Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели – все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions – часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен – не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод – это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую – донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и, теоретически, это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод – низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним – ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо – не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны – карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения – нитрилы алюминия и индия – тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире – дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» – и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы – профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход – это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электроннодырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний – в самом p-n-переходе, внешний – для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» – поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих – 35%.

Внешний квантовый выход – одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый – смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения – суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих – люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы – у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод – низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше – от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй – световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания светодиода.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода – то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания – этого-то как раз делать нельзя, – а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20-50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо – доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский – крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто – фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова – выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология – металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок – в р-области.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details – поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора – в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей – электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы – например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, – но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов – полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку – относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе – мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, – оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения – максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль – многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода – та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, – 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

Принцип работы диодов для чайников

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 катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

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

Назначение

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

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

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

Прямое включение диода

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

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

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

Обратное включение диода

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

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

Прямое и обратное напряжение

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

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

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

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

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

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

Подобный график можно описать следующим образом:

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

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.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Что такое диод: назначение, устройство, принцип работы

В электротехнике используется много радиодеталей, и все они имеют свои особенности, но семейство диодов имеет свои удивительные свойства.

Манипулируя соотношениями примесей или конструктивными особенностями, получают новые возможности этого прибора, используемые совершенно для других целей. Зная, что такое диод, его устройство и принцип работы диода можно научиться использовать его для самых неожиданных решений.

Приглашаем познакомиться с этим многоцелевым и разнообразным радиоэлементом. А начнем с назначения диода.

Назначение диода

Область применения диодов все больше и больше расширяется. Это достигается благодаря тому, что работа над их преобразованием не утихает, а только увеличивается. Рассмотрим, где их можно встретить:

  • выпрямление;
  • детектирование;
  • защита;
  • стабилизация;
  • переключение;
  • излучение.

На заре своего образования диоды назывались выпрямителями. Они способны пропускать ток в одном направлении и задерживать его в противоположном. Благодаря чему переменный ток становился однонаправленным, пульсирующим. То есть напряжение носило волновой характер.

Причем выпрямление могло быть как на одном диоде, тогда на выходе была только положительная полуволна, так и на четырех, в этом случае на выходе оставались и положительная, и отрицательная полуволны.

Другой способ применения – детектирование. Радио и телевизионные сигналы передаются на несущих частотах. В передающих устройствах с помощью модулятора происходит наложение полезного сигнала на несущую частоту.

Чтобы извлечь полезную информацию, чаще всего применяют диод с конденсатором. В этом случае диод работает как однопериодный выпрямитель, а конденсатор фильтрует ненужные частоты.

Диод используется для защиты, например, в коммутируемой цепи с индукционной нагрузкой. Если катушку, по которой проходит ток отключить, то электроны под действием электромагнитного поля продолжат двигаться, создавая для ключа опасное высокое напряжение.

В качестве ключа может быть использован транзистор, который может выйти из строя. Чтобы снять накопленный заряд, параллельно катушке подключают диод, но включают его в обратном направлении относительно движения тока. При отключении выключателя диод возвращает ток на начало катушки, тем самым защищая ключ.

Несколько измененные диоды способны работать в обратном направлении, пропуская через себя ток, когда напряжение превышает допустимое значение. Такие приборы называются стабилитронами, и о них будет сказано ниже.

Для переключения частот часто требуются переменные конденсаторы. Варикап, еще одна разновидность диода, способен менять свою емкость под действием меняющегося обратного напряжения.

Наконец, светодиоды и фотодиоды. Светодиоды способны излучать потоки лучистой энергии, фотодиоды, напротив, преобразуют солнечный свет в электрический ток. Фотодиоды по своему назначению также разнообразны и имеют различное применение.

Из чего состоит диод

Лучше всего понять, что такое диод поможет его строение. Выделим три основные группы:

  • вакуумные;
  • газонаполненные;
  • полупроводниковые.

Как у любого другого радиоэлемента у диода есть выводы. Если перевести слово диод с древнегреческого, то получится два электрода. Они носят название:

В обычном состоянии на анод подается положительное напряжение, на катод отрицательное. В этом случае диод открыт и через него протекает ток.

На оба вывода могут подаваться положительные потенциалы, но на аноде этот потенциал должен превышать катодный.

В вакуумных диодах применяются стеклянные или металлические баллоны, из которых выкачан воздух. Катод может быть:

  • прямого накала;
  • косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой спиральную нить, по которой проходит ток, разогревая его. При этом высвобождаются электроны, которые устремляются к аноду, если он имеет положительный потенциал относительно катода.

Если на аноде напряжение ниже катодного, то электроны возвращаются назад. Таким образом, происходит выпрямление переменного тока. В лампах с косвенным подогревом катод представляет собой короб или цилиндр, внутри него находится нить накала, разогревающая его.

В отличие от вакуумных диодов в газонаполненных имеется ионизированный газ. Он становится проводником между анодом и катодом. Для включения диода используют сетки или поджигающий электрод.

Вакуумные и газонаполненные диоды способны пропускать большой ток и работать с повышенным напряжением. Однако они потребляют много энергии для своей работы, поэтому на смену им пришли полупроводники.

По проводимости электрического тока различают:

  • проводники;
  • полупроводники;
  • диэлектрики.

Полупроводники занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят ток, но при определенных условиях у них появляется проводимость. Достигается это, например, добавлением примесей. Различают два вида проводимости:

  • с помощью электронов, n-тип;
  • с помощью дырок, p-тип.
Материал, основным носителем которого служат положительно заряженные атомы. Для этого добавляют акцепторные примеси, при этом получается материал с недостающим количеством электронов. Для n-типа добавляют донорные примеси, материал обладает избытком электронов.

Соединяя эти два типа получают прибор, способный пропускать ток только в одном направлении.

Как определить анод и катод диода

Диоды бывают разного размера, и маркировка может несколько отличаться. Например, на диодах советского образца на корпусе, который был достаточно большим, непосредственно наносился знак диода, указывающий направление движения.

Корпус, расположенный возле катода, может иметь большое расширение в виде кольца. На некоторых видах устанавливают знаки + и – или делают отметку в виде нарисованного кольца либо точки.

В случае сомнения можно проверить диод с помощью мультиметра, поставив прибор в режим измерения сопротивления или проверки диода, если есть такой режим.

Если сопротивление маленькое, значит, щуп с положительным напряжением подключен к аноду, а минусовой к катоду. Большое сопротивление говорит, что щупы подключены в обратном порядке.

Принцип работы диода

Осталось посмотреть, как работает диод. Когда происходит соединение двух полупроводников разной проводимостью, между ними появляется пограничная полоса с нейтральным зарядом, поскольку часть электронов занимает часть дырок.

При прямом включении положительное напряжение подается на дырочную область, а отрицательное на электронную. В этом случае электроны под действием напряжения перескакивают нейтральную зону и, проходя через дырочную область, устремляются к положительному полюсу источника питания.

Если поменять напряжение, электроны уходят к положительному полюсу, увеличивая нейтральную зону. В этом случае диод закрывается.

Диод в цепи постоянного тока

В схеме с постоянным током диод работает как ключ: открывается, когда прямое напряжение превышает пороговое значение и закрывается, когда это напряжение становится меньше.

Выше было рассмотрена работа диода с катушкой индуктивности. Когда по катушке идет ток, то параллельно подключенный диод находится в закрытом состоянии, так как на аноде и катоде напряжение почти равно.

Когда цепь размыкается, по катушке продолжает идти ток и накапливается. Напряжение на аноде повышается, диод открывается и пропускает лишний заряд через себя. После падения напряжения он закрывается.

Обозначение диода на схемах

Для пояснения работы радиоэлектронного устройства используют электрические принципиальные схемы. Найти диод на схеме не составит труда, потому что обозначение диода осуществляется с помощью треугольника с вертикальным отрезком на его вершине.

Рядом ставится порядковый номер и буквы VD.

Диод в цепи переменного тока

Если диод работает как выпрямитель переменного тока, тогда во время повышения напряжения положительной полуволны диод открывается, а когда напряжение падает ниже порогового значения, он закрывается. Во время отрицательной полуволны включается в работу параллельно подключенный диод, но обращенный в обратном направлении.

Два других подключены таким же образом к нулевому проводу. При каждой полуволне участвуют в работе два диода, один связан с фазным проводом, другой с нулевым. Снимаемое с них положительное и отрицательное напряжение подается в постоянную цепь.

Характеристики диода

Полупроводники очень чувствительны к перегреву, поэтому режим их работы строго оговаривается. Учитываются следующие параметры:
рабочее, максимальное и импульсное обратное напряжение;

  1. прямое напряжение;
  2. обратный ток;
  3. прямой постоянный, импульсный и ток перегрузки;
  4. рабочая и максимальная частота;
  5. максимальная температура корпуса и перехода.

Допускается максимальное значение только по одному из указанных параметров. После импульса должно пройти оговоренное время, чтобы прибор успел остыть.

Виды диодов

Кроме описанных диодов, используются диоды, у которых характеристики изменены за счет примесей и конструкторских доработок. Остановимся на двух из них: стабилитроне и светодиоде.

Стабилитроны

Работа стабилитрона отличается от работы диода. Подключается он в обратном направлении, то есть на анод подают отрицательное напряжение, а на катод положительное. При таком подключении он работает в пробивном режиме.

Стабилитроны рассчитаны на определенное рабочее обратное напряжение, при достижении которого происходит обратимый пробой. Используются для поддержания определенного напряжения на контролируемом участке цепи. Чтобы ток не превышал рабочее значение, в цепь стабилитрона ставят ограничивающий резистор.

Светодиоды

У полупроводниковых приборов p-n-переход из-за внутреннего сопротивления постоянно греется. Это происходит главным образом во время захвата дырками электронов. Высвобождается энергия, нагревающая переход.

В 60-х годах прошлого столетия был создан светодиод, в котором часть высвобождаемой энергии была лучистой с красным и желто-зеленым свечением. Правда, процентное соотношение было маленьким, всего 0,1% от всей высвобождаемой энергии. Но это было только началом.

В 70-х годах упорные разработки привели к хорошим показателям. Сначала это был 15% выход, затем дошло до 55%. Такой показатель уже превышал к. п. д. ламп накаливания. Испускаемый свет имеет очень узкий спектр, что позволяет получать очень качественное цветное свечение.

Оно намного превосходит свет ламп накаливания, пропущенных через светофильтр. Мощность светового потока также была поднята, это дало возможность использовать светодиоды в качестве освещения.

Тиристоры

Тиристоры – это общее название для мощных диодов, работающих в режиме ключа. Подразделяются на три вида:

  1. тринистор;
  2. динистор;
  3. симистор.

Тринистор имеет три вывода: анод, катод и управляющий электрод. При подаче небольшого управляющего напряжения на управляющий электрод тринистор открывается. Динистор открывается при достижении заданного напряжения на его двух выводах. Симистор – это два динистора, включенных навстречу друг другу. То есть он работает, в отличие от динистора, в двух направлениях.

Исследуя, что такое диод, можно открыть для себя еще много удивительных знаний. Здесь были рассмотрены лишь поверхностные познания, но они уже могут дать понять, что такие элементы радиотехники очень полезны и разнообразны в своем применении.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья – поделись с друзьями!

 

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности, характеристики

Основное предназначение выпрямительных диодов — преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов. Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д. Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

  • А – вывод катода.
  • В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
  • С – кристалл n-типа.
  • D – кристалл р-типа.
  • E – провод ведущий к выводу анода.
  • F – изолятор.
  • G – корпус.
  • H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

  • Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты. Выпрямительные диоды малой мощности
  • Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла. Выпрямительный диод средней мощности
  • Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В). Рис. 4. Выпрямительные диоды высокой мощности

Перечень основных характеристик

Ниже приведена таблица, с описанием основных параметров выпрямительных диодов. Эти характеристики можно получить из даташита (технического описания элемента). Как правило, большинство радиолюбителей к этой информации обращаются в тех случаях, когда указанный в схеме элемент недоступен, что требует найти ему подходящий аналог.

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

Заметим, что в большинстве случаев, если требуется найти аналог тому или иному диоду, первых пяти параметров из таблицы будет вполне достаточно. При этом желательно учесть диапазон рабочей температуры элемента и частоту.

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением UIN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой Iобр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

  • Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
  • Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
  • Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

  • На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
  • Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
  • На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

  • Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
  • Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
  • Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
  • Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «~» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

Полупроводниковый диод. Принцип его работы, параметры и разновидности.

Устройство, параметры и разновидности диодов

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

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

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

Как работает полупроводниковый диод.

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

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

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

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

Типы диодов и область их применения.

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

  • Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

  • Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

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

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

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

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

  • Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

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

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

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

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

Параметры полупроводниковых диодов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

устройство и принцип действия разных видов, работа в схемах

Диод — это элемент, имеющий различную проводимость. Такое его свойство имеет применение в различных электротехнических и радиоэлектронных схемах. На его основе создаются устройства, имеющие применение в различных областях.

Типы диодов: электровакуумные и полупроводниковые. Последний тип в настоящее время применяется в подавляющем большинстве случаев. Никогда не будет лишним знать о том, как работает диод, для чего он нужен, как обозначается на схеме, какие существуют типы диодов, применение диодов разных видов.

Электровакуумные диоды

Приборы этого типа выполнены в виде электронных ламп. Лампа выглядит как стеклянный баллон, внутрь которого помещены два электрода. Один из них анод, другой катод. Они находятся в вакууме. Конструктивно анод выполнен в виде тонкостенного цилиндра. Внутри расположен катод. Он имеет обычно цилиндрическую форму. Изолированная нить накала проложена внутри катода. Все элементы имеют выводы, которые соединены со штырьками (ножками) лампы. Ножки лампы выведены наружу.

Принцип работы

При прохождении электрического тока по спирали она нагревается и разогревает катод, внутри которого находится. С поверхности разогретого катода электроны, покинувшие его, без дополнительного ускоряющего поля накапливаются в непосредственной близости от него. Часть из них затем обратно возвращается на катод.

При подаче на анод положительного напряжения электроны, испускаемые катодом, устремляются к нему, создавая анодный ток электронов.

Катод обладает пределом эмиссии электронов. При достижении этого предела анодный ток стабилизируется. Если на анод подать небольшое отрицательное напряжение по отношению к катоду, то электроны прекратят своё движение.

Материал катода, из которого он изготовлен, обладает высокой степенью эмиссии.

Вольт- амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ диодов этого типа графически показывает зависимость тока анода от прямого напряжения, приложенного к выводам катода и анода. Она состоит из трёх участков:

  • Медленное нелинейное нарастание тока;
  • Рабочая часть характеристики;
  • Область насыщения тока анода.

Нелинейный участок начинается после области отсечки анодного тока. Его нелинейность связана с небольшим положительным потенциалом катода, который покинули электроны при его разогреве нитью накала.

Активный участок определяет из себя почти вертикальную линию. Он характеризует зависимость анодного тока от возрастающего напряжения.

Участок насыщения представляет собой линию постоянного значения тока анода при увеличивающемся напряжении между электродами лампы. Электронную лампу на этом участке можно сравнить с проводником электрического тока. Эмиссия катода достигла своего наивысшего значения.

Полупроводниковые диоды

Свойство p — n перехода пропускать электрический ток одного направления нашло применение при создании приборов этого типа. Прямое включение — это подача на n -область перехода отрицательного потенциала, по отношению к p -области, потенциал которой положительный. При таком включении прибор находится в открытом состоянии. При изменении полярности приложенного напряжения он окажется в запертом состоянии, и ток сквозь него не проходит.

Классификацию диодов можно вести по их назначению, по особенностям изготовления, по типу материала, используемого при его изготовлении.

В основном для изготовления полупроводниковых приборов используются пластины кремния или германия, которые имеют электропроводность n -типа. В них присутствует избыток отрицательно заряженных электронов.

Применяя разные технологии изготовления, можно на выходе получить точечные или пластинчатые диоды.

При изготовлении точечных приборов к пластинке n -типа приваривают заострённый проводник (иглу). На его поверхность нанесена определённая примесь. Для германиевых пластин игла содержит индий, для кремниевых пластин игла покрыта алюминием. В обоих случаях создаётся область p — n перехода. Её форма напоминает полусферу (точку).

Для плоскостных приборов применяют метод диффузии или сплавления. Площадь переходов, получаемых таким методом, варьируется в широких пределах. От её величины зависит в дальнейшем назначение изделия. К областям p — n перехода припаивают проволочки, которые в виде выводов из корпуса готового изделия используют при монтаже различных электрических схем.

На схемах полупроводниковые диоды обозначаются в виде равностороннего треугольника, к верхнему углу которого присоединена вертикальная черта, параллельная его основанию. Вывод черты называется катодом, а вывод основания треугольника анодом.

Прямым называется такое включение, при котором положительный полюс источника питания соединён с анодом. При обратном включении «плюс» источника подключается к катоду.

Вольт- амперная характеристика

ВАХ определяет зависимость тока, протекающего через полупроводниковый элемент, от величины и полярности напряжения, которое приложено к его выводам.

В области прямых напряжений выделяют три области: небольшого прямого тока и прямого рабочего тока через диод. Переход из одной области в другую происходит при достижении прямым напряжением порога проводимости. Эта величина составляет порядка 0,3 вольт для германиевых диодов и 0,7 вольт для диодов на основе кремния.

При приложении к выводам диода обратного напряжения ток через него имеет очень незначительную величину и называется обратным током или током утечки. Такая зависимость наблюдается до определённого значения величины обратного напряжения. Оно называется напряжением пробоя. При его превышении обратный ток нарастает лавинообразно.

Предельные значения параметров

Для полупроводниковых диодов существуют величины их параметров, которые нельзя превышать. К ним относятся:

  • Максимальный прямой ток;
  • Максимальное обратное напряжение пробоя;
  • Максимальная мощность рассеивания.

Полупроводниковый элемент может выдержать прямой ток через него ограниченной величины. При его превышении происходит перегревание p-n перехода и выход его из строя. Наибольший запас по этому параметру имеют плоскостные силовые приборы. Величина прямого тока через них может достигать десятков ампер.

Превышение максимального значения напряжения пробоя может превратить диод, имеющий однонаправленные свойства, в обычный проводник электрического тока. Пробой может иметь необратимый характер и варьируется в широких пределах, в зависимости от конкретного используемого прибора.

Мощность — это величина, напрямую зависящая от тока и напряжения, которое приложено при этом к выводам диода. Как и превышение максимального прямого тока, превышение предельной мощности рассеивания приводит к необратимым последствиям. Диод просто выгорает и перестаёт выполнять своё предназначение. Для предотвращения такой ситуации силовые приборы устанавливают приборы на радиаторы, которые отводят (рассеивают) избыток тепла в окружающую среду.

Виды полупроводниковых диодов

Свойство диода пропускать ток в прямом направлении и не пропускать его в обратном нашло применение в электротехнике и радиотехнике. Разработаны и специальные виды диодов для выполнения узкого круга задач.

Выпрямители и их свойства

Их применение основано на выпрямительных свойствах этих приборов. Их используют для получения постоянного напряжения путём выпрямления входного переменного сигнала.

Одиночный выпрямительный диод позволяет получить на его выходе пульсирующее напряжение положительной полярности. Используя их комбинацию, можно получить форму выходного напряжения, напоминающую волну. При использовании в схемах выпрямителей дополнительных элементов, таких как электролитические конденсаторы большой емкости и катушки индуктивности с электромагнитными сердечниками (дроссели), на выходе устройства можно получить постоянное напряжение, напоминающее напряжение гальванической батареи, столь необходимое для работы большинства аппаратуры потребителя.

Полупроводниковые стабилитроны

Эти диоды имеют ВАХ с обратной ветвью большой крутизны. То есть, приложив к выводам стабилитрона напряжение, полярность которого обратная, можно с помощью ограничительных резисторов ввести его в режим управляемого лавин пробоя. Напряжение в точке лавинного пробоя имеет постоянное значение при значительном изменении тока через стабилитрон, величину которого ограничивают в зависимости от применённого в схеме прибора. Так получают эффект стабилизации выходного напряжения на нужном уровне.

Технологическими операциями при изготовлении стабилитронов добиваются различных величин напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Диапазон этих напряжений (3−15) вольт. Конкретное значение зависит от выбранного прибора из большого семейства стабилитронов.

Принцип работы детекторов

Для детектирования высокочастотных сигналов применяют диоды, изготовленные по точечной технологии. Задача детектора состоит в том, чтобы ограничить одну половину модулированного сигнала. Это позволяет в последующем с помощью высокочастотного фильтра оставить на выходе устройства только модулирующий сигнал. Он содержит звуковую информацию низкой частоты. Этот метод используется в радиоприёмных устройствах, принимающих сигнал, модулированный по амплитуде.

Особенности светодиодов

Эти диоды характеризуются тем, что при протекании через них тока прямого направления кристалл испускает поток фотонов, которые являются источником света. В зависимости от типа кристалла, применённого в светодиоде, спектр света может находиться как в видимом человеческим глазом диапазоне, так и в невидимом. Невидимый свет — это инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.

При выборе этих элементов необходимо представлять цель, которую необходимо достигнуть. К основным характеристикам светодиодов относятся:

  • Потребляемая мощность;
  • Номинальное напряжение;
  • Ток потребления.

Ток потребления светодиода, применяемого для индикации в устройствах широкого применения, не более 20 мА. При таком токе свечение светодиода является оптимальным. Начало свечения начинается при токе, превышающем 3 мА.

Номинальное напряжение определяется внутренним сопротивлением перехода, которое является величиной непостоянной. При увеличении тока через светодиод сопротивление постепенно уменьшается. Напряжение источника питания, используемое для питания светодиода, необходимо применять не меньше напряжения, указанного в паспорте на него.

Потребляемая мощность — это величина, зависящая от тока потребления и номинального напряжения. Она увеличивается при увеличении величин, её определяющих. Следует учесть, что мощные световые диоды могут иметь в своём составе 2 и даже 4 кристалла.

Перед другими осветительными приборами светодиоды имеют неоспоримые преимущества. Их можно перечислять долго. Основными из них являются:

  • Высокая экономичность;
  • Большая долговечность;
  • Высокий уровень безопасности из-за низких питающих напряжений.

К недостатку их эксплуатации относится необходимость наличия дополнительного стабилизированного источника питания постоянного тока, а это увеличивает стоимость.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.

На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction). Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

Диод в состоянии покоя

Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя. То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.

Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки. В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.

Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.


Обратное включение диода

Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.

В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.

Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

Прямое включение диода

Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду. В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.

Чтобы не возникло путаницы, напомню, что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

Недостатки реального полупроводникового диода

На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток, измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ). В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде. В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении. Такое напряжение называется напряжение пробоя. Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.

При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ, для того чтобы диод начал хорошо проводить ток. Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V. Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.

диодов – обзор | Темы ScienceDirect

8.4.2 Диоды

Диод представляет собой двухслойный полупроводниковый прибор с двумя выводами. Когда полупроводниковые материалы n-типа и p-типа соединяются вместе, это образует PN-переход, который называется диодом. Полупроводниковый диод позволяет току течь через него в одном направлении, но не в другом. Основная структура и обозначение схемы полупроводникового диода показаны на рисунке 8.34. Две клеммы называются анодом (A) и катодом (K).

Рисунок 8.34. Полупроводниковый диод

Обычный ток течет через диод от анода к катоду (электроны текут от катода к аноду). Носителями тока в полупроводниках p-типа являются дырки, а в полупроводниках n-типа – электроны. Нормальная диффузия на стыке двух материалов вызовет дрейф некоторых дырок в материал n-типа, а часть электронов – в материал p-типа. Это создает небольшой заряд на стыке, который отталкивает любую дальнейшую диффузию дырок и электронов.Заряженная область на стыке называется областью обеднения или барьерной областью. Работа диода рассматривается, когда диод смещен в прямом или обратном направлении, как показано на рисунке 8.35. Здесь прикладывается напряжение (В) и может быть измерен ток (I).

Рисунок 8.35. Работа полупроводникового диода

Типичные области применения полупроводникового диода включают выпрямление сигналов переменного тока в источниках питания, схемы пиковых детекторов, ограничение уровня сигнала (для предотвращения превышения уровня напряжения сигнала над безопасным уровнем, называемого защитой входных цепей), телекоммуникации и индуктивные цепи цепи улавливания обратной ЭДС (для снятия больших напряжений, создаваемых быстро меняющимся током в катушке индуктивности).

Когда диод смещен в прямом направлении, это уменьшает область истощения. Если диод достаточно смещен (на достаточно высокое значение V), то начинает течь ток (I). Однако, если диод смещен в обратном направлении, это приводит к увеличению области обеднения и предотвращает протекание тока.

Идеальный диод проводит только тогда, когда диод смещен в прямом направлении, и тогда падение напряжения на диоде (Vd) равно нулю. Когда идеальный диод смещен в обратном направлении, ток не течет.

В реальном диоде, когда диод смещен в прямом направлении, на диоде имеется конечное падение напряжения (Vd): примерно 0,6 В для кремниевого диода и примерно 0,4 В для германиевого диода. Если приложенное напряжение ниже этого значения, ток не будет протекать. Когда реальный диод смещен в обратном направлении, будет небольшой, но конечный ток утечки. Вольт-амперная характеристика кремниевого диода показана на рисунке 8.36.

Рисунок 8.36. Характеристики полупроводникового диода (шкалы с прямым смещением и обратным смещением не равны)

При прямом смещении уравнение диода определяется следующим образом:

I = Is⋅ (ур.v / KT-1)

где I – ток, протекающий в диоде, Is – ток насыщения или утечки (обычно порядка 10 –14 A), V – напряжение на диоде (т. е. V d ), q – заряд электрона, k – постоянная Больцмана, а T – абсолютная температура (в градусах Кельвина). Для схемы, работающей при температуре около 20 ° C, k.T / q обычно принимается равным 25 м В.

Варианты полупроводникового диода, обычно встречающиеся в электронных схемах, включают стабилитрон, светоизлучающий диод (LED) и фотодиод.

Если напряжение обратного смещения превышает максимальное значение напряжения пробоя, диод будет проводить ток, и чрезмерный ток может вывести устройство из строя. Это называется лавинным срывом. Также может иметь место вторая форма пробоя, туннельный пробой (или пробой Зенера).

Стабилитрон имеет управляемое обратное напряжение пробоя. Туннелирование или пробой стабилитрона происходит при превышении управляющего напряжения. Символ стабилитрона показан на рисунке 8.37. Стабилитрон используется в таких приложениях, как источники питания и цепи опорного напряжения.

Рисунок 8.37. Символ стабилитрона

Светодиод представляет собой диод, который заставляет устройство излучать свет, когда через него протекает ток (с прямым смещением). Доступные цвета: красный, зеленый, оранжевый, синий и белый. Символ светодиода показан на Рисунке 8.38.

Рисунок 8.38. Символ светодиода

Типичное применение светодиода показано на Рисунке 8.39. Здесь светодиод подключен к напряжению источника питания схемы и используется для индикации наличия питания в схеме. Напряжение питания +5 В постоянного тока.Прямое падение напряжения на светодиоде составляет 2 В (фактическое значение зависит от конкретного светодиода), а прямой ток для стандартных светодиодов составляет 20 мА (фактическое значение зависит от конкретного светодиода). Чтобы подключить светодиод к источнику +5 В, ток, протекающий через диод, должен быть ограничен резистором подходящего номинала.

Рисунок 8.39. Работа светодиода

Фотодиод может использоваться для измерения силы света, поскольку он производит ток, зависящий от количества света, падающего на pn переход.

