Site Loader

Содержание

общие сведения и принцип работы, способы подключения к электрической цепи, возможные неисправности

Диод — это электронный элемент, который обладает различной проводимостью. Он изготовлен на полупроводниковой основе и предназначен для выполнения разнообразных действий с поступающими электрическими сигналами. Применяется это приспособление не только в промышленности, электронике, но и в повседневной жизни. Большинство современного оборудования имеет в своём составе несколько таких элементов.

Общие сведения

Прежде чем рассматривать, как работает диод, необходимо подробно изучить его устройство, разновидности и узнать, зачем он применяется. Это поможет лучше понять принцип действия и выбрать максимально эффективное приспособление для определённого оборудования.

Устройство диода

Диод (от англ. diode) выглядит просто и имеет конструкцию, состоящую из небольшого количества элементов. Это позволяет мастерам не приобретать дорогостоящие изделия, а изготавливать их своими руками.

Самодельные приспособления хоть и стоят намного дешевле, но выполняют те же функции, что и покупные.

Так как диоды часто изображаются на электросхемах, то определение их параметров считается довольно важным мероприятием. Обозначением для этих элементов служит комбинация символов VD1, VD2 и так далее.

Схема диода предусматривает наличие следующих элементов:

  1. Корпус. Он представляет собой стеклянный, керамический или металлический вакуумный баллон.
  2. Два электрода (катод и анод). Они располагаются внутри баллона и используются для обеспечения эмиссии электронов. Чаще всего применяются электроды косвенного накала, которые имеют цилиндрическую форму, и обладают специальным слоем, испускающим электроны. В некоторых старых конструкциях можно встретить эти элементы в виде тонкой нити, накаливающейся в процессе работы приспособления.
  3. Подогреватель. Он находится внутри катода и устроен в виде проволоки, которая накаливается из-за прохождения электрического тока.
  4. Диодный кристалл. Для изготовления этого элемента применяется германий или кремний. Одна его часть проводит электричество и имеет недостаточное количество электронов, а вторая — избыток.
  5. P-n переход — область между первой и второй частью диодного кристалла.

Принцип действия

Принцип работы диода довольно простой и разобраться в нём сможет не только профессионал, но и новичок. Для этого не нужно иметь специальное образование или навыки работы с таким приспособлением, а достаточно обладать общим представлением об устройстве.

Принцип действия диода:

  1. Электрический ток проходит через устройство и воздействует на катод диода.
  2. Из-за этого подогреватель постепенно накаляется, а электрод начинает испускать электроны.
  3. Следствием этого становится образование электрического поля между двумя электродами, которое является катализатором процесса притяжения электронов к аноду, обладающему положительным зарядом.
    Благодаря этому образуется эмиссионный ток.
  4. Пространственный отрицательный заряд, который появляется между двумя электродами, препятствует движению электронов к аноду. Из-за этого часть их меняет своё направление, и начинает двигаться к катоду.
  5. Попавшие на анод электроны образуют анодный ток, параметры которого соответствуют катодному.
  6. Если электрическое поле, возникшее между электродами, препятствует возвращению частиц на катод, то электродиод остаётся в запертом состоянии. Всё это приводит к размыканию цепи.

Разновидности приспособлений

Производители электронных элементов делают несколько типов диодов. Все они немного отличаются друг от друга, имеют различные свойства, а также используются для достижения определённых целей.

Диоды бывают:

  1. Выпрямительные. Это наиболее распространённый тип приспособлений, который используется в устройствах, способствующих преобразованию переменного тока промышленной частоты в постоянный.
  2. Высокочастотные. Большинство моделей современного оборудования функционируют при рабочей частоте в несколько гигагерц. В таких конструкциях применяются специальные диоды, рассчитанные на высокую частоту.
  3. Переключающие. Эти приспособления используются в тех схемах, где диод должен работать в различных режимах. В одном из них он оказывается смещённым в прямом направлении, а в другом — в обратном.
  4. Стабилитроны. Такие элементы применяются только в конструкциях, помогающих стабилизировать напряжение, поступающее к оборудованию.
  5. Варикапы. Они используются в параметрических усилителях и прочих подобных устройствах. С их помощью происходит коррекция частотной модуляции и автоматическая подстройка частоты.
  6. Диоды Шоттки. Назначение этого приспособления — малое падение напряжения при прямом включении. Область их применения ограничивается низковольтными электрическими цепями.
  7. Тиристоры (управляемые диоды). Они часто применяются в схемах, которые предназначены для плавного пуска двигателя, регулировки мощности или включения лампочки.
  8. Симисторы. Эта разновидность диодов используется для обеспечения работы систем, питающихся от переменного напряжения, так как способна пропускать электричество в обоих направлениях. Они представляют собой 2 тиристора, соединённые между собой.

Область применения

Диоды широко применяются по всему миру и входят в состав различных приспособлений. В большинстве случаев несколько таких элементов объединяются в общую конструкцию. Их количество выбирается исходя из типа и особенностей каждой схемы.

Использование диодов в электротехнике:

  1. Диодные мосты. В их составе может находиться от 4 до 12 диодов, которые последовательно соединены друг с другом. Они применяются для однофазных и трёхфазных схем, где выполняют функцию выпрямителей. В большинстве случаев такие диодные мосты устанавливаются на генераторах автомобилей. Благодаря им не только увеличивается надёжность устройства, но и уменьшаются его размеры.
  2. Диодные детекторы. Они представляют собой конструкцию, которая сочетает в себе не только несколько диодов, но и конденсаторы. Благодаря этому достигается способность выделять модуляцию с низкими частотами из соответствующих сигналов. Такие детекторы часто используются при изготовлении радиоприёмников и телевизоров.
  3. Диодная искрозащита. Для её создания применяются специальные диодные барьеры, которые ограничивают напряжение в имеющейся электрической цепи. Вместе с ними используются специальные токоограничительные резисторы, необходимые для контроля за величиной параметров проходящего электрического тока.
  4. Переключатели на основе диодов. Эти устройства дополняются конденсаторами и коммутируют высокочастотные сигналы. При этом контроль за работой осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала, разделения высоких частот и применения постоянного тока.

Способы подключения

Существует несколько стандартных вариантов подключения диода в электрическую цепь. Все они используются в определённых схемах и позволяют достичь требуемого результата.

Прямой вариант

Этот способ включения диода в электрическую цепь называют наиболее простым и часто используемым. В его основе лежит подсоединение положительного полюса к области p-типа, а отрицательного — к n-типа.

Описание работы диода при прямом подключении:

  1. На устройство подаётся электрический ток, под воздействием которого образуется электрическое поле в области между двумя электродами. Его направление будет противоположным по отношению к внутреннему диффузионному полю.
  2. Затем происходит резкое сужение запирающего слоя, которое получается из-за значительного снижения напряжения электрического поля.
  3. Следствием этого станет способность большинства электронов свободно перемещаться из одной области (n-типа) в другую (p-типа).
  4. Во время этого процесса показатели дрейфового тока не изменятся, так как они зависят только от количества заряженных частиц, находящихся в области p-n перехода.
  5. Электроны способны перемещаться из n-области в p-область, что приводит к дисбалансу их концентрации. В одной из областей будет недостаток частиц, а в другой — избыток.
  6. Из-за этого часть электронов перемещается вглубь полупроводника, что становится причиной разрушения его электронейтральности.
  7. В этом случае полупроводник стремится к восстановлению своей нейтральности и начинает получать заряд от подключённого источника питания. Всё это приводит к образованию тока во внешней электроцепи.

