I diodi a semiconduttore sono ampiamente utilizzati inelettronica ed industria elettronica. Sono utilizzati sia indipendentemente che come transistor a giunzione p-n e molti altri dispositivi. In quanto componente discreto, i diodi sono una parte fondamentale di molti circuiti elettronici. Trovano molte applicazioni che vanno dalle applicazioni a bassa potenza ai raddrizzatori.
Cos'è un diodo?
Tradotto dal greco, il nome di questoelemento elettronico significa letteralmente "due cavi". Si chiamano anodo e catodo. In un circuito, la corrente scorre dall'anodo al catodo. Il diodo semiconduttore è un elemento unidirezionale e il movimento della corrente nella direzione opposta è bloccato.
Principio di funzionamento
Il dispositivo dei diodi a semiconduttore è molto diverso.Questo è il motivo per cui ne esistono molti tipi, che differiscono sia per il valore nominale che per le funzioni che svolgono. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, il principio di base del funzionamento dei diodi a semiconduttore è lo stesso. Contengono una giunzione pn che fornisce le loro funzionalità di base.
Questo termine è comunemente usato in relazione aforma del diodo standard. In realtà, tuttavia, si applica a quasi tutti i tipi di essi. I diodi costituiscono la spina dorsale dell'industria elettronica di oggi. Tutto, dai semplici elementi e transistor ai moderni microprocessori, si basa sui semiconduttori. Il principio di funzionamento di un diodo semiconduttore si basa sulle proprietà dei semiconduttori. La tecnologia si basa su un gruppo di materiali, la cui introduzione di impurità nel reticolo cristallino consente di ottenere aree in cui i portatori di carica sono buchi ed elettroni.
Р-n-incrocio
Il diodo di tipo p-n ha preso il nome perché inUtilizza una giunzione pn che consente alla corrente di fluire in una sola direzione. L'elemento ha altre proprietà che sono anche ampiamente utilizzate. I diodi a semiconduttore, ad esempio, sono in grado di emettere e registrare luce, modificare la capacità e regolare la tensione.
La giunzione P-n è un semiconduttore di basestruttura. Come suggerisce il nome, è un incrocio tra regioni di tipo pe n. La transizione consente ai portatori di carica di muoversi in una sola direzione, il che, ad esempio, consente di convertire la corrente alternata in corrente continua.
I diodi standard sono generalmente realizzati in silicio, sebbene vengano utilizzati anche germanio e altri materiali semiconduttori, principalmente per scopi speciali.
Caratteristiche volt-ampere
Il diodo è caratterizzato da una curva volt-ampere,che può essere diviso in 2 rami: avanti e indietro. Nella direzione opposta, la corrente di dispersione è prossima allo 0, ma quando la tensione aumenta, aumenta lentamente e quando viene raggiunta la tensione di rottura inizia ad aumentare bruscamente. Nella direzione in avanti, la corrente aumenta rapidamente quando la tensione applicata aumenta al di sopra della soglia di conduzione, che è 0,7 V per i diodi al silicio e 0,4 V per il germanio. Gli elementi che utilizzano materiali diversi hanno caratteristiche di corrente-tensione e tensioni di conduzione e soglia di rottura diverse.
Un diodo a giunzione pn può essere visto comedispositivo di base. È ampiamente utilizzato in molte applicazioni che vanno dai circuiti di segnale e rivelatori a limitatori o soppressori di transitori in bobine di induzione o relè e raddrizzatori ad alta potenza.
Caratteristiche e parametri
Le specifiche del diodo forniscono un volume elevatodati. Tuttavia, non sempre sono disponibili spiegazioni precise di cosa sono. Di seguito sono riportati i dettagli delle varie caratteristiche e parametri del diodo, che sono riportati nelle specifiche.
Materiale semiconduttore
Il materiale utilizzato nelle giunzioni pn hadi fondamentale importanza, poiché influisce su molte delle caratteristiche di base dei diodi a semiconduttore. Il silicio è il più utilizzato a causa della sua alta efficienza e dei bassi costi di produzione. Un altro elemento comunemente usato è il germanio. Altri materiali vengono solitamente utilizzati in diodi per scopi speciali. La scelta del materiale semiconduttore è importante, poiché la soglia di conduttività dipende da essa: circa 0,6 V per il silicio e 0,3 V per il germanio.
Caduta di tensione in modalità corrente diretta (U pr.)
Qualsiasi circuito elettrico che passa attraversocorrente provoca una caduta di tensione, e questo parametro di un diodo semiconduttore è di grande importanza, soprattutto per la rettifica, quando le perdite di potenza sono proporzionali a U pr. Inoltre, gli elementi elettronici spesso devono fornire una piccola caduta di tensione, poiché i segnali possono essere debole, ma hanno ancora bisogno di superare il suo.
Ciò accade per due ragioni.Il primo è nella natura stessa della giunzione pn ed è il risultato della tensione di soglia di conduzione che consente alla corrente di superare lo strato di svuotamento. La seconda componente sono le normali perdite resistive.
L'indicatore è di grande importanza per i diodi raddrizzatori, attraverso i quali possono passare grandi correnti.
Tensione inversa di picco (U arr. Max)
Questa è la più grande tensione inversa cheil diodo semiconduttore può resistere. Non può essere superato, altrimenti l'elemento potrebbe non funzionare. Non è solo la tensione rms del segnale di ingresso. Ogni circuito dovrebbe essere considerato in sostanza, ma per un semplice raddrizzatore a semionda singolo con un condensatore di livellamento, ricorda che il condensatore manterrà una tensione uguale al picco del segnale di ingresso. Il diodo sarà quindi soggetto al picco del segnale in ingresso nella direzione opposta, e quindi in queste condizioni si avrà una tensione inversa massima pari al valore di picco dell'onda.
Corrente diretta massima (U pr. Max)
Quando si progetta un circuito elettrico, è necessarioassicurarsi che i livelli massimi di corrente dei diodi non vengano superati. All'aumentare della corrente, viene generato calore aggiuntivo, che deve essere rimosso.
Corrente di dispersione (I arr.)
In un diodo ideale, non dovrebbe esserci corrente inversa.Ma nelle giunzioni pn reali, è dovuto alla presenza di portatori di carica minoritari nel semiconduttore. La corrente di dispersione dipende da tre fattori. Ovviamente, la più significativa di queste è la tensione inversa. Inoltre, la corrente di dispersione dipende dalla temperatura: man mano che aumenta, aumenta in modo significativo. Inoltre, dipende fortemente dal tipo di materiale semiconduttore. In questo senso, il silicio è molto meglio del germanio.
La corrente di dispersione è determinata a una specifica tensione inversa e una specifica temperatura. Di solito è specificato in microamperes (μA) o picoamperes (pA).
Capacità di giunzione
Tutti i diodi a semiconduttore hanno una capacitàtransizione. La zona esaurita è una barriera dielettrica tra due piastre, che sono formate sul bordo della regione esaurita e la regione con i principali portatori di carica. Il valore della capacità effettiva dipende dalla tensione inversa, che cambia la zona di transizione. Aumentando si espande la zona di esaurimento e quindi diminuisce la capacità. Questo fatto viene utilizzato nei varactor o varicap, ma per altre applicazioni, in particolare la radiofrequenza, questo effetto dovrebbe essere ridotto al minimo. Il parametro è solitamente specificato in pF a una data tensione. Per molte applicazioni RF sono disponibili diodi a bassa impedenza dedicati.
Tipo di conchiglia
A seconda dello scopo, semiconduttorei diodi sono prodotti in confezioni di diversi tipi e forme. In alcuni casi, soprattutto quando utilizzato nei circuiti di elaborazione del segnale, l'alloggiamento è un elemento chiave nella definizione delle caratteristiche complessive di questo elemento elettronico. Nei circuiti di potenza in cui la dissipazione del calore è importante, il pacchetto può determinare molti dei parametri comuni del diodo. I dispositivi ad alta potenza devono poter essere montati su un radiatore. Piccoli oggetti possono essere prodotti in custodie di piombo o come dispositivi a montaggio superficiale.
Tipi di diodi
A volte è utile familiarizzare con la classificazione dei diodi semiconduttori. Tuttavia, alcuni elementi possono appartenere a diverse categorie.
Diodo invertito.Sebbene non sia così ampiamente utilizzato, è un tipo di elemento di tipo pn molto simile nell'azione a un elemento tunnel. Presenta una caduta di bassa tensione nello stato aperto. Trova applicazione in rilevatori, raddrizzatori e interruttori ad alta frequenza.
Diodo ad iniezione transitoria. Ha molto in comune con il più comune sorvolo delle valanghe. Utilizzato in generatori di microonde e sistemi di allarme.
Diodo Gunn. Non di tipo pn, ma un dispositivo a semiconduttore con due terminali. È comunemente usato per generare e convertire segnali a microonde nella gamma 1-100 GHz.
Emissione di luce o LED è uno dei piùtipi popolari di elementi elettronici. Polarizzata in avanti, la corrente che scorre attraverso la giunzione provoca l'emissione di luce. Usano semiconduttori compositi (come arseniuro di gallio, fosfuro di gallio, fosfuro di indio) e possono brillare in diversi colori, sebbene originariamente fossero limitati al rosso. Ci sono molti nuovi sviluppi che stanno cambiando il modo in cui i display funzionano e sono prodotti, di cui gli OLED sono un esempio.
Fotodiodo. Utilizzato per rilevare la luce.Quando un fotone colpisce una giunzione pn, può creare elettroni e buchi. I fotodiodi funzionano tipicamente in condizioni di polarizzazione inversa in cui è possibile rilevare facilmente anche piccole correnti di luce. I fotodiodi possono essere utilizzati per generare elettricità. A volte gli elementi di tipo pin vengono utilizzati come fotorilevatori.
Diodo pin.Il nome dell'elemento elettronico descrive bene il dispositivo a diodi semiconduttori. Ha regioni standard di tipo pe n, ma tra di esse c'è una regione interna senza impurità. Ha l'effetto di aumentare l'area della regione di esaurimento, che può essere utile per la commutazione, così come nei fotodiodi, ecc.
Una giunzione pn standard può essere visualizzata comeil tipo comune o standard di diodo che viene utilizzato oggi. Possono essere utilizzati in RF o altre applicazioni a bassa tensione, nonché raddrizzatori ad alta tensione e alta potenza.
Diodi Schottky.Hanno una caduta di tensione diretta inferiore rispetto ai semiconduttori al silicio di tipo pn standard. A basse correnti, può essere compreso tra 0,15 e 0,4 V e non 0,6 V, come nei diodi al silicio. Per fare ciò, non sono prodotti come al solito: usano un contatto metallo-semiconduttore. Sono ampiamente usati come limitatori, raddrizzatori e nelle apparecchiature radio.
Conservazione del diodo.È un tipo di diodo a microonde utilizzato per generare e modellare impulsi a frequenze molto alte. Il suo funzionamento si basa su una caratteristica di intervento molto veloce.
Diodo laser.Differisce dall'emissione di luce convenzionale perché produce una luce coerente. I diodi laser sono utilizzati in molti dispositivi, dalle unità DVD e CD ai puntatori laser. Sono molto più economici di altre forme di laser, ma significativamente più costosi dei LED. Hanno una vita utile limitata.
Diodo a tunnel.Sebbene non sia ampiamente utilizzato oggi, è stato precedentemente utilizzato in amplificatori, oscillatori e dispositivi di commutazione e circuiti di attivazione dell'oscilloscopio quando era più efficiente di altri elementi.
Varactor o varicap.Utilizzato in molti dispositivi RF. Per questo diodo, la polarizzazione inversa cambia la larghezza dello strato di esaurimento a seconda della tensione applicata. In questa configurazione, agisce come un condensatore con una regione di esaurimento che funge da dielettrico isolante e piastre formate dalle regioni conduttive. Adatto per generatori controllati in tensione e filtri RF.
Diodo Zener.È un tipo di diodo molto utile in quanto fornisce una tensione di riferimento stabile. Grazie a ciò, il diodo Zener viene utilizzato in enormi quantità. Funziona in condizioni di polarizzazione inversa e sfonda quando viene raggiunta una certa differenza potenziale. Se la corrente è limitata da un resistore, questo fornisce una tensione stabile. È ampiamente utilizzato per stabilizzare gli alimentatori. Nei diodi zener, ci sono 2 tipi di rottura inversa: decomposizione Zener e ionizzazione per impatto.
Quindi, diversi tipi di semiconduttorii diodi includono elementi per applicazioni a bassa e alta potenza che emettono e rilevano luce, con bassa caduta di tensione diretta e capacità variabile. Oltre a questo, ci sono una serie di varietà utilizzate nella tecnologia a microonde.
