Применение диодов

Диоды применяются очень широко в электронике. Пожалуй, наиболее часто диоды используются для выпрямления переменного напряжения. Без диодов и полупроводников вообще вы бы не смогли прочитать этот документ в электронном виде, так как компьютера у вас бы просто не было (ну во всяком случае такого, который можно купить за разумные деньги и который поместится в комнате))). Ниже приведём простой пример применения диода на практике (рис. 5).

Рис. 5. Применение диодов.

На рис. 5 приведена упрощённая схема системы индикации аварии генератора автомобиля. Работает это так. Когда мы поворачиваем ключ зажигания SA1, ток начинает течь по цепи +GB1 – SA1 – KK1.1 – HL1 – -GB1. То есть цепь замыкается через контакты ключа зажигания, контакты реле и лампу, следовательно, лампа начинает светиться. Когда машина заведётся, начинает работать генератор. Напряжение генератора +Uген подаётся на катушку реле К1. Реле срабатывает и контакты К1.1 размыкаются, что приводит к погасанию лампы.

Это означает, что генератор работает. Если генератор почему-то перестаёт работать (например, оборвался ремень привода генератора), то с катушки реле К1 снимается напряжение и контакты К1.1 замыкаются. Но так как двигатель работает и ключ зажигания включен, то замыкание контактов К1.1 приводит к тому, что лампа HL1 загорается (что свидетельствует об аварии генератора, точнее о том, что зарядка на аккумулятор не идёт). Если генератор не работает, то на катушку реле напряжение не поступает, так как диод VD1 не пропускает ток от аккумулятора GB1 на катушку реле. В то же время, когда генератор работает, то аккумулятор нормально заряжается, так как ток от генератора через диод проходит и поступает на аккумулятор.

Конечно, в реальном автомобиле схема может отличаться от приведённой на рис. 5. Вместо реле может использоваться транзистор или вообще все системы могут управляться микропроцессором. Но микропроцессоры и транзисторы – это уже другая история.

Для любопытных могу сказать, что сам генератор внутри тоже содержит несколько диодов. Дело в том, что современные генераторы вырабатывают переменный ток, в то время как в цепях питания автомобиля используется постоянный ток. Это значит, что выработанный генератором переменный ток, нужно преобразовать в постоянный, то есть «выпрямить». Этим и занимаются

выпрямительные диоды.

Ну а для самых любопытных скажу, что на старых машинах были генераторы постоянного тока. Например, у моего отца когда-то был «Москвич-407», у которого был генератор постоянного тока. И этот Москвич можно было завести «с толкача» вообще без аккумулятора. Современную машину без аккумулятора не заведёшь. А всё потому, что генераторы переменного тока, которые устанавливаются в автомобилях, имеют обмотку возбуждения, на которую надо подавать постоянное напряжение, чтобы генератор начал работать.

Введение в электронику. Диоды

Серия статей известного автора множества радиолюбительских публикаций  Дригалкина В.В.  для начинающих радиолюбителей

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Диоды

Данный элемент пропускает ток только в одном направлении. У диода два вывода: анод и катод. Если подключить к нему батарею полюсами: плюс – к аноду, минус – к катоду, в направлении от анода к катоду потечет ток. Сопротивление диода в этом направлении небольшое. Если же попробовать изменить полюса батарей, то есть включить диод “наоборот”, то ток через диод не пойдет. В этом направлении диод имеет большое сопротивление. Таким образом, проводимость диода сильно зависит от полярности приложенного напряжения. А это позволяет 

производить выпрямление переменного тока, детектировать1 сигналы и т.п. 

Разновидностей диодов существует несколько. Самый используемый в любых конструкциях – полупроводниковый. Вернее это название классификации, которая включает несколько классов диодов, среди них, в частности, – выпрямительные, импульсные, стабилитроны.

Выпрямительный полупроводниковый диод предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный

. Они используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т.д.

Диодный мост – определенная последовательность соединения четырех выпрямительных диодов, предназначенная для преобразования (“выпрямления”) переменного тока в пульсирующий постоянный. Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, или в виде монолитной диодной сборки (см. Рис. 16,ж). Преимуществом такой сборки является простота монтирования на плате. Используется в блоках питания.

Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов.

Детектирование (от лат. detectio – открытие, обнаружение) – преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Применяется в радиоприёмных устройствах для выделения колебаний звуковой частоты, в телевидении – сигналов изображения и т.д

Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды обладают минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Импульсные диоды применяются в качестве ключевых элементов в схеме при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросекунды и доли микросекунд) .

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольтамперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это позволяет использовать его в усилителях, генераторах синусоидальных и релаксационных колебаний, переключающих схемах.

Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении значительно больше, чем при прямом вследствие туннельного эффекта. Большой обратный ток и нелинейность вблизи нулевой точки позволяют использовать такие туннельные диоды в качестве пассивного элемента радиотехнических устройств, детекторов и смесителей для работы при малом сигнале и как ключевые устройства для импульсных сигналов малой амплитуды.

Стабилитроны предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через диод тока, они подразделяются на маломощные и средней мощности с допустимой мощностью рассеивания до 0,3 Вт и от 0,3 до 5 Вт соответственно. Эти полупроводниковые приборы имеют два вывода: анод и катод. В прямом направлении (от анода к катоду) стабилитрон работает как диод, свободно пропуская ток.

А в обратном направлении он сначала не пропускает ток (как и диод), а при увеличении подаваемого на него напряжения вдруг “пробивается ” и начинает пропускать ток. Напряжение “пробоя” называют напряжением
стабилизации. Она будет оставаться неизменной даже при значительном увеличении входного напряжения. Благодаря этому свойству стабилитрон применяется во всех случаях, если надо получить стабильное напряжение питания какого-либо устройства при колебаниях, например сетевого напряжения. Этот прибор ранее был очень популярен в блоках питания.

Подобно стабилитрону работает стабистор. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации , которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или  трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов. Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Варикап – полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения, предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Заметим, что у всех диодов по мере увеличения обратного напряжения емкость перехода уменьшается. Отличительная особенность варикапов состоит в том, что эта зависимость выражена более ярко — емкость может изменяться в 3—5 раз. Основными параметрами варикапов являются величина номинальной емкости и напряжения смещения (постоянное обратное напряжение, при котором емкость перехода равна номинальной
емкости) . Они используются в приемниках, генераторах и других радиоустройствах в качестве конденсатора переменной емкости.

Схемотехническое изображение диода (см. Рис. 1 справа) наглядно передает его проводимость: треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости . Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод. По другому обстоят дела с диодным мостом. Правильнее будет сказать, что он имеет вход и выход. Первый обозначен на схеме знаком(и) “~”, второй – “+” и “-“. На вход подается переменный ток, а на выходе получаем ток строго одной полярности.

В зависимости от использованного полупроводникового материала различают диоды германиевые, кремниевые и арсенид-галиевые. Германиевые диоды применяют в основном для детектирования слабых высокочастотных сигналов, а для выпрямителей используют кремниевые диоды.

---

Перейти к следующей статье: Транзисторы

---

---

Диоды, выпрямление тока, стабилитроны, тиристоры.

Разновидности диодов.

Помимо способности пропускать ток только в одном направлении, p-n переход обладает рядом других интересных особенностей. Например, способностью излучать(в т. ч. и в видимом диапазоне) при протекании тока в прямом направлении и генерировать эл. ток под воздействием излучения. Эта особенность используется при реализации таких электронных элементов как светодиоды, фотодиоды и фотоэлементы.
Кроме того, любой p-n переход обладает еще и электрической емкостью, а кроме того, возможностью ее изменять с помощью напряжения приложенного в обратном направлении. Используя ее удалось создать такие полезные элементы как ВАРИКАПЫ.

Варикапы.

Итак, p-n переход обладает электрической емкостью, величина которой зависит от его площади и ширины. Если подавать напряжение в обратном направлении — переход смещается, площадь остается неизменной, но ширина увеличивается. Емкость, при этом соответственно — уменьшается. Появляется возможность, изменяя величину приложенного напряжения, эту емкость регулировать. Электронные элементы(диоды, по сути) созданные на этом принципе называют — варикапами.

Варикапы используются в радиоаппаратуре вместо обычных конденсаторов переменной емкости для перестройки частоты колебательных контуров. Приемущество Применение варикапов позволило значительно снизить габариты и повысить эффективность блоков селекции радиоприемных устойств, относительно просто и недорого реализовать автоматизацию процессов настройки(проводимых ранее вручную).

Диоды Шоттки.

Диод Шоттки(диод с барьером Шоттки) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения(0,2—0,4 вольт) при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В диодах Шоттки в отличие от обычных диодов,вместо p-n перехода используется переход металл-полупроводник. Это дает ряд особых преимуществ — пониженное падение напряжения при прямом включении, очень маленький заряд обратного восстановления.

Последнее объясняется тем, что в отличии от обычных диодов диоды Шоттки работают только на основных носителях, а их быстродействие ограничивается лишь барьерной емкостью. Диоды Шоттки наиболее целесообразно использовать в быстродействующих импульсных цепях, для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и коммутаторах.

Светодиоды.

При протекании прямого тока через любой p-n переход(любого диода!) происходит генерация фотонов. Это является следствием циклической рекомбинации — восстановления атомов вещества в процессе перемещения основных носителей тока.
Электронные элементы служащие для генерации света и основанный на этом принципе называется соответственно — светодиодами. Светодиоды используют для индикации, передачи информации, в составе таких электронных приборов как оптопары.

К.П.Д. и яркость современных светодиодов настолько высоки, что на настоящий момент они являются наиболее перспективными источниками искуственного освещения. В зависимости от материала выбранного в качестве полупроводника светодиоды излучают на разных длинах волн.
ИК — диоды излучают в инфракрасной области, индикаторные и осветительные светодиоды в видимой части спектра(зеленые, красные, желтые и т. п.). Наиболее высоким К.П.Д. отличаются светодиоды излучающее в ультрафиолетовой области. Интересно, что как раз этот тип наиболее часто применяется для освещения. Белый свет получается при использовании специального люминофора, преобразующего ультрафиолет.

Интенсивность излучения светодиода возрастает при увеличении тока протекающего через p-n переход, до определенного предела. После его достижения сетодиод выходит из строя. Поэтому, для нормальной работы необходимо ограничивать ток.
Как правило, это реализуется с помощью последовательного подключения резистора.

Стабисторы.