Обратный метод

Этот способ подключения диода к общей схеме используется гораздо реже. В его основе лежит изменение полярности внешнего источника питания, который участвует в процессе передачи напряжения.

Особенности функционирования диода при обратном включении:

  1. После включения источника питания в области p-n перехода образуется электрическое поле. Его направление будет одинаковым с внутренним диффузионным полем.
  2. Из-за этого будет происходить расширение запирающего слоя.
  3. Находящееся в области p-n перехода поле будет ускорять движение электронов, но оставлять неизменными показатели дрейфующего тока.
  4. Из-за всех этих действий будет постепенно нарастать обратное напряжение, которое поспособствует стремлению электрического тока к максимальным значениям.

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Специалисты по ремонту различают 4 вида неисправностей.

Среди них такие:

  1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
  2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
  3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
  4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

Диод — важный элемент конструкции, который обеспечивает исправную и бесперебойную работу устройства. При правильном выборе этого элемента и обеспечении оптимальных условий работы можно избежать каких-либо неисправностей.

Устройство и принцип работы полупроводниковых диодов | Electrotechnical Laboratory

Всем привет мои дорогие друзья, подписчики и коллеги.

Сегодня я хочу рассказать про то как устроены и работают полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод, это электронный прибор, который способен пропускать электрический ток, только в одном направлении. Такие приборы как правило применяются в выпрямительных устройствах, а также в электрических и электронных схемах, где нужно конкретное направление тока.

Схема однофазного мостового выпрямителя

Схема однофазного мостового выпрямителя

Основным элементом диода, являются полупроводники, как правило это кремний или германий. Но сами полупроводники обладают высокими сопротивлениями и низкой проводимостью, из-за того, что эти элименты являются четырехвалентными, и каждый его электрон на внешней орбите атома имеет связь с другим электроном другого атома. Для того, чтобы полупроводники могли проводить электрический ток, в них добавляют примеси, в виде доноров и акцепторов.

Кристаллическое строение атома кремния

Кристаллическое строение атома кремния

Диод имеет две зоны проводимости это р — зона и n — зона. В зону p — типа добавляют акцепторы, в виде трехвалентных химических элементов, которые образуют дырки, а в зону n — типа — доноры — пятивалентные химические элементы, которые образуют свободные электроны.

Пример примесей доноров и акцепторов

Пример примесей доноров и акцепторов

Две эти зоны соединены на кристаллическом уровне. Сам диод имеет два вывода, анод и катод.

При подачи на диод прямое напряжение, (к аноду — плюс, к катоду — минус) свободные электроны начнут переходить из области — n, в область — p, а дырки начнут перемещаться из области — p в область — n. При этом его сопротивление уменьшится и диод будет проводить электрический ток.

При подачи на диод обратного напряжения, (к аноду — минус, к катоду — плюс) свободные электроны сместиться к выводу катода, а дырки к выводу анода, в зоне p-n перехода образуется запирающий слой, который увеличит сопротивление диода, который не позволит диоду пропускать электрический ток. А точнее ток будет протекать очень слабый, который называется обратным током.

Вольт-Амперная характеристика полупроводникового диода и прямая — обратная подача напряжения на диод

Вольт-Амперная характеристика полупроводникового диода и прямая — обратная подача напряжения на диод

Если вам понравился это материал, то поставьте ему лайк, а также не забудьте подписаться на наш канал и нажать на колокольчик, чтобы не пропускать новые выпуски. Всем пока.

принцип работы, схемы и т.д.

Туннельный диод — это специальный диод, характеристики которого отличаются от характеристик любого обычного диода или стабилитрона.

Как обычный диод, так и стабилитрон являются очень хорошими проводниками, имея прямое смещение, но ни один из них не проводит хорошо ток в состоянии обратного смещения (исключение составляет область пробоя). Но в материале туннельного диода имеются присадки в гораздо большем объеме, нежели в обычном диоде, а его P-N переход очень узкий. Туннельный диод в силу того, что имеет большое количество присадок и очень узкий P-N переход, исключительно хорошо проводит ток в обе стороны.

Схема туннельного диода
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия туннельного диода

Потенциал, который необходим для того, чтобы заставить туннельный диод выступать в роли проводника, будь то в режиме прямого или обратного смещения, очень невелик, обычно этот потенциал находится в диапазоне милливольт. Именно поэтому туннельные диоды известны как приборы с низким сопротивлением. Они очень слабо противодействуют движению тока в цепи.

График напряжение-ток типичного туннельного диода

Самой уникальной особенностью туннельных диодов является их соотношение напряжение-ток, когда они имеют прямое смещение. Когда туннельный диод имеет прямое смещение (от точки А до точки В на графике) при увеличении напряжения, ток также растет до определенной величины. Как только это значение оказывается достигнутым, дальнейшее повышение напряжения при прямом смещении заставляет ток снижаться до минимального значения (от точки В до точки С). В области, которая находится на графике между максимальным и минимальным потоками тока, туннельный диод имеет отрицательное сопротивление. В этой области отрицательного сопротивления ток, идущий через туннельный диод, фактически снижается при повышении напряжения. Происходит прямо противоположное обычному соотношению напряжение ток. Однако, когда напряжение за точкой С повышается, то данный прибор демонстрирует обычное соотношение напряжения и тока.

В обычных условиях туннельные диоды работают в области своего отрицательного сопротивления. В данной области незначительное уменьшение напряжения включает этот прибор, а небольшое повышение — выключает его. В качестве такого своеобразного выключателя туннельный диод может использоваться либо как генератор, либо как высокоскоростной выключатель: специфическая особенность прибора, низкое сопротивление, позволяет почти мгновенно изменять внутреннее сопротивление. Туннельные диоды могут также использоваться в качестве усилителей, где изменения в подаваемом напряжении в сторону повышения, вызывают пропорционально более значительные изменения тока в цепи.

Принцип работы защитного диода и его применение

В общем, различные электрические и электронные схемы могут быть построены с многочисленными электрические и электронные компоненты , которые включают резисторы, диоды, конденсаторы, транзисторы, ИС ( интегральные схемы ), Тиристоры, трансформаторы и т. Д. Прямо на этапе проектирования или при производстве диоды в основном используются в нескольких приложениях. Есть разные типы диодов на основе спецификаций, характеристик и приложений, таких как P-N переходной диод , варактор, стабилитрон, светочувствительный элемент, фотодиод, защитный диод и т. д. Для лучшего понимания этой концепции в этой статье обсуждается обзор того, что такое защитный диод, схема работы защитного диода и ее применения.



Что такое защитный диод?

Защитный диод, используемый в любой цепи, которая позволяет току течь в прямом направлении, потому что ток не будет течь в обратном направлении. Он защищает компоненты, которые реагируют на ток через них в неправильном направлении.


Защитный диод



Схема защитного диода

Ниже показан защитный диод, используемый в схеме. Следующая схема построена с защитным диодом для защиты цепи. Например, в следующем проекте используется защитный диод, подключенный последовательно с светодиод . Светодиод хорошо реагирует на ток в обратном направлении. Он может только повернуть определенное количество тока в неправильном направлении. Если на светодиоде падает достаточное обратное напряжение, он выйдет из строя и позволит току течь через него в обратном направлении, что может привести к долговременному повреждению светодиода.

Свойство защитного диода


На схеме ниже показано, как защитный диод пропускает ток в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Это обеспечивает защиту устройств в цепи, которые могут быть повреждены от обратного тока. Несмотря на то, что следующая схема обеспечивает защиту через диод, есть другой способ использовать этот защитный диод в схеме. Схема ниже представляет собой защитный диод, используемый в цепи.

Чтобы обеспечить безопасность компонента в цепи, защитный диод обычно размещается с обратным смещением параллельно другому компоненту. Всякий раз, когда диод расположен параллельно с элементом, который вы хотите защитить от обратного смещения, если ток через цепь обратный, тогда ток течет через диод, обходит двигатель. При большом количестве тока через двигатель все еще может проходить некоторый ток, но он будет разделен между диодом и двигателем. Таким образом, весь ток не будет проходить через двигатель, как это было бы в случае отсутствия диода.

Свойство защитного диода

Вся схема с обратным смещением диода работает лучше, чем предыдущая, потому что в первом варианте диод потребляет энергию. Если диод представляет собой кремниевый диод, обычно требуется около 0,7 В. При таком расположении диод потребляет ток только при обратном токе. Кроме того, еще одна причина, по которой это происходит, — это ограничения диода с обратным смещением. В первой схеме с обратным течением тока диод включен с обратным смещением. Протекание тока не будет соответствовать пиковому обратному напряжению диода. Это напряжение является максимальным напряжением, которое защитный диод может выдержать на своем катодном выводе.

Любое напряжение, отличное от этого, вызовет пробой диода и проведение тока. Например, с диодом 1N4001 может удерживаться пиковое обратное напряжение 50 В. Таким образом, если напряжение на катоде превысит 50 В, он выйдет из строя, и ток будет проводиться. Это управление схемой первого защитного диода. Но во втором варианте управления нет, потому что защитный диод смещен в прямом направлении с током опрокидывания. Таким образом, при такой настройке он никогда не достигнет точки останова. Следовательно, эта схема с диодом, включенным параллельно в обратном направлении с элементом защиты, лучше по конструкции и является более совершенной версией схемы защитного диода.

Применение защитного диода

Защитные диоды используются с реле для защиты интегральных схем и транзисторов от кратковременного высокого напряжения, генерируемого при выключении катушки реле.

Защитные диоды для реле

Следующая схема — лучшее применение защитного диода, когда диод подключен к катушке реле. В следующей схеме диод подключен в обратном направлении. Так что вообще нормально вести себя не буду. Электропроводность происходит только тогда, когда катушка реле выключена, поскольку в этот момент ток стремится продолжить движение через катушку реле и безопасно отводится через защитный диод. Без этого диода не будет протекания тока, и катушка реле создаст опасный «всплеск» высокого напряжения, пытаясь удержать ток.

Применение защитного диода

Существуют различные типы защитных диодов, максимальный ток и максимальное обратное напряжение этих диодов

  • Максимальный ток диода IN4001 составляет 1 А, а максимальное обратное напряжение — 50 В.
  • Максимальный ток диода IN4002 составляет 1 А, а максимальное обратное напряжение — 100 В.
  • Максимальный ток диода IN4007 составляет 1 А, а максимальное обратное напряжение — 1000 В.
  • Максимальный ток диода IN4001 составляет 3А, а максимальное обратное напряжение — 100В.
  • Максимальный ток диода IN4008 составляет 3А, а максимальное обратное напряжение — 1000В.

Поэтому в этой статье мы обсудим схему работы защитного диода и ее применение. Мы надеемся, что вы лучше поняли эту концепцию. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или электротехнические и электронные проекты , пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция защитного диода?

Что такое диод? Конструкция и работа диода PN-перехода

Конструкция диода, работа, типы, VI характеристики, преимущества и применение

Что такое диод?

«Di» = два и « Ode» = электроды , то есть устройство или компонент, имеющий два электрода, а именно анод «+» (P) и катод «-» (N).

Диод представляет собой двухполюсное однонаправленное силовое электронное устройство. Полупроводниковый диод является первым изобретением в семействе устройств полупроводниковой электроники.После этого было изобретено много типов диодов. Но сегодня также наиболее часто используемым диодом является полупроводниковый диод.

Обычно для изготовления диода используется кремний. Но также используется другой полупроводниковый материал, такой как германий или арсенид германия.

Диод пропускает ток только в одном направлении и блокирует ток в другом направлении. Он предлагает низкое сопротивление (в идеале нулевое) в одном направлении и высокое сопротивление (в идеале бесконечное) в другом направлении.

Символ диода

Конструкция диода

Существует два типа полупроводниковых материалов; Внутренний и внешний полупроводник. Собственный полупроводник — это чистый полупроводник, в котором дырки и электроны доступны в равном количестве при комнатной температуре. Во внешний полупроводник добавляют примеси, чтобы увеличить количество дырок или электронов. Эти примеси бывают трехвалентными (бор, индий, алюминий) или пятивалентными (фосфор, мышьяк, сурьма).

Полупроводниковый диод имеет два слоя. Один слой выполнен из слоя полупроводника P-типа, а второй слой выполнен из слоя полупроводника N-типа.

Если мы добавим трехвалентные примеси в кремний или германий, то появится большее количество дырок и это положительный заряд. Следовательно, этот слой известен как слой P-типа.

Если мы добавим пятивалентные примеси в кремний или германий, появится большее количество электронов, и это отрицательное изменение. Следовательно, этот слой известен как слой N-типа.

Диод формируется путем соединения полупроводников N-типа и P-типа. Это устройство представляет собой комбинацию полупроводниковых материалов P-типа и N-типа, поэтому оно , также известное как PN-переходной диод .

Образуется соединение между слоями P-типа и N-типа. Этот переход известен как PN-переход.

Диод имеет два вывода; один терминал взят из слоя P-типа и известен как анод. Второй вывод изготовлен из материала N-типа и известен как катод.

На приведенном ниже рисунке показана основная конструкция диода.

Рабочий диод

В области N-типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными носителями заряда. В области P-типа дырки являются основными носителями заряда, а электроны — носителями отрицательного заряда. Из-за разницы концентраций большинство носителей заряда диффундируют и рекомбинируют с противоположным зарядом. Он образует положительный или отрицательный ион.Эти ионы собираются на стыке. И эта область известна как область истощения.

