Puslaidininkiniai diodai plačiai naudojami elektrotechnikoje ir elektronikoje. Dėl mažos kainos ir gero galios ir dydžio santykio jis greitai pakeitė panašaus tikslo vakuuminius įrenginius.
Turinys
Puslaidininkinio diodo įtaisas ir veikimo principas
Puslaidininkinis diodas susideda iš dviejų sričių (sluoksnių), pagamintų iš puslaidininkio (silicio, germanio ir kt.). Viename regione yra laisvųjų elektronų perteklius (n-puslaidininkis), kitame yra trūkumas (p-puslaidininkis) – tai pasiekiama dopinguojant bazinę medžiagą. Tarp jų yra nedidelė zona, kurioje laisvųjų elektronų perteklius iš n vietos „uždaro“ skyles nuo p vietos (dėl difuzijos vyksta rekombinacija), o laisvųjų krūvininkų šioje srityje nėra. Kai taikoma tiesioginė įtampa, rekombinacijos sritis yra maža, jo varža yra maža, o diodas veda srovę šia kryptimi. Esant atvirkštinei įtampai, padidės zona be nešiklio, padidės diodo varža. Šia kryptimi srovė netekės.
Tipai, klasifikacija ir grafinis žymėjimas elektros schemose
Bendruoju atveju diodas diagramoje nurodomas kaip stilizuota rodyklė, nurodanti srovės kryptį. Įrenginio sąlyginiame grafiniame vaizde (UGO) yra dvi išvados - anodas ir katodas, kurie tiesiogiai prijungti atitinkamai prie elektros grandinės pliuso ir prie minuso.
Yra daugybė šio dvipolio puslaidininkinio įtaiso atmainų, kurios, priklausomai nuo paskirties, gali turėti šiek tiek kitokius UGO.
Zenerio diodai (Zener diodai)
Zenerio diodas yra puslaidininkinis įtaisasveikiantis atvirkštine įtampa lavinos gedimo zonoje. Šiame regione Zenerio diodo įtampa yra stabili plačiame įrenginio srovės diapazone. Ši savybė naudojama apkrovos įtampai stabilizuoti.
Stabistoriai
Zenerio diodai puikiai stabilizuoja įtampą nuo 2 V ir daugiau.Stabistoriai naudojami nuolatinei įtampai gauti žemiau šios ribos. Medžiagos, iš kurios pagaminti šie prietaisai (silicio, seleno) dopingas pasiekia didžiausią tiesioginės charakteristikos šakos vertikalumą. Šiuo režimu veikia stabistoriai, išduodantys pavyzdinę 0,5...2 V įtampą tiesioginėje srovės-įtampos charakteristikų atšakoje esant tiesioginei įtampai.
Schottky diodai
Schottky diodas yra pastatytas pagal puslaidininkio-metalo schemą ir neturi įprastos jungties. Dėl to buvo gautos dvi svarbios savybės:
- sumažintas tiesioginės įtampos kritimas (apie 0,2 V);
- padidėję veikimo dažniai dėl sumažėjusios savaiminės talpos.
Trūkumai apima padidintas atvirkštinės srovės vertes ir sumažintą toleranciją atvirkštinės įtampos lygiui.
Varicaps
Kiekvienas diodas turi elektrinę talpą. Kondensatoriaus plokštės yra du erdvės krūviai (puslaidininkių p ir n sritys), o barjerinis sluoksnis yra dielektrikas. Kai taikoma atvirkštinė įtampa, šis sluoksnis plečiasi, o talpa sumažėja. Ši savybė būdinga visiems diodams, tačiau varikapų talpa yra normalizuota ir žinoma pagal tam tikras įtampos ribas. Tai leidžia naudoti tokius įrenginius kaip kintamieji kondensatoriai ir pritaikyti grandinėms reguliuoti arba tiksliai suderinti tiekiant įvairaus lygio atvirkštinę įtampą.
tuneliniai diodai
Šie įtaisai turi įlinkį tiesiojoje charakteristikos atkarpoje, kurioje dėl įtampos padidėjimo sumažėja srovė. Šiame regione diferencinė varža yra neigiama.Ši savybė leidžia naudoti tunelinius diodus kaip silpno signalo stiprintuvus ir generatorius, kurių dažnis viršija 30 GHz.
Dinistoriai
Dinistorius - diodinis tiristorius - turi p-n-p-n struktūrą ir S formos CVC, nepraleidžia srovės, kol įjungta įtampa pasiekia slenkstinį lygį. Po to jis įsijungia ir veikia kaip įprastas diodas, kol srovė nukrenta žemiau palaikymo lygio. Dinistoriai galios elektronikoje naudojami kaip raktai.
Fotodiodai
Fotodiodas pagamintas pakuotėje su matomos šviesos prieiga prie kristalo. Apšvitinus p-n sandūrą, joje atsiranda emf. Tai leidžia naudoti fotodiodą kaip srovės šaltinį (kaip saulės baterijų dalį) arba kaip šviesos jutiklį.
šviesos diodai
Pagrindinė šviesos diodo savybė yra galimybė skleisti šviesą, kai srovė teka per p-n sandūrą. Šis švytėjimas nesusijęs su šildymo intensyvumu, kaip kaitrinė lempa, todėl prietaisas yra ekonomiškas. Kartais naudojamas tiesioginis perėjimo švytėjimas, tačiau dažniau jis naudojamas kaip fosforo uždegimo iniciatorius. Tai leido gauti anksčiau nepasiekiamas LED spalvas, tokias kaip mėlyna ir balta.
Gunn diodai
Nors Gunn diodas turi įprastą įprastą grafinį žymėjimą, jis nėra diodas visa prasme. Nes jame nėra p-n sandūros. Šis prietaisas susideda iš galio arsenido plokštės ant metalinio pagrindo.
Nesileidžiant į procesų detales: kai įrenginyje veikia tam tikro dydžio elektrinis laukas, atsiranda elektriniai virpesiai, kurių periodas priklauso nuo puslaidininkinės plokštelės dydžio (tačiau tam tikrose ribose dažnis gali būti reguliuojamas išoriniais elementais).
Gunn diodai naudojami kaip osciliatoriai, kurių dažnis yra 1 GHz ir didesnis. Prietaiso privalumas – aukšto dažnio stabilumas, o trūkumas – maža elektrinių virpesių amplitudė.
Magnetiniai diodai
Įprasti diodai yra silpnai veikiami išorinių magnetinių laukų. Magnetodiodai turi ypatingą konstrukciją, kuri padidina jautrumą šiam efektui. Jie pagaminti naudojant p-i-n technologiją su prailgintu pagrindu. Veikiant magnetiniam laukui, prietaiso varža į priekį didėja, ir tai gali būti naudojama kuriant bekontakčius perjungimo elementus, magnetinio lauko keitiklius ir kt.
Lazeriniai diodai
Lazerinio diodo veikimo principas pagrįstas elektronų ir skylių poros savybe rekombinacijos metu tam tikromis sąlygomis skleisti monochromatinę ir koherentinę matomą spinduliuotę. Šių sąlygų sudarymo būdai yra skirtingi, vartotojui tereikia žinoti diodo skleidžiamos bangos ilgį ir jos galią.
Lavinos diodai
Šie prietaisai naudojami mikrobangų krosnelėje. Tam tikromis sąlygomis, esant lavinos gedimo režimui, ant diodo charakteristikos atsiranda sekcija su neigiama diferencine varža. Ši APD savybė leidžia juos naudoti kaip generatorius, veikiančius bangų ilgiais iki milimetro diapazono. Ten galima gauti bent 1 vato galią. Esant žemesniam dažniui, iš tokių diodų pašalinama iki kelių kilovatų.
PIN diodai
Šie diodai pagaminti naudojant p-i-n technologiją. Tarp legiruotų puslaidininkių sluoksnių yra neleguotos medžiagos sluoksnis. Dėl šios priežasties pablogėja diodo ištaisymo savybės (esant atvirkštinei įtampai, rekombinacija sumažėja, nes nėra tiesioginio kontakto tarp p ir n zonų).Bet dėl erdvinio krūvio sričių atstumo parazitinė talpa tampa labai maža, uždaroje būsenoje signalo nutekėjimas aukštais dažniais praktiškai neįtraukiamas, o kontaktinius diodus galima naudoti RF ir mikrobangėje kaip perjungimo elementus.
Pagrindinės diodų charakteristikos ir parametrai
Pagrindinės puslaidininkinių diodų (išskyrus labai specializuotus) charakteristikos yra šios:
- maksimali leistina atvirkštinė įtampa (pastovi ir impulsinė);
- ribinis veikimo dažnis;
- tiesioginės įtampos kritimas;
- Darbo temperatūros diapazonas.
Likusias svarbias charakteristikas geriausia apsvarstyti naudojant diodo IV charakteristikų pavyzdį - tai aiškiau.
Puslaidininkinio diodo voltų amperų charakteristika
Puslaidininkinio diodo srovės įtampos charakteristika susideda iš priekinės ir atvirkštinės šakos. Jie yra I ir III kvadrantuose, nes srovės ir įtampos kryptis per diodą visada sutampa. Pagal srovės įtampos charakteristiką galite nustatyti kai kuriuos parametrus, taip pat aiškiai matyti, ką turi įtakos įrenginio charakteristikos.
Laidumo slenkstinė įtampa
Jei diodui pritaikysite tiesioginę įtampą ir pradėsite ją didinti, tada iš pirmo momento nieko neatsitiks - srovė nepadidės. Bet esant tam tikrai vertei, diodas atsidarys ir srovė padidės pagal įtampą. Ši įtampa vadinama laidumo slenkstine įtampa ir VAC pažymėta kaip Uthreshold. Tai priklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas diodas. Dažniausiai naudojamiems puslaidininkiams šis parametras yra:
- silicis - 0,6-0,8 V;
- germanis - 0,2-0,3 V;
- galio arsenidas - 1,5 V.
Germanio puslaidininkinių įtaisų savybė atsidaryti esant žemai įtampai naudojama dirbant žemos įtampos grandinėse ir kitose situacijose.
Didžiausia srovė per diodą su tiesioginiu ryšiu
Atsidarius diodui, jo srovė didėja kartu su tiesiogine įtampa. Idealaus diodo atveju šis grafikas eina iki begalybės. Praktiškai šį parametrą riboja puslaidininkinio įtaiso gebėjimas išsklaidyti šilumą. Pasiekus tam tikrą ribą, diodas perkais ir suges. Norėdami to išvengti, gamintojai nurodo didžiausią leistiną srovę (ant VAC - Imax). Tai galima apytiksliai nustatyti pagal diodo dydį ir jo paketą. Mažėjančia tvarka:
- didžiausią srovę išlaiko prietaisai metaliniame apvalkale;
- plastikiniai dėklai skirti vidutinei galiai;
- Stikliniuose apvalkaluose esantys diodai naudojami silpnos srovės grandinėse.
Ant radiatorių galima montuoti metalinius prietaisus – tai padidins sklaidos galią.
Atvirkštinė nuotėkio srovė
Jei diodui pritaikysite atvirkštinę įtampą, nejautrus ampermetras nieko nerodys. Tiesą sakant, tik idealus diodas nepraleidžia jokios srovės. Tikras įrenginys turės srovę, tačiau ji yra labai maža ir vadinama atvirkštine nuotėkio srove (CVC - Iobr). Tai yra dešimtys mikroamperų ar dešimtųjų miliamperių ir daug mažiau nei nuolatinė srovė. Jį galite rasti kataloge.
Pertraukimo įtampa
Esant tam tikrai atvirkštinės įtampos vertei, staiga padidėja srovė, vadinama gedimu. Jis turi tunelio arba lavinos pobūdį ir yra grįžtamas. Šis režimas naudojamas įtampai stabilizuoti (lavina) arba impulsams generuoti (tunelis).Toliau didėjant įtampai, gedimas tampa terminis. Šis režimas yra negrįžtamas ir diodas sugenda.
Parazitinės talpos pn sandūra
Jau minėta, kad p-n sandūra turi elektros talpa. Ir jei ši savybė naudinga ir naudojama varikapuose, tai įprastuose dioduose ji gali būti žalinga. Nors talpa yra vienetai arba dešimčių pF ir esant nuolatinei srovei arba žemiems dažniams yra nepastebima, didėjant dažniui jo įtaka didėja. Keletas pikofaradų esant RF sukurs pakankamai mažą pasipriešinimą klaidingam signalo nutekėjimui, papildys esamą talpą ir pakeis grandinės parametrus, o kartu su išėjimo ar spausdinto laidininko induktyvumu sudarys klaidingą rezonanso grandinę. Todėl gaminant aukšto dažnio įrenginius imamasi priemonių perėjimo talpai sumažinti.
Diodų žymėjimas
Lengviausias būdas pažymėti diodus metaliniame korpuse. Daugeliu atvejų jie yra pažymėti įrenginio pavadinimu ir jo kištuku. Diodai plastikiniame korpuse pažymėti žiedo ženklu katodo pusėje. Tačiau nėra garantijos, kad gamintojas griežtai laikosi šios taisyklės, todėl geriau kreiptis į katalogą. Dar geriau, skambinkite prietaisu multimetru.
Buitiniuose mažos galios zenerio dioduose ir kai kuriuose kituose įrenginiuose priešingose korpuso pusėse gali būti dviejų skirtingų spalvų žiedų ar taškų. Norėdami nustatyti tokio diodo tipą ir jo kištuką, turite pasiimti žinyną arba rasti internetinį žymėjimo identifikatorių internete.
Diodų pritaikymas
Nepaisant paprasto prietaiso, puslaidininkiniai diodai plačiai naudojami elektronikoje:
- Ištiesinimui kintamoji įtampa. Žanro klasika - p-n sandūros savybė naudojama srovei vesti viena kryptimi.
- diodų detektoriai. Čia naudojamas I–V charakteristikos netiesiškumas, leidžiantis atskirti nuo signalo harmonikas, kurių reikiamus galima atskirti filtrais.
- Du diodai, sujungti vienas su kitu, yra galingų signalų, galinčių perkrauti kitus jautrių radijo imtuvų įvesties etapus, ribotuvai.
- Zener diodai gali būti įtraukti kaip kibirkščių nepraleidžiantys elementai, kurie neleidžia aukštos įtampos impulsams patekti į pavojingose vietose įrengtų jutiklių grandines.
- Diodai gali būti naudojami kaip perjungimo įtaisai aukšto dažnio grandinėse. Jie atsidaro esant pastoviai įtampai ir perduoda (arba nepraleidžia) RF signalą.
- Parametriniai diodai yra silpnų signalų stiprintuvai mikrobangų diapazone dėl to, kad tiesioginėje charakteristikos šakoje yra sekcijos su neigiama varža.
- Diodai naudojami maišytuvams, veikiantiems perdavimo arba priėmimo įrangoje, surinkti. Jie maišosi vietinio osciliatoriaus signalas su aukšto dažnio (arba žemo dažnio) signalu tolesniam apdorojimui. Taip pat naudojamas srovės įtampos charakteristikos netiesiškumas.
- Netiesinė charakteristika leidžia naudoti mikrobangų diodus kaip dažnio daugiklius. Kai signalas praeina per daugiklio diodą, išryškėja aukštesnės harmonikos. Tada juos galima pasirinkti filtruojant.
- Diodai naudojami kaip rezonansinių grandinių derinimo elementai. Šiuo atveju naudojamas valdomos talpos buvimas p-n sandūroje.
- Kai kurių tipų diodai naudojami kaip generatoriai mikrobangų diapazone. Tai daugiausia tuneliniai diodai ir įrenginiai su Gunn efektu.
Tai tik trumpas dviejų gnybtų puslaidininkinių įrenginių galimybių aprašymas. Giliai ištyrus savybes ir charakteristikas diodų pagalba, galima išspręsti daugelį elektroninės įrangos kūrėjams priskirtų problemų.
Panašūs straipsniai:
