Kietojo kūno diodas plačiai naudojamas elektrotechnikoje ir elektronikoje. Dėl mažos kainos ir gero galios ir dydžio santykio jis greitai pakeitė vakuuminius prietaisus panašiose srityse.
Turinys
Puslaidininkinio diodo konstrukcija ir veikimas
Puslaidininkinį diodą sudaro dvi sritys (sluoksniai), pagamintos iš puslaidininkio (silicio, germanio ir kt.). Vienoje srityje yra laisvųjų elektronų perteklius (n puslaidininkis), o kitoje - trūkumas (p puslaidininkis). Tarp jų yra nedidelė zona, kurioje laisvųjų elektronų perteklius iš n poliaus "uždengia" skylutes iš p p poliaus (rekombinacija difuzijos būdu), ir šioje zonoje nėra laisvųjų krūvininkų nešiklių. Kai taikoma nuolatinė įtampa, rekombinacijos sritis yra maža, jos varža maža, ir diodas praleidžia srovę ta kryptimi. Įjungus atvirkštinę įtampą, padidėja nešančioji zona ir padidėja diodo varža. Šia kryptimi srovė neteka.
Elektros grandinių tipai, klasifikacija ir grafika
Paprastai diodas schemoje žymimas stilizuota rodykle, rodančia srovės kryptį. Įprastiniame grafiniame prietaiso atvaizde (CSR) yra du gnybtai - anodas ir katodasDvipoliai puslaidininkiai yra tiesiogiai prijungti prie grandinės pliuso ir minuso pusių.
Yra daugybė šio dvipolio puslaidininkinio įtaiso atmainų, kurių CSD gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo jų paskirties.
Stabilitronai (Zenerio diodai)
Stabilitronas yra puslaidininkinis įtaisasJis veikia esant atvirkštinei įtampai lavininio pramušimo srityje. Šioje srityje įtampa ant Zenerio diodo yra stabili plačiame srovės srauto per prietaisą diapazone. Ši savybė naudojama įtampai ant apkrovos stabilizuoti.
Stabilizatoriai
Stabilitronai gerai stabilizuoja įtampas nuo 2 V ir daugiau. Norint gauti pastovią įtampą žemiau šios ribos, naudojami stabilizatoriai. Dopinguojant medžiagą, iš kurios pagaminti šie įtaisai (silicį, seleną), pasiekiamas didžiausias įmanomas charakteristikos tiesės vertikalumas. Šiuo režimu veikia stabilizatoriai, kurie, esant tiesioginei įtampai, sukuria 0,5-2 V etaloninę įtampą tiesiaeigėje voltamperinės charakteristikos atšakoje.
Šotkio diodai
Šotkio diodai yra pagrįsti puslaidininkio ir metalo grandine ir neturi bendros sandūros. Tai suteikia dvi svarbias savybes:
- Sumažintas tiesioginės įtampos kritimas (apie 0,2 V);
- Didesni darbiniai dažniai dėl mažesnės vidinės talpos.
Trūkumai - didesnės atbulinės srovės ir mažesnė tolerancija atbulinei įtampai.
Varicaps .
Kiekvienas diodas turi elektrinę talpą. Du tūriniai krūvininkai (p ir n puslaidininkio sritys) yra kondensatoriaus pagalvėlės, o dielektrikas - blokavimo sluoksnis. Įjungus atvirkštinę įtampą, šis sluoksnis išsiplečia ir talpa sumažėja. Ši savybė būdinga visiems diodams, tačiau varikapų talpa yra normalizuota ir žinoma esant tam tikroms įtampos riboms. Tai leidžia naudoti tokius prietaisus kaip kintamos talpos kondensatoriai ir naudojami grandinėms derinti arba tiksliai sureguliuoti tiekiant skirtingo lygio atvirkštinę įtampą.
Tuneliniai diodai
Šių prietaisų charakteristikos priekinėje dalyje yra išlinkis, kai įtampos padidėjimas sukelia srovės sumažėjimą. Šioje srityje diferencinė varža yra neigiama. Dėl šios savybės tunelinius diodus galima naudoti kaip silpnų signalų stiprintuvus ir kaip osciliatorius didesniuose nei 30 GHz dažniuose.
Diniistoriai
Diodiniai tiristoriai - diodiniai tiristoriai yra p-n-p-n struktūros, turi S formos bangos formą ir nepraleidžia srovės, kol įtampa nepasiekia slenkstinio lygio. Po to jis atsidaro ir elgiasi kaip įprastas diodas, kol srovė nukrenta žemiau stabdymo lygio. Dinistoriai naudojami galios elektronikoje kaip jungikliai.
Fotodiodai
Fotodiodas pagamintas korpuse, kuriame kristalą pasiekia matoma šviesa. Apšvitinus p-n sandūrą, joje susidaro elektromagnetinis laukas. Tai leidžia fotodiodą naudoti kaip srovės šaltinį (kaip saulės elemento dalį) arba kaip šviesos jutiklį.
Šviesos diodai.
Pagrindinė fotodiodo savybė yra ta, kad jis gali skleisti šviesą, kai per p-n sandūrą teka srovė. Šis švytėjimas nesusijęs su šilumos intensyvumu, kaip kaitrinės lemputės, todėl prietaisas yra ekonomiškas. Kartais naudojamas tiesioginis jungties švytėjimas, tačiau dažniau jis naudojamas kaip iniciatorius fosforui uždegti. Tai suteikia galimybę naudoti anksčiau nepasiekiamas LED spalvas, pavyzdžiui, mėlyną ir baltą.
Gunno diodai
Nors Ganno diodas turi įprastą simbolį, jis nėra diodas tikrąja šio žodžio prasme. Taip yra todėl, kad jis neturi p-n sandūros. Šį prietaisą sudaro galio arsenido plokštelė ant metalinio pagrindo.
Nesigilinant į procesų subtilybes: kai prietaisas veikiamas tam tikro dydžio elektriniu lauku, atsiranda elektriniai virpesiai, kurių periodas priklauso nuo puslaidininkinės plokštelės dydžio (tačiau tam tikrose ribose dažnį galima koreguoti išoriniais elementais).
Ganno diodai naudojami kaip osciliatoriai 1 GHz ir didesniais dažniais. Įrenginio privalumas - didelio dažnio stabilumas, trūkumas - maža elektrinių virpesių amplitudė.
Magnetodiodai
Įprastinius diodus silpnai veikia išoriniai magnetiniai laukai. Magnetodiodai yra specialiai suprojektuoti taip, kad padidėtų jų jautrumas. Jie pagaminti naudojant p-i-n technologiją su prailgintu pagrindu. Veikiant magnetiniam laukui, prietaiso tiesioginė varža padidėja, o tai galima panaudoti kuriant artumo jungiklius, magnetinio lauko keitiklius ir pan.
Lazeriniai diodai
Lazerinio diodo veikimo principas pagrįstas elektronų ir skylių poros savybe tam tikromis sąlygomis rekombinacijos metu skleisti monochromatinę ir koherentinę regimąją šviesą. Šių sąlygų sukūrimo būdai yra įvairūs, naudotojui tereikia žinoti diodo skleidžiamos bangos ilgį ir jo galią.
Lavininiai jungiamieji diodai
Šie prietaisai naudojami mikrobangų pramonėje. Esant tam tikroms sąlygoms, lavininio pramušimo režimas lemia neigiamą diferencinės varžos sritį diodo charakteristikoje. Ši LPD savybė leidžia juos naudoti kaip generatorius, veikiančius iki milimetrinio bangos ilgio diapazone. Čia galima pasiekti ne mažesnę kaip 1 W galią. Žemesniuose dažniuose šie diodai sukuria iki kelių kilovatų galią.
PIN diodai .
Šie diodai gaminami naudojant p-i-n technologiją. Tarp legiruotų puslaidininkių sluoksnių yra nedopuotos medžiagos sluoksnis. Dėl šios priežasties pablogėja diodo lygintuvo savybės (esant atvirkštinei įtampai rekombinacija sumažėja, nes nėra tiesioginio kontakto tarp p- ir n- zonų). Kita vertus, dėl atstumo tarp krūvininkų sričių parazitinė talpa tampa labai maža, uždaroje būsenoje praktiškai pašalinamas signalo nuotėkis aukštais dažniais, o kaištiniai diodai gali būti naudojami aukštųjų ir vidutinių dažnių diapazonuose kaip perjungimo elementai.
Pagrindinės diodų charakteristikos ir parametrai
Pagrindinės puslaidininkinių diodų (išskyrus specialios paskirties diodus) charakteristikos
- didžiausia leistina atbulinė įtampa (nuolatinė ir impulsinė)
- riboti darbinį dažnį;
- tiesioginis įtampos kritimas;
- veikimo temperatūros diapazonas.
Kitas svarbias charakteristikas geriau iliustruoja diodo I-V kreivė.
Puslaidininkinio diodo voltamperinė charakteristika
Puslaidininkinio diodo voltamperinę charakteristiką sudaro tiesioginė ir atvirkštinė šakos. Jie yra I ir III kvadrantuose, nes per diodą tekančios srovės ir įtampos kryptis visada sutampa. Iš voltamperinės charakteristikos galima nustatyti kai kuriuos parametrus, taip pat vizualiai pamatyti, kokią įtaką daro prietaiso charakteristikos.
Laidumo slenkstinė įtampa
Jei į diodą įjungiama nuolatinė įtampa ir pradedama ją didinti, iš pradžių nieko neatsitiks - srovė nedidės. Tačiau esant tam tikrai vertei, diodas atsidarys ir srovė padidės priklausomai nuo įtampos. Ši įtampa vadinama laidumo slenksčio įtampa ir ant VAC pažymėta kaip U slenkstis. Tai priklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas diodas. Labiausiai paplitusių puslaidininkių šis parametras yra:
- silicis - 0,6-0,8 V;
- germanio - 0,2-0,3 V;
- Galio arsenidas - 1,5 V.
Germanio puslaidininkių savybė atsidaryti esant žemai įtampai naudojama žemos įtampos grandinėse ir kitais atvejais.
Didžiausia srovė, tekanti per diodą, kai jis tiesiogiai įjungtas
Atsidarius diodui, jo srovė didėja didėjant tiesioginei įtampai. Idealaus diodo atveju šis grafikas eina iki begalybės. Praktiškai jį riboja puslaidininkio gebėjimas išsklaidyti šilumą. Pasiekus tam tikrą ribą, diodas perkaista ir sugenda. Kad to išvengtumėte, gamintojai nurodo didžiausią leistiną srovę (Imax ant CVC). Tai galima apytiksliai nustatyti pagal diodo ir jo korpuso dydį. Mažėjančia tvarka:
- Didžiausią srovę išlaiko metalo apvalkale esantys prietaisai;
- Plastikiniai korpusai skirti vidutinei galiai;
- Stikle įkapsuluoti diodai naudojami mažos srovės grandinėse.
Metaliniai prietaisai gali būti montuojami ant radiatorių - tai padidins išsklaidymo pajėgumą.
Atvirkštinio nuotėkio srovė
Jei į diodą bus įjungta atvirkštinė įtampa, mažo jautrumo ampermetras nieko nerodys. Iš tikrųjų tik tobulas diodas nepraleidžia jokios srovės. Tikrasis prietaisas turės srovę, tačiau ji bus labai maža ir vadinama atvirkštinio nuotėkio srove (bangos formoje - Iobr). Ji yra dešimtys mikroamperų arba dešimtosios miliamperų ir yra daug mažesnė už tiesioginę srovę. Jį galima nustatyti pagal nuorodų knygą.
Įtampos išskaidymas
Esant tam tikrai atvirkštinės įtampos vertei, sparčiai didėja srovė, kuri vadinama pramušimu. Tai tunelinis arba lavininis tipas, kuris yra grįžtamas. Šis veikimo režimas naudojamas įtampai stabilizuoti (lavininis režimas) arba impulsams generuoti (tunelinis režimas). Toliau didinant įtampą, skilimas tampa šiluminis. Šis režimas negrįžtamas ir diodas sugenda.
pn sandūros parazitinė talpa
Jau minėta, kad p-n sandūra turi elektrinė talpa. Nors varikapams ši savybė yra naudinga ir naudojama, įprastiniuose dioduose ji gali būti žalinga. Nors talpa yra vienetai arba dešimtys pF ir gali būti nepastebimas esant nuolatinei srovei arba žemiems dažniams, jo poveikis didėja didėjant dažniui. Keletas pikofaradų radijo dažnių diapazone sukuria pakankamai mažą varžą parazitiniam signalo nuotėkiui, papildo esamą talpą ir pakeičia grandinės parametrus, o kartu su švino ar spausdinto laidininko induktyvumu sudaro grandinę su parazitiniu rezonansu. Todėl gaminant aukšto dažnio prietaisus imamasi priemonių sandūros talpai sumažinti.
Diodų ženklinimas
Paprasčiausias diodų ženklinimo būdas - naudoti metalinį korpusą. Daugeliu atvejų ant jų būna užrašytas įrenginio žymuo ir kontaktų priskyrimas. Plastikiniuose korpusuose esantys diodai žymimi žiedu katodo pusėje. Tačiau nėra garantijos, kad gamintojas griežtai laikosi šios taisyklės, todėl geriau pasiskaityti žinyną. Dar geriau - išbandykite prietaisą multimetru.
Buitiniai mažos galios stabilitronai ir kai kurie kiti prietaisai gali turėti du skirtingų spalvų žiedus arba taškus priešingose korpuso pusėse. Norėdami nustatyti tokio diodo tipą ir jo kaištį, turite gauti žinyną arba internete rasti internetinį žymėjimo identifikatorių.
Diodų taikymo sritys
Nepaisant paprastos konstrukcijos, puslaidininkiniai diodai plačiai naudojami elektronikoje:
- Dėl ištaisymo Kintamosios srovės įtampa. Klasikinis šio žanro pavyzdys - p-n sandūros savybės panaudojimas, kad srovė tekėtų viena kryptimi.
- Diodiniai detektoriai. Taip pasinaudojama bangos formos netiesiškumu, kad iš signalo būtų galima išgauti harmonikas, iš kurių pageidaujamas harmonikas galima išrinkti filtrais.
- Du diodai, įjungti lygiagrečiai, tarnauja kaip didelės galios signalų, kurie gali perkrauti jautrių radijo imtuvų įėjimo pakopas, ribotuvas.
- Stabilitronai gali būti naudojami kaip kibirkštinės apsaugos elementai, kad aukštos įtampos impulsai nepasiektų jutiklių grandinių, įrengtų pavojingose zonose.
- Diodai gali būti aukšto dažnio grandinių perjungimo įtaisai. Jie atsidaro esant nuolatinei įtampai ir praleidžia (arba ne) HF signalą.
- Parametriniai diodai naudojami kaip silpnų signalų stiprintuvai mikrobangų diapazone, nes charakteristikos tiesėje yra neigiamos varžos atkarpa.
- Diodai naudojami maišytuvams, kurie veikia perdavimo arba priėmimo įrangoje, kurti. Jie sumaišyti heterodino signalas su aukšto dažnio (arba žemo dažnio) signalu tolesniam apdorojimui. Taip pat pasinaudojama IAC netiesiškumu.
- Dėl netiesinės charakteristikos UHF diodai gali būti naudojami kaip dažnio daugikliai. Kai signalas praeina pro daugiklio diodą, išskirtos aukštesniosios harmonikos. Juos galima toliau atskirti filtruojant.
- Diodai naudojami kaip derinimo elementai rezonansinėse grandinėse. Taip panaudojama valdoma p-n sandūros talpa.
- Kai kurių rūšių diodai naudojami kaip mikrobangų diapazono osciliatoriai. Tai daugiausia tuneliniai diodai ir Ganno efekto įtaisai.
Tai tik trumpas puslaidininkinių įtaisų su dviem išvadais galimybių aprašymas. Nuodugniai išstudijavus diodų savybes ir charakteristikas, jais galima išspręsti daugelį elektronikos prietaisų projektuotojams kylančių uždavinių.
Susiję straipsniai:
