Виды полупроводниковых диодов: Полупроводниковые диоды. Классификация и принцип работы. :: Электроника для всех

Содержание

Диод | Виды, характеристики, параметры диодов

Что такое диод

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

обратный клапанобратный клапан

 

Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые  диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диодастроение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

 

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод.  Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Диод в цепи постоянного тока

Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.

прямое включение диодапрямое включение диода

Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.

диод в прямом включении
диод в прямом включении

 

Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.

обратное включение диодаобратное включение диода

 

Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.

обратное включениеобратное включение диода

 

Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

диод в цепи переменного тока

Мой генератор частоты выглядит вот так.

генератор частот

Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа

 

Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигналсинусоидальный сигнал

 

Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение после диодапеременное напряжение после диода

 

Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.

А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.

переменый ток после диодапеременый ток после диода

 

Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.

переменный ток после диодапеременный ток после диода

Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

вольтамперная характеристика диода

1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это  такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока  при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести  к полному тепловому разрушению диода.  В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток Iпр – это  максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении.  В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны  представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение.  Но  чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно  условие.  Они

должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся.  В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это

напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне.  Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА.  Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять  номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

светодиоды

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Диод

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

таблица светодиоды напряжение

Как проверить светодиод  можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры  примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор  в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор –  (Uу), которое подается на управляющий электрод  и при котором тиристор полностью открывается.

 

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с  большой силой тока:

На схемах  триодные тиристоры  выглядят вот таким образом:

Существуют также  разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также  несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки.  Диодные мосты  – одна из разновидностей диодных сборок.

 На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки  и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Очень интересное видео про диод

 

Похожие статьи по теме “диод”

Как работает стабилитрон

Диод Шоттки

Диодный мост

Как проверить диод и светодиод мультиметром

Как проверить тиристор

Схема для проверки тиристоров

 

Полупроводниковый диод. Принцип его работы, параметры и разновидности.

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

  • Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

  • Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

  • Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

  • Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

  • СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

  • Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

  • Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

  • Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

  • Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

  • Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

  • U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

  • U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

    Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

  • I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

  • I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

  • U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов — Мегаобучалка

Содержание

 

Введение

1. Назначение и область применения

2. Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов

3. Общий принцип действия

4. Конструкция полупроводниковых диодов

5. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов

6. Выпрямительные диоды

7. Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды

8. Импульсные, высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды

9. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации

10. Эффекты полупроводника

11. Переход Шоттки

12. Изготовление

13. Достоинства и недостатки

14. Перспективы развития

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Диодами называют двухэлектродные элементы электрической цепи, обладающие односторонней проводимостью тока. В полупроводниковых диодах односторонняя проводимость обуславливается применением полупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которых обладает дырочной (p), а другой – электронной (n) электропроводностью.

Полупроводниковый диод представляет собой прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.

 

Назначение и область применения

 

Назначение и применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно и зависит от вида конкретного диода. Основные виды диодов:

1) Выпрямительные диоды – п/п диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основной характеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

2) Высокочастотные диоды (СВЧ-диоды) – эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.



3) Варикапы – это диоды, работа которых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода в зависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются в качестве конденсаторов с управляемой емкостью.

4) Стабилитроны – это диоды, используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический пробой.

5) Туннельные диоды — при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект p-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний.

6) Импульсные диоды – это диоды, предназначенные для работы в импульсных схемах. В таких диодах перераспределение носителей зарядов в p-n-переходах при смене полярности напряжения происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область p-n-перехода небольшой присадкой золота.

 

Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов

Классификация диодов производится по следующим признакам:

1) По конструкции:

— плоскостные диоды;

— точечные диоды;

— микросплавные диоды.

2) По мощности:

— маломощные;

— средней мощности;

— мощные.

3) По частоте:

— низкочастотные;

— высокочастотные;

— СВЧ.

4) По функциональному назначению:

— выпрямительные диоды;

— импульсные диоды;

— стабилитроны;

— варикапы;

— светодиоды;

— тоннельные диоды

и так далее.

Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:

— маркировка диодов;

— условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических схемах.

По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.

Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений:

 

I – показывает материал полупроводника:

Г (1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия; И (4) – соединения индия.

II – тип полупроводникового диода:

Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды;

А – диоды СВЧ;

C – стабилитроны;

В – варикапы;

И – туннельные диоды;

Ф – фотодиоды;

Л – светодиоды;

Ц – выпрямительные столбы и блоки.

III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам (приведены в таблице 1).

IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки

Рисунок 1 – Условное графическое обозначение

 

Таблица 1. Кодовая маркировка полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 10862-72

1-й элемент Исходный материал 2-й элемент Подкласс прибора 3-й элемент Группа внутри подкласса
Г или 1 Германий Д Выпрямительные диоды 101-399 Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
К или 2 Кремний     201-299 Диоды выпрямительные средней мощности (0,3

А или 3

Арсенид галлия или другие соединения галлия

301-399 Импульсные
401-499 Диоды импульсные с временем восстановления (tвос.обр.>150 нс)
501-599 Диоды импульсные с временем восстановления 30 нс
601-699 Диоды импульсные с временем восстановления 5 нс
701-799 Диоды импульсные с временем восстановления 1 нс
801-899 Диоды импульсные с временем восстановления <1 нс

Ц

Выпрямительные столбы и блоки

101-199 Выпрямительные столбы малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
201-299 Выпрямительные столбы средней мощности (0,3
301-399 Выпрямительные блоки малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
401-499 Выпрямительные блоки средней мощности (0,3

А

Сверхвысокочастотные диоды

101-199 Смесительные
201-299 Детекторные
301-399 Модуляторные
401-499 Параметрические
501-599 Регулирующие
601-699 Умножительные
701-799 Генераторные

B

Варикапы

101-199 Подстроечные
201-299 Умножительные

И

Диоды туннельные и обращенные

101-199 Усилительные
201-299 Генераторные
301-399 Переключающие
401-499 Обращенные

С

Стабилитроны и стабисторы

201-299 Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 10 до 99 В
301-399 Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 100 до 199 В
401-499 Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 0,1 до 9,9 В
501-599 Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) 10 от до 99 В
601-699 Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 100 до 199 В
701-799 Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 0,1 до 9,9 В
801-899 Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 10 до 99В
901-999 Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 100 до 199В

Л

Излучатели

101-199 Инфракрасного излучения
201-299 Видимого излучения с яркостью менее 500 кд/м2
301-399 Видимого излучения с яркостью более 500 кд/м2

Н

Динисторы

101-199 Динисторы малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
201-299 Динисторы средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А

У

Тиристоры

101-199 Тиристоры малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
201-299 Тиристоры средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А
301-399 Запираемые тиристоры малой мощности с запираемым током менее 0,З А
401-499 Запираемые тиристоры средней мощности с запираемым током от 0,3 до 10 А
501-599 Симисторы малой .мощности с действующим током до 0,3 А
601-699 Симисторы средней мощности с действующим током от 0,3 до 10 А

 

виды, как работает и область применения

Диод представляет собой простой полупроводниковый прибор, который нашел широкое применение в технике. Не каждый человек знает, что такое диод, и еще меньшее количество людей точно представляет себе принцип работы изделия.

При этом существует большое количество разновидностей этого прибора, о которых стоит знать всем, кто интересуется радиоэлектроникой.

Устройство и принцип работы

Если понять, как работает диод, то разобраться в устройстве этого полупроводникового прибора будет довольно просто. Основу детали составляет токовый переход, соединенный с двумя контактами (положительным — анодом и отрицательным — катодом). При прямом включении напряжения открывается переход, сопротивление которого небольшое. В результате через изделие проходит ток, называемый прямым.

Если же при включении детали в схему изменить полярность, то сопротивление участка перехода резко возрастет, а показатель электротока будет стремиться к нулю. Такое напряжение принято называть обратным.

Современные диоды имеют принципиальное отличие от первых моделей, активно используемых во время радиоламп. В полупроводниковых радиодеталях токовый переход изготавливается из кремния или германия и носит название р-n-переход. Основное различие между этими материалами заключается в показателях прямого напряжения, при которых происходит открытие.

Так как полупроводниковый кристалл может эффективно работать в любых условиях, то необходимость создания особой среды исчезла.

В ламповых устройствах для этого в колбу закачивался специальный газ либо создавался вакуум. В результате современные изделия имеют небольшие габариты, а стоимость их производства значительно снизилась.

