Puolijohdediodeja käytetään laajaltielektroniikka ja elektroniikkateollisuus. Niitä käytetään sekä itsenäisesti että transistorien ja monien muiden laitteiden p-n-liitoksena. Erillisenä komponenttina diodit ovat keskeinen osa monia elektronisia piirejä. He löytävät monia sovelluksia pienitehoisista sovelluksista virtatasasuuntaajiin.
Mikä on diodi?
Käännetty tämän kreikankielisestä nimestäelektroninen elementti tarkoittaa kirjaimellisesti "kaksi nastaa". Niitä kutsutaan anodiksi ja katodeksi. Piirissä virta kulkee anodista katodille. Puolijohdediodi on yksipuolinen elementti, ja virran virtaus vastakkaiseen suuntaan on estetty.
Toiminnan periaate
Puolijohdediodien laite on hyvin erilainen.Tästä syystä niitä on monia tyyppejä, jotka eroavat sekä nimellisarvoltaan että suorittamistaan toiminnoilta. Useimmissa tapauksissa puolijohdediodien toimintaperiaate on kuitenkin sama. Ne sisältävät p-n-liitoksen, joka tarjoaa niiden perustoiminnot.
Tätä termiä käytetään yleensä suhteessatavallinen diodin muoto. Itse asiassa se pätee melkein kaikkiin niistä. Diodit muodostavat modernin elektroniikkateollisuuden selkärangan. Kaikki - yksinkertaisista elementeistä ja transistoreista nykyaikaisiin mikroprosessoreihin - perustuu puolijohteisiin. Puolijohdediodin toimintaperiaate perustuu puolijohteiden ominaisuuksiin. Tekniikka perustuu materiaaliryhmään, jonka epäpuhtauksien lisääminen kidehilaan mahdollistaa alueita, joissa varauksenkantajat ovat reikiä ja elektroneja.
P-n-risteys
P-n-tyypin diodi sai nimensä, koska inSe käyttää p-n-liitosta, joka sallii virran kulkea vain yhteen suuntaan. Elementillä on myös muita laajalti käytettyjä ominaisuuksia. Esimerkiksi puolijohdediodit pystyvät lähettämään ja havaitsemaan valoa, muuttamaan kapasitanssia ja säätämään jännitettä.
P-n-liitos on peruspuolijohderakenne. Kuten nimestä voi päätellä, se on p- ja n-tyypin alueiden välinen liitos. Siirtymä mahdollistaa varauksenkuljettajien liikkumisen vain yhteen suuntaan, mikä mahdollistaa esimerkiksi vaihtovirran muuntamisen tasavirraksi.
Vakiodiodit valmistetaan yleensä piistä, mutta myös germaniumia ja muita puolijohdemateriaaleja käytetään pääasiassa erikoistarkoituksiin.
Voltti-ampeeri ominaisuudet
Diodille on ominaista virta-jännite-käyrä,joka voidaan jakaa 2 haaraan: suora ja käänteinen. Vastakkaisessa suunnassa vuotovirta on lähellä nollaa, mutta jännitteen kasvaessa se hitaasti kasvaa ja kun läpilyöntijännite saavutetaan, se alkaa nousta voimakkaasti. Eteenpäin virta nousee nopeasti syötetyllä jännitteellä yli johtavuuskynnyksen, joka on piidiodilla 0,7 V ja germaniumilla 0,4 V. Muita materiaaleja käyttävillä elementeillä on erilaiset virta-jännite-ominaisuudet sekä johtavuus- ja läpilyöntikynnysjännitteet.
Pn-liitosdiodia voidaan tarkastella seuraavastiperustason laite. Sitä käytetään laajalti monissa sovelluksissa signaalipiireistä ja ilmaisimista induktio- tai relekäämissä oleviin rajoittimiin tai transienttivaimentimiin ja suuritehoisiin tasasuuntaajiin.
Ominaisuudet ja parametrit
Dioditiedot tarjoavat suuren äänenvoimakkuudentiedot. Tarkkoja selityksiä siitä, mitä ne ovat, ei kuitenkaan aina ole saatavilla. Alla on yksityiskohtaiset tiedot diodin eri ominaisuuksista ja parametreista, jotka on annettu teknisissä tiedoissa.
Puolijohdemateriaali
P-n-liitoksissa käytetyssä materiaalissa onäärimmäisen tärkeä, koska se vaikuttaa moniin puolijohdediodien perusominaisuuksiin. Pii on laajimmin käytetty korkean hyötysuhteen ja alhaisten tuotantokustannusten vuoksi. Toinen yleisesti käytetty alkuaine on germanium. Erikoisdiodeissa käytetään tyypillisesti muita materiaaleja. Puolijohdemateriaalin valinta on tärkeä, koska se määrittää johtavuuskynnyksen - noin 0,6 V piille ja 0,3 V germaniumille.
Jännitteen lasku tasavirtatilassa (U pr.)
Mikä tahansa sähköpiiri, jonka kauttavirta, aiheuttaa jännitehäviön, ja tällä puolijohdediodin parametrilla on suuri merkitys, erityisesti tasasuuntauksen kannalta, kun tehohäviöt ovat verrannollisia U aveen. Lisäksi elektroniikkakomponenteista on usein saatava pieni jännitehäviö, koska signaalit voivat olla heikkoja, mutta heidän on silti voitettava hänen.
Tämä tapahtuu kahdesta syystä.Ensimmäinen on p-n-liitoksen luonteessa ja on seurausta johtavuuskynnysjännitteestä, joka sallii virran kulkea tyhjennyskerroksen yli. Toinen komponentti on normaalit resistiiviset häviöt.
Ilmaisin on erittäin tärkeä tasasuuntaajadiodeille, joiden läpi voi kulkea suuria virtoja.
Huippu suunnattu jännite (U arr. max)
Tämä on suurin käänteinen jännitepuolijohdediodi kestää. Sitä ei saa ylittää, muuten elementti voi epäonnistua. Se ei ole vain tulosignaalin RMS-jännite. Jokaista piiriä on tarkasteltava sen ansioiden perusteella, mutta yksinkertaisen yhden puoliaallon tasasuuntaajan, jossa on tasoituskondensaattori, tapauksessa muista, että kondensaattorissa on jännite, joka on yhtä suuri kuin tulosignaalin huippu. Diodiin kohdistuu sitten tulevan signaalin huippu päinvastaisessa suunnassa, ja siksi näissä olosuhteissa on suurin vastajännite, joka on yhtä suuri kuin aallon huippuarvo.
Suurin myötävirta (U pr. max)
Sähköpiiriä suunniteltaessa se on välttämätöntävarmista, että diodin maksimivirtatasot eivät ylity. Virran kasvaessa syntyy lisälämpöä, joka on poistettava.
Vuotovirta (I arr.)
Ihanteellisessa diodissa ei pitäisi olla käänteistä virtaa.Mutta todellisissa p-n-liitoksissa se johtuu vähemmistövarauksen kantajien läsnäolosta puolijohteessa. Vuotovirran määrä riippuu kolmesta tekijästä. Ilmeisesti merkittävin niistä on käänteinen jännite. Myös vuotovirta riippuu lämpötilasta - sen kasvun myötä se kasvaa merkittävästi. Lisäksi se riippuu suuresti puolijohdemateriaalin tyypistä. Tässä suhteessa pii on paljon parempi kuin germanium.
Vuotovirta määräytyy tietyllä käänteisjännitteellä ja tietyssä lämpötilassa. Se ilmoitetaan yleensä mikroampeereina (μA) tai pikoampeereina (pA).
siirtokapasiteettia
Kaikilla puolijohdediodeilla on kapasitanssisiirtyminen. Tyhjennysvyöhyke on dielektrinen este kahden levyn välillä, jotka muodostuvat tyhjennysalueen reunaan ja alueen, jossa on valtaosa varauksenkantajista. Todellinen kapasitanssiarvo riippuu käänteisjännitteestä, mikä johtaa muutokseen siirtymävyöhykkeessä. Sen lisääminen laajentaa tyhjennysvyöhykettä ja vähentää siten kapasitanssia. Tätä tosiasiaa hyödynnetään varaktoreissa tai varicapsissa, mutta muissa sovelluksissa, erityisesti RF-sovelluksissa, tämä vaikutus on minimoitava. Parametri määritellään yleensä pF:nä tietyllä jännitteellä. Moniin RF-sovelluksiin on saatavana erityisiä matalaresistanssisia diodeja.
Kuoren tyyppi
Käyttötarkoituksesta riippuen puolijohdediodeja valmistetaan erityyppisissä ja -muotoisissa pakkauksissa. Joissakin tapauksissa, erityisesti käytettäessä signaalinkäsittelypiireissä, paketti on avaintekijä määritettäessä kyseisen elektronisen elementin yleisiä ominaisuuksia. Tehopiireissä, joissa lämmönpoisto on tärkeää, paketti voi määrittää monia diodin yleisiä parametreja. Suuritehoiset laitteet on voitava kiinnittää jäähdytyselementtiin. Pienempiä yksiköitä voidaan valmistaa lyijykoteloissa tai pinta-asennuslaitteina.
Diodityypit
Joskus on hyödyllistä tuntea puolijohdediodien luokittelu. Jotkut kohteet voivat kuitenkin kuulua useampaan kuin yhteen luokkaan.
käänteinen diodi.Vaikka se ei ole niin laajalti käytetty, se on eräänlainen p-n-tyyppinen elementti, joka on toiminnaltaan hyvin samanlainen kuin tunneli. Ominaisuudet pieni jännitteen pudotus. Se löytää sovelluksen ilmaisimissa, tasasuuntaajissa ja suurtaajuuskytkimissä.
Ruiskutuksen siirtodiodi. Sillä on paljon yhteistä yleisemmän lumivyörylentämisen kanssa. Käytetään mikroaaltogeneraattoreissa ja hälytysjärjestelmissä.
Gunn Diode. Se ei kuulu p-n-tyyppiin, vaan se on puolijohdelaite, jossa on kaksi liitintä. Sitä käytetään yleisesti mikroaaltosignaalien tuottamiseen ja muuntamiseen 1-100 GHz:n alueella.
Valoa säteilevä tai LED on yksi enitensuosittuja elektroniikkaelementtejä. Myötäsuuntaisessa biasissa liitoksen läpi kulkeva virta aiheuttaa valon säteilemistä. Ne käyttävät yhdistepuolijohteita (esim. galliumarsenidi, galliumfosfidi, indiumfosfidi) ja voivat hehkua useissa eri väreissä, vaikka ne alun perin rajoittuivat vain punaiseen. On olemassa monia uusia kehityssuuntia, jotka muuttavat näyttöjen toimintaa ja tuotantoa, esimerkkinä OLED.
Valodiodi. Käytetään valon havaitsemiseen.Kun fotoni osuu p-n-liitokseen, se voi luoda elektroneja ja reikiä. Valodiodit toimivat tyypillisesti käänteisissä bias-olosuhteissa, joissa pienetkin valon synnyttämät virrat voidaan havaita helposti. Valodiodeja voidaan käyttää sähkön tuottamiseen. Joskus valotunnistimina käytetään pin-tyyppisiä elementtejä.
Pin-diodi.Elektronisen elementin nimi kuvaa hyvin puolijohdediodin laitetta. Siinä on standardinmukaiset p- ja n-tyypin alueet, mutta niiden välissä on sisäinen alue ilman epäpuhtauksia. Se lisää tyhjennysalueen pinta-alaa, mikä voi olla hyödyllistä vaihdossa, samoin kuin valodiodeissa jne.
Vakio p-n-risteys voidaan katsoatavallinen tai vakiotyyppinen diodi, jota käytetään nykyään. Niitä voidaan käyttää RF- tai muissa pienjännitesovelluksissa sekä suurjännite- ja suurtehotasasuuntaajissa.
Schottky diodit.Niillä on pienempi eteenpäin suunnattu jännitehäviö kuin tavallisissa p-n-tyypin piipuolijohteissa. Pienillä virroilla se voi olla 0,15 - 0,4 V, ei 0,6 V, kuten piidiodeissa. Tätä varten niitä ei tehdä tavalliseen tapaan - ne käyttävät metalli-puolijohdekontaktia. Niitä käytetään laajalti rajoittimina, tasasuuntaajina ja radiolaitteissa.
Lataa tallennusdiodi.Se on eräänlainen mikroaaltodiodi, jota käytetään tuottamaan ja muotoilemaan pulsseja erittäin korkeilla taajuuksilla. Sen toiminta perustuu erittäin nopeaan laukaisuominaisuuteen.
laserdiodi.Se eroaa tavallisesta valoa emittoivasta, koska se tuottaa koherenttia valoa. Laserdiodeja käytetään monissa laitteissa DVD- ja CD-asemista laserosoittimiin. Ne ovat paljon halvempia kuin muut laserit, mutta huomattavasti kalliimpia kuin LEDit. Niiden käyttöikä on rajoitettu.
tunneli diodi.Vaikka sitä ei nykyään laajalti käytetä, sitä käytettiin aiemmin vahvistimissa, oskillaattorissa ja kytkinlaitteissa, oskilloskoopin ajoituspiireissä, kun se oli muita elementtejä tehokkaampi.
Varactor tai varikap.Käytetään monissa RF-laitteissa. Tämän diodin käänteinen esijännite muuttaa tyhjennyskerroksen leveyttä käytetyn jännitteen mukaan. Tässä kokoonpanossa se toimii kondensaattorina, jonka tyhjennysalue toimii eristävänä dielektrisenä ja levyinä johtavien alueiden muodostamina. Käytetään jänniteohjatuissa oskillaattorissa ja RF-suotimissa.
Zener diodi.Se on erittäin hyödyllinen diodityyppi, koska se tarjoaa vakaan vertailujännitteen. Tästä johtuen zener-diodia käytetään valtavia määriä. Se toimii käänteisessä bias-olosuhteissa ja murtuu, kun tietty potentiaaliero saavutetaan. Jos virtaa rajoittaa vastus, tämä tarjoaa vakaan jännitteen. Käytetään laajasti virtalähteiden stabilointiin. Zener-diodeissa on 2 tyyppistä käänteistä hajoamista: Zener-hajoaminen ja iskuionisaatio.
Siten erilaisia puolijohteitadiodit sisältävät elementtejä pieni- ja suuritehosovelluksiin, jotka lähettävät ja havaitsevat valoa, pienellä eteenpäin suuntautuvalla jännitehäviöllä ja muuttuvalla kapasitanssilla. Tämän lisäksi mikroaaltouunissa käytetään useita lajikkeita.