Введение в диоды

  • Раздел 2.0 Введение в диоды.
  • • Обозначения диодных цепей.
  • • Ток через диоды.
  • • Конструкция диодов.
  • • PN-переход.
  • • Прямое и обратное смещение.
  • • Характеристики диода.
  • Раздел 2.1 Кремниевые выпрямители.
  • • Маркировка полярности.
  • • Параметры выпрямителя.
  • Раздел 2.2 Диоды Шоттки.
  • • Конструкция диода Шоттки.
  • • Потенциал соединения Шоттки.
  • • Высокоскоростное переключение.
  • • Выпрямители мощности Шоттки.
  • • Ограничения по току Шоттки.
  • • Защита от перенапряжения.
  • Раздел 2.3 Малосигнальные диоды.
  • • Конструкция малосигнального диода.
  • • Формирование волны.
  • • Обрезка.
  • • Зажим / восстановление постоянного тока.
  • • Приложения HF.
  • • Защитные диоды.
  • Раздел 2.4 Стабилитроны.
  • • Конструкция стабилитрона.
  • • Обозначения схем Зенера.
  • • Эффект Зенера.
  • • Эффект лавины.
  • • Практические стабилитроны.
  • Раздел 2.5 Светодиоды.
  • • Работа светодиода.
  • • Излучение света.
  • • Цвета светодиодов.
  • • Расчеты цепей светодиодов.
  • • Светодиодные матрицы.
  • • Тестирование светодиодов.
  • Раздел 2.6 Лазерные диоды.
  • • Лазерный свет.
  • • Основы атома.
  • • Конструкция лазерного диода.
  • • Лазерная накачка.
  • • Управление лазерным диодом.
  • • Лазерные модули.
  • • Лазерная оптика.
  • • Классы лазерных диодов.
  • Раздел 2.7 Фотодиоды.
  • • Основы фотодиодов.
  • • Приложения.
  • • Конструкция лазерного диода.
  • • Лазерная накачка.
  • • Управление лазерным диодом.
  • • Лазерные модули.
  • • Лазерная оптика.
  • • Классы лазерных диодов.
  • Раздел 2.8 Тестирование диодов.
  • • Неисправности диодов.
  • • Проверка диодов с помощью омметра.
  • • Определение соединений диодов.
  • • Выявление неисправных диодов.
  • Раздел 2.9 Проверка диодов.
  • • Проверьте свои знания о диодах.

Рисунок 2.0.1.Диоды

Введение

Диоды – одни из самых простых, но наиболее полезных из всех полупроводниковых устройств. Многие типы диодов используются в широком спектре приложений. Выпрямительные диоды – жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования сетевого напряжения переменного тока в постоянное. Стабилитроны используются для стабилизации напряжения, предотвращения нежелательных изменений в подаче постоянного тока в цепи и для подачи точных опорных напряжений для многих цепей. Диоды также можно использовать для предотвращения катастрофического повреждения оборудования с батарейным питанием, когда батареи подключены с неправильной полярностью.

Сигнальные диоды также широко используются при обработке сигналов в электронном оборудовании; они используются для получения аудио- и видеосигналов из передаваемых радиочастотных сигналов (демодуляция), а также могут использоваться для формирования и изменения форм сигналов переменного тока (ограничение, ограничение и восстановление постоянного тока). Диоды также встроены во многие цифровые интегральные схемы, чтобы защитить их от опасных скачков напряжения.

Рис. 2.0.2 Обозначения диодных цепей

Светодиоды

излучают многоцветный свет в очень широком спектре оборудования от простых индикаторных ламп до огромных и сложных видеодисплеев.Фотодиоды также производят электрический ток из света.

Диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, в основном кремния, с добавлением различных соединений (комбинаций более чем одного элемента) и металлов в зависимости от функции диода. Ранние типы полупроводниковых диодов были сделаны из селена и германия, но эти типы диодов были почти полностью заменены более современными конструкциями кремния.

На рис. 2.0.1 показаны следующие диоды с общим проводом на концах:

1.Три силовых выпрямителя (мостовой выпрямитель для работы с сетевым (линейным) напряжением и два выпрямительных диода сетевого напряжения).

2. Точечный диод (в стеклянной капсуле) и диод Шоттки.

3. Кремниевый малосигнальный диод.

4. Стабилитроны в корпусе из стекла или черной смолы.

5. Подборка светодиодов. Против часовой стрелки от красного: желтый и зеленый светодиоды, инфракрасный фотодиод, теплый белый светодиод 5 мм и синий светодиод высокой яркости 10 мм.

Обозначения диодных цепей

Диод – односторонний провод. Он имеет два вывода: анод или положительный вывод и катод или отрицательный вывод. В идеале диод будет пропускать ток, когда его анод сделан более положительным, чем его катод, но предотвращать протекание тока, когда его анод более отрицательный, чем его катод. В условных обозначениях схем, показанных на рис. 2.0.2, катод показан в виде стержня, а анод – в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода может также обозначаться буквой «а», а катод – буквой «к».

В каком направлении течет диодный ток?

Обратите внимание на рис. 2.0.2, что обычный ток течет от положительной (анодной) клеммы к отрицательной (катодной) клемме, хотя движение электронов (электронный поток) происходит в противоположном направлении, от катода к аноду.

Конструкция кремниевого диода

Рис. 2.0.3 Кремниевый планарный диод

Современные кремниевые диоды обычно производятся с использованием одной из различных версий планарного процесса, который также используется для изготовления транзисторов и интегральных схем.Многослойная конструкция, используемая в методах Silicon Planar, дает ряд преимуществ, таких как предсказуемые характеристики и надежность, а также является преимуществом для массового производства.

Упрощенный планарный кремниевый диод показан на рис. 2.0.3. Использование этого процесса для кремниевых диодов позволяет получить два слоя кремния с различным легированием, которые образуют «PN переход». Нелегированный или «собственный» кремний имеет решеточную структуру из атомов, каждый из которых имеет четыре валентных электрона, но кремний P-типа и кремний N-типа легируют путем добавления относительно очень небольшого количества материала, имеющего атомную структуру с тремя валентными электронами (например,г. Бор или Алюминий), чтобы получить P-тип, или пять валентных электронов (например, Мышьяк или Фосфор), чтобы получить кремний N-типа. Эти легированные версии кремния известны как «примесный» кремний. Кремний P-типа теперь имеет нехватку валентных электронов в своей структуре, что также можно рассматривать как избыток «дырок» или носителей положительного заряда, тогда как слой N-типа легирован атомами, имеющими пять электронов в его валентной оболочке и поэтому имеет избыток электронов, которые являются носителями отрицательного заряда.

Диод PN переход

Рис. 2.0.4 Слой истощения диодов

Когда кремний P- и N-типа объединяются во время производства, создается переход, где встречаются материалы P-типа и N-типа, и отверстия, расположенные рядом с переходом в кремнии P-типа, притягиваются к отрицательно заряженному материалу N-типа на другой стороне. перехода. Кроме того, электроны, расположенные рядом с переходом в кремнии N-типа, притягиваются к положительно заряженному кремнию P-типа. Следовательно, вдоль перехода между кремнием P- и N-типа создается небольшой естественный потенциал между полупроводниковым материалом P и N с отрицательно заряженными электронами, которые теперь находятся на стороне P-типа перехода, и положительно заряженными дырками на стороне N. соединение.Этот слой носителей заряда противоположной полярности накапливается до тех пор, пока его не станет достаточно, чтобы предотвратить свободное движение любых дальнейших дырок или электронов. Из-за этого естественного электрического потенциала в переходе между слоями P и N в PN-переходе образовался очень тонкий слой, который теперь обеднен носителями заряда и поэтому называется обедненным слоем. Поэтому, когда диод подключен к цепи, ток не может течь между анодом и катодом, пока анод не станет более положительным, чем катод, с помощью прямого потенциала или напряжения (V F ), по крайней мере, достаточного для преодоления естественного обратного потенциала соединение.Это значение зависит в основном от материалов, из которых сделаны слои P и N диода, и от количества используемого легирования. Различные типы диодов имеют естественный обратный потенциал в диапазоне примерно от 0,1 В до 2 или 3 В. Кремниевые диоды с PN переходом имеют потенциал перехода от 0,6 В до 0,7 В

Диод прямой проводимости

Рис. 2.0.5 Диод вперед


Проводимость

Как только напряжение, приложенное к аноду, становится более положительным, чем на катоде, на величину, превышающую потенциал обедненного слоя, начинается прямая проводимость от анода к обычному катоду, как показано на рис.2.0.5.

Когда напряжение, приложенное между анодом и катодом, увеличивается, прямой ток сначала увеличивается медленно, поскольку носители заряда начинают пересекать обедненный слой, а затем быстро возрастает примерно по экспоненте. Следовательно, сопротивление диода, когда он «включен» или проводит в режиме «прямого смещения», не равно нулю, а очень мало. Поскольку прямая проводимость увеличивается после преодоления потенциала истощения по примерно следующей экспоненциальной кривой, прямое сопротивление (V / I) незначительно изменяется в зависимости от приложенного напряжения.

Диод с обратным смещением

Рис. 2.0.6 Обратный диод


Смещенный

Когда диод смещен в обратном направлении (анод подключен к отрицательному напряжению, а катод – к положительному напряжению), как показано на рис. 2.0.6, положительные отверстия притягиваются к отрицательному напряжению на аноде и от перехода. Точно так же отрицательные электроны притягиваются от перехода к положительному напряжению, приложенному к катоду. Это действие оставляет большую площадь на стыке без каких-либо носителей заряда (положительных дырок или отрицательных электронов) по мере расширения обедненного слоя.Поскольку область перехода теперь обеднена носителями заряда, она действует как изолятор, и по мере того, как более высокие напряжения применяются с обратной полярностью, обедненный слой становится еще шире, чем больше носителей заряда удаляется от перехода. Диод не будет проводить при приложенном обратном напряжении (обратном смещении), за исключением очень небольшого «обратного тока утечки» (I R ), который в кремниевых диодах обычно меньше 25 нА. Однако, если приложенное напряжение достигает значения, называемого «обратным напряжением пробоя» (V RRM ), ток в обратном направлении резко возрастает до точки, где, если ток не ограничен каким-либо образом, диод будет разрушен.

Вольт-амперные характеристики диода

Рис 2.0.7. Типичный диод I / V


Характеристика

Работа диодов, описанная выше, также может быть описана специальным графиком, называемым «характеристической кривой». Эти графики показывают взаимосвязь между фактическими токами и напряжениями, связанными с различными клеммами устройства. Понимание этих графиков помогает понять, как работает устройство.

Для диодов характеристическая кривая называется ВАХ, потому что она показывает взаимосвязь между напряжением, приложенным между анодом и катодом, и результирующим током, протекающим через диод.Типичная ВАХ показана на рис. 2.0.7.

Оси графика показывают как положительные, так и отрицательные значения и поэтому пересекаются в центре. Пересечение имеет нулевое значение как для тока (ось Y), так и для напряжения (ось X). Оси + I и + V (верхняя правая область графика) показывают круто возрастающий ток после области начального нулевого тока. Это прямая проводимость диода, когда анод положительный, а катод отрицательный. Первоначально ток не течет, пока приложенное напряжение не превысит потенциал прямого перехода.После этого ток резко возрастает примерно по экспоненте.

Оси -V и -I показывают состояние обратного смещения (нижняя левая область графика). Здесь видно, что очень небольшой ток утечки увеличивается с увеличением обратного напряжения. Однако, как только достигается обратное напряжение пробоя, обратный ток (-I) резко возрастает.

Начало страницы

Коды нумерации транзисторов и диодов

»Электроника

Pro-Electron, JEDEC и JIS – это отраслевые схемы для нумерации полупроводниковых устройств: диодов, биполярных транзисторов и полевых транзисторов – они позволяют приобретать устройства от разных производителей.


Transistor Tutorial:
Основы транзисторов Усиление: HFE, HFE и бета Характеристики транзистора Коды нумерации транзисторов и диодов Выбор транзисторов на замену


Существует много тысяч различных типов диодов, биполярных транзисторов и полевых транзисторов. Эти полупроводниковые устройства имеют разные характеристики в зависимости от того, как они спроектированы и изготовлены.

В результате важно, чтобы разные полупроводниковые устройства имели разные номера деталей, чтобы отличать их друг от друга.

Изначально производители должны были присваивать устройствам свои собственные номера, но вскоре для полупроводниковых устройств стали использоваться стандартные схемы нумерации деталей, включая диоды, биполярные транзисторы и полевые транзисторы – как JFET, так и MOSFET.

Наличие стандартных отраслевых схем нумерации для полупроводниковых устройств имеет много преимуществ не только для крупных производителей электронного оборудования, но и для любителей и студентов.

Транзистор BC547 – BC в номере детали указывает, что это кремниевый транзистор малой мощности звуковой частоты

Схемы нумерации / кодирования полупроводниковых устройств

Существует множество различных способов организации схемы нумерации.На заре производства термоэмиссионных клапанов (вакуумных трубок) каждый производитель давал номер производимому типу. Таким образом, у устройств было огромное количество разных номеров, многие из которых были практически идентичны. Вскоре стало очевидно, что требуется более структурированный подход, чтобы одно и то же устройство можно было купить независимо от производителя.

То же самое верно и для полупроводниковых устройств, и схемы нумерации, не зависящие от производителя, используются для диодов, биполярных транзисторов и полевых транзисторов.Фактически используется несколько схем нумерации полупроводников:

  1. Проэлектронная схема нумерации Эта схема нумерации диодов, биполярных транзисторов и полевых транзисторов была создана в Европе и широко используется для транзисторов, разрабатываемых и производимых здесь.
  2. Схема нумерации JEDEC Эта схема нумерации диодов и транзисторов была создана в США и широко используется для диодов и транзисторов, которые происходят из Северной Америки.
  3. Схема нумерации JIS Эта система нумерации полупроводниковых устройств была разработана в Японии и используется на диодах, транзисторах и полевых транзисторах, которые производятся в Японии.
  4. Схемы, принадлежащие производителям: Существуют некоторые устройства, в частности специализированные биполярные транзисторы и некоторые полевые транзисторы, на которые отдельные производители могут пожелать сохранить все права на производство. Возможно, они не захотят раскрывать спецификации и методы производства другим, если они используют разработанную ими технику.В этих и подобных случаях производители будут использовать свои собственные схемы нумерации деталей, которые не соответствуют схемам отраслевого стандарта
  5. .

Целью отраслевых стандартных схем нумерации является обеспечение возможности идентификации и описания электронных компонентов и в данном случае полупроводниковых устройств, включая диоды, биполярные транзисторы и полевые транзисторы, чтобы иметь общие электронные компоненты и нумерацию компонентов у нескольких производителей. Для этого производители регистрируют определение новых электронных компонентов в соответствующем агентстве, а затем получают новый номер детали.

Этот подход позволяет компаниям, производящим электронное оборудование, иметь второстепенные источники для своих компонентов и, таким образом, обеспечивать поставки для крупномасштабного производства, а также уменьшать эффект устаревания.

В той или иной степени эти схемы нумерации позволяют подробно описать функции диода, транзистора или полевого транзистора. Схема Pro-Electron предоставляет гораздо больше информации, чем другие.

Pro-Electron или Система нумерации EECA

Схема нумерации Pro-Electron для обеспечения стандартизированной схемы нумерации полупроводников, в частности диодов, транзисторов и транзисторов с полевыми эффектами, была создана в 1966 году на встрече в Брюсселе, Бельгия.

Схема нумерации полупроводниковых диодов, биполярных транзисторов и полевых транзисторов была основана на формате системы, разработанной Маллардом и Филипсом для нумерации термоэмиссионных клапанов или электронных ламп, которая существовала с начала 1930-х годов. В нем первая буква обозначает напряжение и ток нагревателя, вторая и последующие буквы обозначают отдельные функции внутри стеклянной оболочки, а остальные цифры обозначают основание клапана и серийный номер для типа.

Схема Pro-Electron взяла это и использовала буквы, которые редко использовались в описаниях нагревателей для обозначения типа полупроводника, а затем использовала вторую букву для определения функции.Сходство существовало между обозначениями клапана / трубки и обозначениями, используемыми для полупроводниковых устройств. Например, «А» использовался для диода и т. Д.

Схема получила широкое распространение, и в 1983 году управление ею перешло к Европейской ассоциации производителей электронных компонентов (EECA).

Первое письмо

  • A = Германий
  • B = кремний
  • C = арсенид галлия
  • R = Составные материалы

Вторая буква

  • A = Диод – маломощный или сигнальный
  • B = Диод – переменная емкость
  • C = Транзистор – звуковая частота, малой мощности
  • D = Транзистор – звуковая частота, мощность
  • E = туннельный диод
  • F = Транзистор – высокочастотный, маломощный
  • G = Разные устройства
  • H = Диод – чувствительный к магнетизму
  • L = Транзистор – высокочастотный, мощность
  • N = оптрон
  • P = Детектор света
  • Q = излучатель света
  • R = Коммутационное устройство малой мощности, e.г. тиристор, диак, однопереходный
  • S = Транзистор – переключающий малой мощности
  • T = коммутационное устройство малой мощности, например тиристор, симистор
  • U = Транзистор – импульсный, силовой
  • W = Устройство для обработки поверхностных акустических волн
  • X = диодный умножитель
  • Y = диод выпрямительный
  • Z = Диод – опорное напряжение

Последующие символы

Символы, следующие за первыми двумя буквами, образуют серийный номер устройства.Те, которые предназначены для домашнего использования, имеют три цифры, но те, которые предназначены для коммерческого или промышленного использования, имеют букву, за которой следуют две цифры, например, A10 – Z99.

Суффикс

В некоторых случаях может быть добавлена ​​буква суффикса:

  • A = низкое усиление
  • B = среднее усиление
  • C = высокое усиление
  • Без суффикса = неклассифицированное усиление

Это полезно как для производителей, так и для пользователей, поскольку при производстве транзисторов наблюдается большой разброс уровней усиления.Затем их можно отсортировать по группам и пометить в соответствии с их выигрышем.

Используя схему нумерации, можно увидеть, что транзистор с номером детали BC107 – это кремниевый аудиотранзистор малой мощности, а BBY10 – кремниевый диод переменной емкости для промышленного или коммерческого использования. BC109C, например, кремниевый аудиотранзистор малой мощности с высоким коэффициентом усиления

Система нумерации или кодирования JEDEC

JEDEC, Объединенный совет по проектированию электронных устройств, является независимой отраслевой организацией по торговле полупроводниками и организацией по стандартизации.Он обеспечивает множество функций, одной из которых является стандартизация полупроводников, и в данном случае нумерация деталей диода, биполярного транзистора и полевого транзистора.

Самые ранние истоки JEDEC можно проследить до 1924 года, когда была создана Ассоциация производителей радиооборудования – много лет спустя она превратилась в Ассоциацию электронной промышленности, EIA. В 1944 году Ассоциация производителей радиооборудования и Национальная ассоциация производителей электроники учредили объединенный совет по разработке электронных ламп, JETEC.Это было создано с целью присвоения и согласования типов электронных ламп (термоэмиссионных клапанов).

С ростом использования полупроводниковых устройств сфера применения JETEC была расширена, и в 1958 году он был переименован в JEDEC, Объединенный совет по разработке электронных устройств.

Первоначальная нумерация полупроводниковых приборов соответствовала общим очертаниям схемы нумерации ламп и вентилей, которая была разработана: «1» означало «без нити накала / нагревателя», а «N» – «кристаллический выпрямитель».

Первая цифра нумерации полупроводникового прибора была изменена с обозначения отсутствия нити накала на количество PN-переходов в полупроводниковом приборе, а система нумерации была описана в EIA / JEDEC EIA-370.

  • Первое число =
    • 1 = диод
    • 2 = биполярный транзистор или полевой транзистор с одним затвором
    • 3 = полевой транзистор с двойным затвором
    Число соответствует количеству переходов, хотя для полевых МОП-транзисторов это следует интерпретировать немного.
  • Вторая буква = N
  • Последующие цифры = Серийный номер
  • .

