Полупроводничка диода се широко користи у електротехници и електроници. Својом ниском ценом и добрим односом снаге и величине, брзо је заменио вакуум уређаје сличне намене.
Садржај
Уређај и принцип рада полупроводничке диоде
Полупроводничка диода се састоји од два региона (слоја) направљених од полупроводника (силицијум, германијум, итд.). Један регион има вишак слободних електрона (н-полупроводник), други има недостатак (п-полупроводник) - то се постиже допирањем основног материјала. Између њих постоји мала зона у којој вишак слободних електрона са н-места "затвара" рупе са п-места (рекомбинација настаје услед дифузије), а у овом региону нема слободних носилаца наелектрисања. Када се примени напон унапред, регион рекомбинације је мали, његов отпор је мали, а диода спроводи струју у овом правцу. Са обрнутим напоном, зона без носиоца ће се повећати, отпор диоде ће се повећати. Ниједна струја неће тећи у овом правцу.
Врсте, класификација и графичка ознака на електричним шемама
У општем случају, диода на дијаграму је означена као стилизована стрелица која показује смер струје. Условна графичка слика (УГО) уређаја садржи два закључка - анода и катода, који су у директној вези повезани на плус електричног кола и на минус, респективно.
Постоји велики број варијанти овог биполарног полупроводничког уређаја, који, у зависности од намене, могу имати мало другачије УГО.
Зенер диоде (Зенер диоде)
Зенер диода је полупроводнички уређајрадећи на обрнутом напону у зони лавинског пробоја. У овом региону, напон Зенер диоде је стабилан у широком опсегу струје кроз уређај. Ово својство се користи за стабилизацију напона на оптерећењу.
Стабистори
Зенер диоде добро раде на стабилизацији напона од 2 В и више.Стабистори се користе за добијање константног напона испод ове границе. Допирањем материјала од којег су направљени ови уређаји (силицијум, селен) постиже се највећа вертикалност директне гране карактеристике. У овом режиму, стабилизатори раде, дајући примерни напон у опсегу од 0,5 ... 2 В на директној грани струјно-напонске карактеристике при предњем напону.
Шоткијеве диоде
Шоткијева диода је изграђена према шеми полупроводник-метал, и нема конвенционални спој. Због тога су добијена два важна својства:
- смањен пад напона напред (око 0,2 В);
- повећане радне фреквенције услед смањења сопствене капацитивности.
Недостаци укључују повећане вредности реверзних струја и смањену толеранцију на ниво обрнутог напона.
Варицапс
Свака диода има електричну капацитивност. Плоче кондензатора су два просторна наелектрисања (п и н области полупроводника), а слој баријере је диелектрик. Када се примени обрнути напон, овај слој се шири и капацитивност се смањује. Ово својство је инхерентно свим диодама, али за варикапе, капацитивност је нормализована и позната за дате границе напона. Ово омогућава коришћење таквих уређаја као променљиви кондензатори и примењују се за подешавање или фино подешавање кола снабдевањем обрнутог напона различитих нивоа.
тунелске диоде
Ови уређаји имају отклон у равном делу карактеристике, у којем повећање напона изазива смањење струје. У овом региону, диференцијални отпор је негативан.Ово својство омогућава да се тунелске диоде користе као појачивачи и генератори слабих сигнала на фреквенцијама изнад 30 ГХз.
Динистори
Динистор - диодни тиристор - има п-н-п-н структуру и ЦВЦ у облику слова С, не проводи струју док примењени напон не достигне ниво прага. Након тога се укључује и понаша се као нормална диода све док струја не падне испод нивоа задржавања. Динистори се користе у енергетској електроници као кључеви.
Пхотодиодес
Фотодиода је направљена у пакету са видљивим приступом светлости кристалу. Када се п-н спој озрачи, у њему настаје емф. Ово вам омогућава да користите фотодиоду као извор струје (као део соларних панела) или као сензор светлости.
ЛЕД диоде
Главно својство ЛЕД-а је способност да емитује светлост када струја пролази кроз п-н спој. Овај сјај није повезан са интензитетом грејања, као лампа са жарном нити, тако да је уређај економичан. Понекад се користи директан сјај прелаза, али чешће се користи као иницијатор паљења фосфора. Ово је омогућило добијање раније недостижних ЛЕД боја, попут плаве и беле.