Когда анодная клемма диода соединена с отрицательной клеммой, а катод соединен с положительной клеммой батареи, говорят, что диод подключен с обратным смещением.

Аналогичным образом, когда клемма анода соединяется с положительной клеммой, а катод соединяется с отрицательной клеммой батареи, говорят, что диод подключен в прямом смещении.

Работа диода в условиях обратного смещения

Диод подключен в обратном смещении. В этом состоянии свободные электроны диффундируют в области P-типа и рекомбинируют с дырками. Это создаст отрицательные ионы. Точно так же дырки диффундируют в область N-типа и рекомбинируют с электронами. Это создаст положительные ионы.

Схема подключения показана на рисунке ниже.

Когда такое напряжение подается на цепь, неподвижные ионы создают обедненную область, как показано на рисунке выше.Ширина области истощения велика. Следовательно, ни дырка, ни электрон больше не пересекают соединение.

Он не может создать поток электронов или дырок, даже если на него подается номинальное напряжение. Следовательно, через диод невозможно пропустить ток, и он ведет себя как открытый ключ.

Здесь по цепи будет протекать очень небольшой ток. Этот ток известен как обратный ток насыщения или обратный ток утечки. Этот ток течет за счет неосновных носителей заряда.Этого тока недостаточно, чтобы провести диод.

Если увеличить напряжение до обратного напряжения пробоя, то неосновные носители заряда приобретут большую кинетическую энергию и столкнутся с атомами. В этом состоянии количество разорванных ковалентных связей и огромное количество пар электронов и дырок создает огромный поток тока.

Из-за большого тока диод может быть поврежден. Следовательно, в общем случае диод не подключен в обратном смещении.

Работа диода в условиях прямого смещения

Когда анод соединен с положительной клеммой батареи, а катод соединен с отрицательной клеммой батареи, анод положителен по отношению к катоду.И говорят, что диод подключен в прямом смещении.

Теперь постепенно увеличиваем напряжение питания. Если мы увеличим небольшое напряжение, основные носители заряда не получат достаточно энергии, чтобы пересечь обедненную область.

В условиях прямого смещения ширина обедненной области очень мала. Если мы увеличим напряжение больше, чем прямое напряжение пробоя, основные носители заряда получат достаточно энергии, чтобы пересечь обедненную область.

Для кремния прямое напряжение отключения равно 0.7В, а для германия прямое напряжение пробоя 0,3В.

Когда напряжение питания превышает это напряжение, большинство носителей заряда течет по цепи, что делает диод проводящим.

В этом режиме работы происходит очень небольшое падение. Это падение известно как падение напряжения во включенном состоянии. Схема подключения в этом режиме показана на рисунке ниже.

VI-Характеристики диода

Характеристика VI диода показывает соотношение между током диода и напряжением.Это график между напряжением и током, где напряжение отложено по оси X, а ток — по оси Y.

Принципиальная схема для получения характеристики VI диода показана на рисунке ниже.

Характеристика разделена на две части;

  • Смещение вперед
  • Обратное смещение

Когда напряжение не подается, ток, протекающий по цепи, равен нулю. Точка «О» показывает это состояние, когда напряжение и ток равны нулю.

Смещение вперед

Когда материал или анод P-типа соединяется с положительной клеммой батареи, а материал или катод N-типа соединяется с отрицательной клеммой батареи, тогда диод подключается в прямом смещении.

Прикладываемое напряжение регулируется переменным резистором. Прикладываемое напряжение постепенно увеличивается. Ток не будет течь до тех пор, пока напряжение не повысит прямое напряжение отключения. Потому что в этом состоянии напряжения недостаточно для перемещения носителей заряда из одного слоя в другой.

Для кремния напряжение пробоя составляет 0,7 В, а для германия — 0,3 В. Как только напряжение увеличивается выше этого уровня, напряжения достаточно для перемещения носителей заряда с одного носителя на другой. А за счет протекания заряда через диод может протекать ток.

Как показано в характеристиках, часть OP является нелинейной частью. Это показывает пусковой период, когда напряжение ниже напряжения прямого отключения. Здесь ток очень маленький.

Часть PQ показывает, когда напряжение превышает напряжение прямого отключения.И в этом состоянии ток увеличивается линейно.

В этом состоянии диод ведет себя как замкнутый переключатель, позволяя току течь. Для идеального диода сопротивление в открытом состоянии равно нулю, и он ведет себя как чистый проводник.

Обратное смещение

При обратном смещении материал N-типа или катод соединяется с отрицательной клеммой батареи. Этот тип соединения известен как соединение с обратным смещением.

В этом состоянии напряжение постепенно увеличивается с помощью переменного резистора.Но этого напряжения недостаточно, чтобы вызвать протекание тока.

Поскольку соединение, созданное между слоями P-типа и N-типа, имеет обратное смещение, и в этом состоянии ширина истощения велика. Следовательно, номинального напряжения недостаточно для создания движения носителей заряда.

Следовательно, через диод не будет протекать ток. Кривая, полученная в этом режиме, является ОА. Как показано на графике, из-за неосновных носителей заряда будет протекать очень небольшой ток, этого тока недостаточно для включения диода.

Когда приложенное напряжение больше обратного напряжения пробоя, из-за лавинного пробоя будет протекать большой ток. Эта часть показана как AB на графике.

Типы диодов

Существуют разные типы диодов, и мы очень подробно объяснили каждый тип диода в предыдущем посте. Вы можете обратиться к статье 24 типа диодов.

Преимущества диодов

Ниже приведены некоторые преимущества диодов с PN-переходом по сравнению с вакуумными диодами.

  • Малый размер
  • требуется меньше места
  • малый вес
  • Самый надежный в эксплуатации
  • Потребляйте мало энергии
  • Увеличенный срок службы и эффективность
  • Низкое внутреннее сопротивление
  • Простота установки и обслуживания
  • Простая конструкция и прочность
  • низкая стоимость и доступность

Применение диодов Диоды

используются в различных приложениях силовой электроники.Диод представляет собой однонаправленное двухконтактное устройство, которое позволяет протекать току только в одном направлении и блокирует ток в другом направлении. Благодаря этой характеристике диод используется в таких приложениях, как;

  • Выпрямитель
  • Цепь умножителя напряжения
  • Ограничитель перенапряжения
  • Цепь зажима и фиксатора
  • Цепь защиты от обратного тока
  • Цифровые логические элементы
  • Он используется в солнечных панелях, чтобы избежать протекания тока в обратном направлении и используется для обхода солнечной пластины.
  • Он также используется для модуляции и демодуляции сигналов связи.

Доступно множество других типов диодов, предназначенных для нескольких типов диодов, таких как;

  • Фотодиод используется для преобразования энергии фотонов в электрическую энергию.
  • Светоизлучающий диод
  • используется для освещения.
  • В качестве схемы стабилизатора напряжения используется стабилитрон
  • .
  • В ВЧ цепи используется туннельный диод.
  • Для настройки используется диод переменной емкости.

