Diodele semiconductoare sunt utilizate pe scară largă înelectronica si industria electronica. Ele sunt utilizate atât independent, cât și ca o joncțiune p-n a tranzistorilor și a multor alte dispozitive. Ca componentă discretă, diodele sunt o parte cheie a multor circuite electronice. Ei găsesc multe utilizări, variind de la aplicații de putere redusă la redresoare de curent.
Ce este o diodă?
Tradus din greacă, numele acestuiaelement electronic înseamnă literal „două terminale”. Se numesc anod și catod. În circuit, curentul curge de la anod la catod. O diodă semiconductoare este un element unidirecțional și fluxul de curent în direcția opusă este blocat.
Principiul de funcționare
Designul diodelor semiconductoare este foarte diferit.Acesta este motivul pentru care există multe tipuri de ele, care diferă atât prin denumire, cât și prin funcțiile pe care le îndeplinesc. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, principiul de funcționare de bază al diodelor semiconductoare este același. Acestea conțin o joncțiune p-n, care oferă funcționalitatea lor de bază.
Acest termen este folosit de obicei în legătură cuformă standard de diodă. De fapt, se aplică aproape oricărui tip de ele. Diodele formează baza industriei electronice moderne. Totul - de la elemente simple și tranzistori la microprocesoare moderne - se bazează pe semiconductori. Principiul de funcționare al unei diode semiconductoare se bazează pe proprietățile semiconductorilor. Tehnologia se bazează pe un grup de materiale, a căror introducere de impurități în rețeaua cristalină face posibilă obținerea unor zone în care purtătorii de sarcină sunt găuri și electroni.
Joncţiunea P-n
Dioda de tip pn și-a primit numele pentru căUtilizează o joncțiune p-n, care permite curentului să circule într-o singură direcție. Elementul are alte proprietăți care sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă. Diodele semiconductoare, de exemplu, sunt capabile să emită și să detecteze lumină, să modifice capacitatea și să regleze tensiunea.
Joncțiunea P-n este un semiconductor de bazăstructura. După cum sugerează și numele, este o joncțiune între regiunile de tip p și n. Joncțiunea permite purtătorilor de sarcină să se miște într-o singură direcție, ceea ce, de exemplu, face posibilă transformarea curentului alternativ în curent continuu.
Diodele standard sunt de obicei fabricate din siliciu, deși germaniu și alte materiale semiconductoare sunt, de asemenea, utilizate, în principal în scopuri speciale.
Caracteristici volt-amper
Dioda este caracterizată printr-o curbă curent-tensiune,care poate fi împărțit în 2 ramuri: directă și inversă. În direcția opusă, curentul de scurgere este aproape de 0, dar odată cu creșterea tensiunii crește încet și când se atinge tensiunea de defectare, începe să crească brusc. În direcția înainte, curentul crește rapid odată cu creșterea tensiunii aplicate peste pragul de conducție, care este de 0,7 V pentru diodele cu siliciu și 0,4 V pentru diodele cu germaniu. Elementele care folosesc alte materiale au caracteristici curent-tensiune diferite și tensiuni de prag de conducție și defalcare.
O diodă cu o joncțiune pn poate fi considerată cadispozitiv de nivel de bază. Este utilizat pe scară largă în multe aplicații, de la circuite de semnal și detectoare până la limitatoare sau supresoare de tranziție în bobine de inducție sau relee și redresoare de mare putere.
Caracteristici și parametri
Specificațiile diodei oferă un volum maredate. Cu toate acestea, explicații precise despre ceea ce sunt acestea nu sunt întotdeauna disponibile. Mai jos sunt detaliile diferitelor caracteristici și parametri ai diodei, care sunt date în specificații.
Material semiconductor
Materialul folosit în joncțiunile p-n arede cea mai mare importanță deoarece afectează multe dintre caracteristicile de bază ale diodelor semiconductoare. Siliciul este cel mai utilizat material datorită eficienței sale ridicate și costurilor de producție reduse. Un alt element frecvent utilizat este germaniul. Alte materiale sunt utilizate de obicei în diodele cu scop special. Alegerea materialului semiconductor este importantă deoarece determină pragul de conductivitate - aproximativ 0,6 V pentru siliciu și 0,3 V pentru germaniu.
Căderea de tensiune în modul curent direct (U pr.)
Orice circuit electric prin care trececurent, provoacă o cădere de tensiune, iar acest parametru al unei diode semiconductoare este de mare importanță, în special pentru redresare, unde pierderea de putere este proporțională cu U av. În plus, componentele electronice trebuie să asigure adesea o mică cădere de tensiune, deoarece semnalele pot fi slab, dar trebuie totuși să fie depășit al lui.
Acest lucru se întâmplă din două motive.Prima este însăși natura joncțiunii pn și este rezultatul tensiunii de prag de conducție care permite curentului să traverseze stratul de epuizare. A doua componentă este pierderile rezistive normale.
Indicatorul este de mare importanță pentru diodele redresoare, prin care pot trece curenți mari.
Tensiune inversă de vârf (U rev. max)
Aceasta este cea mai mare tensiune inversă caredioda semiconductoare poate rezista. Nu trebuie depășit, altfel elementul se poate defecta. Nu este doar tensiunea RMS a semnalului de intrare. Fiecare circuit trebuie luat în considerare pe propriile merite, dar pentru un simplu redresor cu jumătate de undă cu un condensator de netezire, amintiți-vă că condensatorul va menține o tensiune egală cu vârful semnalului de intrare. Dioda va fi apoi expusă vârfului semnalului de intrare în direcția inversă, astfel încât în aceste condiții va exista o tensiune inversă maximă egală cu valoarea de vârf a undei.
Curent direct maxim (U pr. max)
La proiectarea unui circuit electric este necesarAsigurați-vă că nu sunt depășite nivelurile maxime ale curentului de diodă. Pe măsură ce curentul crește, se generează căldură suplimentară care trebuie îndepărtată.
Curent de scurgere (I rev.)
Într-o diodă ideală nu ar trebui să existe curent invers.Dar în joncțiunile p-n reale există datorită prezenței purtătorilor de sarcină minoritari în semiconductor. Puterea curentului de scurgere depinde de trei factori. Evident, cea mai semnificativă dintre acestea este tensiunea inversă. De asemenea, curentul de scurgere depinde de temperatură - pe măsură ce crește, crește semnificativ. În plus, depinde foarte mult de tipul de material semiconductor. În acest sens, siliciul este mult mai bun decât germaniul.
Curentul de scurgere este determinat la o anumită tensiune inversă și o anumită temperatură. Este de obicei specificat în microamperi (μA) sau picoamperi (pA).
Capacitate de transfer
Toate diodele semiconductoare au o capacitatetranziție. Zona de epuizare este o barieră dielectrică între două plăci, care se formează la marginea regiunii de epuizare și regiunea cu purtătorii majoritari de sarcină. Valoarea efectivă a capacității depinde de tensiunea inversă, ceea ce face ca zona de tranziție să se schimbe. Creșterea acesteia extinde zona de epuizare și, prin urmare, reduce capacitatea. Acest fapt este folosit la varactor sau varicaps, dar pentru alte aplicații, în special radiofrecvența, acest efect trebuie menținut la minimum. Parametrul este de obicei specificat în pF la o tensiune dată. Diode speciale de joasă impedanță sunt disponibile pentru multe aplicații RF.
Tip de coajă
În funcție de scop, semiconductorDiodele sunt produse în pachete de diferite tipuri și forme. În unele cazuri, în special atunci când este utilizat în circuitele de procesare a semnalului, pachetul este un element cheie în determinarea caracteristicilor generale ale acelui element electronic. În circuitele de putere în care disiparea căldurii este importantă, carcasa poate determina mulți parametri comuni ai diodei. Dispozitivele de mare putere trebuie să poată fi atașate la un radiator. Celulele mici pot fi produse în carcase de plumb sau ca dispozitive de montare la suprafață.
Tipuri de diode
Uneori este util să vă familiarizați cu clasificarea diodelor semiconductoare. Cu toate acestea, unele elemente pot aparține mai multor categorii.
Dioda inversata.Deși nu este la fel de utilizat, este un tip de element de tip pn care funcționează foarte similar cu un element tunel. Prezintă o cădere scăzută de tensiune în stare deschisă. Găsește aplicații în detectoare, redresoare și comutatoare de înaltă frecvență.
Dioda injectie-tranzit. Are multe în comun cu zborul de avalanșă mai frecvent. Folosit în generatoare cu microunde și sisteme de alarmă.
Dioda Gunn. Nu este de tip pn, ci este un dispozitiv semiconductor cu două terminale. Este folosit în mod obișnuit pentru a genera și converti semnale cu microunde în intervalul 1-100 GHz.
Dioda emițătoare de lumină sau LED-ul este una dintre cele mai multetipuri populare de elemente electronice. În polarizarea directă, curentul care curge prin joncțiune face ca lumina să fie emisă. Ei folosesc semiconductori compuși (de exemplu, arseniura de galiu, fosfură de galiu, fosfură de indiu) și pot străluci într-o varietate de culori, deși inițial limitate doar la roșu. Există multe evoluții noi care schimbă modul în care funcționează și sunt produse afișajele, un exemplu dintre acestea fiind LED-urile OLED.
Fotodiodă. Folosit pentru a detecta lumina.Când un foton lovește o joncțiune pn, poate crea electroni și găuri. Fotodiodele funcționează de obicei în condiții de polarizare inversă, unde chiar și curenții mici care rezultă din lumină pot fi detectați cu ușurință. Fotodiodele pot fi folosite pentru a genera electricitate. Uneori elemente de tip pin sunt folosite ca fotodetectori.
Pin diodă.Denumirea elementului electronic descrie bine structura diodei semiconductoare. Are regiuni standard de tip p și n, dar între ele există o regiune internă fără impurități. Are efectul de a crește zona regiunii de epuizare, ceea ce poate fi util pentru comutare, precum și în fotodiode etc.
O joncțiune pn standard poate fi considerată catipul obișnuit sau standard de diodă care este folosit astăzi. Ele pot fi utilizate în RF sau alte aplicații de joasă tensiune, precum și în redresoare de înaltă tensiune și putere mare.
Diode Schottky.Au o cădere de tensiune directă mai mică decât semiconductoarele standard de siliciu de tip pn. La curenți scăzuti poate fi de la 0,15 la 0,4 V și nu 0,6 V, ca în cazul diodelor de siliciu. Pentru a face acest lucru, nu sunt fabricate ca de obicei - folosesc un contact metal-semiconductor. Sunt utilizate pe scară largă ca limitatoare, redresoare și în echipamente radio.
Diodă de stocare a încărcării.Este un tip de diodă cu microunde folosită pentru a genera și modela impulsuri la frecvențe foarte înalte. Funcționarea sa se bazează pe o caracteristică de oprire foarte rapidă.
Dioda laser.Diferă de emisia normală de lumină deoarece produce lumină coerentă. Diodele laser sunt folosite în multe dispozitive - de la unități DVD și CD până la indicatori laser. Sunt mult mai ieftine decât alte forme de lasere, dar semnificativ mai scumpe decât LED-urile. Au o durată de viață limitată.
Dioda tunel.Deși nu este utilizat pe scară largă astăzi, a fost folosit anterior în amplificatoare, oscilatoare și dispozitive de comutare și în circuitele de declanșare a osciloscopului atunci când era mai eficient decât alte elemente.
Varactor sau varicap.Folosit în multe dispozitive cu frecvență radio. În această diodă, polarizarea inversă modifică lățimea stratului de epuizare în funcție de tensiunea aplicată. În această configurație, acesta acționează ca un condensator, regiunea de epuizare acționând ca un dielectric izolator și plăcile formate de regiunile conductoare. Folosit în oscilatoare controlate de tensiune și filtre de radiofrecvență.
Diodă Zener.Este un tip de diodă foarte util, deoarece oferă o tensiune de referință stabilă. Din acest motiv, diodele zener sunt folosite în cantități uriașe. Funcționează în condiții de polarizare inversă și se sparge atunci când este atinsă o anumită diferență de potențial. Dacă curentul este limitat de un rezistor, aceasta asigură o tensiune stabilă. Folosit pe scară largă pentru a stabiliza sursele de alimentare. Există 2 tipuri de defalcare inversă în diodele Zener: descompunerea Zener și ionizarea prin impact.
Astfel, diferite tipuri de semiconductorDiodele includ elemente pentru aplicații de putere mică și mare care emit și detectează lumină, cu scădere scăzută a tensiunii directe și capacitate variabilă. În plus, există o serie de soiuri care sunt utilizate în tehnologia cuptorului cu microunde.
