В какую сторону работает диод

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:

• Корпус . Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
• Катод . Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
• Подогреватель . Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
• Анод . Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
• Кристалл . Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр . Этот ток называется прямым Iпр . Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

• 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
• 0,3 Вольт – для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

• пробой – диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
• обрыв – здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр , которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

Uн=U-Uоткр – см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр . Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр , кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь – несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант – условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А , причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
2. Защита от переполюсовки (жаргонное – «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр , то при Uвнеш питание осуществляется от внутреннего источника, иначе – подключается внешний.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Д иод – самый простейший по устройству в славном семействе полупроводниковых приборов. Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. В середине кристалла получится, так называемый P-N переход, как показано на рисунке 1.

На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательный электрод) очень похож на знак «-». Так проще запомнить.

Всего в таком кристалле две зоны с различной проводимостью, от которых выходят два вывода, поэтому полученный прибор получил название диод, поскольку приставка «ди» означает два.

В данном случае диод получился полупроводниковый, но подобные устройства были известны и раньше: например в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называвшийся кенотрон. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым!

Рисунок 1. Строение диода и обозначение диода на схеме

На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N junction), который является основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличии от диода, у которого этот переход лишь один, транзисторы имеют два P-N перехода, а, например, тиристоры состоят сразу из четырех переходов.

P-N переход в состоянии покоя

Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, все равно внутри него происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Диод в состоянии покоя

В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.

В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, подобно тому, как запах духов распространяется на всю комнату (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.

Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет, – лампочка светится, плитка греется, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода проводить ток в одном направлении. Именно это свойство и обеспечивается P-N переходом.

Далее рассмотрим, как ведет себя диод в двух возможных случаях подключения источника тока.

Включение диода в обратном направлении

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то ток через P-N переход не пройдет.

Рисунок 3. Обратное включение диода

Как видно на рисунке, к области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P – отрицательный. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечем, нет носителей заряда.

При увеличении напряжения источника питания электроны и дырки все сильней притягиваются электрическим полем батарейки, в области же P-N перехода носителей заряда остается все меньше. Поэтому в обратном включении ток через диод не идет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод заперт обратным напряжением.

Увеличение плотности вещества около полюсов батареи приводит к возникновению диффузии, – стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что и происходит при отключении элемента питания.

Обратный ток полупроводникового диода

Вот здесь как раз и настало время вспомнить о неосновных носителях, которые были условно забыты. Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями, которые могут двигаться точно так же, как основные, только в обратном направлении. Естественно, что такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.

С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода. Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов, – диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Чтобы не допускать перегрева мощные диоды и транзисторы устанавливаются на теплоотводы – радиаторы.

Включение диода в прямом направлении

Показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Прямое включение диода

Теперь изменим полярность включения источника: минус подключим к области N (катоду), а плюс к области P (аноду). При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону P-N перехода. В области P произойдет отталкивание положительно заряженных дырок от плюсового вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.

Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки, через диод пошел ток Id.

Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя. Следует, однако, заметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движению электронов.

Можно также сказать, что при прямом направлении включения электрическое сопротивление диода сравнительно небольшое. При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не идет (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя подобно обычному механическому вентилю: повернул в одну сторону – вода течет, повернул в другую – поток прекратился. За это свойство диод получил название полупроводникового вентиля.

Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует познакомиться с его вольт – амперной характеристикой. Также неплохо узнать о различных конструкциях диодов и частотных свойствах, о достоинствах и недостатках. Об этом будет рассказано в следующей статье.

404 page not found | Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

7. Направление электрического потока. Диод | 1. Основы электроники | Часть1

7. Направление электрического потока. Диод

 

Направление электрического потока. Диод

«Приятной особенностью большого количества стандартов является то, что есть из чего выбрать»

Эндрю Таненбаум, профессор информатики

Когда Бенджамин Франклин сделал своё предположение относительно направления потока зарядов (из воска в шерсть), он создал прецедент для электрических обозначений, который существует и по сей день, несмотря на то, что все знают, что электроны являются составными частями заряда, и что при натирании они переходят из шерсти в воск, а не наоборот. Благодаря именно Франклину говорят что электроны имеют отрицательный заряд, и движется этот заряд, на самом деле, в направлении противоположном тому, которое указал Франклин. Поэтому объекты, которые он назвал «отрицательными» (имеющими недостаток заряда), фактически имеют избыток электронов.  

К тому времени, когда было открыто истинное направление движения потока электронов, обозначения «положительный» и «отрицательный» уже настолько прочно укоренились в научном сообществе, что попытки изменить их даже не предпринимались, хотя, применительно к «избыточному» заряду,  правильно было бы назвать электрон «положительно» заряженным . По большому счету, термины «положительный» и «отрицательный» являются человеческими изобретениями и, как таковые, не имеют абсолютного значения за пределами условного языка научных описаний. С такой же легкостью Франклин мог бы назвать избыток заряда «черным», а его недостаток — «белым», в этом случае ученые говорили бы, что электрон имеет «белый» заряд (при условии использования гипотезы Франклина).

Поскольку мы склонны связывать слово «положительный» с «избытком» а слово «отрицательный» с «недостатком», то стандартное обозначение электрического заряда нам кажется противоположным. Благодаря этому, многие инженеры решили сохранить старое понятие электричества, где «положительный» означает избыток заряда, и соответственно обозначается направление движения зарядов (тока). Такое обозначение известно как общепринятое обозначение потока:

Другие инженеры для обозначения потока зарядов выбрали фактическое направление движения электронов в цепи. Такое обозначение известно как обозначение потока электронов:

Общепринятое обозначение потока показывает нам движение заряда в соответствии со знаками + и — (технически неправильно). Применять это обозначение имеет смысл, но направление движения потока зарядов здесь не соответствует действительности. Обозначение потока электронов показывает нам фактическое направление движения электронов в цепи, но знаки + и — выглядят здесь задом наперед. А вообще, имеет ли значение, как мы определяем направление движения потока зарядов в цепи? Не имеет, если мы последовательно используем одно из обозначений. Производя анализ цепи, вы можете с равным успехом использовать любое из этих обозначений. Понятия напряжения, тока, сопротивления, непрерывности, и даже математические методы анализа, такие как законы Ома и Кирхгофа будут действовать как в одном, так и в другом случае.

Как вы можете убедиться, общепринятому обозначению потока следует большинство инженеров-электриков, и оно встречается в большинстве технических учебников. Обозначение потока электронов встречается в учебниках для начинающих и в трудах профессиональных ученых, особенно физиков твердых тел, которым важно фактическое движение электронов в веществах. Большинство исследований электрических цепей не зависит от технически точного отображения направления потока зарядов, поэтому выбор между общепринятым обозначением потока и обозначением потока электронов произволен …. почти.

Многие электрические устройства допускают прохождение через них реальных токов любого направления без каких либо различий в работе. Например, лампы накаливания излучают свет одинаково эффективно, независимо от направления тока. Они хорошо работают даже при переменном токе (AC), который с течением времени быстро меняет свое направление. Проводники и выключатели также отлично работают независимо от направления тока. Все вышеперечисленные компоненты (электрическая лампочка, выключатель и провода) называются

неполярными. И наоборот, любые устройства, которые по разному реагируют на токи разных направлений, называются полярными.

Существует множество полярных устройств, применяемых в электрических схемах. Основная масса этих устройств изготавливается из так называемых полупроводниковых материалов, и подробно будет рассмотрена нами позже. Каждое из этих устройств (как и выключатели, ламы и батареи) изображается на схеме с помощью уникального символа. Как можно догадаться, символы полярных устройств в своем составе обычно сдержат стрелку для обозначения допустимого направления тока. Вот здесь-то конкуренция обозначений общепринятого потока и потока электронов имеет большое значение. Но, поскольку инженеры уже давно в качестве стандартного используют общепринятое обозначение, и они же изобретают электрические устройства и придумывают для них условные обозначения (символы), то стрелки, используемые в символах этих устройств,

показывают направление общепринятого потока. Иными словами, у всех символов таких устройств есть значок стрелки, который указывает против фактического потока электронов.

Лучшим примером полярного устройства может послужить

диод, который является односторонним «клапаном» для электрического тока. Принцип его действия аналогичен обратному клапану, используемому в водопроводе и гидравлических системах. В идеале, диод обеспечивает беспрепятственный поток для тока в одном направлении (практически не оказывая ему сопротивления), и препятствует этому потоку в обратном направлении (оказывая ему бесконечное сопротивление). Условное обозначение (символ) диода выглядит следующим образом:

Если мы поместим диод в схему с батареей и лампочкой, то выполняемая им работа будет следующей:

Когда диод стоит в правильном направлении, разрешающем поток, лампочка горит. В противном случае диод блокирует поток электронов аналогично обрыву цепи, и лампочка гореть не будет.

Если мы используем общепринятое обозначение потока в цепи, то стрелка символа диода указывает на направление потока зарядов от положительного контакта к отрицательному:

И наоборот, при использовании обозначения потока электронов, стрелка символа диода направлена против этого потока:

Исходя из вышеизложенного и во избежание путаницы с условными обозначениями электронных компонентов, большинство людей выбирает общепринятое обозначение потока при анализе электрических схем.    

Ученые сделали шаг к созданию «акустического диода»

Физики из Швейцарии и Японии использовали принцип магнитно-вращательного взаимодействия, чтобы подавить передачу звуковых волн на поверхности магнитной пленки в одном направлении, позволяя им перемещаться в другом. Это открытие позволит создать «акустические диоды», которые смогут пропускать звуковые волны в одном направлении. О своей работе авторы рассказали в журнале Science Advances.

Выпрямители, такие как электронные диоды, незаменимы в современных устройствах. Они, например, используются для преобразования переменного тока в постоянный. Авторы нового исследования открыли эффект, на основе которого можно создать такие же выпрямители, но для звуковых волн.

Ранее ученые показали, что поверхностные акустические волны могут взаимодействовать со спиновыми волнами — возмущениями в магнитных полях внутри материала, которые способны распространяться в нем. Акустические поверхностные волны могут возбуждать спиновые двумя различными способами. Один из механизмов — магнитоупругое взаимодействие — хорошо известен. Однако второй — магнитно-вращательное взаимодействие — был теоретически предсказан более сорока лет назад, но не был экспериментально проверен до сих пор.

В новой работе физики из Токийского университета, Института физико-химических исследований и Федеральной политехнической школы Лозанны обнаружили, что эти два механизма происходят одновременно, но с разной интенсивностью. Авторы показали, что когда направление вращения вектора намагниченности образца меняется в том же направлении, что и у вектора распространения поверхностных акустических волн, энергия звуковых колебаний эффективно передается спиновым волнам, ускоряя вращение вектора намагниченности.

Таким образом ученые показали, что распространением звуковых волн в материале можно управлять. Они также заметили, что этот эффект «выпрямления» был более выражен, когда магнитный материал обладал магнитной анизотропией — предпочтительным направлением внутренней намагниченности даже в отсутствие внешнего магнитного поля.