Основные виды

Диоды принято классифицировать по нескольким параметрам. В зависимости от рабочих частот, они могут быть низко-, высокочастотными, а также способными функционировать в условиях сверхвысоких частот. Также существует деление и в соответствии с конструктивными особенностями, где можно выделить следующие виды диодов:

  • Диод Шоттки — вместо привычного p-n-перехода используется металл. С одной стороны, это позволяет добиться минимальных потерь напряжения при прямом включении. Однако с другой при высоком обратном токе, изделие быстро выходит из строя.
  • Стабилитрон — позволяет стабилизировать напряжение.
  • Стабистор — отличается от стабилитрона меньшей зависимостью напряжения от тока.
  • Диод Гана — лишен p — n -перехода, вместо которого используется особый кристалл. Используется для работы в диапазоне сверхвысоких частот.
  • Варикап — представляет собой сочетание диода с конденсатором. Емкость изделия зависит от обратного напряжения в области p — n -перехода, а применяется он при создании колебательных контуров.
  • Фотодиод — попадание светового потока на токовый переход приводит к созданию в нем разности потенциалов. Если замкнуть в этот момент цепь, то в ней появится ток.
  • Светодиод — при достижении определенного показателя тока в p — n -переходе, устройство начинает излучать световой поток.

Область применения

Сфера использования этих деталей в современной радиотехнике высока. Сложно найти устройство, которое работает без этих деталей. Чтобы понять, для чего нужен диод, можно привести несколько примеров:

  • Диодные мосты — содержат от 4 до 12 полупроводниковых устройств, которые соединяются между собой. Основной задачей диодных мостов является выпрямление тока, и они активно используются, например, при создании генераторов для автомобилей.
  • Детекторы — создаются при сочетании диодов и конденсаторов. В результате появляется возможность выделить низкочастотную модуляцию из различных сигналов. Применяются при изготовлении радио- и телеприемников.
  • Защитные устройства — позволяют обезопасить электрическую схему от возможных перегрузок. Несколько изделий подключаются в обратном направлении. Когда схема работает нормально, то они остаются в закрытом положении. Как только входное напряжение достигает критических показателей, устройство активируются.
  • Переключатели — такие системы на основе этих изделий позволяют осуществлять коммутацию высокочастотных сигналов.
  • Системы искрозащиты — создание шунт-диодного барьера позволяет ограничить показатель напряжения в электроцепи. Для увеличения степени защиты вместе с полупроводниковыми деталями используются специальные токоограничивающие резисторы.

Это лишь несколько примеров использования диодов. Они являются достаточно надежными устройствами, с помощью которых можно решать большое количество задач. Чаще всего эти радиодетали выходят из строя по причине естественного старения либо из-за перегрева.

Если произошел электрический пробой изделия, то его последствия редко являются необратимыми, так как кристалл не разрушается.

5. Основные типы полупроводниковых диодов

Полупроводниковые диоды подразделяют на группы по многим признакам. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции.

Классификация и условные графические обозначения диодов представлены на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Классификация и условные графические обозначения диодов

В зависимости от структуры различают плоскостные и точечные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n-перехода, равны толщине перехода или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше его толщины.

5.1. Устройство точечных диодов

Точечные диоды выполнены в виде тонкой пластинки из полупроводника n-типа. Пластинку покрывают тонким слоем металла и припаивают к металлическому основанию. В противоположную сторону пластинки упирается острие тонкой контактной пружины из вольфрамовой или стальной проволоки. Острый конец проволоки покрывают слоем индия или алюминия, который является акцепторной примесью и обеспечивает создание около острия области с p-типом проводимости.

Между этой областью и основной массой полупроводника образуется p-n-переход площадью 10-12 мкм2. Диоды монтируют в стеклянном, коваровом или металлическом герметичном корпусе (ковар – магнитный сплав железа (531%) с кобальтом (18 %) и никелем (29 %), обладающий низким температурным коэффициентом расширения, близким к температурному коэффициенту расширения стекла). На концах его установлены коваровые трубки с выводами. Для улучшения вентильных свойств после сборки диоды подвергают электрической формовке путем пропускания импульсов тока. При формовке происходит частичное расплавление и диффузия атомов индия или алюминия в основной полупроводник.

Из-за малой площади контакта прямой ток точечных диодов сравнительно невелик. По той же причине у них мала и межэлектродная емкость, что позволяет применять эти диоды в области очень высоких частот (СВЧ – диоды). В основном точечные диоды используют для выпрямления.

5.2. Устройство плоскостных диодов

В плоскостных диодах основным элементом является пластинка из германия или кремния, в которой методом сплавления или диффузии создан плоский по форме p-n-переход.

В плоскостных германиевых диодах, получаемых сплавным методом, в пластинку из германия с n-проводимостью вплавляют каплю индия. При нагреве индий плавится и диффундирует в основной полупроводник, образуя в нем область с p-проводимостью. На границе между p- и n-областями создается ЭДП значительно большей площади, чем в точечном диоде с гораздо большим прямым током.

В плоскостных кремниевых диодах в пластинку с n-проводимостью вплавляют алюминиевый столбик, который создает область с p-типом проводимости. Для получения в кремнии сильно легированной зоны с n-проводимостью одну из сторон пластинки перед операцией сплавления покрывают фольгой (или напыляют слой сурьмянистого золота). Такой p-n-переход может изменять свои электрические характеристики под влиянием атмосферных воздействий, влаги и загрязнений. Для защиты диода от внешней среды пластинку из полупроводника вместе с припаянными к ней выводами устанавливают в металлический корпус, который затем герметизируют. Корпус также защищает полупроводниковый элемент от механических повреждений и обеспечивает нормальную работу диода в условиях вибрации, тряски и ударов.

В верхней части корпуса монтируют стеклянный изолятор, через который проходит выводная трубка. Для лучшего отвода тепла в некоторых плоскостных диодах применяют охладители – металлические пластинки из меди или алюминия, платы или специальные радиаторы.

Выпрямительный полупроводниковый диод – диод, предназначенный для выпрямления переменного тока.

Маломощные выпрямительные диоды и диоды, предназначенные для работы в высокочастотных и импульсных цепях, имеют конструкцию, аналогичную конструкции точечных диодов.

На тяговых подстанциях и электроподвижном составе применяют мощные силовые кремниевые плоскостные диоды.

7.3. Классификация и основные параметры полупроводниковых диодов

Полупроводниковые диоды (выпрямительные, стабилитроны, туннельные, обращенные и т.д.) относятся к обширному классу полупроводниковых приборов, применяющихся при построении электронных устройств, систем управления, радиотехнических и вычислительных комплексов.

Полупроводниковые диоды являются простейшими полупроводниковыми приборами. Их работа основана на процессах протекания тока в pn-переходе. Полупроводниковый диод имеет два вывода (один от p— области, другой от n-области). Они соответственно называются анодом и катодом. Диод представляет собой пассивный нелинейный элемент (двухполюсник).

На условном графическом обозначении направление стрелки диода совпадает с направлением прямого тока. Классификация и условные графические обозначения полупроводниковых диодов приведены на рис. 7.8.

Полупроводниковые диоды

выпрямительные

светодиоды

стабилитроны

СВЧ-диоды

туннельные

обращенные

варикапы

фотодиоды

Рис. 7.8

Выпрямительный диод – полупроводниковый диод, в котором используется свойство pn-перехода – односторонняя проводимость. Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока.

Полупроводниковый стабилитрон – полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя на обратной ветви ВАХ pn-перехода слабо зависит от тока. Он служит для стабилизации напряжения.

Помимо выпрямительных диодов широко применяются импульсные диоды, у которых площадь pn-перехода значительно меньше, чем у выпрямительных диодов, в связи с чем они имеют малую длительность переходных процессов. Они используются в качестве ключевых элементов в схемах импульсной техники.

Еще одной разновидностью диодов являются диоды Шоттки. Диод Шоттки – это полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником. На основе выпрямляющего перехода Шоттки создаются выпрямительные, импульсные и сверхвысокочастотные полупроводниковые диоды, отличающиеся от диодов с pn-переходом лучшими частотными свойствами.

Сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды предназначены для преобразования и обработки сверхвысокочастотного сигнала (более 300 МГц).

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором благодаря использованию высокой концентрации примесей возникает очень узкий барьер и наблюдается туннельный механизм переноса зарядов через pn-переход. Характеристика туннельного диода имеет область отрицательного сопротивления, т.е. область, в которой положительному приращению напряжения соответствует отрицательное приращение тока. Это свойство может быть использовано для генерации и усиления электромагнитных колебаний. Туннельные диоды способны работать на частотах до сотен ГГц.

Обращенным называют диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении. Из принципа действия обращенных диодов ясно, что они, во-первых, способны работать при очень малых сигналах. Во-вторых, они обладают очень хорошими частотными свойствами, так как в них имеет место туннельный эффект.

Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Светодиод – полупроводниковый диод с относительно большой шириной запрещенной зоны. Излучение квантов видимого света вызвано самопроизвольной рекомбинацией носителей заряда при прохождении прямого тока через выпрямляющий электрический переход.

Фотодиод – полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности. Обычно в качестве фотодиодов используют полупроводниковые диоды с pn-переходом, смещенным в обратном направлении внешним источником питания. При поглощении квантов света в pn-переходе образуются новые носители заряда. Неосновные носители, возникшие в прилегающих к pn-переходу областях, диффундируют к pn-переходу и проходят через него под действием электрического поля. В результате при освещении фотодиода обратный ток через него возрастает на величину, называемую фототоком.

