Точечный диод

05.12.2020

Точечный диод — полупроводниковый диод с очень малой площадью p-n перехода, который образуется в результате контакта тонкой металлической иглы с нанесенной на неё примесью и полупроводниковой пластинки с определенным типом проводимости. С целью стабилизации параметров и повышения надёжности точечные диоды могут проходить электроформовку, для этого при изготовлении через диод пропускается импульс тока в несколько ампер и острие иглы вплавляется в кристалл.

Благодаря малой площади p-n перехода, и как следствие маленькой ёмкости перехода, точечный диод обычно имеет предельную частоту около 300—600 МГц. При использовании более острой иглы без электроформовки получают точечные диоды с предельной частотой порядка десятков гигагерц. Недостатками точечного диода являются: большой разброс параметров, невысокая механическая прочность, невысокий максимальный ток и чувствительность к перегрузкам, обусловленные малой площадью p-n перехода, конструктивная невозможность микроминиатюризации.

Точечные диоды очень широко применялись в радиотехнике до конца XX века, В современной электронике точечные диоды не применяются, либо имеют ограниченное применение, в области СВЧ техники их вытесняют более технологичные диоды Шотки и pin-диоды выполненные по плоскостным технологиям.

История

Точечный диод был запатентован в 1906 г. Гринлифом Пиккардом как кристаллический детектор для радиосвязи. Первые точечные диоды были выполнены на природных кристаллах полупроводника и отличались нестабильными характеристиками. По мере освоения технологий и изучения физики полупроводников, стали использовать искусственно выращенные монокристаллы германия и кремния, а диоды стали выпускаться в виде компактных герметичных приборов. Значительный скачок технологий точечных диодов произошел во время Второй мировой войны, это было связано с бурным развитием радиолокации и СВЧ техники, где потребность в сверхвысокочастотных детекторных и смесительных приборах была очень высокой. Впоследствии, точечные диоды стали широко применяться в радиоприемниках и телевизорах, в импульсной и измерительной технике. С развитием микроэлектроники, в связи с низкой технологичностью и невозможностью миниатюризации, эра точечных диодов закончилась.

Применение

Первые точечные диоды стали широко применять с 1920-х годов в детекторных радиоприёмниках в качестве амплитудного детектора, они имели открытую конструкцию и оператор радиоприемника должен был при помощи специального держателя найти иглой «активную точку» на поверхности кристалла чтобы радиоприёмник заработал. В 1930-х годах было замечено уникальное свойство точечных диодов — их способность работать на очень высоких частотах, а развитие теории полупроводников позволило создать очищенные монокристаллы вещества и изготавливать диоды в герметичном корпусе с достаточно хорошей повторяемостью параметров. Подобные диоды применяют в радиолокационной технике в качестве детекторов и смесителей сигнала а также умножителей частоты. В послевоенное время был освоен массовый выпуск точечных германиевых диодов широкого применения которые устанавливались во все виды электронной техники, включая и первые ЭВМ. Типичными представителями этого класса приборов в СССР являлись диоды Д2 и Д9, их можно встретить почти в каждом транзисторном радиоприемнике того периода. В СВЧ технике обычно применяются точечные диоды в металлокерамических корпусах патронного типа, например ДК-В1 или ДГ-С1, которые выполняют как на кристаллах германия так и кремния. Особенностью СВЧ приборов этого класса является то, что размеры их p-n-переходов очень малы, это определяет низкие предельно допустимые параметры и сильную чувствительность к электрическим перегрузкам. Небольшой разряд статического электричества или прозвонка обычным тестером может ухудшить их параметры или полностью вывести из строя (при этом диодные свойства не всегда исчезают, а пропадает способность работать на высоких частотах или сильно возрастает уровень собственных шумов).

Интересные факты

• В 20-х годах XX века среди радиолюбителей было широко распространено конструирование детекторных радиоприёмников. При этом точечный диод изготавливался самостоятельно. Для этого нужно было заказать по почте полупроводниковый кристалл и заострённый электрод. Перемещая электрод по поверхности кристалла необходимо было найти оптимальную точку.

• По точечной технологии производились не только диоды но и транзисторы. Первый транзистор, изобретенный 23 декабря 1947 года был точечной конструкции, однако, век таких транзисторов был недолог так как они в ещё большей степени были подвержены тем же недостаткам что и точечные диоды, при этом их частотный диапазон был гораздо ниже и уже через 10 лет транзисторы стали производить по более совершенным сплавным и диффузным технологиям.

• Простейшим точечным диодом является конструкция из острия карандаша в соприкосновении с пластиной из нержавеющей стали (лезвие безопасной бритвы).

---

• Корейская федерация традиционного хапкидо
• Горная аптека
• Копловиц, Алисия
• Грачёвский сельсовет (Ставропольский край)
• Корец
• Булл, Кнуд
• Самарин, Николай Николаевич
• Операция (военное дело)
• Нейрон
• Новогодняя улица

Точечный диод — определение термина

полупроводниковый диод с точечным переходом.

Научные статьи на тему «Точечный диод»

Pin диодов. Светодиодов….
Полупроводниковые диоды Определение 2 Полупроводниковый диод — это электронный прибор, который…
Пример схемы кремниевого диода изображен на рисунке ниже. Рисунок 1. Схема кремниевого диода….
По данному признаку различают микросплавные, плоскостные и точечные диоды. Частотному диапазону….
По данному признаку различают варикапы, стабисторы, стабилитроны, СВЧ-диоды, фотодиоды, светодиоды, диоды

Статья от экспертов

Научный и практический интерес представляет изучение полупроводниковых материалов и приборов с узким слоем атомов примесей и/или собственных точечных дефектов кристаллической решетки. Цель работы рассчитать электрические параметры симметричного кремниевого диода, в плоском p-n-переходе которого сформирован δ-слой точечных трехзарядных t-дефектов.

Такой диод называется p-t-n-диодом, подобно p-i-n-диоду.Каждый t-дефект может находиться в одном из трех зарядовых состояний (-1, 0, +1; в единицах элементарного заряда). Считается, что при комнатной температуре все водородоподобные акцепторы в p -области и водородоподобные доноры в n-области ионизованы. Принималось, что сечение захвата дырок v-зоны на t -дефекты больше сечения захвата электронов c-зоны на t-дефекты.Численно решена система cтационарных нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих в дрейфово-диффузионном приближении миграцию электронов и дырок в полупроводниках. Рассчитаны статические вольт-фарадные и вольт-амперные ха…

Creative Commons

Научный журнал

Основные характеристики и типы диодов Определение 1 Диод — это двухэлектродный электронный компонент…
Данный диод представляет собой вакуумированный баллон с двумя электродами.

…
Самыми распространенными полупроводниковыми диодами являются диод Эсаки, диод Зенера, светодиод, обращенный…
диод, диод Джеумма, фотодиод, полупроводниковый лазер, диод Ганна, солнечный элемент, диод Шоттки, стабистор…
, точечный диод, смесительный диод, магнитодиод.

Статья от экспертов

Точечное и векторное представление сигналов токов, напряжений транзистора и диода; влияние частоты дискретизации на вид вольтамперной характеристики; влияние масштаба напряжения на смещение нуля.

Creative Commons

Научный журнал

Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!

1. Напиши термин
2. Выбери определение из предложенных или загрузи свое
3. Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины с помощью удобных и приятных карточек

Диоды с точечным контактом

[История, конструкция, схема применения]

by Swagatam Оставить комментарий

В этой статье мы всесторонне узнаем о ранних диодах с точечным контактом и их современных версиях, которые представляют собой германиевые диоды.

Здесь мы узнаем следующие факты:

• Краткая история диодов с точечным контактом
• Конструкция диодов с точечным контактом и современных германиевых диодов
• Преимущества диодов с точечным контактом или германиевых диодов
• Применение германиевых диодов

Краткая история диодов с точечным контактом 9002 5

Точка- Контактный диод — самый старый из изобретенных диодов. Он был чрезвычайно простым и построен на кристалле материала, относящегося к полупроводникам, такого как галенит, цинкит или карборунд. Диод был впервые использован как дешевый и эффективный способ обнаружения радиоволн, потому что у него был «кошачий ус».

Карл Фердинанд Браун впервые продемонстрировал «асимметричную проводимость» электрического тока между кристаллом и металлом в диоде с точечным контактом в 1874 году.

В 1894 году Джагадиш Бозе провел первое микроволновое исследование, используя кристаллы в качестве детекторов радиоволн. Первый кристаллический детектор был изобретен Бозе в 1901 году.

Г. У. Пикард в первую очередь отвечал за преобразование кристаллического детектора в полезное радиоустройство. Он начал исследования детекторных элементов в 1902 году и обнаружил тысячи соединений, которые можно было использовать для создания выпрямляющих переходов.

Основные физические свойства этих первых точечных полупроводниковых переходов не были известны в то время, когда они использовались. Дальнейшее их изучение в 1930-х и 1940-х годах привело к созданию современных полупроводниковых приборов.

Конструкция диода с точечным контактом

Как видно на рисунке ниже, для контакта с кристаллом использовался тонкий провод, похожий на кошачий ус. Желательно, чтобы он был сделан из золота, чтобы предотвратить окисление.

Впоследствии появились другие типы детекторов, такие как дорогостоящие германиевые диоды и очень дорогие детекторные трубки.

Это привело к широкому внедрению точечных контактных детекторов кошачьих усов в беспроводных радиовещательных сетях во время Первой мировой войны.

По сравнению с современными полупроводниками набор детекторов кошачьих усов или набор кристаллов были далеко не точными. «Ус» приходилось вручную помещать на кристалл и фиксировать в определенном положении. Однако в течение нескольких часов работы его эффективность снижалась, и необходимо было определить новую позицию.

Несмотря на множество недостатков, ус и кристалл были первым полупроводником, использованным в беспроводных радиостанциях. В те первые годы беспроводной связи большинство любителей могли себе это позволить, точечные диоды работали довольно хорошо, но никто не понимал, как они работают.

Германиевые диоды (современные диоды с точечным контактом)

В настоящее время точечные диоды намного более эффективны и надежны. Как показано на рисунке ниже, они сделаны из кристалла германия N-типа, на который вставлена ​​тонкая вольфрамовая или золотая проволока (заменяющая ус).

Проволока заставляет часть металла мигрировать в полупроводник, где он контактирует с германием. Это служит примесью, образуя крошечную область P-типа и устанавливая PN-переход.

Из-за крошечного размера PN-перехода он не может выдерживать высокие уровни тока. Самый высокий обычно составляет несколько миллиампер. Обратный ток точечного диода больше, чем у типичного кремниевого диода. Это дополнительное свойство устройства.

Обычно это значение может составлять от пяти до десяти микроампер. Допуск на обратное напряжение точечного диода также ниже, чем у некоторых других кремниевых диодов.

Максимальное обратное напряжение, которое может выдержать устройство, часто определяется как пиковое обратное напряжение (PIV). Типичное значение обратного напряжения для одного из этих точечных диодов составляет примерно 70 вольт.

Преимущества

Германиевый диод, также известный как диод с точечным контактом, кажется простым во многих отношениях, но имеет несколько преимуществ. Первое преимущество заключается в простоте изготовления.

Диод с точечным контактом не требует методов диффузии или эпитаксиального выращивания, которые обычно необходимы для создания более традиционного PN-перехода.

Производители могли легко отделить детали из германия N-типа, расположить их и соединить с ними провод в идеальном выпрямительном переходе. Вот почему в начальные периоды полупроводниковой техники эти диоды широко использовались.

Дополнительным преимуществом точечного диода является простота использования. Переход имеет чрезвычайно низкую емкость из-за своего крошечного размера.

Несмотря на то, что обычные кремниевые диоды, такие как 1N914 и 1N916, имеют значения всего в несколько пикофарад, точечные диоды имеют еще более низкие значения. Это свойство делает их очень подходящими для радиочастотных применений.

И последнее, но не менее важное: германий, используемый для изготовления диода с точечным контактом, обеспечивает минимальное прямое падение напряжения, что делает его идеальным для использования в качестве детектора. Следовательно, для диода требуется значительно более низкое напряжение для проводимости.

В отличие от кремниевого диода, для включения которого требуется 0,6 В, типичное прямое напряжение германиевого диода вряд ли равно 0,2 В.

Применение

Если вы любитель и любите собирать крошечные радиоприемники, тогда вы можете найти лучшее применение диода с точечным контактом в кварцевом наборе.

Самая простая форма радиоприемника, которая широко использовалась на заре радио, известна как кристаллический радиоприемник. Он также широко известен как набор кристаллов.

Самое интересное в этом радио то, что для его работы не требуется внешнее питание. Он фактически создает звуковой сигнал, используя мощность радиосигнала, принимаемого через его антенну.

Он получил свое название от своего наиболее важного компонента, кристаллического детектора (диод с точечным контактом), который изначально был изготовлен из кристаллического материала, такого как галенит.

Простой кварцевый радиоприемник с точечным контактом германиевого диода 1N34 можно увидеть на следующей схеме.

Для получения полной статьи и описания схемы вы можете обратиться к следующему сообщению:

Сборка кристаллического радиоприемника

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схематик/печатная плата дизайнер, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете ответить через комментарии, я буду очень рад помочь!

Важность точки добротности диода для функционирования схемы | Блог Advanced PCB Design

 

Мы все стремимся к той оптимальной точке, в которой сходятся наша производительность, стремление и страсть к стоящей перед нами задаче. Например, работа в идеальной компании, которая также ценит вашу работу, платит вам соответственно, а страсть к тому, что вы делаете, непоколебима.

Точка Q, которую мы все ищем, часто неуловима, а для некоторых недостижима. Однако именно человеческая природа побуждает всех нас постоянно стремиться к ощутимо недостижимому. Кроме того, если бы не это неутолимое стремление, мы, люди, не достигли бы тех успехов в науке, которые вы видите сегодня.

Что касается достижений, большинство наших достижений относится к области электроники и техники. Это вполне логично, особенно учитывая тот факт, что эти достижения оказывают наиболее заметное, широко распространенное и изменяющее жизнь влияние на нашу жизнь. Кроме того, в области электроники ландшафт постоянно меняется, и очень немногие вещи, которые являются правдой сегодня, были бы правдой даже несколько лет назад. Однако рабочая точка диода (точка Q) является одним из таких исключений.

Что такое точка добротности диода?

Точка Q или рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, или точка покоя — это установившееся постоянное напряжение или ток на определенной клемме активного устройства, такого как диод или транзистор, без подачи входного сигнала .

Кроме того, точка Q представляет собой отношение между прямым напряжением диода и током, определяемое характеристикой устройства. Следовательно, есть только одна точка на линии нагрузки постоянного тока, где напряжение и ток диода совместимы с условиями цепи.

Другими словами, эта рабочая точка (точка Q) является точкой пересечения, где сходятся оптимальные прямое напряжение и прямой ток, а также точкой, в которой диод работает оптимально.

Важность точки Q для работы цепи

Другой способ выражения точки Q — обращение к ней как к смещению. Смещение в электронике означает установление заранее определенных напряжений или токов в различных точках электронной схемы для обеспечения надлежащих условий работы электронных компонентов.

Многочисленные электронные устройства, в том числе диоды, транзисторы и даже электронные лампы, функцией которых является обработка изменяющихся во времени сигналов переменного тока, также требуют постоянного тока или напряжения для правильной работы. Кроме того, при подаче сигнала переменного тока вы делаете это, накладывая его на постоянный ток или напряжение смещения.

Принимая во внимание, что цепь смещения — это часть цепи устройства, которая обеспечивает постоянный ток или напряжение. Таким образом, точка Q имеет важное значение для общей функциональности компонента (диода) или схемы.

Расчет точки добротности диода

Как обсуждалось ранее, рабочая точка или точка покоя (точка Q) — это точка, в которой диод работает оптимально. Кроме того, точка добротности диода зависит от схемы, в которой диод находится отдельно, поэтому ее необходимо рассчитать для конкретной схемы, которую вы проектируете. Как правило, именно схемотехник выбирает точку Q для работы диода при безопасном номинальном токе.

Для расчета точки Q диода мы должны использовать закон напряжения Кирхгофа (KVL), который гласит, что алгебраическая сумма разностей потенциалов в любом контуре должна быть равна нулю (ΣV = 0). Например, если два резистора R1 и R2 соединены вместе в последовательном соединении, они оба являются частями одного и того же контура, поэтому через каждый резистор должен протекать один и тот же ток.

Теперь предположим, что диод также включен последовательно с резистором (R1) и источником напряжения (VDD).

Мы подключим диод с прямым смещением, чтобы прямой ток и прямое напряжение протекали через последовательную цепь. Согласно закону тока Кирхгофа, ток, протекающий через диод (ID) и резистор (IR), равен (ID = IR).

Понимание точки добротности диода позволяет лучше определять ток в цепи.

 

Дальнейший анализ линии нагрузки постоянного тока и точки Q диода

Теперь мы можем продолжить анализ цепи, применив закон Кирхгофа для напряжения (KVL). КВЛ приводит к формированию окончательного уравнения для линии нагрузки постоянного тока. Здесь постоянное напряжение представляет собой напряжение смещения цепи, сохраняя любые дополнительные реактивные компоненты равными нулю. Применив КВЛ к последовательной цепи, мы можем получить напряжения и токи нашей цепи.

(VDD = VD + IDR) (VD = IDR — VDD)

Что касается формулы, VDD — это приложенное напряжение источника постоянного тока, а VD — это напряжение на диоде. Следовательно, вы можете рассматривать приведенную выше формулировку как уравнение для диода. Теперь мы можем получить характеристики напряжения и тока диода в состоянии прямого смещения. Таким образом, как и в нашем предыдущем анализе состояния диода при прямом смещении, приложенное напряжение и генерируемый ток в цепи экспоненциально связаны друг с другом.

Кроме того, при достижении определенного напряжения отсечки диод начинает работать в режиме прямого смещения. Теперь, когда у нас есть характеристическая кривая (графически), мы можем завершить нашу технику анализа и провести прямую линию на кривой i-v характеристик. Кривая для нашей обобщенной схемы для диода (VDD/R). Таким образом, пересечение линий приводит к образованию рабочей точки диода (точки Q), как упоминалось ранее.

Общее значение точки Q в линии нагрузки постоянного тока

Как вы, возможно, знаете, диоды являются нелинейными компонентами, которые не подчиняются законам Ома. Однако, если вы проанализируете его кривую вольт-амперной характеристики, она по-прежнему основана на параметрах напряжения и тока. Во время этого графического анализа мы строим характеристическую кривую, а затем рисуем линию нагрузки постоянного тока. Это, конечно, представляет собой точку, в которой реактивные компоненты равны нулю.

Это также представляет собой ограничение, применяемое к нелинейному компоненту внешней цепью. Отсюда мы, конечно же, определяем нашу точку Q. Итак, каково значение установки этой точки Q и использования этой техники анализа? Ответ таков:

1. Это позволяет нам получить линейный анализ для нелинейных компонентов, таких как диоды и транзисторы.

2. Основной целью анализа грузовой марки является определение рабочей точки.

3. Рабочая точка, создаваемая линией нагрузки постоянного тока, является центром, в котором параметры напряжения и тока эквивалентны друг другу для обеих частей цепи.

4. Рабочие области, созданные здесь благодаря методу анализа линии нагрузки, гарантируют, что диод остается в активной области.

5. Полученная рабочая точка также важна для построения нагрузочных линий переменного тока.

6. Если постоянное сопротивление и постоянное напряжение, приложенное к цепи, изменяются, то этот метод жизненно важен для эффективного анализа цепи.

Найти ожидаемое выходное напряжение с стабилитроном несложно.

 

Точка Q необходима для общей функциональности компонентов и схем. Это гарантирует, что нелинейные компоненты, такие как диоды, работают при оптимальном токе и напряжении во всем рабочем диапазоне. Это также способствует повышению функциональности, надежности и срока службы ваших электронных схем.

Внедрите надлежащие операционные стратегии точки Q для всех ваших проектов печатных плат с помощью набора инструментов Cadence для проектирования и анализа. OrCAD PSpice Simulator может не только получить расчет точки Q для всех ваших потребностей в проектировании электронных схем, но также предоставить симуляции и модели для ожидаемых выходных напряжений и источников питания.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.