Диоды. For dummies / Хабр
Введение
Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. (wikipedia)Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.
В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.
Два слова о зонной теории проводимости твердых тел
Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.
Считается, что электроны в атоме расположены на различном расстоянии от ядра. Соответственно, чем ближе электрон к ядру, тем сильнее связь между ними и тем большую энергию надо приложить, чтобы отправить его «в свободное плаванье». Говорят, что электроны расположены на различных 
Подробнее об этом можно почитать по ссылке на атом Бора выше, здесь же примем это как аксиому.
Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют
Такова общая картина энергетического строения атома.
p-n переход
Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют донором. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике.
Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.
В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.
Если расположить рядом p- и n-полупроводники, то на границе между ними возникнет диффузный ток. Произойдет это потому, что с одной стороны у нас чересчур много отрицательных зарядов (электронов), а с другой — положительных (дырок). Соответственно, электроны будут перетекать в приграничную область p-полупроводника. А поскольку дырка — место отсутствия электрона, то возникнет ощущение, будто дырки перемещаются в противоположную сторону — к границе n-полупроводника. Попадая в p- и n-области, электроны и дырки рекомбинируют, что приводит к снижению количества подвижных носителей заряда. На этом фоне становятся ясно видны неподвижные положительно и отрицательно заряженные ионы на границах полупроводников (от которых «ушли» рекомбинировавшие дырки и электроны).
Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.
Если приложить внешнее напряжение так, чтобы его электрическое поле «поддерживало» диффузный ток, то произойдет снижение потенциального барьера и сужение обедненной области.
Но можно подключиться и наоборот, чтобы внешнее электрическое поле поддерживало дрейфовый ток. Однако, в этом случае ширина обедненной зоны увеличится, а потенциальный барьер возрастет. Переход «закроется». Такое подключение называют обратным смещением. Если величина приложенного напряжения превысит некоторое предельное значение, то произойдет пробой перехода, и через него потечет ток (электроны разгонятся до такой степени, что смогут проскочить через потенциальный барьер). Эта граничная величина называется напряжением пробоя.
Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.
Диоды, наконец-то
Диод, по сути, одиночный p-n переход. Если он подключен с прямым смещением, то ток через него течет, а если с обратным — не течет (на самом деле, небольшой дрейфовый ток все равно остается, но этим можно пренебречь). Этот принцип показан в условном обозначении диода: если ток направлен по стрелке треугольника, то ему ничего не мешает, а если наоборот — то он «натыкается» на вертикальную линию.
Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.
Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.
Области применения диодов
- Выпрямление пременного тока. Основано оно именно на свойстве диода «запираться» при обратном смещении. Диод как бы «срезает» отрицательные полуволны.
- В качестве переменной емкости. Эти диоды называются
Здесь используется зависимость барьерной емкости перехода от обратного смещения. Чем больше его значение, тем шире обедненная область p-n перехода. Ее можно представить себе как плоский конденсатор, обкладками которого явялются границы области, а сама она выступает в качестве диэлектрика.
Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа. - Для стабилизации напряжения. Принцип работы таких диодов заключается в том, что даже при значительном увеличении внешнего падения напряжения, падение напряжения на диоде увеличится незначительно. Это справедливо и для прямого, и для обратного смещений. Однако напряжение пробоя при обратном смещении намного выше, чем прямое напряжение диода. Таким образом, если нужно поддерживать стабильным большое напряжение, то диод лучше включать обратно. А чтобы он сохранял работоспособность, несмотря на пробой, нужно использовать диод особого типа —
В прямосмещенном режиме он будет работать подобно обычному выпрямляющему диоду. А вот в обратносмещенном не будет проводить ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет так называемого напряжения стабилитрона, при котором диод сможет проводить значительный ток, а напряжение будет ограничено уровнем напряжения стабилитрона. - В качестве «ключа» (коммутирующего устройства). Такие диоды должны уметь очень быстро открываться и закрываться в зависимости от приложенного напряжения.
- В качестве детекторов излучения (фотодиоды).
Кванты света передают атомам в n-области дополнительную энергию, что приводит к появлению большого числа новых пар электрон-дырка. Когда они доходят до p-n перехода, то дырки уходят в p-область, а электроны скапливаются у края перехода. Таким образом, происходит возрастание дрейфового тока, а между p- и n-областями возникает разность потенциалов, называемая фотоЭДС. Величина ее тем больше, чем больше световой поток. - Для создания оптического излучения (светодиоды).
При рекомбинации дырок и электронов (прямое смещение) происходит переход последних на более низкий энергетический уровень. «Излишек» энергии выделяется в виде кванта энергии. И в зависимости от химического состава и свойств того или иного полупроводника, он излучает волны того или иного диапазона. От состава же зависит и эффективность излучения.
Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа.
От состава же зависит и эффективность излучения.Немного экзотики
Не стоит забывать о том, что p-n переход — одно из явлений микромира, где правит балом квантовая физика и становятся возможными странные вещи. Например, туннельный эффект — когда частица может пройти через потенциальный барьер, обладая меньшей энергией. Это становится возможным благодаря неопределенности соотношения между импульсом и координатами частицы (привет, Гейзенберг!). Этот эффект лежит в основе туннельных диодов.Чтобы обеспечить возможность «просачивания» зарядов, их делают из вырожденных полупроводников (содержащих высокую концентрацию примесей). В результате получают резкий p-n переход с тонким запирающим слоем. Такие диоды маломощные и низкоинерционные, поэтому их можно применять в СВЧ-диапазоне.
Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.
В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки.
Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.
Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода.
Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.
Заключение
Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.Источники:
ru.wikipedia.org
mda21.ru
elementy.ru
femto.com.ua
Диоды. Принцип работы диода — презентация онлайн
Похожие презентации:
3D печать и 3D принтер
Видеокарта. Виды видеокарт
Анализ компании Apple
Трансформаторы тока и напряжения
Транзисторы
Устройство стиральной машины LG. Электрика
Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)
Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок
Магнитные пускатели и контакторы
Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)
1. Тема 5 Диоды
Цель лекции: принцип работы;параметры; вольт амперная
характеристика;
схемы на диодах; виды диодов.
2. Определение
• Диод – это пассивный, нелинейный,полупроводниковый элемент с двумя выводами
анодом и катодом, имеющий вольт амперную
характеристику, представленную на рисунке.
D
1. Диод не подчиняется закону Ома.
2. Схему содержащую диоды нельзя
заменить эквивалентной.
3. Принцип работы диода
• Диод пропускает через себя ток в одномнаправлении. Этот эффект часто
называют выпрямлением.
4. Вольт амперная характеристика диода
3 зона2 зона
1 зона
5. Вольт амперная характеристика диода
6. Характеристики диода
• Uобр.макс.- максимально-допустимое постоянное обратноенапряжение диода;
• Uобр.и.макс.- максимально-допустимое импульсное обратное
напряжение диода;
• Iпр.макс.- максимальный средний прямой ток за период;
• Iпр.и.макс.- максимальный импульсный прямой ток за период;
• Iпрг.- ток перегрузки выпрямительного диода;
• fмакс.- максимально-допустимая частота переключения
диода;
• fраб.
— рабочая частота переключения диода;• Uпр. при Iпр.- постоянное прямое напряжения диода при токе
Iпр;
• Iобр.- постоянный обратный ток диода;
• Тк.макс.- максимально-допустимая температура корпуса
диода.
• Тп.макс.- максимально-допустимая температура перехода
диода.
7. Виды корпусов
• Навесные.• SMD – поверхностного монтажа.
8. Виды маркировок
• Американская — JEDEK — JointElectron Device Engineering Council
• Европейская — PRO ELECTRON
• Японская — JIS — Japanese Industrial
Standard JIS-C-7012
9. Корпуса и маркировка
10. Расшифровка маркировки
• Элемент 1. Первая буква — код материала.• А — германий В — кремний С — арсенид галлия R — сульфид
кадмия
• Элемент 2. Вторая буква — назначение
• А — маломощный диод В — варикап С — маломощный
низкочастотный транзистор D — мощный низкочастотный
транзистор Е — туннельный диод F — маломощный
высокочастотный транзистор G — несколько приборов в одном
корпусе Н — магнитодиод L — мощный высокочастотный
транзистор М — датчик Холла Р — фотодиод, фототранзистор
Q — светодиод R — маломощный регулирующий или
переключающий прибор S — маломощный переключательный
транзистор Т — мощный регулирующий или переключающий
прибор U — мощный переключательный транзистор Х —
умножительный диод Y — мощный выпрямительный диод Z —
стабилитрон
11.
Расшифровка маркировки• Элемент 3. Цифры или буква и цифры: 100…999 — приборыширокого применения, Z10…A99 — приборы для
промышленной и специальной аппаратуры
• Элемент 4 и 5. Буквы или буква и цифры:
• для стабилитронов — допустимое изменение номинального
напряжения стабилизации (буква) и напряжение стабилизации в
вольтах (цифра): А = 1 %; В = 2%; С = 5%; D = 10%; Е = 15%.
• Для выпрямительных диодов, у которых анод соединен с
корпусом (R) — максимальная амплитуда обратного
напряжения в вольтах (цифра).
• Для тиристоров, анод которых соединен с корпусом (R) —
меньшее из значений максимального напряжение включения
или максимальная амплитуда обратного напряжения в вольтах
(цифра).
12. Отечественная маркировка
Специальные типы диодовКлассический диод
Лавинный диод
Диод Шоттки
Стабилитрон
Светодиод
Стабистор
Полупроводниковый лазер
Тунельный диод
Фотодиод
Точечный диод
Солнечный элемент
Варикап
Диод Ганна
14.
Выпрямительные диоды15. Выпрямление
• Выпрямитель преобразует переменныйток в постоянный.
• Однополупериодный
выпрямитель
Входное напряжение
t
-U
-U
t
Выходное напряжение
ВАЖНО ЗАПОМНИТЬ. Падение напряжения на диоде примерно 0.6 В
16. Двухполупериодный выпрямитель
• Эта схема часто называется диодныммостом.
Входное напряжение
Выходное напряжение
Выпрямленные сигналы, полученные на предыдущем кадре и текущем
кадре нельзя считать сигналами постоянного тока. Много пульсаций. Их надо
сгладить или отфильтровать для получения линии близкой к прямой.
17. Двухполупериодный выпрямитель
• Альтернативное изображение диодногомоста.
18. Фильтрация в источниках питания
• Для фильтрации выходного сигналаприменяется конденсатор.
Емкость конденсатора подбирается
по условию
С
1
/
f
Rн
Определение напряжения пульсаций
для однополупериодного и
двухполупериодного выпрямителя
U I нагр.
/ fCU I нагр. / 2 fC
19. Задача
• Разработайте схему двухполупериодноговыпрямителя, обеспечивающего на выходе
напряжение постоянного тока с амплитудой
10 В. Напряжение пульсаций не должно
превышать 0.1 В. Ток в нагрузке 10 мкА.
Выберете входное напряжение переменного
тока, учитывая что падение напряжения на
диоде составляет 0.6 В.
20. Схемы выпрямителей для источников вторичного питания
• Двухполупериодная мостовая схема21. Схемы выпрямителей для источников вторичного питания
• Двухполупериодный однофазныйвыпрямитель на основе трансформатора со
средней точкой.
Недостатком схемы является неэффективное использование трансформатора
, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в
одном полупериоде. Ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше,
чем в простой двухполупериодной схеме.
22. Расщепление напряжения питания
• Двух полярное напряжение. Важнособлюдать полярность конденсатора.
В каждом полупериоде вторичная обмотка трансформатора работает
на свое плечо моста и отдельный фильтр на конденсаторе
23. Выпрямители с умножением напряжения
• Удвоитель напряженияРабота удвоителя очень похожа на работу обычного двухполупериодного
выпрямителя. Разница в том, что здесь выпрямитель в каждом из полупериодов
нагружен на свой конденсатор и заряжает его до амплитудного значения
переменного напряжения. Удвоенное выходное напряжение получается путём
сложения напряжения на конденсаторах.
24. Умножители напряжения
Известно большое количество схем позволяющих умножать входноенапряжение.
25. Понятие стабилизатора напряжения
• Путем увеличения емкости конденсатора можно уменьшитьпульсации сигнала, но емкости могут быть весьма габаритными.
• Даже если пульсации уменьшены, наблюдаются колебания
выходного напряжения, которые обусловлены колебаниями
входного сигнала или увеличением тока внешней нагрузки.
Поэтому в выходной цепи используется схема с обратной связью – стабилизатор,
который используя режим ШИМ поддерживает номинальный уровень выходного
напряжения
26. Схемы на диодах
• Подключение резервного источникапитания
27. Схемы на диодах
• Выделение фронта импульсов28. Схемы на диодах
• Последовательные диодные ограничителиДиод пропускает только положительные участки напряжения. Но даже
при положительном входном воздействии ток начинает протекать только
тогда, когда амплитуда входного сигнала будет превышать напряжение
смещения 4.5 В.
Схемы на диодах
• Параллельные диодные ограничители.
0
0
0
0
0
30. Схемы на диодах
• Параллельные диодные ограничители31. Схемы на диодах
• Двухсторонние ограничители.+5В
0
0
1В
+4В
32. Схемы на диодах
• Амплитудный ограничитель33. Схемы на диодах
• Диодная защита при коммутациииндуктивности.
РЕКОМЕДУЕМОЕ
РЕШЕНИЕ
При размыкании ключа индуктивность стремится сохранить ток между
Точками А и В за счет энергии магнитного поля. При этом разность
потенциалов на контактах переключателя может составить 1000 В. Это
Может привести в появлению электрической искры между контактами. СВАРКА!
34. ЗАДАЧИ
• Поясните как ведет себя схемаСХЕМА 1
?
Какая связь между схемами?
СХЕМА 2
?
35. Специальные типы диодов
• Стабилитрон (диод Зенера). Используетобратную ветвь характеристики диода с
обратимым пробоем для стабилизации
напряжения.
Параметрический стабилизатор
Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора
English Русский Правила
Принципы работы диода — Производство печатных плат и сборка печатных плат
Проектирование печатных плат — сложная задача, которую невозможно решить без соответствующих инструментов. Две основные причины — неспособность. Один из них заключается в том, чтобы точно просмотреть конструкцию печатной платы и точно удалить детали.
В результате большая часть проектирования печатных плат застревает в процессе проб и ошибок без четкого решения.
Все эти проблемы из-за того, что схемы обнаружения диодов аналоговые от одного прибора. Таким образом, понимание того, как они работают, и применение их в работе является сегодня наиболее важным элементом эффективного проектирования печатных плат.
Это означает, что для разработчиков не существует абсолютного способа найти правильный тип диодной схемы. Поэтому мы должны создать метод, поняв некоторые основные принципы применения диодов.
Первое, что необходимо в нашем процессе, это базовое понимание того, что делает диод.
Что такое диод? Флеминг открыл диод. История гласит, что он пытался построить радиоприемник. У него были проблемы с работой усилителя. Кроме того, воспроизводимая частота звучала неправильно. Он играл с частями, пока не нашел решение. Дело в том, что изменение направления тока производило звук.
Звук был таким сладким и отличался от всего, что он слышал раньше. Это должно быть что-то особенное.
Итак, Флеминг открыл то, что мы теперь знаем как диод (или выпрямитель). Он обнаружил, что определенный вид заряда может течь в одном направлении, говоря простыми словами. Диод был гальванического действия.
Не поймите неправильно — некоторые пытались использовать слово «выпрямитель» неправильно, чтобы обозначить что-то другое. Но это случай «дьявола, знаете ли». Только много лет спустя мы поняли физику диода.
А пока давайте представим себе диод как особый вид резистора. Это резистор, который пропускает ток в одном направлении, но блокирует его в другом. Неважно, какой это диод. Все они работают одинаково, поэтому они по-прежнему идут с символом.
Итак, сказав это, вам может быть интересно, что хорошего может сделать диод. В конце концов, резисторов уже более чем достаточно, и все они довольно дешевы.