Очень важным с точки зрения предоставляемых им возможностей полупроводниковым прибором является оптопара. Оптопара – это полупроводниковый прибор, состоящий из в общем случае из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь и обеспечена электрическая изоляция.

В частном случае в качестве одного элемента оптопары – излучателя – может быть использован светодиод, а в качестве второго элемента – фотоприемника может быть использован фотодиод (рис. 7.9).

Рис. 7.9

Эти элементы помещаются в общий корпус оптопары. Основным достоинством применения оптопар является почти идеальная гальваническая развязка управляющих цепей от исполнительных при сохранении сильной функциональной оптической связи. Можно отметить также однонаправленность оптической связи и отсутствие обратной реакции приемника излучения на излучатель.

После краткого рассмотрения предложенной классификации полупроводниковых диодов остановимся более подробно на параметрах и характеристиках двух типов, которые нашли наиболее массовое применение: выпрямительного диода и стабилитрона.

Вольт — амперные характеристики германиевых и кремниевых выпрямительных диодов показаны на рис. 7.10.

Рис. 7.10

Обратный ток для диодов широкого применения измеряется в микроамперах (обратите внимание на разный масштаб измерений по оси ординат для прямого и обратного тока), и его, как правило, можно не принимать во внимание до тех пор, пока обратное напряжение на диоде не достигнет значения напряжения пробоя.

Прямое падение напряжения, обусловленное прямым током через диод, составляет от 0.2 до 0.8 В. Таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении.

Параметры выпрямительного диода:

— постоянный прямой ток, протекающий через диод в прямом направлении;

— постоянный обратный ток;

— максимально допустимый средний выпрямленный ток, который может длительно проходить через диод, не вызывая изменения его параметров;

— максимальный выпрямленный прямой ток;

— постоянное прямое напряжение;

— максимально допустимое обратное постоянное напряжение;

— общая емкость диода;

— рассеиваемая мощность при прямом включении диода;

— статическое сопротивление открытого диода в заданной точке ВАХ с координатами и;

— статическое сопротивление закрытого диода в заданной точке ВАХ с координатами и;

— коэффициент выпрямления.

Значения параметров зависят от типа диода. Для сравнения в табл. 7.1 приведены значения указанных параметров для маломощных германиевого и кремниевого диодов. Приведенные в табл. 7.1 параметры определены при значениях прямого тока до 1 мА.

Таблица 7.1

Тип диода

,

В

,

Ом

,

мкА

,

МОм

,

В

,

Ом

Германиевый

(типа Д311)

0.2

50

0.44

0.3

30

10

Кремниевый

(типа Д219)

0.6

60

5·10-7

70

70

17

Кроме того, следует учесть, что величина зависит от температуры:

,

где =293 Ко, — температура удвоения теплового тока насыщения, которая для германия принимается равной7 Ко, а для кремния — 4.5 Ко.

ВАХ идеализированного pn— перехода описывается выражением

(7.7)

где I – ток через p-n-переход; U – напряжение на pn–переходе; — тепловой (обратный) токpn-перехода; – коэффициент, учитывающий неоднородность полупроводника в области перехода (для идеального диодаm=1, для германиевых диодов , для кремниевых диодов;- тепловой потенциал,T – абсолютная температура, Ко; Дж/К – постоянная Больцмана; Кл – заряд электрона. При нормальной температуре T=300 Kо тепловой потенциал .

ВАХ реального диода, показанная на рис. 7.11 сплошной линией, отличается от идеализированной характеристики, показанной на рис. 7.11 штрих пунктирной линией и описываемой уравнением (7.7).

ВАХ реального диода имеет четыре участка: прямую ветвь, обратную ветвь (до зоны пробоя), зону электрического пробоя (до ), зону теплового пробоя.

Рис. 7.11

При моделировании диода его реальная характеристика аппроксимируется нелинейной и линейной моделями. При использовании нелинейной модели ВАХ диода заменяют ВАХ pn-перехода, а для уточнения модели последовательно с pn-переходом включают сопротивление базы Rб30 Ом.

Полученная при этом эквивалентная схема полупроводникового диода приведена на рис. 7.12. В эквивалентной схеме характеризует сопротивление закрытого

Рис. 7.12

диода и учитывает зависимость обратного тока через диод от напряжения, так как в реальных диодах обратный ток превосходит тепловойиз-за наличия тока термогенерациии тока утечки по поверхности перехода () и определяется как.

Инженерные методы расчета базируются на кусочно-линейной аппроксимации ВАХ диода, поэтому для каждого участка ВАХ используется своя линейная модель и своя эквивалентная схема (табл. 7.2).

До сих пор рассматривались параметры, характеризующие работу диода в статическом режиме. Работа диодов в динамическом режиме характеризуется конечным временем переключения из проводящего состояния в непроводящее и обратно. Это связано с накоплением и рассасыванием неравновесного заряда в диоде. Наличие заряда позволяет говорить о емкости диода , обусловленной наличием барьерную емкости и диффузионную емкости перехода.

На схемах замещения, например на рис.7.13в, емкость диода представляют в виде суммы емкостей . В силу наличиядинамические свойства диодов и их быстродействие оцениваются временем установления прямого сопротивленияи временем восстановления обратного сопротивления(рис. 7.13б), превышающимиз-за наличия времени рассасывания заряда, накопленного в базе диода.

Таблица 7.2

Участок ВАХ

Уравнение

Эквивалентная схема

1

2

3

ВАХ стабилитрона изображена на рис. 7.14.

Рис. 7.14

Стабилитроны обеспечивают диапазон напряжений стабилизации от 3 до 200 В; их прямое напряжение составляет . Как видно из рис.7.14, обратное сопротивление диода при малых обратных напряженияхвелико. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение обратного тока вызывает малое изменение напряжения. Стабилизация тем лучше, чем круче идет кривая и соответственно чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивлениеи меньше коэффициент качества, где.

Параметры стабилитрона:

— номинальное напряжение стабилизации;

— изменение напряжения стабилизации;

— номинальный ток стабилизации; определяемый в соответствии с выражением , где- минимальный ток стабилизации;- максимальный ток стабилизации;- температурный коэффициент.

Другие из ранее перечисленных типов диодов могут характеризоваться дополнительными параметрами в соответствии с их функциональным назначением. Так, например, кроме общих для всех диодов параметров, работу импульсных диодов характеризуют также:

-импульсным прямым напряжением;

-импульсным прямым током;

-временем восстановления, определяющим инерционность процессов выключения, восстановления ;

-временем установления, определяющим инерционность процессов включения, установления .

Принцип работы полупроводникового диода

Полупроводниковые диоды: виды,  характеристики, принцип работы

Для контроля направления электрического тока необходимо применять разные радио и электро детали.

В частности, современная электроника использует с такой целью полупроводниковый диод, его применение обеспечивает ровный ток.

Устройство

Полупроводниковый электрический диод или диодный вентиль – это устройство, которое выполнено из полупроводниковых материалов (как правило, из кремния) и работает только с односторонним потоком заряженных частиц.

Основным компонентом является кристаллическая часть, с p-n переходом, которая подключена к двум электрическими контактами.

Трубки вакуумного диода имеют два электрода: пластину (анод) и нагретый катод.

Принцип работы диодов

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

//www.youtube.com/embed/NqCaJhS0HGU?feature=oembed&wmode=opaque

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Принцип работы

Понять принцип действия полупроводникового диода несложно. Все, что для этого понадобится — разбираться в базовых законах физики и знать, как происходят некоторые электрические процессы.

Изначально электроток действует на катод, что вызывает накаливание подогревательного элемента. В свою очередь, электродом испускаются электроны, а между двумя частями появляется электрическое поле.

Аноды с положительным зарядом воздействуют на электроны и притягивают их, а образованное поле выступает в качестве катализатора такой реакции. Также в этот момент формируется эмиссионный ток.

В двух электродах начинается формирование пространственно-отрицательного заряда, который может препятствовать протеканию электронов. Однако случается это лишь при снижении потенциала анода, в результате чего масса электронов не способна справиться с отрицательными элементами, что заставляет их перемещаться в обратном порядке, то есть электроны снова возвращаются к катоду.

Нередко показатели катодного тока держатся нулевой отметки — происходит это при воздействии частиц с зарядом минус. В результате образованное поле не заставляет электроны двигаться быстрее, а вызывает обратную реакцию — притормаживает их и заставляет вернуться обратно к катоду. В конечном итоге цепь размыкается, так как диод остается в запертом состоянии.

Конструкция диода

Одна из возможных конструкций диода показана ниже:

Рассмотрим одну из возможных конструкций прибора. Кристалл полупроводника 1 (например, с электронной проводимостью) размещен на металлической основе 3. На верхней части кристалла размещена примесь 2 (например индий), который обеспечивает наличие дырочной проводимости. Кристалл закрыт корпусом 4 во избежание различных механических повреждений p-n перехода.

С индиевой наплавки сделан изолированный вывод через стеклянный изолятор 5 – это анод прибора. Выводом же катода будет металлический корпус 3, которая также обеспечивает отвод тепла при работе устройства, чем защищает его от теплового пробоя и перегрева.

В свою очередь полупроводниковые элементы делят на:

  • Малая мощность – ток до 0,3 А;
  • Средняя – от 0,3 до 10 А;
  • Мощные – от 10 А;

Схемы включения диодов

Если возникнет необходимость пропускать через полупроводники токи, которые больше их номинальных, соединяют их параллельно, что позволит пропустить больший ток, но возникает необходимость использовать индуктивные делители, для выравнивания токов элементов, схема ниже:

При больших напряжениях – соединяют последовательно. Но для таких соединений необходимо применять специальных схемы коммутации, чтоб не допустить выход элементов из строя, они показаны ниже:

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Полупроводниковый диод

— определение, характеристики и применение

Полупроводниковый диод — тип диода, который содержит «p-n переход» из различных легированных полупроводниковых материалов. Это двусторонний нелинейный электронный компонент, в котором вывод, прикрепленный к слою « p » ( + ), называется анодом, а слой « n » () катодом. Этот электронный компонент в основном используется из-за его способности заставлять электрический ток течь только в одном направлении (от анода до катода ) после прямого смещения вышеупомянутого «p-n перехода» с помощью положительного электрического напряжения.

semiconductor diode symbol Рис. 1. Символ полупроводникового диода

Однако в обратном направлении (обратное смещение p-n перехода с отрицательным электрическим напряжением) можно сказать, что в идеальном полупроводниковом диоде электрический ток не течет. Вот почему полупроводниковый диод часто называют «электрическим клапаном», который может пропускать или блокировать прохождение электрического тока.

semiconductor Diode


Полупроводниковый диод — Задачи для студентов

Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с полупроводниковыми диодами, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.


Полупроводниковый диод — внутренняя конструкция

Полупроводниковый диод состоит из двух по-разному легированных полупроводниковых кристаллов — типа «p» и «n». Вместе они образуют так называемый « pn переход» , где слой «n» (с электронодонорными легирующими добавками) имеет избыточное количество электронов, которые являются там основными носителями (у нас больше электронов (-), чем электронные дырки (+)). Однако в слое «p» (легирующие примеси для акцепторов электронов) основными носителями являются электронные дырки (+), а не электроны (-), поэтому у нас больше дырок, чтобы «заполнить», чем доступных электронов.Электронная дырка — это вакансия, созданная электроном, «путешествующим» из своего исходного места в какое-либо другое место в этом кристалле. На самом деле не существует такой вещи, как «дыра», но отсутствие электрона как бы делает ее положительно заряженной частицей, которая притягивает отрицательные электроны, чтобы снова образовать пару (дырки тоже могут двигаться).

После их объединения начинается пропорциональное распределение электронов. Электроны, которых раньше не хватало в слое «p», переносятся туда из слоя «n», где их было слишком много.Итак, слой «n» — хороший друг для слоя «p», верно? 🙂 И здесь образуется так называемая область истощения , которая предотвращает прохождение электрического тока (термодинамическое равновесие).

PN junction in state of thermodynamic equilibrium Рис. 2. PN-переход в состоянии термодинамического равновесия

Чтобы пропустить электрический ток через «pn переход» (электрический клапан включен), необходимо приложить внешнее положительное электрическое напряжение, чтобы «подтолкнуть» и помочь большой группе электронов. и отверстия для встречи (прямое смещение диода).После того, как они «проталкиваются» через область истощения с достаточной силой (V F = 0,7 В), диод начинает проводить ток, поэтому он начинает течь через него.

PN junction after forward bias Рис. 3. PN-переход с прямым смещением (электрический клапан включен)

Чтобы убедиться, что электрический ток не протекает (электрический клапан выключен), необходимо подать внешнее отрицательное напряжение на полупроводниковый диод (обратное смещение) чтобы сделать область истощения еще больше (рисунок ниже).

PN junction after reverse bias Рис. 4. P-N переход с обратным смещением (электрический клапан выключен)

Со временем технологические требования росли, что привело к разработке новых типов диодов.Когда полупроводник соединяется с соответствующим металлом, мы получаем MS junction (металл-полупроводник), который также обладает выпрямляющими свойствами (проводимость тока в одном направлении) — он используется, например, в быстрых диодах Шоттки .

Переходы

MS могут иметь одну из двух вольт-амперных характеристик:

  • Несимметричный нелинейный
  • Симметричный, линейный

Свойства MS junction в основном зависят от состояния поверхности полупроводника и от разницы работы выхода электронов из металла и самого полупроводника.Диод Шоттки в основном используется в системах, требующих быстрого времени переключения (решающее значение имеет малая емкость перехода C Дж диода) с частотами до нескольких десятков ГГц.

Полупроводниковый диод — ВАХ

На графике ниже показана вольт-амперная характеристика полупроводникового диода . Это типичная характеристика для полупроводниковых диодов, используемых в электронике (V F = 0,7 В).Полупроводниковый диод начинает проводить ток после превышения порогового значения прямого напряжения, указанного производителем в паспорте. Полутермические диоды в основном используются для защиты других электронных компонентов.

semiconductor diode characteristics Рис. 5. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Как определить, где анод, а где катод?

Простой мультиметр можно использовать для определения полярности диода. Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу здесь два самых популярных способа, которые можно сделать даже с помощью самых дешевых мультиметров (получите мультиметр Basetech BT-11):

a) С помощью омметра (диапазон 2 кОм):

semiconductor diode ohmmeter forward Рис.6. Прямое смещение: Омметр покажет приблизительное прямое напряжение диода (около 0,7 В). semiconductor diode ohmmeter reverse Рис. 7. Обратное смещение: Омметр показывает «1», что означает очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен)

Вы также можете используйте функцию «проверка диодов» (символ диода на мультиметре), но результат будет таким же, как и выше, с использованием омметра.

b) Использование функции измерения VDC:

semiconductor diode voltmeter forward Рис. 8. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения примерно 0,7 В для кремниевых диодов. semiconductor diode voltmeter reverse Рис.9. Обратное смещение: мультиметр покажет примерное полное напряжение источника питания. ( Примечание: Здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с приведенным выше примером. На самом деле, я бы изменил полярность источника питания , потому что вы не можете отсоединить «руками» после припаянного компонента, если только вы не Разумеется, мы не хотим делать это с исправным рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макете)

Типы полупроводников Диоды

  • Выпрямительный диод — выпрямление переменного тока,
  • Стабилитрон — стабилизация напряжения и тока в электронных системах,
  • Светоизлучающий диод (LED) — излучает свет в инфракрасном или видимом спектре света,
  • Диод переменной емкости — его емкость зависит от приложенного к нему напряжения при обратном смещении,
  • Переключающий диод — используется в импульсных электронных системах, требующих очень короткого времени переключения,
  • Туннельный диод — специально разработанный диод, характеризующийся областью отрицательного динамического сопротивления,
  • Фотодиод — диод, который работает как фотоприемник — реагирует на световое излучение (видимое, инфракрасное или ультрафиолетовое),
  • Диод Ганна — компонент, используемый в высокочастотной электронике.

Эксперимент для самостоятельного выполнения

Этот эксперимент позволит вам визуализировать принцип работы полупроводникового диода независимо от того, проводит ток или нет. Поскольку вы будете делать это сами, вам лучше запомнить этот урок.

Необходимых товаров:

Мы будем использовать две принципиальные схемы, которые вы видели ранее:

semiconductor diode LED1 Рис. 10. В этом случае светодиод должен проводить ток, и он должен гореть. semiconductor diode LED2 Рис.11. Здесь светодиод не должен светиться — диод не проводит ток ( Примечание: Здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с приведенным выше примером. На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, , потому что вы не можете размонтировать «руками» один раз припаянный компонент, если вы его не демонтируете. Конечно, мы не хотим делать это с исправным рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны заплатить внимание к правильному размещению компонентов на вашей печатной или макетной плате)

Ниже вы можете увидеть изображения, показывающие схему, установленную на макетной плате, и визуализацию двух противоположных положений светодиодного диода (обратная полярность).

semiconductor diode LED3 Рис. 12. Цепь «перенесена» на макет (диод проводит ток)

semiconductor diode LED4 Рис. 13. В этом случае, как вы можете видеть, диод не проводит ток (вставлен противоположным образом) ( Примечание: Здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с приведенным выше примером. На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, , потому что вы не можете отсоединить «руками» однажды припаянный компонент, если вы не удалите его.Конечно, мы не хотим делать это с исправным рабочим компонентом.Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной или макетной плате)

На первом рисунке светодиод был переведен в проводящее состояние. Потенциал напряжения на аноде был выше (+), чем на катоде (-), поэтому протекание тока было возможно. В нашем эксперименте мы использовали батарею на 9 В, поэтому ток, протекающий через диод, будет около 9 мА (рассчитано по закону Ома ).