По словам авторов, открытый ими эффект можно использовать для создания «акустического диода» — устройства, в котором акустическую энергию можно эффективно передавать в одном направлении, но блокировать в другом. Такой диод можно настроить для работы на микроволновых частотах, которые используются для передачи данных с помощью технологии 5G.

Электронные схемы — диод как переключатель

Диод представляет собой двухполюсный PN-переход, который может использоваться в различных приложениях. Одним из таких приложений является электрический выключатель. PN-переход, когда прямое смещение действует как замкнутая цепь, а когда обратное смещение действует как разомкнутая цепь. Следовательно, изменение прямого и обратного смещенных состояний приводит к тому, что диод работает в качестве переключателя, когда прямое направление включено, а обратное состояние выключено .

Электрические выключатели над механическими выключателями

Электрические выключатели являются предпочтительным выбором по сравнению с механическими выключателями по следующим причинам:

• Механические переключатели подвержены окислению металлов, а электрические — нет.
• Механические выключатели имеют подвижные контакты.
• Они более подвержены нагрузкам и нагрузкам, чем электрические выключатели.
• Изношенные механические выключатели часто влияют на их работу.

Следовательно, электрический переключатель более полезен, чем механический переключатель.

Работа диода в качестве переключателя

При превышении указанного напряжения сопротивление диода увеличивается, что приводит к смещению диода в обратном направлении, и он действует как размыкающий переключатель. Всякий раз, когда напряжение, приложенное ниже опорного напряжения, сопротивление диода получает уменьшается, что делает диод смещен в прямом направлении, и он действует как замкнутый переключатель.

Следующая схема объясняет, как диод работает как переключатель.

Переключающий диод имеет PN-переход, в котором P-область слегка легирована, а N-область сильно легирована. Вышеприведенная схема символизирует, что диод включается, когда прямое положительное напряжение смещает диод, и выключается, когда отрицательное обратное напряжение смещает диод.

звонкий

Поскольку прямой ток течет до этого момента, при внезапном обратном напряжении обратный ток протекает в течение некоторого времени, а не немедленно отключается. Чем выше ток утечки, тем больше потери. Поток обратного тока при внезапном обратном смещении диода иногда может создавать несколько колебаний, называемых

RINGING .

Это условие вызова является потерей и, следовательно, должно быть сведено к минимуму. Для этого следует понимать время переключения диода.

Время переключения диода

При изменении условий смещения диод испытывает переходные характеристики . Реакция системы на любое внезапное изменение из положения равновесия называется переходной реакцией.

Внезапное изменение от прямого к обратному и от обратного к прямому смещению влияет на цепь. Время, необходимое для реагирования на такие внезапные изменения, является важным критерием для определения эффективности электрического выключателя.

• Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления (tfr).

• Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. (Tфр)

Время, необходимое для восстановления устойчивого состояния диода, называется временем восстановления .

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния обратного смещения в состояние прямого смещения, называется временем прямого восстановления (tfr).

Временной интервал, используемый диодом для переключения из состояния прямого смещения в состояние с обратным смещением, называется временем обратного восстановления. (Tфр)

Чтобы понять это более четко, давайте попробуем проанализировать, что происходит, когда напряжение подается на переключающий диод PN.

Концентрация несущей

Концентрация миноритарных носителей заряда экспоненциально уменьшается, если смотреть в сторону от соединения. Когда напряжение приложено из-за прямого смещения, большинство несущих одной стороны движутся в направлении другой. Они становятся миноритариями другой стороны. Эта концентрация будет больше на стыке.

Например, если рассматривается N-тип, избыток дырок, которые входят в N-тип после применения прямого смещения, добавляет к уже существующим неосновным носителям материала N-типа.

Давайте рассмотрим несколько обозначений.

• Основные носители в P-типе (дырки) = Ppo
• Основные носители в N-типе (электроны) = Nno
• Миноритарные носители в P-типе (электроны) = Npo
• Основные носители в N-типе (дырки) = Pno

Во время прямого смещения — несущие меньшего размера находятся ближе к перекрестку и менее далеко от перекрестка. График ниже объясняет это.

Избыточный заряд миноритарного оператора в P-типе = Pn−Pno с pno (значение устойчивого состояния)

Избыточный заряд миноритарного оператора в N-типе = Np−Npo с Npo (установившееся значение)

Во время условия обратного смещения — Большинство несущих не проводит ток через соединение и, следовательно, не участвует в текущем состоянии. Переключающий диод ведет себя как короткое замыкание, например, в обратном направлении.

Миноритарные несущие будут пересекать перекресток и проводить ток, который называется обратным током насыщения . Следующий график представляет условие во время обратного смещения.

На приведенном выше рисунке пунктирная линия представляет равновесные значения, а сплошные линии представляют фактические значения. Поскольку ток из-за неосновных носителей заряда достаточно велик для проведения, цепь будет включена, пока этот избыточный заряд не будет удален.

Время, необходимое для перехода диода из прямого смещения в обратное смещение, называется временем обратного восстановления (trr) . Следующие графики подробно объясняют времена переключения диодов.

Из приведенного выше рисунка рассмотрим график тока диода.

При t1 диод внезапно переводится в состояние ВЫКЛ из состояния ВКЛ; это известно как Время хранения. Время хранения — это время, необходимое для снятия избыточного заряда меньшинства. Отрицательный ток, протекающий от материала типа N к P, имеет значительное количество в течение времени хранения. Этот отрицательный ток

−IR= frac−VRR

Следующий период времени — это время перехода »(от t2 до t3)

Время перехода — это время, необходимое для полного перехода диода в состояние разомкнутой цепи. После того, как t3 диод будет в устойчивом состоянии обратного смещения. До того, как диод t1 находится в установившемся режиме прямого смещения.

Таким образом, время, необходимое для полного разомкнутого контура

Reverserecoverytime left(trr right)=памятьtime left(Ts right)+переходвремя left(Tt right)

Принимая во внимание, что для перехода в состояние ВКЛ из ВЫКЛ, требуется меньше времени, называемого временем прямого восстановления . Время обратного восстановления больше, чем время прямого восстановления. Диод работает как лучший переключатель, если обратное время восстановления меньше.

Определения

Давайте просто пройдемся по определениям обсуждаемых периодов времени.

• Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

• Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

• Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

• Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Время хранения. Период времени, в течение которого диод остается в состоянии проводимости даже в состоянии с обратным смещением, называется временем хранения .

Время перехода . Время, прошедшее с момента возврата обратно в состояние непроводимости, то есть обратное смещение в установившемся режиме, называется временем перехода .

Время обратного восстановления — Время, необходимое для перехода диода с прямого смещения на обратное смещение, называется временем обратного восстановления .

Время прямого восстановления — Время, необходимое для перехода диода из обратного смещения в прямое смещение, называется временем прямого восстановления .

Факторы, влияющие на время переключения диодов

Есть несколько факторов, которые влияют на время переключения диодов, таких как

• Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

• Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

• Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

• Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Диодная емкость — емкость PN перехода изменяется в зависимости от условий смещения.

Diode Resistance — сопротивление, предлагаемое диодом для изменения его состояния.

Концентрация легирования — Уровень легирования диода влияет на время переключения диода.

Ширина истощения — чем уже ширина слоя истощения, тем быстрее будет переключение. Стабилитрон имеет более узкую область истощения, чем лавинный, что делает его лучшим переключателем.

Приложения

Существует много применений, в которых используются схемы переключения диодов, например:

ДИОД — это… Что такое ДИОД?

Диод — Диод. Высоковольтный кенотрон. ДИОД [от греческого ди… и (электр)од], двухэлектродный электровакуумный (в том числе газоразрядный) или полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью. Основные разновидности диода: кенотрон, газотрон,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

диод — а, м. diode < di(s) + hodos дорога, путь. техн. Двухэлектродный электровакуумный, ионный или полупроводниковый прибор, обладающий свойством проводить ток преимущественно в одном направлении и применяемый для выпрямления переменного тока.… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

диод — Полупроводниковое устройство, проводящее ток только в одном направлении. [http://www.morepc.ru/dict/] диод [Интент] Тематики электротехника, основные понятия EN diodeuniversal diode …   Справочник технического переводчика

ДИОД — ДИОД, а, муж. (спец.). Двухэлектродный прибор с односторонней проводимостью. | прил. диодный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

диод — см. в ст. Электронная лампа. Энциклопедия «Техника». М.: Росмэн. 2006 …   Энциклопедия техники

ДИОД — (Diode) см. Двухэлектродная лампа. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

диод — сущ., кол во синонимов: 10 • варактор (1) • варикап (1) • кенотрон (2) • …   Словарь синонимов

ДИОД — двухэлектродный электровакуумный, ионный (газоразрядный) или полупроводниковый прибор, обладающий свойством проводить электрический ток преимущественно в одном направлении; применяется для выпрямления переменного тока (см. ()), (см.)… …   Большая политехническая энциклопедия

Диод — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Четыре диода и диодный мост. Диод (от др. греч …   Википедия

диод — Двухэлектродная электронная лампа, имеющая катод и анод. Примечание. Термин кенотрон рекомендуется применять только для диодов, предназначенных для выпрямления переменного тока. полупроводниковый диод; диод; отрасл. полупроводниковый вентиль… …   Политехнический терминологический толковый словарь

Что именно делает диод?

Другой вопрос касается того факта, что ток течет в полных цепях — нет тока без полного контура, через который протекает ток. Некоторые ответы касались разницы между электронным током и обычным током. В схемотехнике вы можете безопасно игнорировать электронный ток и всегда думать в терминах обычного тока. Но направление потока тока абсолютно имеет значение.

Что касается диодов, то в идеале диод позволяет току течь через него только в одном направлении, от анода к катоду. В частности, выше определенного «порогового» напряжения требуется только очень небольшое увеличение напряжения для увеличения тока до астрономических уровней:

(CC изображение с openwetware.org )

Поведение при обратном пробое (большой обратный ток при применении высокого обратного смещения) обычно считается неидеальностью, а не частью идеального поведения диода.

Некоторые диоды имеют другие эффекты, такие как светодиоды, которые излучают свет при прохождении через них тока; или стабилитроны, которые обычно используются в области обратного пробоя.

редактировать

Какова цель включения диода (не светодиода) в цепи?

Как правило, вы используете их, когда хотите убедиться, что ток может течь только в одном направлении. Например,

• Для защиты цепи от батареи, установленной в обратном порядке.
• Для формирования полной мостовой выпрямительной схемы (используя 4 диода) для преобразования переменного тока в постоянный.
• В пиковой цепи детектора .

В цепях, использующих сигналы переменного тока, правильное манипулирование точкой смещения постоянного тока диода позволяет использовать его в качестве переключателя для маршрутизации этих сигналов.

Вы также можете увидеть диод, используемый в случаях, когда разработчик знает, что ток будет течь в правильном направлении, чтобы создать грубое и готовое «фиксированное» падение напряжения около 0,7 В.

Другое использование состоит в том, чтобы использовать (должным образом спроектированную) способность диода поглощать большие объемы тока (в прямом направлении), чтобы защитить более чувствительные цепи от перегрузки или электростатического разряда, или в цепи демпфирования , чтобы уменьшить кольцо в линии передачи.

Другое использование состоит в том, что, выходя за пределы свойств постоянного тока, диод с обратным смещением имеет переменную емкость, зависящую от величины смещения. Эта переменная емкость может использоваться для настройки генераторов или фильтров. Диоды, специально разработанные для этого использования, называются варикапами .

Что такое диод и для чего он нужен?

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — ДИОД Что такое диод и для чего он используется?

26.02.2020 От Люка Джеймса

Диод может быть самым простым из всех полупроводниковых компонентов, однако он выполняет множество важных функций, включая управление потоком электрического тока. Вот краткий обзор простого диода и того, для чего он обычно используется.

Связанные компании

Диод — это устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.Это достигается за счет встроенного электрического поля.

(Bild: Public Domain)

Диод — это устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Это достигается за счет встроенного электрического поля. Хотя самые ранние диоды состояли из раскаленных проволок, проходящих через середину металлического цилиндра, который сам находился внутри стеклянной вакуумной трубки, современные диоды являются полупроводниковыми диодами.Как следует из названия, они сделаны из полупроводниковых материалов, в основном из легированного кремния.

Проведение электрического тока в одном направлении

ВАХ (зависимость тока от напряжения) диода с p – n переходом.

(Bild: CC BY-SA 4.0)

Несмотря на то, что диоды являются не более чем простыми двухконтактными полупроводниковыми приборами, они жизненно важны для современной электроники.
Некоторые из их наиболее распространенных приложений включают преобразование переменного тока в постоянный, изоляцию сигналов от источника питания и микширование сигналов.Диод имеет две «стороны», и каждая сторона легирована по-разному. Одна сторона — это «сторона p», она имеет положительный заряд.
Другая сторона — это «n-сторона», она имеет отрицательный заряд. Обе эти стороны накладываются друг на друга, образуя так называемое «n-p соединение», где они встречаются.

Когда отрицательный заряд прикладывается к n-стороне и положительный к p-стороне, электроны «перепрыгивают» через этот переход, и ток течет только в одном направлении. Это свойство сердечника диода; обычный ток течет от положительной стороны к отрицательной только в этом направлении.В то же время электроны текут в одном направлении только с отрицательной стороны на положительную. Это потому, что электроны заряжены отрицательно и притягиваются к положительному полюсу батареи.

Новая веб-конференция: WBG-Devices — радикальные изменения в высокоэффективных решениях

Надежное и высокоэффективное преобразование энергии имеет решающее значение для удовлетворения требований перехода к энергоснабжению и электронной мобильности. Эксперты расскажут о текущем состоянии устройств с широкой запрещенной зоной.Это центральные темы, которые будут обсуждаться на бесплатной веб-конференции 14 декабря 2021 года в 14:00. :

Как технология WBG трансформирует ландшафт электронной мобильности, позволяя увеличить запас хода.

Насколько надежные, компактные и более эффективные системы зарядки подходят для тяжелых условий эксплуатации, становится возможным с использованием устройств WBG.

Как получить оптимизированную конструкцию преобразователей WBG с надежными и прочными драйверами затворов с подходящими изоляционными барьерами и возможностью обнаружения неисправностей.

Как производители сталкиваются с проблемой поставки широкого портфеля устройств WBG на быстрорастущий рынок. Зарегистрируйтесь сейчас!

Для чего используются диоды?

Диоды — чрезвычайно полезные компоненты и широко используются в современной технике.

Светодиоды (LED)

Возможно, наиболее широко известное современное применение диодов — это светодиоды. В них используется особый вид легирования, так что, когда электрон пересекает n-p переход, испускается фотон, который создает свет.Это связано с тем, что светодиоды светятся при наличии положительного напряжения. Тип легирования может быть изменен так, что может излучаться свет любой частоты (цвета), от инфракрасного до ультрафиолетового.

Преобразование мощности

Хотя светодиоды могут быть наиболее широко известным приложением для обычного человека, наиболее распространенным применением на сегодняшний день является использование диодов для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Используя диоды, можно создавать различные типы выпрямительных схем, самые основные из которых — это полуволновые, полнополупериодные выпрямители с центральным ответвлением и полные мостовые выпрямители.Они чрезвычайно важны в источниках питания для электроники — например, в зарядном устройстве портативного компьютера — где переменный ток, исходящий от источника питания, должен быть преобразован в постоянный ток, который затем может быть сохранен.

Защита от перенапряжения

Чувствительные электронные устройства необходимо защитить от скачков напряжения, и диод идеально подходит для этого. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды не проводят ток, однако они немедленно замыкают любой всплеск высокого напряжения, отправляя его на землю, где он не может повредить чувствительные интегральные схемы.Для этого разработаны специальные диоды, известные как «ограничители переходных напряжений». Они могут справляться с резкими скачками мощности в течение коротких периодов времени, которые обычно приводят к повреждению чувствительных компонентов.

(ID: 46381408)

Диод

: определение, символ и типы диодов

Что такое диод?

Диод определяется как двухконтактный электронный компонент, который проводит ток только в одном направлении (при условии, что он работает в пределах указанного уровня напряжения).Идеальный диод будет иметь нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении.

Хотя в реальном мире диоды не могут добиться нулевого или бесконечного сопротивления. Вместо этого диод будет иметь пренебрежимо малое сопротивление в одном направлении (для обеспечения протекания тока) и очень высокое сопротивление в обратном направлении (до предотвращает протекание тока ). По сути, диод похож на вентиль в электрической цепи.

Полупроводниковые диоды — наиболее распространенный тип диодов.Эти диоды начинают проводить электричество только при наличии определенного порогового напряжения в прямом направлении (то есть в направлении «низкого сопротивления»). Диод называется « с прямым смещением », когда ток проходит в этом направлении. При подключении к схеме в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод называется « с прямым смещением » при проведении тока в этом направлении.При подключении к схеме в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод блокирует ток только в обратном направлении (т.е. когда он смещен в обратном направлении), пока обратное напряжение находится в заданном диапазоне. Выше этого диапазона происходит преодоление обратного барьера. Напряжение, при котором происходит этот пробой, называется «обратным напряжением пробоя».

Когда напряжение в цепи выше, чем напряжение обратного пробоя, диод может проводить электричество в обратном направлении (т.е.е. направление «высокое сопротивление»). Вот почему на практике мы говорим, что диоды имеют высокое сопротивление в обратном направлении, а не бесконечное сопротивление.

PN переход — это простейшая форма полупроводникового диода. В идеальных условиях этот PN-переход ведет себя как короткое замыкание, когда он смещен в прямом направлении, и как разомкнутый контур, когда он смещен в обратном направлении. Название диод происходит от слова «диод», что означает устройство с двумя электродами. Диоды обычно используются во многих проектах в области электроники и включены во многие из лучших стартовых комплектов Arduino.

Символ диода

Символ диода показан ниже. Стрелка указывает в направлении обычного потока тока в состоянии прямого смещения. Это означает, что анод подключен к стороне p, а катод подключен к стороне n.

Мы можем создать простой диод с PN переходом, легируя пятивалентную или донорную примесь в одной части и трехвалентную или акцепторную примесь в другой части кристаллического блока кремния или германия.

Эти легирующие примеси образуют PN переход в средней части блока.Мы также можем сформировать PN-переход, соединив полупроводник p-типа и полупроводник n-типа вместе с помощью специальной технологии изготовления. Клемма, подключенная к р-типу, является анодом. Вывод, подключенный к стороне n-типа, является катодом.

Принцип работы диода

Принцип работы диода зависит от взаимодействия полупроводников n-типа и p-типа. Полупроводник n-типа имеет много свободных электронов и очень мало дырок. Другими словами, мы можем сказать, что концентрация свободных электронов высока, а дырок очень мала в полупроводнике n-типа.

Свободные электроны в полупроводнике n-типа называются основными носителями заряда, а дырки в полупроводнике n-типа называются неосновными носителями заряда.

Полупроводник p-типа имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов. Дырки в полупроводнике p-типа являются основными носителями заряда, а свободные электроны в полупроводнике p-типа являются неосновными носителями заряда.

Если вы предпочитаете видео-объяснение того, что такое диод, посмотрите видео ниже:

Несмещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда одна область n-типа и одна область p-типа войти в контакт.Здесь из-за разницы концентраций большинство носителей диффундируют с одной стороны на другую. Поскольку концентрация дырок высока в области p-типа и низкая в области n-типа, дырки начинают диффундировать из области p-типа в область n-типа.

Опять же, концентрация свободных электронов высока в области n-типа и мала в области p-типа, и по этой причине свободные электроны начинают диффундировать из области n-типа в область p-типа.

Свободные электроны, диффундирующие в область p-типа из области n-типа, рекомбинируют с имеющимися там дырками и создают незакрытые отрицательные ионы в области p-типа.Точно так же дырки, диффундирующие в область n-типа из области p-типа, будут рекомбинировать со свободными электронами, доступными там, и создавать непокрытые положительные ионы в области n-типа.

Таким образом, будет слой отрицательных ионов на стороне p-типа, а слой положительных ионов в области n-типа появится вдоль линии соединения этих двух типов полупроводников. Слои непокрытых положительных ионов и непокрытых отрицательных ионов образуют область в середине диода, где нет носителей заряда, поскольку все носители заряда рекомбинируются здесь, в этой области.Из-за отсутствия носителей заряда эта область называется обедненной.

После образования обедненной области диффузия носителей заряда с одной стороны на другую в диоде больше не происходит. Это связано с тем, что электрическое поле, возникающее в обедненной области, предотвращает дальнейшую миграцию носителей заряда с одной стороны на другую.

Потенциал слоя непокрытых положительных ионов на стороне n-типа отталкивает дырки на стороне p-типа, а потенциал слоя непокрытых отрицательных ионов на стороне p-типа отталкивает свободные электроны на стороне p-типа. сторона n-типа.Это означает, что на стыке создается потенциальный барьер для предотвращения дальнейшей диффузии носителей заряда.

Диод с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если положительный вывод источника подключен к стороне p-типа, а отрицательный вывод источника подключен к стороне n-типа диода, и если мы увеличим напряжение этого источника медленно с нуля.

Вначале через диод не течет ток. Это связано с тем, что, хотя к диоду приложено внешнее электрическое поле, большинство носителей заряда все еще не получают достаточного влияния внешнего поля, чтобы пересечь область обеднения.Как мы уже говорили, область обеднения действует как потенциальный барьер против основных носителей заряда.

Этот потенциальный барьер называется прямым потенциальным барьером. Большинство носителей заряда начинают пересекать прямой потенциальный барьер только тогда, когда значение внешнего приложенного напряжения на переходе превышает потенциал прямого барьера. Для кремниевых диодов потенциал прямого барьера составляет 0,7 В, а для германиевых диодов — 0,3 В.

Когда внешнее прямое напряжение на диоде становится больше, чем прямой барьерный потенциал, свободные основные носители заряда начинают пересекать барьер и вносят свой вклад в прямой ток диода.В этой ситуации диод будет вести себя как закороченный путь, и прямой ток будет ограничиваться только внешними резисторами, подключенными к диоду.

Обратно смещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы подключим отрицательный вывод источника напряжения к стороне p-типа, а положительный вывод источника напряжения — к стороне n-типа диода. В этом состоянии из-за электростатического притяжения отрицательного потенциала источника дырки в области p-типа будут больше смещаться от перехода, оставляя больше открытых отрицательных ионов на переходе.

Таким же образом свободные электроны в области n-типа будут больше смещаться от перехода к положительному выводу источника напряжения, оставляя в переходе больше непокрытых положительных ионов.

В результате этого явления область истощения становится шире. Это состояние диода называется состоянием обратного смещения. В этом случае основные носители не пересекают перекресток, а вместо этого удаляются от перекрестка. Таким образом, диод блокирует прохождение тока при обратном смещении.

Как мы уже говорили в начале статьи, в полупроводнике p-типа всегда есть несколько свободных электронов, а в полупроводнике n-типа есть дырки. Эти противоположные носители заряда в полупроводнике называются неосновными носителями заряда.

В состоянии обратного смещения дырки, оказавшиеся на стороне n-типа, легко пересекли бы область обеднения с обратным смещением, поскольку поле в области обеднения не присутствует, а скорее помогает неосновным носителям заряда пересекать область обеднения.

В результате через диод протекает крошечный ток от положительной стороны к отрицательной. Амплитуда этого тока очень мала, так как количество неосновных носителей заряда в диоде очень мало. Этот ток называется током обратного насыщения.

Если обратное напряжение на диоде превышает безопасное значение из-за более высокой электростатической силы и из-за более высокой кинетической энергии неосновных носителей заряда, сталкивающихся с атомами, ряд ковалентных связей разрывается, что приводит к появлению огромного количества свободных электронов. -отверстие пары в диоде и процесс накопительный.

Огромное количество таких генерируемых носителей заряда способствовало бы возникновению большого обратного тока в диоде. Если этот ток не ограничен внешним сопротивлением, подключенным к цепи диода, диод может навсегда выйти из строя.

Типы диодов

Типы диодов включают:

1. Стабилитрон
2. PN переходной диод
3. Туннельный диод
4. Варакторный диод
5. Диод Шоттки
6. Фотодиод
7. Лазерный диод
8. Лавинный диод
9. Светодиод

Базовые знания диода — apogeeweb

Добро пожаловать в диоды!

Основы диодов

Что такое диод и его характеристики?

Диод — это электронный компонент с двумя выводами, который проводит ток в основном в одном направлении (при условии, что он работает в пределах указанного уровня напряжения).Другими словами, диод по сути похож на вентиль в электрической цепи.

Все они обладают уникальными характеристиками, которые определяют их фактическую работу, такими как соотношение тока и напряжения (включая прямое смещение, обратное смещение и пробой), прямое напряжение, напряжение пробоя и так далее.

Идеальный диод будет иметь нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Хотя в реальном мире диод не может добиться нулевого или бесконечного сопротивления.Вместо этого диод будет иметь незначительное сопротивление в одном направлении (для обеспечения протекания тока) и очень высокое сопротивление в обратном направлении (для предотвращения протекания тока). Узнайте больше о диоде, проверив эту страницу дальше.

Типы диодов

Какие бывают типы диодов?

Существует множество различных типов диодов, и полупроводниковые диоды являются наиболее распространенным типом диодов. Чаще всего используются обычные диоды (такие как стандартные сигнальные диоды , ), силовые диоды, светодиоды , (светодиоды), диоды Шоттки , , стабилитроны , фотодиоды и так далее.

Диоды в основном делятся на две категории:

Ламповые диоды
↪️Первая вакуумная лампа, называемая вакуумным диодом. Его еще называют клапаном Флеминга или термоэлектронной трубкой. Вакуумный диод — это электронное устройство, которое пропускает электрический ток в одном направлении (от катода к аноду) и блокирует электрический ток в другом направлении (от анода к катоду).

Полупроводниковые диоды
↪️Полупроводниковый диод — это диод, сделанный из полупроводникового материала, чаще всего кремния.Это своего рода дверь, через которую проходит электричество, но она открывается только в одну сторону.

Применение диодов

Для чего нужны диоды? Диоды

имеют широкий спектр применения. Например, диод всегда действует как односторонний переключатель тока, что позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Обычно почти в каждой цепи можно найти диод того или иного типа. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения.Это достигается за счет встроенного электрического поля.

Области применения диодов: системы связи в качестве ограничителей, ограничителей, затворов; компьютерные системы как логические вентили, фиксаторы; системы электроснабжения в виде выпрямителей и инверторов; телевизионные системы в качестве фазовых детекторов, ограничителей, фиксаторов; схемы радара, такие как схемы регулировки усиления, усилители параметров и т. д.

↪️Диоды используются в зажимных цепях для восстановления постоянного тока.
↪️Диоды используются в схемах ограничения для формирования сигналов.
↪️Диоды используются в умножителях напряжения.
↪️Диоды используются в качестве переключателей в цифровых логических схемах, используемых в компьютерах.

Конструкция диодной схемы

Как диод работает в цепи?

Наиболее распространенным видом диодов в современной схемотехнике является полупроводниковый диод. Процесс проектирования схемы может охватывать системы, начиная от сложных электронных систем и заканчивая отдельными диодами внутри интегральной схемы.Проверьте здесь, чтобы узнать о других вариантах использования диодов в схемах.

В электронной схеме, в идеале, диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет в прямом направлении. К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее. Сохраните важные характеристики диода в цепи, вольт-амперные характеристики (V-I) , прямое падение напряжения…. обратное падение напряжения, которое приведет к обратному течению тока и в большинстве случаев разрушит диод.

Все, что вы хотели знать и многое другое

Добро пожаловать в мир диодов. В этом руководстве я расскажу вам обо всех основных моментах, от диодов до их использования в электронике.

Это часть нашей серии статей о диодах и транзисторах.

Что такое диод?

Самый простой способ определить диод — это:

Определение диода

= электрический компонент, который проводит ток в основном в одном направлении

Эта уникальная возможность делает диоды очень полезными в электронике.Они похожи на дороги с односторонним движением в городе. По этой аналогии они позволяют вам направлять поток так, как вы хотите.

# 1 Урок для диодов заключается в том, что они похожи на односторонние вентили, которые позволяют вам контролировать направление тока, протекающего через вашу схему.

Как работает диод?

Чтобы увидеть, как работает диод, давайте посмотрим на поведение диода.

Идеальный диод

Диод выполняет две функции:

1. позволяет току течь в одном направлении, называемом прямым направлением
2. блокирует ток в другом направлении, называемом обратным направлением

Он идеален в том смысле, что он делает и то, и другое отлично.Если бы мы построили график зависимости тока через диод от напряжения, это выглядело бы, как следующая идеальная ВАХ диода.

Реальные диоды не так совершенны из-за процесса изготовления. Мы обсудим, почему, по мере продолжения.

Символ диода

Оказывается, есть простой способ представить диоды с помощью символов на схеме. Вот они:

Обратите внимание, что существует множество различных обозначений диодов для типов диодов. Это небольшие отклонения от штатной диодной схемы.

Например, символ стабилитрона просто имеет две дополнительные линии, направленные в противоположные стороны.

Полярность диода

Теперь, когда у нас есть хорошая основа, мы должны обсудить полярность диода. Оказывается, направление диода играет ключевую роль в его поведении.

Почему?

Ну это тут физика в диоде. Давайте разберем два конца диода следующим образом:

Диодный анод: положительный конец диода, когда напряжение здесь выше, чем на катоде, и достаточно высокое, чтобы включить диод, через него будет протекать ток

Диод Катод: отрицательный конец диода, он не будет пропускать ток через этот конец, если напряжение не станет достаточно высоким, чтобы диод не мог с ним справиться, что известно как пробой.

PN Junction Diode

Физика твердого тела, лежащая в основе работы PN-диода, связана с манипуляциями с электронами.

Оказывается, мы можем изготавливать материалы с избытком электронов, N-тип, а также без электронов, или P-тип.

Когда мы помещаем материал N-типа рядом с материалом P-типа, мы получаем аккуратное поведение.

Секция P-типа, не имеющая электронов, действует как «дырки», которые создают положительные носители заряда.

Секция N-типа имеет избыток электронов.

Так почему бы электронам не присоединиться к дыркам и не уравновесить все в материале? электроны, потому что они сдвинуты по отношению друг к другу.

Когда на диод подается прямое напряжение, что означает, что на анод подается более положительное напряжение, то сдвиг между электронами и отверстиями перемещается намного ближе друг к другу, обеспечивая хорошее движение электронов (тока) через устройство.

Так создается ваша улица с односторонним движением.

Когда применяется обратное напряжение смещения, сдвиг между электронами и дырками, который уже существует, перемещается еще больше, что затрудняет прохождение электронов через диод.

Дорожный блок для тока создан.

Что делает диод

Как мы уже говорили, диоды похожи на улицу с односторонним движением. Мы можем использовать их, чтобы помочь направить ток определенными путями и предотвратить его возвращение определенными путями.

Мы более подробно рассмотрим различные способы использования диодов позже, в разделе «Использование диодов».

Во-первых, давайте обсудим еще несколько ключевых понятий о диодах.

Диод с прямым смещением

Что означает наличие диода с прямым смещением? Ответ довольно прост, если посмотреть на него правильно.

Видите ли, диод сам по себе состоит из материала N-типа и P-типа, зажатого вместе, как мы уже обсуждали ранее.

Объединяя эти два материала и их поведение, мы получаем то, что называется областью истощения, которая препятствует легкому протеканию тока через устройство.

Однако, если мы приложим прямое напряжение, которое обычно составляет 0,7 В для общего диода, между анодом и катодом, мы можем заставить исчезнуть область обеднения, что позволит току легко течь через диод.

Мы можем видеть этот эффект на изображении выше. Обратите внимание, как на анод подается 0,7 Вольт по сравнению с катодом в нижнем примере, и теперь ток свободно течет через устройство, потому что область обеднения исчезла.

Диод обратного смещения

Точно так же, как прямое напряжение может удалить область обеднения, напряжение обратного смещения может сделать область обеднения еще больше.

Это дает эффект усиления блокирующей способности диода, не позволяя току течь от катода к аноду через устройство.

Типичный диод имеет диапазон напряжения обратного смещения до 50 вольт. Конечно, вы можете получить диоды, которые идут намного выше этого. Иногда в технических данных эту переменную называют напряжением блокировки постоянного тока.

Как вы можете видеть на изображении выше, приложив напряжение к катодному концу диода в нижнем примере, вы можете еще больше увеличить область обеднения, блокируя протекание любого тока через устройство.

Утечка обратного смещения

Настоящие диоды не идеальны, так как некоторый ток утечки будет проходить от катода к аноду. Однако это количество обычно невелико, но если это проблема для вашей конструкции, важен правильный выбор диода.

Напряжение пробоя

Что произойдет, если мы продолжим увеличивать напряжение на катоде и превысим номинальное значение обратного смещения на диод?

Авария — вот что происходит. Это происходит тогда, когда диод выходит за рамки ожидаемых характеристик, и теперь диод начинает пропускать ток через него от катода к аноду.

Большинство диодов обычно повреждаются, когда это происходит

Характеристики диода

Чтобы наглядно представить себе, что мы только что узнали, давайте посмотрим на график, который показывает различные режимы работы диода. Это ВАХ реального диода.

Обратите внимание, как ток по оси Y протекает через диод при прямом напряжении 0,7 В для типичного диода. При пробивном напряжении ток начинает течь в противоположном направлении, что составляет -50 Вольт для типичного диода.

Все настоящие диоды также будут иметь ток утечки, в котором ток будет течь от катода к аноду без прямого смещения.

Иногда есть другие характеристики, которые вам могут понадобиться, например, сопротивление диода. Для многих схем этот фактор не имеет значения.

Однако для более чувствительных схем одним из способов определения сопротивления диода в режиме прямого смещения является использование классического уравнения сопротивления = напряжение / ток.

В этом случае вы можете измерить падение напряжения на диоде для различных режимов схемы, которые вам интересны, в зависимости от тока через диод.

Уравнение диода

Полезным упражнением для понимания поведения диода является изучение уравнения тока диода.

Давайте сначала рассмотрим уравнение идеального диода, а затем посмотрим, как эффекты реального мира меняют его поведение. Это выглядит следующим образом:

где:

• Is = ток темнового насыщения
• q = значение заряда электрона
• Vd = напряжение на диоде
• n = идеальный коэффициент, n = 1 для идеальных диодов и n = от 1 до 2 для реальных диоды
• k = постоянная Больцмана, 1.38064852E-23 Джоуль / Кельвин
• T = температура (Кельвин)

Чтобы сократить уравнение, мы знаем, что kT / q — это то, что называется тепловым напряжением, или Vt. Мы можем изменить уравнение следующим образом:

Здесь Vt = 0,026 В при нормальной температуре.

Как видите, уравнение нелинейное, что затрудняет моделирование поведения диодов. Это просто означает, что настоящие диоды в основном делают то же, что и идеальные, но не идеально.

Если вас интересует моделирование диодов, здесь есть отличная статья.

Типы диодов

Лавинный диод

Лавинные диоды — это диоды, которые специально предназначены для работы в режиме пробивного напряжения. Следовательно, они не повреждаются при переходе в режим пробоя, потому что их конструкция более равномерно распределяет плотность тока.

Эти диоды обычно используются как форма защиты от нежелательных или неожиданных напряжений. Они могут переходить в режим пробоя и отводить избыточную энергию в землю, сохраняя цепь, которая не предназначена для работы с этими напряжениями.

Германиевый диод

Обычные диоды сделаны из кремния, который обладает особыми свойствами, которые приводят к его прямому напряжению 0,7 Вольт. Но что, если вам нужен диод с более низким напряжением?

Вот где может пригодиться германиевый диод. Учитывая свойства материала, эти диоды имеют типичное прямое напряжение 0,3 В.

Низкое напряжение делает этот тип диода удобным в аудио- и FM-схемах. Раньше это был популярный диод еще до того, как кремниевые диоды стали мейнстримом.

Диод Ганна

Диод Ганна также известен как устройство с переносом электронов (TED). Он отличается от других диодов тем, что имеет только материал N-типа (в нем нет материала P-типа).

Он имеет две секции материала N-типа, соединенные тонкой секцией материала N-типа. Что происходит, так это то, что по мере увеличения напряжения на устройстве ток увеличивается до определенной точки, в которой ток начинает уменьшаться.

Это заставляет устройство работать так, как будто оно имеет отрицательное сопротивление.Он также может проводить ток в обоих направлениях из-за отсутствия материала P-типа.

Они обычно используются в схемах электронных генераторов для создания микроволн, в том числе радарных стрелок и автоматических открывателей дверей.

Светодиодный диод

Светодиодный диод обозначает светоизлучающий диод. Диодный светодиод — это устройство, которое излучает фотоны, когда через него проходит ток.

Светодиоды в наши дни чрезвычайно распространены и их можно найти повсюду в электронике. Цена снизилась до такой степени, что они даже используются в схемах для обозначения функций на уровне платы.

Новые технологии работают над снижением стоимости органических светодиодов, которые предлагают еще больше преимуществ, включая гибкие дисплеи.

Фотодиод

Фотодиод — это устройство, которое генерирует ток, когда поглощает фотоны. Следовательно, эти устройства удобны для обнаружения фотонов на многих различных длинах волн.

Фактически, все технологии цифровых камер работают с использованием матрицы фотодиодов, где каждый диод считается пикселем.

Есть даже такие вещи, как детекторы с диодной матрицей, которые имеют массив фотодиодов, которые работают при обнаружении различных длин волн света, так что можно собрать широкий спектральный диапазон информации.

PIN-диод

PIN-диод, как следует из названия, — это место, где нелегированный материал помещается между материалами P-типа и N-типа. Нелегированный материал создает так называемую внутреннюю область.

Эти диоды удобны в высокочастотных цепях. Из них получаются отличные ВЧ- и СВЧ-аттенюаторы и переключатели.

Диод Шоттки

Диод Шоттки — это диод, в котором удаляется материал P-типа, а вместо материала N-типа используется металл для создания диода.

Преимущество — более низкое прямое напряжение, которое помогает увеличить частоту коммутации в определенных приложениях. Это в сочетании с более быстрым временем восстановления делает их полезными в схемах, таких как импульсные источники питания.

Диод Шокли

Диод Шокли — один из первых, изобретенных Уильямом Шокли.Он состоял из четырех слоев материала PNPN.

Эти диоды больше не производятся, но их поведение можно имитировать с помощью динисторов.

Кремниевый диод

Кремниевые диоды — это обычные диоды, которые вы найдете в схемах каждый день. Они наиболее распространены и обычно имеют прямое напряжение около 0,7 В.

Изображение 1N914 можно увидеть ниже.

Туннельный диод

Туннельный диод использует эффект, называемый квантовым туннелированием.

В этих устройствах замечательно то, что сначала ток очень легко проходит от анода к катоду. Затем, когда прямое напряжение увеличивается, ток, протекающий через устройство, уменьшается, создавая отрицательное сопротивление.

Затем по мере увеличения напряжения он начинает работать как обычный диод. Однако диод желателен из-за его области отрицательного сопротивления. Они полезны в схемах преобразователя частоты и детектора.

Варакторный диод

Назначение варакторного диода — использовать зависящую от напряжения емкость диода в режиме обратного смещения.

По сути, они могут использоваться в качестве конденсаторов с регулируемым напряжением и удобны в схемах генератора и умножителя частоты.

Стабилитрон

Стабилитроны имеют гораздо более резкую кривую тока, чем другие диоды в области пробоя.

Это означает, что, хотя они работают как другие обычные диоды (от анода к катоду), они также могут пропускать ток в обратном направлении (от катода к аноду) при достижении напряжения обратного смещения.

Другие диоды не предназначены для работы в режим пробивного напряжения, тогда как стабилитроны рассчитаны на работу именно там.

Общие диоды

Серия 1N400X

Отличным диодом общего назначения для многих различных приложений является серия 1N400X. Их часто можно найти в цепях питания постоянного тока для защиты. Изображение диода 1N4001 можно увидеть ниже.

Вот почему они великолепны:

• низкая стоимость
• низкая обратная утечка
• высокий прямой импульсный ток
• максимальный прямой ток = 1 ампер
• максимальное прямое напряжение при максимальном токе = 1,1 вольт
• максимальное обратное напряжение смещения меняется на выбранной части X, от 50 В до 1000 В

Некоторые конкретные примеры:

1. 1N4001 диод — обратное смещение = 50 Вольт, перемычка
2. 1N4004 диод — обратное смещение = 400 Вольт, перемычка
3. 1N4007 диод — обратное смещение = 1000 В, ссылка

1N540X Series

Если вам нужен больший прямой ток, то серия 1N540X — отличный вариант.Они очень похожи на серию 1N400X, за исключением:

• максимальный прямой ток = 3 А
• импульсный ток намного выше

Пример:

1N5408 диод — обратное смещение = 1000 Вольт, л чернил

Слабый сигнал

Для других типов схем, включая приложения с малым сигналом, доступны более подходящие диоды.

Эти диоды пригодятся, когда вы имеете дело с более низкими токами и напряжениями.

Вот несколько отличных примеров:

1. 1N914 диод — обратное смещение = 100 вольт, прямой ток = 0.2 А, ссылка
2. 1N4148 — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0,2 А, ссылка

Упаковка диодов

Диоды поставляются во многих различных вариантах корпуса, включая сквозное отверстие, поверхностный монтаж и подобные корпуса большего размера используется в ВЧ-устройствах и приложениях большой мощности

В зависимости от технических характеристик диода его размер может быть разным. Например, высоковольтные диоды будут иметь гораздо больший размер, чем низковольтные.

Маркировка диодов

Диоды будут иметь определенную маркировку для обозначения номера детали, а также полярности устройства.

Например, диоды со сквозным отверстием будут иметь цифры, напечатанные на детали, а также будут иметь тонкую полосу на одном конце диода, обозначающую катод.

Техническое описание детали покажет вам, из чего состоит маркировка и что они означают.

Пример германиевого диода со сквозным отверстием можно увидеть ниже.

Использование диодов

Давайте рассмотрим некоторые из самых популярных схем диодов, чтобы лучше понять, как использовать диоды.

Выпрямительный диод

Диодный выпрямитель — один из наиболее распространенных способов использования диода.Давайте теперь рассмотрим несколько конкретных примеров.

Диодный мост

Здесь стоит упомянуть две разновидности: полуволновые и двухполупериодные выпрямители.

Полуволновой выпрямитель

Допустим, у вас есть сигнал переменного тока (AC), и вам нужна только часть сигнал выше 0 В. Для этого можно использовать диод.

Обычно схемы этого типа используются для выпрямителя переменного тока на 120 В. Как показано ниже, это называется полуволновым выпрямителем.

Обратите внимание, как передаются только положительные компоненты входного сигнала, а отрицательные — нет.

Проблема в том, что в этом примере вы получаете только половину сигнала, положительную половину. Во многих ситуациях это может быть все, что вам нужно.

В ситуациях, когда вам нужны оба компонента, вам понадобится полная волна, которую мы рассмотрим далее.

Полнополупериодный выпрямитель

Полнополупериодный выпрямитель представляет собой комбинацию из 4 диодов вместе, чтобы преобразовать как положительную, так и отрицательную составляющие сигнала в положительный выход.

