применений диода | bartleby

Что такое диод?

Диоды — это двухконтактные компоненты, используемые во многих электронных и электрических приложениях. Течение тока в таких компонентах однонаправленное. Диод обеспечивает очень низкое сопротивление в одном направлении, но в противоположном направлении он обеспечивает очень высокое сопротивление. Одной из общих функций диода является обеспечение протекания тока в прямом направлении и сопротивление протеканию тока в обратном направлении. Однако, помимо этого простого функционирования диодов, диоды вообще имеют нелинейные вольт-амперные характеристики. Например, полупроводниковые диоды проводят ток только тогда, когда в прямом направлении достигается определенное пороговое напряжение или предпочтительно напряжение отсечки. Они известны как диоды прямого смещения. Кроме того, при достижении определенного напряжения, известного как напряжение пробоя, высокое сопротивление, обеспечиваемое диодами в обратном направлении, достигает низкого значения сопротивления.

CC BY-SA 2.5 | Кредиты изображений: https://commons.wikimedia.org | Morcheeba

Изменение падения напряжения на выводах диода при изменении протекающего тока незначительно, оно в значительной степени зависит от колебаний температуры. Это характерное поведение заставляет диод действовать как датчики температуры или устройства опорного напряжения. Устройства эталонного напряжения — это устройства, которые выдают сигнал постоянного напряжения при изменении входного тока, перепадах напряжения питания, изменениях температуры и т. д. Диод можно спроектировать для различных применений, адаптировав вольт-амперные характеристики диодов. Этого можно достичь путем выбора подходящих полупроводниковых материалов и характера легирования, вводимого в процессе производства. Диоды, изготовленные по этой технологии, известны как диоды специального назначения. Стабилитроны (диоды, которые используются для регулирования напряжения), лавинные диоды (диоды, которые используются для контроля скачков напряжения), диоды для излучения света (светоизлучающие диоды или светодиоды), диоды для генерации радиочастотных колебаний (туннельные диоды), выпрямитель диоды, силовые диоды и так далее.

Работа диода

В этом разделе представлен краткий обзор работы диода. Когда диод пропускает ток, это называется прямым смещением, когда он сопротивляется протеканию тока, это называется обратным смещением. Диоды в своей базовой форме действуют как диод с P-N переходом, который пропускает ток благодаря приложенному прямому потенциалу. В своей простой форме диоды легированы трехвалентными и пятивалентными примесями на их P-стороне и N-сторонах. Это делается для обеспечения контролируемых количеств донорных и акцепторных примесей. Область P-типа легирована трехвалентной примесью, а область N-типа легирована пятивалентной примесью. Обычно в качестве материалов выбирают германий или кремний. На рисунке ниже показана структура диода с PN-переходом.

СС BY-SA 3.0 | Кредиты изображений: https://commons.wikimedia.org | Raffamaiden

На приведенном выше рисунке видно, что полупроводниковый материал P-типа объединен с полупроводниковым материалом N-типа. Между двумя областями образуется соединение, известное как соединение P-N. В P-области большинство дырок и электронов составляют меньшинство, тогда как в N-области большинство электронов и дырок составляют меньшинство. Общую работу диода можно разделить на три категории, они обсуждаются ниже:

Несмещенное состояние

Это состояние диода, когда на клеммы диода не подается напряжение или разность потенциалов. В таких условиях дырки из области P-типа и электроны из области N-типа накапливаются на переходе, что создает неподвижные ионы на переходе диода и формирует обедненный слой. Ширина области обеднения фиксирована, так как накопление основных носителей создает электрическое поле на переходе, которое препятствует дальнейшему движению основных носителей от переходов P-типа и N-типа.

Состояние прямого смещения

В состоянии прямого смещения сторона P диода подключена к положительной клемме источника питания, а сторона N подключена к отрицательной клемме. Когда источник включен, дырки и электроны в области P и области N соответственно испытывают силу отталкивания. Дырки и электроны отталкиваются в сторону перехода. Но дырки и электроны не пересекают переход из-за барьерного потенциала. Как только этот барьерный потенциал превышается, происходит чистое движение большинства носителей заряда через область PN-перехода. Это чистое движение порождает поток тока, известный как ток большинства. В этом случае можно наблюдать уменьшение ширины обедненной области.