Разница в том, как мы их производим. Резистор состоит из металлической проволоки, намотанной на керамическую форму.
Мы спаиваем провод с другим проводом, чтобы образовать цепь (т. е. петлю). Когда ток течет по этой цепи, он встречает большее сопротивление. Сопротивление меньше, если оно течет в противоположном направлении, как обнаружил Флеминг.
Вместо проволоки и керамической формы у нас есть двухпроволочные или металлические петли из фольги. Итак, если взять одну петлю, свернуть ее и пропустить через нее ток, можно будет сфокусировать заряд в одной точке. Затем, если вы поместите эту точку рядом с проводом или петлей, ток будет двигаться от металлической проволоки к металлической петле. Это было захватывающее открытие. Это означало, что вы могли собрать ток на металлической петле и провести по многим проводам одновременно.
Итак, вы видите, что диод имеет две петли из металлической фольги. Вы катите или кладете один в другой определенным образом. Есть несколько способов сделать это, и мы объясним их по ходу дела.
Как только вы поместите поток электронов на металлическую петлю, он начнет двигаться от одного конца к другому.
Это означало, что вы могли без проблем пропускать ток с одного конца диода на другой. Это похоже на то, что позволяет обычный провод.
Когда появился диод, все детали были сделаны из проводов, петель и трубок. Когда в игру вступили твердотельные материалы, похоже, произошло то же самое. Напряжение могло проходить в одну сторону, но не в другую.
На самом деле твердотельный диод работает совсем не так, как его предшественник. Они представляют собой два полупроводниковых диода, соединенных между собой металлом. Мы делаем один из материала P-типа, а другой из N-типа. Название не имеет ничего общего с типом металла. Это сокращение от «p» и «n» соответственно, которые являются элементами, из которых состоят эти диоды.
Мы называем их так, потому что они представляют собой p-n переход или полупроводниковый диод.
Суть в том, что мы можем сделать диод из различных материалов. Но определенные формы и формы придают им уникальные свойства.
Слово «диод» происходит от греческого слова «два». Конечно, это немного преувеличение, поскольку диод имеет не более одного контура. Двух петель нет. Но в то время это имело смысл, и до сих пор используется для описания основных частей диода.
Сегодня у нас есть много видов диодов. Но, к сожалению, у них много разных названий.
Это потому, что каждое имя описывает конкретную вещь, в зависимости от того, как мы ее делаем. Итак, сначала рассмотрим самые распространенные из них. Затем мы смотрим на похожие, но все же сильно отличающиеся друг от друга.
H как работает диод
Диоды являются одним из основных компонентов электронной схемы. Мы находим их почти в каждом электронном устройстве. Они контролируют ток через определенные цепи. Диоды также могут преобразовывать постоянный ток в переменный. Они также контролируют поток электроэнергии в электродвигателях и динамо-машинах.
Диод представляет собой электрический компонент, состоящий из полупроводникового материала с p-n переходом. Они имеют относительно высокое сопротивление потоку электричества. Отмечаем диод стрелкой, указывающей на протекание тока.
Действие диода влияет на нагрузку или цепь. Нагрузка, в нашем случае, состоит из лампочки. Диод позволяет электричеству течь от положительной стороны к отрицательной. Это происходит, когда вы подключаете его последовательно с нагрузкой, которая может справиться с этой электрической нагрузкой.
Диод — двухэлементный полупроводниковый прибор, состоящий из анода и катода. Диод проводит электричество в направлении стрелки. Однако он не позволит току проходить в направлении изгиба стрелки.
Анод — это положительно заряженная клемма, создающая путь с низким сопротивлением между ним и катодом. Отрицательный заряд катода равномерно распределяется вокруг него. Это позволяет электричеству легко проходить через эту область.
Затем он создает путь с низким сопротивлением между ним и анодом.
В U-образной части символа находится отрицательный заряд. Когда ток протекает через эту область, он сталкивается с протяженной областью. Сопротивление ниже, чем если бы оно текло в направлении стрелки. Это создает путь с низким сопротивлением между этими двумя областями. С анодом и катодом с обеих сторон электричество может течь в обоих направлениях.
Диоды плохо пропускают электричество. Вместо этого электричество должно проходить через полупроводниковый материал. Материал формирует диод до тех пор, пока он не переместится на другую сторону. В результате электричество будет переходить от низкого сопротивления к высокому сопротивлению, пока не уравновесится. Мы называем это падением напряжения.
Кремний N-типа Диод N-типа более доступен, так как его проще и дешевле производить. Кремниевые диоды N-типа также очень распространены в большинстве электронных устройств.
Диод N-типа имеет положительную пластину (анод) и отрицательный катод. В транзисторе NPN мы соединяем базу транзистора с анодом диода. Тогда ток может течь от положительной пластины к отрицательной стороне, но не в другом направлении.
Диод N-типа также известен как анодный диод. Это полупроводниковый прибор, который проводит электричество только в одном направлении. Как и в любом полупроводниковом устройстве, электроны будут течь с достаточным напряжением, чтобы протолкнуть их через материал. В данном случае это кремний.
Мы делаем диод N-типа из кремния, добавляя примеси в газ или металл. Положительная сторона диода (анод) создает путь с низким сопротивлением для протекания тока.
Транзисторы NPN встречаются чаще. Транзисторы PNP необходимы в приложениях, которые нуждаются в выпрямлении.
Кремний P-типа Более распространены трехвалентные примеси, такие как фосфор, алюминий и титан. Добавляем их в кремний.