Диоды расположены таким образом, что входной сигнал всегда проходит через диоды, независимо от его положительного или отрицательного напряжения. Такое расположение диодов можно увидеть ниже.

Входной сигнал преобразуется во все положительные, как показано ниже (вход и выход имеют цвет, соответствующий приведенной выше диаграмме.

Двухполупериодные выпрямители

поставляются в готовой упаковке с более высокими предельными значениями тока. Пример можно увидеть ниже.

Вы также можете расположить свои собственные диоды по отдельности, чтобы создать свой собственный двухполупериодный мост.Вы можете выбрать хорошие силовые диоды или диоды с более высоким прямым током и более высоким напряжением пробоя для вашего приложения.

Детали 1N4007 и 1N5408 — отличный выбор для прямого выпрямления 120 В переменного тока, в зависимости от ваших требований к максимальному току. Обратите внимание, что максимальное обратное смещение здесь имеет решающее значение, и номинальное напряжение в 1000 вольт на этих деталях дает вам большой запас прочности.

Если вы используете понижающий трансформатор между 120 В переменного тока и двухполупериодным мостом, определите максимальное напряжение и убедитесь, что выбранные вами диоды имеют достаточный запас (в 2-3 раза выше) для обратного смещения.

Если вы заинтересованы в сглаживании пульсаций, вы можете использовать конденсатор на выходе, который подходит для вашего тока в вашей цепи, и получить хорошее постоянное напряжение на выходе.

Обратный диод

Есть много названий для того же типа диода, включая демпферный диод, диод свободного хода и ограничительный диод.

Обратный диод — удобный способ использования диода для уменьшения внезапных скачков напряжения, которые возникают при внезапном изменении тока через индуктивную нагрузку .

Как мы обсуждали в статье об индукторах, всякий раз, когда индуктор видит изменение тока, проходящего через него, он создает всплеск напряжения ЭДС, чтобы попытаться стабилизировать изменение тока.

Во многих схемах эта генерируемая ЭДС обычно нежелательна и иногда может вызывать повреждение других частей схемы.

Во избежание повреждения диод может быть размещен таким образом, чтобы в случае скачка напряжения ЭДС через диод протекал ток, а не через другие компоненты схемы, которые могут быть повреждены.

Распространенной схемой, где это полезно, является управление маленьким вентилятором или релейным индуктором. Как правило, большинство цифровых выводов могут давать ток менее 20 мА, поэтому это необходимо для усилителя тока. См. Пример схемы диода ниже.

Здесь хорошо работает NPN-транзистор, потому что цифровой вывод может подавать 10 миллиампер для включения NPN-транзистора, а транзистор может обрабатывать примерно ампер тока, необходимого для вентилятора или катушки индуктивности реле.

Каждый раз, когда транзистор выключается, в катушке индуктивности происходит резкое падение тока и возникает всплеск обратной ЭДС.

Без диода пик будет проходить через транзистор, обычно повреждая его. При размещении диода параллельно катушке индуктивности скачок напряжения ЭДС включает диод и позволяет току течь через диод и обратно в катушку индуктивности, где он рассеивается.

Этот обратный ток обратно в катушку индуктивности и является источником названия этого типа диода.

Для диода D1 в приведенной выше схеме обычно выбирают 1N4001, который имеет прямой ток 1 А. , высокий импульсный ток и обратное смещение 50 Вольт.Это хорошо работает в цепях с напряжением 12 В. Если у вас напряжение выше, вам может понадобиться более способная деталь.

Стабилитрон-стабилизатор напряжения

Как уже говорилось ранее, стабилитроны предназначены для работы в режиме напряжения пробоя.

Одним из способов воспользоваться этим преимуществом является стабилитрон. Нам просто нужен правильно подобранный резистор и стабилитрон, чтобы получить желаемое выходное напряжение

Пример схемы стабилитрона можно увидеть ниже.

Стабилитрон ограничивает входное напряжение до напряжения пробоя диода в этой цепи для выхода.Для этого он должен пропускать ток через диод, который будет рассеиваться в виде тепла, но только тогда, когда входное напряжение выше напряжения пробоя.

Требуемое выходное напряжение будет определять стабилитрон, поскольку вы выбираете диод на основе его напряжения пробоя, чтобы соответствовать выходному напряжению. Вы должны получить диод, способный выдержать рассеиваемую мощность.

Резистор необходимо тщательно выбирать в зависимости от силы тока цепи. Отличный калькулятор для выбора этих деталей здесь.

Блокирующий диод

Такое использование диода — это просто название ситуации, когда диод используется для управления током, протекающим только в одном направлении.

Отличный пример — схема солнечной панели и зарядного устройства. Когда солнце отсутствует и солнечные панели вырабатывают ток, они обычно имеют более высокое напряжение, чем батарея, которую заряжает цепь, поэтому ток будет течь от панелей в батарею.

Однако в ночное время солнечный свет не попадает на солнечные панели, поэтому они не будут вырабатывать ток.Батарея в этот момент будет иметь более высокое напряжение, и без блокирующего диода ток будет течь от батареи к панелям, тратя энергию.

Когда диод помещается между солнечными панелями и батареей, он позволяет току течь от панелей к батарее, но не позволяет току течь от батареи к панелям.

Следовательно, он «блокирует» протекание тока нежелательным образом

Еще одно место, где это полезно, — это батареи в цепи.Каждый раз, когда есть вероятность, что кто-то может вставить батареи задом наперед или подключить питание постоянного тока наоборот, отличный способ защитить цепь — это использовать блокирующий диод.

Диод гарантирует, что только правильная полярность напряжения позволит току течь в цепи, защищая их от отрицательного напряжения.

Загвоздка в том, что вы должны выбрать диод, который может выдерживать максимальный прямой ток, который будут тянуть цепи. Кроме того, напряжение в цепи будет уменьшено прямым напряжением диода.

Ограничивающий диод

Ограничивающий диод — это просто способ использования конденсатора и диода для управления уровнем постоянного тока сигнала.

В приведенном ниже примере схемы конденсатор и диод создают смещение постоянного тока на входном сигнале переменного тока.

Если мы хотим изменить направление смещения постоянного тока, мы просто меняем направление диода, как показано ниже.

Вы можете пойти еще дальше, если поместите источник напряжения между диодом и землей, чтобы можно было добавить дополнительное смещение постоянного тока в желаемом направлении.

Обрезной диод

В отличие от прижимного является клипсование. Здесь вы можете использовать последовательный резистор и диод, чтобы отсечь нежелательную часть входного сигнала.

Для положительного ограничения диод расположен так, что он включен, когда сигнал выше прямого напряжения, и, следовательно, диод проводит ток, ограничивая верхнее напряжение на уровне около 0,7 В.

Пример можно увидеть ниже. R2 — это просто пример резистора и не требуется.

Обратите внимание на то, что в приведенном выше примере максимальное верхнее напряжение ограничено 0,7 В, которое является прямым напряжением диода.

Если требуется отрицательное ограничение, вы можете просто перевернуть диод. В этом случае, когда входной сигнал отрицательный, за пределами прямого напряжения, диод будет включаться и проводить ток, ограничивая отрицательный сигнал на уровне -0,7 В.

Пример ниже. Опять же, R2 не требуется.

Обратите внимание на то, что в приведенном выше примере отрицательная часть сигнала обрезается до -0.7 Вольт.

Чтобы пойти еще дальше, вы можете добавить напряжение между диодом и землей, чтобы сместить место ограничения входного сигнала.

Вы также можете выполнить как положительное, так и отрицательное ограничение вместе, разместив два диода параллельно с противоположными полярностями, чтобы ограничить верхнюю и нижнюю части сигнала.

Вам понравилась эта статья или у вас есть интересный опыт работы с диодами? Сообщите нам об этом в комментариях ниже!

ОСНОВЫ ФОТОДИОДОВ — волновая электроника

Что такое фотодиод?

Фотодиод — это полупроводниковый прибор с P-N переходом, который преобразует фотоны (или свет) в электрический ток.В слое P много дырок (положительно), а в слое N — электронов (отрицательно). Фотодиоды могут быть изготовлены из различных материалов, включая, помимо прочего, кремний, германий и арсенид индия, галлия. Каждый материал обладает разными свойствами, обеспечивающими экономическую выгоду, повышенную чувствительность, диапазон длин волн, низкий уровень шума или даже скорость отклика.

На рисунке 1 показано поперечное сечение типичного фотодиода. Область обеднения образуется в результате диффузии электронов из слоя N в слой P и диффузии дырок из слоя P в слой N.Это создает область между двумя слоями, где отсутствуют свободные носители. Это создает встроенное напряжение для создания электрического поля в области истощения. Это позволяет току течь только в одном направлении (от анода к катоду). Фотодиод может быть смещен в прямом направлении, но генерируемый ток будет течь в противоположном направлении. Вот почему большинство фотодиодов имеют обратное смещение или вообще не смещены. Некоторые фотодиоды не могут быть смещены вперед без повреждения
.

Фотон может ударить атом внутри устройства и высвободить электрон, если у фотона достаточно энергии.Это создает пару электрон-дырка (e- и h +), где дырка — это просто «пустое пространство» для электрона. Если фотоны поглощаются слоями P или N, пары дырок электронов будут рекомбинированы в материалах с выделением тепла, если они находятся достаточно далеко (по крайней мере, на одну длину диффузии) от области обеднения. Фотоны, поглощенные в области истощения (или около нее), будут создавать пары электронных дырок, которые будут перемещаться к противоположным концам из-за электрического поля. Электроны будут двигаться к положительному потенциалу на катоде, а дырки будут двигаться к отрицательному потенциалу на аноде.Эти движущиеся носители заряда образуют ток (фототок) в фотодиоде. На рисунке 1 показаны различные слои фотодиода (P-N переход), а также несколько точек подключения сверху и снизу.

Рисунок 1. Поперечное сечение фотодиода P-N

Область истощения создает емкость в фотодиоде, где границы области действуют как пластины конденсатора с параллельными пластинами. Емкость обратно пропорциональна ширине обедненной области.Напряжение обратного смещения также влияет на емкость области.

Ключевые рабочие характеристики

Есть четыре основных параметра, используемых при выборе правильного фотодиода, а также при выборе обратного смещения фотодиода.

• Отклик (скорость / время) фотодиода определяется емкостью P-N перехода. Это время, необходимое носителям заряда, чтобы пересечь P-N переход. На это напрямую влияет ширина обедненной области.
• Чувствительность — это отношение фототока, генерируемого падающим светом, к мощности падающего света. Обычно это выражается в единицах A / W (превышение силы тока над мощностью). Типичная кривая чувствительности фотодиода показывает зависимость A / W от длины волны. Это называется квантовой эффективностью.
• Темновой ток — это ток в фотодиоде при отсутствии падающего света. Это может быть одним из основных источников шума в фотодиодной системе. Фототок от фонового излучения также может быть включен в это измерение.Фотодиоды обычно помещаются в корпус
  , который не позволяет свету попадать на фотодиод для измерения темнового тока. Поскольку ток, генерируемый фотодиодом, может быть очень небольшим, уровни темнового тока могут скрывать ток, создаваемый падающим светом при низких уровнях освещенности. Темновой ток увеличивается с температурой. Без смещения темновой ток может быть очень низким. Идеальный фотодиод не имел бы темнового тока.
• Напряжение пробоя — это наибольшее обратное напряжение, которое может быть приложено к фотодиоду до экспоненциального увеличения тока утечки или темнового тока.Фотодиоды должны работать ниже этого максимального приложенного обратного смещения, иначе может произойти повреждение фотодиода. Напряжение пробоя уменьшается с повышением температуры.