Состояние обратного смещения

Состояние обратного смещения достигается, когда сторона P подключена к отрицательной клемме источника, а сторона N подключена к положительной клемме источника. Из-за такого расположения большинство носителей заряда оттягивается от перехода, и, таким образом, это условие расширяет область обеднения. В этом случае диод действует как непроводящий компонент. Однако меньшинство носителей заряда все еще находится внутри областей, которые накапливаются в области обеднения, вызывая слабые сигналы тока.

Диод в качестве однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя

Одним из основных применений диода является то, что его можно использовать для преобразования переменного напряжения в эквивалентное постоянное напряжение. Устройство, которое преобразует переменное напряжение в постоянное, известно как выпрямитель, а диоды, используемые в таких устройствах, известны как выпрямительные диоды. В зависимости от схемы и характера выпрямления применяют один или группу выпрямительных диодов. Этого можно добиться, используя диоды в качестве основного компонента.

Диод в качестве однополупериодного выпрямителя

В однополупериодном выпрямителе в цепи выпрямителя используется только один диод. Эти диоды проводят ток в течение полупериода сигнала переменного тока. Когда сигнал переменного тока проходит через диод, диод действует как прямое смещение во время положительного цикла переменного тока и позволяет проходить положительному полупериоду сигнала. Во время отрицательного полупериода диод ведет себя как обратное смещение и блокирует сигнал переменного тока. Таким образом, выходной сигнал получается только с положительными частями. Для сглаживания выходного сигнала подключены дополнительные схемы фильтров.

Диод в качестве двухполупериодного выпрямителя

Схемы двухполупериодного выпрямителя — это схемы, которые преобразуют обе половины цепи переменного тока в сигнал постоянного тока. В этой схеме для этой цели используется несколько диодов. Двухполупериодные выпрямители можно дополнительно разделить на двухполупериодные выпрямители с отводом от середины и двухполупериодные мостовые выпрямители в зависимости от количества диодов и характера резистивных нагрузок.

Типы диодов для различных применений

В зависимости от применения различные типы диодов представлены ниже:

Стабилитрон

Зенеровский диод представляет собой диод с P-N переходом с сильным легированием. Эти диоды в основном используются в условиях обратного смещения. Эти диоды используются для регулирования напряжения, операций переключения и ограничения, защиты счетчиков и т.д.

Туннельный диод

Эти диоды имеют плотное легирование и высокую проводимость. Они показывают отрицательные характеристики сопротивления. Он используется во многих приложениях усилителей и генераторов из-за его быстрого отклика.

PIN-диод

PIN-диоды в основном используются во многих микроволновых и радиолокационных устройствах. Он имеет внутренний слой, который расположен между P-областью и N-областью диода. Это обеспечивает высокое сопротивление и позволяет обрабатывать слабые сигналы.

Варакторный диод

Эти диоды состоят из комбинации различных конденсаторов. Это диод обратного смещения, функция которого зависит исключительно от переходной емкости конденсаторов. Эти диоды используются для высокочастотных приложений.

Контекст и приложения

Эта тема преподается на многих курсах бакалавриата и магистратуры, таких как:

• Бакалавр технологии (электротехника)
• Бакалавр технологии (электроника)
• Бакалавр технологии (электроника и электроника)

Практические задания

В 1. Какой из следующих диодов используется для регулирования напряжения?

1. Стабилитроны
2. Силовые диоды
3. Туннельные диоды
4. Выпрямительные диоды

Ответ: Вариант a

Пояснение: Стабилитроны используются для регулирования напряжения.

В 2. Путем настройки каких из следующих характеристик можно получить различные диоды для различных применений?

1. Вольт-амперные характеристики
2. Вольт-мощностные характеристики
3. Токодопинговые характеристики
4. Ничего из перечисленного

Ответ: Вариант а

Пояснение: Регулируя вольт-амперные характеристики, можно получить различные диоды для различных применений.

В 3. Какие из следующих компонентов используются в варакторном диоде?

1. Конденсатор
2. Резистор
3. И конденсатор, и резистор
4. Резистор и транзистор

Ответ: Вариант а

Пояснение: В варакторных диодах используются только конденсаторы.

В 4. Что происходит с протекающим током, когда диод работает в качестве обратного смещения?

1. Диод пропускает ток.
2. Диод не пропускает ток.
3. Диод пропускает небольшой ток.
4. Диод нагревается.

Ответ: Вариант b

Объяснение: Когда диод действует как обратный смещение, он не пропускает ток.

Q5. Что из перечисленного является диодом с густым легированием?

1. Туннельный диод
2. Зенеровский диод
3. PIN-диод
4. Силовой диод

Ответ: Вариант a

Объяснение: Туннельные диоды имеют густое легирование.

Мы обеспечим вас пошаговыми решениями миллионов задач из учебников, экспертами в любой области наготове 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, когда вы запутались, и многое другое.

Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по электротехнике здесь!

*Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

Что такое диод? ~ Изучение электротехники

Что такое диод?

Диод изготавливается из полупроводникового материала, обычно кремния, легированного двумя примесями. Одна сторона легирована донором или примесью n-типа, которая высвобождает электроны в решетку полупроводника. Эти электроны не связаны и могут свободно перемещаться. Поскольку в донорной примеси нет суммарного заряда, полупроводник n-типа электрически нейтрален. Другая сторона легирована акцепторной или p-примесью, которая вносит в решетку свободные дырки. Дырка — это отсутствие электрона, который действует как положительный заряд. Полупроводник p-типа также электрически нейтрален, потому что акцепторный материал не добавляет чистого заряда. Когда полупроводниковый материал P-типа объединяется с полупроводниковым материалом n-типа, образуется p-n переход. Этот p-n переход называется диодом.

Таким образом, диод имеет две клеммы или электрода (диод), которые действуют как выключатель. Когда диод «включен», он действует как короткое замыкание и пропускает весь ток. Когда он «выключен», он ведет себя как разомкнутая цепь и не пропускает ток. Две клеммы отличаются друг от друга и отмечены плюсом (+) и минусом (-) на схеме ниже:

Положительный электрод называется анодом, а отрицательный электрод называется катодом. Если полярность приложенного напряжения совпадает с полярностью диода (прямое смещение), то диод включается. Когда полярность приложенного напряжения противоположна (обратное смещение), он выключается. Это просто теоретическое поведение идеального диода, но его можно рассматривать как хорошее приближение для реального диода, который будет иметь некоторый обратный ток при обратном смещении.

Основные характеристики полупроводникового диода
Диод имеет следующие основные характеристики:
(1) При прямом смещении диоду требуется небольшое напряжение для проведения электричества. Это напряжение сохраняется на диоде во время проводимости.
(2) Максимальный прямой ток, который может пропускать диод, ограничен способностью диода рассеивать тепло.
(3) Небольшой обратный ток течет, даже когда диод имеет обратное смещение.

(4) Каждый диод имеет максимальное обратное напряжение, называемое напряжением пробоя, которое не может быть превышено без повреждения диода.

Технические характеристики диода
Существует четыре номинала диодов, которые относятся к тем или иным диодам, используемым в различных приложениях. К ним относятся:

Прямое падение напряжения
Это падение напряжения в прямом переходе (0,7 В для кремниевых диодов
и 0,3 В для германиевых диодов).

Средний прямой ток
Это максимальное значение прямого тока, которое диод может пропускать в течение неопределенного периода времени. Если средний ток превысит это значение, диод перегреется и, в конце концов, выйдет из строя.

Пиковое обратное напряжение или обратное напряжение пробоя
Это наибольшее значение напряжения обратного смещения, которое переход диода может выдержать в течение неопределенного периода времени. Если обратное напряжение превышает этот уровень, напряжение пробьёт обедненный слой и позволит току течь в обратном направлении через диод, что является разрушительной операцией (за исключением случая стабилитрона).

Максимальная рассеиваемая мощность
Фактическая рассеиваемая мощность диода определяется путем умножения прямого падения напряжения на прямой ток.