Полупроводниковите диоди са широко използвани в електрониката и електронната индустрия. Използват се както самостоятелно, така и като p-n-преход на транзистори и много други устройства. Като дискретен компонент, диодите са ключова част от много електронни схеми. Те намират много приложения, вариращи от приложения с ниска мощност до токоизправители.
Какво е диод?
В превод от гръцки името на този електронен елемент буквално означава "два терминала". Те се наричат анод и катод. Във верига токът протича от анода към катода. Полупроводниковият диод е едностранен елемент и протичането на тока в обратната посока е блокирано.
Принцип на действие
Устройството на полупроводниковите диоди е много различно. Това е причината да има много видове от тях, които се различават както по номинална стойност, така и по функциите, които изпълняват. Въпреки това, в повечето случаи основният принципРаботата на полупроводниковите диоди е същата. Те съдържат p-n възел, който осигурява основната им функционалност.
Този термин обикновено се използва по отношение на стандартната форма на диода. Всъщност се отнася за почти всеки вид от тях. Диодите формират гръбнака на съвременната електронна индустрия. Всичко - от прости елементи и транзистори до съвременни микропроцесори - се основава на полупроводници. Принципът на действие на полупроводниковия диод се основава на свойствата на полупроводниците. Технологията се основава на група материали, въвеждането на примеси в кристалната решетка на които дава възможност да се получат области, в които дупките и електроните са носители на заряд.
P-n-junction
Диодът p-n тип получи името си, защото използва p-n преход, който позволява на тока да тече само в една посока. Елементът има и други свойства, които също са широко използвани. Полупроводниковите диоди, например, могат да излъчват и откриват светлина, да променят капацитета и да регулират напрежението.
P-n-преходът е основна полупроводникова структура. Както подсказва името, това е кръстовище между региони от p- и n-тип. Преходът позволява на носителите на заряд да се движат само в една посока, което например прави възможно преобразуването на променлив ток в постоянен.
Стандартните диоди обикновено се правят от силиций, въпреки че германий и други полупроводникови материали също се използват, главно за специални цели.
Volt-амперна характеристика
Диодът се характеризира с крива ток-напрежение, която може да бъде разделена на 2 клона: напред и назад. В обратна посока токът на утечка е близо до 0, но с увеличаване на напрежението бавно се увеличава и при достигане на напрежението на пробив започва рязко да се увеличава. В посока напред токът нараства бързо с приложено напрежение над прага на проводимост, който е 0,7 V за силициеви диоди и 0,4 V за германий. Клетките, които използват различни материали, имат различни волт-амперни характеристики и праг на проводимост и напрежения на пробив.
Диодът p-n-преход може да се разглежда като устройство на основно ниво. Той се използва широко в много приложения, вариращи от сигнални вериги и детектори до ограничители или преходни супресори в индукционни или релейни намотки и токоизправители с висока мощност.
Функции и параметри
Спецификациите на диодите предоставят много данни. Точни обяснения за това какво представляват обаче не винаги са налични. По-долу са дадени подробности за различните характеристики и параметри на диода, които са дадени в спецификациите.
Полупроводников материал
Материалът, използван в p-n преходите, е от първостепенно значение, тъй като засяга много от основните характеристики на полупроводниковите диоди. Силицият е най-широко използван поради високата си ефективност и ниските производствени разходи. Друг често използванелементът е германий. Други материали обикновено се използват в диоди със специално предназначение. Изборът на полупроводников материал е важен, тъй като той определя прага на проводимост - около 0,6 V за силиций и 0,3 V за германий.
Спад на напрежението в режим на постоянен ток (U pr.)
Всяка електрическа верига, през която преминава ток, причинява спад на напрежението и този параметър на полупроводников диод е от голямо значение, особено за изправяне, когато загубите на мощност са пропорционални на U ave. Освен това електронните компоненти често трябва да осигурете малък спад на напрежението, защото сигналите може да са слаби, но все пак трябва да го преодолеят.
Това се случва по две причини. Първият се крие в самата природа на p-n прехода и е резултат от напрежение на прага на проводимост, което позволява на тока да премине през изчерпващия слой. Вторият компонент е нормалната резистивна загуба.
Индикаторът е от голямо значение за изправителните диоди, които могат да пренасят големи токове.
Върхово обратно напрежение (U arr. max)
Това е най-високото обратно напрежение, което един полупроводников диод може да издържи. Не трябва да се надвишава, в противен случай елементът може да се повреди. Това не е само RMS напрежението на входния сигнал. Всяка верига трябва да се разглежда по своите качества, но за обикновен единичен полувълнов токоизправител с изглаждащ кондензатор, не забравяйте, че кондензаторът ще поддържа напрежение, равно на пика на входасигнал. След това диодът ще бъде подложен на пика на входящия сигнал в обратна посока и следователно при тези условия ще има максимално обратно напрежение, равно на пиковата стойност на вълната.
Максимален напред ток (U pr. max)
Когато проектирате електрическа верига, уверете се, че максималните нива на ток на диода не са надвишени. С увеличаване на тока се генерира допълнителна топлина, която трябва да се отстрани.
Ток на утечка (I обр.)
В идеалния диод не трябва да има обратен ток. Но в реалните p-n преходи това се дължи на наличието на малцинствени носители на заряд в полупроводника. Размерът на тока на утечка зависи от три фактора. Очевидно най-значимото от тях е обратното напрежение. Също така, токът на утечка зависи от температурата - с нарастването му той се увеличава значително. Освен това тя силно зависи от вида на полупроводниковия материал. В това отношение силицийът е много по-добър от германия.
Токът на утечка се определя при определено обратно напрежение и определена температура. Обикновено се посочва в микроампера (ΜA) или пикоампера (pA).
Преходен капацитет
Всички полупроводникови диоди имат преходен капацитет. Зоната на изчерпване е диелектрична бариера между две плочи, които се образуват на ръба на зоната на изчерпване и областта с повечето носители на заряд. Действителната стойност на капацитета зависи от обратното напрежение, което води до промяна в преходната зона. Увеличаването му разширява зоната на изчерпване и следователнонамалява капацитета. Този факт се използва във варактори или варикапи, но за други приложения, особено RF приложения, този ефект трябва да бъде сведен до минимум. Параметърът обикновено се посочва в pF при дадено напрежение. Предлагат се специални диоди с ниско съпротивление за много RF приложения.
Тип на калъфа
В зависимост от предназначението, полупроводниковите диоди се произвеждат в опаковки от различни видове и форми. В някои случаи, особено когато се използва в схеми за обработка на сигнали, пакетът е ключов елемент при определянето на общите характеристики на този електронен елемент. В силови вериги, където разсейването на топлината е важно, пакетът може да определи много от общите параметри на диода. Устройствата с висока мощност трябва да могат да бъдат прикрепени към радиатор. По-малки артикули могат да се произвеждат в оловни кутии или като устройства за повърхностен монтаж.
Видове диоди
Понякога е полезно да се запознаете с класификацията на полупроводниковите диоди. Някои артикули обаче може да принадлежат към няколко категории.
Обратен диод. Въпреки че не е толкова широко използван, той е вид p-n-тип елемент, който по своето действие много прилича на тунелния. Отличава се с нисък спад на напрежението при включено състояние. Намира приложение в детектори, изправители и високочестотни превключватели.
Инжекционен транзитен диод. Има много общо с по-разпространеното лавинно летене. Използва се в микровълнови генератори и алармени системи.
Диод Гън. Той не принадлежи към p-n-тип, а е полупроводниково устройство с два извода. Обикновено се използва за генериране и преобразуване на микровълнови сигнали в диапазона 1-100 GHz.
Излъчващият светлина или LED е един от най-популярните видове електронни компоненти. При отклонение напред, токът, протичащ през кръстовището, причинява излъчване на светлина. Те използват комбинирани полупроводници (например галиев арсенид, галиев фосфид, индиев фосфид) и могат да светят в различни цветове, въпреки че първоначално са били ограничени само до червено. Има много нови разработки, които променят начина, по който дисплеите функционират и се произвеждат, като OLED е пример.
Фотодиод. Използва се за откриване на светлина. Когато фотон удари p-n преход, той може да създаде електрони и дупки. Фотодиодите обикновено работят при условия на обратно отклонение, където дори малки токове, генерирани от светлина, могат лесно да бъдат открити. Фотодиодите могат да се използват за генериране на електричество. Понякога елементи от щифтов тип се използват като фотодетектори.
Пин-диод. Името на електронния елемент добре описва устройството на полупроводников диод. Има стандартни региони от p- и n-тип, но между тях има вътрешна област без примеси. Той има ефект на увеличаване на площта на зоната на изчерпване, което може да бъде полезно за превключване, както и при фотодиоди и др.
Стандартното p-n-преходно съединение може да се счита за нормалноили стандартния тип диод, който се използва днес. Могат да се използват в радиочестотни или други приложения с ниско напрежение, както и в токоизправители с високо напрежение и висока мощност.
диоди на Шотки. Те имат по-нисък спад на напрежението в посока от стандартните p-n-тип силициеви полупроводници. При ниски токове може да бъде от 0,15 до 0,4 V, а не 0,6 V, както при силициевите диоди. За да направите това, те не са направени както обикновено - използват контакт метал-полупроводник. Те се използват широко като ограничители, изправители и в радиооборудване.
Диод с натрупване на заряд. Това е вид микровълнов диод, използван за генериране и оформяне на импулси с много високи честоти. Работата му се основава на характеристика на много бързо изключване.
Лазерен диод. Тя се различава от обикновената излъчваща светлина, тъй като произвежда кохерентна светлина. Лазерните диоди се използват в много устройства, от DVD и CD устройства до лазерни показалки. Те са много по-евтини от другите форми на лазери, но значително по-скъпи от светодиодите. Те имат ограничен експлоатационен живот.
Тунелен диод. Въпреки че днес не е широко използван, преди е бил използван в усилватели, осцилатори и превключващи устройства, осцилоскопски синхронизиращи вериги, когато е бил по-ефективен от други елементи.
Варактор или варикап. Използва се в много радиочестотни устройства. За този диод обратното отклонение променя ширината на изчерпващия слой в зависимост от приложеното напрежение. В тази конфигурация едейства като кондензатор с зона на изчерпване, действаща като изолационен диелектрик и плочи, образувани от проводимите области. Използва се в осцилатори с контролирано напрежение и RF филтри.
Ценеров диод. Това е много полезен тип диод, тъй като осигурява стабилно референтно напрежение. Поради това ценеровият диод се използва в огромни количества. Той работи при условия на обратно отклонение и пробива, когато се достигне определена потенциална разлика. Ако токът е ограничен от резистор, това осигурява стабилно напрежение. Широко използван за стабилизиране на захранването. Има 2 вида обратен разбив в ценерови диоди: разлагане на Zener и йонизация с удар.
По този начин различните видове полупроводникови диоди включват елементи за приложения с ниска мощност и висока мощност, излъчващи и откриващи светлина, с нисък спад на напрежението и променлив капацитет. В допълнение към това има редица разновидности, които се използват в микровълновата технология.