Другие важные параметры включают материал, размер фотодиода и активной области, а также стоимость. При поиске фотодиодов для исследования или приложения необходимо внимательно отнестись к этому вопросу. Фотодиоды, изготовленные из разных материалов (кремний, германий, фосфид арсенида галлия индия или арсенид галлия индия), имеют разные уровни чувствительности, а также разные скорости и темновой ток.Кремний, например, обеспечивает чувствительность для длин волн от ~ 400 до 1000 нм. Однако он имеет самую высокую чувствительность на более высоких длинах волн (~ 900 нм). Германий, с другой стороны, обеспечивает чувствительность для длин волн от ~ 800 до 1600 нм (с пиком ~ 1400 нм). Материал фотодиода имеет решающее значение при выборе подходящего фотодиода для включения в вашу систему лазерных диодов.

Типы фотодиодов

СОЕДИНЕНИЕ P-N

Это самый простой фотодиод.Физика работы фотодиода на P-N-переходе была рассмотрена ранее. Фотодиоды PIN и APD являются вариациями от P-N перехода.

Область истощения содержит несколько свободных носителей заряда, и шириной области истощения можно управлять, добавляя смещение напряжения.

Ток, проходящий через фотодиод, может течь только в одном направлении в зависимости от материалов, легированных P и N. При обратном смещении ток не будет проходить через фотодиод без падающего света, создающего фототок.

PIN ФОТОДИОД

PIN-фотодиод похож на P-N переход с одним существенным отличием. Вместо размещения слоев P и N вместе для создания обедненной области, внутренний слой помещается между двумя легированными слоями. Этот слой показан на рис. 2 . Этот внутренний слой обладает высоким сопротивлением и увеличивает напряженность электрического поля в фотодиоде. У добавленного внутреннего слоя есть много преимуществ, поскольку область истощения значительно увеличивается.

Емкость перехода уменьшилась, и поэтому скорость фотодиода увеличилась. Увеличенный слой также обеспечивает больший объем преобразования фотонов в электронно-дырочные и более высокую квантовую эффективность.

Рис. 2. Поперечное сечение контактного фотодиода

Фотодиоды

PIN также обладают высокой частотной характеристикой. Основным преимуществом фотодиода с PIN-кодом по сравнению с P-N переходом является высокая скорость отклика от области повышенного обеднения.

ФОТОДИОД ЛАВИНЫ

Лавинные фотодиоды (APD) используют ударную ионизацию (лавинный эффект) для создания внутреннего усиления материала. Для APD требуется высокое обратное смещение (близкое к обратному напряжению пробоя). Каждый фото-сгенерированный носитель создает больше пар и, таким образом, умножается на лавинный пробой. Это создает внутреннее усиление фотодиода, что, в свою очередь, увеличивает эффективную чувствительность (больший ток
, генерируемый на фотон). На рис. 3 показано поперечное сечение ЛФД.

Типичный диапазон спектрального отклика составляет около 300 — 1100 нм. Текущий шум в APD выше, чем в фотодиоде PIN, но усиление сигнала намного больше, что делает отношение сигнал / шум выше в APD. APD обычно имеют более высокую скорость отклика и способность обнаруживать или измерять свет на более низких уровнях.

Рис. 3. Поперечное сечение APD

Режимы работы

РЕЖИМ «ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ» БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Фотодиоды

могут работать без смещения напряжения.APD предназначены для обратного смещения, поэтому этот раздел будет иметь отношение к фотодиодам P-N и PIN. Без добавления напряжения на переходе темновой ток может быть чрезвычайно низким (близким к нулю). Это снижает общий шумовой ток системы. Таким образом, несмещенные фотодиоды P-N или PIN лучше подходят для приложений с низким уровнем освещенности по сравнению с работой со смещением обратного напряжения. (ЛФД с обратным смещением будет по-прежнему обеспечивать более высокую чувствительность, чем фотодиоды P-N или PIN для приложений с низким освещением.) Несмещенные фотодиоды также могут хорошо работать для низкочастотных приложений (до 350 кГц). Несмещенный режим (где V = 0) можно увидеть на рисунке 4 между режимом прямого смещения (зеленый) и режимом обратного смещения (синий). График показывает очень мало темнового тока, если он вообще есть, без смещения, что можно увидеть по отсутствию тока на пересечении кривой ВАХ при V = 0.

Когда светится фотодиод, электрическое поле в обедненной области увеличивается. Это создает фототок, который увеличивается с увеличением потока фотонов.Это чаще всего наблюдается в солнечных элементах, где генерируемое напряжение измеряется между двумя клеммами.

По сравнению с режимом смещения, фотоэлектрический режим имеет меньшее изменение чувствительности фототока в зависимости от температуры.

Основным недостатком объективных фотодиодов является низкая скорость отклика. Без смещения к системе емкость фотодиода максимальна, что приводит к снижению скорости.

РЕЖИМ «ФОТОПРОВОДНИК» ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Когда фотодиод имеет обратное смещение, на переход P-N подается внешнее напряжение.Отрицательный вывод подключается к положительному слою P, а положительный вывод подключается к отрицательному слою N. Это заставляет свободные электроны в слое N притягиваться к положительному выводу, а дырки в слое P притягиваться к отрицательному выводу. Когда на фотодиод подается внешнее напряжение, свободные электроны начинаются с отрицательного вывода и сразу заполняют дырки в P-слое электронами. Это создает в атомах отрицательные ионы с дополнительными электронами.Затем заряженные атомы противодействуют потоку свободных электронов к P-слою. Точно так же дырки производят положительные ионы примерно так же, но в противоположном направлении. При обратном смещении ток будет течь только через фотодиод, а падающий свет будет создавать фототок.

Обратное смещение приводит к увеличению потенциала в области истощения и увеличению ширины области истощения. Это идеально подходит для создания большой площади для поглощения максимального количества фотонов.

Время отклика сокращается за счет обратного смещения за счет увеличения размера обедненного слоя. Эта увеличенная ширина уменьшает емкость перехода и увеличивает скорость дрейфа носителей в фотодиоде. Время доставки перевозчиков сокращается, улучшая время отклика.

К сожалению, увеличение тока смещения увеличивает темновой ток. Этот шум может быть проблемой для очень чувствительных систем, использующих фотодиоды P-N или PIN. Это мешает работе в условиях низкой освещенности.При использовании ЛФД отношение сигнал / шум будет большим независимо от коэффициента усиления фотодиода. Поскольку фотон идеально поглощается в обедненной области, слой P может быть очень тонким. Это можно сбалансировать с помощью обратного смещения, чтобы создать оптимальный фотодиод с более быстрым временем отклика при сохранении как можно более низкого уровня шума.

Еще одним преимуществом работы с обратным смещением является линейный выход (прямая линия в синей части на рис. 4 , ) фотодиода по отношению к освещению.Это просто означает, что напряжение и ток изменяются линейно (прямо пропорционально) с увеличением оптической мощности. Также можно увидеть нелинейность участка прямого смещения (зеленого цвета).

Рисунок 4 показывает участок обратного смещения (синий) с напряжением пробоя рядом с ним (красным). Фотодиоды не должны работать сверх напряжения пробоя. Это повредит фотодиод.

Рис. 4. ВАХ фотодиодов. I ₀ — Темновой ток.I _P — фототок. P показывает ток при разных уровнях освещенности (P ₀ — отсутствие падающего света).

Интеграция с лазерным диодом

Контрольный фотодиод часто интегрируется в корпус лазерного диода производителем лазерного диода. Он производит ток, частично пропорциональный выходной оптической мощности лазерного диода. Если в качестве обратной связи используется ток фотодиода, система управления будет пытаться поддерживать постоянный ток фотодиода (и, следовательно, оптическую мощность лазерного диода).Выходной сигнал регулируемого источника тока будет изменяться, чтобы поддерживать уровень оптической мощности одинаковым (это называется режимом постоянной мощности (CP)). Ток фотодиода и выходная мощность лазерного диода связаны передаточной функцией, приведенной в техническом описании лазерного диода.

Фотодиоды могут не только контролировать выходную мощность постоянного или непрерывного лазера, подавая ток обратно в лазерную систему, они также могут проверять форму лазерного импульса и регистрировать пиковую мощность лазерного импульса.

Информация в таблицах данных для фотодиодов включает четыре основных компонента, обсуждавшихся ранее, тип фотодиода, длины волн пиковой чувствительности и, самое главное, размер и стоимость.

Фотодиоды, которые уже встроены в систему лазерных диодов, могут иметь ограниченные возможности и информацию. В технических паспортах лазеров обычно указывается максимальное обратное напряжение, а иногда и чувствительность фотодиода.

Если характеристики фотодиода чрезвычайно важны для конструкции вашего лазера, для удовлетворения ваших потребностей могут потребоваться специальные сборки или сборки.

Сводка

При принятии решения об обратном смещении фотодиода все сводится к уравновешиванию скорости и шума и принятию решения о том, что является наиболее важным.Если ваше приложение зависит от чрезвычайно низкого уровня шума и низкого темнового тока, вам следует отказаться от смещения фотодиода. Если скорость является вашей главной заботой, вы должны выбрать обратное смещение вашего фотодиода, поскольку время отклика улучшается. Другими словами, если ваше приложение
основано на точности, фотоэлектрический режим лучше соответствует вашим потребностям. Если ваше приложение основано на скорости (высокой), режим фотопроводимости или режим с обратным смещением лучше подходят для этой области.

Обратное смещение фотодиода будет намного более отзывчивым, чем режим без смещения.При работе в фотоэлектрическом режиме может потребоваться усиление отклика.

Тип фотодиода также может повлиять на ваше решение о смещении. Некоторые типы фотодиодов могут иметь только обратное смещение, а другие могут иметь усиление отклика внутри системы. ЛФД будут эффективны в условиях низкой освещенности, когда чувствительность критична, но они дороги, фотодиоды P-N представляют собой самую простую конструкцию и не используются широко, а фотодиоды с PIN-кодом являются наиболее распространенными и самыми дешевыми фотодиодами с очень низким уровнем шума.Как обсуждалось ранее, материалы, размер и стоимость также влияют на тип фотодиода, необходимого для данного приложения. Таблица 1 показывает упрощенную диаграмму, сравнивающую три разных фотодиода.