Гунн диоде
Иако Гунова диода има уобичајену конвенционалну графичку ознаку, она није диода у пуном смислу. Зато што нема п-н спој. Овај уређај се састоји од плоче галијум арсенида на металној подлози.
Не улазећи у детаље процеса: када се у уређај примени електрично поље одређене величине, долази до електричних осцилација чији период зависи од величине полупроводничке плочице (али у одређеним границама, фреквенција се може подесити). спољним елементима).
Гунове диоде се користе као осцилатори на фреквенцијама од 1 ГХз и више. Предност уређаја је стабилност високе фреквенције, а мана мала амплитуда електричних осцилација.
Магнетне диоде
На обичне диоде слабо утичу спољашња магнетна поља. Магнетодиоде имају посебан дизајн који повећава осетљивост на овај ефекат. Израђују се по п-и-н технологији са продуженом базом. Под дејством магнетног поља, отпор уређаја у правцу напред се повећава, а то се може користити за стварање бесконтактних склопних елемената, претварача магнетног поља итд.
Ласерске диоде
Принцип рада ласерске диоде заснива се на својству пара електрон-рупа током рекомбинације под одређеним условима да емитује монохроматско и кохерентно видљиво зрачење. Методе стварања ових услова су различите, за корисника је потребно само знати дужину таласа који емитује диода и његову снагу.
Аваланцхе диодес
Ови уређаји се користе у микроталасној пећници. Под одређеним условима, у режиму лавинског пробоја, на карактеристици диоде појављује се део са негативним диференцијалним отпором. Ово својство АПД-а им омогућава да се користе као генератори који раде на таласним дужинама до милиметарског опсега. Тамо је могуће добити снагу од најмање 1 ват. На нижим фреквенцијама, са таквих диода се уклања до неколико киловата.
ПИН диоде
Ове диоде су направљене коришћењем п-и-н технологије. Између допираних слојева полупроводника налази се слој недопираног материјала. Из тог разлога, исправљачка својства диоде су погоршана (са обрнутим напоном, рекомбинација је смањена због недостатка директног контакта између п- и н-зоне).Али због размака региона просторног набоја, паразитски капацитет постаје веома мали, у затвореном стању, цурење сигнала на високим фреквенцијама је практично искључено, а пин диоде се могу користити на РФ и микроталасној пећници као прекидачки елементи.
Главне карактеристике и параметри диода
Главне карактеристике полупроводничких диода (осим високо специјализованих) укључују:
- максимални дозвољени обрнути напон (константни и импулсни);
- гранична радна фреквенција;
- пад напона напред;
- опсег радне температуре.
Остале важне карактеристике најбоље је размотрити на примеру ИВ карактеристика диоде - ово је јасније.
Волт-амперска карактеристика полупроводничке диоде
Струјно-напонска карактеристика полупроводничке диоде састоји се од предње и реверзне гране. Налазе се у И и ИИИ квадрантима, пошто се смер струје и напона кроз диоду увек поклапају. Према струјно-напонској карактеристици, можете одредити неке параметре, као и јасно видети на шта утичу карактеристике уређаја.
Напон прага проводљивости
Ако примените напон унапред на диоду и почнете да га повећавате, у првом тренутку се ништа неће догодити - струја се неће повећати. Али при одређеној вредности, диода ће се отворити и струја ће се повећати у складу са напоном. Овај напон се назива напон прага проводљивости и означен је на ВАЦ као Утхресхолд. Зависи од материјала од којег је диода направљена. За најчешће полупроводнике овај параметар је:
- силицијум - 0,6-0,8 В;
- германијум - 0,2-0,3 В;
- галијум арсенид - 1,5 В.
Својство германијумских полупроводничких уређаја да се отварају на ниском напону користи се при раду у нисконапонским колима и у другим ситуацијама.
Максимална струја кроз диоду са директним прикључком
Након што се диода отвори, њена струја расте заједно са повећањем напона унапред. За идеалну диоду, овај график иде у бесконачност. У пракси, овај параметар је ограничен способношћу полупроводничког уређаја да одводи топлоту. Када се достигне одређена граница, диода ће се прегрејати и отказати. Да би се то избегло, произвођачи указују на највећу дозвољену струју (на ВАЦ - Имак). Може се грубо одредити величином диоде и њеног паковања. У опадајућем редоследу:
- највећу струју држе уређаји у металном омотачу;
- пластична кућишта су дизајнирана за средњу снагу;
- Диоде у стакленим омотачима се користе у нискострујним колима.