Эти примеси увеличат количество заряженных носителей в полупроводниковом материале. В результате ток будет течь от отрицательной стороны к положительной, а не наоборот.
Полупроводник P-типа представляет собой катодный диод. Мы также называем его электронным вентилем или выпрямительным диодом. Эти диоды имеют положительную пластину (анод) и отрицательный катод.
Мы изготавливаем диод P-типа из кремния, содержащего примеси газа или металла.
При добавлении бора в Si примеси легче проходят через кремний. Это создает положительный заряд на кусочке кремния. Это побуждает электроны течь в этом направлении. Он также создает путь с низким сопротивлением между пластиной кремния, анодом и катодом.
Электроны могут легко проходить через эту область, когда мы прикладываем напряжение к срезу кремний-бор-кремний. Однако напряжение падает, когда электроны достигают катода. В результате ток недостаточен для протекания в любом направлении. Вместо этого он создает путь с низким сопротивлением между ним и анодом.
Диод P-типа более доступен, так как его проще и дешевле производить.
Мы производим оба типа кремниевых диодов с символами «N» или «P» для целей идентификации.
Типовая характеристика диода1. Небольшое падение напряжения на диоде: обычно от 0,5 В до 1,5 В на переходе кремний-кремний диода
2. Большой ток: обычно от 100 мкА до 2 мА на кремнии — кремниевый переход диода
3. Низкое сопротивление: обычно менее 10 Ом
4. Избирательно высокое сопротивление в цепи PNPN, где Γ очень велико (обычно 100 МОм), когда температура высокая и низкая, Γ может быть от 0,5 Ом
5. Особая характеристика: низкие омические потери в обратном источнике питания.
Диод может выпрямлять напряжение так же, как выпрямительный вентиль. Но у него есть перевернутая стрелка, чтобы показать, что он подает выход в направлении стрелки. Он также может изолировать цепи отрицательной обратной связи от положительной обратной связи.
Они есть в усилителях. Например, положительное напряжение, прикладываемое к одной пластине PNPN-диода, приводит к тому, что другая пластина становится отрицательной. Это полезно в схемах, где присутствует положительная обратная связь. Хорошим примером являются схемы усилителей.
Символ диода показывает катод или символ «К». Линия соединяет его с анодом или символом «А», но не так, чтобы стрелка изгибалась.
Роль диодовДиоды полезны почти в каждом электронном проекте. Диоды позволяют электричеству течь со стороны P на сторону N, но не со стороны N на сторону P. Когда мы подключаем диод последовательно с нагрузкой при питании цепи, диод пропускает ток. Он протекает, предотвращая обратный поток тока. Это позволяет одному источнику питания питать цепь. Однако он останавливает обратный поток электроэнергии, если происходит перебой в подаче электроэнергии.
1. Выпрямление Диоды используются в преобразователях переменного тока в постоянный, источниках питания и выпрямителях.
Они преобразуют переменный ток в постоянный. Направление тока всегда меняется, когда электричество представляет собой переменный ток. Диоды Soo могут поддерживать постоянный ток при изменении напряжения. Кроме того, диоды обладают свойством пропускать ток только в одном направлении. Таким образом, если переменный ток проходит через нагрузку в одном направлении, диод предотвращает протекание электричества в другом направлении. Это то, что мы называем исправлением.
Диоды могут обнаруживать радиосигналы. Плата Rayming и сборка поместите диод последовательно со схемой приемника и настройте его на частоту, которую мы хотели бы получать. Когда антенна принимает радиоволну, она проходит через диод. Это позволяет току течь только в одном направлении. Затем этот ток создает напряжение во всей цепи приемника. Приемник может изменить это напряжение при наличии звуковых волн. Это то, что мы называем обнаружением.
3.
Контроль напряжения Диоды часто используются для контроля напряжения в цепях. Например, мы подключаем высоковольтную батарею к цепи. Если вы несколько раз включите или выключите переключатель схемы, он будет заряжать и разряжать аккумулятор. Мы называем это пульсацией, обусловливающей напряжение в цепи. Диоды, используемые в этом процессе, являются бистабильными диодами. Питаем этот диод от аккумулятора через резистор и диодный мост. Диод, пропускающий ток только в одном направлении, представляет собой NPN или PNPN (для положительного-отрицательного). В качестве усилителя используем PNPN или NPN. Это потому, что мы можем сделать его усиление высоким, используя транзистор. Усиливаем напряжение на его переходе коллектор-эмиттер.
4. Преобразование тока Диоды могут преобразовывать ток из одной формы в другую. Например, мы последовательно подключаем диоды к входу и выходу преобразователя постоянного тока. Они преобразуют больший ток в малый ток.
Диоды преобразуют переменный ток в постоянный с помощью схемы выпрямителя. Когда мы не подаем напряжение извне, оно заряжает конденсатор переменным током, протекающим от источника переменного тока к конденсатору и земле. Когда напряжение на конденсаторе достигает критического значения, включается диод. Ток не может проходить между ними, потому что диод в это время смещен в обратном направлении. Это генерирует отрицательный импульс в момент начала проводимости.
Мы классифицируем диоды в зависимости от их функции в цепи:
1. Стабилитрон Стабилитроны могут управлять напряжением в цепи. Мы помещаем его последовательно с нагрузкой и подключаем его анод к отрицательной клемме цепи. Зенеровский диод имеет две клеммы, называемые катодом и анодом. Он действует как короткое замыкание, когда приложенное напряжение превышает его прямое падение напряжения. Диод, используемый для подачи напряжения на цепь, подобную светодиоду, является диодом-стабилизатором.
Светодиод (LED) преобразует ток в оптический сигнал. Он имеет две функции в одном корпусе:
а. Светодиод может излучать свет, когда через него протекает прямой ток b. Его обратное сопротивление очень велико.
Типичное применение этого феномена светодиодов — цифровые часы. Светодиоды полезны в качестве цифровых дисплеев из-за их низкого энергопотребления и длительного срока службы. Мы называем диод, в котором переход излучает свет, лазерным диодом или светоизлучающим диодом.
3. Диод Шоттки Этот специальный диод предотвращает коррозию при помещении в раствор электролита. Хорошим примером является диэлектрический материал электролитического конденсатора. Шоттки обычно используется для поддержания постоянной диэлектрической емкости. Хорошим примером являются радиосхемы, в которых емкостная нагрузка меняется из-за изменения напряжения и частоты источника питания. Это диод, изготовленный путем соединения металла с полупроводником.
Металл собирает носители заряда, когда они пытаются течь обратно через диодный переход. В результате металл обедняется носителями заряда. Это потому, что в нем нет примесей. Таким образом, через него не могут протекать электроны, как через обычную диодную структуру.
Диод Эсаки — это туннельный диод, изобретенный в 1960-х годах Лео Эсаки. Это позволяет току течь вперед и назад между двумя точками. Например, от катода к аноду и от анода к катоду. Диод Эсаки пропускает ток благодаря эффекту квантового туннелирования. Он также известен как диод с расщепленным переходом. Функция диода Эсаки аналогична диоду Зенера. Они позволяют зарядам течь только в одном направлении и обычно используются для регулирования напряжения.
5. Переключающий диод Если диод не выдерживает высоких напряжений и токов, переключающий диод может переключать ток между двумя точками. Переключающий диод — это диод особого типа, используемый для прерывания тока без повреждения защищаемых им устройств.
Эти диоды полезны в схемах, управляющих электродвигателями и преобразователями переменного тока в постоянный.
Германиевые диоды используются в высоковольтных устройствах и выпрямителях. В приложениях с очень высоким напряжением германиевые диоды необходимы в качестве выпрямителей. Германиевые диоды излучают свет, когда через них протекает прямой ток. Поэтому их часто используют для обозначения слишком высокого напряжения. Мы часто используем их для обнаружения волновых форм, таких как радиосигналы и напряжение генератора.
7. Кремниевые диоды Кремниевые диоды могут преобразовывать переменный ток в постоянный. Они являются источником тока, который не проводится мгновенно из одной точки в другую. Однако в течение короткого времени он течет с реальной текущей скоростью. Кремниевые диоды полезны для выпрямления высоковольтных токов переменного тока и измерения переменного напряжения.
Они также выполняют преобразование частоты в радиосхемах.
Туннельный диод пропускает ток от анода к катоду даже при небольшом прямом падении напряжения. Прямой ток туннельного диода линейно увеличивается с ростом напряжения.
Как проверить диодСуществует множество способов проверки диода. Одним из самых простых тестов является измерение его пропускной способности по току. По шкале сопротивления измеряем мультиметром. Настраиваем его на измерение сопротивления в омах по шкале «сопротивление». Обязательно поместите черный грифель на анод, а красный грифель на катод для этого теста.
Если у вас есть принципиальная схема, сверьтесь с ней, чтобы подключить два провода для правильной проводки.
Процесс Запустите измеритель, нажав кнопку «Ом» и настроив его на измерение сопротивления в омах. Затем измерьте обе стороны диода, используя один провод при 160 В переменного тока и 1000 мкА.
Это чуть более 10 вольт и 10 миллиампер. Также мы можем проверить диод лампочкой. Мы называем это «быстрым тестом». Лампочка должна ярко мигать при последовательном подключении диода. Затем вы должны подключить анод к положительной клемме вашего мультиметра. Затем подключите катод (отрицательную сторону) к отрицательной клемме мультиметра.
Еще одним тестом диода является измерение падения напряжения. Опять же, мы должны использовать шкалу вольт мультиметра для расчета падения напряжения между анодом и катодом диода. Теперь присоедините измерительные провода к разным точкам на двух клеммах, или вы можете использовать отдельные провода. Затем измерьте шкалу вольт мультиметра в различных точках между двумя клеммами. Он находится в диапазоне от 0 В переменного тока до +25 В переменного тока и от -25 В переменного тока до +25 В переменного тока с шагом 10 вольт.
Между точками отметьте количество вольт, падающее на диод. Выбрав на мультиметре режим «диод» или «вольт», также измерьте между одним из измерительных проводов и каждой клеммой в отдельности.
Напряжение, измеренное здесь, должно быть равно нулю, если ваш измеритель имеет правильную проводку. Если это не ноль, вы либо получили ложный нуль от своего измерителя, либо не применили правильную полярность к своему измерителю. Предположим , что вы применили неправильную полярность, что маловероятно, отсоедините отведения и переустановите их, соблюдая правильную полярность. Если вы можете прочитать ноль в некоторых точках между 0 и +25 В переменного тока, но не в других, вы допустили ошибку при подключении проводов или применении измерительных проводов.
В заключение, диоды — это электрические компоненты, единственной функцией которых является обеспечение протекания тока в одном направлении. Мы используем их во многих электронных схемах, от блокировки скачков напряжения до включения и выключения света. Таким образом, диоды полезны в микропроцессорах и других компьютерных чипах, таких как те, что управляют нашими телевизорами.