Таблица 1. Сравнительная таблица

	P-N	ПИН	APD
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ	Лучшее	Хорошо	Плохо
ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЕ	Хорошо	Лучшее	Хорошо
НИЗКИЙ СВЕТ	Плохо	Хорошо	Лучшее
СТОИМОСТЬ	Лучшее	Хорошо	Плохо
НИЗКИЙ ШУМ	Хорошо	Лучшее	Плохо

Направление диода

Направление диода — Диод! Каким путем все прошло! —

Я «слышу» это много, и обычно это сопровождается… Я просто хочу знать, как правильно его вставить, и мне все равно, что он делает, будь то блокирующее, одинарное, полуволновое или полноволновое выпрямление, или он просто там, чтобы добавить к весу моя игра! Вот пара примеров, возможно, упрощенных, которые помогут вам самостоятельно определить правильный путь. Сначала я вставлю отрывок со страницы конверсии батареи WMs, которая может оказаться полезной:

Это будет работать во многих других случаях, но имейте в виду, что вы не можете просто бросить его вместо ni-cad, не повредив систему зарядки.Это можно сделать, установив блокирующий диод в линию +. Меня довольно часто спрашивают, как узнать, в какую сторону установить диод. Я думаю, что новичку проще всего представить катодную полосу на диоде как ворота в заборе переднего двора, которые открываются только наружу, когда вы выходите из дома, и, конечно же, тело — это ваша дорожка. Никто не может подойти к вашим воротам и пройти через них, чтобы войти в ваш дом, но вы можете пройти по дорожке (корпус диода) и выйти через ворота. На диоде с напечатанным на нем полным символом будет стрелка, обращенная встык к катодной полосе, обозначающая направление потока.Если он используется в качестве блокирующего диода для литиевой батареи, вам нужно, чтобы катод на конце, наиболее удаленном от клеммы +, позволял течь по дорожке к компонентам, но блокировал на затворе любой поток обратно к батарее.

Обычным приложением, которому может потребоваться даже 2 диода, были бы счетчики монет, если они используются.

Внутри вашего измерителя может быть установлен диод для предотвращения всплесков, называемый ограничивающим диодом, и если это так, вы найдете знак + & — на той стороне, где выходят провода, как показано на рисунке ниже.

Большинство измерителей с внутренними диодами будут иметь цветные выводы, чтобы помочь определить полярность: красный для стороны + и черный для -. Сторона + подключится к вашему источнику напряжения, которое также должно соответствовать номинальному напряжению, указанному на счетчике. Сторона — будет подключаться к схеме вашей печатной платы для подачи импульса низкого уровня (заземления) измерителя.

Если в вашем измерителе нет внутреннего диода, вы можете подключить его к двум выводам. Поскольку в настоящее время у вас нет полярности, не имеет значения, каким образом вы его установите, но после установки катод (полосатый конец) становится стороной + и должен подключаться к источнику питания.Другая сторона пойдет на схему привода вашей печатной платы или что-то еще, что вы можете использовать.

Если вы хотите установить счетчик монет, а на вашей печатной плате нет схемы привода, вы можете подключить его напрямую к схеме ввода монет. Когда ваш монетоприемник замыкается, чтобы подать импульс на вход вашей печатной платы, он также подает импульс на счетчик. Это будет хорошо работать с 5 или 6 вольтметром, но если вы используете 12 вольтметр, вы не хотите, чтобы эти 12 вольт возвращались в вашу схему на вашей печатной плате и повреждали ее, поэтому вы можете использовать другой диод, чтобы предотвратить (блокировать ) этого от происходящего.Если вы установите диод в линию монетоприемника, идущую от печатной платы в направлении стрелки, полосатой стороной (катодом) к счетчику и монетному переключателю, он заблокирует подачу 12 вольт обратно в схему платы. Звучит знакомо … это то же самое блокирующее действие, которое используется при преобразовании батареи Tron / MCR, чтобы остановить бортовую систему зарядки от питания литиевой батареи.

Вот недавно заданный вопрос, который подойдет прямо здесь, о замене диодов в сборке Atari xformer для Asteroids.

Из рисунка видно, что старые не были четко обозначены полосой для катодной стороны. У них есть очень тонкое изображение символа, изображающего направление потока сбоку, но оно довольно часто стирается со временем. Почти в каждом случае вы найдете символы, нанесенные на вашу печатную плату. В случае с этой небольшой печатной платой, которая крепится к конденсатору «Big Blue», символы сами по себе очень маленькие, поэтому я обвел их кружком выше. Если вы присмотритесь, вы увидите, что стрелка входа стыкуется с катодной лентой, которая обращена к конденсатору.Эта плата с двумя выпрямителями образует обычный двухполупериодный выпрямитель. Более поздние сборки Atari поставлялись с двухполупериодным мостовым выпрямителем. Вы также можете обратить внимание на символ + на печатной плате, обозначающий положительную сторону конденсатора Big Blue.

P-N переходный полупроводниковый диод — диод

Что такое полупроводниковый диод с p-n переходом?

А диод с p-n переходом — двухполюсный или двухэлектродный полупроводниковый прибор, который пропускает электрический ток только в одном направлении в то время как блокирует электрический ток в обратном или обратном направлении направление.Если диод смещен в прямом направлении, это позволяет электрический ток. С другой стороны, если диод с обратным смещением, он блокирует прохождение электрического тока. P-N переходный полупроводниковый диод также называется p-n переходом полупроводниковый прибор.

В n-тип полупроводники, бесплатно электроны являются основными носителями заряда, тогда как в р-тип полупроводники, отверстия являются основными носителями заряда.Когда n-тип полупроводник соединен с полупроводником p-типа, p-n стык образуется. P-n переход, который образуется при соединении полупроводников p-типа и n-типа называется p-n переходным диодом.

П-П переходной диод изготовлен из полупроводниковых материалов. такие как кремний, германий и арсенид галлия.Для при разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий. Диоды с p-n переходом из кремния полупроводники работают при более высоких температурах по сравнению с с диодами p-n-перехода из германия полупроводники.

основной символ p-n-переходного диода при прямом смещении и Обратное смещение показано на рисунке

ниже.

В На рисунке выше стрелка диода указывает на условное направление электрического тока, когда диод смещен в прямом направлении (от положительной клеммы к отрицательная клемма).Отверстия, которые движутся от положительного клемма (анод) к отрицательной клемме (катод) условное направление тока.

Свободные электроны, движущиеся от отрицательной клеммы (катод) к положительной клемме (анод) на самом деле переносят электрический ток. Однако из-за условию мы должны предположить, что текущее направление от положительной клеммы к отрицательной.

Смещение полупроводниковый диод p-n переход

процесс подачи внешнего напряжения на p-n переход полупроводниковый диод называется подмагничивающим. Внешнее напряжение на диод с p-n переходом применяется любым из двух способов: прямое смещение или обратное смещение.

Если диод p-n-перехода смещен в прямом направлении, это позволяет электрический ток.В условиях прямого смещения Полупроводник p-типа подключается к положительной клемме батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к отрицательный полюс аккумуляторной батареи.

Если диод p-n перехода имеет обратное смещение, он блокирует электрический ток. В условиях обратного смещения Полупроводник p-типа подключается к отрицательной клемме батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к положительный полюс аккумуляторной батареи.

Клеммы pn переходного диода

Как правило, Терминал относится к точке или месту, в котором любой объект начинается или заканчивается. Например, автовокзал или конечная остановка — это место, в котором все автобусы начинаются или заканчиваются. Точно так же в диод с p-n переходом, клемма означает точку, в которой носители заряда начинается или заканчивается.

П-н переходной диод состоит из двух выводов: положительного и отрицательный.В положительный полюс, все свободные электроны закончатся, и все отверстия начнутся, тогда как на отрицательной клемме все свободные электроны начнутся, и все дырки закончатся.

• Терминалы диода прямого смещения

  
  

В диод с прямым смещением p-n перехода (p-тип подключен к положительный терминал и n-тип подключен к отрицательному клемма), клемма анода является положительной клеммой, тогда как катодная клемма — отрицательная клемма.

Анод клемма — положительно заряженный электрод или проводник, который поставляет отверстия в p-n переход. Другими словами, анодный или анодный вывод или положительный вывод является источником положительных носителей заряда (дырок) положительный заряд носители (отверстия) начинают свой путь от анодного терминала и проходит через диод и заканчивается на катодном выводе.

Катод отрицательно заряженный электрод или проводник, который поставляет свободные электроны в p-n переход. Другими словами, катодный вывод или отрицательный вывод является источником свободного электроны, отрицательные носители заряда (свободные электроны) начинает свое путешествие с катодного терминала и проходит через диод и заканчивается на анодном выводе.

свободные электроны притягиваются к анодному выводу или положительный вывод, а отверстия притягиваются к катодный вывод или отрицательный вывод.

• Терминалы диода обратного смещения

  
  

Если диод имеет обратное смещение (p-тип подключен к отрицательному клемма и n-тип, подключенный к положительной клемме), клемма анода становится отрицательной клеммой, тогда как катодная клемма становится положительной клеммой.

Анод клемма или отрицательная клемма поставляет свободные электроны на p-n переход. Другими словами, анодный вывод — это источник свободных электронов, свободные электроны начинают свой путь на отрицательном или анодном выводе и заполняет большое количество дырки в полупроводнике p-типа. Отверстия в р-образном полупроводник притягивается к отрицательному выводу.Свободные электроны с отрицательной клеммы не могут двигаться к положительной клемме, потому что широкое истощение область на p-n-переходе сопротивляется или противодействует потоку свободные электроны.

Катод терминал или положительный терминал обеспечивает отверстия для p-n соединение. Другими словами, катодный вывод является источником дыры, дыры начинают свой путь на положительном или катодном терминал и занимает позицию электронов в n-типе полупроводник.Свободные электроны в n-типе полупроводник притягивается к положительному выводу. Отверстия от положительного вывода не могут двигаться в сторону отрицательная клемма, потому что широкая область истощения на p-n переход препятствует потоку дырок.

Кремний и германиевые полупроводниковые диоды

• Для при разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий.
• г. Диоды с p-n переходом из кремниевых полупроводников работают при более высокой температуре, чем германий полупроводник диоды.
  
• Нападающий напряжение смещения для кремниевого полупроводникового диода составляет примерно 0,7 вольт, тогда как для германия полупроводниковый диод примерно 0.3 вольта.
  
• Кремний полупроводниковые диоды не пропускают электрический ток расход, если напряжение на кремниевом диоде меньше чем 0,7 вольт.
• Кремний полупроводник диоды начинают пропускать ток, если напряжение приложенный на диоде достигает 0,7 вольт.
• Германий полупроводниковые диоды не пропускают электрический ток потока, если напряжение, приложенное к германиевому диоду, равно меньше 0.3 вольта.
  
• Германий полупроводниковые диоды начинают пропускать ток, если напряжение на германиевом диоде достигает 0,3 вольт.
  
• г. Стоимость кремниевых полупроводников невысока по сравнению с германиевые полупроводники.

Преимущества диода p-n перехода

П-н переходный диод — самая простая форма из всех полупроводниковых устройств.