не получила.

Но были и другие имена. Например, Джэдиш Боус, используя и совершенствуя твердотельные диоды, которые изобрел Браун, сконструировал устройство, позже использовавшееся в конструкции радио. 

Разные ученые занимались исследованием и совершенствованием диодов, их стоит также упомянуть:

• Британец Джон Флеминг, 16 ноября 1904 год – ученый запатентовал на термиоидный диод;
• 20 ноября 1906 года, Пикард – патент на кремниевый кристаллический диод;
• 1919 год, Вильям Генри Иксл – введение в список слов термина «диод».

Виды полупроводниковых диодов, которые используются в наши дни

В наше время таким устройством, как «диод» никого не удивишь, и применяются они в различных бытовых и специальных приборах. Но что это такое, знают далеко не все.

Конструктивно диод – это небольшая камера (то есть емкость), из которой предварительно откачали воздух. Внутри этой камеры на некотором расстоянии друг от друга располагаются два электрода с противоположными зарядами – катод и анод. При этом электроды характеризуются разной электропроводностью – один p-типа, другой n. На схемах диода анод изображается треугольником, а катод – чертой.

Принцип работы полупроводникового диода следующий:

• при подключении к электропитанию электрон попадает в диод;
• накапливается до определенного уровня;
• электроны выходят из диода, то есть получается пробой, но полностью контролируемый.

Из этого следует вывод, что пропускаемый ток движется только в одном направлении. Однако это не абсолютно, то есть электрический ток пропускается и в обратном направлении также, но в очень малом количестве.

Стоит привести некоторые характеристики диодов. Например, сопротивление внутри диодной камеры непостоянное и зависит от напряжения, под которым устройство находится.

Логично предположить, что чем выше напряжение, тем меньше сопротивление.

Виды диодов и их применение на практике

Диоды в зависимости от типа имеют очень широкое применение в технике и приборостроении. К примеру, они применимы при изготовлении различных блоков питания с целью выравнивания переменного тока. В данном случае используются диодные мосты, которые объединяют в себе по 4 диода. Мосты из диодов используются в радиоаппаратуре, устройствах для зарядки разного типа.

Также диодный мост применим в качестве защиты прибора от подключения тока неправильной полярности. Но наиболее часто мосты используются для преобразования тока из переменного в постоянный – это двухполупериодное выпрямление. При этом на выходе образовывается стабильное пульсирующее напряжение. Проблему пульсации обычно решают диодами, в цепи которых есть электрические конденсаторы.

Какие бывают диоды: виды и их особенности

Известны следующие типы диодов:

• Электровакуумные или кенотроны. Очень часто этот вид называют радиолампами, потому что в основном они используются именно при изготовлении радиотехники. Обладают достаточно высокой мощностью и производительностью.
• Газонаполненные или газотроны (иногда их называют игнитронами или стабилитронами). Основное их предназначение состоит в препятствовании граничному повышению напряжения. То есть он используется для контроля напряжения на конкретном участке схемы. Функция может быть как ограничительная, так и защитная. Подключая диоды данного вида, стоит помнить о полярности тока. Есть специальная маркировка на этих деталях – 3в, 5в, 18в и прочие – это разновидности напряжения стабилизации.
• Полупроводниковые диоды (самые популярные и широко применимые). В этом типе существует много подтипов. Среди самых популярных – тиристоры, которые имеют свойство переходить в открытое и закрытое состояние (то есть характеризоваться высокой и низкой проводимостью соответственно). В отличие от прочих видов, они кроме анода и катода имеют также один управляющий электрод. Выпускаются в двух основных видах корпуса – ТО-220 и ТО-92. Также тиристоры имеют разновидности – например, семисторы или триаки. Семисторы – это пара тиристоров, которые составляют прибор со встречно-параллельным включением и пропускают электроток в оба направления.
• Светодиоды, то есть диоды, которые светятся, когда через них пропускают электрический ток. Чаще всего они используются для индикации в различных приборах и технике. Они имеют высокую эффективность и популярность. Достаточно мощные светодиоды применимы в качестве источников дополнительного или аварийного освещения. Кроме этого, они дают большое разнообразие по температуре свечения, то есть могут обеспечить любой световой эффект.
• Выпрямители с горячими носителями или диоды Шоттки. Эти устройства характеризуются невысоким значением падения напряжения и повышенным быстродействием. На схемах этот тип обозначается особым значком. Также при выходе из строя такого диода не стоит заменять его другим (например, универсальным), потому что это приведет к поломке прибора.
• Полупроводниковые лазеры (в некотором смысле имеют больше сходств со светодиодами). Также довольно часто используются инфракрасные диоды. Их главная особенность состоит в том, что они излучают невидимый человеческому глазу электромагнитный луч. В основном используются в организации охранных систем (камеры видеонаблюдения) и при изготовлении контрольно-измерительных приборов, но в быту также (например, пульты управления от бытовой техники). Еще они используются при производстве коммуникационной техники и при прокладке линий беспроводной связи. Проверить исправность, а также разглядеть свечение такого диода можно только через камеру мобильного гаджета, направив объектив на включенный элемент.
• Выпрямительные, то есть те приборы, которые преобразовывают электрический ток с переменным значением в постоянный.
• Варикапы или емкостные. Эти устройства имеют особенность – менять показатели сопротивления при подаче тока различного напряжения. Используются как конденсаторы с переменной емкостью.
• Универсальные – это высокочастотные диоды, которые в основном применяются в преобразовании высокочастотных сигналов.

Также есть фотодиоды – это полупроводники с p-n переходом, которые воспринимают оптическое излучение. Значение обратного тока зависит от интенсивности светопотока. Используется во многих приборах – как бытового применения, так и специального. В зависимости от сферы применения различают конкретные режимы работы. Бывают следующие режимы – фотогенератор и фотопреобразователь.

Также они отличаются по ряду других параметров. Например, по технике исполнения различают плоскостные и точечные. По параметру конструкции есть одноэлементные и диодные. Различия есть и в параметрах мощности, что обозначено соответствующими кодами в маркировке изделий.

Особенности производства диодов

В зависимости от вида диодного прибора существуют разные методы их изготовления. Но ни одно производство невозможно без соблюдения некоторых требований. Главное требование при производстве любого диода – это высокое качество материалов, которые используются при изготовлении этих приборов.

Все главные требования и стандарты, которыми руководствуются при изготовлении полупроводниковых приборов, изложены в ГОСТе 17465-80. Общие положения по этим деталям стоит искать в ГОСТе 18986.0-74. Также отдельные нормативы изложены в других ГОСТах, которые больше детализируют изготовление, проверку и использование диодов и диодных мостов конкретных видов.

Возврат к списку

Обратная связь

Похожие статьи

---

Игнитрон | электроника | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

Аудион | электроника | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.