Зная, как они работают и какие типы диодов используются, мы можем более эффективно использовать их в наших электронных конструкциях.
Что такое диод? Определение, конструкция, работа, характеристики и типы диода
Определение : Электронный компонент, изготовленный из полупроводникового материала, который пропускает ток только в одном направлении, называется диодом. Это двухконтактное устройство , обычно образованное сплавлением полупроводниковых материалов p- и n-типа, каждый из которых имеет основные и неосновные носители.
Давайте сначала посмотрим основное содержание этой статьи.
Содержимое: диод
- Символ
- Строительство
- Рабочий
- Уравнение тока диода
- Характеристическая кривая
- Типы
- Ключевые термины
Обозначение диода
На рисунке ниже показано условное обозначение диода с PN-переходом:
Конструкция диода
Получив базовое определение, давайте теперь приступим к формированию.
Диод в своей основной форме представляет собой устройство с PN-переходом, через которое протекает ток при подаче надлежащего прямого потенциала. Полупроводниковые материалы p- и n-типа должны быть тщательно объединены, чтобы они имели контролируемое количество донорных и акцепторных примесей. В своей базовой форме берется одна кремниевая или германиевая пластина, легированная пятивалентными и трехвалентными примесями в двух ее половинах. Область P обозначает легирование трехвалентной примесью, а область n обозначает легирование пятивалентной примесью. Или просто мы можем объединить отдельные материалы p- и n-типа, чтобы сформировать полупроводниковое устройство.
На приведенном ниже рисунке показана структура диода с PN-переходом:
Здесь, как мы видим, полупроводниковый материал p-типа объединен с полупроводниковым материалом n-типа, который образует переход. Этот переход известен как PN-переход. На противоположных концах закреплены два металлических контакта, которые в совокупности образуют диод с PN-переходом.
Материал p-типа содержит дырки в качестве основного носителя и электроны в качестве неосновного носителя. Напротив, материал n-типа имеет электроны в качестве основного носителя и дырки в качестве неосновного носителя.
Этот p-n переход представляет собой не что иное, как слой неподвижных ионов , называемый обедненным слоем . При подаче соответствующего потенциала в нем замечают проводящее и непроводящее состояние.
Работа диода
Диод работает в несмещенном, прямом и обратном смещении.
Мы подробно обсудим вышеупомянутое условие. Начнем с несмещенного условия.
- Несмещенное состояние диода :
Когда на устройство не подается внешний потенциал или напряжение. Тогда это известно как несмещенное состояние диода.
Приведенный ниже рисунок поможет вам лучше понять несмещенное состояние диода.
Здесь материал p-типа сплавлен с материалом n-типа. Это слияние создает соединение.
Когда на диод не подается напряжение, основные носители заряда, то есть дырки со стороны p и электроны со стороны n, объединяются друг с другом на стыке. Эти носители заряда при объединении генерируют неподвижные ионы, которые истощаются через соединение. За счет этого на стыке образуется обедненная область.
Здесь следует отметить, что поток носителей заряда через площадь поперечного сечения известен как диффузия. Следовательно, ток при отсутствии смещения известен как диффузионный ток .
Разность потенциалов в обедненной области создает электрическое поле вокруг нее. Благодаря этому электрическому полю дальнейшее движение основных носителей заряда невозможно. Поэтому ширина области обеднения фиксирована. Потенциал в области истощения действует как барьер для дальнейшего движения, поэтому известен как барьер или встроенный потенциал. Однако по-прежнему неосновные носители дрейфуют через область обеднения, и протекает незначительный ток. Этот очень малый ток из-за неосновных носителей известен как дрейфовый ток .
- Состояние прямого смещения диода :
В условиях прямого смещения сторона p устройства соединена с положительной клеммой источника питания. И сторона n связана с отрицательным потенциалом батареи. Таким образом, соединение смещается в прямом направлении.
Ниже приведен рисунок, представляющий расположение диодов с положительным смещением:
При прямом смещении. Отверстия на стороне p испытывают силу отталкивания от положительной клеммы. Точно так же электроны испытывают отталкивание от отрицательного вывода источника питания. Однако изначально большинство носителей с обеих сторон не пересекают переход из-за барьерного потенциала.
Но, поскольку барьерный потенциал превышен, основные носители заряда теперь демонстрируют движение по переходу. Это движение носителей заряда после преодоления барьерного потенциала генерирует ток. Этот ток известен как ток большинства. В тот момент, когда этот барьер удаляется, сопротивление соединения автоматически становится равным 0.
Таким образом, теперь через устройство начинает течь прямой ток.
Здесь следует отметить, что барьерный потенциал кремния составляет 0,7 В, а германия — 0,3 В . Таким образом, после преодоления соответствующего потенциала в случае обоих материалов через устройство начинает протекать прямой ток.
- Состояние обратного смещения диода :
Когда мы извне подаем потенциал на устройство таким образом, что сторона p подключена к отрицательной клемме источника питания. И сторона n соединена с плюсовой клеммой. Тогда говорят, что устройство имеет обратное смещение.
На приведенном ниже рисунке показано расположение обратного смещения диода с PN-переходом:
При приложении обратного потенциала отверстия со стороны p испытывают притяжение от отрицательной клеммы. А электроны на стороне n испытывают притяжение от положительного вывода источника питания. Из-за этого большинство носителей, присутствующих с обеих сторон, движутся в направлении от перекрестка.
