устройство, принцип работы и основные виды :: SYL.ru
Когда-то, на заре развития радиотехники, одним из первых активных элементов, вызвавших настоящую революцию в создании всевозможных схем, считалась электронная лампа. Она была довольно большой и дорогой. Но уже в первые десятилетия прошлого века были изобретены детекторные приемники. Принципиальные схемы этих устройств стали весьма популярными у радиолюбителей, поскольку в каждой из них использовался сравнительно дешевый полупроводниковый диод. Именно из его первоначального названия такие радиоприемники назывались детекторными. А сейчас этот элемент попросту называют диодом. На схемах этот прибор обозначают треугольником с вертикальной черточкой у вершины, параллельной его основанию, а на вид он чем-то напоминает обычный резистор, часто имеющий на одном конце «шляпку».
Принцип работы полупроводникового диода
Устройство данного элемента состоит всего из двух слоев полупроводника, в роли которого часто используют германий либо кремний. Первый из них обладает электропроводимостью n-типа (негатив), а второй – электропроводимостью p-типа (позитив). На их границе образуется так называемый «p-n»-переход. При этом зона «р» выступает в качестве анода, а область «n» — в роли катода. Благодаря такому устройству полупроводниковый диод содержит в себе свободные частицы противоположных зарядов. В слое «р» имеются положительные ионы, которые называют «дырками», а в слое «n» – отрицательно заряженные свободные электроны.
Если на катод подать «плюс», а на анод «минус», однополярные заряды станут отталкиваться, на границе перехода между зонами возникнет движение частиц и полупроводниковый диод станет пропускать ток. Но стоит поменять полярность подключения, как ионы потянутся к минусу, а электроны будут дрейфовать к плюсу, и в итоге в «р-n»-переходе не окажется носителей зарядов. Всякое движение внутри такого элемента прекратится, и электрический ток остановится. В этом состоянии полупроводниковый диод закрыт. Данное свойство этого элемента нашло себе широчайшее применение в радиоэлектронике, но превращение тока из переменного в постоянный – это далеко не единственная его функция. Давайте рассмотрим, для чего еще использую этот прибор.Каким бывает полупроводниковый диод
Внешне все разновидности этого радиоэлемента очень похожи друг на друга. Отличия характерны лишь для некоторых групп, которые отличаются как по ряду параметров, так и по своей конструкции. Попробуем выделить самые распространенные модификации полупроводниковых диодов:
- Выпрямительный. Как нетрудно догадаться по названию, этот тип используется для получения постоянного тока.
- Стабилитрон. Применяется для стабилизации выходного напряжения.
- Полупроводниковый диод Ганна. Используется для генерирования частот диапазоном до десятков гигагерц.
- СВЧ-диод. Отличается определенными конструктивными особенностями и применяется в устройствах, работающих на сверхвысоких и высоких частотах.
- Импульсный диод. Для него характерно высокое быстродействие и малое время восстановления. Такой тип применяется в различных видах импульсной техники (например, в импульсном блоке питания).
- Диод Шотки. Предназначен для работы в стабилизаторах напряжения, а также в импульсных преобразователях.
- Лавинно-пролетный диод. Способен генерировать частоты вплоть до 180 ГГц.
- Светодиод. У этого типа очень широкий спектр применения. Его также часто используют в различных альтернативных осветительных приборах.
- Фотодиод. Имеет миниатюрную линзу и управляется световым потоком. В зависимости от своей разновидности может функционировать как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне спектра.
- Твердотельный лазер. Используется для считывания и записи данных на оптические диски. Пример использования: бытовые CD/DVD-плееры.
Сложно представить себе нынешнее развитие технологий без этого замечательного небольшого прибора.
Полупроводниковые приборы — диод / Хабр
Введение
Каждый технически грамотный человек должен знать электронику. Подавляющее большинство устройств современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. По этому в рамках этой статьи, я бы хотел рассказать о диодах. Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять, как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствами полупроводников не достаточно. Необходимо разобраться в очень интересных и не всегда простых явлениях.