Метални уређаји се могу уградити на радијаторе - то ће повећати снагу дисипације.
Реверзна струја цурења
Ако примените обрнути напон на диоду, онда неосетљиви амперметар неће показати ништа. У ствари, само идеална диода не пропушта никакву струју. Прави уређај ће имати струју, али је веома мала, и назива се обрнута струја цурења (на ЦВЦ - Иобр). То је десетине микроампера или десетине милиампера и много мање од једносмерне струје. Можете га пронаћи у именику.
Пробојни напон
При одређеној вредности обрнутог напона долази до оштрог повећања струје, што се назива слом. Има тунелски или лавински карактер и реверзибилан је. Овај режим се користи за стабилизацију напона (лавина) или за генерисање импулса (тунел).Са даљим повећањем напона, слом постаје термички. Овај режим је неповратан и диода не ради.
Паразитни капацитет пн-спој
Већ је поменуто да п-н спој има електрични капацитет. А ако је ово својство корисно и користи се у варикапима, онда у обичним диодама може бити штетно. Мада капацитет је јединица или десетине пФ и при једносмерној струји или ниским фреквенцијама је неприметан, са повећањем фреквенције његов утицај расте. Неколико пикофарада на РФ ће створити довољно низак отпор за лажно цурење сигнала, додати постојећи капацитет и променити параметре кола, и заједно са индуктивношћу излазног или штампаног проводника формирати лажно резонантно коло. Због тога се у производњи високофреквентних уређаја предузимају мере за смањење капацитивности прелаза.
Означавање диода
Најлакши начин за означавање диода у металном кућишту. У већини случајева, они су означени ознаком уређаја и његовим пиноутом. Диоде у пластичном кућишту означене су ознаком прстена на страни катоде. Али не постоји гаранција да произвођач стриктно поштује ово правило, па је боље да се позовете на именик. Још боље, звоните уређај мултиметром.
Домаће зенер диоде мале снаге и неки други уређаји могу имати ознаке два прстена или тачке различитих боја на супротним странама кућишта. Да бисте одредили тип такве диоде и њен пиноут, потребно је да узмете референтну књигу или пронађете онлајн идентификатор за означавање на Интернету.
Примене диода
Упркос једноставном уређају, полупроводничке диоде се широко користе у електроници:
- За исправљање АЦ напон. Класика жанра - својство п-н споја се користи за провођење струје у једном правцу.
- диодни детектори. Овде се користи нелинеарност И–В карактеристике, што омогућава да се из сигнала изолују хармоници, од којих се неопходни могу разликовати филтерима.
- Две диоде, повезане једна уз другу, служе као лимитер за моћне сигнале који могу преоптеретити наредне улазне фазе осетљивих радио пријемника.
- Зенер диоде могу бити укључене као елементи отпорни на варнице који не дозвољавају високонапонским импулсима да уђу у кола сензора инсталираних у опасним подручјима.
- Диоде могу служити као склопни уређаји у високофреквентним колима. Отварају се константним напоном и пролазе (или не пролазе) РФ сигнал.
- Параметарске диоде служе као појачавачи слабих сигнала у микроталасном опсегу због присуства секције са негативним отпором у директној грани карактеристике.
- Диоде се користе за склапање миксера који раде у опреми за пренос или пријем. Мешају се сигнал локалног осцилатора са високофреквентним (или нискофреквентним) сигналом за даљу обраду. Такође користи нелинеарност струјно-напонске карактеристике.
- Нелинеарна карактеристика омогућава употребу микроталасних диода као множитеља фреквенције. Када сигнал прође кроз мултипликаторску диоду, виши хармоници су истакнути. Затим се могу одабрати филтрирањем.
- Диоде се користе као елементи за подешавање резонантних кола. У овом случају се користи присуство контролисане капацитивности на п-н споју.
- Неке врсте диода се користе као генератори у микроталасном опсегу. То су углавном тунелске диоде и уређаји са Гун ефектом.
Ово је само кратак опис могућности полупроводничких уређаја са два терминала. Уз дубинско проучавање својстава и карактеристика уз помоћ диода, могуће је решити многе проблеме задате програмерима електронске опреме.
Слични чланци:
