Чем отличается диод от транзистора: Чем диод отличается от транзистора 🚩 Естественные науки

Принцип работы диода и транзистора

Содержание

1. Устройство
2. Назначение
3. Прямое включение диода
4. Обратное включение диода
5. Прямое и обратное напряжение
6. Работа диода и его вольт-амперная характеристика
7. Основные неисправности диодов
8. Пробой p-n-перехода
9. Электрический пробой
10. Тепловой пробой

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

Принцип работы:

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

Устройство

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

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

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

Назначение

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

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

Прямое включение диода

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

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

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

Обратное включение диода

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

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

Прямое и обратное напряжение

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

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

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

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

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

Подобный график можно описать следующим образом:

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

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
2. Попадание электронов в проводимую зону.
3. Резкое повышение температуры.
4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Полупроводниковый диод. Если соединить два электрически нейтральных полупроводника п- и р-типа, то получится полупроводниковый диод. Электроны вблизи контакта из «-области, где их концентрация выше, будут диффундировать в /7-область. Диффузия дырок происходит в обратном направлении. На границе полупроводниковых областей образуется р-п- переход — слой с пониженной электропроводностью: вблизи контакта в «-области накапливается положительный заряд, а в /7-области — отрицательный. Поле Е_к запирающего равновесного контактного слоя будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и дырок, обусловливая диффузионную разность потенциалов.

Если диод подключить положительным полюсом батареи к области р-типа, а отрицательным — к области «-типа (рис. 30.12, а), то направление внешнего поля Е будет противоположно полю контактного слоя Е_к. В результате через диод с прямым смещением течет ток (так называемый прямой ток), обусловленный движением основных носителей каждой области. Перемещение электронов и дырок приводит к сужению контактного слоя, потенциальный барьер в переходе понижается с ростом напряжения, приложенного в прямом направлении (U >0). Сопротивление контактного слоя в результате уменьшится.

В диоде с обратным смещением дырки в /7-области притягиваются отрицательным полюсом батареи, а электроны в «-области — положительным

Рис. 30.12. Схема п—/7-перехода, в котором п- и /7-области монокристалла отличаются только типом примеси (гомопереход): а, б — соответственно диод с прямым и обратным смещением полюсом батареи (рис. 30.12, б). Электрический ток через п—/7-переход, называемый обратным, будет обусловлен движением неосновных носителей каждой области. Контактный слой расширится, его сопротивление возрастет. Потенциальный барьер в переходе увеличивается с ростом обратного напряжения (U Транзисторы. Рассмотрим приборы, предназначенные для усиления электрических сигналов, называемые транзисторами (рис. 30.13). Транзисторы были изобретены в 1948 г. американскими физиками Дж. Барди- ном, У. Браттейном и У. Шокли (Нобелевская премия, 1956).

Рис. 30.13. Условные обозначения транзисторов: а — п-р—п-транзистор; б — р—п—р-транзистор

Биполярный транзистор (триод) — это трехслойная полупроводниковая структура с чередующимися слоями р- и я-типа проводимости (рис. 30.13, а, б). База (средняя часть транзистора), эмиттер и коллектор (прилегающие к базе с обеих сторон области с иным типом проводимости) включаются в схему с помощью металлических проводников. При типичных условиях ширина базы не превышает 0,1—0,2 мкм. Крайние области транзистора, хотя и обладают одинаковым типом проводимости, отличаются концентрацией примесных атомов. Коллектор обычно содержит большую концентрацию примесных атомов в сравнении с эмиттером. Эмиттер всегда обозначается стрелкой. Направление стрелки совпадает с направлением тока, условно принимаемым за положительное в нормальном режиме работы транзистора.

Для примера рассмотрим триод типа р—п—р (рис. 30.14).

Рис. 30.14. Схема р—п-/7-транзистора, используемого в качестве усилителя

Пусть к эмиттерному переходу приложено прямое постоянное напряжение («+» на /7-эмиттере), а к коллекторному — обратное напряжение («—» на /ькол- лекторе). Переменный сигнал подается на входное сопротивление R_BX. С сопротивления /?_ВЬ1Х в выходной цепи снимается усиленный сигнал. В нормальном режиме напряжение и на коллекторе, и на базе отрицательно.

Высота потенциального барьера в р—п-переходе в случае прямого напряжения снижается. Дырки, продиффундировавшие из эмиттера в базу, становятся там неосновными носителями. При тонкой базе большинство дырок достигает коллектора: дырки вблизи п—р-перехода, отделяющего базу от коллектора, захватываются полем, существующим внутри перехода. Проходя через коллекторную цепь, они создают напряжение на сопротивлении /?_вых.

Коэффициент усиления по току составляет несколько десятков, в некоторых случаях — несколько сотен. При использовании гетероструктур, когда р- и д-области принадлежат разным полупроводникам, коэффициент усиления достигает несколько тысяч. Обычно R_Bblx » R_BX, поэтому t/_BX«U_Bblx. Источником мощности, выделяющейся на выходном сопротивлении, является батарея Б_к. Мощность выходного сигнала возрастает в Кых/К раз.

Аналогичным образом работает и п—/?—/7-транзистор, где вместо дырок происходит перемещение электронов. Если напряжение, приложенное к базе, положительно, то электроны эмиттера притягиваются к базе, а затем проходят на коллектор, находящийся под положительным напряжением.

Создание полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокочастотной электронике и оптоэлектронике, заложило основы современных информационных технологий. За фундаментальные работы в этой области в 2000 г. были награждены Нобелевской премией по физике россиянин Ж.И. Алферов и американец Г. Кремер.

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого.

Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара.

Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.

Так работает диод.

Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.

В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Т.е. выход пропорционален входу умноженному на какую то величину. Этой величиной является коэффициент усиления.

Делятся эти девайсы на полевые и биполярные.

В биполярном транзисторе есть эмиттер, коллектор и база (смотри рисунок условного обозначения). Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток. Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них.

Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе. Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность (на них построены все микропроцессоры), т.к. токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны.

Обозначение транзисторов или камень преткновения всех студентов. Как запомнить тип биполярного транзистора по его условной схеме? Представь что стрелочка это направление твоего движения на машине… Если едем в стенку то дружный вопль «Писец Нам Писец

Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами – один за другим, все мощней и мощней. А порой хватает и одного могучего полевого MOSFET транзистора. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Там выход с процессора идет на затвор силового MOSFET ключа.

Выбор ВЧ-диодов и ВЧ-транзисторов для современного беспроводного мира

31 января 2018

интернет вещейInfineonстатьядискретные полупроводникисредства разработки и материалы

При организации беспроводных сетей не обойтись без высокочастотных дискретных полупроводниковых приборов. ВЧ ПИН-диоды, ВЧ-диоды Шоттки, ВЧ-транзисторы – широчайшую линейку этих изделий производит и предлагает на рынке компания Infineon.

В современном мире, где огромное число различных устройств постоянно находится «на связи», требуются надежные, высокопроизводительные, энергоэффективные беспроводные подключения. Высокочастотные (ВЧ) полупроводниковые приборы являются необходимыми компонентами, обеспечивающими эффективное функционирование мобильных и беспроводных телефонов, планшетов, игровых и цифровых телевизионных приставок. В области автомобилестроения радиочастотные устройства играют важную роль в различных встраиваемых системах – от контроля давления в шинах и дистанционного управления до навигационных и информационно-развлекательных систем. Средства ВЧ-связи играют также ключевую роль в управлении мультикоптерами, обеспечивая их безопасную эксплуатацию. Основой успешного решения перечисленных выше задач является выбор наиболее подходящих компонентов для беспроводных устройств.

Дискретные ВЧ-диоды и транзисторы – основа беспроводной связи

Согласно прогнозам, к 2020 году к глобальной сети будет подключено свыше 50 миллиардов различных устройств. Трафик сети постоянно поддерживается на высоком уровне как за счет интерактивного общения людей по беспроводным сетям, так и автоматического обмена данными между устройствами Интернета вещей (IoT). С достижением скорости передачи данных 1 Гбит/с наблюдается стремительный рост объема передаваемых данных, обусловленный трансляцией видеофайлов и потоковой передачей данных.

По мере того как мы становимся более зависимыми от беспроводных сетей, возрастают требования к качеству и доступности услуг связи, поэтому устойчивость и надежность систем связи приобретают решающее значение. При объеме рынка в € 345 млн дискретные ВЧ п/п-приборы составляют основу надежных и устойчивых беспроводных сетей в сегментах потребительских товаров, автомобильной электроники, промышленного и телекоммуникационного оборудования (рисунок 1).

Рис. 1. Спектр применений высокочастотных п/п-приборов

К основным дискретным ВЧ п/п-приборам относятся PIN-диоды, диоды Шоттки и ВЧ-транзисторы. При выборе элементной базы разработчики руководствуются рядом критериев – чувствительностью системы, помехоустойчивостью, КПД и другими характеристиками. По мере уменьшения габаритных размеров беспроводных устройств ключевым фактором становится наличие высокоэффективных п/п-приборов, выполненных в различных типах корпусов, что позволяет разработчику разместить устройство в ограниченном объеме.

Другими важными критериями выбора компонентов являются их качество и надежность, что особенно важно для устройств, постоянно работающих в уличных условиях или при неблагоприятных внешних воздействиях, например, на промышленных предприятиях и в автомобильной технике.

PIN-диоды

Структура PIN-диодов подобна структуре обычных диодов, но отличается наличием внутреннего слоя нелегированного кремния между областями с p- и n-проводимостью. Внутренний слой увеличивает толщину изолирующей области и уменьшает емкость p-n-перехода, что дает существенные преимущества в радиочастотных коммутационных устройствах, особенно по сравнению с кремниевыми диодами.

PIN-диоды широко применяются в силовых и высоковольтных каскадах радиочастотных устройств. При смещении в прямом направлении PIN-диод представляет собой резистор, в обратном направлении – разомкнутую цепь, что позволяет использовать PIN-диоды в регулируемых аттенюаторах или коммутаторах. PIN-диоды применяются также в схемах защиты радиочастотных устройств.

Коммутаторы на основе PIN-диодов применяются в мобильной радиосвязи (базовых станциях и носимых устройствах), сетях WLAN, цифровых телевизионных приставках и автомобильных мультимедийных системах.

Одной из основных характеристик PIN-диодов являются вносимые потери (RF), которые пропорциональны сопротивлению PIN-диода при его смещении в прямом направлении. Параметр RF обычно задается в милливаттах для определенной величины прямого тока и, в идеале, должен иметь минимальную величину. Однако при уменьшении сопротивления RF увеличивается внутренняя емкость CT, являющаяся фактором, существенно влияющим на характеристики широкополосных коммутаторов на PIN-диодах. По этой причине величина RF выбирается на основе компромисса с учетом допустимой величины емкости CT. Существенными параметрами PIN-диодов являются также линейность, обеспечивающая целостность сигнала, и время переключения, что особенно важно для быстрой коммутации совмещенных приемопередающих антенн.

Вследствие ограниченных габаритов современных мобильных устройств разработчики отдают предпочтение производителям, предлагающим широкую номенклатуру корпусов, что позволяет разместить PIN-диод на ограниченной площади печатной платы. Дополнительное увеличение плотности упаковки можно получить, используя сборки из нескольких PIN-диодов в одном корпусе.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки характеризуются малым падением напряжения в прямом направлении (типичное значение составляет 0,2 В) и высокой скоростью переключения. Благодаря малому падению напряжения диоды Шоттки широко применяются как в силовой электронике, так и в радиочастотных устройствах, где их основным преимуществом по сравнению с диодами с p-n-переходом является высокая скорость переключения. Диоды Шоттки широко применяются в схемах детекторов, особенно в мобильных телефонах, устройствах сети WLAN и базовых станциях. Они применяются также в схемах смесителей цифровых телевизионных приставок и в аналогичных устройствах.

Диод Шоттки представляет собой полупроводник n-типа с нанесенным на него слоем металла и характеризуется низкой высотой потенциального барьера. Однако высокая напряженность электрического поля на краях металлизированной области приводит к появлению большого тока утечки и создает возможность пробоя. Для устранения данной проблемы по краю металлизированной области в слое полупроводника n-типа создается защитное кольцо с проводимостью p+, а также изолирующий слой диоксида кремния (рисунок 2).

Рис. 2. Структура диода Шоттки с защитным кольцом

Основной характеристикой диода Шоттки является обратный ток утечки, который пропорционален сопротивлению при смещении в прямом направлении (RF). Также важным параметром является КПД диодной схемы, особенно в портативных устройствах с батарейным питанием. Разработчикам необходимо обращать внимание и на искажение сигнала и линейность диода, чтобы обеспечить точное воспроизведение сигналов.

ВЧ-транзисторы

Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) обладают параметрами, которые делают их идеальными для применения в одно- и двухполосных малошумящих ВЧ-усилителях (МШУ). Транзисторы HBT классифицируются как низкочастотные (до 5 ГГц) и среднечастотные (до 14 ГГц).

МШУ и, соответственно, ВЧ-транзисторы широко применяются в различных типах радиочастотных устройств – системах спутниковой связи, навигационном оборудовании, устройствах мобильной и стационарной радиосвязи (например, WiMAX) и сетях Wi-Fi.

Они являются также основными компонентами систем дистанционного управления мультикоптерами.

ВЧ-транзисторы характеризуются набором параметров, важнейшим из которых является коэффициент усиления сигнала (Gmax). Важной характеристикой, особенно в устройствах с батарейным питанием, является также КПД.

Другим существенным параметром МШУ является коэффициент шума (NF), который показывает ухудшение отношения «сигнал/шум» (SNR) реального усилителя по сравнению с идеальным усилителем без вносимых потерь и шума. Коэффициент NF численно равен отношению значения «сигнал/шум» на входе усилителя к значению «сигнал/шум» на его выходе.

Важное влияние на возможность применения транзисторов в конкретных приложениях оказывает технология их изготовления. Например, транзисторы на основе сплава кремния и германия (SiGe) превосходят арсенид-галлиевые транзисторы по ряду параметров, в том числе – имеют более высокий КПД за счет меньшего напряжения «коллектор-эмиттер» VCE и, как правило, меньший коэффициент шума.

Биполярные транзисторы на основе SiGe:C (кремний-германий-карбид) так же, как и транзисторы SiGe, имеют отличные шумовые характеристики и высокую линейность, однако позволяют дополнительно встраивать защиту от электростатического разряда (ЭСР) в структуру транзистора, значительно увеличивая тем самым его надежность.

Современный технический уровень ВЧ п/п-приборов

Разработки компании Infineon в области беспроводной связи с поддержкой различных протоколов являются удачным примером развития технологий производства ВЧ п/п-приборов за последние несколько лет. Например, PIN-диод BA592 обеспечивает вносимые потери (RF) 360 мВт, а в PIN-диоде BAR63 внутренняя емкость (CT) снижена до 0,23 пФ. Для устройств с ограниченными габаритами имеется вариант сборки из четырех PIN-диодов BAR90 в сверхминиатюрном корпусе TSSLP8. Характеристики PIN-диодов производства компании Infineon делают их идеальным решением для антенных коммутаторов, а соответствие требованиям стандарта AEC позволяет использовать их в автомобилестроении.

Компания Infineon производит сборки диодов Шоттки с различными вариантами корпусирования, включая схемы с общим анодом и общим катодом, а также конфигурации с последовательным и параллельным включением. Серия BAT15 включает в себя различные конфигурации, в том числе – сдвоенные и счетверенные варианты размещения в корпусе, что, при внутренней емкости 0,26 пФ, делает их идеальным выбором для схем смесителей. Минимальную емкость CT 0,21 пФ обеспечивает диод Шоттки BAT24, что позволяет использовать его в радиолокационных системах на частотах до 24 ГГц.

Линейка ВЧ-транзисторов производства Infineon (в настоящее время – восьмое поколение транзисторов) обеспечивает малый уровень шума и высокую линейность характеристики (рисунок 3).

Рис. 3. Линейка ВЧ-транзисторов Infineon

К основным характеристикам ВЧ-транзисторов восьмого поколения относятся высокая рабочая частота (до 80 ГГц) и малая потребляемая мощность, достигнутая благодаря возможности работы при напряжении питания до 1,2 В.

Биполярные транзисторы с гетеропереходом серии BFx84x являются лучшими п/п-приборами в классе дискретных ВЧ МШУ (рисунок 4) по сравнению с транзисторами седьмого поколения и лучшими аналогами, представленными на рынке. Благодаря особой геометрии в транзисторах серии BFx84x достигнуты коэффициент шума 0,85 дБ на частоте 5,5 ГГц и усиление до 23 дБ, что является лучшим на сегодняшний день набором параметров среди аналогов, представленных на рынке. Как и другие серии ВЧ-транзисторов производства компании Infineon, выполненные по технологии SiGe, транзисторы серии BFx84x содержат встроенную защиту от ЭСР до 1,5 кВ (Human Body Model).

Рис. 4. ВЧ-транзисторы восьмого поколения Infineon обеспечивают наибольшее усиление (а) и наименьший коэффициент шума (б)

•••

В чем разница между диодом и транзистором?

Диод и транзистор представляют собой полупроводниковые электронные переключатели, которые в основном используются в каждом электронном устройстве. Кроме того, они совершенно разные во всех остальных отношениях.

Прежде чем перейти к списку различий между диодом и транзистором, мы собираемся обсудить их основы.

Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа используются для изготовления диодов и транзисторов. Полупроводники доступны в собственной (чистой) форме, в которой количество положительных (дырок) и отрицательных (электронов) зарядов одинаково. Они превращаются во внешнюю форму путем добавления примесей для увеличения их проводимости. При добавлении примесей в полупроводниковый кристалл образуются полупроводниковые материалы P- и N-типа.

Когда полупроводник легируется легирующей примесью, имеющей 5 валентных электронов, образуется материал N-типа. Такой полупроводник имеет свободные электроны на валентной оболочке. Эти электроны могут свободно двигаться и служат носителями заряда. Из-за наличия большего количества электронов они называются основными носителями. Пока дырки являются неосновными носителями.

Путем легирования полупроводника легирующей примесью, имеющей 3 валентных электрона, образуется материал P-типа. Такой материал может принимать или улавливать электроны. Следовательно, материалы P-типа имеют отверстия. Дырки – это отсутствие электронов. Из-за большинства дырок они являются основными носителями заряда в материале P-типа, а электроны являются неосновными носителями.

PN-соединение – это граница между материалами P-типа и N-типа. Обеспечение надлежащего смещения или напряжения между этими переходами сужает или расширяет эту область, чтобы разрешить или заблокировать поток зарядов между двумя слоями.

Связанный пост:

• Разница между транзисторами NPN и PNP
• В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Содержание

Диод

Диод представляет собой полупроводниковый переключатель, изготовленный из комбинации двух слоев материала P-типа и N-типа. В диоде, имеющем только два вывода, то есть анод и катод, есть только один PN-переход.

Диод имеет два режима работы: прямое смещение и обратное смещение. При прямом смещении на анод подается более высокое напряжение, чем на катод. Это приводит к притяжению между PN-переходами, заставляя носители заряда легко течь между ними. Таким образом, при прямом смещении диод проводит. При обратном смещении напряжение на катоде выше, чем на аноде, что приводит к разрыву PN-перехода, создавая область истощения, тем самым прерывая путь для потока заряда. Следовательно, диод блокирует протекание тока при обратном смещении.

Диод — это однонаправленный переключатель, пропускающий ток только в одном направлении и блокирующий его в обратном направлении. Поэтому он в основном используется для выпрямления переменного тока в постоянный. Однако он предлагает неконтролируемое выпрямление, т. е. выпрямленной мощностью нельзя управлять.

Диоды бывают разных типов, и каждый тип используется для своего специального назначения. Некоторые из этих типов. Светоизлучающий диод (LED), фотодиод, стабилитрон, лавинный диод, лазерный диод, PIN-диод, варактор и туннельный диод.

Диод широко применяется в электронике. Некоторыми из этих областей применения являются выпрямление, ограничение и фиксация напряжения, защита цепей, регулирование и умножение напряжения, источник света и т. д. что означает «Два») и Ода как краткая форма электрода = Диод. Другими словами, диод имеет два электрода: анод и катод, которые позволяют току течь только в одном направлении, известном как прямое смещение. Диод имеет высокое сопротивление в одном направлении и низкое сопротивление в другом. Вот почему он может пропускать ток только в одном направлении.

Похожие сообщения:

• Разница между DIAC и TRIAC
• Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) – применение тиристоров

Транзистор

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из 3 чередующихся слоев материала P-типа и N-типа. Другими словами, либо P-тип зажат между двумя N-типами, либо наоборот. Или можно сказать, что транзистор состоит из двух диодов, соединенных спиной к спине. Таким образом, транзистор имеет два типа в зависимости от его конструкции: транзистор PNP и транзистор NPN. Тип транзистора зависит от его конструкции, а также влияет на тип основных носителей в нем.

Слово «транзистор» представляет собой комбинацию двух слов «передача» и «резистор», что означает «передача резистора». Его работа основана на передаче сопротивления между его клеммами (от одной цепи к другой), чтобы позволить или усилить заряды между ними.

На приведенном ниже рисунке показана структура и условное обозначение транзистора.

Три вывода транзистора называются эмиттером, коллектором и базой. В транзисторе 2 p-n перехода. Эмиттер и коллектор изготовлены из одного и того же типа полупроводникового материала. Однако эмиттер сильно легирован по сравнению с коллектором, чтобы производить больше носителей заряда.

Если транзистор правильно смещен (применяя сигнал затвора), он начнет проводить основные носители между эмиттером и коллектором. Тем не менее, стробирующий сигнал является непрерывным и не должен отключаться во время работы. Транзистор не проводит в отсутствие сигнала затвора.

Таким образом, транзистор имеет 3 области работы, т. е. активную область, область отсечки и область насыщения. Активная область используется для усиления, а зона отсечки и насыщения используется для переключения.

Транзистор начинает проводить, когда переход база-эмиттер находится в прямом смещении, а переход коллектор-база в обратном смещении. Поэтому для работы требуется два источника напряжения.

Транзистор является активным компонентом и требует дополнительного источника питания для обработки входного сигнала. Принимая во внимание, что диод работает только на входном сигнале. Однако транзистор может включаться и выключаться по команде.

Полезно знать:   Название Transistor происходит от комбинации двух слов, т. е. Transfer и Resistance = Transistor. Другими словами, транзистор передает сопротивление с одного конца на другой. Короче говоря, транзистор имеет высокое сопротивление на входе и низкое сопротивление на выходе.

Греческий корень ди, означающий «два», и ода, сокращенная форма слова «электрод».

Похожие сообщения:

• Транзистор PNP? Строительство, работа и применение
• Транзистор NPN? Строительство, работа и применение

Транзисторы в основном используются для усиления или усиления слабых сигналов, аудиоусилителей, переключателей и т. д.

Основные различия между диодом и транзистором

В следующей сравнительной таблице показаны основные различия между диодом и транзистором.

Транзистор Транзистор

Диод	Транзистор
Полупроводниковое устройство, пропускающее ток только в одном направлении.	Полупроводниковое устройство способно переключать и передавать напряжение между цепью с низким сопротивлением и цепью с высоким сопротивлением.
Диод изготовлен из двух слоев полупроводника P-типа и N-типа.	Изготовлен из 3-х слоев чередующегося полупроводникового материала (P-N-P и N-P-N).
Он имеет две клеммы, называемые анодом и катодом.	Он имеет три вывода: эмиттер, база и коллектор.
Диоды бывают разных типов, например, светодиоды, фотодиоды, стабилитроны, туннельные, варакторы и т. д.	имеет два основных типа: биполярный переход (BJT) и полевой транзистор (FET).
Имеется только 1 PN-соединение.	Имеется 2 соединения PN, то есть соединения коллектор-база и соединение база-эмиттер.
В основном используется для выпрямления переменного тока в постоянный.	Используется только для коммутации и усиления.
Однонаправленный переключатель.	Это переключатель, а также усилитель.
Выполняет неконтролируемое переключение.	Транзистор может выполнять управляемое переключение с помощью базового сигнала.
Диод имеет только одну обедненную область.	имеет две области обеднения.
Диод является пассивным компонентом.	Транзистор является активным компонентом.
Для работы требуется только один источник напряжения.	Для работы требуется два источника напряжения.
Диоды используются для различных целей, таких как выпрямление, ограничение, ограничение, защита, умножитель напряжения, регулятор напряжения и т. д.	Используется для коммутации и усиления. Лучше всего использовать в высокочастотных приложениях.

Похожие сообщения:

• Разница между микропроцессором и микроконтроллером
• Разница между микропроцессорами 8085 и 8086 — сравнение

Свойства и характеристики диода и транзистора

Следующие различные свойства отличают диод и транзистор, имеющие разные характеристики и области применения.

Строительство

Диод состоит из двух слоев полупроводника. Он изготовлен из комбинации материалов P-типа и N-типа

Транзистор изготовлен из трех чередующихся слоев полупроводника. Материал P-типа помещается между материалом N-типа, образуя NPN-транзистор, а материал N-типа помещается между материалом P-типа, образуя PNP-транзистор.

Клеммы

Диод имеет две клеммы, вытянутые из P-области и N-области. Клемма, соединенная с областью P, называется анодом, а клемма, соединенная с областью N, называется катодом.

Транзистор имеет 3 контакта. Каждый терминал связан с каждой областью P или N. Клеммы, соединенные с самой внешней областью, называются коллектором и эмиттером, а клемма, соединенная со средней областью, называется базой.

Область эмиттера сильно легирована по сравнению с областью коллектора.

Похожие сообщения:

• Разница между процессором и графическим процессором — сравнение
• Разница между аналоговой и цифровой схемой — цифровая и аналоговая

PN-переход и область обеднения

Диод состоит из комбинации только двух слоев, поэтому имеется только один PN-переход и только одна область обеднения.

Транзистор состоит из 3 чередующихся слоев. Следовательно, есть 2 PN-соединения, а также 2 обедненные области.

Переключение

Диод может выполнять переключение, но неконтролируемым образом. Это означает, что он не может включаться или выключаться по команде.

Напротив, транзистор работает в соответствии с сигналом, подаваемым на его базовый вывод. он может включаться и выключаться в соответствии с базовым сигналом. Таким образом, он обеспечивает полный контроль над переключением, обеспечивая контролируемое электропитание.

Активный и пассивный компонент

Диод является пассивным компонентом, поскольку его выход зависит исключительно от его входа и не требует дополнительного источника питания.

Транзистор является активным компонентом, поскольку его выходной сигнал зависит как от входного сигнала, так и от его смещения. Для его смещения требуется дополнительный источник питания.

Применение

Применение диодов не ограничивается только переключением, так как они имеют различные типы для специального применения. Как правило, диоды используются для выпрямления, ограничения, фиксации, защиты цепи, регулирования напряжения, умножения напряжения, солнечных батарей, светодиодов, подавления скачков напряжения и т. д.

Транзистор является основным компонентом электронной и логической схемы из-за его высокого скорость переключения. Хотя он также широко используется для усиления и управления подаваемой мощностью.

Related Posts:

• Разница между электронным током и обычным током
• Разница между ОЗУ и ПЗУ — Сравнение
• Разница между синхронной и асинхронной передачей
• Разница между инвертором и ИБП — источник бесперебойного питания
• Разница между онлайн-ИБП и автономным ИБП — какой из них лучше?
• Символы диодов – электронные и электрические символы
• Транзистор, MOSFET и IGFET Обозначения
• Как проверить транзистор мультиметром (DMM+AVO) — NPN и PNP — 4 способа
• Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра — 4 способа.

URL Скопировано

Разница между транзистором и диодом

Основное различие между диодом и транзистором заключается в том, что транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, которое пропускает ток из области с высоким сопротивлением в область с низким сопротивлением, в то время как диод представляет собой устройство с двумя выводами, ток которого составляет только одно направление от анода к катоду. В этой статье рассказывается о разнице между транзистором и диодом, чтобы узнать о ней больше подробностей.

Определение:

• Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, которое передает слабый сигнал из цепи с низким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением.
• Диод также является полупроводниковым прибором, в котором ток течет только в одном направлении.

Клемма:

• Транзистор имеет три клеммы База, Эмиттер и Коллектор.
• Диод имеет две клеммы: анод и катод.

Регион :

• Транзисторная крышка области эмиттера, коллектора и базы.
• Диод имеет две области – P-область и N-область.

Формование :

• Транзистор состоит из слоев материалов P-типа и N-типа между двумя материалами N-типа или P-типа на каждом конце.
• диод формируется путем соединения полупроводника P-типа с полупроводником N-типа.

Типы:

• Транзистор имеет два типа биполярных транзисторов, а также полевой транзистор.
• Диод имеет много типов, таких как светоизлучающий диод, диод Зенера, туннельный диод, варакторный диод, диод Шоттки, переходной диод.

Область обеднения:

• Транзистор имеет две области обеднения.
• Диод имеет одну обедненную область.

Номер перехода:

• Транзистор имеет два перехода, один между эмиттером и базой, а другой между базой и коллектором.
• Диод имеет только полупроводниковые переходы P и N типов.

Применение:

• Транзистор должен использоваться в качестве усилителя, переключателей, регулятора, выпрямителя, генератора.
• Диод должен использоваться с ограничением, ограничением, выпрямителем напряжения, умножителями напряжения, нелинейным смешиванием двух напряжений.

Узнать больше:

Основное различие между диодом и транзистором заключается в том, что транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, которое пропускает ток из области с высоким сопротивлением в область с низким сопротивлением, в то время как диод представляет собой устройство с двумя выводами, ток которого протекает только в одном направление от анода к катоду. В этой статье рассказывается о разнице между транзистором и диодом, чтобы узнать о ней больше подробностей.

Определение:

• Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, которое передает слабый сигнал из цепи с низким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением.
• Диод также является полупроводниковым прибором, в котором ток течет только в одном направлении.

Клемма:

• Транзистор имеет три клеммы База, Эмиттер и Коллектор.
• Диод имеет две клеммы: анод и катод.

Регион :

• Транзисторная крышка области эмиттера, коллектора и базы.
• Диод имеет две области – P-область и N-область.

Формование :

• Транзистор состоит из слоев материалов P-типа и N-типа между двумя материалами N-типа или P-типа на каждом конце.
• диод формируется путем соединения полупроводника P-типа с полупроводником N-типа.

Типы:

• Транзистор имеет два типа биполярных транзисторов, а также полевой транзистор.
• Диод имеет много типов, таких как светоизлучающий диод, диод Зенера, туннельный диод, варакторный диод, диод Шоттки, переходной диод.

Область обеднения:

• Транзистор имеет две области обеднения.