Краткая справка
Электро-дырочный переход (p-n переход) — это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
Диоды — это полупроводниковые приборы, основой которых является p-n переход. В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд их свойств, таких как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электро-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.
- Выпрямительный — асимметрия вольт-амперной характеристики
- Стабилитрон — пробой
- Варикап — барьерная ёмкость
- Импульсный — переходные процессы
Познакомимся с ними подробнее.
Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного сигнала в постоянный.
Рассмотрим принцип действия простейшего однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.
Описание работы
При поступлении от первичного источника переменного напряжения, диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт на отрицательной. В результате на полуволне через диод и сопротивление нагрузки будет протекать ток. конденсатор при этом заряжается до значения, близкого к пиковому. При уменьшении напряжения во входной цепи диод запирается. При этом конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки.
Варикапы
Варикап — полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости.
Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на рисунке.
Описание работы
Настройка колебательного контура на резонансную частоту может осуществляться двумя способами. Во-первых, посредством варьирования частоты проводимого к контуру переменного входного напряжения Uвх. Во-вторых, за счет изменения частоты собственных колебаний Wо, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя величину обратного напряжения Uобр., можно регулировать емкость варикапа, а следовательно и менять резонансную частоту контура. Конденсатор Cp является разделительным. Он необходим для предотвращения шунтирования варикапа индуктивностью.
Стабилитроны
Стабилитрон — это полупроводниковый диод, используемый для стабилизации напряжения.
Участок соответствующий электрическому пробою Uпроб. на котором напряжение слабо зависит от тока, является рабочим. При использовании стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения, его включают параллельно нагрузке. Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rн постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление Rогр. должно иметь определенное значение. Для исключения температурного дрейфа напряжение используют последовательно соединенный диод. Подобные диоды называются термокомпенсированными стабилитронами.
Импульсные диоды
Импульсные диоды широко используют в качестве коммутирующих элементов, т.е. устройств, имеющих два устойчивых состояния: «открыто», когда сопротивления прибора мало и «закрыто», когда велико.
В заключении
Прошу прощения за рисунки, элементы схем не по госту(их соотношение), но думаю для наглядного примера сойдет.
PS: стоит ли рассказать о транзисторах?
Описание слайда:Тема 1.2 Полупроводниковые диоды 1. Понятие и характеристика диода. 2. Виды диодов. 3. Маркировка.
Описание слайда:1. Полупроводниковый диод- это прибор с двумя выводами и одним p-n переходом, его принцип действия основана на вентильных свойствах этого перехода, применяется для выпрямления переменного тока. Плоскостной диод состоит из: 1 – изоляция (стекло) 2 – внутренний вывод анода 3 – кристаллодержатель 4 – пластина кремния (катод) 5 – крепление (вывод катода)
Описание слайда:Точечный диод состоит из: 1 – вывод 2 – стеклянный корпус 3 полупроводниковый кристалл 4 – стальная пружина
Описание слайда:Вольтамперная характеристика диода Характеристика показывает: что с увеличением прямого напряжения прямой ток возрастает увеличение обратного напряжения не влияет на обратный ток, он очень мал, но при некотором значении обратного напряжения может произойти пробой p-n перехода
Описание слайда:Кремниевые диоды обладают большими параметрами в прямом направлении Германиевые диоды обладают большими параметрами в обратном направлении
6 слайд
Параметры диода: Прямой ток – ток протекающий через диод в прямом направлении Прямое напряжение – падение напряжения на диоде Максимальный обратный ток – ток неосновных носителей, протекающий в обратном направлении Максимальное обратное напряжение – напряжение, при котором ещё не произойдет пробой Прямое и обратное сопротивление диода Допустимая рабочая температура
7 слайд
2. Виды полупроводниковых диодов 1- выпрямительный диод выпрямляет переменный ток в схемах радиоаппаратуры. 2 – СВЧ –диод работает в устройствах высокой частоты, модулирует высокочастотные колебания (радиолокация и связь). 3 – варикап- диод с переменной емкостью (используется как конденсатор). 4 – стабилитрон используется для получения постоянного напряжения при изменении тока. 5 – импульсный диод применяется для работы в схемах с быстропротекающими процессами.
