Halvlederdioder er mye brukt ielektronikk- og elektronikkindustrien. De brukes både uavhengig og som et p-n-kryss for transistorer og mange andre enheter. Som en diskret komponent er dioder en sentral del av mange elektroniske kretser. De finner mange bruksområder, alt fra laveffektapplikasjoner til strømlikerettere.
Hva er en diode?
Oversatt fra gresk, navnet på denneelektronisk element betyr bokstavelig talt "to terminaler". De kalles anode og katode. I kretsen flyter strømmen fra anoden til katoden. En halvlederdiode er et enveiselement og strømflyt i motsatt retning er blokkert.
Operasjonsprinsipp
Utformingen av halvlederdioder er veldig forskjellig.Dette er grunnen til at det er mange typer av dem, som er forskjellige både i valør og i funksjonene de utfører. Imidlertid er i de fleste tilfeller det grunnleggende driftsprinsippet for halvlederdioder det samme. De inneholder et p-n-kryss, som gir deres grunnleggende funksjonalitet.
Dette begrepet brukes vanligvis i forhold tilstandard diodeform. Faktisk gjelder det nesten alle typer av dem. Dioder danner grunnlaget for den moderne elektronikkindustrien. Alt – fra enkle elementer og transistorer til moderne mikroprosessorer – er basert på halvledere. Driftsprinsippet til en halvlederdiode er basert på egenskapene til halvledere. Teknologien er basert på en gruppe materialer, hvis innføring av urenheter i krystallgitteret gjør det mulig å oppnå områder hvor ladningsbærere er hull og elektroner.
P-n kryss
Pn-type diode har fått navnet sitt fordi denDen bruker et p-n-kryss, som lar strømmen flyte i bare én retning. Elementet har andre egenskaper som også er mye brukt. Halvlederdioder, for eksempel, er i stand til å sende ut og detektere lys, endre kapasitans og regulere spenning.
P-n-overgangen er en grunnleggende halvlederstruktur. Som navnet antyder, er det et knutepunkt mellom p- og n-type regioner. Krysset lar ladebærere bevege seg i kun én retning, noe som for eksempel gjør det mulig å konvertere vekselstrøm til likestrøm.
Standard dioder er vanligvis laget av silisium, selv om germanium og andre halvledermaterialer også brukes, hovedsakelig til spesielle formål.
Volt-ampere egenskaper
Dioden er preget av en strøm-spenningskurve,som kan deles inn i 2 grener: direkte og omvendt. I motsatt retning er lekkasjestrømmen nær 0, men med økende spenning øker den sakte og når sammenbruddsspenningen er nådd, begynner den å øke kraftig. I foroverretningen øker strømmen raskt med økende påtrykt spenning over ledningsterskelen, som er 0,7 V for silisiumdioder og 0,4 V for germaniumdioder. Elementer som bruker andre materialer har forskjellige strømspenningsegenskaper og terskelspenninger for ledning og gjennombrudd.
En diode med et pn-kryss kan betraktes somenhet på grunnleggende nivå. Den er mye brukt i mange applikasjoner, alt fra signalkretser og detektorer til begrensere eller transientdempere i induksjons- eller reléspoler og høyeffektlikerettere.
Egenskaper og parametere
Diodespesifikasjoner gir et stort volumdata. Det er imidlertid ikke alltid nøyaktige forklaringer på hva de er tilgjengelige. Nedenfor er detaljene for de forskjellige egenskapene og parametrene til dioden, som er gitt i spesifikasjonene.
Halvledermateriale
Materialet som brukes i p-n-kryss harav største betydning fordi det påvirker mange av de grunnleggende egenskapene til halvlederdioder. Silisium er det mest brukte materialet på grunn av sin høye effektivitet og lave produksjonskostnader. Et annet ofte brukt element er germanium. Andre materialer brukes vanligvis i spesialdioder. Valget av halvledermateriale er viktig fordi det bestemmer konduktivitetsterskelen - ca 0,6 V for silisium og 0,3 V for germanium.
Spenningsfall i foroverstrømmodus (U pr.)
Enhver elektrisk krets som går gjennomstrøm, forårsaker et spenningsfall, og denne parameteren til en halvlederdiode er av stor betydning, spesielt for likeretting, hvor effekttapet er proporsjonalt med U av. I tillegg må elektroniske komponenter ofte gi et lite spenningsfall, siden signalene kan evt. være svak, men fortsatt må overvinnes hans.
Dette skjer av to grunner.Den første er selve naturen til pn-krysset og er resultatet av ledningsterskelspenningen som lar strømmen krysse utarmingslaget. Den andre komponenten er normale resistive tap.
Indikatoren er av stor betydning for likeretterdioder, som store strømmer kan passere gjennom.
Maksimal reversspenning (U rev. maks.)
Dette er den høyeste reversspenningen somhalvlederdiode tåler. Den må ikke overskrides, ellers kan elementet svikte. Det er ikke bare RMS-spenningen til det innkommende signalet. Hver krets må vurderes på sine egne fordeler, men for en enkel enkelt halvbølge likeretter med en utjevningskondensator, husk at kondensatoren vil holde en spenning lik toppen av inngangssignalet. Dioden vil da bli eksponert for toppen av det innkommende signalet i motsatt retning, og så under disse forholdene vil det være en maksimal reversspenning lik toppverdien til bølgen.
Maksimal foroverstrøm (U pr. maks)
Når du designer en elektrisk krets er det nødvendigSørg for at maksimale diodestrømnivåer ikke overskrides. Når strømmen øker, genereres det tilleggsvarme som må fjernes.
Lekkasjestrøm (I rev.)
I en ideell diode bør det ikke være noen reversstrøm.Men i ekte p-n-kryss eksisterer det på grunn av tilstedeværelsen av minoritetsladningsbærere i halvlederen. Styrken på lekkasjestrømmen avhenger av tre faktorer. Den viktigste av disse er åpenbart reversspenning. Også lekkasjestrømmen avhenger av temperaturen - når den øker, øker den betydelig. I tillegg er det svært avhengig av typen halvledermateriale. I denne forbindelse er silisium mye bedre enn germanium.
Lekkasjestrømmen bestemmes ved en viss reversspenning og en bestemt temperatur. Det er vanligvis spesifisert i mikroampere (μA) eller picoampere (pA).
Overføringskapasitans
Alle halvlederdioder har en kapasitansovergang. Utarmingssonen er en dielektrisk barriere mellom to plater, som er dannet ved kanten av utarmingsområdet og området med de fleste ladningsbærere. Den faktiske kapasitansverdien avhenger av reversspenningen, som gjør at overgangssonen endres. Å øke den utvider utarmingssonen og reduserer derfor kapasiteten. Dette faktum brukes i varaktorer eller varicaps, men for andre applikasjoner, spesielt radiofrekvens, må denne effekten holdes på et minimum. Parameteren er vanligvis spesifisert i pF ved en gitt spenning. Spesielle lavimpedansdioder er tilgjengelige for mange RF-applikasjoner.
Type skall
Avhengig av formålet, halvlederDioder produseres i pakker av ulike typer og former. I noen tilfeller, spesielt når den brukes i signalbehandlingskretser, er pakken et nøkkelelement for å bestemme de generelle egenskapene til det elektroniske elementet. I strømkretser hvor varmeavledning er viktig, kan huset bestemme mange vanlige diodeparametere. Høyeffektsenheter må kunne festes til en radiator. Små celler kan produseres i blyhus eller som overflatemonterte enheter.
Typer dioder
Noen ganger er det nyttig å gjøre deg kjent med klassifiseringen av halvlederdioder. Noen elementer kan imidlertid tilhøre flere kategorier.
Reversert diode.Selv om det ikke er så mye brukt, er det en type pn-type element som fungerer veldig likt et tunnelelement. Har lavt spenningsfall i åpen tilstand. Finner bruk i detektorer, likerettere og høyfrekvente brytere.
Injeksjons-transitdiode. Har mye til felles med den mer vanlige skredflyvningen. Brukes i mikrobølgegeneratorer og alarmsystemer.
Gunn diode. Den er ikke pn-type, men er en halvlederenhet med to terminaler. Det brukes ofte til å generere og konvertere mikrobølgesignaler i området 1-100 GHz.
Lysdiode eller LED er en av de mestpopulære typer elektroniske elementer. Ved forspenning fremover fører strømmen som flyter gjennom krysset til at lys sendes ut. De bruker sammensatte halvledere (f.eks. galliumarsenid, galliumfosfid, indiumfosfid) og kan lyse i en rekke farger, men i utgangspunktet begrenset til bare rødt. Det er mange nye utviklinger som endrer måten skjermer fungerer og produseres på, et eksempel på dette er OLED-lysdioder.
Fotodiode. Brukes til å oppdage lys.Når et foton treffer et pn-kryss, kan det lage elektroner og hull. Fotodioder fungerer vanligvis under omvendte forspenningsforhold, der selv små strømmer som følge av lys lett kan oppdages. Fotodioder kan brukes til å generere elektrisitet. Noen ganger brukes pin-type elementer som fotodetektorer.
Pin diode.Navnet på det elektroniske elementet beskriver godt strukturen til halvlederdioden. Den har standard p- og n-type regioner, men mellom dem er det en indre region uten urenheter. Det har effekten av å øke arealet av uttømmingsområdet, noe som kan være nyttig for å bytte så vel som i fotodioder, etc.
Et standard pn-kryss kan tenkes somden vanlige eller standard typen diode som brukes i dag. De kan brukes i RF eller andre lavspenningsapplikasjoner, så vel som i høyspennings- og høyeffektlikerettere.
Schottky dioder.Har et lavere spenningsfall fremover enn standard pn-type silisiumhalvledere. Ved lave strømmer kan det være fra 0,15 til 0,4 V, og ikke 0,6 V, som med silisiumdioder. For å gjøre dette er de ikke produsert som vanlig - de bruker en metall-halvlederkontakt. De er mye brukt som begrensere, likerettere og i radioutstyr.
Ladelagringsdiode.Det er en type mikrobølgediode som brukes til å generere og forme pulser ved svært høye frekvenser. Driften er basert på en veldig rask avstengningskarakteristikk.
Laser diode.Skiller seg fra vanlig lysemittering fordi den produserer sammenhengende lys. Laserdioder brukes i mange enheter - fra DVD- og CD-stasjoner til laserpekere. De er mye billigere enn andre former for lasere, men betydelig dyrere enn LED. De har begrenset levetid.
Tunnel diode.Selv om det ikke er mye brukt i dag, ble det tidligere brukt i forsterkere, oscillatorer og koblingsenheter, og oscilloskoputløserkretser når det var mer effektivt enn andre elementer.
Varactor eller varicap.Brukes i mange radiofrekvensenheter. I denne dioden endrer omvendt forspenning bredden på uttømmingslaget avhengig av påført spenning. I denne konfigurasjonen fungerer den som en kondensator med utarmingsområdet som fungerer som et isolerende dielektrikum og platene dannet av de ledende områdene. Brukes i spenningsstyrte oscillatorer og radiofrekvensfiltre.
Zener diode.Det er en veldig nyttig type diode fordi den gir en stabil referansespenning. På grunn av dette brukes zenerdioder i store mengder. Den opererer under omvendt skjevhet og bryter gjennom når en viss potensiell forskjell er nådd. Hvis strømmen begrenses av en motstand, sikrer dette en stabil spenning. Mye brukt for å stabilisere strømforsyninger. Det er 2 typer omvendt sammenbrudd i zenerdioder: Zener-dekomponering og slagionisering.
Dermed ulike typer halvledereDioder inkluderer elementer for lav- og høyeffektapplikasjoner som sender ut og oppdager lys, med lavt spenningsfall fremover og variabel kapasitans. I tillegg til dette finnes det en rekke varianter som brukes i mikrobølgeteknologi.
