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

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый элемент, пропускающий ток только в одном направлении. Принцип работы диода основан на свойствах проводимости полупроводников, а именно на электронно-дырочном переходе.

На принципиальной электрической схеме диоды изображаются следующим образом:

 

Диоды изготавливают в основном методами сплавления и методом диффузии. Метод сплавления заключается в сплавлении пластин p и n – типов, а метод диффузии состоит во внедрении примесных атомов в полупроводниковую пластину. Благодаря этим способам изготавливаются большие площади p – n переходов – до 1000 мм2. А чем больше площадь перехода, тем больший ток можно через него пропускать.

Существуют также точечные (высокочастотные) диоды, площадь их p – n перехода меньше 0,1 мм2. Такие диоды изготавливаются с помощью соединения металлической иглы с полупроводником. Применяются точечные диоды в аппаратуре сверхвысоких частот при значении тока 10-20 мА.

Основные виды полупроводниковых диодов по функциональному назначению: выпрямительные, стабилитроны, импульсные, светодиоды, фотодиоды и т.д.

Выпрямительными называют полупроводниковые диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Такие диоды изготавливают методами сплавки и диффузии, для того чтобы создать большую площадь p-n перехода, так как через них протекают большие токи. Сам процесс выпрямления переменного тока заключается в свойстве диода хорошо проводить ток в одном направлении и практически не проводить его в другом.

Ниже изображена схема простейшего однополупериодного выпрямителя. Работает он следующим образом: положительный полупериод напряжения Uвх, диод V пропускает практически без изменения, и напряжение Ur практически равно Uвх. Но в момент времени, когда полупериод напряжения отрицательный, диод включен в обратном направлении и все напряжение Uвх падает на диоде, а напряжение на резисторе практически равно нулю

 

 На рисунке схематично изображен график напряжения на резисторе.

 

Стабилитронами (опорными диодами) называются полупроводниковые диоды предназначенные для стабилизации постоянного напряжения. Для стабилизации напряжения в стабилитронах используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики в области электрического пробоя, для этого их включают в обратном направлении. При изменении тока протекающего через стабилитрон от значения Iстmin до Iстmax напряжение на нем почти не изменяется.

 

Стабилитроны стабилизируют напряжение от 3,5 В, а для стабилизации меньшего напряжения используют стабисторы. В стабисторах используют прямую ветвь вольт-амперной характеристики, поэтому их включают в прямом направлении.

Импульсным называется диод, который предназначен для работы в импульсных схемах. В прямом направлении импульсный диод хорошо проводит электрический ток. При обратном включении такого диода, обратный ток в нем резко увеличивается, а через короткий промежуток времени исчезает. Таким образом получается электрический импульс.

 

  • Просмотров:
  • Полупроводниковые диоды – Пособие по электротехнике

                Полупроводниковым диодом называется электро преобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющим два вывода.

                Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 2.2.

    Рис. 2.2. Схема структуры полупроводникового диода (а)

    и его графическое обозначение (

    б)

                Буквами  p  и  n  обозначены слои полупроводника с проводимостями соответственно  p-типа  и  n-типа. В контактирующих слоях полупроводника (область pn-перехода на рис. 2.2) имеет место диффузия дырок из слоя p в слой n, причиной которой является то, что их концентрация в слое p значительно больше их концентрации в слое n. В итоге в приграничных областях слоя p и слоя n возникает так называемый обедненный слой, в котором мала концентрация подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Обедненный слой имеет большое удельное сопротивление.

                Ионы примесей обедненного слоя не компенсированы дырками или электронами. В совокупности ионы образуют некомпенсированные объемные заряды, создающие электрическое поле с напряженностью

    Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя p в слой n и переходу электронов из слоя n в слой p. Оно создает так называемый дрейфовый поток подвижных носителей заряда, перемещающий дырки из слоя n в слой p и электроны из слоя p в слой n. Таким образом, в зависимости от полярности проходящего через диод тока, проводимость диода существенно изменяется, приводя к изменению величину проходящего тока.

                Основные характеристики полупроводникового диода представляются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока i, протекающего через диод, от напряжения u, приложенного к диоду. Вольт-амперной характеристикой называют и график этой зависимости (рис. 2.3).

    Рис. 2.3. Вольт-амперная характеристика и основные параметры полупроводникового диода

    Диоды обычно характеризуются следующими параметрами (рис. 2.3):

    1.     обратный ток при некоторой величине обратного напряжения  Iобр, мкА;

    2.     падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод Uпр, в;

    3.     емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины С, пФ;

    4.     диапазон частот, в котором возможна работа без снижения  выпрямленного тока fгр, кГц;

    5.     рабочий диапазон температур.

                Техническими условиями задаются обычно максимальные (или минимальные) значения параметров для диодов каждого типа.

                Так, например, задается максимально возможное значение обратного тока, прямого падения напряжения и емкости диода. Диапазон частот задается минимальным значением граничной частоты 

    fгр. Это значит, что параметры всех диодов не превышает (а в случае частоты – не ниже) заданного техническими условиями значения. Общий вид диодов показан на рис 2.4.

    Рис. 2.4. Конструкция диодов малой мощности (а) и средней мощности (б)

    Полупроводниковый диод. Его характеристики, эквивалентная схема и конструкция. Использование диодов в современной технике

    Электронно-дырочный переход активно используют в полупроводниковых устройствах, например диодах. Главная особенность этих устройств – это возможность пропускать ток только в одном направлении. Это свойство диодов активно применяют при преобразовании переменного тока в постоянный.

    В идеальном полупроводнике характеристика будет иметь следующий вид:

    Но с реальной характеристикой диода будет совпадать только первый квадрант, а обратный ток I0 будет иметь следующий вид:

    При относительно малых значениях обратного напряжения участок 0-1 совпадает с идеальной характеристикой элемента. При увеличении обратного напряжения обратный ток будет возрастать за счет поверхностной проводимости (участок 1-2). При дальнейшем увеличении напряжения электроны будут набирать в электрическом поле значительную энергию и сжиматься с атомами в узлах кристаллической решетки, передавая ее другим электронам. Начинается лавинная генерация электронов и ток значительно возрастет на участке 3-4. Этот процесс называется пробоем диода. Этот пробой не разрушит p-n переход полупроводника, если снизить напряжение обратное на элементе, то диод снова вернется на промежуток 1-2 характеристики. Пробои могут быть:

    • Лавинный – возникает при большой площади p-n перехода и объясняется лавинным ростом количества носителей при ударной ионизации атомов;
    • Тоннельный – возникает при малой площади p-n перехода. При этом возрастет напряженность электрического поля, и электроны будут двигаться вдоль этого поля как будто бы в тоннеле, не встречая на своем пути практически никакого сопротивления.

    Если ток и дальше продолжит свой рост (участок 4-5), то температура перехода резко возрастет, что приведет к его разрушению. Его сопротивление резко упадет и, как следствие, падает напряжение на нем. Произойдет тепловой пробой, что полностью выводит диод из строя.

    Во избежание теплового пробоя необходимо выбирать диод так, чтоб обратное напряжение было меньше, чем напряжение пробоя Uпроб., при котором возникнет электрический пробой. На практике Uмакс. обратное, как правило, составляет около 70% от Uпроб.

    Реальная характеристика зависит также и от температуры, при ее увеличении она смещается вправо (см. рисунок выше).

    Обратную характеристику применяют очень активно в полупроводниковых приборах

    имеющих название стабилитронов. Они выполняют функции защиты электрических цепей от перенапряжений. Более подробно мы рассмотрим стабилитроны в следующих статьях.

    Прямую ветвь полупроводников тоже можно использовать для стабилизации напряжений, но довольно малых значений 0,5 – 1 В. Такие устройства носят название опорных диодов.

    На электрических схемах диод имеет следующее обозначение:

    Та часть полупроводника, которая имеет дырочную проводимость называется анодом, а та, которая имеет электронную – катодом. Чтоб через полупроводник протекал ток, необходимо к аноду приложить положительное напряжение, а к катоду – отрицательное.

    Упрощенная вольт-амперная характеристика диода

    Как мы увидели ранее – характеристика диода нелинейная. Для проведения расчетов электрических цепей, в которых присутствуют полупроводники, нелинейную часть характеристики заменяют эквивалентными линейными элементами и ведут расчет. Такая схема показана ниже:

    Где: D – диод идеальный, Rпр – прямое, Rзв – обратное сопротивления полупроводника, Е – источник напряжения.

    Если заменить вольт-амперную характеристику полупроводника ломаной линией, как это показано ниже:

    Наклон отрезка АЕ будет соответствовать прямому сопротивлению элемента Rпр, точка встречи этого отрезка с горизонтальной осью будет определять значение источника напряжения Е. при отрицательном напряжении анода и положительном катода работать будет правая часть схемы, при обратной ситуации (анод +, катод -), будет работать левая часть схемы.

    Конструкция диода

    Одна из возможных конструкций диода показана ниже:

    Рассмотрим одну из возможных конструкций прибора. Кристалл полупроводника 1 (например, с электронной проводимостью) размещен на металлической основе 3. На верхней части кристалла размещена примесь 2 (например индий), который обеспечивает наличие дырочной проводимости. Кристалл закрыт корпусом 4 во избежание различных механических повреждений p-n перехода.

    С индиевой наплавки сделан изолированный вывод через стеклянный изолятор 5 – это анод прибора. Выводом же катода будет металлический корпус 3, которая также обеспечивает отвод тепла при работе устройства, чем защищает его от теплового пробоя и перегрева.

    В свою очередь полупроводниковые элементы делят на:

    • Малая мощность – ток до 0,3 А;
    • Средняя – от 0,3 до 10 А;
    • Мощные – от 10 А;

    Схемы включения диодов

    Если возникнет необходимость пропускать через полупроводники токи, которые больше их номинальных, соединяют их параллельно, что позволит пропустить больший ток, но возникает необходимость использовать индуктивные делители, для выравнивания токов элементов, схема ниже:

    При больших напряжениях – соединяют последовательно. Но для таких соединений необходимо применять специальных схемы коммутации, чтоб не допустить выход элементов из строя, они показаны ниже:

    Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

    электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

    Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

    Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

    При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

    • 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
    • 0,3 Вольт – для германиевых.

    Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

    • пробой – диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
    • обрыв – здесь, думаю, пояснения излишни.

    Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

    Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр. ), но для начала хватит перечисленных.

    Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

    СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

    Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

    При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

    Iпр=Uн/Rн – все просто – это закон Ома.

    Uн=U-Uоткр – см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

    При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

    Это самое основное, про что надо помнить.

    Теперь – несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

    Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант – условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

    Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

    1. Диоды могут выступать как “развязывающие” элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы “или”.
    2. Защита от переполюсовки (жаргонное – “защита от дураков”). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
    3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод “открывается”, когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш <Uвн+Uоткр питание осуществляется от внутреннего источника, иначе – подключается внешний.

    © 2012-2021 г. Все права защищены.

    Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


    Обычный полупроводниковый диод – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

    Обычный полупроводниковый диод

    Cтраница 3

    Амплитуда управляющего импульса не должна быть больше значения / ус, называемого током спрямления, так как при / у / Ус вольт-амперная характеристика тринистора подобна характеристике обычного полупроводникового диода, в которой отсутствует участок отрицательного сопротивления.  [31]

    Амплитуда управляющего импульса не должна быть больше значения / ус, называемого током спрямления, так как при / у / ус вольт-амперная характеристика тринистора подобна характеристике обычного полупроводникового диода, в которой отсутствует участок отрицательного сопротивления.  [32]

    Как и обычные полупроводниковые диоды, кремниевые стабилитроны в зависимости от величины и полярности приложенного к ним напряжения могут иметь большое или малое сопротивление. Это позволяет использовать кремниевые диоды в переключающих и релейных схемах.  [33]

    В любой ЭВМ используется большое количество электронных элементов. Многие тысячи обычных полупроводниковых диодов и транзисторов, не говоря уже об электронных лампах, входившие в состав схем вычислительных устройств ЭВМ второго поколения, занимали сравнительно много места, их монтаж был очень трудоемок и не очень надежен. К концу 50 – х годов создалась кризисная ситуация: дальнейшее усложнение электронных схем вошло в противоречие с их надежностью, энергоемкостью, стоимостью и местом, необходимым для их размещения. Найденный выход в значительной мере был подсказан практикой, совершенствованием технологии производства транзисторов – самых массовых элементов электроники.  [34]

    Вы правильно считаете, что если фотоэлемент включить в прямом направлении, то величина тока не будет определяться освещенностью фотоэлемента. В этом случае мы получим обычный полупроводниковый диод, включенный в прямом направлении. Как следует из § 3.1, ток при таком включении определяется собственным сопротивлением полупроводника, а не действием запирающего слоя. Так как световой поток воздействует на полупроводник вблизи запирающего слоя, то ток не будет зависеть от освещенности фотоэлемента.  [35]

    HI) аналогична характеристике р-п-перехода обычного полупроводникового диода.  [37]

    В современных передатчиках радиорелейной аппаратуры на транзисторах в качестве мощных смесителей применяются параметрические диоды – варакторы. Зти диоды, в отличие от обычных полупроводниковых диодов, принципиально дозволяют получить усиление модулированного сигнала при преобразовании частоты.  [39]

    Чувствительность фотодиода по току одинакова для обоих режимов работы. Для затемненного фотодиода в диодном режиме ВАХ похожа на несимметричную ВАХ обычного полупроводникового диода и проходит через начало координат. При облучении поток излучения управляет изменением обратного тока, который протекает через диод и нагрузку и создает на ней падение напряжения – выходной электрический сигнал. При малых освещенностях фототок находится в линейной зависимости от излучения.  [40]

    Под действием прямого приложенного напряжения два крайних из них открыты, а средний – закрыт. Под действием управляющего тока средний р-п-пе-реход открывается и тиристор в прямом направлении проводит электрический ток как обычный полупроводниковый диод. При смене полярности приложенного к тиристору напряжения первоначальное ( закрытое) состояние среднего / 7-и-перехода восстанавливается и протекание тока в цепи тиристора прекращается.  [41]

    При Ыб – б 0 вольт-амперная характеристика двухбазового диода it ( iii) аналогична характеристике р-п-перехода обычного полупроводникового диода.  [43]

    При о-б 0 вольт-амперная характеристика двухбазового диода it ( i) аналогична характеристике p – n – перехода обычного полупроводникового диода.  [45]

    Страницы:      1    2    3    4    5

    Полупроводниковый диод .

    Классификация параметры и обозначения…

    Привет, Вы узнаете про полупроводниковый диод, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое полупроводниковый диод,вах диодов,классификация диодов,уго диодов,вольтамперная характеристика диодов,параметры диодов,простейший выпрямитель,простейший стабилизатор,диод , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

    Полупроводниковым диод ом называют электропреобразовательный прибор, который, как правило, содержит один или несколько электрических переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. Принцип работы большинства диодов основан на использовании различных физических явлений в электрических переходах. Наиболее часто в диодах применяют электроннодырочные переходы, контакты металл-полупроводник, анизотипные гетеропереходы. Однако существуют диоды, структура которых не содержит выпрямляющих электрических переходов (например, диод Ганна) либо содержит несколько переходов (например, p-i-n-диод, динистор), а также диоды с более сложной структурой переходов (например, MДM- и MДП-диоды и др.).

    полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

    В отличие от других типов диодов, например, вакуумных, принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике.

    Полупроводниковыми диодами называются полупроводниковые приборы с одним p-n-переходом и двумя выводами.

    Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа.
    Сущесвуют также диодные сборки с множеством выводов.

    классификация диодов .

    Классификация диодов

    Типы диодов по назначению

    • Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
    • Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
    • Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
    • Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
    • Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
    • Параметрические
    • Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
    • Умножительные
    • Настроечные
    • Генераторные

    Типы диодов по частотному диапазону

    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
    • СВЧ

    Типы диодов по размеру перехода

    • Плоскостные
    • Точечные
    • Микросплавные

    Типы диодов по принципу работы и конструкции

    • Диоды Шоттки
    • СВЧ-диоды
    • Стабилитроны
    • Стабисторы
    • Варикапы
    • Светодиоды
    • Фотодиоды
    • Pin диод
    • Лавинный диод
    • Лавинно-пролетный диод
    • Диод Ганна
    • Туннельные диоды
    • Обращенные диоды

    Другие типы

    • Селеновый выпрямитель (вентиль)
    • Медно-закисный выпрямитель (вентиль, купрокс)
    • алмазный диод- применяется в высокотемпературных средах (бурение, иследование других планети т.д.)

    По мощности

    В зависимости от конструктивных особенностей, разные диоды способны рассеивать в пространство различную

    мощность, которая ограничивается тепловым разрушением материала проводимости или p-n перехода. Таким образом, диоды делят на:
    • Маломощные;
    • Средней мощности;
    • Большой мощности (силовые).

    По исполнению корпуса

    Один и тот же вид диода может изготавливаться в различных корпусах. Для портативных устройств лучшим вариантом является диоды в форм-факторе SMD. Проволочные выводы в них заменены контактными площадками. Это обеспечивает им минимальные габаритные размеры, а также позволяет отказаться от монтажа в отверстия платы печатной платы и перейти на поверхностный. Сейчас поверхностным монтажом собирается более 95% портативных устройств. Его просто автоматизировать, а пайка ведется с помощью инфракрасной печи или ручного паяльного фена.

    Рисунок 3.1 – Упрощенная структура и условное графическое обозначение полупроводникового диода.

    Рисунок 3.1 – Устройство плоскостного диода.

    Рисунок 3.1 – Устройство точечного диода.

    Под понятием полупроводникового диода собрано множество приборов с различным назначением. Приборы с одним p—n-переходом;

    1. выпрямительный диод — достаточно мощный, позволяющий получать из переменного тока постоянный для питания нагрузки;
    2. импульсный диод;
    3. лавинно-пролетный диод;
    4. туннельный диод — диод с участком, обладающим отрицательным дифференциальным сопротивлением;
    5. стабилитрон — диод, работающий на напряжении электрического пробоя в обратном направлении;
    6. варикап — диод с управляемой напряжением емкостью ЭДП в обратном включении;
    7. диод с накоплением заряда — импульсный диод с малым временем восстановления обратного сопротивления, выполненный методом диффузии примесей.

    Приборы с иными разновидностями полупроводниковых структур:

    1. диод Ганна — полупроводниковый прибор без p—n-перехода, использующий эффект доменной неустойчивости;
    2. диод шоттки — прибор со структурой металл — полупроводник, с уменьшенным падением напряжения в прямом направлении;

    Фотоэлектрические приборы со структурой типа p—i—n:

    1. фотодиод — диод, преобразующий свет в разность потенциалов;
    2. светодиод — диод, излучающий свет.

    Также, помимо прочего, к диодам относят:

    1. динистор, неуправляемый тиристор , имеющий слоистую p—n—p—n-структуру;

    Плоскостные диоды обладают с высокими емкостными характеристиками. С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока. На больших частотах вследствие того в диоде есть емкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади p-n-перехода.

    В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными p-n-переходами. Нужный точечный p-n-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником. При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта p-n-переход . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Микросплавными называются такие диоды, у которых p-n-переход создается при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом.

    Выпрямительные диоды.

    SMD форм-фактор не подходит для сильноточных диодов. Поэтому там изготавливают диоды в классическом корпусе с двумя выводами. При токах на диоде свыше 10 ампер необходимо уже обеспечивать принудительное охлаждение диода. Для этого они снабжаются болтом и гайкой для крепления к теплоотводящему радиатору. Сейчас серийно выпускаются выпрямительные диоды с максимально допустимым током до 2500 А и напряжением 2000 вольт. Такие модели изготавливаются в дисковом корпусе диаметром около 70 мм. Оба торца являются токоведущими выводами и теплоотводящими поверхностями. Выпрямительные диоды часто делаются в виде сборок по четыре (диодный мост).

    Универсальные диоды .

    Универсальные импульсные диоды применяются в большом количестве при изготовлении бытовых электронных устройств. Там с помощью них реализуют логические операции, выпрямляют токи небольшой величины. Объемы их выпуска наиболее велики. Цена на них при оптовой покупке составляет несколько центов и менее.

    Стабилитроны и варикапы.

    Стабилитроны являются простым сенсором, реагирующим на изменение напряжения. Именно такую функцию они выполняют в стабилизаторах напряжения. При помощи организации специальной схемы, маломощным стабилитроном можно стабилизировать значительные токи.

    Варикапы являются неотъемлемым компонентом современных радиочастотных схем. Именно с помощью них осуществляется модуляция и перестройка частоты. Важнейшая характеристика варикапа — перекрываемая емкость и добротность. От этого зависит, на какой рабочей частоте может работать варикап. Для СВЧ схем требуются очень высокие значения добротности.

    Основные характеристики и параметры диодов

    • Вольт-амперная характеристика
    • Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
    • Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
    • Максимально допустимый постоянный прямой ток
    • Максимально допустимый импульсный прямой ток
    • Номинальный постоянный прямой ток
    • Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
    • Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
    • Диапазон рабочих частот
    • Ёмкость
    • Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
    • Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
    • Максимально допустимая мощность рассеивания

    система параметров приводятся в справочниках.

    Эта система позволяет правильно выбрать диод для применения в конкретных условиях.
    Iпр – прямой ток, проходящий в прямом направлении,
    Uпр – прямое напряжение,
    Iпр max – максимально доступный прямой ток,
    Uобр max – максимально доступное обратное напряжение,
    Iобр – обратный ток диода,
    Uобр – обратное напряжение диода – (постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении).

    • Вольт-амперная характеристика
    • Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
    • Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
    • Максимально допустимый постоянный прямой ток
    • Максимально допустимый импульсный прямой ток
    • Номинальный постоянный прямой ток
    • Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
    • Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
    • Диапазон рабочих частот
    • Ёмкость
    • Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
    • Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
    • Максимально допустимая мощность рассеивания


    Пример: КД204А Iпр = 2 А, Uобрmax = 400 В,
    Uпр = 1.4 В, Iобр = 150 мкА
    Диоды, как нелинейные элементы, характеризуются
    статическим Rc = U/I
    дифференциальным (динамическим) Rдиф = ∆U/∆I

    Условное графическое изображение (УГО)диодов на схемах

    Общее обозначение диода

    Так обозначают на схемах выпрямительные, высокочастотные, импульсные диоды.


    Обозначение стабилитронов


    Обозначение двухстроннего стабилитрона

    Двухсторонний стабилитрон чаще называют двуханодным. Главная прелесть состоит в том, что его можно включать независимо от полярности. Причем стабилитроны одной и той же марки могут быть как двухсторонними, так и односторонними, например, КС162, КС168, КС133 и др. бывают в железных корпусах (или в стекле) и они односторонние, а бывают в пластмассe обычно красного цвета – двуханодные.


    Oбозначение варикапа


    Обозначение варикапной матрицы


    Обозначение туннельного диода


    Oбозначение обращенного туннельного диода


    Oбозначение диода с барьером Шотки (диод Шотки)


    Oбозначение светодиода


    Oбозначение фотодиода

    Плоскостные

    В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока. В той части обозначения, где располагается треугольник , находится p-область, которую еще называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок , находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой.

    Выпрямительные Стабилитрон Туннельные Варикапы Светодиоды Фотодиоды

    Условные графические обозначения элементов, компонентов и устройств волоконно-оптических систем передачи с применением диодов

    обозначение лазерных диодов

    Система маркировки диодов


    1 – исходный материал:
    германий – буква Г или цифра 1 ;
    кремний – буква К или цифра 2 ;
    галлий – буква А или цифра 3 ;
    индий – буква И или цифра 4
    2 – тип прибора:
    А – СВЧ диоды
    В – варикап ы
    Д – выпрямительные и импульсные
    И – туннельные диоды
    Л – излучающие диоды (светодиоды)
    Н – диодные тиристоры ( динисторы )
    С – стабилитрон ы
    Ц – выпрямительные столбы и блоки
    3 – цифры обозначают некоторые основные параметры диода (мощность) (для стабилитронов четвертый элементы характеризуют напряжение стабилизации),
    4 – буквы и /или цифры, обозначающие порядковый номер разработки
    5 – буква, определяющая классификацию по параметрам.

    Вольтамперная характеристика (ВАХ) диодов

    Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создает очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току.

    Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь p-n-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные p-n-переходы соответствующие последнему слову науки и техники.

    Технология создания p-n-перехода получается, за счет ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создает в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии.

    Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными».

    График стабилитрона

    Вольтамперная характеристика (ВАХ) реального диода

    Для технических целей используют ВАХ в линейных координатах.
    При больших напряжениях обратного смещения в диоде может развиться пробой – резкое увеличение обратного тока при незначительном изменении напряжения. При лавинном пробое электроны в электрическом поле p-n перехода приобретают энергию, достаточную для ионизации собственных атомов полупроводника. Это приводит к лавинному размножению носителей заряда, резкому увеличению их локальной концентрации и соответственно тока. После развития лавинного пробоя диод не теряет свою работоспособность. Этот вид пробоя используется в полупроводниковых стабилитронах, о свойствах которых будет сказано далее.
    Тепловой пробой развивается в результате локального разогрева области p-n перехода, и как следствия, увеличения концентрации носителей заряда. Тепловой пробой является необратимым, после которого диод теряет свои свойства и работоспособность.

    Вольтамперная характеристика идеального диода

    Стабилитронами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 Ви выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния.

    Вольтамперная характеристика стабистора

    Принцип действия универсального диода

    Вольт-амперная характеристика диода описывается уравнением Шокли:

    где

    Темновой ток насыщения — ток утечки диода, определяемый его конструкцией, является масштабным коэффициентом. Коэффициент идеальности — также конструктивная характеристика диода. Для идеального диода равен 1, для реальных диодов колеблется от 1 до 2 в зависимости от различных параметров (резкость перехода, степень легирования и пр.)

    простейший выпрямитель

    Простейший выпрямитель

    В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод Vработает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2практически равно входящему напряжению.

    График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя

    При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным.

    Простеший сабилизатор

    Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя.

    Схема простейшего стабилизатора напряжения

    В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон.

    Интересные факты о диодах

    • В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А, Б), и как стабистор (Д220С) Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.
    • Диоды могут использоваться как датчики температуры.
    • Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD-варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету). Существуют радиолюбительские схемы, в которых обычные диоды используются в качестве фотодиода и даже в качестве солнечной батаре

    См. также:

    На этом все! Теперь вы знаете все про полупроводниковый диод, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое полупроводниковый диод,вах диодов,классификация диодов,уго диодов,вольтамперная характеристика диодов,параметры диодов,простейший выпрямитель,простейший стабилизатор,диод и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

    Диоды, выпрямление тока, стабилитроны, тиристоры.

    Разновидности диодов.


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

    Варикапы.

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

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

    Диоды Шоттки.

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

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

    Светодиоды.

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

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

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

    Стабисторы.

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

    Фотодиоды.

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

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

    На главную страницу

    Диоды – конструкция, функции, типы, испытания

    Диод – это полупроводниковый прибор. Диоды играют важную роль в электронных схемах. Они используются в основном в неуправляемых выпрямителях для преобразования переменного тока в фиксированное постоянное напряжение и в качестве обратных диодов для обеспечения пути прохождения тока в индуктивных нагрузках.

    Строительство

    Диоды могут быть изготовлены из двух полупроводниковых материалов: кремния и германия. Силовые диоды обычно изготавливаются из кремния.Кремниевые диоды могут работать при более высоких токах и температурах перехода, и они имеют большее обратное сопротивление.

    Структура полупроводникового диода и его обозначение показаны на рисунке ниже. Диод имеет два вывода: анодный вывод A (P-переход) и катодный вывод K (N-переход). Когда напряжение на аноде больше положительного, чем на катоде, диод считается смещенным в прямом направлении, и он легко проводит ток с относительно низким падением напряжения. Когда напряжение на катоде больше положительного, чем на аноде, диод считается смещенным в обратном направлении и блокирует прохождение тока.Стрелка на символе диода показывает направление обычного тока, протекающего при проводящем диоде.

    Диоды и символ

    Функция диодов

    Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа цепи показывает направление, в котором может течь ток. Диоды – это электрическая версия клапана, и ранние диоды на самом деле назывались клапанами.

    Падение прямого напряжения

    Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как если бы человек толкал дверь пружиной.Это означает, что на проводящем диоде имеется небольшое напряжение, это называется прямым падением напряжения и составляет около 0,7 В для всех обычных диодов, которые сделаны из кремния. Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диод, поэтому они имеют очень крутые характеристики (график вольт-амперной характеристики).

    обратное напряжение

    Когда приложено обратное напряжение, идеальный диод не проводит, но все настоящие диоды пропускают очень крошечный ток в несколько мкА или меньше.Этим можно пренебречь в большинстве схем, потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если оно будет превышено, диод выйдет из строя и пропустит большой ток в обратном направлении, это называется пробоем .
    Обычные диоды можно разделить на два типа: сигнальные диоды, пропускающие небольшие токи 100 мА или менее, и выпрямительные диоды, пропускающие большие токи.Кроме того, есть светодиоды (у которых есть своя страница) и стабилитроны (внизу этой страницы).

    Подключение и пайка

    Соединительные диоды

    Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или для катода (да, это действительно k, а не c, для катод!). Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом; вам может понадобиться увеличительное стекло, чтобы прочитать это на небольших сигнальных диодах!

    Маленькие сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если вы не используете германиевый диод (коды начинаются с OA…), и в этом случае вы должны использовать радиатор, закрепленный на проводе между соединением и корпусом диода. В качестве радиатора можно использовать стандартный зажим типа «крокодил».

    Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.

    Испытательные диоды

    Вы можете использовать мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод), чтобы проверить, проводит ли диод в одном направлении, а не в другом. Лампу можно использовать для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнального диода, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод!

    Диоды сигнальные (малоточные)

    Сигнальные диоды используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они должны пропускать только небольшие токи до 100 мА.

    Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

    Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает их пригодными для использования в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих аудиосигнал из слабого радиосигнала.

    Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются нагревом при пайке, они имеют меньшее сопротивление при проводимости и очень низкие токи утечки при обратном токе. приложено напряжение.

    Защитные диоды для реле

    Диод Максимум
    Ток
    Максимум
    Обратное
    Напряжение
    1N4001 1A 50 В
    1N4002 1A 100 В
    1N4007 1A 1000 В
    1N5401 3A 100 В
    1N5408 3A 1000 В

    Сигнальные диоды также используются с реле для защиты транзисторов и интегральных схем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при отключении катушки реле.На схеме показано, как защитный диод подключается к катушке реле, обратите внимание, что диод подключен «в обратном направлении», поэтому он обычно НЕ проводит. Проводимость возникает только тогда, когда катушка реле выключена, в этот момент ток пытается продолжать течь через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода ток не мог бы течь, и катушка произвела бы разрушительный «всплеск» высокого напряжения, пытаясь удержать ток.

    Выпрямительные диоды (большой ток)

    Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC), процесс, называемый выпрямлением.Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

    Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

    PN Соединительный диод | Это символ и принципиальная схема | Характеристики

    C O N T E N T S

    В этой статье мы узнаем о диоде с PN переходом и его характеристиках следующим образом:

    • Что такое диод с PN переходом?
    • Определение диода с PN-переходом:
    • Принцип работы PN-переходного диода
    • Свойства PN-переходного диода
    • Схема и обозначение PN-переходного диода
    • Эквивалентная схема PN-переходного диода :
    • PN-переход Токовые потоки
    • Идеальное соотношение тока и напряжения
    • PN-переход Характеристики
    • Диодные квази-ферми-уровни
    • Применение PN-перехода Диод

    диод с PN переходом?

    Определение диода с PN переходом:

    Диод с pn переходом – это двухполюсный или двухэлектродный полупроводниковый прибор . «

    « Диод называется диодом с P-N переходом, если он образован P-типом на одной стороне и N-типом на дополнительной или в обратном направлении ».

    Диод должен находиться в прямом смещенном состоянии, чтобы пропускать электрический ток. через это.

    • Если положительное напряжение подключено к клеммам P, ток затем проходит из области P в N, поскольку положительное напряжение помогает пересечь область истощения.Когда мы используем отрицательное напряжение, прикладываемое к р-типу, зона истощения увеличивается и препятствует протеканию тока.

    Как работает диод PN? PN-переходный диод

    Принцип работы PN-переходного диода:

    В диоде с PN-переходом мы будем рассматривать p-n переход с напряжением прямого смещения. Мы можем определить вольт-амперные характеристики. Потенциальный барьер этого p-n перехода уменьшается при приложении к нему напряжения прямого смещения.Это позволит электронам и дырам протекать через область пространственного заряда.

    Когда дырки начинают проходить через p-область по всей области пространственного заряда, они получают избыток неосновных носителей, а именно дырку и дополнительные неосновные носители в результате процесса дрейфа, рекомбинации и диффузии.

    Аналогичным образом, когда электроны в этой области начинают движение через область пространственного заряда к P. Они получают избыточные электроны неосновных носителей заряда.

    Когда полупроводниковые приборы с p-n переходами используются в линейных усилителях, например, изменяющиеся во времени знаки накладываются на постоянные токи и напряжения.Крошечное синусоидальное напряжение, приложенное к постоянному напряжению, приложенному к p-n переходу, инициирует ток слабого сигнала. Пропорция тока к напряжению порождает слабую проводимость этого p-n-пересечения. Полная проводимость p-n-пересечения со смещением в прямом направлении включает параметры как проводимости, так и емкости.

    Какой ток PN перехода?

    Когда напряжение прямого смещения прикладывается к p-n переходу, в устройстве генерируется ток.Это известно как ток P-N перехода.

    Определите идеальное соотношение тока и напряжения:

    Идеальный ток PN перехода:

    Идеальный ток на p-n-пересечении основан на важных компонентах четвертого принципа, упомянутого в предыдущем разделе. Полный ток на пересечении представляет собой сумму этих электронов и дырочных токов, которые остаются постоянными в области истощения.

    Градиенты концентраций неосновных носителей заряда создают диффузионные токи, и поскольку мы считаем, что электрическое поле должно быть «0» на границе пространственного заряда, мы можем пренебречь дрейфовым током для меньшинства в этом подходе.

    Эквивалентная схема диода PN-перехода:

    Эквивалентная схема слабосигнального p-n перехода с прямым смещением выводится из уравнения.

    Y = g d + J ω c d

    Эквивалентная схема PN переходного диода

    Требуется добавить емкость перехода параллельно диффузионному сопротивлению (r d ) и диффузионная емкость. Последним элементом эквивалентной схемы является серия сопротивлений.Нейтральные области n и p имеют сопротивление pf с числом «C», поэтому фактический p-n переход включает последовательное сопротивление, полная эквивалентная схема которого представлена ​​на рисунке выше.

    Напряжение через фактический переход равно – Фактическое напряжение (V a ), а полное напряжение, приложенное к pn-диоду, определяется как (V app ). Таким образом, выражение для идеального состояния выглядит следующим образом:

    V app = V a + Ir s

    ВАХ с прямым смещением для диода с pn переходом с эффектом последовательного сопротивления

    На приведенном выше рисунке показаны VI-характеристики, которые показывают влияние последовательного сопротивления.Напряжение, которое, как правило, может быть больше, необходимо, чтобы найти точно такое же текущее значение, если включена полоса помехоустойчивости. В большинстве диодов показывающее сопротивление, вероятно, будет незначительным. В некоторых полупроводниковых приборах с p-n-переходами, но последовательное сопротивление будет принадлежать некоторой петле обратной связи.

    Обратно-смещенный рекомбинационный ток:

    Если диод с PN-переходом находится в обратном смещении, было обнаружено, что подвижные дырки и электроны были стерты из секции пространственного заряда.Отрицательный сигнал объясняет отрицательную скорость рекомбинации; следовательно, мы фактически генерируем электронно-дырочные пары внутри области обратного смещения пространственного заряда. Рекомбинация избыточных дырок и электронов на процедуре при попытке восстановить тепловой баланс. Учитывая, что концентрация дырок и электронов практически равна нулю в области обратного смещения, дырки и электроны генерируются через уровень ловушки, что также пытается восстановить тепловой баланс.

    Поскольку дырки и электроны генерируются, они захватываются из области пространственного заряда электрическим полем. Поток заряда находится в текущем направлении обратного смещения. Этот производственный ток обратного смещения, который в основном является результатом образования дырок и электронов в области пространственного заряда, добавляется к идеальному току насыщения обратного смещения.

    Прямо-смещенный рекомбинационный ток:

    Для обратносмещенного PN-перехода электроны и дырки выводятся в основном из области пространственного заряда.Однако при прямом смещении электроны и дырки инжектируются через область пространственного заряда; при этом некоторые дополнительные расходы оператора связи могут быть в районе космической платы. Существует определенная вероятность того, что некоторые из этих электронов и дырок также рекомбинируют в течение этого времени.

    Диодные уровни квазиферми

    Каковы применения PN перехода, диода?

    Важные области применения диодов с PN переходом:

    Критические области применения диодов с PN переходом:

    • Диоды с PN переходом могут использоваться в качестве фотодиодов.
    • PN переходной диод может использоваться как солнечные батареи.
    • В качестве светодиода используется диод с прямым смещением на PN переходе.
    • PN-переходной диод, используемый в качестве выпрямителя в устройствах с регулируемым напряжением в варакторах.

    Чтобы узнать больше о диоде, нажмите здесь

    О Soumali Bhattacharya

    В настоящее время я инвестирую в сферу электроники и связи.
    Мои статьи сосредоточены на основных областях базовой электроники с очень простым, но информативным подходом.
    Я хорошо учусь и стараюсь быть в курсе всех последних технологий в области электроники.

    Давайте подключимся через LinkedIn –
    https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/

    Полупроводниковые диоды и символ диода

    Возможно, вы читали о диоде Diode во многих своих учебниках или журналах / веб-сайтах по электронике. Но вы все еще не поняли концепцию? Не волнуйся! В этой статье мы подробно расскажем о полупроводниковом диоде и его свойствах .Что ж, диод – это не что иное, как PN переход. Ранее мы писали две отличные статьи о PN-переходах в CircuitsToday. Пожалуйста, прочтите наши статьи « Общие сведения о PN-переходе », а затем перейдите к «Характеристики соединения PN ». Эти две статьи дадут вам глубокое представление о диоде и его поведении. Теперь давайте немного поговорим о полупроводниковых диодах в целом.

    Что вообще такое диод?

    Двухэлектродное устройство называется «диод ».Его – это просто переход P-N с соединительными выводами или клеммами на двух сторонах перехода P-N. Такие диоды также называют «кристаллический диод », потому что переход вырос из кристалла. Диод допускает однонаправленное течение тока и ограничивает поток в противоположном направлении.

    • Его основные преимущества – дешевизна, меньшие габариты, надежность и высокая эффективность
    • Основное применение – выпрямление, преобразование переменного тока в постоянный

    Полупроводниковый диод может быть изготовлен из кремния или германия.Оба отличаются размером и свойствами.

    Свойства кремниевого диода:
    • Меньшие габариты по сравнению с Ge диодами
    • Пиковое обратное напряжение (PIV) составляет 1000 вольт
    • Кремниевые диоды могут работать при температуре выше 200 градусов Цельсия
    • Прямое падение напряжения 0,7 В
    • Обратный ток кремниевого диода при заданном напряжении практически удваивается на каждые 8 ​​градусов Цельсия повышения температуры.

    Свойства германиевого диода:

    • Размер больше по сравнению с Si-диодом
    • PIV – 400 вольт
    • Работает при температуре от 75 до 80 градусов Цельсия
    • Прямое падение напряжения.3 вольта
    • Обратный ток германиевого диода удваивается на каждые 10 градусов Цельсия

    Схема и графический символ диода:

    диод-pn переход

    На приведенном выше рисунке первый символ представляет собой условное обозначение цепи полупроводникового диода с pn переходом. Сторона «P» диода всегда является положительной клеммой и обозначается как анод для прямого смещения. Другая сторона, которая является отрицательной, обозначается как катод и является стороной «N» диода.

    На рисунке выше второй символ представляет собой графический символ диода.Направление стрелки представляет направление обычного тока, когда диод смещен в прямом направлении.

    Похожие сообщения

    9.8: Полупроводниковые приборы – Физика LibreTexts

    Полупроводники находят множество применений в современной электронике. В этом разделе мы описываем некоторые основные полупроводниковые устройства. Большим преимуществом использования полупроводников в схемных элементах является тот факт, что многие тысячи или миллионы полупроводниковых устройств могут быть объединены на одном крошечном кусочке кремния и соединены токопроводящими дорожками.Полученная структура называется интегральной схемой (ИС), а микросхемы являются основой многих современных устройств, от компьютеров и смартфонов до Интернета и глобальных сетей связи.

    Диоды

    Пожалуй, самое простое устройство, которое можно создать из полупроводника, – это диод. Диод – это элемент схемы, который позволяет электрическому току течь только в одном направлении, как односторонний клапан (см. Модель проводимости в металлах). Диод создается путем соединения полупроводника типа p с полупроводником типа n (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).Соединение между этими материалами называется переходом p-n . Сравнение энергетических зон кремниевого диода показано на рисунке \ (\ PageIndex {1b} \). Положение валентной зоны и зоны проводимости одинаково, но уровни примесей совершенно разные. Когда образуется переход p-n , электроны из зоны проводимости материала типа n диффундируют к стороне p , где они объединяются с дырками в валентной зоне.Эта миграция заряда оставляет положительные ионизированные донорные ионы на стороне n и отрицательные ионизированные акцепторные ионы на стороне p , создавая узкий двойной слой заряда на стыке p n , называемый истощением . слой . Электрическое поле, связанное с обедненным слоем, предотвращает дальнейшую диффузию. Потенциальная энергия электронов на переходе p-n представлена ​​на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Изображение перехода p-n .(б) Сравнение энергетических зон кремния типа p и n до достижения равновесия.

    Теперь можно понять поведение полупроводникового диода. Если положительная сторона батареи подключена к материалу типа n , слой обеднения расширяется, и разность потенциальной энергии на переходе p-n увеличивается. Немногие электроны (дырки) или ни один из них не обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть потенциальный барьер, и ток значительно снижается.Это называется конфигурацией с обратным смещением . С другой стороны, если положительная сторона батареи подключена к материалу типа p , слой обеднения сужается, разность потенциальной энергии на переходе p-n уменьшается, и электроны (дырки) легко перемещаются. Это называется конфигурацией прямого смещения диода . В общем, диод позволяет току свободно течь в одном направлении, но предотвращает протекание тока в противоположном направлении.В этом смысле полупроводниковый диод представляет собой односторонний клапан.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): В состоянии равновесия (а) избыточный заряд находится около границы раздела, а общий ток равен нулю, и (б) разность потенциальной энергии для электронов (выделена голубым цветом) предотвращает дальнейшую диффузию электронов. в p – сторона.

    Мы можем оценить математическую связь между током и напряжением диода, используя концепцию электрического потенциала. Рассмотрим N отрицательно заряженных основных носителей (электроны, отданные примесными атомами) в материале типа n и потенциальный барьер V на переходе p-n .{eV_b / k_BT} – 1 \ right). \]

    Примерный график зависимости тока от напряжения смещения приведен на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). В конфигурации прямого смещения небольшие изменения напряжения смещения приводят к большим изменениям тока. В конфигурации с обратным смещением ток равен \ (I_ {net} \ приблизительно -I_0 \). При экстремальных значениях обратного смещения атомы в материале ионизируются, что вызывает лавину тока. Этот случай имеет место при напряжении пробоя .

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Зависимость тока от напряжения на переходе p-n (диод).{-5} эВ / K} \ left (\ dfrac {1} {19} \ right) = 73 \, K. \ nonumber \]

    Значение

    Ток, протекающий через диод в конфигурации прямого и обратного смещения, чувствителен к температуре диода. Если потенциальная энергия, поставляемая батареей, велика по сравнению с тепловой энергией окружающей среды диода, \ (k_BT \), то прямой ток смещения очень велик по сравнению с обратным током насыщения.

    Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

    Как величина прямого тока смещения соотносится с величиной тока обратного смещения?

    Решение

    Ток прямого смещения намного больше.В хорошем приближении диоды пропускают ток только в одном направлении.

    Создайте переход p n и проследите за поведением простой схемы для прямого и обратного напряжения смещения. Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о полупроводниковых диодах.

    Переходный транзистор

    Если диоды – это односторонние клапаны, транзисторы – это односторонние клапаны, которые можно осторожно открывать и закрывать для регулирования тока. Особый вид транзистора – это переходной транзистор.Переходный транзистор состоит из трех частей, включая полупроводник типа n , также называемый эмиттером; тонкий полупроводник типа p , являющийся базой; и еще один полупроводник типа n , называемый коллектором (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)). Когда положительный вывод подключен к слою типа p (основание), небольшой ток электронов, называемый базовым током \ (I_B \), течет к выводу. Это заставляет большой ток коллектора \ (I_C \) течь через коллектор.Базовый ток можно регулировать для управления большим током коллектора. Таким образом, текущий прирост составляет

    .

    \ [I_c = \ beta I_B. \]

    Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): переходной транзистор состоит из трех частей: эмиттера, базы и коллектора. Напряжение, приложенное к базе, действует как клапан для управления электрическим током от эмиттера к коллектору.

    Переходный транзистор может использоваться для усиления напряжения от микрофона для управления громкоговорителем. В этом приложении звуковые волны заставляют диафрагму внутри микрофона быстро двигаться внутрь и наружу (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).Когда диафрагма находится в положении «внутрь», к базе транзистора прикладывается крошечное положительное напряжение. Это открывает «клапан» транзистора и пропускает большой электрический ток в громкоговоритель. Когда диафрагма находится в выключенном положении, к базе транзистора прикладывается крошечное отрицательное напряжение, которое закрывает клапан транзистора, так что ток не течет в громкоговоритель. Это закрывает «вентиль» транзистора, поэтому ток не течет к громкоговорителю. Таким образом, ток в динамик контролируется звуковыми волнами, и звук усиливается.Любое электрическое устройство, усиливающее сигнал, называется усилителем .

    Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): аудиоусилитель на основе переходного транзистора. Напряжение, подаваемое микрофоном на базу, действует как клапан для управления большим электрическим током, который проходит через громкоговоритель.

    В современных электронных устройствах цифровые сигналы используются с диодами и транзисторами для выполнения таких задач, как обработка данных. Электрические цепи передают два типа электрических сигналов: аналоговые и цифровые (рисунок \ (\ PageIndex {6} \)).Аналоговый сигнал непрерывно изменяется, тогда как цифровой сигнал переключается между двумя фиксированными значениями напряжения, такими как плюс 1 вольт и ноль вольт. В цифровых схемах, подобных тем, что используются в компьютерах, транзистор ведет себя как двухпозиционный переключатель. Транзистор либо включен, что означает, что клапан полностью открыт, либо он выключен, что означает, что клапан полностью закрыт. Интегральные схемы содержат обширные коллекции транзисторов на одном куске кремния. Они предназначены для обработки цифровых сигналов, представляющих единицы и нули, которые также известны как двоичный код.Изобретение микросхемы помогло запустить современную компьютерную революцию.

    Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Реальные данные часто являются аналоговыми, что означает, что данные могут постоянно меняться. Значения интенсивности звуковых или визуальных образов обычно аналоговые. Эти данные преобразуются в цифровые сигналы для электронной обработки в записывающих устройствах или компьютерах. Цифровой сигнал генерируется из аналогового сигнала, требуя определенного значения отсечки напряжения.

    P-N Junction Diode с рабочим, характеристиками, применением –

    Соединительный диод P-N

    Диод с P-N переходом представляет собой комбинацию двух полупроводниковых материалов, один из которых является полупроводником P-типа, а другой – полупроводником N-типа.Его также называют просто P-N переходом или полупроводниковым диодом.

    Диод имеет два вывода: полупроводник P-типа называется анодом, а полупроводник N-типа называется катодом. Он пропускает ток в одном направлении и оказывает большое сопротивление в другом направлении. его также называют кристаллическим диодом, потому что он сделан в кристаллической (кремниевой или германиевой) форме. Клеммы диода можно определить мультиметром.

    Схема Условное обозначение диода

    Диод

    Когда диод используется в качестве элемента схемы, его удобно обозначать символом.

    Символ диода

    Анод и катод – это два вывода диода, где анодом является полупроводник P-типа, а катодом – полупроводник N-типа. Анод имеет положительное напряжение, а катод – отрицательное напряжение. Острие стрелки указывает от P-области к N-области. Это показывает, что направление обычного тока – от P-области к N-области, которая также является направлением потока отверстий.

    Свойства соединения P-N

    p-n-переход обладает некоторыми интересными свойствами, которые находят полезное применение в современной электронике.Легированный полупроводник p- относительно проводящий. То же самое верно и для полупроводника, легированного n , но переход между ними является непроводником. Этот непроводящий слой, называемый зоной обедненного слоя, возникает из-за того, что электрический заряд несет в легированном кремнии типа n и p -типа (электроны и дырки, соответственно) притягиваются и устраняются друг друга в процессе, называемом рекомбинацией. Путем манипулирования этим непроводящим слоем переходы p-n обычно используются в качестве диодов: элементы схемы, которые позволяют течь электричеству в одном направлении, но не в другом (противоположном) направлении.Это свойство объясняется эффектами прямого смещения и обратного смещения, где термин смещение относится к приложению электрического напряжения к p-n переходу.

    V-I Характеристики P-N переходного диода или практического диода

    Если диод используется в качестве элемента схемы в электрической цепи, может возникнуть необходимость знать, как он реагирует или ведет себя в электрической цепи. Этот тип информации может быть получен с помощью кривой, известной как вольт-амперная (V-I) характеристика практического диода.

    ВАХ диода с P-N переходом – это просто кривая или график между напряжением, приложенным к его клеммам, и током, протекающим через диод из-за этого приложенного напряжения. Все характеристики V-I можно разделить на две части, а именно:

    1. Передние характеристики
    2. Обратные характеристики

    Вперед Характеристика:

    Схема, показанная на рисунке, используется для получения прямых характеристик диода.Диод в цепи находится в состоянии прямого смещения, потому что батарея Vf проталкивает ток в наконечнике стрелки.

    Когда диод подключен к батарее или источнику питания, полупроводник или анод P-типа подключается к положительной клемме, а полупроводник или катод N-типа подключается к отрицательной клемме батареи. Такая конфигурация диода известна как прямое смещение диода.

    В этом базисе или конфигурации диод работает как короткозамкнутый или замкнутый переключатель.Его прямое сопротивление очень низкое в диапазоне Ом. Это означает, что ток легко течет при прямом смещении диода.

    Кривая ВАХ в переднем баисе

    В V-I характеристиках напряжение на диоде увеличивается постепенно и соответственно увеличивается ток. На прямой характеристической кривой ток диода очень мал до фиксированной точки.

    Приложенное напряжение пересекает потенциал барьера, тогда ток диода быстро увеличивается и диод проводит сильную проводимость.Это напряжение барьера, при котором ток начинает увеличиваться, называется напряжением колена. Значение напряжения колена для кремниевого диода 0,7 В, а для германиевого диода 0,3 В.

    В этой конфигурации основными носителями заряда являются дырки или положительный заряд, а неосновными носителями заряда являются электроны или отрицательный заряд.

    Реверс Характеристика:

    Кривая V-I в обратном направлении

    Теперь в конфигурации с обратным смещением диод подключается к батарее или источнику питания, полупроводник или анод P-типа подключается к отрицательной клемме, а полупроводник или катод N-типа подключается к положительной клемме батареи.

    Эта конфигурация диода известна как обратное смещение диода. В этом базисе или конфигурации диод работает как разомкнутая цепь или разомкнутый переключатель. Его сопротивление обратному смещению высокое в диапазоне мегаом (МОм). Это означает, что через соединение диода будет проходить очень меньший ток или ток не будет проходить.

    На ВАХ напряжение на диоде отрицательное, поэтому будет течь очень слабый ток, который ближе к нулю. Значение отрицательного напряжения увеличивается до определенного уровня, величина тока увеличиваться не будет.Ток, протекающий в обратном направлении, называется обратным током и возникает из-за неосновных переносов заряда.

    значение обратного тока обычно меньше 1 мкА и может достигать 1 нА. для кремния и обратный ток может превышать 10 мкА в случае германия.

    Диод Текущее уравнение

    уравнение тока диода, связывающее напряжение V и ток I для прямого и области обратного смещения могут быть заданы как

    Здесь я = Ток диода

    I_ {0} = обратный ток насыщения диода при комнатной температуре

    В = внешнее напряжение, приложенное к диоду

    η = постоянная 1 для германия и 2 для кремния

    Это 1 для германия и 2 для кремния.

    V_ {T} = \ frac {kT} {q}

    Где, k = Постоянная Больцмана = 1,38066 x 10 -23 Дж / Кельвин

    q = Электронный заряд = 1,6 x 10 -19 Кулон

    т = Температура диодного перехода, ( o K)

    Важные условия P-N переходного диода

    Разбивка напряжение

    В случае обратного напряжения небольшое количество обратного тока будет протекать через переход P-N. После этого, при увеличении обратного напряжения, он достигнет точки, в которой соединение прорвется с неожиданным увеличением обратного тока.Напряжение пробоя определяется как «это обратное напряжение, при котором соединение P-N выходит из строя с неожиданным увеличением обратного напряжения».

    Колено Напряжение

    При прямом смещении P-N перехода очень небольшое количество тока будет проходить от перехода до тех пор, пока прямое напряжение не пересечет значение барьерного потенциала перехода, то есть 0,3 В для германия и 0,7 В для кремния. Прямое напряжение, при котором ток проходит через P-N переход, начинается очень быстро, называется напряжением колена или сокращением напряжения.

    Максимум Прямой ток

    Это наивысший прямой ток, при котором соединение P-N будет пропускать ток без каких-либо повреждение или проблема в стыке. Если прямой ток пересекает этот номинальный При значении силы тока переход будет раздавлен из-за перегрева.

    Груша Обратное напряжение

    Это максимальное обратное напряжение, при котором переход P-N будет нормально функционировать без каких-либо повреждений перехода. Если обратное напряжение превысит номинальное значение пикового обратного напряжения (PIV), переход может быть раздавлен из-за перегрева.

    Максимум Номинальная мощность

    Это максимальная мощность, которая может быть отведена от перехода без каких-либо повреждений или проблема в стыке.

    Разница между кремниевыми и германиевыми диодами

    S.No. Параметр Кремниевый диод Германиевый диод
    1 Используемый материал Кремний Германий
    2 Напряжение включения 0.6 В 0,2 В
    3 Обратный ток насыщения В наноампер В микроампер
    4 Влияние температуры Меньше Более
    5 Напряжение пробоя Выше Ниже
    6 Заявка Выпрямители, машинки для стрижки, зажимы и т. д. Низкое напряжение Низкое температурное приложение

    Применение диода

    Однополупериодный выпрямитель

    При полуволновом выпрямлении цепь проводит ток только в течение положительных полупериодов входа a.c. поставка. Отрицательные полупериоды переменного тока. питание подавляется, т. е. во время отрицательных полупериодов ток не проводится, и, следовательно, на нагрузке не появляется напряжение. Следовательно, ток всегда течет через нагрузку в одном направлении (т.е.постоянный ток), хотя и после каждого полупериода.

    Однополупериодный выпрямитель

    Двухполупериодный выпрямитель

    В схеме двухполупериодного выпрямителя используются два диода вместе с переходником, вторичная обмотка которого разделена поровну на две части и имеет центральное ответвительное соединение.Каждый диод поочередно проводит, когда его анодный вывод положительный по отношению к центральной точке.

    Двухполупериодный выпрямитель

    Мостовой выпрямитель

    Другой тип схемы, производящей двухполупериодное выпрямление, – это мостовой выпрямитель. Этот тип однофазного выпрямителя использует 4 отдельных выпрямительных диода, соединенных в «мостовую» конфигурацию для получения желаемого выходного сигнала, но не требует пространственного центрального трансформатора с лентой, что снижает его размер и стоимость.Единственная вторичная обмотка подключена к одной стороне сети диодного моста, а нагрузка – к другой.

    Полноволновой мостовой выпрямитель

    Полупроводниковые диоды и их типы

    (Последнее обновление: 29 июля 2020 г.)

    Полупроводниковые диоды Введение

    Полупроводниковые диоды – Диод, сделанный из полупроводниковых компонентов, обычно кремния. Катод, который заряжен отрицательно и имеет избыток электронов, расположен рядом с анодом, который имеет положительный заряд, несущий избыток дырок.

    Диод состоит из кремния или германия с примесью пятивалентной примеси для полупроводника N-типа и трехвалентной примеси для полупроводника P-типа. Di означает два, а Ode означает электроды. Следовательно, Diode – это двухэлектродное устройство. Эти два электрода называются анодом и катодом. Поскольку это PN-переход, «P» называется анодом (имеющим дырки или заряды + Ve), а N называется катодом (имеющим электроны или заряды –Ve). Схема для диода с PN переходом представлена ​​как.

    Когда диод смещен в прямом направлении, он имеет очень низкое сопротивление и, следовательно, будет иметь место проводимость, и он будет действовать как проводник.Когда диод смещен в обратном направлении, то есть когда земля соединена с анодом, а плюс источника питания соединен с катодом, он имеет очень высокое сопротивление и не будет проводить. Следовательно, он будет действовать как изолятор. Таким образом, мы можем сказать, что диод – это одностороннее устройство с двумя терминальными анодом и катодом, как показано на рисунке выше.

    Стрелка показывает направление обычного тока при прямом смещении. Каждый диод имеет свою идентификацию и спецификацию. Есть разные типы диодов.

    • Силовой диод
    • Стабилитрон
    • Контактный диод
    • Диод общего назначения
    • Диод быстрого восстановления
    • Диод Шоттки
    • Восстановительный диод
    • Фотодиод
    • Варакторный диод
    • Туннельный диод

    Силовые диоды или выпрямительные диоды – жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования сетевого напряжения переменного тока в постоянное. Они используются в силовой электронике в качестве выпрямителей.Диоды также можно использовать для предотвращения катастрофического повреждения оборудования с батарейным питанием, когда батареи подключены с неправильной полярностью. Стабилитроны также используются в качестве регуляторов напряжения.

    -контактные диоды используются в качестве переключающих диодов для частот сигналов. Штыревые диоды также используются в качестве амплитудной модуляции.

    Диоды общего назначения

    используются в качестве преобразователей частоты с низких частот на более высокие. Диоды с быстрым восстановлением имеют низкое время восстановления, обычно менее 5 микросекунд.Они используются в цепях преобразователя постоянного тока в переменный и переменного в постоянный. Диоды Шоттки используются для источников питания сильноточных и низковольтных цепей. В цифровых схемах используются ступенчатые восстанавливающие диоды. Они также используются как мультиплексоры. Фотодиоды также производят электрический ток из света. Варакторные диоды используются для управления напряжением при настройке радио- и ТВ-приемников. Туннельные диоды используются там, где требуется очень высокая скорость переключения. Таким образом, он используется в памяти высокоскоростных компьютеров.Он также используется в высокочастотных генераторах.

    На рис.1 показаны следующие диоды с общим проводом на концах:

    1. Три силовых выпрямителя (мостовой выпрямитель для использования с сетевым (линейным) напряжением) и два выпрямительных диода сетевого напряжения).
    2. Диод с точечным контактом (в стеклянной капсуле) и диод Шоттки.
    3. Кремниевый диод малой мощности.
    4. Стабилитроны в корпусе из стекла или черной смолы.
    5. Подборка светодиодов.От красного до против часовой стрелки: желтый и зеленый светодиоды, инфракрасный фотодиод, теплый белый светодиод 5 мм и синий светодиод высокой яркости 10 мм.
    Рис. 1. Типы диодов

    Условные обозначения диодных цепей

    Как объяснялось ранее, диод – это однонаправленное полупроводниковое устройство, снабженное двумя выводами. Два вывода диода – анод или положительный вывод и катод или отрицательный вывод. В идеале диод будет пропускать ток при правильном смещении, т.е. когда его анод или положительный вывод более положительный, чем его катод или отрицательный вывод, в то время как его анод будет блокировать ток, когда он более отрицательный, чем его катод.В условных обозначениях схем, показанных на рис. 2, катод показан в виде стержня, а анод – в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода также может быть обозначен буквой «a», а катод – буквой «k».

    Рис. 2 Обозначения диодных цепей

    В каком направлении протекает диодный ток?

    Направление потока тока можно увидеть на рисунке 2, то есть обычный ток течет от анодного (положительного) вывода к катодному (отрицательному) выводу, в то время как движение электронов происходит в противоположном направлении от вывода Катод к аноду диода.

    Конструкция кремниевого диода

    Диод – это кремниевый полупроводник, изготовленный из материалов двух типов: N-типа и P-типа. Полупроводник N-типа получается при добавлении пятивалентной примеси к чистому кристаллу Ge. Каждый пятивалентный атом образует четыре ковалентные связи с четырьмя электронами Si или Ge. Из 5 электронов пятивалентного атома четыре соединены с четырьмя электронами Ge или кремния, пятый электрон является избыточным (Extra) и слабо связан с ядром пятивалентного атома.Итак, этот электрон еще называют свободным электроном. Его можно легко возбудить из валентной зоны в зону проводимости путем приложения внешней энергии, которая может быть электрической или тепловой энергией.

    Полупроводник P-типа получается при добавлении трехвалентной примеси (Ga, B) к чистому кристаллу Ge. Три валентных электрона «B» образуют три ковалентные связи с четырьмя окружающими Ge. Но четвертая связь остается незавершенной, в результате возникает дырка, которая становится вакансией для электрона.Таким образом, он примет электрон от ближайшего атома. B называется акцепторной примесью, повторяя процесс снова, и снова будет много-много дырок. Обратите внимание, что в акцепторе буква «P» означает внешний полупроводник P-типа, а также «P» для носителей заряда + Ve. В DONOR буква «N» обозначает полупроводник N-типа или заряды –Ve.

    Современные кремниевые диоды обычно производятся с использованием одной из различных версий планарного процесса, который также используется для изготовления транзисторов и интегральных схем.Слоистая структура, используемая в силиконовых планарных методах, предлагает множество преимуществ, таких как предсказуемые характеристики, обратимые характеристики и надежность, и является преимуществом для массового производства. Упрощенный планарный кремниевый диод описан на рис. 3. Использование этого процесса для кремниевых диодов позволяет получить два отдельных легированных слоя кремния, которые образуют «PN переход». Нелегированные или “ внутренние ” молекулы кремния имеют решетчатую структуру, которая содержит четыре валентных электрона, в то время как кремний P-типа и кремний n-типа легируют путем добавления очень небольшого количества материала, который имеет молекулярную структуру с тремя валентными электронами (e .грамм. бор или алюминий). ) Пять валентных электронов (например, мышьяк или фосфор) для образования кремния P-типа или N-типа. Эти легированные версии силикона называются «внешним» силиконом. Кремний P-типа теперь имеет в своей структуре валентные электроны с дефицитом валентных электронов, которые можно рассматривать как “ дырки ” или избыток носителей положительного заряда, в то время как мембранные молекулы N-типа имеют пять электронов в своей валентной оболочке и, следовательно, имеют избыток электронов. , которые являются носителями отрицательного заряда.

    Рис. 3 Кремниевый планарный диод Рис.4 слой истощения диодов

    Диод PN переход

    Когда полупроводниковый материал P-типа присоединяется к полупроводниковому материалу N-типа, контактная поверхность обоих полупроводников называется PN-переходом, как показано на рисунке ниже.

    PN-переход получается одним из следующих типов изготовления.

    • Коронный переход
    • Сплав
    • Диффузное соединение
    • Эпитаксиальный рост Соединение
    • Точечный контактный переход
    • Переход с поверхностным барьером
    • Перекристаллизованный переход

    Когда PN-переход упакован как полупроводниковое устройство, то это будет называться диодом PN-перехода или полупроводниковым диодом.Поскольку отверстия являются основным носителем в P-области, а электроны являются основным носителем в N-области.

    Белый представляет отверстия, а синий – электроны. Когда PN-переход только что сформирован, некоторые дырки P-типа будут двигаться в сторону N-типа (где есть электроны), дырки диффундируют в электронах и претерпевают рекомбинацию дырочных электронов. Точно так же некоторые электроны N-типа диффундируют в некоторые дырки полупроводника P-типа и подвергаются рекомбинации электронных дырок.Весь этот процесс называется диффузией.

    Таким образом, вдоль перехода между кремнием P- и N-типа образуется небольшой естественный потенциал между полупроводниковыми материалами P и N, с отрицательно заряженными электронами на стороне P-типа перехода и положительно заряженными дырками на стороне N. соединение. Этот слой антиполярных носителей заряда создан, чтобы вместить больше дырок или предотвратить свободное движение электронов.

    Эта диффузия дырок и электронов через переход происходит в течение очень короткого времени.После нескольких рекомбинаций дырок и электронов на стыке на внутренних концах полупроводников P-типа и N-типа создается узкая область, называемая барьером. Этот барьер остановит дальнейшее движение зарядов. Барьер состоит из неподвижных фиксированных ионов + Ve и –Ve. Следовательно, область, состоящая из зарядов + Ve и –Ve, называется обедненным слоем, или обедненной областью, или сопротивлением, или областью пространственного заряда.

    Размер обедненной области зависит от уровня легирования полупроводников P-типа и N-типа.Слой обеднения широк для сильно легированного полупроводника и узкий для слаболегированного полупроводника. Приблизительно его ширина составляет 10 -6 м, из-за разделения зарядов, то есть зарядов + Ve и зарядов -Ve, электрический потенциал, называемый барьерным напряжением, создается на переходе, даже если внешний источник не подключен. Напряжение барьера обозначается VB, и его значение составляет 0,3 В для германия и 0,7 В для кремния при комнатной температуре.

    Следовательно, когда диод подключен к цепи, ток не течет между анодом и катодом, пока анод не станет более положительным, чем катод, по крайней мере на достаточный прямой потенциал или напряжение (VF), чтобы преодолеть естественный обратный потенциал перехода. .Это значение зависит в основном от материалов, из которых сделаны P- и N-слои 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 емкость перехода от 0,6 В до 0,7 В. Начинается, как показано на рис. 5.

    Рис. 5 Прямая проводимость диода

    По мере увеличения приложенного напряжения между анодом и катодом прямой ток сначала медленно увеличивается, когда носители заряда начинают пересекать слой затухания, а затем быстро увеличивается примерно по экспоненте.Сопротивление диода не равно нулю Ом, но очень низкое при работе в режиме «Вкл» или «Смещение в прямом направлении». Поскольку прямая проводимость увеличивается после того, как потенциал уменьшения приблизительно превышен на следующей экспоненциальной кривой, прямое сопротивление (V / I) слегка изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Обратно смещенный диод Когда диод имеет обратное смещение (анод подключен к отрицательному напряжению, а катод подключен к положительному напряжению), положительные отверстия находятся на отрицательной стороне анода и вдали от перехода, как показано на рис. .6.

    Рис. 6. Обратное смещение диода

    Аналогичным образом отрицательные электроны притягиваются от перехода к положительному напряжению, приложенному к катоду. Это действие оставляет больше места на стыке без каких-либо носителей заряда (положительных дырок или отрицательных электронов) по мере расширения слоя ослабления. Поскольку область перехода теперь обеднена носителями заряда, она действует как изолятор, а при приложении высоких напряжений с обратной полярностью ослабляющий слой изменяется в широких пределах по мере увеличения количества носителей заряда из перехода.Диод не работает с обратным напряжением (обратное смещение), за исключением очень небольшого «обратного тока утечки» (IR), который обычно составляет менее 25 нА в кремниевых диодах. Однако, если приложенное напряжение достигает значения тока «обратного напряжения пробоя» (VRRM) в обратном направлении, диод будет разрушен, если ток каким-либо образом не ограничен. I / V характеристики диодов. Работа диодов также может быть описана с помощью специального графика, называемого «кривой характера», как описано выше. Эти графики показывают взаимосвязь между фактическими токами и напряжениями, связанными с различными клеммами устройства.Понимание этих графиков поможет вам понять, как работает устройство. Для диодов характеристическая кривая называется ВАХ, потому что она показывает взаимосвязь между приложенным напряжением между анодом и катодом и результирующим током, протекающим через диод. Общая вольт-амперная характеристика показана на рис. 7

    . Рис.7. Типичная вольт-амперная характеристика диода

    Оси графика показывают положительные и отрицательные значения и пересекаются. Пересечение имеет нулевое значение как для тока (ось Y), так и для напряжения (ось X).Оси + I и + V (верхняя правая область графика) после области начального нулевого тока показывают, что ток увеличивается. Это прямая проводимость диода, когда анод положительный, а катод отрицательный. В начале нет токов, пока приложенное напряжение не превысит емкость прямого перехода. После этого ток хорошо растет примерно по экспоненте. Оси -V и -I показывают состояние обратного смещения (нижняя левая область графика). Здесь можно увидеть, что очень небольшой ток утечки увеличивается с увеличением обратного напряжения.Однако при достижении напряжения обратного пробоя обратный ток (-I) резко возрастает.

    Применение диода

    Простейший полупроводниковый компонент, диод, имеет поразительное количество применений, начиная с множества практичных и уникальных диодов, которые имеют решающее значение в современной электронике. Хотя это всего лишь двухконтактные полупроводниковые устройства, ключевые диоды находят множество применений в современной электронике. Известно, что диоды перемещают ток только в одном направлении.Это позволяет диоду работать как односторонний клапан, размещая сигналы там, где это необходимо, или вращая их вокруг компонентов. В то время как диоды допускают только одно направление тока, каждый тип диода работает по-своему, что делает их полезными для многих приложений. Некоторые общие области применения диодов:

    • Корректирующее напряжение, например преобразование переменного тока в переменный постоянный ток
    • Разделение сигналов от источника питания
    • Опорное напряжение
    • A Управление размером сигнала
    • Смешивание сигналов
    • Сигналы обнаружения
    • Освещение
    • Лазеры диоды

    Методология

    Экспериментальный метод был использован для исследования того, как температура (температура) влияет на надежность, стабильность и рабочие характеристики этого электронного компонента, даже как схемы, электрического / электронного оборудования или как персонального устройства.В этом исследовании я пояснил, что объем этого исследования ограничен только одним электронным компонентом, которым является диод. Эта часть подвергается воздействию температуры выше комнатной (35-65 по Цельсию) с использованием печи и последующего подключения проводов, макетов и мультиметра. Затем с помощью мультиметра были сняты выходные показания повышения температуры.

    Различные типы диодов

    Давайте теперь кратко рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых типов диодов.

    1. Малый сигнальный диод

    Это небольшое устройство с неодинаковыми характеристиками, и его приложения в основном связаны с высокочастотными и слаботочными устройствами, такими как радиоприемники и телевизоры. Также известный как пассивированный стеклом диод, он широко используется как 1N4148, поскольку он покрыт стеклом для защиты диода от загрязнения.

    Внешний вид сигнального диода очень мал по сравнению с силовым диодом. Край, отмеченный черным или красным цветом, обозначает катодный вывод.Характеристики малого сигнального диода очень эффективны для приложений на высоких частотах.

    Что касается функциональных частотных коэффициентов сигнального диода, допустимая нагрузка по току и мощности очень мала, от 150 мА до 500 мВт.

    Сигнальный диод представляет собой полупроводниковый диод, легированный кремнием или диод, легированный германием, но свойства диода меняются в зависимости от легирующего материала. Свойства легированного кремнием диода в сигнальном диоде такие же, как и у легированного германием диода.

    Кремниевый сигнальный диод имеет высокое падение напряжения от 0,6 до 0,7 В на переходе, поэтому он имеет очень высокое сопротивление, но низкое прямое сопротивление. С другой стороны, германиевый сигнальный диод имеет низкое падение напряжения от 0,2 до 0,3 В и низкое сопротивление из-за высокого прямого сопротивления. Функциональная точка не мешает малому сигнальному диоду из-за слабого сигнала.

    1. Большой сигнальный диод

    Эти диоды имеют большой слой PN перехода.Следовательно, переход переменного напряжения в постоянный не ограничен. Это также увеличивает прямую пропускную способность и обратное напряжение блокировки. Эти большие сигналы также мешают функциональной точке. По этой причине он не подходит для высокочастотных приложений.

    Основное применение этих диодов – в устройствах для зарядки аккумуляторов, таких как инверторы. Диапазон прямого сопротивления этих диодов выражается в омах, а обратное блокирующее сопротивление – в мегаомах. Их можно использовать в электрическом оборудовании, поскольку они обладают высокими характеристиками по току и напряжению, что используется для подавления высоких пиковых напряжений.

    1. Стабилитрон

    Это пассивный элемент, работающий по принципу жанровой разбивки. Впервые произведен Кларенсом Дженнером в 1934 году. Он похож на обычный диод в прямом направлении, он пропускает ток в обратном направлении, когда приложенное напряжение достигает напряжения пробоя. Он предназначен для защиты других полупроводниковых устройств от импульсов переходного напряжения. Он действует как регулятор напряжения.

    Рис 8. Символ
    1. Светоизлучающий диод (LED)

    Эти диоды преобразуют электрическую энергию в световую.Первое производство началось в 1968 году. Он подвергается процессу электролюминесценции, в котором дырки и электроны рекомбинируют, чтобы произвести энергию в виде света в состоянии прямого смещения.

    Раньше они использовались в индукционных лампах, но теперь в более поздних приложениях они используются в управлении окружающей средой и производством. Чаще всего используется в таких приложениях, как авиационное освещение, светофоры, вспышки для фотоаппаратов.

    1. Диоды постоянного тока

    Также известен как токорегулирующий диод, диод постоянного тока, токоограничивающий диод или транзистор с диодным соединением.Функция диода – контролировать напряжение при определенном токе.

    Он действует как двухконтактный ограничитель тока. Это служит ограничением тока для достижения высокого выходного сопротивления полевого транзистора. Символ диода постоянного тока показан ниже.

    Рис.10 Диод постоянного тока
    1. Диод Шоттки

    В диодах этого типа переход формируется путем контакта полупроводникового материала с металлом. Благодаря этому падение прямого напряжения уменьшается в минуту.Полупроводниковый материал представляет собой кремний N-типа, который действует как анод и действует как металлический катод, его материалами являются хром, платина, вольфрам и т. Д.

    Благодаря металлическому переходу эти диоды обладают высокой допустимой нагрузкой по току, что сокращает время переключения. Итак, у Шоттки больше возможностей менять приложения. Падение напряжения из-за перехода металл-полупроводник невелико, что увеличивает характеристики диода и снижает потери мощности. Поэтому они используются в высокочастотных выпрямителях.Символ диода Шоттки показан ниже.

    Рис 11. Символ
    1. Лазерный диод

    Аналогичен светодиоду, который формирует активную область через переход P-N. Электрический лазерный диод представляет собой p-i-n-диод, в котором активная область находится во внутренней области. Используется в волоконно-оптической связи, считывателях штрих-кодов, лазерных указателях, считывании и записи CD / DVD / Blu-ray, лазерной печати.

    Типы лазерных диодов:
    1. Лазер с двойной гетероструктурой: В этой области одновременно доступны свободные электроны и дырки.
    2. Лазеры на квантовых ямах: Лазеры с более чем одной квантовой ямой называются лазерами с несколькими квантовыми ямами.
    3. Квантово-каскадные лазеры: Это лазеры на гетеропереходах, которые инициируют лазерное воздействие на относительно длинных волнах.
    4. Специальные гетероструктурные лазеры с ограничениями: Мы выбираем специальные ограниченные гетероструктурные лазеры, чтобы заменить проблему тонких слоев в квантовых лазерах.
    5. Лазеры с распределенным брэгговским отражателем: Это могут быть лазеры с торцевым излучением или внутренние органы.
    F12. Символ лазерного диода
    1. Фотодиоды

    В фотодиодах используются переходы между полупроводниками p- и n-типа. Полупроводник n-типа имеет намного больше подвижных электронов, в то время как материал p-типа имеет меньше подвижных положительных дырок. Когда два таких материала соединяются, электроны и дырки притягиваются к противоположным сторонам соединения, и может быть получена структура энергетических уровней на нижнем рисунке. Область вблизи перехода практически не имеет электронов или дырок и называется слоем распада.

    Когда переход освещается, электроны валентной зоны возбуждаются в зону проводимости, создавая электронно-дырочные пары. Из-за сильного градиента потенциала в области перехода электроны и дырки ускоряются в противоположных направлениях, и ток течет.

    Скорость отклика и чувствительность фотодиода можно увеличить за счет обратного смещения; положительная сторона батареи соединена с материалом n-типа, а отрицательная сторона – с материалом p-типа.Высокая чувствительность может быть получена за счет вставки слоя из высокоомного (внутреннего) материала между p- и n-слоями; такое устройство называется P-I-N (или штыревым) диодом. Пин-диоды имеют полезный отклик на частотах до нескольких сотен МГц

    При достаточно высоком обратном смещении может происходить размножение электронов из-за вторичной эмиссии. Этот эффект используется для получения чувствительности в несколько сотен раз в лавинных фотодиодах, но за счет увеличения шума при более низких уровнях освещенности.Фотодиоды также доступны в комплекте с высокопроизводительным операционным усилителем. Эти устройства могут использоваться при очень слабом освещении и, в отличие от фотоумножителей, требуют только низкого напряжения. Линейная зависимость между выходным напряжением (и током) и уровнем освещенности может быть получена в течение нескольких десятилетий.

    Кремниевые фотодиоды обычно используются и имеют максимальную чувствительность около 0,8–0,9, как показано на рис. 7.3. Фотодиоды из германия и InGaAs полезны в этой области с 1.От 1 до 1,7 м.

    Принцип действия

    Кремний – это полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,12 эВ при комнатной температуре. Это промежуток между валентной полосой и полосой пропускания. При абсолютном нуле температуры валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости пуста. При повышении температуры электроны возбуждаются и увеличиваются за счет тепловой энергии из валентной зоны в зону проводимости. Электроны могут усиливаться до полосы пропускания частицами или фотонами с мощностью больше 1.12 эВ, что соответствует длинам волн менее 1100 нм. Электроны в зоне проводимости могут свободно проводить ток.

    Из-за градиента концентрации диффузия электронов из области N-типа в область P-типа и расширение пор из области P-типа в область N-типа создают встроенное напряжение на переходе. Взаимная диффузия электронов и дырок между областями N и P через переход приводит к области, свободной от носителей. Это область упадка.Встроенное напряжение в области затухания приводит к максимальному электрическому полю на переходе и отсутствию поля за пределами области затухания. Любое приложенное обратное смещение увеличивает встроенное напряжение и приводит к широкой области затухания. Электронно-дырочные пары, генерируемые светом, смываются дрейфом в области распада и собираются диффузией из несовершенной области. Текущее выходное событие пропорционально энергии света или излучения. Свет резко поглощается на расстоянии и пропорционален коэффициенту поглощения.Коэффициент поглощения очень высок для коротких волн в УФ-диапазоне и невелик для высоких длин волн (рис. 2). Поэтому фотоны с малой длиной волны, такие как УФ, объединяются в тонкий верхний поверхностный слой, в то время как кремний становится прозрачным для света с длинами волн более 1200 нм. Также фотоны с меньшей энергией, чем у

    запрещенная зона не воспринимаются все.

    Рис. 14. Глубина проникновения света в поверхность кремния для разных длин волн (1 / e).

    Применение диода: –
    • Выпрямители
    • Цепи клиперов
    • Цепи зажима
    • Цепи защиты от обратного тока
    • В логических логических воротах
    • Умножители напряжения

    Нравится:

    Нравится Загрузка …

    Решенные проблемы на полупроводниковом диоде

    Q1. Переменный ток. напряжение пикового значения 20 В подключено последовательно с кремниевым диодом


    и сопротивлением нагрузки 500 Ом.Если прямое сопротивление диода равно 10 Ом, найдите:
    (i) пиковый ток через диод (ii) пиковое выходное напряжение
    Какими будут эти значения, если предположить, что диод идеален?

    Решение:

    Пиковое входное напряжение = 20 В
    Прямое сопротивление, r f = 10 Ом
    Сопротивление нагрузки, R L = 500 Ом
    Потенциальное напряжение барьера, В 0 = 0,7 В
    Диод будет проводить во время положительной половины -циклы переменного тока только входное напряжение.

    Эквивалентная схема показана на рис.1 (ii)

    Рис.1

    (i) Пиковый ток через диод произойдет в момент, когда входное напряжение достигнет положительного пика, то есть Vin = VF = 20 В.

    (ii) Пиковое выходное напряжение: Корпус идеального диода:

    Q2. Найдите ток через диод в цепи, показанной на рис. 2 (i). Предположим, что


    диод идеален.

    Фиг.2

    Решение:

    Мы будем использовать теорему Тевенина, чтобы найти ток в диоде.Ссылаясь на рис. 2 (i),

    На рис. 2 (ii) показана эквивалентная схема Тевенина. Так как диод идеальный, у него нулевое сопротивление

    Q3. Рассчитайте ток через резистор 48 Ом в цепи, показанной на рис. 3 (i).


    Предположим, что диоды изготовлены из кремния, а прямое сопротивление каждого диода равно 1 Ом.

    Фиг.3

    Решение:

    Диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D4 – в обратном направлении.Следовательно, ветви, содержащие диоды D2 и D4, можно рассматривать как «открытые».

    Заменяя диоды D1 и D3 их эквивалентными схемами и открывая ветви, содержащие диоды D2 и D4, мы получаем схему, показанную на рис. 3 (ii). Как известно, для кремниевого диода напряжение на барьере составляет 0,7 В.

    Q4. Определите ток I в цепи, показанной на рис. 4 (i). Предположим, что диоды до


    изготовлены из кремния, а прямое сопротивление диодов равно нулю.

    Рис.4

    Решение:

    Условия проблемы предполагают, что диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 – в обратном. Следовательно, мы можем рассматривать ветвь, содержащую диод D2, как открытую, как показано на рис. 4 (ii).

    Далее диод D1 можно заменить его упрощенной схемой замещения.

    Q5. Найдите напряжение V

    A в цепи, показанной на рис. 5 (i). Используйте упрощенную модель.

    Фиг.5

    Решение:

    Похоже, что при включении приложенного напряжения оба диода загорятся.Но это не так. При подаче напряжения германиевый диод (V0 = 0,3 В) включается первым, и в параллельной цепи поддерживается уровень 0,3 В.

    Кремниевый диод никогда не получает возможность получить 0,7 В на нем и, следовательно, остается в состоянии разомкнутой цепи, как показано на рис. 5 (ii).

    Q6. Найдите V

    Q и I D в сети, показанной на рис. 6 (i). Используйте упрощенную модель.

    Фиг.6

    Решение:

    Заменить диоды на их упрощенные модели.Результирующая схема будет такой, как показано на рис. 6 (ii).

    По симметрии, ток в каждой ветви равен I D , так что ток в ветви CD равен 2I D .

    Применяя закон напряжения Кирхгофа к замкнутой цепи ABCDA, мы имеем,

    Q7. Определите ток через каждый диод в цепи, показанной на рис. 7 (i). Используйте упрощенную модель


    . Предположим, что диоды похожи.

    Рис.7

    Решение:

    Приложенное напряжение смещает каждый диод в прямом направлении, так что они проводят ток в одном направлении.На рис. 7 (ii) показана эквивалентная схема с использованием упрощенной модели. Ссылаясь на рис. 7 (ii),

    Q8. Определите токи I1, I2 и I3 для сети, показанной на рис. 8 (i). Для диодов используйте упрощенную модель


    .

    Фиг.8

    Решение:

    Как видно на рис. 8 (i), оба диода D1 и D2 смещены в прямом направлении. Используя упрощенную модель диодов, схема, показанная на рис. 8 (i), становится схемой, показанной на рис. 8 (ii).

    Применяя закон Кирхгофа к контуру ABCDA на рис.8 (ii) имеем,

    Q9. Определите, смещен ли диод (идеальный) на рис. 9 (i) в прямом или обратном направлении.

    Фиг.9

    Решение:

    Предположим, что диод на рис.9 (i) выключен, т.е. он смещен в обратном направлении.

    Схема становится такой, как показано на рис. 9 (ii). Ссылаясь на рис. 9 (ii), мы имеем

    Теперь напряжение V1 – V2 = 2V достаточно, чтобы сделать диод смещенным вперед. Следовательно, наше первоначальное предположение было неверным, и диод смещен в прямом направлении.

    Q10. Определите состояние диода для схемы, показанной на рис. 10 (i), и найдите I

    D и V D . Предположим упрощенную модель диода.

    Фиг.10

    Решение:

    Предположим, что диод горит. Следовательно, мы можем заменить диод батареей 0,7 В, как показано на рис. 10 (ii). Ссылаясь на Рис.10 (ii), мы имеем

    Поскольку ток диода отрицательный, диод должен быть выключен, а истинное значение тока диода ID = 0 мА.Следовательно, наше первоначальное предположение было неверным.

    Чтобы правильно проанализировать схему, мы должны заменить диод на рис. 10 (i) разомкнутой цепью, как показано на рис. 10 (iii).

    Рис.10 (iii)

    Напряжение VD на диоде:

    Мы знаем, что для включения диода требуется 0,7 В. Поскольку VD составляет всего 0,4 В, ответ подтверждает, что диод выключен.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.