Таким образом, устройство с кодом 1N4148 является диодом, а 2N706 – биполярным транзистором.

Иногда к номеру детали добавляют дополнительные буквы, которые часто относятся к производителю. M означает, что производитель Motorola, а TI означает Texas Instruments, хотя добавление A к номеру детали часто означает пересмотр спецификации, например Транзисторы 2N2222A широко доступны, и это обновленная версия 2N2222.Иногда для интерпретации этих чисел требуются некоторые базовые знания.

Схема нумерации полупроводниковых приборов JIS

Японские промышленные стандарты, схема нумерации деталей JIS для полупроводниковых устройств стандартизирована в соответствии с JIS-C-7012.

В этой схеме используется типовой номер, состоящий из числа, за которым следуют два символа, а затем – серийный номер.

Первый номер

Первое число указывает количество переходов в полупроводниковом приборе.

  • 1 = диод
  • 2 = биполярный транзистор или полевой транзистор с одним затвором
  • 3 = полевой транзистор с двойным затвором

Буквы в позициях 2 и 3

  • SA = высокочастотный биполярный транзистор PNP
  • SB = биполярный транзистор звуковой частоты PNP
  • SC = высокочастотный биполярный транзистор NPN
  • SD = биполярный транзистор звуковой частоты NPN
  • SE = диоды
  • SF = тиристор (SCR)
  • SG = устройства Ганна
  • SH = UJT (однопереходный транзистор)
  • SJ = P-канальный JFET / MOSFET
  • SK = N-канальный JFET / MOSFET
  • SM = симистор
  • SQ = светодиод
  • SR = выпрямитель
  • SS = сигнальный диод
  • ST = лавинный диод
  • SV = варакторный диод / варикопорный диод
  • SZ = стабилитрон / диод опорного напряжения

Серийный номер

Серийный номер следует за первой цифрой и двумя буквами типа полупроводникового прибора.Числа от 10 до 9999.

Суффикс

После серийного номера может использоваться суффикс для обозначения того, что устройство было одобрено, т. Е. Есть гарантия, что оно было изготовлено в надлежащих условиях для производства требуемого полупроводникового устройства.

Номера производителей

Несмотря на то, что существуют отраслевые организации для генерации номеров устройств, некоторые производители хотели производить устройства, которые были бы уникальными для них.В некоторых областях это могло бы предоставить устройству уникальную возможность продажи, которую другие производители не могли бы скопировать.

Эти номера полупроводниковых устройств уникальны для производителя, поэтому их можно использовать для идентификации источника.

Некоторые общие примеры приведены ниже:

  • MJ = Motorola power, металлический корпус
  • MJE = Motorola power, пластиковый корпус
  • MPS = Motorola малой мощности, пластиковый корпус
  • MRF = Motorola RF транзистор
  • TIP = силовой транзистор Texas Instruments (пластиковый корпус)
  • TIPL = планарный силовой транзистор TI
  • TIS = TI малосигнальный транзистор (пластиковый корпус)
  • ZT = Ферранти
  • ZTX = Ферранти

Система нумерации или кодирования транзисторов и диодов Pro-electronic предоставляет больше информации об устройстве, чем система JEDEC.Однако обе эти схемы нумерации диодов и транзисторов широко используются и позволяют производить одни и те же типы устройств рядом производителей. Это позволяет производителям оборудования покупать свои полупроводники у разных производителей и знать, что они покупают устройства с одинаковыми характеристиками.

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

Обзор, символы, работа и применение

Диод – это двухконтактное электрическое устройство, которое позволяет передавать ток только в одном направлении. Диод также известен своим свойством однонаправленного тока, когда электрический ток может течь в одном направлении. В основном, диод используется для выпрямления сигналов в радиодетекторах или в источниках питания. Они также могут использоваться в различных электрических и электронных схемах, где требуется «односторонний» результат диода.Большинство диодов изготовлено из полупроводников, таких как Si (кремний), но в некоторых случаях также используется Ge (германий). Иногда полезно резюмировать существующие типы диодов. Некоторые из типов могут перекрываться, но различные определения могут оказаться полезными, чтобы сузить область и предложить обзор различных типов диодов.


Какие бывают типы диодов?

Существует несколько типов диодов, и они доступны для использования в разработке электроники, а именно: обратный диод, диод БАРРИТТ, диод Ганна, лазерный диод, светоизлучающие диоды, легированные золотом диоды , кристалл диод , PN переход, диод Шокли , ступенчатый восстанавливающий диод, туннельный диод, варакторный диод и стабилитрон .

Типы диодов

Подробное описание диодов

Давайте подробно поговорим о принципе работы диода .


Обратный диод

Этот тип диода также называют обратным диодом, и он не очень широко используется. Обратный диод представляет собой диод с PN-переходом, который работает аналогично туннельному диоду. Сценарий квантового туннелирования несет важную ответственность за проведение тока в основном в обратном направлении. С помощью изображения энергетической зоны можно узнать точную работу диода.

Работа обратного диода

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

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

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

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

Обратный диод
Диод BARITT

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

Диод Ганна

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

Диоды Ганна
Лазерный диод

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

Laser Diode
Light Emitting Diode

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

Характеристики светоизлучающих диодов

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

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

Работа светодиода

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

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

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

  • 8505 -940 нм
  • Тип полупроводника

    Длина волны Расстояние Цвет

    Напряжение в прямом направлении при 20 мА

    AS

    Инфракрасный 1.2v
    GaAsP 630-660нм Красный 1,8v
    GaAsP 605-620нм Янтарь 2.0v
    желтый 2,2v
    AIGaP 550-570nm Зеленый 3,5v
    SiC 430-505nm Синий 3 3,6v6 4506 9065n 9038 9038 3,6v6 4506 9065 906 4.0v

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

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

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

    Фотодиод
    PIN-диод

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

    PIN-диод

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

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

    PN Junction Diode

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

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

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

    Прямое смещение в PN-переходах диодов

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

    Обратное смещение диода PN-перехода

    Здесь соединение состоит в том, что положительный и отрицательный края батареи подключены к областям N-типа и P-типа. Это формирует PN-переход с обратным смещением. В этой ситуации приложенные и внутренние электрические поля имеют одинаковое направление.Когда оба электрических поля суммируются, тогда результирующая траектория электрического поля аналогична траектории внутреннего электрического поля. В результате образуется более толстая и увеличенная резистивная область истощения. Область истощения становится более чувствительной и толстой, когда прикладываемый уровень напряжения становится все больше и больше.

    Обратное смещение в диодах с PN-переходом
    Характеристики V-I диода с PN-переходом

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

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

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

    VI в PN-диоде

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

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

    Диод Шоттки

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

    Диод Шоттки
    Ступенчатый восстанавливающий диод

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

    Ступенчатые восстанавливающие диоды
    Туннельный диод

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

    Туннельный диод

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

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

    Варакторный диод или варикап-диод

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

    Варакторный диод
    Стабилитрон

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

    Стабилитрон

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

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

    Области применения стабилитрона

    Стабилитроны широко используются, и лишь немногие из них:

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

    Ниже приведены некоторые другие типы диодов, которые имеют решающее значение в различных приложениях:

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

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

    LED (светоизлучающий диод) | Энциклопедия.com

    Светодиод или светоизлучающий диод – это особый тип диода, который излучает свет при включении в цепь. Диод – это электронное устройство, которое имеет два электрода, расположенных таким образом, чтобы позволить электрическому току течь только в одном направлении. Обладая способностью контролировать поток электронов, диод часто используется в качестве выпрямителя, который представляет собой устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Переменный ток – это электрический ток, который течет сначала в одном направлении, а затем в другом.Поскольку переменный ток, подаваемый в диод, может двигаться только в одном направлении, диод преобразует ток в односторонний поток, известный как постоянный ток.

    Светодиод преобразует электрическую энергию в свет с помощью полупроводника, вещества, которое проводит электрический ток, но очень плохо. Полупроводник для светодиода состоит из очень тонкого среза кристалла. Прозрачный (или часто окрашенный) эпоксидный корпус закрывает полупроводник. Два вывода проходят под эпоксидным кожухом.

    Полупроводник имеет две области – p и n – разделенных переходом.В области p преобладают положительные электрические заряды; В области n преобладают отрицательные электрические заряды (электроны). Переход действует как барьер для потока электронов между областями p и n . Всего

    слов, которые нужно знать

    Диод: Электронное устройство, позволяющее току течь только в одном направлении.

    Выпрямитель: Устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный (DC).

    Полупроводник: Вещество, такое как кремний или германий, способность которого пропускать электрический ток ниже, чем у проводника (например, металла), и выше, чем у изоляторов (например, резины).

    , когда на полупроводник подается достаточное напряжение, может течь ток, и электроны пересекают переход в область p .

    Когда электрический ток подается на полупроводник через выводы светодиода, электроны могут легко перемещаться только в одном направлении через переход между областями p и n .Как только ток начинает течь, электроны в области n обладают достаточной энергией, чтобы переместиться через переход в область p . Попадая в область p , электроны сразу же притягиваются к положительным зарядам. Когда электрон движется достаточно близко к положительному заряду в области p , два заряда «рекомбинируют». Чтобы вернуться в свое низкоэнергетическое положение после рекомбинации с положительным зарядом, электрон должен отдать энергию, полученную им от тока

    , в виде фотонов, которые излучают видимый свет.Это свет, излучаемый светодиодом.

    Цвет, создаваемый светодиодом, зависит от материала, из которого изготовлен его полупроводник. Ранние светодиоды излучали только красный свет. Следующими были представлены зеленые и желтые светодиоды. К середине 1990-х годов были разработаны синие и белые светодиоды.

    Удобство использования

    светодиода обычно используются в качестве световых индикаторов. Они встречаются в электронных игрушках, компьютерах, калькуляторах, телефонах и многих других бытовых устройствах. Они невосприимчивы к электромагнитным помехам, опасностям скачков напряжения и перепадам температуры.Поскольку они представляют собой полностью охлаждающий источник света, светодиоды намного более эффективны, чем стандартные лампы накаливания, которые выделяют много энергии в виде инфракрасного излучения (тепла). Для сравнения: светодиоды часто в десять раз эффективнее.

    Многие города в США заменяют свои лампы накаливания на светофоры светодиодными (сотни светодиодов в массиве), потому что светодиодные блоки более яркие (они имеют одинаковую яркость по всей своей поверхности), они служат дольше (годы против месяцев) , и они намного более энергоэффективны.

    [ См. Также Диод ]

    Типы диодов и их применение

    Различные типы диодов с их характеристиками и применением

    Диод является наиболее часто используемым полупроводниковым устройством в электронных схемах. Это двухконтактный электрический обратный клапан, который позволяет току течь в одном направлении . В основном они состоят из кремния, но также используется германий. Обычно их используют для ректификации. Но есть разные свойства и характеристики диодов, которые можно использовать для разных целей.Эти характеристики изменены для формирования различных типов диодов. В настоящее время доступно несколько различных типов диодов с разными свойствами.

    Некоторые из различных типов диодов с их свойствами и областями применения обсуждаются ниже:

    Диод с P-N переходом

    Диод с P-N переходом изготовлен из полупроводникового материала. Он состоит из двух слоев полупроводников. Один слой легирован материалом P-типа, а другой слой – материалом N-типа.Комбинация этих слоев P- и N-типа образует соединение, известное как соединение P-N. Отсюда и название P-N диод .

    Позволяет току течь в прямом направлении и блокирует его в обратном направлении. Они также известны как выпрямительные диоды, используемые для выпрямления.

    Существуют различные типы диодов, в которых используется P-N переход с изменением концентрации легирования. Они обсуждаются ниже.

    Малый сигнальный диод

    Это тип диода с P-N переходом, который работает с сигналами низкого напряжения.Площадь стыка очень мала. Благодаря этому переход имеет меньшую емкость и низкую емкость накопления заряда. Это позволяет малому сигнальному диоду иметь высокую скорость переключения с очень коротким временем восстановления. Однако его ограничениями являются низкое напряжение и параметры тока .

    Из-за высокой скорости переключения эти типы диодов используются в цепях с высокими частотами.

    Выпрямительный диод

    Выпрямительный диод – это тип диода с P-N переходом, у которого площадь P-N перехода очень велика.Это приводит к высокой емкости в обратном направлении. Имеет низкую скорость переключения.

    Это наиболее распространенный и наиболее часто используемый тип диодов. Эти типы диодов могут выдерживать большие токи и используются для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление , ).

    Диод Шоттки

    Диод Шоттки, названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки, – это тип диода, который состоит из небольшого перехода между полупроводником N-типа и металлом.Он имеет без P-N перехода.

    Плюс диода Шоттки в том, что он имеет очень низкое падение напряжения в прямом направлении и быстрое переключение . Поскольку нет емкостного перехода (P-N переход), скорость переключения диода Шоттки очень высока.

    Ограничение диода Шоттки заключается в том, что он имеет низкое обратное напряжение пробоя и высокий обратный ток утечки.

    Супербарьерные диоды

    Супербарьерные диоды (SBR) также являются выпрямительными диодами, но имеют низкое прямое падение напряжения , как и диод Шоттки.Они имеют низкую обратную утечку тока , как и нормальный диод с P-N переходом.

    SBR использует полевой МОП-транзистор путем короткого контакта между его затвором и истоком.

    SBR имеет низкое прямое падение напряжения, меньший обратный ток утечки и возможность быстрого переключения.

    Светоизлучающий диод (LED)

    Светоизлучающий диод также относится к типу диода с P-N переходом, который излучает свет в конфигурации прямого смещения.

    Светодиод состоит из полупроводника с прямой полосой пропускания. Когда носители заряда (электроны) пересекают барьер и рекомбинируют с электронными дырками на другой стороне, они испускают фотонные частицы (свет). В то время как цвет света зависит от запрещенной зоны полупроводника.

    Светодиод преобразует электрическую энергию в световую.

    Фотодиод

    Фотодиод – это тип диода с P-N переходом, который преобразует световую энергию в электрический ток.Его работа противоположна таковой у LED .

    На каждый полупроводниковый диод влияют оптические носители заряда. Вот почему они упакованы в легкий блокирующий материал.

    В фотодиоде есть специальное отверстие, через которое свет проникает в его чувствительную часть.

    Когда свет (частицы фотона) попадает на PN-переход, он создает пару электрон-дырка. Эти электрон и дырка вытекают как электрический ток. Для повышения его эффективности используется диод PIN-переход .

    Фотодиод используется в обратном смещении, и они могут использоваться в солнечных элементах.

    Лазерный диод

    Лазерный диод похож на светодиод, поскольку он преобразует электрическую энергию в энергию света. Но в отличие от светодиода, лазерный диод излучает когерентный свет.

    Лазерный диод состоит из ПИН-перехода, , где электрон и дырки объединяются вместе во внутренней (I) области. когда они объединяются, он генерирует лазерный луч.

    Лазерные диоды используются в оптической связи, лазерных указателях, приводах компакт-дисков, лазерных принтерах и т. Д.

    Туннельный диод

    Туннельный диод изобрел Лео Эсаки в 1958 году , за что он получил Нобелевскую премию в 1973 году, поэтому он также известен как диод Эсаки .

    Туннельный диод – это сильно легированный диод с P-N переходом . Он работает по принципу туннельного эффекта . Из-за высокой концентрации легирования переходной барьер становится очень тонким. Это позволяет электрону легко уходить через барьер.Это явление известно как туннельный эффект .

    Туннельный диод имеет область на кривой VI , где ток уменьшается по мере увеличения напряжения. Эта область известна как область отрицательного сопротивления . Туннельный диод работает в этой области в различных приложениях, таких как генератор и микроволновый усилитель .

    Обозначение с VI характеристикой Кривая туннельного диода приведена ниже:

    Туннельный диод также проводит ток в обратном направлении и является устройством быстрого переключения.

    Стабилитрон

    Стабилитрон назван в честь Кларенса Малвина Зенера , открывшего эффект Зенера .

    Это тип диода, который пропускает ток не только в прямом, но и в обратном направлении. когда обратное напряжение достигает напряжения пробоя, известного как напряжение Зенера , напряжение Зенера позволяет току течь.

    Стабилитрон имеет более высокую концентрацию легирования, чем обычный диод с P-N переходом.Следовательно, он имеет очень тонкую область истощения.

    При прямом смещении он работает как простой диод с P-N переходом (выпрямитель).

    При обратном смещении он блокируется, пока обратное напряжение не достигнет пробоя. После этого он позволяет току течь с постоянным падением напряжения.

    Обратный пробой Зенера вызван двумя причинами: квантовое туннелирование электронов и Лавинный пробой .

    Стабилитрон в основном используется в конфигурации с обратным смещением.Он обеспечивает стабилизированное напряжение для защиты цепей от перенапряжения.

    Обратный диод

    Обратный диод или задний диод представляет собой диод с P-N переходом, который работает аналогично туннельному диоду и стабилитрону . Но рабочие напряжения намного ниже.

    Обратный диод – это, по сути, туннельный диод, у которого одна сторона перехода имеет относительно меньшую концентрацию легирования по сравнению с другой стороной.

    В прямом смещении он работает как туннельный диод , но его туннельный эффект значительно снижен по сравнению с туннельным диодом.В противном случае он работает как обычный диод с фазовым переходом.

    В обратном смещении он работает как стабилитрон , но напряжения пробоя намного ниже.

    Широко не используется, но может использоваться для выпрямления сигнала слабого напряжения (от 0,1 до 0,6 В). Благодаря высокой скорости переключения его можно использовать в качестве переключателя в ВЧ-смесителе и умножителе.

    Лавинный диод

    Лавинный диод представляет собой диод с P-N переходом, который специально разработан для работы в области лавинного пробоя .

    Лавинный пробой – это явление, при котором на переход P-N подается достаточное обратное напряжение. За счет этого неосновной носитель ионизируется и запускает сильный ток в обратном направлении.

    Лавинный диод электрически аналогичен стабилитрону. Однако концентрация легирования стабилитрона относительно выше по сравнению с лавинным диодом.

    Сильное легирование внутри стабилитрона создает небольшой переход, и низкие напряжения могут легко его сломать.Однако лавинный диод имеет широкий переход из-за концентрации легкого легирования. Таким образом, для его пробоя требуется высокое напряжение. Этот широкий переход делает его лучшим устройством защиты от перенапряжения по сравнению с простым стабилитроном.

    Диод подавления переходного напряжения (TVS)

    Диод подавления переходного напряжения или TVS-диод – это тип лавинного диода, который защищает цепь от скачков высокого напряжения.

    TVS-диод способен выдерживать высокие напряжения по сравнению с лавинным диодом.

    Однонаправленный TVS-диод работает аналогично лавинному диоду. он действует как выпрямитель при прямом смещении и как устройство защиты от перенапряжения при обратном смещении.

    Двунаправленный TVS-диод действует как два лавинных диода, последовательно противостоящих друг другу. Он изготавливается как однокомпонентный. Он работает в обоих направлениях и обеспечивает защиту от перенапряжения при использовании параллельно с цепью.

    Диод, легированный золотом

    В диодах такого типа в качестве легирующей примеси (легирующего материала) используется золото или платина.Это позволяет диоду работать с высокой скоростью переключения, но за счет увеличения прямого падения напряжения. Кроме того, его обратный ток утечки выше, чем у обычного диода с P-N переходом.

    Диод постоянного тока

    Диод постоянного тока AKA токоограничивающий диод (CLD) представляет собой двухконтактный диод, сделанный из JFET. Он регулирует ток через него до фиксированного уровня.

    CLD создается путем короткого контакта между затвором и истоком JFET.Он ограничивает ток так же, как стабилитрон ограничивает напряжение.

    Ступенчатый восстанавливающий диод

    Ступенчатый восстанавливающий диод или отключающийся диод – это диод с P-N переходом, который резко прекращает прохождение тока при изменении его направления.

    SRD (ступенчатый восстанавливающий диод) состоит из P-N перехода с очень низкой концентрацией легирования рядом с переходом. Благодаря этому количество носителей заряда (электронов и дырок) вблизи перехода также уменьшается. Следовательно, емкость накопления заряда вблизи перехода становится незначительной.Это позволяет SRD очень быстро переключаться с ВКЛ на ВЫКЛ.

    В нормальном диоде, когда он переключается с прямой проводимости на обратную отсечку, ток кратковременно течет из-за накопленного заряда. Из-за чего нормальному диоду требуется некоторое время на переключение. SRD не накапливает заряд, поэтому может мгновенно прекратить прохождение тока.

    Пельтье или термодиоды

    Пельтье или термодиоды – это тип диодов, тепловое сопротивление которых в одном направлении отличается от другого.Таким образом, генерируемое тепло течет в одном направлении в одну сторону (терминал) и оставляет другую сторону более холодной.

    Этот диод используется для контроля температуры в микропроцессоре и в холодильниках для эффекта охлаждения.

    Вакуумный диод

    Это простейшая форма диода, состоящая из вакуумной трубки и двух электродов (катода и анода). Анод и катод заключены внутри вакуумной трубки (пустой стакан).

    Когда катод нагревается, он испускает электроны, анод улавливает электроны, и поток продолжается.

    Катод может нагреваться прямо или косвенно.

    При прямом смещении свободный электрон на катоде выделяется в вакуум после нагрева. Анод собирает эти электроны, и ток течет.

    При обратном смещении свободный электрон в вакууме отталкивается анодом, поскольку он подключен к отрицательной клемме, поэтому ток не течет.

    Таким образом, ток течет только в одном направлении.

    Варакторный диод

    Варакторный диод, также известный как диод Верикапа, представляет собой конденсаторы с регулируемым напряжением.У них есть переход P-N с переменной емкостью перехода.

    Варакторный диод работает в условиях обратного смещения. Слой обеднения между материалами P- и N-типа варьируется путем изменения обратного напряжения.

    Емкость перехода всех диодов зависит от обратного напряжения, но варакторный диод может использовать этот эффект с большим диапазоном емкости.

    Диоды Varactor применяются в качестве генератора , управляемого напряжением, в контуре фазовой синхронизации, в фильтрах настройки РЧ , и , умножителях частоты .

    Похожие сообщения: Типы микросхем. Классификация интегральных схем и их ограничения

    Диод Ганна

    Диод Ганна AKA « Устройство с переносом электронов » (TED) – это тип диода, имеющего отрицательное сопротивление, как туннельный диод. Он назван в честь британского физика Дж. Б. Ганна , открывшего «эффект Ганна » в 1962 году.

    Диод Ганна не имеет P-N перехода. Фактически, он состоит только из материала типа N , поэтому он не выпрямляет переменный ток и не работает как обычный диод.Это также причина, по которой многие люди называют его «устройством с переносом электронов» (TED) вместо диода.

    Состоит из трех слоев N-типа; два из них, которые находятся на стороне вывода, имеют более высокую концентрацию легирования, тогда как средний тонкий слой имеет меньшую концентрацию легирования.

    Когда напряжение подается на диод Ганна, сначала его ток увеличивается с увеличением напряжения.

    При более высоком напряжении сопротивление среднего слоя начинает увеличиваться с увеличением напряжения.Это приводит к падению тока. Это область отрицательного сопротивления и диод Ганна работает в этой области.

    Диод Ганна используется в генераторе для генерации микроволн высокой частоты .

    PIN-диод

    PIN-диод – это трехслойный диод, то есть P-слой, I-слой и N-слой. Собственный полупроводниковый слой « I » помещен между сильно легированным P и полупроводником N-типа.

    Электрон и дырки из области N- и P-типа соответственно текут во внутреннюю область (I).Как только область «I» полностью заполняется электронными дырками, диод начинает проводить.

    При обратном смещении широкий внутренний слой диода может блокировать и выдерживать высокие обратные напряжения.

    При более высокой частоте PIN-диод действует как линейный резистор. Это из-за того, что PIN-диод имеет плохое время обратного восстановления . Причина в том, что сильно заряженная область «I» не успевает разрядиться во время быстрых циклов.

    На низкой частоте действует как выпрямительный диод.Потому что у него достаточно времени, чтобы разрядиться и выключиться во время цикла.

    Если фотон попадает в область «I» PIN-диода с обратным смещением, он создает пару электрон-дырка. Эта электронно-дырочная пара течет как ток. Таким образом, он также используется в фотодетекторах и фотоэлектрических элементах .

    PIN диоды используются в выпрямлении высокого напряжения, в ВЧ приложениях в качестве аттенюатора и переключающего элемента.

    Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

    SCR – это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство типа P-N-P-N.Он имеет три терминала: анод, катод и затвор.

    SCR – это, по сути, диод с входом внешнего управления, известным как вход затвора. Это позволяет току течь в одном направлении.

    Когда SCR подключен в прямом смещении, он еще не позволяет протекать току. Это известно как режим прямой блокировки .

    Для того, чтобы тиристор работал в прямом режиме, ему необходимо либо необходимое напряжение, чтобы пересечь его предел отключения, либо подать положительный импульс на вход затвора.

    Чтобы выключить SCR, либо уменьшите ток ниже точки удерживающего тока, либо выключите вход затвора и на мгновение закоротите анод-катод.

    При обратном смещении тиристор не пропускает ток даже после подачи затвора. Но если обратное напряжение достигает обратного напряжения пробоя, SCR начинает проводить из-за лавинных явлений.

    SCR используется для управления цепями большой мощности, выпрямления переменного тока высокой мощности.

    Диод Шокли

    Диод Шокли представляет собой четырехслойный диод PNPN.Он похож на SCR, но у него нет входа управления или затвора.

    Диод Шокли имеет тенденцию оставаться «ВКЛЮЧЕННЫМ», когда он включен «ВКЛЮЧЕННЫМ», и имеет тенденцию оставаться «ВЫКЛЮЧЕННЫМ», когда он «ВЫКЛЮЧЕН».

    Как мы знаем, диод Шокли не имеет входа затвора, поэтому единственный способ включить его – подать прямое напряжение, превышающее его напряжение пробоя.

    После подачи напряжения, превышающего его напряжение пробоя, он пропускает ток.

    В состоянии проводимости он не выключится, даже если напряжение снизится от напряжения пробоя.Чтобы он выключился, напряжение должно быть достаточно ниже, чем его напряжение пробоя.

    Точечный контактный диод

    Он также известен как диод Cat Whisker или кристаллический диод .

    Это тип диода, в котором небольшой точечный переход образован между металлической проволокой и полупроводниковым кристаллом N-типа.

    « кошачий усик » представляет собой тонкую пружинящую проволоку из фосфорной бронзы или вольфрама. Он создает точечный переход с полупроводником N-типа, отсюда и название точечный диод .

    Поскольку образующийся переход очень мал, емкость перехода точечного диода очень мала. Таким образом, емкость накопителя для заряда очень мала, что делает его устройством быстрого переключения.

    Во время производства пропускание относительно большого тока через провод с усами для кошачьих усов приводит к образованию небольшой P-области на полупроводнике N-типа . Этот небольшой переход действует как переход P-N.

    Диоды с точечным контактом используются для сигналов низкого напряжения, а также в микроволновых смесителях и детекторах.

    Это одни из наиболее распространенных типов диодов, используемых при проектировании и эксплуатации электронных схем. Если вы хотите добавить другие типы диодов, сообщите нам об этом в поле для комментариев ниже.

    Диодное устройство – Диодное устройство

    Перейти к концу метаданных Перейти к началу метаданных

    Диодное устройство

    Диодное устройство Spectre переводится как диодное устройство ADS.Для получения информации о модели диода см. Модель диода (модель диода с PN-переходом).

    Пример командной строки Spectre:

    d0 (dp dn) диод l = 3e-4 w = 2,5e-4 площадь = 1

    Синтаксис списка соединений Spectre:

    имя n1 n2 имя [параметр = значение ] *

    Синтаксис списка цепей ADS:

    mname : did node1 node2 [param = value ] *

    Схематическое обозначение ADS:

    Параметры экземпляра:

    Для получения информации о формате параметров см. Использование таблиц сопоставления параметров для понимания трансляции

    Отображение параметров диодов
    Имя ADS Блок По умолчанию Имя Призрака Блок По умолчанию
    Площадь 1 площадь
    Периф. 0 перим
    Длина кв.м. л кв.м. 1e-6
    Ширина кв.м. Вт кв.м. 1e-6
    Регион по регион по
    _M 1 кв.м. 1
    Параметры не в модели Spectre
    Температура ° С 25
    Режим нелинейный
    Шум да
    Gd Сименс
    Кд F
    Параметры отсутствуют в модели ADS
    триза ° С
    шкала 1
    Temp = trise + temp («темп» – глобальная переменная ADS)

    Если задано trise , Temp = trise + temp ( temp – глобальная переменная ADS).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *