Устройство и принцип действия диода: Принцип работы диода

принцип действия и основные параметры

Выпрямительный диод это прибор проводящий ток только в одну сторону. В основе его конструкции один p-n переход и два вывода. Такой диод изменяет ток переменный на постоянный. Помимо этого, их повсеместно практикуют в электросхемах умножения напряжения, цепях, где отсутствуют жесткие требования к параметрам сигнала по времени и частоте.

Принцип работы

Принцип работы этого устройства основывается на особенностях p-n перехода. Возле переходов двух полупроводников расположен слой, в котором отсутствуют носители заряда. Это запирающий слой. Его сопротивление велико.

При воздействии на слой определенного внешнего переменного напряжения, толщина его становится меньше, а впоследствии и вообще исчезнет. Возрастающий при этом ток называют прямым. Он проходит от анода к катоду. Если внешнее переменное напряжение будет иметь другую полярность, то запирающий слой будет больше, сопротивление возрастет.

Разновидности устройств, их обозначение

По конструкции различают приборы двух видов: точечные и плоскостные. В промышленности наиболее распространены кремниевые (обозначение — Si) и германиевые (обозначение — Ge). У первых рабочая температура выше. Преимущество вторых — малое падение напряжения при прямом токе.

Принцип обозначений диодов – это буквенно-цифровой код:

• Первый элемент – обозначение материала из которого он выполнен,
• Второй определяет подкласс,
• Третий обозначает рабочие возможности,
• Четвертый является порядковым номером разработки,
• Пятый – обозначение разбраковки по параметрам.

Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперную характеристику (ВАХ) выпрямительного диода можно представить графически. Из графика видно, что ВАХ устройства нелинейная.

В начальном квадранте Вольт-амперной характеристики ее прямая ветвь отражает наибольшую проводимость устройства, когда к нему приложена прямая разность потенциалов. Обратная ветвь (третий квадрант) ВАХ отражает ситуацию низкой проводимости. Это происходит при обратной разности потенциалов.

Реальные Вольт-амперные характеристики подвластны температуре. С повышением температуры прямая разность потенциалов уменьшается.

Из графика Вольт-амперной характеристики следует, что при низкой проводимости ток через устройство не проходит. Однако при определенной величине обратного напряжения происходит лавинный пробой.

ВАХ кремниевых устройств отличается от германиевых. ВАХ приведены в зависимости от различных температур окружающей среды. Обратный ток кремниевых приборов намного меньше аналогичного параметра германиевых. Из графиков ВАХ следует, что она возрастает с увеличением температуры.

Важнейшим свойством является резкая асимметрия ВАХ. При прямом смещении – высокая проводимость, при обратном – низкая. Именно это свойство используется в выпрямительных приборах.

Коэффициент выпрямления

Анализируя приборные характеристики, следует отметить: учитываются такие величины, как коэффициент выпрямления, сопротивление, емкость устройства. Это дифференциальные параметры.

Он отражает качество выпрямителя.

Его можно рассчитать: он будет равен отношению прямого тока прибора к обратному. Такой расчет приемлем для идеального устройства. Значение коэффициента выпрямления может достигать нескольких сотен тысяч. Чем он больше, тем лучше выпрямитель делает свою работу.

Основные параметры устройств

Какие же параметры характеризуют приборы? Основные параметры выпрямительных диодов:

• Наибольшее значение среднего прямого тока,
• Наибольшее допустимое значение обратного напряжения,
• Максимально допустимая частота разности потенциалов при заданном прямом токе.

Исходя из максимального значения прямого тока, выпрямительные диоды разделяют на:

• Приборы малой мощности. У них значение прямого тока до 300 мА,
• Выпрямительные диоды средней мощности. Диапазон изменения прямого тока от 300 мА до 10 А,
• Силовые (большой мощности). Значение более 10 А.

Существуют силовые устройства, зависящие от формы, материала, типа монтажа. Наиболее распространенные из них:

• Силовые приборы средней мощности. Их технические параметры позволяют работать с напряжением до 1,3 килоВольт,
• Силовые, большой мощности, могущие пропускать ток до 400 А. Это высоковольтные устройства. Существуют разные корпуса исполнения силовых диодов. Наиболее распространены штыревой и таблеточный вид.

Выпрямительные схемы

Схемы включения силовых устройств бывают различными. Для выпрямления сетевого напряжения они делятся на однофазные и многофазные, однополупериодные и двухполупериодные. Большинство из них однофазные. Ниже представлена конструкция такого однополупериодного выпрямителя и двух графиков напряжения на временной диаграмме.