Существующие стабилитроны имеют ограничение по минимальному напряжению стабилизации(около 3 В).
Что делать, если необходим источник стабилизированного напряжения до 3-х вольт? Использовать прямую ветвь Вольт — Амперной Характеристики диода(ВАХ). В области прямого смещения p-n-перехода напряжение на нем может иметь значение 0,7…2 В(в зависимости от материала полупроводника) и мало зависит от тока.
Диоды специально используемые в этом качестве, называют — СТАБИСТОРАМИ.

Фотодиоды.

Фотодиод — это светочувствительный полупроводниковый элемент с одним p-n переходом, обратный ток которого меняется в зависимости от уровня освещенности. Величина на которую происходит его изменение при этом, называется фототоком.

Фотодиоды используют для преобразования сигналов передаваемых в оптическом режиме в электрическую форму. Малая инерционость фотодиодов способствует приему передачи информации, с большой плотностью, например, в при передаче ее по оптоволоконным линиям. Кроме того фотодиоды могут использоваться в фотоприемниках дистанционного управления и т. д.

На главную страницу

Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную.

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается.

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

 

Конструкция диодов.

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной»)).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

 

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле.

При разогреве, электроны отделяются от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

 

Типы диодов:

• · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.

• · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор.

• · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения. Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.

• · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.

• · Магнитодиод. Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

• · Диоды Ганна. Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.

• · Диод Шоттки. Имеет малое падение напряжения при прямом включении.

• · Полупроводниковые лазеры.

Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне.

• · Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения. Применяются в датчиках света, движения и т.д.

• · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей). При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток.

• · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

• · Туннельные диоды, использующие квантовомеханические эффекты. Применяются как усилители, преобразователи, генераторы и пр.

• · Светодиоды (диоды Генри Раунда, LED). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света.

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом, инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, литографической и космической сфере).

• · Варикапы (диод Джона Джеумма) Благодаря тому, что закрытый p—n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью.

принцип действия, схемы, примеры и т.д.

Светодиод — диод с простым P-N переходом, главной особенностью которого является то, что он испускает свет, когда через него проходит ток. Используется во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств.

Светодиод

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип работы светодиода

Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала N-типа через P-N переход и соединяются с отверстиями в материале P-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с отверстиями, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светодиодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.

Схема светодиода

Светодиоды могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через светодиод. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.

Где используются светодиоды

Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.

С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементов

Каждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.

Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятора

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.

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.

Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом.

Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым.

Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.

Содержание статьи

Диоды делятся на большие группы – неполупроводниковые и полупроводниковые.

Неполупроводниковые

Одной из наиболее давних разновидностей являются ламповые (электровакуумные) диоды. Они представляют собой радиолампы с двумя электродами, один из которых нагревается нитью накала. В открытом состоянии с поверхности нагреваемого катода заряды движутся к аноду. При противоположном направлении поля прибор переходит в закрытую позицию и ток практически не пропускает.

Еще одни вид неполупроводниковых приборов – газонаполненные, из которых сегодня используются только модели с дуговым разрядом. Газотроны (приборы с термокатодами) наполняются инертными газами, ртутными парами или парами других металлов. Специальные оксидные аноды, используемые в газонаполненных диодах, способны выдерживать высокие нагрузки по току.

Полупроводниковые

В основе полупроводниковых приборов лежит принцип p-n перехода. Существует два типа полупроводников – p-типа и n-типа. Для полупроводников p-типа характерен избыток положительных зарядов, n-типа – избыток отрицательных зарядов (электронов).

Если полупроводники этих двух типов находятся рядом, то возле разделяющей их границы располагаются две узкие заряженные области, которые называются p-n переходом. Такой прибор с двумя типами полупроводников с разной примесной проводимостью (или полупроводника и металла) и p-n-переходом называется полупроводниковым диодом.

Именно полупроводниковые диодные устройства наиболее востребованы в современных аппаратах различного назначения. Для разных областей применения разработано множество модификаций таких приборов.

Полупроводниковые диоды

Виды диодов по размеру перехода

По размерам и характеру p-n перехода различают три вида приборов – плоскостные, точечные и микросплавные.

Плоскостные детали представляют одну полупроводниковую пластину, в которой имеются две области с различной примесной проводимостью. Наиболее популярны изделия из германия и кремния.

Преимущества таких моделей – возможность эксплуатации при значительных прямых токах, в условиях высокой влажности. Из-за высокой барьерной емкости они могут работать только с низкими частотами.

Их главные области применения – выпрямители переменного тока, устанавливаемые в блоках питания. Эти модели называются выпрямительными.

Точечные диоды имеют крайне малую площадь p-n перехода и приспособлены для работы с малыми токами. Называются высокочастотными, поскольку используются в основном для преобразования модулированных колебаний значительной частоты.

Микросплавные модели получают путем сплавления монокристаллов полупроводников p-типа и n-типа. По принципу действия такие приборы – плоскостные, но по характеристикам они аналогичны точечным.

Материалы для изготовления диодов

При производстве диодов используются кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Наиболее распространенными являются первые три материала.

Очищенный кремний – относительно недорогой и простой в обработке материал, имеющий наиболее широкое распространение. Кремниевые диоды являются прекрасными моделями общего назначения. Их напряжение смещения – 0,7 В.

В германиевых диодах эта величина составляет 0,3 В. Германий – более редкий и дорогой материал.

Поэтому германиевые приборы используются в тех случаях, когда кремниевые устройства не могут эффективно справиться с технической задачей, например в маломощных и прецизионных электроцепях.

Виды диодов по частотному диапазону

По рабочей частоте диоды делятся на:

• Низкочастотные – до 1 кГц.
• Высокочастотные и сверхвысокочастотные – до 600 мГц. На таких частотах в основном используются устройства точечного исполнения. Емкость перехода должна быть невысокой – не более 1-2 пФ. Эффективны в широком диапазоне частот, в том числе низкочастотном, поэтому являются универсальными.
• Импульсные диоды используются в цепях, в которых принципиальным фактором является высокое быстродействие. По технологии изготовления такие модели разделяют на точечные, сплавные, сварные, диффузные.

Области применения диодов

Современные производители предлагают широкий ассортимент диодов, адаптированных для конкретных областей применения.

Выпрямительные диоды

Эти устройства служат для выпрямления синусоиды переменного тока. Их принцип действия основывается на свойстве устройства переходить в закрытое состояние при обратном смещении.

В результате работы диодного прибора происходит срезание отрицательных полуволн синусоиды тока.

По мощности рассеивания, которая зависит от наибольшего разрешенного прямого тока, выпрямительные диоды делят на три типа – маломощные, средней мощности, мощные.

• Слаботочные диоды могут использоваться в цепях, в которых величина тока не превышает 0,3 А. Изделия отличаются малой массой и компактными габаритами, поскольку их корпус изготавливается из полимерных материалов.
• Диоды средней мощности могут работать в диапазоне токов 0,3-10,0 А. В большинстве случаев они имеют металлический корпус и жесткие выводы. Производят их в основном из очищенного кремния. Со стороны катода изготавливается резьба для фиксации на теплоотводящем радиаторе.
• Мощные (силовые) диоды работают в цепях с током более 10 А. Их корпусы изготавливают из металлокерамики и металлостекла. Конструктивное исполнение – штыревое или таблеточное. Производители предлагают модели, рассчитанные на токи до 100 000 А и напряжение до 6 кВ. Изготавливаются в основном из кремния.

Диодные детекторы

Такие устройства получают комбинацией в схеме диодов с конденсаторами. Они предназначены для выделения низких частот из модулированных сигналов. Присутствуют в большинстве аппаратов бытового применения – радиоприемниках и телевизорах. В качестве детекторов излучения используются фотодиоды, преобразующие свет, попадающий на светочувствительную область, в электрический сигнал.

Ограничительные устройства

Защиту от перегруза обеспечивает цепочка из нескольких диодов, которые подключают к питающим шинам в обратном направлении. При соблюдении стандартного рабочего режима все диоды закрыты. Однако при выходе напряжения сверх допустимого назначения срабатывает один из защитных элементов.

Диодные переключатели

Переключатели, представляющие собой комбинацию диодов, которые применяются для мгновенного изменения высокочастотных сигналов. Такая система управляется постоянным электрическим током. Высокочастотный и управляющие сигналы разделяют с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Эффективную искрозащиту создают с помощью комбинирования шунт-диодного барьера, ограничивающего напряжение, с токоограничительными резисторами.

Параметрические диоды

Используются в параметрических усилителях, которые являются подвидом резонансных регенеративных усилителей.

Принцип работы основан на физическом эффекте, который заключается в том, что при поступлении на нелинейную емкость разночастотных сигналов часть мощности одного сигнала можно направить на рост мощности другого сигнала. Элементом, предназначенным для содержания нелинейной емкости, и является параметрический диод.

Смесительные диоды

Смесительные устройства используются для трансформации сверхвысокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. Трансформация сигналов осуществляется, благодаря нелинейности параметров смесительного диода. В качестве смесительных СВЧ-диодов используются приборы с барьером Шоттки, варикапы, обращенные диоды, диоды Мотта.

Умножительные диоды

Эти СВЧ устройства используются в умножителях частоты. Они могут работать в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах длин волн. Как правило, в качестве умножительных приборов используются кремниевые и арсенид-галлиевые устройства, часто – с эффектом Шоттки.

Настроечные диоды

Принцип работы настроечных диодов основан на зависимости барьерной емкости p-n перехода от величины обратного напряжения. В качестве настроечных используются приборы кремниевые и арсенид-галлиевые. Эти детали применяют в устройствах перестройки частоты в сверхчастотном диапазоне.

Генераторные диоды

Для генерации сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне востребованы устройства двух основных типов – лавинно-пролетные и диоды Ганна. Некоторые генераторные диоды при условии включения в определенном режиме могут выполнять функции умножительных устройств.

Виды диодов по типу конструкции

Стабилитроны (диоды Зенера)

Эти устройства способны сохранять рабочие характеристики в режиме электрического пробоя. В низковольтных устройствах (напряжение до 5,7 В) используется туннельный пробой, в высоковольтных – лавинный. Стабилизацию невысоких напряжений обеспечивают стабисторы.

Стабисторы

Стабиистор, или нормистор, — это полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (примерно 0,7-2 V).

Диоды Шоттки

Устройства, применяемые в качестве выпрямительных, умножительных, настроечных, работают на базе контакта металл-полупроводник. Конструктивно они представляют собой пластины из низкоомного кремния, на которые наносится высокоомная пленка с тем же типом проводимости. На пленку вакуумным способом напыляется металлический слой.

Варикапы

Варикапы выполняют функции емкости, величина которой меняется с изменением напряжения. Основная характеристика этого прибора – вольт-фарадная.

Туннельные диоды

Эти полупроводниковые диоды имеют падающий участок на вольтамперной характеристике, возникающий из-за туннельного эффекта. Модификация туннельного устройства – обращенный диод, в котором ветвь отрицательного сопротивления выражена мало или отсутствует. Обратная ветвь обращенного диода соответствует прямой ветви традиционного диодного устройства.

Тиристоры

В отличие от обычного диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет третий управляющий электрод. Для этих моделей характерны два устойчивых состояния – открытое и закрытое. По устройству эти детали разделяют на динисторы, тринисторы, симисторы. При производстве этих изделий в основном используется кремний.

Симисторы

Симисторы (симметричные тиристоры) – это разновидность тиристора, используется для коммутации в цепях переменного тока.

В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно.

Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Динисторы

Динистором, или диодным тиристором, называется устройство, не содержащее управляющих электродов. Вместо этого они управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Их основное применение – управление мощной нагрузкой при помощи слабых сигналов. Также динисторы используют при изготовлении переключающих устройств.

Диодные мосты

Это 4, 6 или 12 диодов, которые соединяются между собой. Число диодных элементов определяется типом схемы, которая бывает – однофазной, трехфазной, полно- или полумостовой. Мосты выполняют функцию выпрямления тока. Часто используются в автомобильных генераторах.

Фотодиоды

Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.

Светодиоды

Эти устройства при подключении к электрическому току излучают свет. Светодиоды, имеющие широкую цветовую гамму свечения и мощность, применяются в качестве индикаторов в различных приборах, излучателей света в оптронах, используются в мобильных телефонах для подсветки клавиатуры. Приборы высокой мощности востребованы в качестве современных источников света в фонарях.

Инфракрасные диоды

Это разновидность светодиодов, излучающая свет в инфракрасном диапазоне.

Применяется в бескабельных линиях связи, КИП, аппаратах дистанционного управления, в камерах видеонаблюдения для обзора территории в ночное время суток.

Инфракрасные излучающие устройства генерируют свет в диапазоне, который не доступен человеческому взгляду. Обнаружить его можно с помощью фотокамеры мобильного телефона.

Диоды Ганна

Эта разновидность сверхчастотных диодов изготавливается из полупроводникового материала со сложной структурой зоны проводимости. Обычно при производстве этих устройств используется арсенид галлия электронной проводимости. В этом приборе нет p-n перехода, то есть характеристики устройства являются собственными, а не возникающими на границе соединения двух разных полупроводников.

Магнитодиоды

В таких приборах ВАХ изменяется под действием магнитного поля. Устройства используются в бесконтактных кнопках, предназначенных для ввода информации, датчиках движения, приборах контроля и измерения неэлектрических величин.

Лазерные диоды

Эти устройства, имеющие сложную структуру кристалла и сложный принцип действия, дают редкую возможность генерировать лазерный луч в бытовых условиях. Благодаря высокой оптической мощности и широким функциональным возможностям, приборы эффективны в высокоточных измерительных приборах бытового, медицинского, научного применения.

Лавинные и лавинно-пролетные диоды

Принцип действия устройств заключается в лавинном размножении носителей заряда при обратном смещении p-n перехода и их преодолении пролетного пространства за определенный временной промежуток. В качестве исходных материалов используются арсенид галлия или кремний. Приборы в основном предназначаются для получения сверхвысокочастотных колебаний.

PIN-диоды

PIN-устройства между p- и n-областями имеют собственный нелегированный полупроводник (i-область). Широкая нелегированная область не позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Однако зато PIN-диоды широко применяются в качестве смесительных, детекторных, параметрических, переключательных, ограничительных, настроечных, генераторных.

Триоды

Триоды – это электронные лампы. Он имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и управляющую сетку.

Сегодня триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами.

Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц высокой мощности при маленьком числе активных компонентов, а габариты и масса не имеют большого значения.

Маркировка диодов

Маркировка полупроводниковых диодных устройств включает цифры и буквы:

• Первая буква характеризует исходный материал. Например, К – кремний, Г – германий, А – арсенид галлия, И – фосфид индия.
• Вторая буква – класс или группа диода.
• Третий элемент, обычно цифровой, обозначает применение и электрические свойства модели.
• Четвертый элемент – буквенный (от А до Я), обозначающий вариант разработки.

Пример: КД202К – кремниевый выпрямительный диффузионный диод.

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Конструктивно-технологическая оптимизация параметров диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят широкое применение в выходных каскадах импульсных источников питания и DC/DC-конверторов, используемых в системах электропитания компьютеров, серверов систем связи и передачи данных.

В системных блоках питания диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3,3 и +5 В при величине выходных токов в десятки ампер.

Серьезное внимание к вопросам быстродействия выпрямителей и снижения их энергетических потерь позволит увеличить КПД источников питания и повысить надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Использование диодов Шоттки в схемах управляемых преобразователей энергии электропривода обеспечивает минимальное напряжение прямого восстановления диода при выключении силовых ключей, а также переключение силовых ключей с малыми коммутационными потерями и помехами. Благодаря этому возможно задавать высокую частоту коммутации, уменьшать количество вспомогательных компонентов, а также их размеры, массу и стоимость [1].

Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую емкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту диода. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируют переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малая емкость перехода (т. е.

короткое время восстановления) позволяет создавать выпрямители, работающие на частотах в сотни килогерц и выше.

Благодаря хорошим временным характеристикам и малым емкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, что делает их наиболее предпочтительными для применения в импульсных блоках питания электронной аппаратуры.

Параметры диодов Шоттки

Довольно большой обратный ток и величина максимально допустимого обратного напряжения не более 200 В ограничивают применение кремниевых диодов Шоттки. Поэтому для увеличения допустимого обратного напряжения перспективно использование карбида кремния и арсенида галлия с шириной запрещенной зоны больше, чем у кремния, а также последовательное включение кристаллов.

Так, например, серию арсенид-галлиевых диодов Шоттки на напряжения 150–250 В производит фирма IXYS, а карбид-кремниевые диоды Шоттки с допустимыми значениями обратного напряжения 300–600 В — фирма Infineon Technologies.

Созданы лабораторные образцы диодов Шоттки, выдерживающие обратные напряжения не менее 1,5 кВ [2].

При этом карбид-кремниевые и арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют не только более высокое допустимое обратное напряжение, но и меньший обратный ток, чем кремниевые приборы.

Изменением высоты барьера Шоттки φB можно получать наилучшее соотношение между прямым напряжением и обратным током. Параметр φB входит в выражение для прямого напряжения VF в качестве отдельного слагаемого и экспоненциально влияет на величину обратного тока Ir.

где IF — прямой ток, Rser — последовательное сопротивление объема полупроводника и омического контакта, Ir — обратный ток, S — площадь контакта Шоттки, А** — модифицированная эффективная постоянная Ричардсона, Т — абсолютная температура, q — элементарный заряд, k — постоянная Больцмана, φB — высота барьера Шоттки, n — коэффициент неидеальности прямой ВАХ.

Следует иметь в виду, что в области обратных напряжений вблизи Umax обратный ток контакта металл–кремний суммируется с током p-n-перехода охранного кольца с учетом лавинного умножения носителей заряда. Поэтому диоды Шоттки с высоким барьером обычно имеют более высокие значения максимально допустимого обратного напряжения и максимально допустимой температуры перехода, чем приборы с низким барьером (рис.  1).

Рис. 1. Электрические характеристики диодов Шоттки при максимально допустимой температуре перехода: 1, 3, 5 — +150 °С; 2, 4 — +175 °С разных изготовителей (1, 2 — STMicroelectronics; 3, 4 — International Rectifier; 5 — Philips)

Электрические свойства диодов Шоттки, прежде всего, определяются высотой потенциального барьера на границе раздела металл–полупроводник и поэтому зависят от выбора контактного металла. Среди наиболее распространенных в настоящее время — такие тугоплавкие переходные металлы, как Mo, V, Pd, Pt.

При этом следует учесть, что в процессе формирования контакта металл–полупроводник вследствие протекания твердофазных реакций на границе раздела при термообработке происходит формирование переходного слоя соответствующего силицида, который, по существу, и определяет электрические свойства барьера Шоттки, например его высоту [3].

Контакт на основе силицида платины обеспечивает получение наиболее высокого энергетического барьера, что предопределяет такие свойства диодов Шоттки, как малые токи утечки, высокие пробивные напряжения, широкий диапазон рабочих температур, помехозащищенность, временная стабильность.

Особенности конструкции

Простейшая конструкция диода Шоттки с параллельными контактами, границы которых находятся на поверхности эпитаксиального слоя, представлена на рис. 2 [4].

Для предотвращения снижения максимально допустимого обратного напряжения Vr max из-за увеличения обратного тока на границах параллельных контактов предложена конструкция с дополнительными p-n-переходами и использованием смыкания области обеднения (рис. 2б) [5].

Также существуют конструкции диодов Шоттки с параллельными контактами и канавками в кремнии, причем либо на дне канавки располагается материал с большей высотой барьера (рис. 3а) [6], либо вся канавка заполняется таким материалом (рис. 3б) [7].

Рис. 2. Структура диодов Шоттки: а) с параллельными контактами; б) с дополнительными p-n-переходами. 1 — подложка; 2 — эпитаксиальный слой; 3 — слой SiO2; 4 — охранное кольцо; 5 — контакт с меньшей высотой барьера; 6 — контакт с большей высотой барьера; 7 — металлизация анода; 8 — металлизация катода, 9 — дополнительные p-n-переходы

Рис. 3. Структура диодов Шоттки с параллельными контактами и канавками в кремнии. 1 — подложка; 2 — эпитаксиальный слой; 3 — слой SiO2; 4 — охранное кольцо; 5 — контакт с большей высотой барьера; 6 — контакт с меньшей высотой барьера; 7 — металлизация катода, 8 — металлизация анода

Однако диоды Шоттки с параллельными контактами характеризуются следующим недостатком: нанесение второго материала контакта требует предварительной обработки открытой поверхности кремния, во время которой происходит ее загрязнение металлическими примесями первого материала контакта.

В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки применяют, как правило, в виде диодных сборок (диодные полумосты), что повышает технологичность и компактность устройств, а также улучшает условия охлаждения диодов.

Диодные сборки выпускаются, в основном, в трех типах корпусов (рис.

 4): TO-220 (менее мощные сборки с рабочими токами до 20–25 А), TO-247 (более мощные сборки с рабочими токами 30–40 А), TO-3P (мощные сборки) и ТО-263 (для поверхностного монтажа).

Рис. 4. Конструкции диодных сборок: а) ТО-220; б) ТО-247; в) ТО-3P; г) ТО-263

Выбор вариантов технологического процесса

Современный уровень электрических параметров полупроводниковых приборов обуславливается технологией их изготовления.

Использование того или иного метода при создании приборов диктуется соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также надежностью приборов [8].

Процесс изготовления мощных быстродействующих диодов с такими параметрами, как прямой ток 2×5 А, обратный ток N и Uпроб

Диоды (часть 1). Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:

• Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
• Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
• Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
• Анод. Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
• Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки.

В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения.

При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

Диоды лавинные ДЛ153

Диоды ДЛ153 – лавинные выпрямительные мощные низкочастотные диоды таблеточной конструкции общего назначения. Преобразовывают и регулируют постоянный и переменный ток до 2000 ампер частотой до 500 Гц в цепях с напряжением 1600 В – 3200 В (16-32 кл). Тип корпуса диодов серии ДЛ153 – PD53: диаметр контактной поверхности – Ø50 мм, габаритные размеры – Ø75х26 мм, масса – 0,550 кг. «PD» означает «pill diode» — таблеточный диод.

• Лавинные диоды отличаются от силовых выпрямительных диодов тем, что они выдерживают значительные перенапряжения и после снятия напряжения восстанавливают свои параметры.
• Часто запрашиваемые номиналы диодов: ДЛ153-1250, ДЛ153-1600, ДЛ153-2000.
• Видео: Обзор силовых диодов таблеточной конструкции

Диоды изготавливаются для эксплуатации в умеренном, холодном (УХЛ) или тропическом (Т) климате; категория размещения – 2. Полярность (цоколевка) диодов определяется по значку на корпусе.

Применяются силовые диоды ДЛ153 в качестве выпрямительных и размагничивающих диодов, для предотвращения пагубного воздействия коммутационных перенапряжений, в низковольтных выпрямителях сварочного и гальванического оборудования, в неуправляемых или полууправляемых выпрямительных мостах, а также в электрогенераторах промышленности и транспорта.

Для отвода тепла диоды собирают с охладителями (радиаторами) при помощи резьбового соединения.

Чтобы обеспечить надежный тепловой и электрический контакт диода с охладителем, при сборке необходимо соблюдать усилие сжатия Fm (для ДЛ153 усилие зажатия составляет 22 кН).

Соответствие усилия сжатия определяется величиной прогиба траверсы. Также для лучшего отвода тепла при сборке может использоваться теплопроводящая паста КПТ-8.

Подробные характеристики, расшифровка маркировки, полярность, размеры, применяемые охладители указаны ниже. Гарантия работы поставляемых нашей компанией диодов составляет 2 года с момента их приобретения, что подкрепляется соответствующими документами по качеству.

Окончательная цена на диоды ДЛ153 зависит от класса, количества, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.

30.Особенности конструкции и принцип действия лов типа м. Характеристики и параметры

В
ЛОВМ происходит взаимодействие
электронного потока с обратной
пространственной гармоникой волны в
замедляющей системе. Процесс взаимодействия
электронов с СВЧ полем происходит в
ЛОВМ так же, как в ЛБВМ.

Поперечная
составляющая электрического поля
группирует электроны, продольная
составляющая вызывает поперечное
смещение сгруппированных электронов
и преобразование их потенциальной
энергии в энергию СВЧ поля.

В процессе
взаимодействия средняя скорость
электронов остается постоянной и равной
переносной скорости электронов. ЛОВМ
являются самыми мощными генераторами
с электронной перестройкой частоты.
ЛОВМ перекрывают диапазон частот 0,15…18
ГГц с выходными мощностями от 5 кВт до
единиц ватт.

КПД достигает значений
35…40 %. Диапазон электронной перестройки
составляет 30…40 %, при этом обеспечивается
линейная зависимость частоты от
ускоряющего напряжения.

Одинаковый
диапазон изменения частоты в ЛОВМ можно
получить для прочих равных условий при
меньшем изменении напряжений чем в
ЛОВО. ЛОВМ используются в системах
радиопротиводействия, системах связи
с частотной модуляцией.

31.Особенности смесительных и детекторных диодов свч.Вах,эквивалентная схема,параметры смесительных и детекторных диодов

Для
детектирования и преобразования на
более низкую частоту слабых СВЧ сигналов
обычно используют детекторные и
смесительные диоды, работающие как
варисторы, поэтому в их конструкциях и
характеристиках имеется много общего,
а отличие в основном заключается в
режиме работы.

Современные детекторные
и смесительные диоды используют структуры
ДБШ, обладающие целым рядом достоинств,
обусловленных тем, что ДБШ работают на
основных носителях. Точечные прижимные
диоды находят применение в основном в
измерительной аппаратуре в качестве
детекторных диодов.

Иногда в детекторах
и смесителях применяют обращенные
диоды, у которых используется обратная
ветвь ВАХ, обладающая высокой крутизной.
Обращенные диоды имеют хорошие
электрические характеристики, однако,
из-за низкой электрической прочности,
трудностей изготовления широкого
применения не получили.

Частотные
свойства смесительных и детекторных
диодов характеризует значение критической
частоты диода:

fc
=
1/(2πrsCб)-1
[ГГц].

Для
эффективной работы диода необходимо,
чтобы критическая частота диода была
значительно выше рабочей частоты.

Электрическая
прочность диодов в области обратных
напряжений характеризуется нормируемым
обратным напряжением Uнорм.обр,
при котором обратный
ток достигает определенного значения,
например для ДБШ Iобр = 10мкА.
Для точечных диодов Uнорм.обр
=
1…3 В, для ДБШ Uнорм.обр
=
3…10 В, меньшие значения соответствуют
более высокочастотным диодам.

В области
прямых токов электрическая прочность
диодов характеризуется энергией
«выгорания» — той минимальной
энергией Wвыг
импульса
длительностью не более 10-8
с,
после воздействи которого парамеры
диода необратимо ухудшаются на заданное
значение.

Обычно Wвыг
≈
10-8…10-7
Дж,
поэтому диоды необходимо защищать от
перегрузок и действия статического
электричества.

При
работе в непрерывном режиме допустимая
рассеиваемая мощность Ррас
составляет
10…40 мВт для германиевых диодов и 10…100
мВт для кремниевых и ДБШ. Детекторные
диоды находят основное применение для
индикации и измерения параметров
сигналов СВЧ и служат для
преобразованиянепрерывны СВЧ сигналов
в сигнал постянного тока или импульсного
сигнала СВЧ в видеоимпульс

Смесительные
диоды используют для преобразования
частоты в радиоприемных устойствах СВЧ
диапазона, причем очень часто смеситеь
является входным каскадом приемного
устройства. В таких случаях наиболее
важными параметрами смесительных
диодов, является коэффициент шума Кш,
потери преобразования L.

У современных
смесительных диодов Кш
=
4…16 дБ. Меньшие значения Кш
относятся
к диодам более низких частот.

Смесительные
диоды являются пассивными элементами
с внутренним активным сопротилением,
поэтому при побразовании часоты
происходят потери мощности полезного
сигнала, обычно оцениваемые параметром
L:

L
= 10 lg(Pc/Pпч)
[дБ],

Рс
—
мощность сигнала, Рпч
—
мощность сигнала на промежуточной
частоте.

Как диоды используются в нашей повседневной жизни?

Диод — это электронный компонент с двумя выводами, который проводит электричество только в одном направлении и только тогда, когда к его двум выводам приложена определенная минимальная разность потенциалов или напряжение. Первые диоды использовались для преобразования переменного тока в постоянный и для фильтрации сигнала в радиоприемниках. С тех пор диоды стали повсеместными, они используются для защиты электроники, освещения наших домов и отправки сигналов дистанционного управления.

Базовая структура

Чтобы понять основы использования диода, полезно взглянуть на структуру стандартного диода.Стандартный p-n-диод имеет два полупроводника, которые входят в контакт, образуя интерфейс. Чистые полупроводники не проводят, поэтому добавляются металлические примеси. В одном полупроводнике p-n-диода загрязняющий металл легко отдает электрон; другой также легирован (загрязнен) металлом, который легко принимает электрон. На границе раздела электроны перемещаются из одной стороны в другую, делая атомы, оставленные электронами, положительно заряженными, а принимающие атомы — отрицательными. Это отклонение от нейтральности происходит только на интерфейсе.Он создает электрическое поле, так что электроны, поступающие от внешнего тока, в основном идут со стороны, принимающей электроны, на сторону, отдающую электроны.

Ранние диоды: радио

Это свойство однонаправленности было впервые использовано в радиоприемниках AM. Радиосигнал колеблется взад и вперед, создавая в антенне переменный ток. Перед усилением сигнал необходимо сделать однонаправленным. Следовательно, радиодиод пропускает половину сигнала, перемещая электроны в одном направлении, но не другую половину.Короче говоря, переменный ток превращается в постоянный ток. Затем конденсаторы отфильтровывают высокие частоты, оставляя только аудиосигнал, готовый к усилению.

LED

Если вы подаете напряжение на диод, электроны из электрического тока, движущегося по электрической цепи, будут излучать свет определенной длины волны при присоединении к примеси, которая принимает электрон. Вот как светодиоды (LED) производят свет. Затем электроны перемещаются через границу раздела полупроводников из-за электрического поля между ними, пересекают полупроводник, который отдает электроны, и продолжают движение к задней части источника напряжения, чтобы замкнуть цепь.

Фотодиоды и светочувствительные диоды

Так же, как диоды могут излучать свет, они также могут создавать ток, когда получают его. Эти два типа работают вместе в устройстве дистанционного управления, например, для вашего телевизора. Именно так работают фотоэлектрические панели. Два диода излучают свет от вашего пульта дистанционного управления: один излучает видимый свет, чтобы вы знали, что сигнал отправляется; другой излучает двоичный сигнал на невидимой длине волны (отсюда и необходимость в видимом фотодиоде). Фотоны попадают в электронодонорный полупроводник, освобождая электроны и передавая им кинетическую энергию.Кинетическая энергия может передаваться только в одном направлении, поскольку допускается только одно направление электрического тока. Таким же образом работают солнечные панели, преобразующие солнечные фотоны в электрический ток только в одном направлении.

Защита цепи

Диод может защитить схему от неправильно вставленных батарей. Полярность будет неправильной, но это не повредит схему за диодом, который пропускает только слабый ток. Диоды также играют роль в устройствах защиты от перенапряжения.Так называемые «лавинные» диоды ведут к заземляющему проводу, но они не пропускают постоянный ток из-за своей однонаправленной ориентации. При достаточно высоком напряжении диод пропускает напряжение. Когда скачки напряжения намного превышают рабочие уровни, лавинный диод открывается и пропускает дополнительное напряжение через заземляющий провод.

Что такое диоды и для чего они используются?

Простейший полупроводниковый компонент — диод — выполняет множество полезных функций, связанных с его основной целью — управлять направлением потока электрического тока.Диоды позволяют току течь через них только в одном направлении.

Идеально эффективные диоды выглядят как разомкнутые цепи с отрицательным напряжением, а в остальном они выглядят как короткие замыкания. Но поскольку диоды допускают некоторую неэффективность, их отношение тока к напряжению нелинейно. Таким образом, вам нужно обратиться к таблице данных диода, чтобы увидеть график кривой прямого напряжения любого данного диода относительно его прямого тока, чтобы вы могли выбрать правильный диод для вашего конкретного проекта.

Тим Ридли / Getty Images

Применение диодов

Несмотря на то, что это простые двухконтактные полупроводниковые устройства, диоды жизненно важны в современной электронике. Некоторые из типичных применений диодов включают:

• Выпрямление напряжения, например преобразование переменного тока в постоянное.
• Изоляция сигналов от источника питания
• Управление размером сигнала
• Смешивание сигналов

Преобразователь мощности

Одним из важных применений диодов является преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока.Один или четыре диода преобразуют бытовую мощность 110 В в постоянный ток, образуя половинный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель . Диод пропускает только половину сигнала переменного тока. Когда этот импульс напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение представляется постоянным напряжением постоянного тока с небольшими колебаниями напряжения. Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс еще более эффективным за счет направления импульсов переменного тока таким образом, чтобы как положительная, так и отрицательная половина входной синусоидальной волны рассматривались только как положительные импульсы, эффективно удваивая частоту входных импульсов на конденсатор, что помогает поддерживать его в заряженном состоянии и обеспечивать более стабильное напряжение.

Диоды и конденсаторы создают разные умножители напряжения, чтобы взять небольшое переменное напряжение и умножить его, чтобы получить очень высокое выходное напряжение. При правильной конфигурации конденсаторов и диодов возможны выходы как переменного, так и постоянного тока.

Демодуляция сигналов

Чаще всего диоды используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока. Поскольку отрицательная часть сигнала переменного тока обычно идентична положительной половине, очень мало информации теряется в процессе ее удаления, что приводит к более эффективной обработке сигнала.

Демодуляция сигнала обычно используется в радиоприемниках как часть системы фильтрации, чтобы помочь выделить радиосигнал из несущей волны.

Защита от перенапряжения

Диоды также хорошо работают в качестве защитных устройств для чувствительных электронных компонентов. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды не проводят ток в нормальных условиях эксплуатации, но немедленно замыкают любые выбросы высокого напряжения на землю, где они не могут повредить интегральную схему.Специализированные диоды, называемые ограничителями переходного напряжения , разработаны специально для защиты от перенапряжения и могут выдерживать очень большие всплески мощности в течение коротких периодов времени, типичные характеристики скачков напряжения или поражения электрическим током, которые обычно вызывают повреждение компонентов и сокращают срок службы электронного устройства. товар.

Точно так же диод может регулировать напряжение, выступая в качестве ограничителя или ограничителя — специализированной цели, которая ограничивает напряжение, которое может проходить через него в определенной точке.

Текущее рулевое управление

Основное применение диодов — управлять током и следить за тем, чтобы он течет только в правильном направлении. Одной из областей, в которой способность диодов к управлению током используется эффективно, является переключение с мощности, поступающей от источника питания, на мощность, работающую от батареи. Когда устройство подключено и заряжается — например, сотовый телефон или источник бесперебойного питания — устройство должно потреблять энергию только от внешнего источника питания, а не от батареи, а пока устройство подключено к сети, батарея должна потреблять энергию. и подзарядка.Как только источник питания будет удален, батарея должна запитать устройство, чтобы пользователь не заметил прерывания.

Хороший пример токового управления — защита от обратного тока . Рассмотрим, например, вашу машину. Когда ваша батарея умирает и дружелюбный прохожий предлагает помочь с перемычками, если вы перепутаете порядок красных и черных кабелей, вы не поджарите электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, расположенные рядом с батареей, блокируют ток в неправильном направлении.

Логические ворота

Компьютеры работают в двоичном формате — это бесконечное море нулей и единиц. Деревья двоичных решений в вычислениях основаны на логических вентилях, включенных диодами, которые контролируют, включен ли переключатель («1») или выключен («0»). Хотя в современных процессорах используются сотни миллионов диодов, они функционально такие же, как диоды, которые вы покупаете в магазине электроники, только гораздо меньше по размеру.

Диоды и свет

Светодиодный фонарик — это просто фонарик, свечение которого происходит от светодиода.При наличии положительного напряжения светятся светодиоды.

Фотодиод, напротив, принимает свет через коллектор (например, мини-солнечная панель) и преобразует этот свет в небольшой ток.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Сложно понять

Использование и применение диодов

В этом руководстве по диодам мы увидим некоторые из общих применений диодов. Как простейший полупроводниковый компонент диод находит широкое применение в современных электронных системах.Различные электронные и электрические схемы используют этот компонент как важное устройство для достижения требуемого результата.

Введение

Мы знаем, что диод пропускает ток только в одном направлении и, следовательно, действует как односторонний переключатель. Диод изготовлен из материалов типа P и N и имеет два вывода: анод и катод. Этим устройством можно управлять, контролируя приложенное к нему напряжение.

Когда напряжение, приложенное к аноду, является положительным по отношению к катоду, диод смещен в прямом направлении.Если напряжение, приложенное к диоду, превышает пороговый уровень (обычно это 0,6 В), диод действует как короткое замыкание и пропускает ток. Если полярность напряжения изменяется, что означает, что катод становится положительным по отношению к аноду, тогда он имеет обратное смещение и действует как разомкнутая цепь, в результате чего ток не течет.

Диод

Области применения диодов: системы связи в качестве ограничителей, ограничителей, затворов; компьютерные системы как логические вентили, фиксаторы; системы электроснабжения в виде выпрямителей и инверторов; телевизионные системы в качестве фазовых детекторов, ограничителей, фиксаторов; схемы радара, такие как схемы регулировки усиления, усилители параметров и т. д.В следующем описании кратко описаны различные применения диодов.

НАЗАД НАЗАД

Некоторые общие применения диодов

Прежде чем рассматривать различные применения диодов, давайте кратко рассмотрим небольшой список общих применений диодов.

• Выпрямители
• Цепи машинки для стрижки
• Цепи зажима
• Цепи защиты от обратного тока
• Логические ворота
• Умножители напряжения

и многие другие.Теперь давайте разберемся с каждым из этих применений диодов более подробно.

Диод как выпрямитель

Наиболее распространенное и важное применение диодов — преобразование переменного тока в постоянный. Используя диоды, мы можем построить различные типы выпрямительных схем. Основными типами этих выпрямительных схем являются полуволновые, двухполупериодные центральные выпрямители и полные мостовые выпрямители. Один или комбинация из четырех диодов используется в большинстве приложений преобразования энергии.На рисунке ниже показана работа диода в выпрямителе.

Диод как выпрямитель

• Во время положительного полупериода входного питания анод становится положительным по отношению к катоду, поэтому диод смещается в прямом направлении. Эти результаты позволяют протекать ток к нагрузке. Поскольку нагрузка является резистивной, напряжение на нагрузочном резисторе будет таким же, как и напряжение питания, что означает, что входное синусоидальное напряжение появится на нагрузке. И ток нагрузки пропорционален приложенному напряжению.
• Во время отрицательного полупериода входной синусоидальной волны анод становится отрицательным по отношению к катоду, поэтому диод получает обратное смещение. Следовательно, ток к нагрузке не течет. Цепь становится разомкнутой, и на нагрузке не появляется напряжение.
• И напряжение, и ток на стороне нагрузки имеют одну полярность, что означает, что выходное напряжение пульсирует постоянным током. Очень часто в этой выпрямительной схеме есть конденсатор, подключенный к нагрузке, чтобы производить устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций.

НАЗАД НАЗАД

Диоды в схемах отсечки

Схемы ограничения используются в FM-передатчиках, где пики шума ограничены определенным значением, так что из них удаляются лишние пики. Схема ограничителя используется для снижения напряжения, превышающего заданное значение, без нарушения остальной части входного сигнала. В зависимости от конфигурации диодов в схеме эти клиперы делятся на два типа; серийные и шунтирующие клиперы, и снова они подразделяются на разные типы.

На приведенном выше рисунке показаны клипсаторы положительной серии и шунтирующие. А с помощью этих схем ограничителей положительные полупериоды формы волны входного напряжения будут удалены. В ограничителе положительной последовательности во время положительного цикла входа диод смещен в обратном направлении, поэтому напряжение на выходе равно нулю. Следовательно, положительный полупериод отсекается на выходе. Во время отрицательного полупериода входа диод смещен в прямом направлении, а отрицательный полупериод появляется на выходе.

В ограничителе положительного шунта диод смещен в прямом направлении в течение положительного полупериода, поэтому выходное напряжение равно нулю, поскольку диод действует как замкнутый переключатель. А во время отрицательного полупериода диод смещен в обратном направлении и действует как разомкнутый переключатель, поэтому на выходе появляется полное входное напряжение. С помощью указанных выше двух диодных ограничителей положительный полупериод входа ограничивается на выходе.

НАЗАД НАЗАД

Диоды в зажимных цепях

Схема фиксатора используется для сдвига или изменения положительного или отрицательного пика входного сигнала до желаемого уровня.Эта схема также называется переключателем уровня или восстановителем постоянного тока. Эти зажимные цепи могут быть положительными или отрицательными в зависимости от конфигурации диода. В положительной схеме ограничения отрицательные пики поднимаются вверх, поэтому отрицательные пики падают на нулевой уровень. В случае отрицательной схемы ограничения положительные пики фиксируются, так что она толкается вниз, так что положительные пики падают на нулевой уровень.

Посмотрите на схему ниже, чтобы понять применение диодов в схемах ограничения.Во время положительного полупериода входа диод имеет обратное смещение, поэтому выходное напряжение равно сумме входного напряжения и напряжения конденсатора (учитывая, что конденсатор изначально заряжен). Во время отрицательного полупериода входа диод смещен в прямом направлении и ведет себя как замкнутый переключатель, поэтому конденсатор заряжается до пикового значения входного сигнала.

Цепь зажима

НАЗАД НАЗАД

Диоды в логических воротах

Диоды также могут выполнять цифровые логические операции.Состояния с низким и высоким импедансом логического переключателя аналогичны состояниям прямого и обратного смещения диода соответственно. Таким образом, диод может выполнять логические операции, такие как И, ИЛИ и т. Д. Хотя диодная логика является более ранним методом с некоторыми ограничениями, они используются в некоторых приложениях. На рисунке ниже показана логика логического элемента ИЛИ, реализованная с использованием пары диодов и резистора.

Диоды в логических воротах

В приведенной выше схеме входное напряжение приложено к V, и, управляя переключателями, мы получаем логику ИЛИ на выходе.Здесь логическая 1 означает высокое напряжение, а логический 0 означает нулевое напряжение. Когда оба переключателя находятся в разомкнутом состоянии, оба диода находятся в состоянии обратного смещения и, следовательно, напряжение на выходе Y равно нулю. Когда любой из переключателей замкнут, диод становится смещенным в прямом направлении, и в результате выход становится высоким.

НАЗАД НАЗАД

Диоды в схемах умножителя напряжения

Умножитель напряжения состоит из двух или более схем диодного выпрямителя, которые включены каскадом для создания выходного постоянного напряжения, равного умножителю приложенного входного напряжения.Эти схемы умножителей бывают разных типов, например, удвоитель, утроитель, учетверитель и т. Д. Используя комбинацию диодов с конденсаторами, мы получаем нечетное или даже кратное пиковому входному напряжению на выходе.

Полуволновой удвоитель напряжения

На рисунке выше показана схема полуволнового удвоителя напряжения, выходное постоянное напряжение которой вдвое больше пикового входного переменного напряжения. Во время положительного полупериода входа переменного тока диод D1 смещен в прямом направлении, а D2 — в обратном.Таким образом, конденсатор C1 заряжается до пикового напряжения Vm на входе через диод D1. Во время отрицательного полупериода входа переменного тока D1 имеет обратное смещение, а D2 — прямое. Итак, конденсатор C2 начинает заряжаться через D2 и C1. Таким образом, полное напряжение на C2 равно 2Vm.

Во время следующего положительного полупериода диод D2 имеет обратное смещение, поэтому конденсатор C2 разряжается через нагрузку. Аналогичным образом, каскадируя схемы выпрямителя, мы получим несколько значений входного напряжения на выходе.

НАЗАД НАЗАД

Диоды в защите от обратного тока

Защита от обратной полярности или тока необходима, чтобы избежать повреждений, вызванных неправильным подключением батареи или изменением полярности источника постоянного тока. Это случайное подключение источника питания вызывает протекание большого тока через компоненты схемы, что приводит к их взрыву. Поэтому защитный или блокирующий диод подключается последовательно с положительной стороной входа, чтобы избежать проблем с обратным подключением.

Диод в защите от обратного тока

На приведенном выше рисунке показана схема защиты от обратного тока, в которой диод включен последовательно с нагрузкой на положительной стороне источника питания батареи. При правильной полярности подключения диод смещается в прямом направлении и через него протекает ток нагрузки. Но в случае неправильного подключения диод имеет обратное смещение, что не позволяет току течь в нагрузку. Следовательно, нагрузка защищена от обратного тока.

НАЗАД НАЗАД

Диоды для подавления скачков напряжения

В случае индуктора или индуктивных нагрузок внезапное отключение источника питания вызывает более высокое напряжение из-за накопленной в нем энергии магнитного поля. Эти неожиданные скачки напряжения могут привести к значительному повреждению компонентов схемы. Следовательно, диод подключается к катушке индуктивности или индуктивной нагрузке для ограничения больших скачков напряжения. Эти диоды также называются разными именами в разных схемах, таких как демпфирующий диод, обратный диод, подавляющий диод, диод свободного хода и так далее.

Диоды для подавления скачков напряжения

На приведенном выше рисунке диод свободного хода подключен к индуктивной нагрузке для подавления скачков напряжения в катушке индуктивности. Когда переключатель внезапно размыкается, в катушке индуктивности возникает скачок напряжения. Следовательно, диод свободного хода обеспечивает безопасный путь для прохождения тока для разряда напряжения, вызванного выбросом.

НАЗАД НАЗАД

Диоды в солнечных панелях

Диоды, которые используются для защиты солнечных панелей, называются байпасными диодами.Если солнечная панель неисправна, повреждена или затенена опавшими листьями, снегом и другими препятствиями, общая выходная мощность снижается и возникает повреждение горячих точек, поскольку ток остальных элементов должен проходить через этот неисправный или затемненный элемент, вызывая перегрев. Основная функция байпасного диода — защищать солнечные элементы от проблемы нагрева горячей точки.

Диоды в солнечных панелях

На рисунке выше показано подключение байпасных диодов в солнечных элементах.Эти диоды подключены параллельно солнечным элементам. Тем самым ограничивает напряжение на плохом солнечном элементе и пропускает ток от хороших солнечных элементов во внешнюю цепь. Таким образом, уменьшается проблема перегрева за счет ограничения тока, протекающего через неисправный солнечный элемент.

НАЗАД НАЗАД

ПРЕДЫДУЩИЙ — БАЙПАСНЫЕ ДИОДЫ В СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЯХ

ДАЛЕЕ — КАК ПРОВЕРИТЬ ДИОД

Что такое диод? — Определение с сайта WhatIs.com

Диод — это специализированный электронный компонент с двумя электродами, которые называются анодом и катодом.Большинство диодов изготовлено из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или селен. Некоторые диоды состоят из металлических электродов в камере, откачанной или заполненной чистым элементарным газом при низком давлении. Диоды могут использоваться как выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения, переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, демодуляторы сигналов и генераторы.

Основным свойством диода является его способность проводить электрический ток только в одном направлении. Когда катод заряжен отрицательно относительно анода при напряжении, превышающем определенный минимум, называемый прямым переключением , то ток течет через диод.Если катод положительный по отношению к аноду, имеет то же напряжение, что и анод, или отрицательный на величину, меньшую, чем напряжение прямого переключения, то диод не проводит ток. Это упрощенное представление, но верно для диодов, работающих как выпрямители, переключатели и ограничители. Напряжение прямого переключения составляет примерно шесть десятых вольта (0,6 В) для кремниевых устройств, 0,3 В для германиевых устройств и 1 В для селеновых устройств.

Несмотря на вышеприведенное общее правило, если катодное напряжение положительно относительно анодного напряжения на достаточно большую величину, диод будет проводить ток.Напряжение, необходимое для возникновения этого явления, известное как лавинное напряжение , сильно варьируется в зависимости от природы полупроводникового материала, из которого изготовлено устройство. Напряжение лавины может составлять от нескольких вольт до нескольких сотен вольт.

Когда аналоговый сигнал проходит через диод, работающий в точке прямого размыкания или вблизи нее, форма сигнала искажается. Эта нелинейность позволяет осуществлять модуляцию, демодуляцию и смешивание сигналов.Кроме того, сигналы генерируются на гармониках или целых кратных входной частоты. Некоторые диоды также имеют характеристику, которая неточно названа отрицательным сопротивлением . Диоды этого типа при приложении напряжения нужного уровня и полярности генерируют аналоговые сигналы на микроволновых радиочастотах.

Полупроводниковые диоды могут быть разработаны для выработки постоянного тока (DC), когда на них попадает энергия видимого света, инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) излучения.Эти диоды известны как фотоэлектрические элементы и являются основой для систем солнечной энергии и фотосенсоров. Еще одна форма диода, обычно используемая в электронном и компьютерном оборудовании, излучает видимый свет или инфракрасную энергию, когда через него проходит ток. Таким устройством является привычный светодиод (LED).

См. Вводное руководство по диодам и полупроводникам:

Практическое руководство. Диоды: 6 ступеней (с изображениями)

Если вы в прошлом занимались электронными проектами, есть большая вероятность, что вы уже сталкивались с этим общим компонентом и без раздумий встраивали его в свою схему.Диоды имеют большое значение в электронике и служат множеству целей, которые будут рассмотрены в следующих шагах.

Во-первых, что такое диод?

Диод — это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.

Полупроводник — это разновидность материала, в данном случае кремния или германия, электрические свойства которого лежат между свойствами проводников (металлов) и изоляторов (стекло, резина). Рассмотрим проводимость: это мера относительной легкости, с которой электроны движутся через материал.Например, электроны легко перемещаются через кусок металлической проволоки. Вы можете изменить поведение чистого материала, такого как кремний, и превратить его в полупроводник, легируя . При легировании вы добавляете небольшое количество примеси в чистую кристаллическую структуру.

Типы примесей, добавляемые к чистому кремнию, можно разделить на N-тип и P-тип.

• N-тип: при легировании N-типа фосфор или мышьяк добавляются в кремний в небольших количествах в частях на миллиард.И фосфор, и мышьяк имеют по пять внешних электронов, поэтому они смещаются, когда попадают в решетку кремния. Пятому электрону не с чем связываться, поэтому он может свободно перемещаться. Требуется лишь очень небольшое количество примеси, чтобы создать достаточно свободных электронов, чтобы позволить электрическому току протекать через кремний. Электроны имеют отрицательный заряд, отсюда и название N-типа.

• P-тип — При легировании P-типа к чистому кремнию добавляется бор или галлий. Каждый из этих элементов имеет по три внешних электрона.При смешивании с кремниевой структурой они образуют «дыры» в решетке, где электрону кремния не с чем связываться. Отсутствие электрона создает эффект положительного заряда, отсюда и название P-типа. Отверстия могут проводить ток. Дыра с радостью принимает электрон от соседа, перемещая дырку в пространстве.

Диоды изготовлены из двух слоев полупроводникового материала с различными легировками, которые образуют PN-переход . Материал P-типа имеет избыток положительных носителей заряда (дырок), а материал N-типа — избыток электронов.Между этими слоями, где встречаются материалы P-типа и N-типа, дырки и электроны объединяются, причем сверхэлектроны объединяются с избыточными дырками, чтобы компенсировать друг друга, поэтому создается тонкий слой, в котором нет ни положительных, ни отрицательных носителей заряда. Это называется истощенным слоем .

В этом обедненном слое нет носителей заряда, и через него не может протекать ток. Но когда на переход подается напряжение, так что анод P-типа становится положительным, а катод N-типа — отрицательным, положительные дырки притягиваются через обедненный слой к отрицательному катоду, также отрицательные электроны притягиваются к положительный анод и ток.

Думайте о диоде как об улице с односторонним движением электричества. Когда диод находится в прямом смещении, диод позволяет трафику или току течь от анода к катодной ножке. В обратном токе смещения блокируется, поэтому нет электрического тока через цепь. Когда ток протекает через диод, напряжение на положительном плече выше, чем на отрицательном, это называется прямым падением напряжения на диоде . Сила падения напряжения зависит от материала полупроводника, из которого изготовлен диод.Когда напряжение на диоде положительное, может течь большой ток, когда напряжение становится достаточно большим. Когда напряжение на диоде отрицательное, ток практически не течет.

Диоды

Диоды

Диод — это электронный компонент, который, как правило, пропускает ток только в одном направлении (за некоторыми исключениями, например, стабилитроны и диоды-стабилизаторы тока). Они используются практически в каждом электронном оборудовании. В головных устройствах они практически всегда подключаются к входным клеммам питания, чтобы защитить головное устройство в случае обратной полярности (подсоединение силовых проводов в обратном направлении).В усилителях они используются как выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный. В большом проценте звукового оборудования стабилитроны используются в качестве регуляторов напряжения. В системах охранной сигнализации выпрямительные диоды обычно используются для изоляции 2 источников запуска.

Для выпрямительного диода общего назначения … когда напряжение на аноде больше, чем напряжение на катоде, через диод будет течь ток. Если напряжение меняется на противоположное, что делает катод более положительным, то ток не будет проходить через выпрямительный диод (если не будет превышено пиковое значение обратного напряжения).

---

Когда на диод подается напряжение и через диод протекает ток, на диоде будет падение примерно 0,6 В. Зеленое прямоугольное устройство — это токоограничивающий резистор. Это необходимо для предотвращения чрезмерного протекания тока через диод при приложении прямого напряжения. Значение, обозначенное синими флажками, — это то, что вы бы прочитали с помощью мультиметра, если бы красный датчик находился в указанной точке, а черный датчик был на земле (отрицательная клемма аккумулятора).

---

Важное примечание о демонстрациях Flash / графике на этом сайте … Власти посчитали, что Flash-контент на веб-страницах слишком опасен для использования обычным пользователем Интернета, и вскоре вся его поддержка будет устранено (большая часть доступа к Flash была прекращена 1 января 2020 г.). Это означает, что ни один современный браузер по умолчанию не отображает какие-либо из этих демонстраций. На данный момент исправление — загрузить расширение Ruffle для вашего браузера. Веб-сайт Ruffle. Напишите мне, пожалуйста, (babin_perry @ yahoo.com), чтобы сообщить мне, подходит ли вам Ruffle и какой браузер вы используете.

Альтернативой Ruffle является другой браузер Maxthon 4.9.5.1000. Для получения дополнительной информации о проблеме с Flash и Maxthon (стандартном и переносном) щелкните ЗДЕСЬ.

---

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

---

Когда напряжение на катоде больше, чем напряжение на аноде, ток через диод не течет.

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

---

Несколько распространенных корпусов диодов. Корпуса большего размера используются в качестве выпрямителей в различных источниках питания, в том числе в автомобильных усилителях звука. Меньшие по размеру обычно используются для блокировки напряжения или для того, чтобы напряжение могло течь только в одном направлении.

Диоды специального назначения:
Прежде чем мы обсудим какие-либо конкретные типы специальных диодов, нам нужно показать, как связаны напряжение на диоде и ток, протекающий через диод. На следующем графике показано напряжение по оси x и ток по оси y.Как видите, для диода с прямым смещением, когда напряжение достигает ~ 0,6 В, ток начинает значительно увеличиваться. До того, как напряжение достигнет ~ 0,6 вольт, ток практически не протекает. Выше ~ 0,6В практически нет сопротивления протеканию тока. То же самое происходит, когда обратное напряжение приближается к обратному напряжению пробоя. Если вы нажмете кнопку «развернуть напряжение», напряжение будет колебаться от наибольшего отрицательного значения до наибольшего положительного напряжения.

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

Стабилитроны: Стабилитроны
обычно используются для регулирования напряжения. Диоды используются с обратной полярностью по сравнению с их выпрямительными аналогами (вы подключаете их в обратном направлении, чтобы они работали правильно). У всех диодов есть точка, в которой они будут проводить ток при подаче достаточного обратного напряжения. Большинство диодов повреждаются, когда обратное напряжение достигает напряжения пробоя (или лавины). В первую очередь это связано с отсутствием токоограничивающего резистора. В схемах стабилитронов последовательно с диодом установлен токоограничивающий резистор.На схеме ниже вы можете увидеть, как положительный полюс батареи подключен к резистору. Другой конец резистора подключен к катоду стабилитрона. Другой конец стабилитрона, анод, заземлен. Если стабилитрон представляет собой стабилитрон на 5,1 вольт, напряжение на катоде стабилитрона будет очень близко к 5,1 вольт. Напряжение должно быть близко (но обычно не совсем точно) к номинальному напряжению стабилитрона. Иногда можно получить напряжение, очень близкое к его номинальному напряжению стабилитрона, варьируя номинал резистора.Это изменяет ток, протекающий через диод. Если вы посмотрите на кривую, вы увидите, что изменение тока (около напряжения пробоя) соответствует небольшому изменению напряжения пробоя. Этот тип цепи хорош для использования в качестве опорного напряжения, но это не очень хорошо для подачи регулируемого напряжения к схемам, которые привлекают большое количество тока.

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

Аналогия с диодом:
На схеме ниже вы видите стабилитрон, подключенный к источнику напряжения с ограничивающим током резистором.Справа от электронной схемы вы видите резиновую ленту (голубую), которая аналогична резистору, и кусок нейлоновой струны (зеленый), которая аналогична стабилитрону. В механической версии резистора / стабилитрона вы видите кусок завязанной петлей струны и резинки, лежащие на «земле», потому что к ним не приложено напряжение (сила). Когда вы «прикладываете напряжение», вы видите, как шнур (стабилитрон на 5 вольт) натягивается резинкой до 5 вольт (дюймов). Сопротивления изменению напряжения нет, пока на струне (стабилитроне) не будет 5 вольт.Любое напряжение от 0 до 5 вольт будет нерегулируемым и будет колебаться в зависимости от силы (напряжения), приложенной к резиновой ленте. По окончании моделирования вы видите, что сила, действующая на резиновую ленту, значительно больше, чем при напряжении около 5 вольт. Даже если один конец резиновой ленты находится под напряжением 12 дюймов (вольт), кусок веревки (стабилитрон) удерживает нижнюю часть резиновой ленты на уровне 5 дюймов (вольт). Резиновая лента (резистор) предотвращает разрыв струны, когда напряжение превышает 5 вольт (дюймов).Если бы не было резинки, а вместо этого сила (которую мы будем считать бесконечно большой) переместилась бы выше 5 дюймов (вольт), струна мгновенно оборвалась бы. Если резистор имеет недостаточное сопротивление или резинка будет тянуться слишком высоко (выше 12 вольт / дюймов), струна / стабилитрон все равно может быть разрушен.

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

А теперь, для максимальной путаницы, что, если у нас есть вторичная нагрузка на систему. Нагрузка будет действовать как вторая резинка, натягивающая первую резиновую ленту.Чем выше токовая нагрузка, тем сильнее будет нагрузка. Чтобы поддерживать постоянное регулируемое напряжение, вы должны убедиться, что верхняя резинка может прикладывать достаточную силу, чтобы преодолевать нисходящую силу нагрузки, и при этом сохранять тягу до 5 дюймов (вольт). Если сила, направленная вниз от нагрузки, была слишком велика, а подтягивающий резистор (резиновая лента) недостаточно жесткий, напряжение станет нерегулируемым. Пока подтягивающий резистор достаточно жесткий, чтобы поднять нагрузку до 5 вольт, у вас будет регулируемый источник на 5 вольт.

Регулятор повышения тока:
На схеме ниже показана схема, которая увеличивает доступный выходной ток при регулируемом напряжении. Ток, подаваемый в электронное устройство, будет проходить (по большей части) через транзистор. Это позволяет регулятору подавать ток на более жесткую нагрузку (с меньшим сопротивлением). Имейте в виду, что через транзистор вы потеряете примерно 0,5-0,7 вольт. Если вам нужно стабилизированное напряжение примерно 15 вольт, вы должны использовать стабилитрон на 16 вольт.Это фактически даст вам стабилизированное напряжение примерно 15,4 В. Если вам нужно более жесткое / более точное регулирование, вам придется использовать более сложную схему регулятора. Более сложные регуляторы показаны на странице операционных усилителей.

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы апплет заполнил это окно.

Расчет резистор Значения:
Для основного опорного напряжения, выбрать резистор, который позволит приблизительно 1/4 до 1/2 от допустимого тока стабилитрона к потоку.

Поскольку стабилитрон рассчитывается по мощности, которую они могут рассеять, и у вас есть стабилитрон мощностью 1 Вт и 5 вольт, используйте формулу P = I * E.

Вы знаете, что номинальная мощность составляет 1 ватт, а напряжение — 5 вольт (это стабилитрон на 5 вольт), поэтому … немного изменив формулу, мы получим:

I = P / E
I = 1/5
I = .20 ампер Это максимальный ток, который стабилитрон может безопасно пропустить.

Теперь, имея в виду, что мы используем стабилитрон только в качестве эталона, мы будем пропускать только ток, достаточный для правильной работы стабилитрона. Около 25% от максимального тока должно работать нормально. 25% от 0,2 составляет 0,05 ампер.2/170
P = 72,25 / 170
P = 0,425 Вт

Это означает, что резистор должен иметь сопротивление 170 Ом и должен быть рассчитан на рассеивание 1/2 Вт мощности или более. Резистор мощностью менее 0,425 Вт умрет ужасной мучительной смертью.

Эти значения обычно подходят для регулятора наддува тока. Если нагрузка снимается с перехода резистор / стабилитрон, регулировка напряжения не будет сохраняться, если потребляемый ток превышает 0,05 ампер.

Все эти формулы можно найти на странице закона Ома.

---

Вам могут быть интересны другие мои сайты

• Этот сайт был запущен для страниц / информации, которые не подходили для других моих сайтов. Он включает в себя темы от резервного копирования компьютерных файлов до ремонта небольшого двигателя и программного обеспечения для трехмерной графики и базовой информации о диабете.

• Этот сайт знакомит вас с макросъемкой. Макросъемка — это не что иное, как фотография небольших объектов. Чтобы понять ограничения, связанные с этим типом фотографии, может потребоваться некоторое время.Без посторонней помощи людям будет сложно получить хорошие изображения. Понимание того, что возможно, а что нет, значительно упрощает задачу. Если вам нужно сфотографировать относительно небольшие объекты (от 6 дюймов в высоту / ширину до нескольких тысячных долей дюйма), этот сайт вам поможет.

• Если вас интересуют пневматические винтовки, этот сайт познакомит вас с типами имеющихся винтовок и многими вещами, которые вам нужно знать, чтобы стрелять точно. Это также касается конкуренции с полевыми мишенями.Есть ссылки на некоторые из лучших сайтов и форумов, а также коллекция интерактивных демонстраций.

• Этот сайт поможет всем, кто плохо знаком с компьютерами, и всем, кто имеет базовые представления о компьютерах и хочет узнать больше о внутренних компонентах компьютера. Если у вас есть компьютер, который вы хотите обновить, но не знаете, с чего начать, это хороший сайт для вас.

• Этот сайт предназначен для тех, кто хочет начать гонку на картах, но не до конца понимает, как работают различные части.В основном это интерактивные демонстрации, которые показывают, как работают различные части картинга.

---

Вы должны помнить: 1. Ток будет течь только в одном направлении через диод. 2. Когда ток проходит через диод, напряжение на аноде будет примерно на 0,6 В выше, чем напряжение на катоде.

---

Щелкните ЗДЕСЬ, чтобы посетить новый сайт друга по автомобильной аудиотехнике.

---

Факты о диодах для детей

Анод и катод. Катод нанесен на корпус.

Диод — это электронный компонент с двумя электродами (соединителями), который позволяет электричеству проходить через него в одном направлении, а не в другом.

Диоды могут использоваться для преобразования переменного тока в постоянный (диодный мост). Они используются в источниках питания, а иногда и для декодирования радиосигналов с амплитудной модуляцией (например, в кристаллическом радио). Светодиоды (светодиоды) — это диоды, излучающие свет.

Сегодня наиболее распространенные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или иногда германий.

История

Первые типы диодов были названы клапанами Флеминга. Это были электронные лампы. Они находились внутри стеклянной трубки (очень похожей на лампочку). Внутри стеклянной колбы была небольшая металлическая проволока и большая металлическая пластина. Небольшой металлический провод нагревается и выделяет электричество, которое улавливается пластиной. Большая металлическая пластина не нагревалась, поэтому электричество могло проходить через трубку в одном направлении, но не в другом.Клапаны Флеминга больше не используются, потому что они были заменены полупроводниковыми диодами, которые меньше, чем клапаны Флеминга. Томас Эдисон также обнаружил это свойство, работая над своими лампочками.

Строительство

Структура лампового диода

Полупроводниковые диоды состоят из двух типов полупроводников, соединенных друг с другом. У одного типа есть атомы с дополнительными электронами (так называемая n-сторона). У другого типа есть атомы, которым нужны электроны (так называемая p-сторона). Из-за этого электричество будет легко течь из стороны со слишком большим количеством электронов в сторону со слишком малым количеством электронов.Однако в обратном направлении электричество не будет легко течь. Эти разные типы сделаны легированием (полупроводник). Кремний с растворенным в нем мышьяком является хорошим полупроводником на n-стороне, в то время как кремний с растворенным в нем алюминием является хорошим полупроводником на p-стороне. Другие химические вещества также могут работать.

Разъем на стороне n называется катодом, разъем на стороне p называется анодом.

Функция диода

Положительное напряжение на стороне p

Если вы подадите положительное напряжение на сторону p и отрицательное напряжение на сторону n, электроны на стороне n захотят перейти к положительному напряжению на стороне p, а отверстия на стороне p потребуются перейти к отрицательному напряжению на стороне n.Из-за этого ток может существовать, но для его начала требуется определенное количество напряжения (очень небольшого напряжения недостаточно для протекания электрического тока). Это называется напряжением включения. Напряжение включения кремниевого диода составляет около 0,7 В. Германиевый диод требует напряжения включения около 0,3 В.

Отрицательное напряжение на стороне p

Если вместо этого вы подадите отрицательное напряжение на сторону p и положительное напряжение на сторону n, электроны на стороне n захотят перейти к источнику положительного напряжения, а не на другую сторону диода.То же самое происходит на стороне p. Таким образом, ток не будет течь между двумя сторонами диода. Повышение напряжения в конечном итоге заставит электрический ток течь (это напряжение пробоя). Многие диоды будут разрушены обратным потоком, но некоторые из них могут выжить.

Влияние температуры

При повышении температуры снижается напряжение включения. Это облегчает прохождение электричества через диод.

Типы диодов

Есть много типов диодов.Некоторые из них имеют очень специфическое использование, а некоторые — множество применений.

Обозначения

Вот некоторые общие символы полупроводниковых диодов, используемые на принципиальных схемах:

Стандартный выпрямительный диод

Изменяет A / C (переменный ток, как в сетевой розетке в доме) на D / C (постоянный ток, используемый в электронике). Стандартный выпрямительный диод предъявляет особые требования. Он должен выдерживать большой ток, не сильно зависеть от температуры, иметь низкое напряжение включения и поддерживать быстрое изменение направления тока.Такие выпрямители используются в современной аналоговой и цифровой электронике.

Светоизлучающий диод

Светодиод излучает свет, когда через него проходит электричество. Это более долговечный и более эффективный способ создания света, чем лампы накаливания. В зависимости от того, как он был изготовлен, светодиод может быть разного цвета. Светодиоды впервые начали использовать в 1970-х годах. Светоизлучающий диод может в конечном итоге заменить лампочку, поскольку развивающиеся технологии делают ее ярче и дешевле (она уже более эффективна и служит дольше).В 1970-х годах светодиоды использовались для отображения чисел в таких приборах, как калькуляторы, и как способ показать, что питание было включено для более крупных приборов.

Фотодиод

Фотодиод — это фотодетектор (противоположность светодиода). Он реагирует на входящий свет. Фотодиоды имеют окно или оптоволоконное соединение, которое пропускает свет в чувствительную часть диода. Диоды обычно имеют сильное сопротивление; свет снижает сопротивление.

Стабилитрон

Стабилитрон похож на обычный диод, но вместо того, чтобы разрушаться большим обратным напряжением, он пропускает электричество.Напряжение, необходимое для этого, называется напряжением пробоя или напряжением Зенера. Поскольку он построен с известным напряжением пробоя, его можно использовать для подачи известного напряжения.

Варакторный диод

Варикап или варакторный диод используется во многих устройствах. Он использует область между p-стороной и n-стороной диода, где электроны и дырки уравновешивают друг друга. Это называется зоной истощения. При изменении величины обратного напряжения изменяется размер зоны обеднения. В этой области есть некоторая емкость, и она изменяется в зависимости от размера зоны истощения.Это называется переменной емкостью, или сокращенно варикапом. Он используется в ФАПЧ (контурах фазовой автоподстройки частоты), которые используются для управления высокоскоростной частотой, на которой работает микросхема.

Шаг-восстанавливающий диод

Символ представляет собой символ диода с своеобразной заглушкой. Используется в цепях с высокими частотами до ГГц. Он очень быстро выключается при прекращении прямого напряжения. Для этого он использует ток, который течет после изменения полярности.

PIN диод

Конструкция этого диода имеет внутренний (нормальный) слой между n- и p-сторонами.На более низких частотах он действует как стандартный диод. Но на высоких оборотах он не успевает за быстрыми изменениями и начинает действовать как резистор. Внутренний слой также позволяет ему обрабатывать большие входные мощности и может использоваться в качестве фотодиода.

диод Шоттки

Обозначается диодом с буквой «S» на пике. Вместо того, чтобы обе стороны были полупроводниками (например, кремнием), одна сторона — это металл, например алюминий или никель. Это снижает напряжение включения примерно до 0,3 В.Это примерно половина порогового напряжения обычного диода. Функция этого диода заключается в том, что неосновные носители не инжектируются — на n-стороне есть только дырки, но не электроны, а на p-стороне есть только электроны, а не дырки. Поскольку он чище, он может реагировать быстрее, без диффузионной емкости, которая может его замедлить. Кроме того, он создает меньше тепла и более эффективен. Но есть утечка тока с обратным напряжением.

Когда диод переключается с постоянного тока на неподвижный, это называется переключением.В типичном диоде это занимает десятки наносекунд; это создает некоторый радиошум, который временно ухудшает качество радиосигналов. Диод Шоттки переключается за небольшую часть этого времени, менее наносекунды.

Туннельный диод

В условном обозначении туннельного диода в конце обычного обозначения есть своеобразная дополнительная квадратная скобка.

Туннельный диод состоит из сильно легированного pn-перехода. Из-за этого высокого уровня легирования существует только очень узкая щель, через которую могут проходить электроны.Этот туннельный эффект проявляется в обоих направлениях. После прохождения определенного количества электронов ток через зазор уменьшается, пока не начнется нормальный ток через диод при пороговом напряжении. Это вызывает область отрицательного сопротивления. Эти диоды используются для работы с действительно высокими частотами (100 ГГц). Также они устойчивы к радиации, поэтому их используют в космических кораблях. Они также используются в микроволновых печах и холодильниках.

Обратный диод

Символ имеет на конце диода знак в виде большого I.Он выполнен аналогично туннельному диоду, но n- и p-слой не легированы так сильно. Это позволяет току течь в обратном направлении с небольшими отрицательными напряжениями. Его можно использовать для выпрямления низкого напряжения (менее 0,7 вольт).

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

Вместо двух слоев, как у обычного диода, он состоит из четырех слоев, в основном это два диода, соединенные вместе с затвором посередине. Когда напряжение проходит между затвором и катодом, включается нижний транзистор. Это позволяет протекать току, который активирует верхний транзистор, и тогда ток не нужно будет включать напряжением затвора.

Картинки для детей

• Кремниевый диод крупным планом. Анод находится справа; катод находится с левой стороны (там, где он отмечен черной полосой). Между двумя выводами виден квадратный кристалл кремния.

• Электронная лампа с двумя силовыми диодами

• Крупный план германиевого точечного диода EFD108 в корпусе из стекла DO7, демонстрирующий острый металлический провод ( кошачий усик ), который образует полупроводниковый переход.

• ВАХ (зависимость тока от напряжения) диода p – n-перехода

• Диод с PN переходом в режиме прямого смещения, ширина обеднения уменьшается. Оба p- и n-переходы легированы на уровне легирования 1e15 / см3, что приводит к встроенному потенциалу ~ 0,59V.

  No related posts.