Это расширяет ширину области обеднения и, следовательно, увеличивает потенциальный барьер.
Переводит устройство в непроводящее состояние. Однако из-за того, что неосновные носители присутствуют как на стороне p, так и на стороне n, протекает очень небольшой ток. Этот небольшой ток через устройство известен как обратный ток утечки. Этот обратный ток не зависит от барьерного потенциала и зависит только от температуры и конструкции устройства.
Уравнение тока диода
Ток диода определяется следующим соотношением:
: I D = ток диода
I S = обратный ток насыщения 9000 3
В D = напряжение на прибор
T K = температура в Кельвинах
K = 11600/ƞ
ƞ = коэффициент идеальности в диапазоне от 1 до 2
Поскольку,
9000 2 Мы также можем написать,
Или
Таким образом, при подстановке приведенного выше значения в основное уравнение.
Мы получаем,
Это упрощенное уравнение тока диода.
Характеристическая кривая диода
На приведенном ниже рисунке показана характеристическая кривая диода с PN-переходом в условиях прямого и обратного смещения:
Область A представляет собой кривую для диода с прямым смещением. В то время как область B показывает кривую для диода с обратным смещением.
Предположим, что диод изготовлен из кремниевого материала. Следовательно, внешний потенциал, необходимый для преодоления барьерного потенциала, в его случае равен 0,7 В. Таким образом, мы можем видеть, что в области прямого смещения наблюдается быстрое увеличение тока после 0,7 вольт. Это называется коленным напряжением, после которого барьерный потенциал полностью снимается, и устройство начинает проводить ток.
Теперь перейдем к области B, которая представляет состояние обратного смещения устройства. Как мы уже обсуждали, в случае обратного смещения ширина обедненной области очень велика, как и барьерный потенциал.
Таким образом, кривая представляет собой обратный ток насыщения, который протекает только за счет движения неосновных носителей заряда через устройство. Этот обратный ток составляет менее 1 микроампер для кремниевого устройства.
Еще один момент, заслуживающий внимания, заключается в том, что при номинальном обратном напряжении протекает небольшой обратный ток. Но при увеличении обратного напряжения возникает условие, при котором происходит пробой перехода диода. Это вызывает немедленное увеличение обратного тока через него.
Типы диодов
В основном они характеризуются принципом работы, обеспечивающими различные характеристики выводов и допускающими многократное использование. Различные типы диодов приведены ниже:
Стабилитрон : Это тип диода с PN-переходом, который работает в условиях обратного смещения. Более конкретно можно сказать в области пробоя.
В основном это диод с сильнолегированным PN-переходом, который находит свое применение в регулировании напряжения, защите счетчиков, а также в операциях переключения и ограничения.
Туннельный диод : Туннельный диод, также известный как диод Эсаки, представляет собой плотно легированное устройство с высокой проводимостью. Концентрация примеси в нем отличается от нормального диода с PN-переходом. Он основан на принципе туннелирования и показывает характеристики отрицательного сопротивления.
Поскольку он показывает быстрый отклик, поэтому широко используется в качестве усилителя и генератора. Поскольку это слаботочное устройство, оно не получило широкого распространения.
PIN-диод : Это трехслойное устройство, в котором собственная область зажата между полупроводниками р- и n-типа. Поскольку собственный слой обеспечивает высокое удельное сопротивление, он обеспечивает ключ для обработки небольших входных сигналов.
Они широко используются в микроволновых и радиолокационных устройствах.
Варакторный диод : Он также известен как варикапный диод, слово, состоящее из комбинации переменного конденсатора.
Это диод с обратным смещением, режим работы которого зависит от переходной емкости. Они широко используются в высокочастотных приложениях.
Фотодиод : Фотодиод — это устройство, генерирующее ток при воздействии света на соответствующую область. Он также работает в условиях обратного смещения. Они широко используются в приложениях обнаружения, демодуляции, коммутации и кодирования.
Светодиод : Светодиод — это сокращенное название светоизлучающих диодов. Это устройство, которое производит некогерентный свет из-за приложенного электрического поля. Это диод с прямым смещением. Светодиоды широко используются в цифровых часах, мультиметрах, охранных сигнализациях и т. д.
Лазерный диод : Лазер — это аббревиатура для усиления света за счет вынужденного излучения. Они специально разработаны для получения когерентного излучения. Лазерные диоды широко используются в телекоммуникациях и медицине.
Диод Шоттки : Это не диод с PN-переходом, поскольку он образуется путем слияния металла с полупроводниковым материалом n-типа.
Это устраняет область истощения. Они широко используются в цифровых компьютерах.
Ключевые термины, относящиеся к диоду
Барьерный потенциал : Это напряжение, генерируемое на переходе в условиях нулевого смещения из-за неподвижных ионов. Также известен как встроенный потенциал.
Напряжение колена : Это прямое напряжение смещения полупроводникового устройства, которое преодолевает барьерный потенциал. После этого напряжения через переход перемещается большое количество носителей заряда. В результате через устройство протекает большой ток. Его значение 0,3 В для германия и 0,7 В для кремния.
Напряжение пробоя : При обратном смещении в устройстве наблюдается очень небольшой ток из-за потока неосновных носителей. Однако, если обратное напряжение увеличивается за определенный предел. Затем это приводит к полному разрушению соединения. Это напряжение известно как напряжение пробоя.