Переменное напряжение U1 подается на вход (рис. а). Справа на графике оно представлено синусоидой. Состояние диода открытое. Через нагрузку Rн протекает ток. При отрицательном полупериоде диод закрыт. Поэтому к нагрузке подводится только положительная разность потенциалов. На рис. в отражена его временная зависимость. Эта разность потенциалов действует в течение одного полупериода. Отсюда происходит название схемы.

Самая простая двухполупериодная схема состоит из двух однополупериодных. Для такой конструкции выпрямления достаточно двух диодов и одного резистора.

Диоды пропускают только положительную волну переменного тока. Недостатком конструкции является то, что в полупериод переменная разность потенциалов снимается лишь с половины вторичной обмотки трансформатора.

Если в конструкции вместо двух диодов применить четыре коэффициент полезного действия повысится.

Выпрямители широко используются в различных сферах промышленности. Трехфазный прибор задействован в автомобильных генераторах. А применение изобретенного генератора переменного тока способствовало уменьшению размеров этого устройства. Помимо этого, увеличилась его надежность.

В высоковольтных устройствах широко применяют высоковольтные столбы, которые скомпонованы из диодов. Соединены они последовательно.

Импульсные приборы

Импульсным называют прибор, у которого время перехода из одного состояния в другое мало. Они применяются для работы в импульсных схемах. От своих выпрямительных аналогов такие приборы отличаются малыми емкостями p-n переходов.

Для приборов подобного класса, кроме параметров, указанных выше, следует отнести следующие:

• Максимальные импульсные прямые (обратные) напряжения, токи,
• Период установки прямого напряжения,
• Период восстановления обратного сопротивления прибора.

В быстродействующих импульсных схемах широко применяют диоды Шотки.

Импортные приборы

Отечественная промышленность производит достаточное количество приборов. Однако сегодня наиболее востребованы импортные. Они считаются более качественными.

Импортные устройства широко используются в схемах телевизоров и радиоприемников. Их также применяют для защиты различных приборов при неправильном подключении (неправильная полярность). Количество видов импортных диодов разнообразно. Полноценной альтернативной замены их на отечественные пока не существует.

Принцип работы диода Шоттки, что такое диод Шоттки

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.

• Разновидности диодов Шоттки
• Особенности и принцип работы диода Шоттки
• Металл-полупроводник: принцип работы перехода
• Преимущества и недостатки диода Шоттки
• Маркировка и схема диода Шоттки
• Работа в ИБП
• Применение

org/ImageObject”>

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

• высокой;
• средней;
• малой мощности.

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

• минимальным обратным током;
• стремящейся к нулю собственной емкостью;
• обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
• при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

• надежное удерживание электротока;
• минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
• быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

• утечке на корпус;
• электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые “подергивания” вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

1. Выпаять элемент и схемы.
2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
3. Выполнить проверку мультиметром.

org/ImageObject”>

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме “диод”. Потому лучше устанавливать режим “омметр” и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

• бытовых электроприборов;
• стабилизаторов напряжения;
• во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
• в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 13 чел.
Средний рейтинг: 4.9 из 5.

Как работают диоды? | Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

Эта страница частично использует JavaScript. Эта страница может работать неправильно, если эти функции не поддерживаются вашим браузером или настройка отключена.​
Пожалуйста, ищите необходимую информацию на следующих страницах:

Диоды имеют два вывода: анод и катод. Протекает ток или нет, зависит от направления напряжения, подаваемого на эти клеммы. Эта операция называется выпрямлением и является основной операцией диодов.

Диод имеет две клеммы: анод (положительная сторона) и катод (отрицательная сторона).
Диод проводит ток, когда напряжение на аноде выше напряжения на катоде более чем на значение, указанное в техническом описании (примерно 0,7 В в случае кремниевых диодов с p-n-переходом). Он не проводит ток, когда разность потенциалов анода и катода меньше этого значения. Такое действие называется исправлением. Эта характеристика диода может использоваться для схем выпрямителей, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток (преобразование переменного тока в постоянный), защиты от обратного тока батареи (защита от обратного тока) и обнаружения радиоволн.
Состояние смещения, в котором вывод анода выше, чем вывод катода, называется прямым смещением, а состояние, в котором оно ниже, называется обратным смещением.
Когда к диоду прикладывается обратное смещение и это напряжение увеличивается, ток внезапно начинает течь с напряжением, называемым напряжением пробоя. Напряжение пробоя практически не зависит от тока. Используя эту характеристику, диоды также используются в цепях постоянного напряжения и в настоящее время для защиты от электростатического разряда и перенапряжения. Однако обычные диоды подвержены деградации и необратимому повреждению, когда они работают в области пробоя. Поэтому для этих применений необходимо использовать специальные диоды, такие как диоды Зенера или диоды для защиты от электростатического разряда.

Рис. 1 Символ диода и название клеммыРис. 2 ВАХ диода с pn-переходом Рис. 3 Диодное выпрямление (полуволновое выпрямление)Рис. 4 Схема детектора на диодной основе

Для получения информации о продуктах перейдите по следующим ссылкам.

• Диоды TVS (диоды защиты от электростатических разрядов)
• Диоды с барьером Шоттки
• Выпрямительные диоды

• Каталог

• Переключение диодов
• Стабилитроны
• Диоды переменной емкости

Продукты

электронное обучение

• Базовые знания о дискретных полупроводниковых устройствах

электронное обучение

• Основы диодов TVS (диоды защиты от электростатического разряда)

электронное обучение

Откроется новое окно

Определение, схема, V-I характеристики и применение

Диод — это электронное устройство, которое проводит электричество только в одном направлении. Это устройство, которое широко используется в современной электронике. В этой статье мы подробно узнаем о диодах, их свойствах, обозначениях, типах и многом другом.

Что такое диод?

Слово «диод» состоит из двух слов, т. е. «Di» означает «два», а «Ode» означает «электроды», что означает, что устройство или компонент имеет два электрода. (то есть катод и анод). Диод — это электронное устройство с двухполюсным однонаправленным источником питания, т. е. он имеет две клеммы и позволяет току течь только в одном направлении. Диоды широко используются в современных цепях для защиты цепей от перенапряжения, а также для преобразования переменного тока в постоянный.

Обозначение диода

Диоды обозначаются специальными символами, а символ стандартного диода приведен ниже. На приведенной схеме видно, что диод имеет два вывода, которые называются катодом и анодом. Символ стрелки представляет собой анод, а другой конец представляет собой катод. Ток течет от катода к аноду в условиях прямого смещения. Общее представление диода приведено ниже,

 

Конструкция диода

Мы знаем, что существует два типа полупроводниковых материалов: внутренние и внешние полупроводники. В собственных полупроводниках число электронов и концентрация дырок равны при комнатной температуре. Во внешнем полупроводнике к полупроводнику добавляют примеси, чтобы увеличить количество электронов или количество дырок. Эти примеси бывают пятивалентными (мышьяк, сурьма, фосфор) или трехвалентными (бор, индий, алюминий).

Полупроводниковый диод имеет два слоя. один слой – полупроводник p-типа, а другой – полупроводник n-типа.

• Если мы добавим трехвалентные примеси в полупроводник (кремний и германий), то появится большее количество дырок и это положительный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой р-типа.
• Если добавить пятивалентные примеси в полупроводники (кремний или германий), то из-за избытка электронов возникает отрицательный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой n-типа.

Работа диода

В области N-типа большинство носителей заряда — электроны, а меньшинство — дырки. Принимая во внимание, что в области P-типа большинство носителей заряда являются дырками, а меньшинство носителей заряда – электронами. Из-за разницы концентраций диффузия происходит в основных носителях заряда, и они рекомбинируют с неосновными носителями заряда, которые затем собираются вблизи перехода, и эта область известна как Район истощения .

• Когда анод или p-тип диода соединен с отрицательной клеммой, а n-тип или катод соединен с положительной клеммой батареи, такой тип соединения называется условием обратного смещения .
• Когда анодный или p-тип диода соединяется с положительным полюсом, а n-тип или катод соединяется с отрицательным полюсом батареи, такой тип соединения называется Условие прямого смещения.

Характеристики диода

Характеристики диода легко понять по следующим трем заголовкам.

• Диод прямого смещения
• Диод обратного смещения
• Диод нулевого смещения ИЛИ диод без смещения

Диод прямого смещения

к положительной клемме источника или батареи и отрицательной клемме к n-типу, то этот тип соединения называется прямым смещением. При прямом смещении направление встроенного электрического поля вблизи перехода и приложенного электрического поля противоположны по направлению. Это означает, что результирующее электрическое поле имеет меньшую величину, чем встроенное электрическое поле, из-за этого меньше удельное сопротивление и, следовательно, обедненная область тоньше. В кремнии при напряжении 0,6 В сопротивление области обеднения становится совершенно пренебрежимо малым.

Диод обратного смещения

При обратном смещении n-тип подключается к положительной клемме, а p-тип подключается к отрицательной клемме батареи. В этом случае приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление, и результирующее электрическое поле имеет более высокую величину, чем встроенное электрическое поле, создавая более активное сопротивление, поэтому обедненная область толще. если приложенное напряжение становится больше, то область обеднения становится более резистивной и толстой.

ВАХ диода в условиях прямого и обратного смещения:

 

Диод с нулевым смещением ИЛИ Диод без смещения

Когда к полупроводникам не подключен внешний источник, он называется диодом без смещения. электрическое поле создается поперек обедненного слоя между материалом p-типа и n-типа. это происходит из-за несбалансированного нет. электронов и дырок из-за легирования. При комнатной температуре для кремниевого диода барьерный потенциал составляет 0,7 В.

Идеальные диоды

Идеальные диоды — это диоды, которые используются для управления направлением тока. Идеальный диод позволяет току течь только в одном направлении, называемом прямым направлением, тогда как ток, текущий в обратном направлении, блокируется.

В условиях обратного смещения идеальные диоды выглядят как разомкнутая цепь, и в этом состоянии напряжение на диоде отрицательно.

Типы полупроводниковых диодов

Существуют различные типы полупроводниковых диодов, которые широко используются в нашей повседневной жизни, некоторые из них,

• LED
• P-N Junction Diode
• Zener Diode
• Photodiode
• Schottky Diode

 

LED

LED is also called a Light Emitting Diode, it is the most useful kind of diode when the diode при прямом смещении, ток, протекающий через соединение, излучает свет, и поэтому они широко используются в качестве лампочек для освещения.

Диод с соединением P-N

Диоды с соединением P-N, также называемые выпрямительными диодами, используются для процесса выпрямления. В диоде с PN-переходом используются два слоя полупроводниковых материалов. Для диода с PN-переходом один слой выполнен из полупроводникового материала P-типа, а другой — из материала N-типа. Комбинация этих двух слоев образует соединение, известное как соединение P-N. Таким образом, происходит название диода с P-N переходом.

Ток в диоде P-N перехода протекает в режиме прямого смещения и блокируется в режиме обратного смещения.

Дополнительная информация о VI Характеристики диода с P-N переходом Диод Зенера применяется для регулирования напряжения. Диод Зенера представляет собой диод с сильно легированным p-n переходом, предназначенный для работы в условиях обратного смещения.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки — это специальные диоды с P-N переходом, предназначенные для работы в низковольтных областях, в идеале в диапазоне напряжений от 0,15 до 0,4 В. Они сделаны по-разному, чтобы получить максимальную производительность при низком напряжении. Диоды Шоттки широко используются в выпрямительных устройствах.

Диод с переменной емкостью

Этот тип диода также называется диодом VARICAP, несмотря на то, что выход переменной емкости может иметь обычный диод с p-n переходом, но этот диод одобрен для обеспечения предпочтительного изменения емкости, поскольку они разных типов диода.

Фотодиод

Фотодиод вырабатывает ток, когда на него падает определенное количество световой энергии. Это специальные диоды, которые могут обнаруживать любой падающий на них свет. Они работают в условиях обратного смещения и используются в солнечных батареях и фотометрах.

Применение полупроводникового диода

Полупроводниковый диод имеет самые разные применения, и некоторые из применений полупроводниковых диодов следующие:

• Выпрямительный диод: Выпрямительный диод — это тип диода, который используется для выпрямления переменного тока (AC).
• Светодиод: Светодиоды — это диоды, используемые для освещения.
• Стабилитрон: Стабилитрон используется для стабилизации тока и напряжения в электронных системах.
• Фотодиод: Фотодиоды используются для обнаружения света.
• Переключающий диод:   Переключающие диоды используются для обеспечения быстрого переключения в цепях.
• Туннельный диод: Туннельный диод — это специальный тип, используемый в области отрицательного сопротивления.

Read, More

• Разница между диодом PN -соединителя и ZenerEdode
• Разница между диодом Zener и нормальным выпрямительным диодом

FAQs на диодах

DIO?

Ответ:

Электронное устройство с двумя выводами, которое проводит электричество только в одном направлении, называется диодом.

Вопрос 2: Что такое допинг?

Ответ: 

Легирование — это процесс добавления примесей в полупроводник, в результате чего образуется больше электронно-дырочных пар. Добавляемые примеси обычно представляют собой пятивалентные и трехвалентные примеси.

Вопрос 3: Какие типы полупроводников используются в производстве диодов?

Ответ:

Кремниевые и германиевые полупроводники чаще всего используются для производства диодов.

Вопрос 4: Какой диод используется в качестве регулятора напряжения?

Ответ:

Стабилитрон обычно используется в качестве регулятора напряжения.

Вопрос 5: Почему стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения?

Ответ:

Стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, поскольку он также работает в условиях обратного смещения.

Вопрос 6: Каково напряжение пробоя диода?

Ответ:

В условиях обратного смещения, когда приложенное напряжение постепенно увеличивается в определенной точке, наблюдается увеличение обратного тока, это пробой перехода, соответствующее приложенное напряжение известно как напряжение пробоя диод с p-n переходом.

Вопрос 7: Какие бывают диоды?

Ответ:

Существуют различные типы диодов, наиболее важными из которых являются 9.