На втором снимке диод был вставлен противоположным образом (потенциал напряжения на катоде был выше (+), чем на аноде (-)), поэтому диод вел себя как закрытый электрический клапан, который предотвращал протекание. тока — светодиод не горит.

.

Типы диодов »Электроника

Существует множество различных типов диодов, различающихся не только технологией, но и силовыми диодами, диодами для поверхностного монтажа и многим другим.


Diode Tutorial Включает:
Типы диодов Характеристики и рейтинг диодов PN переходный диод СВЕТОДИОД PIN-диод Диод с барьером Шоттки Варактор / варикап Стабилитрон


Полупроводниковый диод — это широко используемый компонент электроники, который сегодня встречается во многих конструкциях электронных схем.

Несмотря на то, что существует много разных типов диодов, которые используют одну и ту же базовую структуру области материала p-типа и области материала n-типа, разные типы оптимизированы для обеспечения различных характеристик, которые могут использоваться различными способами. во многих конструкциях электронных схем.

Независимо от типа диода, основная идея диода важна сегодня в электронной промышленности, будь то использование для производства коммерческого или промышленного оборудования, для использования любителями или любым, кто изучает электронику.

Диоды используются в самых разных областях. Они могут быть для простого исправления сигнала; они могут использоваться в качестве силовых диодов для выпрямления мощности, обнаружения сигналов, различных форм радиочастотного проектирования, генерации света, генерации лазерного излучения, обнаружения света и многого другого.

Диоды также могут иметь множество различных корпусов: диоды для поверхностного монтажа, диоды с обычными выводами и некоторые силовые диоды могут даже быть прикреплены болтами к радиатору. Диоды бывают всех форм и размеров.

Диоды поверхностного монтажа на печатной плате

История создания полупроводниковых диодов

Первые диоды, которые будут использоваться, были обнаружены еще в начале 1900-х годов, когда беспроводная технология только зарождалась. The Cat’s Whisker был одним из первых диодов, которые начали использовать. Он состоял из очень тонкого куска проволоки (сам кошачий ус), который можно было поместить на кусок материала полупроводникового типа (обычно минеральный кристалл), чтобы получить диод точечного контакта. Это широко использовалось до середины и конца 1920-х годов, когда термоэлектронная или вентильная технология стала достаточно дешевой, чтобы ее можно было широко использовать в радиоприемниках.

Примерно во время Второй мировой войны для разрабатываемых радаров потребовались новые диоды. Полупроводниковые диоды предоставили один вариант, поскольку их размер означал, что они могли лучше работать на частотах, необходимых для радара.

Обозначение диодной цепи

Как и все электронные компоненты, диоды имеют обозначение цепи, которое используется на электронных схемах. Базовое обозначение диода представляет собой треугольник, острием которого соприкасается короткая линия, перпендикулярная проводу на принципиальной схеме.

Иногда треугольник и даже линия показаны просто контуром, а иногда они показаны как закрашенные черные фигуры.

Обозначение базовой диодной цепи

Иногда символ диодной цепи отображается только в виде контура и без закрашенных фигур. Форма контура также приемлема.

Альтернативный символ схемы диода

Существует много различных типов диодов, и некоторые из них используют символы схемы, которые немного изменены по сравнению с символом основного диода для обозначения их функции: диод Шоттки, варакторный диод и ряд других попадают в эту категорию.

Устройства для поверхностного монтажа или с выводами

Диоды бывают всех форм и размеров. Традиционно многие из этих электронных компонентов помещались в небольшую стеклянную трубку, в которой заключался сам полупроводниковый диод. Сейчас диоды содержатся в самых разных корпусах.

Все еще существуют свинцовые корпуса и стеклянные диоды, но есть также много пластиковых корпусов. Они могут различаться по размеру в зависимости от требуемой рассеиваемой мощности.

В наши дни, когда большая часть печатных плат собирается с использованием технологии поверхностного монтажа, существует целый ряд диодов, доступных в качестве компонентов для поверхностного монтажа, то есть диодов SMD. Для SMD-диодов существует множество стандартных корпусов, включая корпус SOT-23, который используется для множества небольших дискретных диодов. Используются только два из трех имеющихся контактов, что позволяет правильно сориентировать диод.

Поскольку эти SMD-диоды малы, на диоде нет места для включения полного номера детали, и для их различения используется сокращенный номер.

Хотя в большинстве сборок печатных плат используется технология поверхностного монтажа, существуют и другие области производства электроники, которые нуждаются в диодах с гораздо более высокими токами. Эти диоды могут содержаться в корпусах, которые крепятся болтами к радиаторам.

Типы диодов

Существует множество различных типов диодов, которые производятся и используются в различных конструкциях электронных схем, радиочастотных схемах и часто также в цифровых схемах. Каждый тип имеет разные свойства, что делает их подходящими для разных схем.

  • Обратный диод: Этот тип диода иногда также называют обратным диодом. Хотя этот диод не получил широкого распространения, он представляет собой диод с PN переходом, который очень похож на туннельный диод по своей работе. Он находит несколько специализированных приложений, где могут быть использованы его особые свойства, обычно на микроволновых частотах.

    Обратный диод — это, по сути, разновидность туннельного диода, в котором одна сторона перехода менее легирована, чем другая.


  • Диод BARITT: Эта форма диода получила свое название от слов «диод времени прохождения с инжекцией барьера». Он используется в микроволновых приложениях и имеет много общего с более широко используемым диодом IMPATT.


  • Диод Ганна: Хотя это не диод в форме PN перехода, этот тип диода представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами.Обычно он используется для генерации микроволновых сигналов и использовался во многих радиочастотных конструкциях в качестве простой и эффективной формы микроволнового генератора.

    Диоды Ганна

    также известны как устройства с переносом электронов или TED. Хотя этот электронный компонент называется диодом, он не имеет PN перехода и технически не является диодом в обычном смысле того, как он используется в полупроводниковой технологии. Вместо этого устройство использует эффект, известный как эффект Ганна (названный в честь первооткрывателя Дж. Б. Ганна).

    Хотя диод Ганна обычно используется для генерации микроволновых радиочастотных сигналов, этот электронный компонент также может использоваться для усилителя в том, что иногда называют усилителем с переносом электронов или TEA.


  • Кошачий ус: Как уже упоминалось, этот тип диодов был первым типом, получившим широкое распространение. Он состоял из небольшой проволоки, помещенной на кусок минерального кристалла. Это привело к созданию небольшого точечного контактного диода, который, хотя и ненадежен, был достаточно хорош, чтобы можно было слышать радиопередачи при использовании в «кристаллическом наборе».«

    Типичный кристаллический детектор / детектор кошачьих усов

    Хотя детекторы Cat Whisker не были особенно надежными, они были первой формой полупроводникового диода и указали путь к более поздним диодам. . . и принцип светодиода был даже соблюден Х. Дж. Раундом в 1908 году на одном из них.

  • IMPATT-диод: IMPATT-диод или IMPact Avalanche ionisation Transit Time Transit Time используется в некоторых радиочастотных конструкциях, где для микроволновых сигналов требуется простой генератор.

    Технология диодов IMPATT не так широко используется в наши дни, но этот электронный компонент может генерировать сигналы обычно от 3 до 100 ГГц или более. Одним из основных преимуществ этого микроволнового диода является относительно высокая мощность (часто десять ватт и более), которая намного выше, чем у многих других типов микроволновых диодов. Его выходная мощность намного выше, чем у диода Ганна.


  • Лазерный диод: Этот тип диода отличается от обычного светоизлучающего диода тем, что излучает лазерный (когерентный) свет.Эти электронные компоненты используются во многих приложениях, включая приводы компакт-дисков и DVD-дисков. Хотя эти диоды намного дешевле, чем другие формы лазерных генераторов, они дороже обычных светодиодов.
  • Светодиоды: Светоизлучающий диод или светодиод — это один из самых популярных типов диодов. При прямом смещении и токе, протекающем через переход, возникает свет. Первоначальный цвет этих диодов был красным, но сейчас доступно большинство цветов.Это достигается за счет использования различных смесей полупроводников по обе стороны от PN перехода.


  • Фотодиод: Когда свет попадает на PN-переход, он может создавать электроны и дырки, вызывая протекание тока. В результате можно использовать полупроводники для обнаружения света. Эти типы диодов также могут использоваться для выработки электроэнергии. Для некоторых приложений PIN-диоды очень хорошо работают как фотодетекторы.


  • PIN-диод: Этот тип диода имеет области кремния P-типа и N-типа, но между ними есть область собственного полупроводника (т.е.е. без допинга). Это увеличивает размер так называемой области истощения. Этот тип диодов используется во многих приложениях, включая радиочастотные переключатели и фотодиоды.


  • Диод с точечным контактом: Диод этого типа работает так же, как и простой диод с PN переходом, но его конструкция намного проще. Они состоят из куска полупроводника n-типа, на который помещается острый конец металлической проволоки определенного типа (металл III группы для химиков).Часть металла мигрирует в полупроводник и образует PN-переход.

    Эти диоды имеют очень низкий уровень емкости и идеально подходят для многих радиочастотных (RF) приложений. У них также есть то преимущество, что они очень дешевы в производстве, хотя их характеристики не особенно воспроизводимы.

  • PN-переход: Стандартный PN-переход можно рассматривать как нормальный или стандартный тип диодов, используемых сегодня.Этот электронный компонент встроен во многие конструкции электронных схем, а также используется во многих конструкциях радиочастотных схем. Эти диоды могут быть малосигнальными для использования в радиочастотах или других слаботочных приложениях, или другие типы могут быть сильноточными и высоковольтными, которые могут использоваться для силовых приложений.


  • Диоды Шоттки: Этот тип диодов имеет меньшее прямое падение напряжения, чем обычные кремниевые диоды с PN переходом.При низких токах падение может быть где-то между 0,15 и 0,4 В, в отличие от 0,6 В для кремниевого диода.

    Для достижения этих характеристик они сконструированы иначе, чем обычные диоды, имеющие контакт металл-полупроводник. Они широко используются в качестве ограничивающих диодов и в ВЧ-схемах, часто как детекторы сигналов. Они также используются в качестве силовых диодов для выпрямления переменного тока в источниках питания и т.п. Меньшие потери, вызванные меньшим падением, важны для повышения эффективности.


  • Ступенчатый восстанавливающий диод: Форма микроволнового диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Для работы этих диодов требуется очень быстрое выключение диода.


  • Диод TRAPATT: Этот тип диода имеет много общего с IMPATT и фактически принадлежит к тому же семейству. Он предлагает более низкий уровень шума, но не достигает таких высоких частот.


  • Туннельный диод: Хотя сегодня туннельный диод не используется широко, он использовался в микроволновых приложениях, где его характеристики превосходили характеристики других устройств того времени.
  • Варикапные или варакторные диоды: Этот тип диодов используется в радиочастотных (RF) приложениях. На диод помещено обратное смещение, поэтому ток через переход не протекает.Однако ширина обедненного слоя варьируется в зависимости от величины смещения, приложенного к нему.

    Диод можно представить себе как две обкладки конденсатора с обедненным слоем между ними. Поскольку емкость изменяется в соответствии с шириной обедненного слоя, и это можно изменять, изменяя обратное смещение на диоде, можно управлять емкостью диода.


  • Зенера опорный диод / напряжение диода: Стабилитрон очень полезный тип диода.Он работает под обратным смещением и при достижении определенного напряжения выходит из строя. Если ток ограничен резистором, это позволяет получить стабильное напряжение. Этот тип диода поэтому широко используется для обеспечения опорного напряжения в регулируемых источниках питания.


Существует очень много разных типов диодов, каждый из которых подходит для своего применения. Мало того, что технология различается для разных типов диодов, они также могут содержаться в разных корпусах: некоторые могут быть свинцовыми, а другие могут крепиться болтами на радиаторах, а в зависимости от количества сборки печатной платы, в которой используются автоматизированные производственные технологии, диоды для поверхностного монтажа сейчас используется в огромных количествах.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

.

Обзор, символы, работа и применение

Диод — это двухконтактное электрическое устройство, которое позволяет передавать ток только в одном направлении. Диод также известен своим свойством однонаправленного тока, когда электрический ток может течь в одном направлении. Как правило, диод используется для выпрямления сигналов в радиодетекторах или в источниках питания. Они также могут использоваться в различных электрических и электронных схемах, где требуется «односторонний» результат диода.Большинство диодов изготовлено из полупроводников, таких как Si (кремний), но в некоторых случаях также используется Ge (германий). Иногда полезно резюмировать существующие типы диодов. Некоторые из типов могут перекрываться, но различные определения могут быть полезны для сужения области и предложения обзора различных типов диодов.

Какие бывают типы диодов?

Существует несколько типов диодов, которые можно использовать в разработке электроники, а именно: обратный диод, диод БАРРИТТ, диод Ганна, лазерный диод, светодиоды, легированные золотом диоды , кристаллический диод , PN переход, диод Шокли , ступенчатый восстанавливающий диод, туннельный диод, варакторный диод и стабилитрон .


Types of Diodes Types of Diodes Типы диодов

Подробное описание диодов

Давайте подробно поговорим о принципе работы диода .

Обратный диод

Этот тип диода также называют обратным диодом, и он не очень широко используется. Обратный диод — это диод с PN-переходом, который работает так же, как туннельный диод. Сценарий квантового туннелирования несет важную ответственность за проведение тока в основном в обратном направлении.По изображению энергетической зоны можно узнать точную работу диода.

Working of Backward Diode Working of Backward Diode Работа обратного диода

Полоса, которая лежит на самом верхнем уровне, называется зоной проводимости, тогда как полоса нижнего уровня называется зоной валентности. Когда к электронам прикладывается энергия, они стремятся набрать энергию и двигаться в направлении зоны проводимости. Когда электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, их место в валентной зоне остается с дырками.

В состоянии нулевого смещения занятая валентная зона противоположна занятой зоне проводимости. Тогда как в условиях обратного смещения P-область имеет движение вверх, соответствующее N-области. Теперь занятая полоса в P-секции контрастирует с пустой полосой в N-секции. Таким образом, электроны начинают туннелировать из занятой зоны в P-секции в свободную зону в N-секции.

Итак, это означает, что протекание тока происходит также и при обратном смещении.В состоянии прямого смещения N-область имеет движение вверх, соответствующее P-области. Теперь занятая полоса в N-секции контрастирует с пустой полосой в P-секции. Таким образом, электроны начинают туннелировать из занятой зоны в N-секции в свободную зону в P-секции.

В этом типе диодов формируется область отрицательного сопротивления, которая используется в основном для работы диода.

Backward Diode Backward Diode Обратный диод
Диод BARITT

Расширенный термин этого диода — диод времени прохождения через барьер, который является диодом BARITT.Он применим в микроволновых приложениях и позволяет проводить много сравнений с более широко используемым диодом IMPATT. Эта ссылка показывает четкое описание того, что такое диод BARRITT, его работа и реализации.

Диод Ганна

Диод Ганна — это диод с PN переходом, этот тип диода представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами. Обычно он используется для создания микроволновых сигналов. Пожалуйста, обратитесь к приведенной ниже ссылке, чтобы узнать о работе, характеристиках и применении диодов Ганна.

Gunn Diodes Gunn Diodes Диоды Ганна
Лазерный диод

Лазерный диод не имеет аналогичного процесса, как у обычного светодиода (светоизлучающего диода), потому что он производит когерентный свет.Эти диоды широко используются для различных целей, таких как DVD, CD-приводы и лазерные указатели для PPT. Хотя эти диоды недорогие, чем другие типы лазерных генераторов, они намного дороже, чем светодиоды. У них тоже неполная жизнь.

Laser Diode Laser Diode Laser Diode
Light Emitting Diode

Термин LED означает светоизлучающий диод, это один из самых стандартных типов диодов. Когда диод подключен с прямым смещением, ток течет через переход и генерирует свет.Есть также много новых светодиодных разработок, которые меняются, они представляют собой светодиоды и OLED. Одна из основных концепций светодиода — это его ВАХ. Разберемся подробнее с характеристиками светодиодов.

Characteristics of Light Emitting Diodes Characteristics of Light Emitting Diodes Характеристики светоизлучающих диодов

Прежде чем светодиод излучает свет, он требует прохождения тока через диод, потому что это диод, основанный на токе. Здесь интенсивность света прямо пропорциональна прямому направлению тока, протекающего через диод.

Когда диод проводит ток в прямом смещении, тогда должен быть резистор, ограничивающий ток, чтобы защитить диод от дополнительного протекания тока. Следует отметить, что не должно быть прямого соединения между источником питания и светодиодом, когда это вызывает мгновенное повреждение, потому что это соединение позволяет протекать чрезмерно сильному току и сжигать устройство.

LED Working LED Working Работа светодиода

Каждый тип светодиодного устройства имеет свои собственные потери прямого напряжения через PN переход, и это ограничение определяется типом используемого полупроводника.Это определяет величину падения напряжения для соответствующей величины передаваемого тока, как правило, для значения тока 20 мА.

В большинстве сценариев светодиоды работают от минимальных уровней напряжения при последовательном включении резистора, Rs используется для ограничения прямого тока до защищенного уровня, который обычно составляет от 5 мА до 30 мА, когда требуется повышенная яркость.

Различные светодиоды излучают свет в соответствующих областях УФ-спектра, поэтому они генерируют разные уровни интенсивности света.О конкретном выборе полупроводника можно узнать по всей длине волны излучения фотонов и, следовательно, по произведенному соответствующему свету. Цвета светодиода следующие:

Тип полупроводника

Длина волны Расстояние Цвет

Прямое напряжение при 20 мА

GaAS -940 нм Инфракрасный 1.2v
GaAsP 630-660 нм Красный 1,8 В
GaAsP 605-620 нм Янтарный 2,0 В
GaAsP: N 585-595 нм Желтый 2,2 В
AIGaP 550-570 нм Зеленый 3,5 В
SiC 430-505 нм Синий 3,6 В
GalnN 450 нм Белый 4.0v

Таким образом, точный цвет светодиода определяется расстоянием излучаемой длины волны. А длина волны известна по определенному составу полупроводника, который используется в PN-переходе во время его производственного процесса. Таким образом, стало ясно, что цвет излучения светодиода не связан с используемым матовым пластиком. Но также они увеличивают яркость света, когда они не освещаются источником тока. С помощью комбинации различных полупроводниковых, газообразных и металлических веществ могут быть созданы следующие светодиоды:

  • Арсенид галлия (GaAs), который является инфракрасным
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) имеет диапазон от красного до инфракрасного. красный и оранжевый
  • Фосфид арсенида алюминия и галлия (AlGaAsP), имеющий ярко-красный, оранжевый тип красного, оранжевого и желтого цветов.
  • Фосфид галлия (GaP) существует в красном, желтом и зеленом цветах
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — в основном зеленого цвета
  • Нитрид галлия (GaN), который доступен в зеленом и изумрудно-зеленом цветах
  • Галлий Нитрид индия ( GaInN), близкий к ультрафиолетовому, смешанный цвет синего, зеленого и синего
  • Карбид кремния (SiC) доступен в виде синего цвета в качестве подложки
  • Селенид цинка (ZnSe) существует в синем цвете
  • Нитрид алюминия и галлия (AlGaN), который является ультрафиолетовым
Фотодиод

Фотодиод используется для обнаружения света.Обнаружено, что когда свет попадает на PN-переход, он может создавать электроны и дырки. Как правило, фотодиоды работают в условиях обратного смещения, когда даже небольшое количество тока, проистекающего из света, можно просто заметить. Эти диоды также могут использоваться для выработки электроэнергии.

Photo Diode Photo Diode Фотодиод
PIN-диод

Этот тип диода отличается своей конструкцией. Он имеет стандартные области P-типа и N-типа, но область между двумя областями, а именно собственный полупроводник, не имеет легирования.Область собственного полупроводника имеет эффект увеличения площади обедненной области, что может быть полезно для переключения приложений.

PIN Diode PIN Diode PIN-диод

Носители отрицательного и положительного заряда из областей N- и P-типа соответственно имеют движение к внутренней области. Когда эта область полностью заполнена электронными дырками, диод начинает проводить. В состоянии обратного смещения широкий внутренний слой диода может предотвращать и выдерживать высокие уровни напряжения.

При повышенных уровнях частоты PIN-диод будет работать как линейный резистор. Он работает как линейный резистор, потому что у этого диода недостаточное время обратного восстановления . Это причина того, что сильно заряженная электрическая область «I» не успевает разрядиться во время быстрых циклов. А на минимальных частотах диод работает как выпрямительный диод, где у него достаточно времени для разрядки и выключения.

PN Junction Diode

Стандартный PN переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диодов, используемых сегодня.Это самый известный из различных типов диодов, используемых в электрической сфере. Но эти диоды могут применяться как малосигнальные для использования в ВЧ (радиочастоты) или других слаботочных приложениях, которые можно назвать сигнальными диодами. Другие типы могут быть спроектированы для приложений высокого напряжения и высокого тока и обычно называются выпрямительными диодами. В диоде с PN-переходом необходимо избегать условий смещения. Есть три основных условия смещения, и это зависит от приложенного уровня напряжения.

  • Прямое смещение — здесь положительная и отрицательная клеммы подключены к типам P и N диода.
  • Обратное смещение — здесь положительная и отрицательная клеммы подключены к типам N и P диода.
  • Нулевое смещение — это смещение «0», потому что на диод не подается внешнее напряжение.
Прямое смещение PN-переходного диода

В состоянии прямого смещения PN-переход образуется, когда положительный и отрицательный края батареи подключены к типам P и N.Когда диод работает в режиме прямого смещения, тогда внутреннее и приложенное электрические поля на переходе имеют противоположные пути. Когда эти электрические поля суммируются, то уровень величины последующей выходной мощности меньше, чем у приложенного электрического поля.

Forward Bias in PN Junction Types of Diodes Forward Bias in PN Junction Types of Diodes Прямое смещение в диодах типа PN-переход

Это соединение приводит к минимальному резистивному пути и меньшей площади обеднения. Сопротивление обедненной области становится более незначительным, когда значение приложенного напряжения больше.Например, в кремниевом полупроводнике, когда значение приложенного напряжения составляет 0,6 В, тогда значение сопротивления обедненного слоя становится совершенно незначительным, и через него будет проходить беспрепятственный ток.

Обратное смещение PN-перехода диода

Здесь соединение состоит в том, что положительный и отрицательный края батареи подключены к областям N-типа и P-типа. Это формирует PN-переход с обратным смещением. В этой ситуации приложенные и внутренние электрические поля имеют одинаковое направление.Когда оба электрических поля суммируются, то результирующий путь электрического поля аналогичен пути внутреннего электрического поля. Это приводит к образованию более толстой и увеличенной резистивной области истощения. Область истощения становится более чувствительной и толстой, когда прикладываемый уровень напряжения все больше и больше.

Reverse Bias in PN Junction Type of Diodes Reverse Bias in PN Junction Type of Diodes Обратное смещение в диодах с PN-переходом
Характеристики V-I диода с PN-переходом

Кроме того, еще более важно знать характеристики V-I диода с PN-переходом.

Когда диод работает в состоянии смещения «0», что означает, что на диод не подается внешнее напряжение. Это означает, что потенциальный барьер ограничивает прохождение тока.

Тогда как, когда диод работает в условиях прямого смещения, будет более тонкий потенциальный барьер. В диодах силиконового типа, когда значение напряжения составляет 0,7 В, и в диодах германиевого типа, когда значение напряжения составляет 0,3 В, ширина потенциального барьера уменьшается, и это позволяет току течь через диод.

VI Characteristics in PN Junction Diode VI Characteristics in PN Junction Diode Характеристики VI в PN-диоде

При этом будет постепенное увеличение значения тока, и результирующая кривая будет нелинейной, поскольку уровень приложенного напряжения преодолевает потенциальный барьер. Когда диод преодолевает этот потенциальный барьер, диод функционирует в нормальном состоянии, и форма кривой постепенно становится резкой (приобретает линейную форму) с ростом значения напряжения.

Там, где диод работает в режиме обратного смещения, будет повышенный потенциальный барьер.Поскольку в переходе будут присутствовать неосновные носители заряда, это позволяет протекать обратному току насыщения. Когда есть повышенный уровень приложенного напряжения, неосновные носители заряда обладают повышенной кинетической энергией, которая оказывает влияние на основные носители заряда. На этом этапе происходит пробой диода, что может привести к его повреждению.

Диод Шоттки

Диод Шоттки имеет меньшее прямое падение напряжения, чем обычные кремниевые диоды с PN-переходом.При низких токах падение напряжения может составлять от 0,15 до 0,4 вольт, в отличие от 0,6 вольт для диода a-Si. Для достижения этих характеристик они сконструированы иначе, чем обычные диоды, имеющие контакт металл-полупроводник. Эти диоды широко используются в выпрямителях, ограничивающих диодах, а также в ВЧ приложениях.

Schottky Diode Schottky Diode Диод Шоттки
Ступенчатый восстанавливающий диод

Ступенчатый восстанавливающий диод — это тип микроволнового диода, который используется для генерации импульсов на очень ВЧ (высоких частотах).Эти диоды зависят от диода, который имеет очень быструю характеристику выключения для их работы.

Step Recovery Diodes Step Recovery Diodes Ступенчатые восстанавливающие диоды
Туннельный диод

Туннельный диод используется в микроволновых приложениях, где его характеристики превосходят характеристики других устройств того времени.

Tunnel Diode Tunnel Diode Туннельный диод

В электрической области туннелирование означает, что это прямое движение электронов через минимальную ширину обедненной области от зоны проводимости к валентной зоне.В диоде с PN-переходом обедненная область создается как электронами, так и дырками. Из-за этих положительных и отрицательных носителей заряда в области обеднения возникает внутреннее электрическое поле. Это создает силу на пути, противоположном внешнему напряжению.