Похожие сообщения:

Полупроводниковый диод — Принцип работы — Применение

Полупроводниковый диод является простейшим полупроводниковым устройством, которое можно найти практически в любой электронной схеме. Диоды изготавливаются из германия и кремния (наиболее распространенные). Диоды состоят из двух частей: «N-слоя» (катода) и «Р-слоя» (анода), которые разделены барьером.

Этот барьер имеет 0,3 вольта в германиевом диоде и примерно 0.6 вольт на кремниевом диоде.

Принцип работы диода

N-слой диода имеет свободные электроны, а P-слой диода имеет свободные дырки (отсутствие электронов).

– Когда к P-слою прикладывается положительное напряжение, а к N-слою – отрицательное напряжение, электроны в N-слое отталкиваются к P-слою, и электроны текут через P-материал за пределы полупроводника.

Аналогичным образом, отверстия в материале P при отрицательном напряжении сдвигаются в сторону материала N.Затем отверстия проходят через материал N.

— Когда к N-слою прикладывается положительное напряжение, а к P-слою — отрицательное, электроны в P-слое выталкиваются в N-слой, а дырки N-слоя выталкиваются в P-слой . В этом случае электроны в полупроводнике не двигаются и электрический ток не течет.

Реальное соотношение тока и напряжения диода

В F составляет 0,3 вольта в германиевом диоде и приблизительно 0.6 вольт на кремниевом диоде.

Полупроводниковый диод работает двумя разными способами:

С прямым смещением

В этом случае электрический ток циркулирует через диод, следуя по пути, указанному стрелкой (стрелка диода), или от анода к катоду . Электрический ток очень легко проходит через диод, ведя себя почти как короткое замыкание.

Обратное смещение

В этом случае электрический ток в диоде стремится циркулировать в направлении, противоположном стрелке (стрелке диода), или от катода к аноду.Электрический ток не протекает через диод, и он ведет себя как разомкнутая цепь.

Примечание. Упомянутая выше операция относится к идеальному диоду, а это означает, что мы рассматриваем диод как идеальный компонент.

Применение полупроводниковых диодов

Диоды имеют множество применений, но наиболее распространенным является процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (C. C.). В этом случае диод используется как выпрямительный диод.

Другие применения диодов:

  • Защита от обратного напряжения
  • Обратноходовой диод в индуктивных нагрузках
  • и т.д.

Принцип работы диода

Диоды являются одним из важнейших элементов схем силовой электроники. Этот специальный элемент имеет уникальный принцип работы.

Принцип работы диода

Диод представляет собой двухэлементный полупроводниковый прибор, содержащий анод и катод и обеспечивающий однонаправленную проводимость. Диод позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Многие типы используются в таких устройствах, как выпрямители, детекторы, ограничители пиков, смесители, модуляторы, усилители, генераторы и контрольно-измерительные приборы.

В символах схемы катод показан в виде полосы, а анод — в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода также может быть обозначен буквой «а», а катод буквой «к».

Чтобы понять принцип работы диода, мы должны знать, что такое полупроводник.

Материалы, допускающие поток электронов, называются проводниками. Материалы, блокирующие поток электронов, называются изоляторами. Материалы, проводимость которых находится между проводниками и изоляторами, называются полупроводниками.Полупроводники — это «частичные» проводники, проводимость которых можно контролировать. Полупроводники оказались весьма полезными в области электроники.

Диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, в основном из кремния, с добавлением различных соединений (комбинаций более чем одного элемента) и металлов в зависимости от функции диода. Ранние типы полупроводниковых диодов изготавливались из селена и германия, но эти типы диодов были почти полностью заменены более современными конструкциями из кремния.

Кремний является наиболее распространенным материалом, используемым для создания полупроводниковых устройств. Si является основным компонентом песка, и считается, что кубическая миля морской воды содержит 15 000 тонн Si. Si прядут и выращивают в кристаллическую структуру, а затем разрезают на пластины для изготовления электронных устройств.

Атомы в пластине из чистого кремния содержат четыре электрона на внешней орбите (называемые валентными электронами). Германий — еще один полупроводниковый материал с четырьмя валентными электронами.

В структуре кристаллической решетки Si валентные электроны каждого атома Si связаны ковалентными связями с валентными электронами четырех соседних атомов Si.Чтобы сделать полезные полупроводниковые устройства, к Si добавляют такие материалы, как фосфор (P) и бор (B), чтобы изменить проводимость Si.

Кремний N-типа

Пятивалентные примеси, такие как фосфор, мышьяк, сурьма и висмут, имеют 5 валентных электронов.

При добавлении к Si примеси фосфора четыре валентных электрона каждого атома фосфора замыкаются в ковалентную связь с валентными электронами четырех соседних атомов Si. Однако 5-й валентный электрон атома фосфора не находит связывающего электрона и, таким образом, остается свободным в плавании. Когда к кремний-фосфорной смеси прикладывается напряжение, свободные электроны мигрируют в сторону положительного напряжения.

Когда фосфор добавляется к Si для достижения описанного выше эффекта, мы говорим, что Si легирован фосфором. Полученная смесь называется кремнием N-типа (N: кремний с отрицательным зарядом).

Пятивалентные примеси называются донорными примесями.

Кремний P-типа

Трехвалентные примеси, например бор, алюминий, индий и галлий, имеют 3 валентных электрона.

Когда бор добавляется к Si, три валентных электрона каждого атома бора замыкаются в ковалентной связи с валентными электронами трех соседних атомов Si. Однако внутри ковалентной связи между одним атомом бора и соседним атомом Si создается вакантное пятно «дырка». Дырки считаются носителями положительного заряда.

Когда на смесь кремния и бора подается напряжение, дырка перемещается в сторону отрицательного напряжения, а соседний электрон заполняет ее место.

Когда бор добавляется к Si для достижения описанного выше эффекта, мы говорим, что Si легирован бором. Полученная смесь называется кремнием P-типа (P: кремний с положительным зарядом).

Трехвалентные примеси называются акцепторными примесями.

Отверстие атома бора указывает на отрицательную клемму. Электрон соседнего атома кремния направлен к положительному полюсу. Электрон от соседнего атома кремния попадает в атом бора, заполняя дырку в атоме бора и создавая «новую» дырку в атоме кремния.Кажется, что отверстие движется к отрицательной клемме!

Как работает диод?

Диод создается из так называемого PN-перехода. Два полупроводниковых материала соединяются вместе. Этот компонент обеспечивает чрезвычайно низкое сопротивление протеканию тока в одном направлении и чрезвычайно высокое сопротивление протеканию тока в другом. Эта характеристика позволяет использовать диод в приложениях, требующих, чтобы цепь вел себя по-разному в зависимости от направления протекающего в ней тока.

Идеальный диод пропускал бы бесконечный ток в одном направлении и совсем не пропускал бы ток в другом направлении. Кроме того, диод начинал бы проводить ток при наименьшем напряжении. На практике необходимо приложить небольшое напряжение, прежде чем произойдет проводимость. Кроме того, небольшой ток утечки будет течь в обратном направлении. Этот ток утечки обычно составляет очень небольшую часть тока, который течет в прямом направлении.

Если полупроводниковый материал P-типа становится положительным по отношению к материалу N-типа на величину, превышающую его прямое пороговое напряжение (около 0.6 В, если материал кремний, и 0,2 В, если материал германий), диод будет свободно пропускать ток. Если, с другой стороны, материал P-типа сделать отрицательным по отношению к материалу N-типа, ток практически не будет течь, если приложенное напряжение не превысит максимальное (пробойное) напряжение, которое может выдержать устройство. Обратите внимание, что нормальный диод будет разрушен, если его обратное напряжение пробоя будет превышено.

Соединение с материалом P-типа называется анодом, а соединение с материалом N-типа называется катодом.Без приложенного извне потенциала электроны из материала N-типа переходят в область P-типа и заполняют некоторые из вакантных отверстий. Это действие приведет к образованию области по обе стороны от перехода, в которой нет свободных носителей заряда. Эта зона известна как область истощения.

В режиме прямого смещения диод свободно пропускает ток. В этом состоянии с обратным смещением диод пропускает незначительный ток. В свободно проводящем состоянии с прямым смещением диод действует скорее как замкнутый переключатель.В состоянии обратного смещения диод действует как открытый ключ.

Если к материалу P-типа приложить положительное напряжение, свободные носители положительного заряда будут отталкиваться и перемещаться от положительного потенциала к соединению. Точно так же отрицательный потенциал, приложенный к материалу N-типа, заставит свободные носители отрицательного заряда двигаться от отрицательного потенциала к переходу.

Когда положительные и отрицательные носители заряда достигают соединения, они будут притягиваться друг к другу и объединяться (напомним, что разные заряды притягиваются).По мере того, как каждый отрицательный и положительный носитель заряда объединяется на стыке, новый отрицательный и положительный носитель заряда будет вводиться в полупроводниковый материал от источника напряжения. Когда эти новые носители заряда входят в полупроводниковый материал, они будут двигаться к переходу и соединяться. Таким образом устанавливается протекание тока, и оно будет продолжаться до тех пор, пока приложено напряжение.

Типовая характеристика диода

Прежде чем диод начнет проводить ток, необходимо превысить прямое пороговое напряжение.Прямое пороговое напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы полностью удалить обедненный слой и заставить носители заряда двигаться через переход. Для кремниевых диодов это прямое пороговое напряжение составляет приблизительно от 0,6 В до 0,7 В. Для германиевых диодов прямое пороговое напряжение составляет приблизительно от 0,2 В до 0,3 В.

На рисунке ниже показаны типичные характеристики небольших германиевых и кремниевых диодов. Стоит отметить, что диоды ограничены величиной прямого тока и обратного напряжения, которые они могут выдержать.Этот предел основан на физическом размере и конструкции диода.

В случае диода с обратным смещением материал P-типа смещен отрицательно по отношению к материалу N-типа. В этом случае отрицательный потенциал, приложенный к материалу P-типа, притягивает носители положительного заряда, уводя их от перехода. Точно так же положительный потенциал, приложенный к материалу N-типа, оттягивает носители отрицательного заряда от соединения. Это оставляет область соединения истощенной; практически отсутствуют носители заряда.Таким образом, область перехода становится изолятором, и протекание тока подавляется. Потенциал обратного смещения может быть увеличен до обратного напряжения пробоя, на которое рассчитан конкретный диод. Как и в случае с максимальным номинальным прямым током, обратное напряжение пробоя указывается производителем. Обратное напряжение пробоя обычно намного выше, чем прямое пороговое напряжение. Типичный диод общего назначения может иметь прямое пороговое напряжение, равное 0.6 В и обратное напряжение пробоя 200 В. Превышение последнего может привести к необратимому повреждению диода.

Если вы хотите узнать больше о диодах, вы можете проверить и купить эту замечательную книгу:

Продолжить чтение

Диод

pn и принцип его работы

Диод с pn-переходом представляет собой монокристаллический полупроводниковый прибор с двумя выводами, одна сторона которого легирована акцепторами, а другая — донорами.Легирование акцептором создает полупроводник p-типа, а легирование донорами дает n-тип. Таким образом, в диоде образуется p-n переход.

Формирование pn-перехода в монокристалле из-за легирования материалом p-типа и n-типа показано на рисунке ниже.

На приведенном выше рисунке левая сторона кристалла относится к p-типу, а правая — к n-типу. Положительно заряженные донорные ионы n-типа показаны обведенным знаком плюс, а отрицательно заряженные акцепторные ионы показаны обведенным знаком минус.Обозначение схемы диода с pn-переходом показано ниже.

Принцип работы pn-диода

Принцип работы диода с pn-переходом можно разделить на три категории: несмещенный pn-переход, pn-переход с прямым смещением и pn-переход с обратным смещением. Мы обсудим каждый из них один за другим.

Несмещенный диод pn-перехода

Несмещенный означает, что к клеммам диода с pn-переходом не подключен источник напряжения.Исследуем явления, происходящие внутри перехода.

Поскольку p-сторона и n-сторона имеют дырки и электроны в качестве основного носителя, концентрация дырок больше на p-стороне, тогда как концентрация электронов больше на n-стороне. Из-за этой разницы в концентрации дырки начнут диффундировать в сторону n, а электроны начнут диффундировать в сторону p. В этом процессе дырки и электроны рекомбинируют и, следовательно, нейтрализуются. В результате акцепторные ионы вблизи p-стороны и донорные ионы вблизи n-стороны остаются ненейтрализованными.Этот ненейтрализованный ион вблизи pn-перехода называется непокрытым зарядом. Положительный и отрицательный непокрытые заряды создают электрическое поле на p-n-переходе. Направление этого электрического поля — от стороны n к стороне p. Это электрическое поле, создаваемое непокрытыми зарядами в диоде с p-n переходом, называется барьерным полем. Это барьерное поле препятствует диффузии дырок и электронов, и равновесие достигается, когда напряженности этого барьерного поля достаточно, чтобы остановить дальнейшую диффузию дырок и электронов через p-n-переход.После этого дальнейшего распространения большинства носителей не будет. Таким образом, в окрестности соединения отсутствуют какие-либо свободные заряды, и поэтому эта область pn-перехода называется Областью обеднения . Термины истощение сами по себе означают истощение свободных зарядов в области т.е. pn перехода.

Разность потенциалов между p-n переходом называется барьерным потенциалом . Основной причиной возникновения барьерного потенциала является разделение зарядов за счет процесса диффузии.Это приводит к созданию барьерного поля и, следовательно, связанного с ним барьерного потенциала. Значение этого барьерного потенциала зависит от полупроводника, легирования и ширины обедненной области. Чем больше ширина обедненной области, тем больше будет барьерный потенциал.

Из-за этого барьерного потенциала необходимо совершить работу, чтобы переместить дырку со стороны p на сторону n. То же самое и с электроном. Если принять потенциал барьера равным В В , то работа, которую необходимо совершить для перевода дырки из p-стороны в n-сторону, будет равна эВ B .Таким образом, мы наблюдаем, что существует барьерный потенциал на p-n переходе диода. Итак, мы должны быть в состоянии измерить это с помощью вольтметра? Если вы когда-нибудь попытаетесь измерить это напряжение, подключив провод вольтметра к клеммам диода, вы получите нулевое показание. Разве это не противоречие? Верно, что существует барьерный потенциал, но в то же время верно и то, что существует контактное падение напряжения между полупроводником и металлическим контактом. Потенциал барьера точно уравновешен контактным потенциалом на контактах металл-полупроводник на концах выводов диода.По этой причине вольтметр не может измерить барьерный потенциал диода.

Подводя итог, можно сказать, что в несмещенном диоде с pj-переходом ток отсутствует. Это просто устройство в этом состоянии.

Диод pn-перехода с прямым смещением

Говорят, что диод с p-n-переходом смещен в прямом направлении, если положительная пластина батареи подключена к стороне p, а отрицательная пластина — к стороне n. Диод с прямым смещением показан на рисунке ниже.

Поскольку p- и n-стороны соединены с положительной и отрицательной пластинами батареи соответственно, положительная пластина будет смещать дырки на p-стороне в сторону n и притягивать электроны на стороне n к стороне p.Точно так же отрицательная пластина будет отталкивать электроны на стороне n и притягивать дырки на стороне p. Таким образом, и положительная, и отрицательная пластины создают силу для потока дырок и электронов. Если напряжение батареи больше потенциала барьера, дырки и электроны будут иметь достаточно энергии, чтобы пересечь p-n-переход. После этого через диод pn-перехода начнется протекание тока. Следует также отметить, что ширина обедненной области будет уменьшаться при прямом смещении.Таким образом, в диоде с прямым смещением ток течет от анода к катоду или от стороны p к стороне n, как показано на рисунке выше.

Подводя итог, можно сказать, что диод с прямым смещением действует как замкнутый переключатель при условии, что напряжение прямого смещения должно быть больше, чем потенциал барьера. Если напряжение прямого смещения меньше потенциала барьера, энергии, сообщаемой батареей электронам и дыркам, будет недостаточно для пересечения p-n-перехода. Следовательно, он будет блокировать поток тока. Таким образом мы наблюдаем, что диод не двухсторонний прибор.Обратите внимание, что двустороннее устройство является однократным, что позволяет протекать току в обоих направлениях.

Диод обратного смещения pn-перехода

Говорят, что диод с p-n-переходом смещен в обратном направлении, если положительная пластина батареи подключена к стороне n, а отрицательная пластина — к стороне p. Диод с обратным смещением показан на рисунке ниже.

В условиях обратного смещения ширина области обеднения увеличивается по мере того, как напряжение батареи оттягивает дырки на p-стороне и электроны на n-стороне от перехода.Таким образом, не будет потока дырок и электронов через переход. Следовательно, через диод pn-перехода не будет протекать ток.

Но поток неосновных носителей, то есть электронов на p-стороне и дырок на n-стороне, остается неизменным. Следует отметить, что концентрация неосновного носителя зависит от температуры. Это термически генерируемые неосновные носители в p- и n-сторонах. Из-за потока неосновных носителей через переход небольшой ток течет от катода к аноду.Этот ток называется обратным током насыщения. Значение обратного тока насыщения не зависит от напряжения обратного смещения, но зависит от температуры перехода. Его значение увеличивается с увеличением температуры перехода. Протекание обратного тока насыщения I s показано на рисунке выше.

Диод с обратным смещением pn-перехода действует как разомкнутый переключатель и блокирует протекание тока от анода к катоду.

Незабываемые моменты
  • Диод с p-n переходом, смещенным в прямом направлении, действует как замкнутый переключатель при условии, что напряжение прямого смещения должно быть больше, чем потенциал его барьера.
  • Ширина обедненной области уменьшается с увеличением прямого смещения.
  • Диод с обратным смещением не проводит ток и, следовательно, действует как разомкнутый переключатель.
  • Ширина области обеднения увеличивается с увеличением напряжения обратного смещения.
  • Небольшой обратный ток течет со стороны n на сторону p в диоде с pn-переходом с обратным смещением или просто в диоде. Этот ток называется обратным током насыщения.
  • Значение обратного тока насыщения не зависит от обратного напряжения смещения.Его значение зависит от температуры перехода. Чем выше температура перехода, тем больше будет величина обратного тока насыщения.

Принцип работы обратного смещения диода-переходника

Принцип работы диода-перехода с обратным смещением

Если полупроводники p-типа и n-типа соединены специальной техникой, то поверхность перехода называется p-n переходом. Это одно из самых простых полупроводниковых устройств, которое пропускает ток только в одном направлении. Процесс, при котором диод с p-n-переходом блокирует электрический ток при наличии приложенного напряжения, называется диодом с p-n-переходом с обратным смещением.

От внешней разности потенциалов можно прикладываться к p-n переходу двумя способами, а именно — прямое смещение и обратное смещение. Здесь описан принцип работы с обратным смещением.

Обратное смещение: В этом случае внешнее напряжение прикладывается таким образом, что увеличивается высота или ширина потенциального барьера. Этот тип смещения называется обратным смещением.Чтобы применить обратное смещение, отрицательная клемма батареи подключается к концу p-типа, а положительная клемма подключается к концу n-типа. За счет приложенного напряжения электрическое поле действует в пользу электрического поля потенциального барьера.

Таким образом, результирующее электрическое поле в переходе увеличивается, а высота потенциального барьера увеличивается. На рисунке показано приложение обратного напряжения и увеличение высоты барьера. По мере увеличения потенциального барьера сопротивление в потоке зарядов увеличивается, и ток в цепи не течет.

При обратном смещении батарея притягивает электроны n-типа и дырки p-типа и отводит их от соединения. Таким образом, ширина соединения увеличивается, а потенциал вдоль соединения непрерывно увеличивается. Увеличение продолжается до тех пор, пока потенциалы батареи и перехода не сравняются.

При подаче обратного смещения через переход протекает очень небольшой ток. Причина этого тока в том, что в областях n-типа и p-типа есть некоторое количество дырок и электронов соответственно.Поток этих зарядов создает небольшой ток. Величина этого тока составляет порядка нескольких мкА. Этот ток называется обратным током.

Что такое силовой диод? Применение, использование, принцип работы, типы

Силовой диод в основном представляет собой обычный PN-переходной диод, используемый в силовых электронных схемах для работы с сильноточными и мощными приложениями, поэтому он называется силовым диодом . Это может быть определение силового диода. Силовой диод также имеет две клеммы (анод и катод), как и обычный диод с PN-переходом, но есть разница между конструкцией силового диода и обычного диода.Это особый тип диода. В этой статье мы узнаем конструкцию, принцип работы, типы и области применения силового диода.

Конструкция силового диода

Здесь вы можете увидеть конструктивную схему силового диода.

Силовой диод также является двухвыводным, двухслойным и однопереходным устройством. Он имеет P-слой и N-слой. Кроме того, вы можете видеть, что слой N разделен на два подуровня N+ и N-. В обычных диодах есть два слоя P+ и N+, но в случае силового диода доступен дополнительный подслой, который является N-слоем.Этот N-слой помогает использовать силовой диод для приложений с высокой мощностью.

Здесь слой P+ сильно легирован, слой N+ сильно легирован, а слой N- легирован очень слабо. Это почти заложено в природе. Силовой диод также известен как PIN-диод из-за наличия N-слоя внутренней природы. Здесь я указываю термин Внутренний.

Толщина области истощения или области пространственного заряда силового диода больше, чем у обычного диода. Это помогает блокировать высокий обратный ток без поломки.Эта особенность также делает силовой диод очень эффективным.

Характеристики V-I силового диода

Здесь вы можете увидеть диаграмму характеристик V-I силового диода.

Силовой диод по своим характеристикам очень похож на обычный сигнальный диод. В условиях прямого смещения ток, протекающий через диод, увеличивается и уменьшается линейно с увеличением и уменьшением приложенного напряжения. Поскольку силовой диод проводит очень большой ток, омическое падение также очень велико и имеет экспоненциальный рост.

Принцип работы силового диода

Когда на силовой диод подается прямое напряжение или напряжение на клемме анода выше, чем на клемме катода, силовой диод проводит через него прямой ток. Если приложенное напряжение увеличивается, то ток также увеличивается. Силовые диоды имеют очень низкие характеристики прямого падения напряжения благодаря своей усовершенствованной конструкции. Как правило, прямое падение напряжения на силовом диоде составляет от 0,5 до 1,2 В.

Когда на диод подается обратное напряжение или напряжение на катодной клемме выше, чем на анодной, это не позволяет протекать через него току. В этом режиме он блокирует ток.

Типы силовых диодов

Существуют различные типы силовых диодов в зависимости от времени обратного восстановления и конструктивного исполнения, например,

  • Силовой диод общего назначения
  • Быстрое восстановление
  • Диод Шоттки

Применение и применение Диод

  1. Силовые диоды используются в устройствах высокой мощности, таких как трехфазные выпрямители, инверторы.
  2. Силовые диоды используются в контроллерах мощности, зарядных устройствах, блоках питания контрольных панелей и т. д.
  3. Силовые диоды используются в снабберных цепях, выпрямителях высокого напряжения и т. д.

Преимущества силового диода

1. Силовой диод Возможно выдерживать большой ток в течение длительного времени.

2. Может блокировать очень большой ток при обратном смещении.

3. Обеспечивает очень высокий КПД по сравнению с обычными диодами.

Недостатки силового диода

1.Силовые диоды стоят дороже, чем обычные диоды.

2. Силовой диод выделяет больше тепла, чем обычный диод, поэтому с силовыми диодами всегда необходимо использовать радиатор.

3. Силовой диод дает больше потерь мощности, чем обычные диоды.

Читайте также:  

Благодарим за посещение сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Принцип работы переключающего диода и анализ метода переключения — Знания выключен, это эквивалентно тому, что переключатель разомкнут (цепь выключена), поэтому диод можно использовать в качестве переключателя.Обычно используется модель 1N4148. Поскольку полупроводниковый диод имеет характеристики однонаправленной проводимости, PN-переход включается при прямом смещении, а сопротивление во включенном состоянии очень мало, порядка десятков-сотней Ом; при обратном смещении он находится в выключенном состоянии, его сопротивление очень велико, обычно кремниевые диоды выше 10 МОм, а германиевые трубки также имеют десятки-сотни кОм.

Используя эту функцию, диод будет играть роль в контроле включения или выключения тока в цепи, становясь идеальным электронным переключателем.

Вышеприведенное описание применимо к любому обычному диоду или к принципу действия самого диода. Но для переключающих диодов наиболее важной характеристикой является производительность в условиях высоких частот.

В условиях высоких частот барьерная емкость диода имеет очень низкий импеданс и подключается параллельно диоду. Когда емкость барьерного конденсатора достигает определенного уровня, это серьезно влияет на характеристики переключения диода.В экстремальных условиях диод будет закорочен, и высокочастотный ток уже не будет проходить через диод, а будет напрямую обходить барьерный конденсатор, и диод выйдет из строя. Барьерная емкость переключающего диода, как правило, очень мала, что эквивалентно блокированию пути барьерной емкости, достигая эффекта поддержания хорошей однонаправленной проводимости в условиях высокой частоты.

Анализ схемы переключающего диода

Переключающий диод представляет собой структуру с PN-переходом, как и обычные диоды.Разница в том, что характеристики переключения этого диода должны быть лучше.

Когда на переключающий диод подается прямое напряжение, диод находится во включенном состоянии, что эквивалентно включенному состоянию переключателя; когда на переключающий диод подается обратное напряжение, диод находится в выключенном состоянии, что эквивалентно выключенному состоянию ключа. Включенное и выключенное состояния диода завершают функции включения и выключения.

Переключающие диоды используют эту характеристику, и благодаря производственному процессу характеристики переключения лучше, то есть скорость переключения выше, емкость перехода PN-перехода меньше, внутреннее сопротивление при включении меньше, а сопротивление в выключенном состоянии велико.

Схема переключающего диода

VD1 в схеме является переключающим диодом, и его функция эквивалентна переключателю, который используется для включения и выключения конденсатора С2.

Следующие пункты объясняют идеи анализа схемы диодного переключателя:

(1) В схеме C2 и VD1 соединены последовательно. По характеристике последовательной цепи С2 и VD1 либо включаются в цепь одновременно, либо одновременно отключаются.Если вам нужно, чтобы C2 был подключен параллельно C1, вы можете напрямую подключить C2 к C1 параллельно, но диод VD1 подключен последовательно, указывая на то, что VD1 управляет доступом и отключением C2.

(2) По характеристикам проводимости и отсечки диода, VD1 включается, когда требуется подключение С2 к цепи, а VD1 выключается, когда не требуется подключение С2 к цепи. Схема называется схемой диодного переключателя.

(3) Включение и выключение диода должно контролироваться напряжением.Анод VD1 в схеме подключен к выводу постоянного напряжения +V через резистор R1 и переключатель S1. Это напряжение является управляющим напряжением диода.

(4) Переключатель S1 в цепи используется для управления подключением рабочего напряжения +V к цепи. По схеме переключателя S1 легче подтвердить, что диод VD1 работает в состоянии переключения, потому что включение и выключение S1 управляет включением и выключением диода.

Рабочие характеристики переключающего диода

Время от отсечки (состояние высокого импеданса) до проводимости (состояние низкого сопротивления) переключающего диода называется временем включения; время от включения до отключения называется временем обратного восстановления; сумма двух времен называется временем переключения.Как правило, время обратного восстановления больше, чем время включения, поэтому в параметрах использования переключающего диода указывается только время обратного восстановления. Скорость переключения переключающих диодов довольно высока. Например, время обратного восстановления кремниевых переключающих диодов составляет всего несколько наносекунд, и даже для германиевых переключающих диодов оно составляет всего несколько сотен наносекунд.

Переключающие диоды отличаются высокой скоростью переключения, малыми размерами, долгим сроком службы и высокой надежностью.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.