8 слайд
Описание слайда:3. Маркировка диодов КД 204 Б К – материал (кремний), Г – германий Д – выпрямительный диод, А — СВЧ диод, В — варикап, И — импульсный диод 204 – тип и область применения диода 101-399 – в выпрямителях 401-499 – в высокочастотных цепях 501-599 – в импульсных схемах 601-699 – варикапы Б – разновидность (особенность диода)
9 слайд
Описание слайда:Письменный опрос по теме «ДИОД» 1. Дать определение, что такое диод, где применяется? 2. Изобразить его условное обозначение на схеме, указав положение анода и катода. 3. Каким особым свойством обладает диод, в чем оно заключается? 4. Нарисовать ВАХ диода. Описать вид ВАХ. 5. Перечислить параметры диодов.
Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Курс повышения квалификации
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое
Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс
Выберите учебник: Все учебники
Выберите тему: Все темы
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала: ДВ-446290
Похожие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Выпрямительные диоды — это полупроводниковые приборы, которые имеют один p-n переход и два металлических вывода. Вся система заключена в пластмассовом, металлическом, стеклянном или металлокерамическом корпусе. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
Обозначение и расшифровка диодов
Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно “ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые”. В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:
Существуют различные варианты обозначения диодов.
Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:
- 1) первая буква или цифра указывает на материал:
- 1 (Г) — германий Ge
- 2 (К) — кремний Si
- 3 (А) — галлий Ga
- 4 (И) — индий In
- 2) Вторая буква — это подкласс полупроводникового прибора. Для нашего случая — это буква Д.
- 3) Третья цифра — функционал элемента в зависимости от класса (диоды, варикапы, стабилитроны и др.).
Например, для выпрямительных диодов (Д):
101…199 — диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.
201…299 — диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.
Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.
До 1982 года была другая классификация:
- первая Д — характеризовала весь класс диодов
- далее шел цифровой код:
- от 1 до 100 — для точечных германиевых диодов
- от 101 до 200 — для точечных кремниевых диодов
- от 201 до 300 — для плоскостных кремниевых диодов
- от 301 до 400 — для плоскостных германиевых диодов
- от 401 до 500 — для смесительных СВЧ детекторов
- от 501 до 600 — для умножительных диодов
- от 601 до 700 — для видеодетекторов
- от 701 до 749 — для параметрических германиевых диодов
- от 750 до 800 — для параметрических кремниевых диодов
- от 801 до 900 — для стабилитронов
- от 901 до 950 — для варикапов
- от 951 до 1000 — для туннельных диодов
- от 1001 до 1100 — для выпрямительных столбов
- третья цифра — разновидность групп однотипных приборов
Система JEDEC (США)
- первая цифра — число p-n переходов (1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
- далее N (типа номер) и серийный номер
- после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода
Система Pro Electron (Европа)
По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:
- 1) первая буква:
- A — германий Ge
- B — кремний Si
- C — галлий Ga
- R — другие полупроводники
- 2) Вторая буква — это буква A, указывающая на маломощные импульсные и универсальные диоды.
- 3) Третья буква отвечает за принадлежность элемента к сфере специального применения (промышленность, военная). “Z”, “Y”, “X” или “W”.
- 4) Четвертая — это 2х, 3х или 4х-значный серийный номер прибора.
- 5) Дополнительный код — в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.
Система JIS (Япония)
Применяется в странах Азии и тихоокеанского региона.
Существуют и специальные обозначения от фирм-изготовителей, которые отличаются от приведенных выше.
Принцип действия выпрямительного диода
Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.
Как ведет себя диод при прямом и обратном включении
Прямое направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.
Обратное направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.
Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.
При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).
- анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
- катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка
Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.
Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.
ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)
Вольт-амперные характеристики диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.
При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.
Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si — преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.
Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями
Последние статьи
Самое популярное
Полупроводниковый диод— Принцип действия — Области применения
Полупроводниковый диод — самое простое полупроводниковое устройство, которое можно найти практически в любой электронной схеме. Диоды изготавливаются с германием и кремнием (чаще всего). Диоды состоят из двух частей: «N-слой» (катод) и «P-слой» (анод), которые разделены барьером.
Этот барьер имеет 0,3 вольт в германиевом диоде и приблизительно 0,6 вольт в кремниевом диоде.
Принцип действия диода
N-слой диода имеет свободные электроны, а P-слой диода имеет свободные дырки (отсутствие электронов).
— Когда положительное напряжение прикладывается к P-слою, а отрицательное напряжение к N-слою, электроны в N-слое выталкиваются в P-слой, и электроны протекают через P-материал за пределы полупроводника.
Аналогичным образом, отверстия в материале P при отрицательном напряжении выдвигаются к стороне материала N.Затем отверстия проходят через материал N.
— Когда положительное напряжение прикладывается к N-слою и отрицательное к P-слою, электроны в P-слое выталкиваются в N-слой, а отверстия N-слоя выталкиваются в P-слой. В этом случае электроны в полупроводнике не движутся, а электрический ток не течет.
реальный диод ток-напряжение
В F составляет 0,3 В в германиевом диоде и составляет приблизительно 0.6 вольт в кремниевом диоде.
Полупроводниковые диоды работают 2 разными способами:
Форвард предвзятый
В этом случае электрический ток циркулирует через диод, следуя по пути стрелки (стрелка диода) или от анода к катоду. Электрический ток проходит через диод очень легко и ведет себя почти как короткое замыкание.
Обратное смещение
В этом случае электрический ток в диоде хочет циркулировать в направлении, противоположном направлению стрелки (стрелка диода), или от катода к аноду.Электрический ток не течет через диод, и он ведет себя как разомкнутая цепь.
Примечание. Упомянутая выше операция относится к идеальному диоду, что означает, что мы рассматриваем диод как идеальный компонент.
Применение полупроводниковых диодов
Диодыимеют множество применений, но наиболее распространенным является процесс преобразования переменного тока (АЦ) в постоянный ток (С.С.). В этом случае диод используется как выпрямительный диод.
Другие применения диодов:
- Защита от обратного напряжения
- Обратный диод в индуктивных нагрузках
- и т. Д.
Работа диода — Energy Education
Рис. 1. P-n-соединение диода вместе с его соответствующей схемой и действительным компонентом. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.Способ работы диода может быть сложным для понимания, так как он включает в себя довольно продвинутую квантовую механику. Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов).Технически, полупроводниковый диод называется p-n-переходом . Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлемента. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами, так что они имеют избыток легко смещенных электронов — обычно их называют отрицательным или n-типа . Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые -положительными или р-типа областями . [2] [3] Отрицательные и положительные области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).
Различия между этими двумя материалами и их взаимодействиями на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов. Соединение этих двух типов создает p-n-переход, и область между двумя сторонами называется областью обеднения, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые отверстия в области p-типа.Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет позади положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Это реагирует на электрические поля по-разному в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному электронному поведению, в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.
Смещение
Диод (PN-переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом.Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, который позволяет току течь легко, тогда как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока в постоянный ток. Он также используется для манипулирования электронными сигналами.
Обратное смещение
Рис. 2. Обратное смещение p-n перехода с черными кружками, представляющими легко смещенные электроны, и белыми кружками, представляющими электронодефицитные «дыры».«В обратном смещенном соединении, подобном этому, электроны покидают черные круги и движутся к внешней цепи, оставляя после себя больше положительных ионов, в то время как электроны от внешней цепи« заполняют дыры », создавая больше отрицательных ионов.
Если напряжение подается на диод таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи будет создавать больше отрицательных ионов в области р-типа путем «заполнения дырок» и больше положительных ионов будет создаваться в области n-типа, когда электроны смещаются к положительному полюсу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область истощения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться по мере того, как общий заряд на каждой стороне перехода будет увеличиваться по величине, пока напряжение на диоде не станет равным и не будет противодействовать приложенному напряжению и аннулирует это, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь при подаче напряжения в этом направлении на диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]
Forward Bias
Рисунок 3. Частично и полностью смещенный вперед p-n-переход. Обратите внимание, что для разрушения истощенной области требуется минимальное напряжение.
Когда напряжение подается в противоположном направлении через диод, область истощения начинает уменьшаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отведены от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся в направлении перехода, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных клемм источника напряжения соответственно , [1] [6] Учитывая достаточно большое приложенное напряжение, дырки и электроны преодолеют область истощения и встретятся вблизи перехода, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замкнув цепь и пропустив ток ,
Прямое напряжение и напряжение пробоя
Для преодоления области истощения требуется минимальное пороговое напряжение, которое для большинства кремниевых диодов составляет 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения действительно вызывает небольшую величину тока через диод, называемую током утечки, который по существу незначителен для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электронному пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]
Для получения дополнительной информации о диодах, пожалуйста, смотрите все о схемах или гиперфизике.
для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
,Полупроводниковый диод — тип диода, который содержит «p-n-переход», изготовленный из полупроводниковых материалов с различным легированием. Это двусторонний нелинейный электронный компонент, в котором терминал, присоединенный к слою « p » ( + ), называется анодом, а катод слоя « n » ( — ). Этот электронный компонент в основном используется из-за его способности пропускать электрический ток только в одном направлении (от анода до катода ) после прямого смещения вышеупомянутого «p-n-перехода» с положительным электрическим напряжением.
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 будет течь. Вот почему полупроводниковый диод часто называют «электрическим клапаном», который может пропускать или блокировать поток электрического тока.
Semiconductor Diode — Задания для студентов
Если вы студент или просто хотите узнать, как решать задачи Semiconductor Diode, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронные задания.
Полупроводниковый диод — внутренняя конструкция
Полупроводниковый диод состоит из двух полупроводниковых кристаллов разного легирования — типа «p» и «n». Вместе они образуют так называемый « pn-переход» , где «n» слой (с электронодонорными легирующими добавками) имеет избыточное количество электронов, которые являются основными носителями там (у нас больше электронов (-), чем электронные дыры (+)). Однако в слое «p» (акцептор электронов) основными носителями являются электронные дыры (+), а не электроны (-), поэтому у нас больше дырок для «заполнения», чем доступных электронов.Электронная дыра — это вакансия, созданная электроном, «путешествующим» из своего начального места в какое-то другое место в этом кристалле. В действительности нет такой вещи, как «дыра», но отсутствие электронов делает ее положительно заряженной частицей, которая притягивает отрицательные электроны, чтобы снова образовать пару (дыры тоже могут двигаться).
После их объединения начинается пропорциональное распределение электронов. Электроны, которых раньше не было в «р» слое, переносятся туда из «н» слоя, где их было слишком много.Итак, слой «n» является хорошим другом для слоя «p», верно? 🙂 И именно здесь формируется так называемая обедненная область , которая предотвращает протекание электрического тока (термодинамическое равновесие).
Рис. 2. PN-переход в состоянии термодинамического равновесия
Чтобы поток электрического тока проходил через «pn-переход» (электрический клапан включен), необходимо приложить внешнее положительное электрическое напряжение, чтобы «подтолкнуть» и помочь большой группа электронов и дырок, чтобы встретиться вместе (прямое смещение диода).После того, как они «проталкиваются» через область обеднения с достаточной силой (V F = 0,7 В), диод начинает проводить ток, поэтому он начинает протекать через него.
Рис. 3. Прямое смещение PN-соединения (электрический клапан включен)
Чтобы убедиться, что электрический ток не будет течь (электрический клапан отключен), необходимо подать внешнее отрицательное напряжение на полупроводниковый диод ( обратное смещение), чтобы сделать область истощения еще больше (иллюстрация ниже).
Рис. 4.Обратное смещение P-N (электрический клапан отключен)
Со временем технологические требования возрастали, что привело к разработке новых типов диодов. Когда полупроводник объединяется с соответствующим металлом, мы получаем переход MS (Metal-Semiconductor), который также обладает выпрямляющими свойствами (токопроводимость в одном направлении) — он используется, например, в быстрых диодах Шоттки .
MS-переходы могут иметь одну из двух вольт-амперных характеристик:
- Несимметричный нелинейный
- Симметричный линейный
MS-переход Свойства зависят в основном от состояния поверхности полупроводника и от выхода Отличие работы электронов от металла и самого полупроводника.Диод Шоттки в основном используется в системах, которые требуют быстрого времени переключения (малая емкость перехода C j диода оказывает решающее влияние) с частотами до нескольких десятков ГГц.
Semiconductor Diode — Вольт-амперная характеристика
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 техническом паспорте. Полутермические диоды в основном используются для защиты других электронных компонентов.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода
Как определить, где находится 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 самыми дешевыми мультиметрами (Get Basetech BT-11 Multimeter):
а) Использование омметра (диапазон 2 кОм):
Инжир.6. Прямое смещение: Омметр покажет приблизительное прямое напряжение диода (около 0,7 В)
Рис. 7. Обратное смещение: Омметр показывает «1», что означает очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен)
Вы также можете использовать функцию «проверка диодов» (символ диода на мультиметре), но результат будет таким же, как указано выше при использовании омметра.
б) Использование функции измерения постоянного тока:
Рис. 8. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения примерно на 0,7 В для кремниевых диодов
Рис.9. Обратное смещение: мультиметр укажет приблизительное полное напряжение питания. ( Примечание: Здесь диод вставлен в противоположном направлении по сравнению с примером выше. В действительности, я бы изменил полярность блока питания , потому что вы не можете размонтировать «своими руками» после пайки компонента, если вы не удалите его. Конечно, мы не хотим делать это с хорошим операционным компонентом. Я просто хотел показать вам пример, который вы должны также обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макете)
Типы Полупроводниковые диоды
- Выпрямительный диод — выпрямитель переменного тока,
- Стабилитрон — стабилизация напряжения и тока в электронных системах,
- Светодиод (LED) — излучает свет в инфракрасном или видимом свете спектр,
- переменный емкостный диод — его мощность зависит от напряжения, приложенного к нему в обратном смещении,
- переключающий диод — используется в импульсном режиме электронные системы, требующие очень короткого времени переключения,
- Туннельный диод — специально разработанный диод, характеризующийся областью отрицательного динамического сопротивления,
- Фотодиод — диод, который работает в качестве фотоприемника — он реагирует на световое излучение (видимое, инфракрасное или ультрафиолетовое) ), ,
- , Gunn Diode — компонент, используемый в высокочастотной электронике.
Эксперимент для самостоятельного выполнения
Этот эксперимент позволит вам визуализировать принцип работы полупроводникового диода независимо от того, проводит ток ток или нет. Поскольку вы сделаете это сами, вам лучше запомнить этот урок.
Необходимые элементы:
Мы будем использовать две схемы, которые вы видели ранее:
Рис. 10. В этом случае светодиод должен проводить ток, и вы должны видеть, что он освещает
Рис.11. Здесь светодиод не должен гореть — диод не проводит ток ( Примечание: Здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с примером выше. В действительности, я бы изменил полярность источника питания, , потому что Вы не можете размонтировать «своими руками» один раз припаянный компонент, если вы не припаяете его. Конечно, мы не хотим делать это с хорошим рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны заплатить внимание к правильному размещению компонентов на вашей печатной плате или макете)
Ниже вы можете видеть рисунки, показывающие схему, установленную на макете, и визуализацию двух противоположных положений светодиодного диода (обратная полярность).
Рис. 12. Схема «перенесена» на макетную плату (диод проводит ток)
Рис. 13. В этом случае, как вы видите, диод не проводит ток (вставлен в противоположную сторону) ( Примечание: Здесь диод вставлен в противоположном направлении по сравнению с примером выше На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, , потому что вы не можете размонтировать «своими руками» после пайки компонента, если вы не отпаяете это. Конечно, мы не хотим делать это с хорошей операционной составляющей.Я просто хотел показать вам пример, который вы должны также обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макетной плате)
На первом изображении 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 9 В, поэтому ток, протекающий через диод, будет около 9 мА (рассчитывается по закону Ом ).
На втором изображении диод был вставлен в противоположную сторону (потенциал напряжения на катоде был выше (+), чем на аноде (-)), поэтому диод вел себя как закрытый электрический клапан, что предотвращало поток тока — светодиод не горит.
P-N Junction полупроводниковый диод — Диод
Что
такое полупроводниковый диод p-n перехода?
А
p-n переходный диод — двухполюсное или двухэлектродное полупроводниковое устройство,
который пропускает электрический ток только в одном направлении
в то время как блокирует электрический ток в противоположном или обратном направлении
направление.Если диод смещен вперед, это позволяет
электрический ток. С другой стороны, если диод
смещенный в обратном направлении, он блокирует электрический ток.
Р-Н
полупроводниковый диод перехода также называют p-n-переходом
полупроводниковое устройство.
В п-типа полупроводники, бесплатно электроны являются основными носителями заряда, тогда как в р-типа полупроводники, дырки являются основными носителями заряда.Когда n-тип полупроводник соединен с полупроводником р-типа, а р-н соединение образовано. P-N-переход, который формируется когда полупроводники p-типа и n-типа соединены, называется p-n переходным диодом.
р-н переходный диод выполнен из полупроводниковых материалов такие как кремний, германий и арсенид галлия.Для При разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий. Диоды p-n перехода из кремния полупроводники работают при более высокой температуре по сравнению с диодами p-n перехода из германия полупроводники.
основной символ p-n переходного диода при прямом смещении и обратное смещение показано на рисунке ниже
В На приведенном выше рисунке стрелка диода указывает на обычное направление электрического тока, когда диод смещен вперед (от положительной клеммы к отрицательный терминал).Отверстия, которые движутся от позитива вывод (анод) к отрицательному выводу (катод) условное направление тока.
Свободные электроны движутся от отрицательного конца (катод) к положительному концу (анод) на самом деле нести электрический ток. Однако из-за конвенция мы должны предположить, что текущее направление от положительного до отрицательного.
Смещение полупроводниковый диод p-n-перехода
Процесс подачи внешнего напряжения на p-n переход Полупроводниковый диод называется смещением. Внешнее напряжение до p-n переходный диод применяется любым из двух методов: прямое или обратное смещение.
Если
диод перехода p-n смещен вперед, это позволяет
электрический ток.В прямом смещенном состоянии,
полупроводник p-типа подключен к положительному выводу
батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к
отрицательный вывод батареи.
Если диод перехода p-n смещен в обратном направлении, он блокирует электрический ток. В обратном смещенном состоянии полупроводник p-типа подключен к отрицательному полюсу батареи тогда как; полупроводник n-типа подключен к положительный вывод батареи.
Клеммы pn переходного диода
Как правило, Терминал относится к точке или месту, в котором любой объект начинается или заканчивается. Например, автовокзал или конечная остановка место, в котором все автобусы начинаются или заканчиваются. Точно так же в контактный диод p-n, терминал относится к точке, в которой носители заряда начинаются или заканчиваются.
П-н Распределительный диод состоит из двух клемм: положительного и отрицательный.В положительный терминал, все свободные электроны закончатся и все отверстия начнутся, тогда как на отрицательном конце все начнутся свободные электроны и закончатся все дырки
Терминалы диода под прямым смещением
В смещенный диод p-n перехода (p-тип подключен к положительный терминал и n-тип подключен к отрицательному терминал), анодный терминал является положительным терминалом, тогда как катодная клемма является отрицательной клеммой.
Анод клемма представляет собой положительно заряженный электрод или проводник, который поставляет отверстия для p-n перехода. Другими словами, анод или анодный терминал или положительный терминал является источником положительных носителей заряда (дырок), положительный заряд носители (отверстия) начинают свое путешествие на анодном терминале и пройти через диод и заканчивается на катодной клемме.
катод отрицательно заряженный электрод или проводник, который поставляет свободные электроны на p-n-переход. Другими словами, катодный терминал или отрицательный терминал является источником свободного электроны, отрицательные носители заряда (свободные электроны) начинает свое путешествие на катодном терминале и проходит через диод и заканчивается на анодной клемме.
свободные электроны притягиваются к анодной клемме или
положительный конец, тогда как отверстия притягиваются к
катодная клемма или отрицательная клемма.
Терминалы диода при обратном смещении
Если диод обратного смещения (р-типа подключен к отрицательному терминал и n-тип подключен к положительной клемме), анодная клемма становится отрицательной клеммой, тогда как катодный терминал становится положительным.
Анод терминал или отрицательный терминал поставляет свободные электроны к P-N Junction. Другими словами, анодный терминал является источником свободных электронов, свободные электроны начинают свое путешествие на отрицательном или анодном терминале и заполняет большое количество дырки в полупроводнике p-типа. Отверстия в р-типе полупроводник притягивается к отрицательному полюсу.Свободные электроны с отрицательного конца не могут двигаться в сторону положительного конца, потому что широкое истощение область в p-n-переходе сопротивляется или противостоит потоку свободные электроны.
катод терминал или положительный терминал поставляет отверстия в п-н узел. Другими словами, катодный терминал является источником дырки, дырки начинают свое путешествие на позитив или катод терминал и занимает положение электронов в n-типе полупроводник.Свободные электроны в n-типе полупроводник притягивается к положительному полюсу. Отверстия от положительной клеммы не могут двигаться в направлении отрицательный конец, потому что широкая область истощения на p-n-переход противодействует потоку отверстий.
Кремний и
германиевые полупроводниковые диоды
- для При разработке диодов кремний более предпочтителен, чем германий.
- p-n переходные диоды из кремниевых полупроводниковых работ
при более высокой температуре, чем у германиевого полупроводника
диоды.
- Вперед
Напряжение смещения для кремниевого полупроводникового диода
примерно 0,7 вольт, тогда как для германия
полупроводниковый диод примерно
0.3 вольт
- Кремний полупроводниковые диоды не допускают электрический ток поток, если напряжение на кремниевом диоде меньше чем 0,7 вольт.
- Кремний полупроводник диоды начинают пропускать ток, если напряжение приложенное на диоде достигает 0,7 вольт.
- германий
полупроводниковые диоды не допускают электрический ток
поток, если напряжение на германиевом диоде
меньше 03 вольт
- германий
полупроводниковые диоды начинают пропускать ток, если
напряжение на германиевом диоде достигает 0,3
вольт.
- стоимость кремниевых полупроводников низкая по сравнению с германиевые полупроводники.
Преимущества p-n переходного диода
П-н переходный диод является самой простой формой из всех полупроводниковых устройства.Тем не менее, диоды играют важную роль во многих электронные устройства.
,