При туннельном эффекте, когда есть минимальное значение прямого напряжения, значение прямого тока будет больше. Он может работать как в прямом, так и в обратном режиме смещения. Из-за высокого уровня легирования он также может работать в режиме обратного смещения.С уменьшением барьерного потенциала напряжение пробоя в обратном направлении также уменьшается и приближается к нулю. При таком минимальном обратном напряжении диод может выйти из состояния пробоя. Из-за этого образуется область отрицательного сопротивления.

Варакторный диод или варикап-диод

Варакторный диод — это один из видов полупроводниковых твердотельных СВЧ-устройств, и он используется там, где выбирается переменная емкость, которая может быть достигнута путем управления напряжением.Эти диоды еще называют варикозными диодами. Даже при том, что o / p переменной емкости может быть продемонстрировано обычными диодами с PN-переходом. Но этот диод выбран для получения предпочтительных изменений емкости, так как это разные типы диодов. Эти диоды сконструированы и усовершенствованы таким образом, чтобы допускать широкий диапазон изменений емкости.

Varactor Diode Varactor Diode
Varactor диод стабилитрон

Стабилитрон используется, чтобы обеспечить стабильное опорное напряжение. В результате он используется в огромных количествах.Он работает в условиях обратного смещения и обнаружил, что при достижении определенного напряжения он выходит из строя. Если ток ограничен резистором, он активирует стабильное напряжение, которое будет генерироваться. Этот тип диода широко используется для предоставления опорного напряжения в источниках питания.

Zener Diode Zener Diode Стабилитрон

В корпусе стабилитрона существуют различные методы. Некоторые из них используются для увеличения рассеиваемой мощности, тогда как другие используются для монтажа на краю.Обычный тип стабилитрона состоит из минимального стеклянного покрытия. У этого диода есть полоса на одном крае, которая обозначает его как катод.

Стабилитрон работает так же, как диод, когда он работает в режиме прямого смещения. В то время как при обратном смещении будет возникновение минимального тока утечки. Когда происходит увеличение обратного напряжения до напряжения пробоя, это создает ток через диод. Текущее значение будет достигнуто до максимума, и это будет зафиксировано последовательным резистором.

Области применения стабилитрона

Стабилитроны широко применяются, и лишь немногие из них:

  • Он используется в качестве ограничителя напряжения для регулирования уровней напряжения при минимальном значении нагрузки
  • Используется в тех случаях, когда это необходимо защита от перенапряжения
  • Используется в схемах ограничения

Ниже перечислены некоторые другие типы диодов, которые критически используются в различных приложениях:

  • Лазерный диод
  • Лавинный диод
  • Диод для подавления переходных процессов
  • с золотым легированием диода
  • Тип диода постоянного тока
  • Диод Пельтье
  • Кремниевый выпрямительный диод

Каждый диод имеет свои преимущества и применение.Немногие из них широко используются в различных приложениях в нескольких областях, тогда как некоторые из них используются только в нескольких приложениях. Таким образом, речь идет о различных типах диодов и их использовании. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию или для реализации электрических проектов, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Какая функция диода?

.

Diode < Типы диодов > | Основы электроники

Выпрямительный диод

(REC): устройство и особенности

Структура Символ Приложения ・ Характеристики
  • Используется для выпрямления (т.е. первичная сторона блока питания)
  • В основном класса 1А и выше, высокое напряжение пробоя (400 В / 600 В)

Выпрямительные диоды, как следует из их названия, предназначены для выпрямления общих частот переменного тока.Выпрямление в первую очередь включает преобразование переменного тока в постоянный и может включать высокие напряжения и токи. Эффективность преобразования может сильно различаться в зависимости от рабочей частоты и условий. Таким образом, предлагаются различные типы, включая модели с низким напряжением V F (прямое напряжение), высокоскоростное переключение и модели с низким уровнем шума.

Конфигурация схемы выпрямления]

Переключающий диод (SW): структура и особенности

Структура Символ Приложения ・ Характеристики
  • Идеально подходит для различных коммутационных приложений
  • Скорость переключения : Короткое время обратного восстановления trr

Эти диоды обеспечивают переключение.Подача напряжения в прямом направлении вызовет протекание тока (ВКЛ). И наоборот, подача напряжения в обратном направлении остановит ток. Переключающие диоды обычно характеризуются более коротким временем обратного восстановления (trr), что приводит к лучшим характеристикам переключения.

Включение Выключить
>

Что такое время обратного восстановления (trr)?

Время обратного восстановления trr относится к времени, за которое переключающий диод полностью выключится из состояния ВКЛ.Как правило, электроны не могут быть остановлены сразу после выключения работы, что приводит к протеканию некоторого тока в обратном направлении. Чем выше этот ток утечки, тем больше потери. Однако время обратного восстановления может быть сокращено за счет диффузии тяжелых металлов, оптимизации материалов или разработки FRD (Fast Recovery Diodes), которые подавляют звон после восстановления.

Ключевые моменты
  • Trr относится к времени, за которое ток исчезает после переключения напряжения в противоположном направлении.
  • Чем короче trr, тем меньше потери и выше скорость переключения

Диоды с барьером Шоттки (SBD): структура и особенности

Структура Символ Приложения ・ Характеристики
  • Используется для выпрямления вторичного источника питания
  • Low V F (низкие потери), большие I R
  • Быстрая скорость переключения

В отличие от обычных диодов, которые обеспечивают характеристики диодов через переход PN (полупроводник-полупроводник), в диодах с барьером Шоттки используется барьер Шоттки, состоящий из перехода металл-полупроводник.Это приводит к гораздо более низким характеристикам V F (прямое падение напряжения) по сравнению с диодами с PN переходом, что обеспечивает более высокую скорость переключения. Однако есть один недостаток — больший ток утечки (I R ), что требует принятия контрмер для предотвращения теплового разгона.

SBD

, которые часто используются для выпрямления вторичного источника питания, имеют характеристики, которые могут сильно различаться в зависимости от типа используемого металла. ROHM предлагает широкий ассортимент ведущих в отрасли SBD, в которых используются различные металлы.

  • RB ** 1 серия низкая V F тип
  • RB ** 0 серия низкая I R тип
  • ROHM предлагает серию RB ** 8 диодов со сверхнизким I R для автомобильных приложений
Ключевые моменты
  • Low V F и I R типов можно получить, просто изменив тип металла.

Термический побег

Диоды с барьером Шоттки

чувствительны к чрезмерному тепловыделению при протекании большого тока.В результате сочетание высокой температуры с увеличением I R (ток утечки) может вызвать повышение как температуры корпуса, так и окружающей среды. Следовательно, реализация неправильного теплового дизайна может привести к тому, что количество выделяемого тепла превысит количество рассеиваемого, что может привести к увеличению тепловыделения и тока утечки и, в конечном итоге, к повреждению. Это явление называется «тепловым разгоном».

Ключевые моменты
  • Высокая температура окружающей среды может привести к тепловому разгоне
Стабилитрон

(ZD) : Структура и особенности

Структура Символ Приложения ・ Характеристики
  • Используется в цепях постоянного напряжения
  • Защищает ИС от повреждений из-за импульсных токов и электростатических разрядов
  • Генерирует постоянное напряжение, когда напряжение подается в обратном направлении

Стабилитроны обычно используются в цепях постоянного напряжения для обеспечения постоянного напряжения даже при колебаниях тока или в качестве элементов защиты от импульсных токов и электростатических разрядов.В отличие от стандартных диодов, которые используются в прямом направлении, стабилитроны предназначены для использования в обратном направлении. Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется напряжением стабилитрона V Z , а значение тока в это время называется током стабилитрона (I Z ). В последние годы в связи с продолжающейся миниатюризацией и увеличением производительности электронных устройств возникает потребность в более совершенных устройствах защиты, что привело к появлению диодов TVS (подавления переходных напряжений).

Ключевые моменты
  • В обратном направлении работают только стабилитроны

Высокочастотные диоды (PIN-диоды) : Структура и особенности

Какая емкость диода (C t )

Количество внутреннего накопленного заряда при подаче обратного смещения называется емкостью диода (C t ). Электрически нейтральный обедненный слой формируется путем заполнения внутреннего слоя, созданного между слоями P и N, носителями заряда (дырками и электронами).Слой обеднения действует как паразитный конденсатор, емкость которого пропорциональна площади PN-перехода и обратно пропорциональна расстоянию d. Расстояние определяется концентрацией слоев P и N. Подача напряжения на диод увеличит слой обеднения и уменьшит C t . Требуемый Ct будет варьироваться в зависимости от приложения.

[При подаче обратного напряжения]

Ключевые моменты
  • Чем шире слой обеднения (и чем больше расстояние), тем меньше емкость C t .
Диоды

на страницу продукта

ROHM использует оригинальные передовые технологии, чтобы предложить широкий модельный ряд диодов. Кроме того, передовой опыт в области малосигнальных диодов и диодов средней / большой мощности позволил разработать высококачественные диоды Шоттки и диоды с быстрым восстановлением.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.