Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.
Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную.
То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается.
Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.
Конструкция диодов.
Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной»)).
Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.
Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле.
При разогреве, электроны отделяются от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая.
Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.
Типы диодов:
- · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.
- · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор.
- · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения. Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.
- · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике.
Основан на лавинном умножении носителей заряда.
Основан на лавинном умножении носителей заряда.- · Магнитодиод
- · Диоды Ганна. Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.
- · Диод Шоттки. Имеет малое падение напряжения при прямом включении.
- · Полупроводниковые лазеры.
Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне.
- · Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения. Применяются в датчиках света, движения и т. д.
д.- · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей). При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток.
- · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
- · Туннельные диоды, использующие квантовомеханические эффекты. Применяются как усилители, преобразователи, генераторы и пр.
- · Светодиоды (диоды Генри Раунда, LED). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света.
Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать 
- · Варикапы (диод Джона Джеумма) Благодаря тому, что закрытый p—n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью.
Что такое диод и как он работает?
Содержание:
Диод – это прибор, состоящий из двух электродов с односторонней проводимостью. Их используют в выпрямителях электрического тока, в различной радиоаппаратуре, блоках питания и прочих электрооборудовании. В основе его работы лежит такое физическое явление, как полупроводимость. Они имеют самую различную мощность, а также могут быть объединены в диодные мосты, что повышает их эффективность.
Любой диод имеет катод и анод. На схемах эта радиодеталь обозначается в форме треугольника со стрелкой на катод. В данной статье будет рассмотрен принцип работы диода, как он работает, для чего служит и какую структуру он имеет.
В качестве дополнения, статье имеет в себе два видеоролика и одну научно-популярную статья о диодах.
Диодами называют двухэлектродные приборы, обладающие односторонней проводимостью электрического тока. Это их основное свойство используют, например, в выпрямителях, где диоды преобразуют переменный ток электросети в ток постоянный для питания радиоаппаратуры, в приемниках — для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, то есть преобразования их в колебания низкой (звуковой) частоты.
Наглядной иллюстрацией этого свойства диода может быть такой опыт. В цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки от карманного фонаря (3,5 В X 0,26 А), включи любой плоскостной диод, например, из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода, обозначаемый условно треугольником, был бы соединен непосредственно или через лампочку с положительным полюсом батареи, а катод, обозначаемый черточкой, к которой примыкает угол треугольника, с отрицательным полюсом батареи.
Лампочка должна гореть.
Измени полярность включения батареи на обратную — лампочка гореть не будет. Если сопротивление диода измерять омметром, го в зависимости от того, как подключить его к зажимам прибора, омметр покажет различное сопротивление: в одном случае малое (единицы или десятки ом), в другом — очень большое (десятки и сотни килоом). Этим и подтверждается односторонняя проводимость диода.
У диода два электрода: катод — отрицательный и анод — положительный (рис. 13). Катодом служит пластинка германия, кремния или какого-либо другого полупроводника, обладающего электронной проводимостью, или сокращенно полупроводник n-типа (n — начальная буква латинского слова negativus — «отрицательный»), а анодом – часть объема этой же пластинки, но- с так называемой дырочной про-водимостью, или сокращенно полупроводник р-типа (р — начальная буква латинского слова positivus — «положительный»).
Между электродами образуется так называемый р-n переход — пограничная зона, хорошо проводящая ток от анода к катоду и плохо в обратном направлении (за направление тока принято направление, противоположное движению электронов).
Диод может находиться в одном из двух состояний: открытом, то есть пропускном, либо закрытом, то есть непропускном. Диод бывает открыт, когда к нему приложено прямое напряжение Uпр, иначе, его анод соединен с плюсом источника напряжения, а катод — с минусом.
В этом случае сопротивление р-n перехода диода мало и через него течет прямой ток IПр, сила которого зависит от сопротивления нагрузки (в нашем опыте — лам-почка от карманного фонаря). При другой полярности питающего напряжения на р-n переход диода прикладывается обратное напряжение Uобр. В этом случае диод закрыт, его сопротивление велико и в цепи течет лишь незначительный обратный ток диода Iобр. О зависимости тока, проходящего через диод, от значения и полярности напряжения на его электродах лучше всего судить по вольтамперной характеристике диода, которую можно снять опытным путем.
Разные типы диодов.Как работает диод
Можно физически сами диоды не видеть, но результат их действия окружает нас повсюду.
Эти устройства позволяют управлять потоком тока в указанном направлении. Существует много различных вариантов исполнения диодов. В каких случаях это бывает необходимо? Ниже будут рассмотрены примеры и в некоторой степени принцип работы полупроводниковых диодов. Если добавить две металлические обкладки к P и N рабочим областям материала, то получатся электроды анод и катод. Схема подключения электродов к источнику может работать следующим образом:
[stextbox id=’info’]подача напряжения с батарейки к электроду N обеспечивает притяжение позитронов, соответственно к P электроду – электронов; отсутствие напряжения все возвращает в исходное состояние; смена полярности подаваемого напряжения обеспечивает притяжение электронов в обратном направлении к плюсовой пластине, а позитронов – к минусовой. В последнем случае избыточные заряды скапливаются на металлических обкладках, тогда как в центре самого материала образуется мертвая изолирующая зона. [/stextbox]
Таким образом, центральный участок материала становится диэлектриком.
В таком направлении устройство не пропускает ток. Слово происходит от di (double) + -ode. Определение терминов катод и анод диода, относящихся к контактам, известно каждому человеку. Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. Если подать на анод плюс, а на катод – минус, то диод откроется, и электроток по нему потечет. Таким образом, диод – это устройство, которое имеет два электрода: катод и анод. Простое нелинейное электронное устройство, состоящее из двух разных полупроводников. Как устроен диод, хорошо видно на изображении.
Диоды и их разновидности
Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в “семейство” диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название “диод”. Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод – катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой – n.
Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький).
Материал в тему: как определить мощность тока.
Внутреннее сопротивление диода (открытого) – величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду. Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление.
Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.
Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др. Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста можно превратить переменной ток в постоянный, применяются для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.
Какие разновидности диодов существуют.Существует несколько основных видов диодов:
- Диод Шоттки. Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:
- Стабилитрон. Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.
- Варикап. Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.
- Тиристор. Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод – используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92. Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.
- Симистор. Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях. Светодиод. Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.
- Инфракрасный диод. Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.
- Фотодиод. Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.
Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:
Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод – используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92. Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.
Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.
Схема выпрямления
Выпрямительные диоды присутствуют и в низковольтной части блока питания. Только схема включения состоит там не из 4-х диодов, а из двух. Внимательный читатель может спросить: «А почему это используются разные схемы включения? Нельзя ли применить диодный мост и в низковольтной части?» Можно, но это будет не лучшее решение. В случае диодного моста ток проходит через нагрузку и два последовательно включенных диода.
Интересно почитать: все о законе Ома.
В случае использования диодов 1N5408 общее падение напряжения на них может составить величину 1,8 В. Это очень немного по сравнению с сетевым напряжением 220 В. А вот если такая схема будет применена в низковольтной части, то это падение будет весьма заметным по сравнению с напряжениями +3,3, +5 и +12 В.
Применение схемы из двух диодов уменьшает потери вдвое, так как последовательно с нагрузкой включен один диод, а не два.
К тому же, ток во вторичных цепях блока питания гораздо больше (в разы), чем в первичной. Следует отметить, для этой схемы трансформатор должен иметь две одинаковые обмотки, а не одну. Схема выпрямления из двух диодов использует оба полупериода переменного напряжения, также как и мостовая.
Если потенциал верхнего конца вторичной обмотки трансформатора положителен по отношению к нижнему, то ток протекает через клемму 1, диод VD1, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD2 в это время заперт. Если потенциал нижнего конца вторичной обмотки положителен по отношению к верхнему, то ток протекает через клемму 2, диод VD2, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD1 в это время заперт. Получается тот же пульсирующий ток, что и при мостовой схеме.
Интересно почитать! Что такое варистор и где его применяют.
Что означает ВАХ диода?
ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду. Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее. Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору тем больше ток.
Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.
ВАХ диода.Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая.
При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.
[stextbox id=’info’]Только есть здесь один нюанс. Если мы будем и дальше повышать обратное напряжения на диоде, то можно добиться резкого повышения тока. На вольтамперной характеристике этот момент выглядит в виде небольшого «хвостика» причудливо оттопыренного в конце. Это так называемый обратимый пробой диода. Такой пробой не страшен, если напряжение уменьшить то ток снова уменьшится и будет вновь очень незначительным. Явление подобного обратимого пробоя является побочным и для диода его всегда стараются сводить к минимуму.[/stextbox]
Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.
Для чего используют диоды и как включать в цепь?
О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это. Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.
Материал в тему: что такое электрическая цепь.
Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно.
В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста. Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды. Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.
Заключение
Рейтинг автора
Написано статей
Более подробно о диодах, их структуре и применении рассказано в статье «Что такое диод и как он работает». Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.
В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:
www.
radiostorage.net
www.electrikam.com
www.beam-robot.ru
www.elquanta.ru
www.popayaem.ru
www.vsbot.ru
www.cxem.net
www.eltechbook.ru
Предыдущая
ПолупроводникиВиды и устройство оптронов (оптопар)
Как работают диоды и для чего используются | Tech
Как работают диоды
Диод — это электронный компонент, который направляет поток электричества в одном направлении. Они называются «активными компонентами» и являются основными компонентами полупроводников. Они могут регулировать поток электричества, поддерживать постоянное напряжение и извлекать сигналы из радиоволн.
Сначала рассмотрим свойства «полупроводника», используемого в диодах. Материал классифицируется как «проводник», «полупроводник» и «изолятор» в зависимости от того, может ли он проводить электричество.
«Полупроводник», как следует из названия, представляет собой материал со свойствами между проводником, проводящим электричество, и изолятором, который его не проводит.
Металлы являются хорошими проводниками электричества, потому что электроны каждого атома становятся свободными электронами, когда металлические элементы связываются друг с другом. Когда подается напряжение, свободные электроны в кристаллической решетке металла перемещаются и несут электрический заряд, позволяя электричеству течь.
Полупроводники могут вести себя как проводники или изоляторы в зависимости от направления протекающего через них электричества. В металлических полупроводниках не так много свободных электронов. Когда подается напряжение, электроны перемещаются, чтобы заполнить недостающие дырки, или они переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов.
Полупроводники подразделяются на полупроводники p-типа и полупроводники n-типа на основе различий в механизме протекания электричества: полупроводники p-типа — это те, в которых электроны движутся последовательно, чтобы заполнить недостающие отверстия.
Четырехвалентные элементы, такие как кремний, смешанный с трехвалентной добавкой, такой как бор или галлий, становятся полупроводниками р-типа. Полупроводник p-типа имеет больше дырок, чем электронов, что позволяет току течь от дырки к дырке. Поскольку ему не хватает одного электрона, он считается положительно заряженным.
Полупроводники N-типа переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем металлические связи. Четырехвалентные элементы, такие как кремний, смешанный с пятивалентной добавкой, такой как фосфор, становятся полупроводниками n-типа, поскольку они обеспечивают больше электронов в структуре. Поскольку у него есть один дополнительный электрон, он считается отрицательно заряженным.
В PN-диоде электрод, соединенный с полупроводником p-типа, называется анодом (A), а электрод, соединенный с полупроводником n-типа, называется катодом (K). (Рисунок 1)
При присоединении полупроводника n-типа (дополнительный электрон) и p-типа (дополнительная дырка) происходит мгновенный поток электронов со стороны n на сторону p, в результате чего между ними образуется пустая зона.
И наоборот, если «+» подключен к стороне анода, а «-» к стороне катода, заряды «+» и «-» в полупроводнике будут слипаться в P- и N-переходе и компенсировать друг друга, но электронам будет позволено двигаться от катода к аноду, позволяя электричеству течь. (Рисунок 3)
Таким образом, диоды обладают свойством проводить электричество только в фиксированном направлении. Светоизлучающие диоды (СИД), которые мы видим вокруг себя, предназначены для излучения света, когда электричество проходит через PN-переход. Диоды широко используются в различных приложениях, которые поддерживают нашу повседневную жизнь.
Роль диодов
Существует четыре основных области применения диодов:
(1) Исправление
- В обычном блоке питания переменного тока направление тока всегда меняется. Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении; поэтому из переменного тока извлекается только прямой ток. Это известно как выпрямляющее действие диода.
(2) Обнаружение радиоволн
- Диоды играют роль в извлечении аудиосигналов из радиоволн. Это известно как обнаружение волны. Радиоволны создаются путем объединения высокочастотных сигналов, используемых для связи, с низкочастотными сигналами, такими как голос.
(3) Контроль напряжения
- Обычно диоды пропускают ток только в одном направлении. Однако, когда напряжение в противоположном направлении превышает определенное значение, начинает течь ток. Однако, когда напряжение в обратном направлении превышает определенное значение, начинает течь ток, и даже если ток увеличивается, напряжение не меняется. Это называется явлением пробоя, а напряжение, при котором происходит явление пробоя, называется «напряжением пробоя» или «напряжением Зенера». Это явление используется при контроле напряжения на диодах, и диоды, используемые для этой цели, называются диодами Зенера.
(4) Преобразование тока
- Когда свет падает на PN-переход, электроны на стороне N рядом с переходом движутся. В результате электричество продолжает течь, пока горит свет. Это принцип солнечной батареи.
При отсутствии внешнего напряжения работает как батарея, а при подаче напряжения действует как диод. Некоторые диоды реагируют на видимый свет, тогда как другие, реагирующие на невидимый свет, используются в таких приложениях, как светоприемная часть инфракрасных пультов дистанционного управления.
Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении; поэтому из переменного тока извлекается только прямой ток. Это известно как выпрямляющее действие диода.
Типы диодов
Существуют различные типы диодов; следующие наиболее распространенные типы:
Кремниевые диоды
- Самый распространенный тип PN-диода. Чаще всего их называют выпрямительными диодами.
Германиевые диоды
- Подобно кремниевым диодам, эти диоды сочетают в себе PN. Они часто используются для обнаружения волн из-за их низкого прямого падения напряжения, особенно в области, где ток составляет всего 0,1 мА. Однако в настоящее время широко используются диоды с барьером Шоттки из-за высокой стоимости германия.
Диод Шоттки
- Этот диод изготовлен путем соединения металла и полупроводников. Эти диоды имеют лучшие характеристики переключения по сравнению с кремниевыми диодами и поэтому используются в быстродействующих цепях.
Переключающий диод
- Этот диод используется для размыкания и замыкания цепи питания, например переключателя. Он включается, когда напряжение подается в направлении потока мощности, и выключается, когда напряжение подается в обратном направлении.
Диод Эсаки
- В этом диоде используется туннельный эффект, открытый лауреатом Нобелевской премии Леоной Эсаки. Туннельный эффект – это свойство диодов с PN-переходом, которые имеют высокие концентрации примесей, позволяя току течь из-за квантово-механических эффектов. Из-за их чрезвычайно быстрого времени отклика они используются для генерации микроволн.
Светодиод (LED)
- В этом диоде переход излучает свет, когда ток протекает через PN-переход. Когда электричество протекает через полупроводник, дырки и электроны в полупроводнике p-типа объединяются, и энергия излучается в виде света. Иногда он используется как источник питания и выпрямитель.
Стабилитрон
- Этот диод используется для подачи напряжения в направлении, противоположном тому, в котором обычно протекает ток. Он используется для получения постоянного напряжения и защиты цепи от перенапряжения.
Однако в настоящее время широко используются диоды с барьером Шоттки из-за высокой стоимости германия.
Связанные технические статьи
- Какова роль конденсатора в электронных компонентах? Ориентир на механизм
- Что такое индуктор (катушка)? Объяснение его принципа и роли
- Как прочитать код резистора и конденсатора
- Типы конденсаторов. Основные сведения о компонентах
- Типы резисторов. Знание базовых компонентов
Рекомендуемые продукты
Высоковольтные источники питания постоянного тока Matsusada Precision идеально подходят для тестирования диодов и других полупроводников.
Знакомство с диодами – что это такое и как это работает
Если вы знакомы с конденсаторами и резисторами, то вы знаете, что диод – это в основном простейший полупроводник, способный выполнять множество функций, поэтому они также бывают разных форм. Сегодня мы рассмотрим все, что вам нужно знать о диодах.
Однако, прежде чем мы сможем сразу перейти к нашей основной теме дня, давайте рассмотрим основные понятия, которые вы должны знать и которые помогут вам лучше понять диоды:
- Напряжение : Разница электрического потенциала между двумя точками.
- Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, реализующий электрическое сопротивление как элемент цепи.
- Конденсатор : пассивный компонент, накапливающий электрическую энергию в электрическом поле.
- Транзистор : Полупроводниковое устройство с тремя выводами для усиления или переключения электронных сигналов и электропитания.
Если вам нужна дополнительная информация об этих концепциях, ознакомьтесь с этими блогами:
- Введение в электронные компоненты: что такое конденсатор?
- Что такое транзистор? Типы, применение, принцип работы
- Введение в измерительный прибор: что такое мультиметр?
- Что происходит в электрической цепи: напряжение и ток.
- Резисторы: Подтягивающие и подтягивающие резисторы.
- Electronics Circuit: Voltage Dividers
With that said, let’s look at what will be covered in this blog:
- Overview of Diodes
- Variants of Diodes
- Diode symbols and calculations
- Diode Applications
- Diode Проекты
Обзор диодов
Что такое диод?
Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, пропускающий ток только в одном направлении. В основном он имеет незначительное сопротивление на одном конце и высокое сопротивление на другом, чтобы предотвратить протекание тока в обоих направлениях.
Таким образом, диод подобен вентилю в электрической цепи.
Конструкция диода
На самом деле существует много типов диодов, но здесь мы будем говорить о конструкции базового полупроводникового диода.
Ссылка: ВикиучебникКак мы уже упоминали, диод является полупроводником, поэтому он сделан либо из кремния, либо из герани. На изображении выше вы также можете видеть, что диод имеет две клеммы: анод и катод, P-переход и N-переход. В то время как область обеднения предназначена для протекания электронов.
Как работает диод?
Работа диода зависит от взаимодействия между P- и N-переходами. В нормальном сценарии P имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов, в то время как N имеет более низкую концентрацию дырок и более высокую концентрацию свободных электронов, электроны будут двигаться к P и позволят току течь только через P .
Приведенное выше объяснение применимо только к тому, что обычно происходит, теперь давайте рассмотрим некоторые из особых сценариев:
Диод с прямым смещением
Ссылка: electric4u Это может произойти, когда положительный вывод источника подключен к P-переходу и отрицательный вывод источника подключается к N-переходу диода при медленном увеличении напряжения от нуля.
В начале не будет протекать ток из-за потенциального барьера. Однако, если внешнее напряжение, приложенное к диоду, больше, чем прямой потенциальный барьер, диод будет действовать как короткозамкнутый путь, и только тогда ток будет ограничен внешними резисторами.
Диод обратного смещения
Ссылка: electric4uЭто происходит, когда источник напряжения подключен к отрицательной клемме P-перехода, а источник напряжения подключен к положительной клемме N-перехода.
Как вы уже заметили, это имеет эффект, противоположный прямому смещению диода. Из-за электростатического притяжения дырки в P-переходе будут смещены дальше от области истощения, оставив в этой области больше непокрытых отрицательных ионов. Когда это происходит, поток тока будет заблокирован, и ток не будет течь по цепи.
Несмещенный диод
Ссылка: electric4u Когда P- и N-переход соприкасаются друг с другом, дырки начинают распространяться от P-перехода к N-переходу и наоборот. Это связано с разницей в концентрации дырок, как упоминалось ранее.
В конце концов электроны рекомбинируют в обедненной области, и диффузии зарядов больше не будет.
Варианты диодов
Как мы знаем, на рынке существует очень много вариантов диодов. Но сегодня мы будем говорить только о трех распространенных типах, чтобы было легче понять.
Стабилитрон
Ссылка: ВикипедияСтабилитроны представляют собой специальные сильнолегированные полупроводниковые диоды, которые позволяют току течь в противоположном направлении при достаточном напряжении, в отличие от обычных диодов. Он специально разработан для пробоя напряжения неразрушающим способом. Благодаря сильнолегированному полупроводниковому материалу обедненная область может быть очень тонкой, что увеличивает напряженность электрического поля.
Конструкция:
Ref: узнать об электроникеВыпрямительный диод
Ref: 911electronic Выпрямительные диоды представляют собой двухпроводные полупроводники, которые, как и другие диоды, пропускают ток только в одном направлении.
Они сделаны из кремния и способны преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс называется выпрямлением.
Конструкция:
Ref: узнайте об электроникеПопулярные выпрямительные диоды:
| Диод | Максимальный ток | Maximum Reverse Current |
| 1N4001 | 1A | 50V |
| 1N4002 | 1A | 100V |
| 1N4007 | 1A | 1000V |
| 1N5401 | 3A | Код: Electronicsclub
Они используются в полуволновых и полноволновых выпрямителях. В типичных приложениях преобразования энергии используется один или комбинация из четырех диодов.
